面向生態文明的超循環經濟：理論、模型與實例

張智光

南京林業大學經濟管理學院,南京 210037

面向生態文明的超循環經濟：理論、模型與實例

張智光*

南京林業大學經濟管理學院,南京 210037

在全球氣候變化背景下,研究適應生態文明要求的新的經濟運行模式——超循環經濟的基本原理、結構模型、運行機理和實際應用。首先,運用系統結構分析方法梳理不同時期經濟運行模式的演進過程：由“從搖籃到產品”的粗放經濟,到“從搖籃到墳墓”的末端治理經濟,再到“從搖籃到搖籃”的循環經濟。延續這一綠色發展趨勢,根據文明演化的共生理論和艾根創立的超循環理論,提出超循環經濟的理論構想,并描繪“從孕育到孕育”的超循環經濟的概念結構。其次,將超循環經濟思想應用于林紙拓展系統(EFPS)。在分析中國造紙工業的發展現狀和瓶頸及其與林業和生態環境相互關系的基礎上,按照資源鏈、生態鏈和價值鏈(簡稱“三鏈”,或3C)逐層拓展的邏輯順序,研究EFPS超循環經濟的系列結構模型。具體來說,依次建立起各層次的超循環結構模型——制漿造紙系統的資源鏈核心層模型、供應鏈系統的資源鏈拓展層模型、生態環境系統的生態鏈拓展層模型,以及社會經濟系統的價值鏈拓展層模型。然后將各層次的結構模型綜合起來,形成EFPS超循環經濟的多重拓展-嵌套整體模型。該模型既能展示EFPS超循環經濟系統的全貌,又包含其各層次的系統結構。因此既能為各級政府在制定國家和地區的循環經濟總體發展規劃時提供參考,又能為制造企業、營林組織、供應鏈、行業協會等各類經濟主體的綠色經營決策提供支撐。最后,在上述實證研究的基礎上進行理論提升。一方面提出超循環經濟的5R原則：減量化、再循環、再利用、再分配和再培育。另一方面基于5R原則和3C循環鏈,構建5R- 3C理論模型,并研究其5R- 3C共生運行機理。研究表明,在超循環經濟模式下,產業與生態系統可以實現互利共生的良性循環。以上研究成果的主要創新之處在于：在原理上,揭示了面向生態文明的超循環經濟的概念結構、本質屬性和5R原則；在機理上,創立了超循環經濟的5R- 3C模型及其共生運行機理；在實施上,以林紙拓展系統為例,為超循環經濟理論的“落地生根”和推廣應用構建了具體的多重拓展-嵌套模型。

循環經濟；超循環經濟；超循環理論；共生理論；林業；造紙工業；生態文明

如果說狹義循環經濟正在逐步脫離青色文明階段[1],并且叩響了生態文明的大門,而廣義循環經濟剛剛邁進生態文明(綠色文明)的門檻,以實現淺綠文明為發展目標,那么超循環經濟則是入門后的一種順應生態文明要求的發展模式,走上了一條深綠文明的康莊大道。但是目前關于超循環經濟的研究與生態文明的要求還有較大的差距,還不是真正意義上的超循環經濟,本質上還屬于廣義循環經濟。為此,本文擬研究面向生態文明的超循環經濟理論和模型,并以林紙拓展系統(expanded forest-paper system,EFPS)為例,通過實證表明超循環經濟理論具有深厚的現實根基。

1 文獻回顧與分析

循環經濟(circular economy,CE)學說首先由美國經濟學家K·波爾丁(Kenneth Boulding)于1966年提出。他認為在人類與自然資源構成的大系統內,應當將傳統的資源開采、企業生產、產品消費、廢棄物排放的資源依賴和消耗型單向經濟增長方式,轉變為資源節約和循環利用的生態型經濟發展方式,以緩解自然資源枯竭和生態環境破壞的問題[2]。此后,各國學者對循環經濟問題進行了廣泛而深入的研究。其中,從2006年至今,中國學者每年發表的相關學術論文數量最多,對循環經濟的研究做出了重要貢獻[3]。通過對現有文獻的梳理,可以歸納出循環經濟的核心內涵。從拓撲結構看,循環經濟是一種閉環經濟(closed-loop economy),而傳統的經濟模式則屬于開環經濟(open-loop economy)或線性經濟(linear economy)[4]。從核心思想看,循環經濟遵循減量化(reduction)、再循環(recycle)、再利用(reuse)的3R原則[5]。從系統范圍,循環經濟系統可分為3個層次：小循環(單個企業與自然系統)、中循環(多個企業與自然系統)、大循環(社會經濟與自然系統)[6]。前兩者為狹義循環經濟,后者為廣義循環經濟[7]。

