產業生態系統新型定量研究方法綜述

范育鵬,喬 琦,方 琳

中國環境科學研究院, 北京 100012

產業生態系統新型定量研究方法綜述

范育鵬,喬 琦*,方 琳

中國環境科學研究院, 北京 100012

產業生態系統研究已成為當今學術界、產業界的研究重點和熱點,對于充分利用資源、減輕環境壓力、改造升級傳統產業都具有不可估量的科學指導意義。目前,國內外對產業生態系統的研究定性較多,包括概念,特點,建設原則和經營理念的描述,而定量較少。然而,產業生態系統在發展當中也出現了大量的實際問題,急需加強對其定量研究,從而發現、提高和改進產業生態系統的結構及效率,增強可持續性。從近些年生態學的先進理論成果入手探討了定量研究產業生態系統的一些方法——能值、(火用)、生態足跡和生態信息的方法。對這些方法的理論基礎、發展歷程、實踐應用和適用特點依次進行了詳細的梳理和歸納,并基于3個基本原則(生態維度和經濟維度的整合,系統長期的恢復力,系統的廣度和強度性質)對各個方法進行了綜合比較分析,旨在為產業生態系統研究提供方向和理論指導。

定量分析；整合；產業生態系統；核算框架；彈性

產業生態系統是一個特殊的人工復合生態系統,有賴于自然界提供的資源和服務,具有物質、能量和信息流動的特定分布,其核心是通過對自然生態系統運行規則的模仿,推進產業系統的發展和進化,形成一個與自然相互協調發展的復合生態系統[1]。它通過企業間的工業共生充分利用生產過程中產生的各種副產品/廢物,達到物質能量利用效率最優化。建立產業生態系統是實現循環經濟的關鍵,是實施可持續發展具體而重要的實踐工具。然而在發展當中,也出現了大量的實際問題[2-3]。有必要加強對其分析,從而發現、提高和改進系統結構及效率。產業生態系統研究除了定性的研究方法外,使用較多的定量方法有：產業代謝分析,物質流分析,生命周期評價,投入產出分析,及指標評價法。前四種方法比較直觀,但更多強調于產業生態系統的某些環節, 忽略了整體的結構性和協調性[4],雖可以很好地確定產業系統的物質、能量流動,但很難確定系統各單元之間的關系,以及系統整體表現所對應的內在功能和特征[4]；而指標評價法則容易割裂系統單元之間的聯系,不能從內在機理上反映系統的本質。模擬自然生態網絡等方法過于依賴與自然生態系統的類比,而忽略了產業生態系統的特殊性[5]。同時這些研究很少有針對系統機理的探索,也很少辨析研究方法的不同特點,對研究背景的發展演變以及適用性的分析也涉及不多。

本文圍繞4種在產業系統運用中較為創新的方法——能值、(火用)、生態足跡和生態信息的方法,對其內涵及發展、研究應用、方法特點等方面進行詳細梳理和歸納、分析和展望。

1 方法綜述

1.1 內涵及發展

1.1.1 能值分析

對產業生態系統的能物流、貨幣流、信息流進行能值分析,建立能值指標體系。1環境負荷率(ELR)：購買能值(F)與不可再生能值(N)之和與可再生能值(R)的比率((F+N)/R),可反映產業生態系統的壓力和負荷。比率大表明能值使用水平高,是先進系統的典型特征,也表明產業發展對環境資源的壓力高[8]；2環境產出率(EYR)：過程產出能值(Y)與從外界購買能值(F)的比率(Y/F),是購買能值的產出量度。高環境產出率表明系統只需較少的能值輸入便可產出較高能值；3可持續性指標(SI)可用EYR/ELR表示,可描述單位環境負荷的資源產出對系統貢獻的量度。SI越高,系統就越可持續。

