人工生態系統視角下的生態工業園區穩定性解析

摘 要：穩定性是生態工業園區最重要的特性之一，目前對生態工業園區穩定性的探討非常多，但大抵都是從自然生態系統的穩定性出發，集中在“抗干擾能力”和“回復穩定狀態”的定性描述上。事實上，生態工業園區是典型的人工生態系統，其穩定性定義應從人工生態系統的角度進行探討，并且穩定性可用抗干擾能力、經濟生產力和環境效益這三個指標來定量化表達。

關鍵詞：生態工業園區；穩定性；人工生態系統

中圖分類號：F406.9 文獻標志碼：A 文章編號：1673-291X（2013）21-0289-04

一、人工生態系統穩定性

穩定性是生態系統結構和功能中一個至關重要的特性，直接決定了生態系統的存亡，是生態學中最受關注的焦點。關于穩定性，Pimm [1]（1991）總結出生態系統的穩定性定義至少有45種之多，基本上都是從自然生態系統的角度出發的。

事實上，還有另外一類與工業生態系統更為接近的，即人工生態系統。人工生態系統是在人類頻繁干預下形成的，具有明顯的社會性、綜合性和易變性等特點。（1）社會性是指人工生態系統與社會制度、經濟條件及人類科學水平等密切相關，其結構與功能都要受到人類的干預。（2）綜合性是指人工生態系統中自然因素和人為因素錯綜復雜、多種多樣，導致其結構和功能是復雜的、綜合的。（3）易變性是指人工生態系統的自我調控能力很差，容易受到環境因素及人類活動的影響，系統有很大的不穩定性；但新的平衡也很容易在人類的干預下再次形成。因此，人類對其穩定性進行調控是非常必要的。

馮耀宗 [2]（2002）對于自然生態系統和人工生態系統的穩定性研究的側重點做了總結，主要體現在以下三個方面：（1）人工生態系統是以人工播種、種植、栽培、管理直至收獲這種連續不斷的“動態”過程的反復進行來反應系統的穩定性，并非“靜態”地保持在（或稱恢復到）某一固定的平衡點。動態平衡是相對的、暫時的和有條件的，自然的或人為的因素都有可能打破這種平衡，產生一系列的連鎖反應，直至新的平衡被建立。因此，“靜態保持”和“動態反復”是自然生態系統和人工生態系統穩定性研究中最本質的區別之一。（2）自然生態系統穩定性的研究主要是針對系統結構的穩定；人工生態系統的結構，比如系統中種類的多少、種群密度和層次布局等，主要是受人的控制。所以，人工生態系統穩定性的研究，主要針對的不是系統的結構，而是系統的功能。人工生態系統對結構的研究，其出發點也是為了維護系統功能的正常發揮。（3）自然生態系統中穩定性的描述常用易變性、恢復力、脆弱性和可靠性等，這些概念不宜用來概括人工生態系統的穩定性。人工生態系統的穩定性概念應當要體現出動態的、發展的、整體的及因子間相互聯系等主要特點，一般用系統運動效率、抗性、生物與非生物各要素之間相互作用等來描述系統動態平衡狀況的綜合特性。

出于人工生態系統與自然生態系統在穩定性上側重點的不同，對人工生態系統穩定的考量指標也不同于自然生態系統的“抵抗力”和“恢復力”指標，而主要采取系統生產力動態、系統抗干擾能力和系統環境動態三個指標，分別體現人工生態系統的運動效率、抗性和生物與非生物各要素間相互作用的不同特性。

系統生產力動態指的是在一定時期內生產力的變動狀況。人工生態系統的生產力是社會資源與自然資源的利用效率，不僅取決于資源的輸入數量，還必須考慮資源的轉化效率。生產力穩定或繼續增長的評為高；基本穩定，時有下降情況的評為中；動蕩不定且有明顯下降的評為低。與自然生態系統有所不同的是，人工生態系統的生產力更側重其經濟價值，也稱為“經濟生產力”；經濟生產力是人工生態系統中最有價值的生產力指標。