一些學者認為上述循環經濟理論仍存在局限性,并借鑒德國科學家艾根(Manfred Eigen)的超循環理論(hypercycle theory)提出了超循環經濟設想。最初的超循環經濟結構包含兩個循環層面：基礎層循環(物質、能量和信息循環)和創新層循環(系統開放及發展效率的創新)。其拓撲結構為：循環(資源→產品→再生資源)→創新→新循環[8]。而后,為了使超循環經濟結構與超循環理論中的反應循環、催化循環和超循環結構更加吻合,研究者又將兩層結構進一步分解成3層循環結構：內循環(反應循環,單個企業資源循環)、中循環(催化循環,由多個企業內循環構成的大資源循環)、超循環(由多個中循環構成的社會經濟和自然系統的物質、信息和資金循環)。同時,將循環經濟的3R原則拓展成減量化、再循環、再利用和再創新(reinnovation)4R原則[9]。

對超循環經濟的探索為我們進一步深化循環經濟理論與實踐提供了新的思路：循環經濟不僅有工業生態學等發展分支[3],還可以向更加深廣的生態經濟自組織理論方面拓展。但仔細比較后不難發現,現行超循環經濟的構想與循環經濟,尤其是廣義循環經濟沒有本質的差異,還不是真正意義上的超循環經濟。具體來說,主要有以下幾方面的問題。(1)現行超循環經濟的3個層次(內循環、中循環、超循環)與循環經濟的3個層次(小循環、中循環、大循環)都將研究范圍擴展到了社會經濟和自然系統,沒有實質性的區別,只是前者運用超循環理論對后者的3個層次進行了重新詮釋。(2)現行超循環經濟的一個突出特點是在循環經濟3R原則基礎上增加了“再創新”原則,但并未提出具體的創新內涵和途徑。其實,任何一種創新都在現有創新基礎上的“再創新”。這就是說,“再創新”原則過于空泛,不如減量化、再循環、再利用3R原則那么具體、實在和可操作。可見,“再創新”與原有3R原則并不對等,還夠不上超循環經濟的一個新原則。(3)現行超循環經濟和循環經濟一樣,都沒有超越資源利用的范疇,沒有涉及資源的人工培育和生態的人工恢復,只能實現生態弱害和產業偏利共生,而面向生態文明的超循環經濟的真正目標則是實現產業與生態的互利共生,從而實現“人工超生物文明”[1]。(4)現行超循環經濟研究只是抽象地描繪了一個“烏托邦式的畫面”：提出了概念構想、方針原則[10]、應用對策[11]等,尚未找到并研究具體的實現途徑、應用范例、“落地”的超循環經濟系統及其運行機理。

鑒于以上分析,本文擬從以下幾個方面對超循環經濟展開研究。(1)向上突破“天花板”。超越生態弱害和產業偏利共生的發展目標,尋求實現產業與生態互利共生的途徑,使經濟發展模式產生質的飛躍。(2)向下突破“樓板”。為使超循環經濟落地生根,尋求具體的實際應用領域,構建超循環經濟的實際應用系統,以解決產業與生態共生發展的現實難題。(3)內涵的明晰。在3R原則的基礎上,尋求能夠代表超循環經濟本質屬性的具體化的新原則,替代空泛的“再創新”原則。(4)外延的拓展。為實現產業與生態的互利共生,在循環的廣度上,要超越資源利用循環,向上游的可再生資源培育拓展；在循環的深度上,不僅研究資源鏈超循環,還要研究生態鏈和價值鏈超循環,以及“三鏈”協同運作的超循環自組織機理。

2 循環經濟的演進過程與結構分析

在對人類環境保護意識的崛起和環保措施的強化過程進行系統梳理和分析后可知,從開環經濟到閉環經濟模式的演進過程經歷了先污染、后治理、再循環幾個發展階段。下面對其系統結構和本質特征逐一進行分析,從中發現其演進規律,為超循環經濟的研究奠定基礎。

2.1 “從搖籃到產品”的粗放經濟

最初的經濟增長方式只關注生產活動,以經濟增值為唯一目標,而忽視對人類賴以生存和發展的自然環境的保護,我們稱之為粗放經濟模式。它與通常所說的“粗放型經濟”不同,后者是指在經濟系統內部的粗放經營,與集約型經濟相對應。而本文所說的“粗放經濟”并不局限于經濟系統內部,還包括了它與會環境和自然環境相互作用時的粗放。具體來說,在粗放經濟模式下,工業企業大量消耗自然資源進行產品的生產,人類社會毫無節制地使用產品,而對產品生產過程中所產生的污染物和產品使用后的廢棄物則直接排放和丟棄。如此,不僅導致經濟系統投入產出效率低下,而且導致自然資源的濫用和自然環境的嚴重污染。也就是說,人們只注重從“搖籃”(資源耗用)到產品生產和使用的過程,而不關心生態環境的惡化。因此,稱之為“從搖籃到產品”的開環的粗放經濟模式,其概念結構如圖1所示。

圖1 經濟模式的演進與循環經濟的形成Fig.1 Economic patterns′ evolution and circular economy′s formation

