國有林區低碳循環經濟耦合發展測度分析

姜 鈺

(東北林業大學經濟管理學院，黑龍江哈爾濱150040)

一、引言

國有林區是我國林業的重要組成部分。長期的過量采伐，導致許多國有林區森林可采林木資源瀕臨枯竭，企業的經營索取和人口的生存需求所產生的雙重壓力，遠遠超出了森林資源和自然環境的承載力。通過低碳經濟模式與循環生活方式，實現可持續發展，已經成為國際社會達成的共識。在2010年的兩會上，國家林業局局長賈治邦表示，林業轉變經濟增長方式，林業要走循環經濟和低碳經濟發展之路。

所謂林區低碳循環經濟，是指在林區經濟活動過程中，通過科學管理和技術創新，增加森林碳匯，減少林業碳源，增加廢棄物的回收利用，提高資源的使用效率，是林區以低能耗、低污染、低排放為基礎，以減量化、再利用、資源化的“3R”原則為指導，以高效能、高效率為特征的新的林業經濟發展模式。

國有林區實現低碳循環經濟耦合發展是國有林區發展的必然選擇，而如何對國有林區低碳循環經濟耦合發展水平進行科學的定量評價，進而尋求提高低碳循環經濟發展的現實途徑，成為當前國有林區發展低碳循環經濟亟待研究的熱點和難點之一。

目前關于循環經濟發展的研究已有很多，關于低碳經濟的研究剛剛起步，尚未形成系統研究，而關于低碳經濟與循環經濟耦合發展的研究只有幾篇，徐玖平，李斌(2010)根據循環經濟內涵特征，透析循環經濟指標體系，提出循環經濟低碳模式，并以綜合集成視角，從整體特性、模式結構和運行模式三個角度分析循環經濟低碳綜合集成模式的系統特征［1］;周賓，陳興鵬等(2010)根據對低碳經濟、循環經濟內涵的剖析與辨識，分析二者的異同和關聯，提出低碳循環經濟耦合發展模式是建立“兩型”社會和和諧社會的有效途徑，并根據災后漢中循環經濟產業集聚區規劃建設的迫切需求，將低碳循環經濟耦合發展模式貫穿到規劃的發展思路、主要目標、空間布局、重點產業之中［2］。

在低碳循環經濟耦合發展評價方面的研究尚未見到，已有文獻中都是針對循環經濟和低碳經濟評價的，其中關于林業或林區發展循環經濟的評價研究并不太多，如徐寅杰(2010)從全社會層面、區域層面、行業層面和企業層面四個層面對林業產業循環經濟指標體系的構建與量化問題進行了研究［3］;張少杰(2008)基于循環經濟對現代國有林區建設問題進行了研究［4］;還有一些學者對林業發展循環經濟進行了綜合評價。除了森林碳匯以外關于林業或林區本身如何發展低碳經濟的研究只見于少數幾篇文章，而且并不系統，如郭曉敏(2010)從建設森林城市、低碳林區、低碳林業產業等5個方面提出林業低碳經濟的發展策略［5］;田明華等(2011)論述了低碳經濟時代的林產工業發展戰略［6］;其中關于林業或林區低碳經濟發展的評價研究尚未見到，對低碳經濟評價的研究主要是對某一城市或地區低碳經濟評價指標體系的研究和具體評價的研究。如胡大立(2010)從低碳經濟的內涵以及產業鏈路徑的角度出發，構建了低碳經濟的評價指標體系［7］;莊貴陽等(2011)對低碳經濟的內涵及綜合評價指標體系構建進行研究［8］;劉嶸，徐征，李悅(2010)對低碳經濟評價指標體系進行研究，并運用層次分析法對河北省某縣的低碳經濟發展水平進行了綜合評價［9］。

綜上，關于國有林區循環經濟發展評價已經有所研究，但指標體系的設計并不全面，選用的評價方法只見于層次分析法、熵值法，對于國有林區的評價涉及眾多因素之間復雜關系的影響，這些方法在模擬真實情況時就有些失真。關于國有林區低碳經濟發展評價的研究尚未見到，關于國有林區低碳循環經濟耦合發展的評價研究更是未見，構建適合國有林區發展實際的低碳循環經濟耦合發展的評價指標體系和模型，這是林業建設管理一次新的探索，是一個值得深入研究的問題，同時上述的研究為本論文的研究奠定了一定的基礎。