1.1.2 火用分析

(火用)來自熱力學定律,是對能量有用部分的度量。和能值不同,火用在一個封閉系統中不守恒,故能評價能量利用的有效性?；鹩每衫斫鉃橄到y變化到與環境平衡的狀態時可完全轉化為其他形式能的能量[8]。J?rgensen提出了火用在生態學特定背景下的利用——生態火用。考慮到系統成熟態與平衡態之間結構和信息內容的不同[9],一個具有較多生物量和信息量的系統,就意味著具有較高水平的復雜度和生態火用[9]。生物系統的生態火用必須根據信息復雜度以及系統的化學自由能和其他物理形式的火用來計量[9]。已有多種生物和環境系統的生態火用被計算出來,而經濟流的生態火用計算仍在發展中[10]。

產業系統產品生命周期內所有的火用耗可用積累火用耗法計算,包含從自然環境到最終產品的全部過程?；鹩梅ú荒苤苯佑嬎惴悄芰苛?如產業系統中的勞動力和資本流。需開發積累火用耗法的擴展方法,尤其是延伸火用分析法,來計算勞力、資本和環境污染修復成本的火用值[11-12]。非能量流通過消耗環境資源才能實現,故可用等量的火用值來表達。根據熱力學第二定律,所有過程(不可逆)均導致火用損失,使得火用輸出少于輸入。因此可用火用的輸出與輸入值的比表示一個過程或產品的火用效率,包括物質流、資本流、勞動力和環境損失。為此需要利用延伸火用分析法為資本、勞動力和環境損失分配轉換因子,如資本和勞動力的延伸火用轉換因子可用從環境輸入的火用EXin與投資金額和工作時數的比來表示[12-13]。

式中，M指從社會中可獲得的現金量,即廣義貨幣,n代表給定系統中的工作時數,eecC是單位資本的火用耗,eecL指單位勞力的火用耗。環境損失可用環境修復成本表示,如通過把污水處理到環境基準狀態所消耗的火用來測量。每個處理過程的火用都要用延伸火用分析法從能量、資本流和勞動力依次計算。

1.1.3 生態足跡分析

生態足跡的概念來源于生態經濟學,自然資產的評估和維護是生態經濟學的主要議題[14-15]。生態足跡支持者認為,傳統的自然資產貨幣價值不足以反映自然資本的實際損耗。目前使用恒定貨幣估值的自然資產估值方法在實際存貨縮水的情形下會產生誤導。生態足跡旨在提供一個測量真實自然資產的方法[16-21],故能進行產業生態系統的分析[22-23]。

生態足跡之所以吸引學者是因為它提供了一個直觀地表達生態資源的方法。生態足跡是指生產一定量的資源和吸納廢棄物所需要的生物生產性土地面積[24],生態足跡供給是指某一區域所能提供的生物生產性土地面積,也稱生態承載力,表征該地區的生態容量,如維持光合作用和積累可用生物量的土地和水體的面積[25]。生物生產性面積分為6類：牧場、耕地、林地、漁場、建設地、及碳地[25](吸收產業系統排放的CO2所需用地)。生態足跡大于生態承載力為生態赤字,反之則為生態盈余,此結果可測度產業系統人均占有資源量與生態承載力之間的關系,衡量系統可持續的程度。

與能值法和火用法相似,生態足跡分析把不同土地類型的生態資源轉化成共同單位——全球公頃。每種類型土地的全球公頃基于其生產能力確定。如耕地比混合型用地生產力更強,故可轉化為一個相對較多的全球公頃。不同國家和類型的土地生產力也隨著當地自然景觀和土地管理的不同而不同[15,26]。

產品和廢物的生態足跡由食物、住房、運輸、消費品、服務的類別所決定。6種類型土地需要維持各自消耗所需的面積都被估算出來,如生產生物資源的生態足跡通過下式得出：

式中，P是產品數量,如食物產量、碳排放量等,Yn是P值的國家平均值,Fy和Fe是土地利用類型的產量因子和均衡因子。產量因子測量當地和世界各種土地類型平均生產力的差異,隨著國家、土地類型和時間的不同而不同。均衡因子把特定土地換算成全球公頃,即世界平均生物生產面積,它隨著土地類型和時間的不同而不同。資源消耗的生態足跡EFC可用下式計算：