2.2 “從搖籃到墳墓”的末端治理經濟

20世紀50年代之后,西方主要國家看到粗放經濟所造成的嚴重的環境污染后果,開始重視資源鏈的末端治理,樹立起經濟增值和降低工業生產對環境污染的雙重發展目標。在公眾覺醒和社會壓力下,企業的關注范圍沿著從“搖籃”到“產品”,向下游延伸至產品的“墳墓”。即對生產過程中產生的污染物和產品使用后的廢棄物進行末端處理,去除其中的有害物質,降低環境污染,從而形成對資源鏈全生命周期的關注。因此,我們稱之為“從搖籃到墳墓”的開環的末端治理經濟模式,其概念結構如圖1所示。但是,這種經濟模式仍然是開環的,其資源消耗量依然很大,而且污染處理所導致的成本增加在一定程度上阻礙了環境治理的進程。

2.3 “從搖籃到搖籃”的循環經濟

20世紀60年代之后,為了克服末端治理經濟的弊端,循環經濟思想誕生了。人們模仿自然生態系統中的物質循環原理,開始意識到“世界上沒有絕對的垃圾,只有放錯了地方的資源”。循環經濟模式需要在末端治理之前,對產品生產和使用中產生的污廢物進行分類處理,將其中有用的資源作為同一個生產過程,或同一個企業的其他生產過程,或另一個企業的原料,進行再加工和再利用,形成資源鏈的閉環系統。同時,在經濟系統內部,采取集約型經濟和清潔生產等方式,在資源耗用、產品生產和產品使用等過程中盡可能做到資源消耗和污染物發生的減量化。總之,循環經濟以經濟增值、降低污染排放、降低資源和能源消耗為多重目標,不僅可以進一步降低環境污染,而且可以降低自然資源的消耗速度,同時還能降低生產成本,提高投入產出效率。因此,我們將這種把污廢物從“墳墓”里拉回來,重新回歸“搖籃”,成為可用資源的經濟模式,稱為“從搖籃到搖籃”的閉環的循環經濟,其概念結構如圖1所示。

與開環經濟相比同,循環經濟是一種更好的保護自然環境的“防病”措施,可以防止自然環境不再患上新病,或者不再加重病情。但是,不生病并不等于健康。自然環境的原有病癥如何康復？只能靠自然系統的自身修復能力,這是一個漫長,有時是無法實現的過程,而人類對此無所作為。為解決這一問題,提出一種能夠促進生態環境健康發展的新型循環經濟模式——超循環經濟。

3 面向生態文明的超循環經濟的理論構想

3.1 超循環經濟的本質屬性——基于文明演化的共生理論

根據人類文明演化的共生理論[1],人類各文明形態演進過程和產業系統與生態系統的共生關系的變化息息相關(表1)。表1中,共生屬性用符號“(產業±, 生態±)”表示產業與生態系統相互作用的受力情況：“+”表示受到促進或獲利,“-”表示受到抑制或受害,“0”表示不受對方的影響。在原始文明階段,人類對自然缺乏認識,以采獵天然生物資源為生,對自然界懷有敬畏之感。其共生屬性表現為生態系統受正力,而產業系統剛剛萌芽,受到原始自然條件的制約,受力為0和弱負力(故曰本色文明)。在農業文明階段,人類對自然的認知水平有了一定的提高,通過砍伐森林,開墾黃土地(故曰黃色文明),種養人工生物,獲得食物等農產品,并從改造自然中獲益。農業在經歷了受限和受阻模式后(-, +),逐步發展起來,而生態系統的獲利程度也隨之逐步下降,直到既不獲利也不受害的產業偏害模式(-, 0)。在傳統工業文明階段,科技水平得到較大提高,人類通過大量采掘天然化學資源,制造機器和工業產品,并逐步樹立起征服自然的雄心壯志。經過產業與生態系統的競爭模式(-, -),產業逐步強大起來,達到既不獲利也不受害的生態偏害模式(0, -),最終進入了產業獲利而生態強害的產業寄生和捕食模式(+, -)。這是一種粗放的資源消耗和環境污染加重的工業發展模式(故曰黑色文明)。在新工業文明階段,人類環境保護和尊重自然的意識開始覺醒,通過制造高科技材料等人工化學資源、利用太陽能和風能等天然物理資源、開發信息系統等人工物理資源,并通過末端治理和初步循環經濟等集約化方式逐步減少天然資源和能源消耗,降低環境污染(故曰青色文明),達到生態弱害模式。在生態文明階段,人類意識到人是自然界的組成部分,發現長期被忽視的“天人合一”等古代哲學思想的現實價值,認識到產業與生態應當并能夠實現互利共生。首先,通過實行循環經濟等方式使產業發展對生態的不良影響下降到0,實現產業偏利共生模式(+, 0),防止生態系統進一步“患病”,依靠其天然生物機能緩解病情,邁入生態文明的門檻(故曰淺綠文明)。然而,僅僅“不生病”是不夠的,需要通過人工種植和養殖生物、實行超循環經濟等方式更加積極有效地增進生態系統的健康發展,實現產業與生態的互利共生的模式(+, +),深化生態文明(故曰深綠文明)。此時,文明的科學屬性經歷了生物文明、化學文明和物理文明的螺旋式上升后,回歸并提升至生物文明的高級階段——超生物文明(包括天然和人工超生物文明),產生了質的飛躍[12]。