二、國有林區低碳循環經濟耦合發展評價指標體系的構建

(一)國有林區低碳循環經濟評價指標選取的原則

1.系統優化與層次化相結合原則

要能全面反映低碳循環經濟發展的各個方面，又要分出層次，使指標體系結構清楚。

2.科學性與可行性相結合的原則

指標要能科學地揭示其性質、特點等內在的客觀規律，又要簡便易行，有明確的釋義。

3.全面性和代表性相結合原則

指標體系應反映影響其發展的各個方面，同時指標選取應強調代表性、典型性。

4.動態性和穩定性相結合的原則

指標體系應具有動態可比性，同時指標的選取應遵循相對穩定性原則，不能隨意更改。

5.定性分析與定量計算相結合原則

評價指標應盡可能采用量化的指標，定性指標將它分成若干個等級，做定量化處理。

(二)國有林區低碳循環經濟評價指標體系的確立

根據目前國內外專家關于評價低碳經濟和循環經濟的指標體系［3，7-13］，同時結合目前我國國有林區發展的實際情況，可以把指標體系由上而下分為三個層次:目標層、控制層及指標層。目標層表示國有林區低碳循環經濟耦合發展水平;控制層包括五類指標，分別為生態發展指標、經濟發展指標、社會發展指標、低碳循環技術發展指標和低碳排放能耗指標五個方面;指標層則為17個具體指標。其中控制層選取依據如下:

1.生態發展指標

合理地運用自然資源、在環境可承載的限度下發展經濟，既可以積累資金、提高技術，又可以促進環境保護。發展低碳循環經濟就是不僅要重視經濟效益，還要重視生態效益。主要從森林覆蓋率、林地利用率等幾個方面反映。

2.經濟發展指標

經濟發展是林區低碳循環經濟發展的根本目標，循環是形式，低碳運行是手段。它為提高林區資源利用率、治理環境和最終提高人民物質、文化生活水平提供了保障。包括二、三產業占林業總產值比重、勞動生產率、林業高新技術產業率等方面。

3.社會發展指標

社會的發展是林區經濟發展的重要保障，反映林區社會發展的指標主要有以下幾個:低碳循環教育普及率、有節能消費習慣居民的比率等指標。

4.低碳循環技術發展指標

低碳循環技術是發展低碳循環經濟的重要支撐，低碳循環技術包括對現有能源技術的改造;提高資源的綜合利用和循環利用能力，提高資源再利用率，積極發展垃圾和廢棄物的資源化產業，節能減排，改善資源條件提高資源利用效率、效益。

5.低碳排放能耗指標

低碳排放能耗指標是林區通過管理與技術的改進，能夠節約資源、提高資源的利用效率，以節地、節水、節肥、節藥、節能為重點，使得林區走上能源消耗低、低排放、環境污染少的節約型林區發展道路，實現林區的可持續發展。