系統抗干擾能力指的是系統抵抗自然災害的能力。幾乎所有有關生態系統穩定性的研究中，都涉及到抗干擾這一指標。傳統的干擾定義主要是指使生態系統的結構或功能特征產生突然變化，而對生態系統的平衡狀態造成擾亂的非常規事件。一般與干擾相關的術語包括抵抗力、恢復力、彈性等，都是針對自然生態系統的。對于人工生態系統，更多的是采用在干擾前后生物量與生產力的變幅、種群數量的變動和多樣性指數的變化等指標作為系統抗干擾能力的度量。

系統環境動態指的是系統內部的環境因系統結構的改變而改變的狀態。如果向良性方向轉變，說明系統穩定性高；如果向惡性方向轉變，說明系統穩定性差。在已有的系統穩定性的研究工作中，極少有系統內部的環境狀況和系統穩定性之間相互關系的研究。但是，從動態的、長期的角度來看，系統對環境的反作用可視為系統穩定性的一個重要方面。

二、生態工業園區的穩定性指標

生態工業園區是典型的人工生態系統，盡管其基本的理論基礎源于自然生態系統的循環理念，但其建設與發展過程中人工的痕跡隨處可見，甚至絕大部分生態工業園區完全就是人工設計下的產物。因此，生態工業園區的穩定性應更多地從人工生態系統的視角來考量。

首先，由人工規劃、建設并在人工管理下運行的生態工業園區，其穩定性是通過園區不間斷地運行以獲取收益的動態過程來反應的，不可能以“靜態”的狀態保持在某一平衡點上。

其次，大多生態工業園區是新建或改造而來，園區中的企業數量與種類受人工控制，因此，其結構的穩定性并非生態工業園區的終極目標。相對于自然生態系統，生態工業園區的穩定性更多地體現在其功能的穩定性上，包括生產功能和環境功能等。

第三，生態工業園區區別于傳統工業園區的最本質特點在于其對環境的不破壞，甚至是改善上，也即園區與環境之間的良性互動。

因而，生態工業園區的穩定性實際上是一類人工生態系統的穩定性的問題，除了一般所論及的抵抗力，經濟生產力和系統的環境動態也是其穩定性極其重要的方面。

（一）抗干擾能力

生態工業園區的抗干擾能力，這一點幾乎所有關于生態工業園區穩定性的研究中都有所體現，指的是生態工業園區在受到干擾后保持當前穩定狀態的能力，主要是抵御各類風險的能力。盡管“干擾”有的時候并不都是負面的，比如新的激勵措施出臺和新技術出現等，可能會促進生態工業園區向更穩定的方向演進。但就目前來說，全世界的生態工業園區無論結構或功能都處于比較脆弱的初級演替階段，所面臨的更多的是受到干擾時生態工業園區中生態工業鏈運行不穩定甚至是整個園區可能遭受解體風險的情形。

生態工業園區的干擾主要來自兩個方面，即來自政策的干擾和來自市場的干擾。

1.政策干擾。由于生態工業園區的發展不過二十余年的時間，還是新生事物。因而，針對生態工業園區的政策體系仍在不斷的完善之中，對園區的發展也造成了程度不同的沖擊。有的政策可能促進園區的穩定性，而有的政策可能適得其反。比如說，現行的政策體系中，大多生態工業園區為了維護環境效益而將污染性項目拒之門外，事實上，污染性項目往往可為下游企業提供大量的廢棄物，成為構建生態工業鏈的主體企業，更能體現生態工業園區中廢棄物減量化帶來環境效益的含義。因此，“污染”這一概念在生態工業園區中的內涵與傳統概念有所不同，現有的環境政策如排污收費、污染物配額分配等，可能適用于生態工業園區的建設初期，但因為對構建生態工業鏈可能產生障礙，所以不太適用于生態工業園區的成熟時期，即有可能阻礙生態工業園區向更穩定的方向演進。

2.市場干擾。生態工業園區無論是區內企業間的廢棄物利用，或是區內與區外的企業間行為，都要受到市場的影響。區內企業間之所以通過廢棄物利用結成生態工業鏈，大多出于成本或收益的考慮，受市場的引導；企業進行區外活動，也是為了在市場中實現其經濟利益。因而，市場的波動很容易對園區內企業產生影響。若園區內企業是獨立經營的，則市場的沖擊僅限于企業本身；然而，園區內企業因著利潤最大化的驅使，相互因廢棄物或能量的利用結成了關系復雜的鏈網結構，位于生態工業鏈中的某一節點的區內企業受到沖擊后，則這一沖擊將沿著鏈條傳遞，導致整個工業鏈的不穩定[3]。尤其當生態工業園區內的主導企業受到市場的深度干擾時，園區的穩定性將受到嚴重的挑戰。