表1 人類文明演進的屬性譜系

將上述循環經濟的產生過程與人類文明的演進過程進行對比,可以看出,圖1所示的粗放經濟是一種生態強害的非共生發展方式,與傳統工業文明相對應；末端治理經濟是一種生態弱害的集約型非共生發展方式,與新工業文明的初期相對應。循環經濟模式進一步弱化了產業對生態的危害,逐步逼近和達到產業偏利共生模式,分別與新工業文明后期和淺綠文明相對應。從以上分析可見,“后循環經濟”應當是與深綠文明相對應的,能夠實現產業與生態互利共生的經濟發展模式,這就是超循環經濟的本質屬性。

3.2 超循環經濟的多層結構——基于超循環理論

確定了超循環經濟的本質屬性后,就需要研究超循環的基本構成及其自組織原理。對此,超循環理論提供了有力的理論支撐。超循環理論(hypercycle theory)是德國科學家艾根(Manfred Eigen)在20世紀70年代提出的建立在分子生物學基礎上的關于非平衡態系統的自組織理論。該理論提出了自然界演化的自組織原理——超循環,揭示了從化學系統到生物系統的進化機制,在分子生物學水平上,建立了一個通過自我復制和自然選擇而進化到高度有序水平的自組織系統模型。雖然該理論著眼于微觀世界的自組織現象,但宏觀系統也有相似的演化規律和自組織方式。因此,近年來超循環理論已廣泛應用于生態文明建設[13]、低碳與循環經濟[11]、企業與區域經濟管理[14]、信息資源管理[15]等方面。借鑒這些成果,可以將超循環理論應用于超循環經濟的研究。

將超循環理論與循環經濟系統進行對比,可以發現超循環經濟(hypercycle economy,HCE)的基本構成與自組織原理(表2)。(1)關于“循環”。在超循環理論中,“循環”又稱基層循環或反應循環,是指靠外部催化劑驅動的具有自復制特性的反應序列,其中任何一步反應的產物可作為另外某一步的反應物。在超循環經濟中,“循環”對應于將企業中的一個生產過程的廢棄物或多余能量作為另一個生產過程的原料或能源而形成的資源鏈的閉合結構,從而形成自復制機制。(2)關于“超循環”。在超循環理論中,“超循環”又稱一重超循環或催化循環,是指由若干個基層循環在功能上耦合起來而構成的高層循環,進而形成具有自催化和自復制特性的二級循環網絡。在超循環經濟中,“超循環”對應于企業中的多個資源鏈基層循環進一步耦合,形成整體企業的高層資源鏈循環網絡,它具有自催化和自復制特性。(3)關于“多重超循環”。在超循環理論中,“多重超循環”是指由若干個超循環進行更高層次的有機組合,形成多重嵌套的復雜超循環系統。各循環單元既能自催化和自復制,又能催化下一單元。在超循環經濟中,“多重超循環”包含了三次超循環拓展。首先由供應鏈網絡中的多個企業的資源鏈(一重)超循環耦合成二重超循環系統——資源鏈拓展層超循環網絡；然后再拓展到自然環境系統中形成三重超循環系統——嵌套了資源鏈超循環的生態鏈拓展層超循環網絡；最后進一步拓展到社會經濟系統中形成四重超循環系統——嵌套了資源鏈和生態鏈超循環的價值鏈拓展層超循環網絡。“三鏈”超循環既能自催化和自復制,又相互催化。(4)關于超循環的自組織過程。超循環理論認為,基層循環靠外部催化劑驅動,(一重)超循環兼具自催化和自復制特性,(多重)超循環的各單元既能自催化和自復制,又能催化下一單元。各循環單元自行循環、相互作用、相互催化,形成自組織機制,使系統向更高的有序狀態進化。在超循環經濟中,資源鏈、生態鏈和價值鏈自行循環、相互作用、相互催化,進而促進該超循環經濟系統良性循環和共生發展,使系統向更高的綠色文明狀態演進。

表2 超循環理論在超循環經濟中的應用

3.3 超循環經濟的概念結構——“從孕育到孕育”

根據以上分析,在“從搖籃到搖籃”循環經濟的資源鏈反饋結構基礎上(圖1c),可構筑圖2所示的超循環經濟概念結構。該系統把可再生資源的培育納入循環體系,而這一環節兼具產業和生態的雙重特征,是兩系統互利共生的關鍵環節。以林紙拓展系統為例,林木資源的培育不僅為造紙工業提供必要的原料來源,同時還發揮著改善生態環境、固碳制氧、水土保持、維護生物多樣性等生態功能,而造紙工業的發展又會通過價值鏈反哺資源培育,進而形成產業與生態相互促進的良性循環。芬蘭的林業發展歷程就很好地驗證了這種互利共生的現實可行性。芬蘭的森林曾經遭受過戰爭和其他人為與自然因素的嚴重破壞。二戰后,該國通過先進的管理方法和綠色造紙技術,構筑了造紙工業和營林業的良性互動機制,實現了兩者的雙贏。目前芬蘭的森林覆蓋率已高達76%,生態效益良好[16]。