綜上所述，構建了一套國有林區低碳循環經濟耦合發展評價指標體系，見表1。

表1 國有林區低碳循環經濟耦合發展評價指標體系表

(三)國有林區低碳循環經濟評價指標的內涵闡釋

1.森林覆蓋率

森林覆蓋率是反映一個國家或地區森林面積占有情況或森林資源豐富程度及實現綠化程度的指標，是反映森林資源的豐富程度和生態平衡狀況的重要指標。

森林覆蓋率(%)=森林面積/土地總面積×100%

2.林地利用率

林地利用率是利用林地的有效程度，反映了有效的林業用地面積上林業發展的程度。

林地利用率(%)=有林地面積/林業用地面積×100%

3.單位面積森林蓄積量

森林蓄積量又稱木材蓄積量。是衡量一個國家或地區林業經營效益的重要指標，指一定森林面積中現存各種活立木的材積總量。

4.自然保護區面積比重

自然保護區是指對有代表性的自然生態系統、珍稀瀕危野生生物種群的集中分布區等依法劃出一定面積予以特殊保護和管理的區域。

自然保護區面積比重(%)=自然保護區面積/行政區面積×100%

5.二、三產業占林業總產值比重

二、三產業占林業總產值比重反映了林區林業經濟結構的合理化程度。

二、三產業占林業總產值比重(%)=林業二、三產業產值/林業總產值×100%

6.勞動生產率

勞動生產率是指勞動者在一定時期內創造的勞動成果與其相適應的勞動消耗量的比值。勞動生產率(萬元/人)=林業總產值/林業職工總人數

7.林業高新技術產業率

高新技術產業率反映了在某一林區林業高新技術產業產值所占的比例。

林業高新技術產業率(%)=林業高新技術產業產值/林業總產值×100%

8.生物質能源生產的林地比例

豐富的森林生物質資源為國有林區生物質能源發展提供了巨大的空間，也是充分發揮林區低碳經濟的重要保障。

生物質能源生產的林地比例(%)=生物質能源生產的林地面積/林業用地面積×100%

9.林業各就業門類的平均工資與社平工資比較

該指標反映了林業各就業部門職工的待遇情況，以相對比較的值作為研究對象。

林業各就業門類的平均工資與社平工資(%)=林業平均工資/社會平均工資×100%

10.低碳循環教育普及率

該指標反映了低碳經濟和循環經濟知識在林區展開的程度。

低碳循環教育普及率(%)=林區有低碳循環知識的人/林區全部人口×100%

11.有節能消費習慣居民比率

有節能消費習慣居民比率(%)=有節能消費習慣的人/林區全部人口×100%

12.工業固體廢棄物綜合利用率

指工業固體廢物綜合利用量占工業固體廢物產生量的百分率。

工業固體廢物綜合利用率=工業固體廢物綜合利用量÷(工業固體廢物產生量+綜合利用往年貯存量)×100%

13.廢水排放達標率

工業廢水排放達標率指工業廢水排放達標量占工業廢水排放量的百分率。

工業廢水排放達標率=(工業廢水排放達標量÷工業廢水排放量)×100%

14.“三廢”綜合利用產品產值占GDP比重

“三廢”綜合利用產值是指企業利用“三廢”作為主要原料生產和回收利用的產品產值。該指標綜合反映林區開展資源回收利用的情況及程度，更確切地反映林區的資源化開展情況。

“三廢”綜合利用產品產值占 GDP比重 =(“三廢”綜合利用產品產值÷GDP)×100%

15.萬元GDP能耗

指報告期內某地區能源消耗總量與GDP之比。它反映了工業能源利用效率，是衡量工業企業能源消耗的主要指標，直接體現了工業的能源利用水平和市場競爭能力。

萬元GDP能耗(噸標準煤)=能源消耗總量/GDP

16.萬元GDP煙塵去除量

指在工業生產中，能夠有效去除煙塵的數量，去除的越多，保護環境越有效。

萬元GDP煙塵去除量(公斤)=去除煙塵總量/GDP

17.每公頃耕地化肥使用強度

指農作物常用耕地面積上的化肥施用量，該值越小越好。

化肥使用強度(公斤/公頃)=化肥施用量/常用耕地面積

三、國有林區低碳循環經濟耦合發展的徑向基函數網絡評價分析

(一)徑向基函數人工神經網絡模型

人工神經網絡(Artificial Neutral Netwok，簡記ANN)是由大量簡單的基本元件-神經元相互連接，通過模擬人的大腦神經處理信息的方式，進行信息并行處理和非線性轉換的復雜網絡系統［14］。徑向基函數(Radial basis function，RBF)神經網絡為一種性能良好的前饋式人工神經網絡，它是基于人腦的神經元細胞對外界反映的局部性而提出來的，是一種新穎有效的前饋式神經網絡，具有較高的運算速度。特別是它的較強的非線性映射能力，能以任意精度全局逼近一個非線性函數［15］。對于國有林區低碳循環經濟耦合發展水平評價涉及眾多因素之間復雜關系的影響，運用徑向基人工神經網絡比其他方法更能模擬真實情況。

RBF網絡通常具有3層的網絡結構，包括輸入層、隱含層、輸出層;網絡模型的拓撲結構如圖1所示。

在RBF網絡中，隱含層節點通過基函數執行一種非線性變化，將輸入空間映射到一個新的空間，輸出層節點則在該新的空間實現線性加權組合。RBF網絡中最常用的函數是高斯函數，即對于任意的輸入向量X∈RN(RN為輸入樣本集)，它定義為:

圖1 徑向基人工神經網絡拓撲結構圖

式中Ri(x)為隱含層第i個單元的輸出，X為N維輸入向量，Ci為隱含層第i個單元高斯函數的中心點，oi為第i個隱節點的歸一化參數，即該隱節點的寬度，N為隱含層節點數。

RBF神經網絡中的學習方法，由于RBF神經網絡中待確定的參數有兩類:基函數中心點、寬度以及網絡的權值。因此，網絡的學習過程分為兩步:首先確定基函數中心點和寬度，其次是權值學習。

1.確定基函數中心

假設聚類中心有N個，設Ci(n)(i=1，2，…，N)是第n次迭代時基函數的中心;k-均值聚類算法具體步驟如下:

(1)初始化基函數的中心，要求每一個中心的初值不同，使中心的Euclidean范數保持較小的值最為理想;

(2)在樣本輸入集中按某種概率輸入訓練樣本Xk;

(3)尋找訓練樣本Xk離哪個中心最近，即找到使其滿足的樣本Xk屬于的子樣本集θi，其中，Ci(n)是第n次迭代時基函數的第i個中心;

(5)判斷是否學完所有的訓練樣本且中心的分布不再變化，是則停止訓練，其基函數中心Ci(n)的穩定值即為所求;否則轉向第(2)步繼續計算直至穩定為止。

2.確定隱節點的寬度

確定基函數的中心后，可以求得隱節點的寬度，其實就是基函數的方差。常用的方法即令其等于基函數中心與樣本集輸入模式之間的平均距離，表示為:

3.確定權值

確定了基函數的參數C和σ后，也就確定了徑向基函數，隱含層到輸出層的權值可直接計算方差的最小值得到。

4.計算輸出層

輸出層第j個神經元的輸出結果根據下面的公式計算;

式中:Yhi是隱含層第i個神經元的輸出值;Wji是隱含層第i個神經元至輸出層第j個神經元的權重系數;函數f取Sigmoid形式，即:

(二)國有林區低碳循環經濟耦合發展的徑向基神經網絡模型的構建

1.國有林區低碳循環經濟耦合發展水平評價的神經網絡模型結構

徑向基人工神經網絡模型由多個節點輸入層、隱含層及輸出層組成。輸入層節點數等于評價指標的個數，輸出層為一個節點，表示國有林區低碳循環經濟的耦合發展水平，隱含層單元數根據輸入單元和輸出單元來確定。

2.確定國有林區低碳循環經濟耦合發展水平的分級標準

模型中指標的分級標準依據以下幾項原則:①己有國家標準和國際標準的指標盡量采用規定的標準值;②將發達國家和發達地區的現狀值作為參考值;③將國內省市的現狀值作為參考值;④參看我國全面建設小康社會評價標準。

根據以上原則，將表1中的森林覆蓋率、二三產業產值占林業總產值比重等17個指標劃分為5個等級，指標的具體分級見表2，同時給出了各分級對應的訓練期望值。

表2 國有林區低碳循環經濟耦合發展水平指標分級

3.網絡學習樣本的確定及網絡的訓練

將五級樣本數據作為網絡的學習樣本，網絡為三層結構，17個輸入神經元分別對應森林覆蓋率、林地利用率等17個指標。一個輸出神經元，為國有林區低碳循環經濟耦合發展水平。訓練確定的隱層神經元數目為17，設計的網絡訓練參數為節點17-17-1。允許誤差為0.001。

在神經網絡的評價中，樣本集的好壞直接影響網絡的訓練水平和最終評價結果的質量。采取理論計算和實際實驗數據相結合的方法，共選取訓練樣本20個，其中，標準理論樣本15組，實際實驗數據隨機樣本5組。理論樣本的選取按照上述指標分級的標準，分別利用每一個指標的最大值、最小值和組中值組建訓練樣本，這樣共組成理論樣本 15 個，分別對應網絡期望值 1，0.8，0.6，0.4，0.2。實際實驗數據按照隨機原則，在分級標準的范圍內隨機選取。這樣標準理論樣本和隨機樣本共20組，作為徑向基神經網絡的訓練樣本。