所以，生態工業園區的“抗干擾能力”，是園區穩定性的一個非常重要的方面。

（二）經濟生產力

經濟生產力是各種有形要素與無形要素構成的經過復雜的非線性的相互作用和協同而構成的一個系統；這一系統是開放的具有動態屬性的體系。生態工業園區中企業通過各種要素的結合和“資源—廢棄物—再生資源”的周期式循環往復的動態生產模式下反復運行，不斷獲取收益，實現其功能。

一般說來，經濟生產力系統的功能主要有四個方面[4]。首要的是經濟功能，表現為推進企業、地區或全球經濟能力提高、產品與勞務增長、經濟結構優化或是產業升級等等；二是組織管理創新功能，即推進企業組織和社會組織形式的變化與發展；三是技術創新的功能，即能推進技術創新、研究與開發；四是社會性功能，即能推進經濟的民主化、社會化和大眾化，改善社會關系。

對生態工業園區的定義，不同的學者在表征經濟生產力上有不同的側重點。

Lowe[5]的定義為：一個由制造業和服務業組成的企業生物群落，它通過包括能源、水、原材料這些基本要素在內的環境與資源方面的合作和管理，來實現生態環境與經濟的雙重優化和協調發展，最終使該企業群落尋求一種比每個公司優化個體表現就會實現的個體效益之和還要大得多的群體效益。Lowe的定義強調通過對環境與資源等方面的創新式組織和管理，使企業群落實現更大規模的效益。這種創新式管理模式，主要是基于能源、水、原材料等基本要素的合作，需要有技術方面的強而有力的支持，必然促進技術的創新、研究與開發，同時將促進產業結構基于技術進步而帶來的優化，最終導致社會經濟發展模式的變革。

R.Cote和 J.Hall[6]則認為生態工業園區是一個能保存自然與經濟資源的工業系統，可減少生產、物質、能源、保險或賠償及處理處置等成本費用及責任，并能改善營運效率、質量、工作人員健康及公眾形象，且提供企業通過使用或販賣廢棄物，來增加企業收益的機會。Cote和Hall的定義更強調經濟功能的實現，兼顧社會性功能。

美國總統可持續發展委員會[7]將生態工業園區定義為：園區產業間彼此相互合作，并與地方小區有效率地分享資源（信息、物質、水、能量及公共建設等）與服務，以獲得經濟利益及環境質量，并提高人力資源對于當地商業與社會的公平性；園區通過規劃來進行物質及能源交換，形成產業共生的系統；同時尋求能源及原料使用的最小化，并推動廢棄物減量化等環保行動，來建立持續的經濟、生態和社會的關系。這一定義對生態工業園區作為經濟生產力系統的功能表述得相當完備，產業間的合作及園區與地方間的資源分享、能源與原料使用的最小化和廢棄物減量化等，是為了獲取更大的經濟效益和改善環境質量，需要技術的支持，必然促進技術的研究與開發，推進技術創新；同時這一新的經濟發展組織模式也必將對社會關系和觀念等造成沖擊，推進社會向前發展。

盡管生態工業園區的定義遠不止上述所列，但無一例外地經濟功能都是生態工業園區追求的首要目標。堪稱典范的卡倫堡生態工業共生體系中，1995年因上游企業Asnaes 發電廠原材料的改變，導致下游企業GyProc石膏廠的利益受損，最終出現了不穩定跡象[8]；直至Asnaes 發電廠改進其設備，使園區正常運行得以維持，才解決了這一問題，避免了更進一步危機的產生。可見，經濟利益是生態工業園區穩定運行的首要驅動力。