圖2 超循環經濟的概念結構Fig.2 Conceptual structure of hypercycle economy

由圖2可見,超循環經濟系統包含資源鏈、生態鏈和價值鏈的多重超循環結構。從“嬰兒”在“搖籃”期之前的“孕育”過程出發,不僅通過資源鏈反饋至“搖籃”,而且通過價值鏈和生態鏈回饋“孕育”過程。從自然環境所受到影響來看,生態鏈的前饋和反饋對環境產生正向作用。雖然污廢物的排放和自然資源耗用對環境有負向作用,但一方面由于可再生資源的培育和資源的減量化使用,使得自然資源耗用顯著下降,另一方面污廢物的資源化利用和處理使得最終排放到自然環境中的污染物大大降低。因此在超循環經濟模式下,自然環境受到的正向作用遠大于負向作用,從而促進了自然環境的生態改善,使之從“防病”演進到健康狀態。而在圖1c所示的循環經濟模式中,自然環境沒有受到正向作用,人們所能做的只是盡可能減小負向作用。可見,超循環經濟是一種“從孕育到孕育”的健康式經濟發展模式,它以資源、生態和價值的協同提升為目標,最終實現資源增長、生態改善和價值提升。

4 超循環經濟的實證研究——以林紙拓展系統為例

為驗證圖2所示系統的可實現性,下面需要通過實證研究將超循環經濟系統具體化。由于超循環經濟涉及面很廣,泛泛地研究難以得出更有價值的結果,需要選擇一個具體的應用領域進行深入探討。森林是陸地生態系統的主體,具有固碳制氧、保持水土、涵養水源、防治土地沙漠化、維護生物多樣性等關鍵的生態功能,并對其他陸地生態系統的變化產生重要影響。在與森林相關的工業中,造紙工業無論在社會經濟和生態環境方面都具有十分突出的地位。而且林紙一體化、綠色造紙、造紙循環經濟也是國際造紙工業的發展趨勢[17]。因此,選擇林紙拓展系統EFPS作為超循環經濟實證研究的對象。

進入21世紀后一些專家提出了我國造紙工業發展循環經濟的構想,研究了造紙業實施循環經濟的必要性、適應性和基礎條件等,認為現代造紙工業是發展循環經濟的理想載體[18]。在工程技術層面,許多學者分別對木材原料的有效利用、廢紙回用、廢水循環和再利用[19]、造紙污泥的資源化利用[20]、能量回用、熱電聯產[21]、清潔生產、污染控制等單項循環技術進行了比較微觀的研究。在經濟管理層面,一些學者對造紙工業循環經濟的效率[22]、生態工業園[23]、產業集群[24]等進行了比較宏觀的研究。在這些研究的基礎上,超循環經濟的研究需要完成以下工作：單項循環經濟技術的集成、循環經濟工程技術與經濟管理的整合、原料林培育與制漿造紙的集成、造紙業與木材加工業的集成、產業與生態系統的集成等,然后構建能夠協調產業與生態系統共生關系的EFPS超循環經濟系統模型。

4.1 EFPS超循環經濟的多重拓展-嵌套建模路徑

根據表2所示的超循環層次結構,以及林紙拓展系統的特點[25],可得出圖3所示的EFPS超循環經濟系統建模的多重拓展-嵌套邏輯路徑。首先需要構建制漿造紙系統的核心層資源鏈結構,然后依此進行微觀資源鏈拓展、中觀生態鏈拓展和宏觀價值鏈拓展,進而逐層構建整體的EFPS超循環經濟系統。其中,資源鏈核心層和資源鏈拓展層合起來屬于產業系統,它由以制漿造紙業為核心的供應鏈系統構成。其縱向供應鏈包括森林培育業、制漿造紙業和市場營銷業等,橫向供應鏈包括木材加工業、家具制造業和林產化工業等。在產業系統中,森林培育業是聯系人工系統和自然系統的橋梁,是產業和生態系統共生關系的紐帶。由圖3可見,制漿造紙、供應鏈、生態環境、社會經濟等系統并不是并列的關系,而是層層拓展、層層嵌套和相互交織的關系。也就是說,在制漿造紙和供應鏈系統中,關注資源鏈循環；在生態環境系統中,同時包含了資源鏈和生態鏈,關注生態鏈循環及其對資源鏈的作用；而在社會經濟系統中,資源、生態和價值鏈均有涉及,關注價值鏈循環及其對資源鏈和生態鏈的作用。

圖3 EFPS超循環經濟的多重拓展-嵌套建模路徑Fig.3 Multi-layer expansion-nestification modeling route of EFPS hypercycle economy

4.2 EFPS超循環經濟多重拓展-嵌套模型的構建

根據圖3的邏輯路徑,經過資源鏈、生態鏈和價值鏈的逐層拓展,可以構建一個龐大的EFPS超循環經濟系統模型。為了便于表達和應用,采用多重拓展-嵌套的方式來描述這一復雜系統的整體結構。