表3 目標變量訓練結果

計算得出訓練樣本目標值和RBF神經網絡輸出值的均方誤差(標準化值)=0.000017;樣本目標值和RBF神經網絡輸出值均方誤差(實際值)=0.000011，下面是目標變量訓練表。

可知，訓練樣本的輸出結果與期望輸出結果幾乎完全一致，誤差很小，因此可以運用訓練好的網絡進行運算和預測。

(三)黑龍江省國有林區低碳循環經濟耦合發展的實證分析

下面直接運用訓練好的神經網絡模型對作為實例的黑龍江省伊春國有林區進行實證研究。伊春位于黑龍江省東北部，屬全國重點國有林區，素有“祖國林都”、“綠色伊春”之美譽。通過搜集計算伊春國有林區近8年(2001-2008)的數據資料，得到原始數據表，見表4。

先參看國有林區低碳循環經濟耦合發展水平指標分級標準，分析單項指標的發展水平。在生態發展方面，森林覆蓋率和林地利用率水平較高;單位面積森林蓄積量由2001年的65.8立方米/公頃上升到2008年的74.6立方米/公頃，由中等偏下水平上升到中等水平;由于天保工程等保護措施的實施，自然保護區面積比重上升較快，由2001年的5.78%上升到18.95%。在經濟發展方面，二、三產業占林業總產值比重、林業高新技術產業率也緩慢上升，基本處于中等水平;而勞動生產率上升較快，說明林業生產效率有所增加;生物質能源林在這幾年才開始重視，正處于緩慢上升中。在社會發展方面，低碳循環教育普及率、有節能消費習慣居民比率處于較高水平;在低碳循環技術發展方面，廢水排放達標率較高;而工業固體廢棄物綜合利用率在中等偏低水平，2008年較高，達到中等水平;“三廢”綜合利用產品產值占GDP比重很低，是影響國有林區發展水平的重要因素。在低碳排放能耗方面，萬元GDP能耗、萬元GDP煙塵去除量方面水平較高，而近年來，化肥使用強度卻在增加，很大程度上影響了林區低碳循環經濟發展水平。

表4 伊春林區低碳循環經濟耦合發展評價指標數據表

用訓練好的徑向基神經網絡模型對伊春的數據進行分析，得到如下的結果，如圖1所示。

圖1 國有林區低碳循環經濟耦合發展水平分析圖

2001年伊春林區低碳循環經濟耦合發展水平值為0.4884，處于中等偏下水平，說明伊春林區在發展低碳循環經濟中，尚需加大力度，2002年升為0.4877，2003 年為 0.4838，2004 年為 0.4976，到2007年為0.4929，2008年為0.4862，總的來看，近8年，伊春林區在低碳循環經濟發展中，總體處于中等偏下水平，總體呈上漲態勢，但上漲速度較為緩慢，有必要找出影響其發展的重要因素，進而有針對性的調整改造，加大轉型力度，促進其快速發展。

四、結論

在低碳循環經濟的導向下，國有林區低碳循環經濟耦合發展的趨勢對于國有林區的可持續發展能力影響巨大。本文從生態發展指標、經濟發展指標、社會發展指標等五方面構建了國有林區低碳循環經濟耦合發展評價指標體系，并通過收集伊春林區2001-2008年的統計數據，運用徑向基神經網絡模型展開實證研究。

(1)參照國有林區低碳循環經濟耦合發展水平指標分級標準，可以看出每個評價指標的發展水平，國有林區在很多方面已經有所改善，其中在自然保護區面積比重、勞動生產率等方面都有明顯提高，而在工業固體廢棄物綜合利用率、“三廢”綜合利用產品產值占GDP比重、化肥使用強度等方面發展水平仍然較低。說明在低碳循環技術和低碳排放能耗等方面需要加大發展力度。

(2)通過運用徑向基神經網絡模型對總體發展水平進行評價，2001年伊春林區低碳循環經濟發展水平值為0.4884，處于中等偏下水平，2002年升為0.4877，2003年為0.4838，2004年為0.4976，到2007年為0.4929，2008年為0.4862，伊春林區總體發展呈緩慢上漲態勢，基本處于中等偏下水平。國有林區有必要找出影響其發展的重要因素，繼而形成一系列有針對性和實效性的改進策略以保障林區的可持續發展。

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