提高經濟能力、促使產品與勞務的增長是任何工業園區必然追求的基本經濟功能，但有意識地將實現經濟優化和產業升級當作主要經濟功能來對待，是生態工業園區在尋求經濟功能時區別于其他園區的重要特征。同樣，在推進組織管理創新、技術創新及在社會性功能的實現上，生態工業園區較之傳統工業園區顯然也具有更強的主動性及自覺性。在管理方面，生態工業園區的主要影響在于它對傳統企業把全部精力集中在銷售產品的管理方式提出了質疑；要求企業間不僅僅是競爭關系，還應該是伙伴關系，以保證資源最優化利用的管理合作，因而對傳統的管理科學在企業間激烈競爭的背景下樹立的相互競爭的信念提出了挑戰。

如若生態工業園區能持續地實現其作為經濟生產力系統的各項功能，則園區是穩定的；經濟生產力是生態工業園區的最重要的衡量因素，“經濟生產力”是這一人工生態系統中最有價值的指標之一。

（三）環境效益

任何經濟系統都是開放的系統，系統從外界獲取資源和能源，經過生產加工，向市場輸出產品或服務，同時向環境輸出廢棄物和副產品。所謂環境效益，是指產品或服務的價值與環境影響（即原材料、能源的使用和廢棄物的排放）的比值，也可定義為產品或服務價值的增加與環境影響的增加的比值，是對經濟和環境狀態的客觀描述[9]。環境效益從經濟盈余的角度來衡量環境績效，強調提高經濟效益的同時保證環境效益同步增長，是經濟效益與環境效益協調發展的體現。

傳統經濟采取從外界大量獲取資源與能源、向環境大量排放廢棄物的發展模式，產品與服務的原料和能源消耗強度大，環境效益差，經濟發展難以為繼（如圖1所示）。從熵理論的角度來看，傳統經濟發展模式一方面耗費大量的資源與能源，另一方面排放的廢棄物和副產品又對環境造成巨大的破壞，經濟與環境之間的矛盾日益加劇；系統與環境之間通過大量的物質與能量交換，引起系統熵的急劇增加，導致經濟系統向崩析的方向演替。

生態工業園區是模仿自然生態系統，依據工業生態學原理和循環經濟理念設計建立的一種新型工業園區。園區內企業眾多，按照在整個工業生態系統中所起的作用不同，各企業群體可以分為資源生產者企業（生產者）、加工生產者企業（消費者）和分解者企業三種類型。生產者企業包括物質生產者和技術生產者。物質生產者是指用基本原料生產直接消費品或初級產品的企業；技術生產者指提供無形的技術支持，不以可見的物質產品為目標的企業。消費者企業指主要使用初級產品、其他企業生產過程的副產物或廢棄物為原料，生產中間產品及最終產品的企業。分解者企業主要是對生產過程的副產物和廢棄物進行加工，或從中提取有用物質，提供給其他企業作為原料。

生態工業園區采用從外界獲取有限的資源與能量、向環境排放有限的廢棄物與副產品的發展模式，物質與能量在系統內不斷循環利用，以實現“物質減量化、能源梯級利用和廢棄物最小化”，使經濟與環境形成良性的動態過程，是可持續的發展模式；產品與服務的原料和能源消耗強度小，環境效益好（如圖2所示）。盡管系統與環境之間的物質與能量交換也會使系統的熵增加，但生態工業園區的“物盡其用”的運營模式使得系統所增加的熵值遠小于傳統經濟發展模式；同時，園區發展帶來的經濟增長、科技進步、技術創新等為解決環境問題提供了資金、技術和設備等物質條件，成為生態工業園區的負熵來源。當負熵流足夠強，就能抵消園區內部的熵增加值，并使其向更高的穩定狀態演替。

因而，環境效益是生態工業園區區別于一般園區的最重要指標，表征的是生態工業園區的“環境動態”，環境效益好，說明系統環境向良性方向轉變，園區穩定性強；環境效益降低，說明系統環境向惡性方向轉變，園區穩定性也降低。

綜上所述，生態工業園區穩定性是指在一定時期內，系統在遭受干擾的情況下維持其經濟生產力與環境效益的能力。區別于一般的生態工業園區穩定性的定義之處在于，此定義除了抗干擾能力之外，還以相對具體的“經濟生產力”和 “環境效益”為指標，而非一個對 “回復到穩定狀態”的抽象描述，因而具有更現實的指導意義。

參考文獻：

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[責任編輯 魏 杰]