首先,在制漿造紙系統中研究資源鏈核心層超循環系統。以我國制漿造紙企業常用的堿法制漿工藝為例,對各種單項的制漿造紙工藝中的資源循環利用技術進行梳理、篩選和整合[26],可以構建EFPS超循環經濟系統的資源鏈核心層的詳細結構模型。為了更清晰和簡捷地表達和突出核心層的主要超循環機理,對該詳細結構模型進行抽象和提煉,得到圖4所示的資源鏈核心層結構模型。其中的方框表示資源處理過程(簡稱資源過程),有向實線表示資源流(包含物質流和能量流)。順箭頭方向的資源流把資源過程連接起來所形成的鏈條就是資源鏈。圖4不僅描述了制漿造紙生產中的“備料→制漿→抄紙”主干過程,而且給出了堿回收、水處理、熱電聯產、煙塵和廢渣處理等輔助過程,進而構成了由廢紙回收、堿回收、水回收、纖維回收、石灰回收、廢料回收、蒸汽回收和電力回收等多重循環構成的資源鏈超循環系統。

其次,將資源鏈核心層超循環系統在供應鏈系統的縱向和橫向兩個維度進行微觀拓展,形成資源鏈拓展層超循環系統。具體來說,將圖4中的木材原料輸入等向供應鏈上游拓展到森林培育環節；將紙產品輸出和廢紙原料輸入等向供應鏈下游拓展到綠色營銷和綠色消費環節；將廢紙、廢木和木材加工剩余物輸入等在橫向拓展到木材加工環節；將處理后的排放物(污泥、煤灰和木質素等)在橫向拓展到廢物加工環節[27]。為解決資源鏈拓展層超循環系統結構過于龐大和難以表達的問題,對資源鏈拓展層超循環系統的詳細結構模型進行抽象和提煉,并將圖4資源鏈核心層濃縮和嵌套于“資源鏈核心層結構”框中,形成圖4所示的簡捷的資源鏈拓展層結構。這樣就可以清晰地看出營林循環,化學和物理加工循環,污泥包裝材料、煤灰磚建材和木質素助劑循環等資源鏈超循環機理。

圖4 EFPS超循環經濟的多重拓展-嵌套模型Fig.4 Multi-layer expansion-nestification model of EFPS hypercycle economy

再次,將資源鏈拓展層超循環系統在生態環境系統的目標層-經營層和加工業-營林業兩個維度進行中觀拓展,形成生態鏈拓展層超循環系統。森林等資源是生態系統的生物學基礎,根據生態學原理和我國生態建設的實踐,可以將資源鏈拓展層超循環系統拓展至生態環境系統[27]。同樣,將圖4資源邏拓展層濃縮和嵌套于“資源鏈拓展層結構”框中,并對詳細的生態鏈拓展結構進行簡化,可形成圖4所示的生態鏈拓展層結構。圖4c中的各方框(灰色框除外)表示促進生態系統良性發展的過程(簡稱生態過程),有向點劃線表示生態流(包含作用于生態系統的物質、能量、資金、技術、信息、政策等)。順箭頭方向的生態流把生態過程連接起來所形成的鏈條就是生態鏈。在加工業的生態鏈拓展部分,綠色工業政策促進了資源節約、節能減排和生態工業園建設等措施的實施,同時圖4輸出的廢水、污泥和木質素等經無害化水處理和有機肥生產等過程轉變為對林木生長有利的再生水和有機肥等資源,從而提高了工業系統的環境友好程度。在營林業生態鏈拓展部分,綠色營林政策促進了森林分類經營、森林認證和采伐約束等措施的實施,同時林紙一體化和綠色化等戰略促進了原料林建設和林木可持續經營(如實行近自然育林方式等),從而提高了森林生態效益。此外,森林固碳等作用將加工業和營林業兩部分聯系在一起。在以上生態鏈超循環的綜合作用下,該系統能有效實現改善生態環境的目標。

最后,生態鏈拓展層超循環系統在社會經濟系統中進行宏觀拓展,形成價值鏈拓展層超循環系統。資源鏈和生態鏈超循環的驅動力在于價值鏈超循環。我國林紙循環經濟發展中的瓶頸和國外林紙互動的成功經驗都表明價值鏈的催化劑作用在超循環經濟運行中起到至關重要的作用。我們將邁克爾·波特提出的價值鏈理論運用于EFPS超循環經濟,對價值鏈循環過程進行梳理和優化[27],凝練出價值的分配與協調、價值的交易(包括面向資源鏈和生態鏈的市場交易)和價值的轉移(包括市場和行政機制)三類基本過程。經過系統簡化,并把圖4生態鏈拓展層濃縮和嵌套于“生態鏈拓展層結構”框中,構建了如圖4所示的價值鏈拓展層結構模型。圖中,各方框(灰色框除外)表示促進價值增值的過程(簡稱價值過程),有向虛線表示價值流(不是狹隘的資金流,而是綠色發展觀指導下的綜合效用流)。順箭頭方向的價值流把價值過程連接起來所形成的鏈條就是價值鏈。良好的價值鏈超循環可以調動制漿造紙企業、木材加工企業、營林企業、林農、政府部門和社會組織等各類主體的積極性,促進資源鏈和生態鏈的良性循環,而資源鏈和生態鏈的健康發展反過來又會支撐價值鏈的持續增長,最終推進整個超循環經濟系統朝著有序的方向不斷演進。

綜合以上4個部分,就得到了圖4所示的多重拓展-嵌套模型。該模型既能體現EFPS超循環經濟系統的整體結構,又能反映其層次結構。首先,整體結構便于對該復雜系統有一個完整和全面的認識,便于在實際工作中開闊視野和拓展思路,有利于各級政府在制定國家和區域的循環經濟發展戰略。其次,分層結構有利于各決策主體(如造紙和木材加工企業、營林組織、供應鏈、相關行業協會等)在制定不同層面循環經濟決策時,根據各自獨特的需求和關注點各取所需。再次,拓展-嵌套模型便于理解局部超循環與整體超循環的關系,有利于協調各利益相關者之間關系。

5 基于實證的理論提升

5.1 超循環經濟的5R原則與5R- 3C理論模型

從以上實證研究可知,超循環經濟系統不僅要遵循一般循環經濟的3R原則,還要遵循促進產業與生態互利共生的原則。對圖4所示的EFPS超循環經濟系統的多重拓展-嵌套模型進行理論提升,我們提出超循環經濟的5R原則：在原有的減量化(reduction)、再循環(recycle)、再利用(reuse)的3R原則的基礎上,增加再分配(redistribution)和再培育(recultivation)原則。為實現5R原則的功能,構建與此相應的5R 子系統,然后根據圖2和圖4的原理,通過資源鏈、生態鏈和價值鏈(3C)可將5R子系統聯系成超循環經濟的5R- 3C理論模型(圖5)。由5R- 3C模型可見,為實現面向生態文明的超循環經濟,需要在建設一般循環經濟的基礎上,應著力構筑再分配和再培育兩個子系統,并完善資源鏈、生態鏈和價值鏈相互促進機制。

圖5 超循環經濟的5R- 3C理論模型Fig.5 5R- 3C theoretical model of hypercycle economy

5.2 超循環經濟的5R- 3C共生運行機理

在5R- 3C理論模型中,資源鏈、生態鏈和價值鏈3C超循環并不是獨立運行的,它們通過5R子系統相互耦合、相互催化,進而形成超循環經濟系統的5R- 3C共生運行機制。其中,價值鏈是動力和紐帶,它通過利益機制促進資源鏈和生態鏈的良性發展；資源鏈是基礎,它是生態鏈的生物學基礎,又是價值鏈的物質基礎；生態鏈是支撐,它既是資源鏈持續增長的生態學支撐,又為價值鏈的運行提供良好的生態環境支撐。同時,3C循環鏈將5R子系統聯系成一個超循環有機系統,使各子系統有效發揮各自的功能。其中,再分配子系統是整個超循環系統良性運行的核心環節。它通過合理的利益分配和市場交易、反哺資源培育的價值回饋、可再生資源培育的多元化投資、生態效益正外部性的內部化補償等措施為再培育子系統的良性發展注入活力。同時,環保投資、負外部性的內部化成本支出、碳排放和污染排放權的市場交易等措施將促進減量化、再循環和再利用子系統的健康發展,并與再培育子系統一起形成資源鏈和生態鏈的良性循環。

此外,在超循環經濟系統的運行過程中,需要將組織過程(政府行政行為和非政府組織行為)與自組織過程(市場機制)進行有機結合。其中,構建、營造和發揮好市場機制是實現系統自組織性的關鍵,而政府的行政行為只限于進行符合客觀規律的宏觀調控,不能進行微觀介入,不能過度干預甚至破壞系統的自組織機制,否則將違背超循環理論的科學原理。

6 結論

6.1 各經濟模式的綜合比較

綜合以上研究結果,可以從多個維度列出粗放經濟、末端治理經濟、循環經濟和超循環經濟的主要特性對比(表3)。由表3可以提煉出超循環經濟的本質特征,由此可以給它下一個比較科學的內涵界定：超循環經濟是一種面向生態文明的閉環經濟發展模式,它以可再生資源培育作為出發點和歸宿點,形成“從孕育到孕育”的包含資源鏈、生態鏈、價值鏈多重超循環的自組織系統,通過減量化、再循環、再利用、再分配、再培育5R原則,實現資源增長、生態改善和價值提升的產業與生態互利共生的綜合目標。

6.2 超循環經濟的“超越性”

由以上研究可知,與循環經濟相比,超循環經濟具有以下5個“超越”特性。

(1)循環鏈起訖點的超越。將循環鏈的出發點和歸宿點從“原料利用”前移到“資源培育”,把可再生資源培育作為資源加工業的“第一車間”,進而超越“從搖籃到搖籃”的循環,拓展到“從孕育到孕育”的更大范圍且具資源增殖性的超循環。

(2)循環鏈類型的超越。不僅超越企業、供應鏈和產業經濟系統,拓展到更廣泛的生態環境和社會經濟系統；而且超越單一的資源鏈循環,拓展到資源鏈、生態鏈和價值鏈的超循環,“三鏈”相互促進、相互催化,形成良性循環。

(3)循環系統自組織性的超越。超越一般循環經濟的組織過程,將多個基本循環耦合起來構成超循環,又將多個超循環耦合起來構成更高層次的具有自組織性的超循環,以促使整體系統從無序向有序演進。這是超循環理論的在自然和人工復合系統中的推廣和深化。

表3 不同經濟模式的特性比較

(4)循環系統共生性的超越。超越生態弱害和產業偏利共生階段,實現產業與生態的互利共生。

(5)循環系統文明性的超越。實現從“生物文明”到“超生物文明”的螺旋式上升的質的超越,同時實現從“天然超生物文明(淺綠文明)”到“人工超生物文明(深綠文明)”的超越[12]。

6.3 超循環經濟的應用前景

在生態文明建設的背景下,超循環經濟理論必將具有廣泛的應用前景。本文以林紙拓展系統為例給出了超循環經濟的應用實例,為超循環經濟的5R- 3C理論模型及其共生運行機理走向實際應用奠定了良好的基礎。由于森林資源是與其他可再生資源(如生物資源、水資源、土地資源、氣候資源等)交集最大的自然資源生態系統,因此本文的研究成果可以推廣到各類可再生資源的綠色發展領域。例如,在沙漠治理中,可以種植具有經濟價值的沙漠植物(如寄生于固沙植物梭梭的中藥材肉蓯蓉等),將資源鏈、生態鏈和價值鏈耦合起來形成超循環結構,調動各相關主體治沙的積極性,形成良性循環。

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Hypercycle economy oriented to an ecological civilization: theory, model, and instance

ZHANG Zhiguang*

College of Economics and Management, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China

A new economic pattern “hypercycle economy” oriented to the requirements of an ecological civilization is researched under the background of global climate change. This study includes its basic principles, structural models, operational mechanism, and practical applications. Firstly, the evolving process of economic patterns in different periods is summarized as follows: “cradle-to-product” in an extensive economy, “cradle-to-grave” in an end-treatment economy, and “cradle-to-cradle” in a circular economy, through the analysis of system structures. Following the trend of “green” evolution, a new theoretical hypothesis of hypercycle economy is conceived, and its conceptual structure of “breeding-to-breeding” is described, according to the symbiosis theory of human civilization′s evolution and the hypercycle theory put forth by Manfred Eigen in the 1970s. Next, the principle of hypercycle economy is applied to an expanded forest-paper system (EFPS). By analyzing the development and the bottlenecks of the Chinese paper industry, and its relationship with forestry and the natural environment, a series of structure models for EFPS hypercycle economy are studied by means of layer-by-layer expansion in the logical order of resources chain, eco-chain, and value chain (three chains, or 3C). Specifically, the hypercycle structure models for different layers are established successively as follows: the core layer of resources chain in pulp and paper system, expanded layer of resources chain in the supply chain system, expanded layer of eco-chain in the natural environment system, and expanded layer of value chain in the socio-economy system. Then, a multi-layer expansion-nestification overall model of EFPS hypercycle economy is constituted by means of synthesizing the structure models of various layers. This model not only reveals the complete picture of the EFPS hypercycle economy system, but also retains the system structures of its various layers. Thus, this not only provides references for governments at different levels to make national or regional development plans about circular economy, but also provides support to various economic entities, such as manufacturing enterprises, forestry organizations, supply chains, and business associations to make green business decisions. Finally, the above-mentioned empirical research is promoted in theory. On the one hand, the 5R principle of hypercycle economy is proposed as follows: reduction, recycle, reuse, redistribution, and recultivation. On the other hand, a 5R- 3C theoretical model is created according to the 5R principle and the three chains, and then its symbiotic operational mechanism is researched. The study shows that the industrial system and ecosystem can achieve a positive circle of mutualism in hypercycle economy. The main innovations of the above research are as follows. In principle, the conceptual structure, essential attributes, and 5R principles of hypercycle economy oriented to an ecological civilization are revealed. In mechanism, 5R- 3C model and its symbiotic operational mechanism for hypercycle economy are founded. And in realization, the concrete multi-layer expansion-nestification model of EFPS hypercycle economy is established, which contributes a practical example for the application of hypercycle economy theory to a wider field.

circular economy; hypercycle economy; hypercycle theory; symbiosis theory; forestry; paper industry; ecological civilization

國家自然科學基金項目(71673136,70873059)；國家科技支撐計劃課題(2006BAD32B08); 國家林業局軟科學研究項目(2013-R07)；江蘇省軟科學研究項目(BR2015066)

2016- 02- 14; 網絡出版日期:2017- 02- 23

10.5846/stxb201602140278

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zzg@njfu.com.cn

張智光.面向生態文明的超循環經濟：理論、模型與實例.生態學報,2017,37(13):4549- 4561.

Zhang Z G.Hypercycle economy oriented to an ecological civilization: theory, model, and instance.Acta Ecologica Sinica,2017,37(13):4549- 4561.