EFC=EFP+EFI-EFE

式中，EFP是產業系統實際生產的生態足跡,EFI和EFE是進口和出口的生態足跡。若自然資源消耗大于可用資源,意味著產業系統超負荷發展或資源供給不足[27]。

1.1.4 生態信息方法

生態信息方法是一種利用信息科學的整體測量法,包含系統強度和廣度維度。生態信息方法源自概率論和圖論,可分析網絡中的能/物流并從整體上分析產業系統的結構[28]。該方法采用面向系統的模式,強調網絡整體性能,對節點關注可能不太明顯,而是著重考慮節點之間的關聯[29]。生態信息法審查系統中交互網絡內流動配置的情況,可以揭示系統應對壓力的彈性。生態信息法和工程柔性更加相關,可測量系統穩健地傳輸資源的能力。它也為定量研究生態韌性提供了重要的一步。利用香農多樣性指數,這個方法用系統總不確定性H代表網絡在任何觀察之前的總不確定性,用生態術語來講就是系統進化或自組織的潛力。H可分解為兩個變量H=X+Ψ[30]。Ψ是觀察到Tij流后系統剩下的不確定性,X表示通過觀察流之間的連接確定的不確定度。對一個網絡系統而言,上述變量可用下式表示[31]:

式中，Tij是節點i到j的流,Ti·=∑jTij是離開節點i的總流量,T·j=∑iTij是進入節點j的總流量,T..=∑ijTij是系統總流量。

信息理論中,變量X指平均交互信息,是離開節點i的流的不確定性與觀察到Tij以后的不確定性之間的差別,可以理解為網絡中所有流的限制度。變量Ψ為條件熵,是網絡中所有流的平均自由度。給定一個離開節點i的流的限制度,Ψ可以看作去往節點j的流剩下的路徑選擇。X和Ψ均無量綱,取決于所用的對數底數。

系統總流量代替常數k可產生3個新參數：聚集的系統不確定性C,被稱為系統容量,平均交互限制因子A被稱為系統優勢,條件熵Ф則為系統冗余度[32]。

過度冗余的系統將停滯增長,而過度有效的系統較脆弱,在遭受壓力時易崩潰。為了確定效率和彈性間的平衡,引入系統的相對階：α=A/C,0≤,0≤α≤≤1。相對階是系統內反對效率和冗余趨勢的結果[33],以相對階乘以自身的負對數,魯棒性R可以表示為[34]：

R=-αlog (α)

式中，R是描述系統限制度、優勢度和系統冗余、自由度之間平衡的度量指標。1的對數為0,很明顯系統朝任一方向發展都會走向極端,如具有很少的優勢或很少的冗余時,系統的魯棒性趨于零。一個系統最佳的魯棒性水平依賴于環境、發展階段、壓力水平和形成機制。找到產業系統最佳水平的魯棒性需要模仿自然系統。然而自然系統受到強有力且無情的演化動力學機制形成,在產業系統的網絡中利用相同的過程實現類似的活力,不大可能或不會令人滿意[35]。

1.2 應用

1.2.1 能值分析

能值分析經常被運用到跨學科研究中,如評價區域和國家的可持續性[36-37],評價自然生態系統[38-39]和城市生態系統的代謝[40-41]；評價農業生態系統的生產效率[42-43]。在工業生態系統的評價方面,Wang等人對朔州生態工業園進行了能值分析[44]；Taskhiri等人對生態工業園區的中水回用網絡進行了能值分析[45]；Geng等學者利用能值分析法對沈陽經濟開發區的工業共生情況進行了評價[46]。這些研究均成功地對產業系統進行了清晰分析,剖析了能值輸入及過度依賴當地不可再生資源所致的風險。為決策者深入了解資源效率、制定政策提供了依據。

1.2.2 火用分析

火用的首次運用是在20世紀70年代確定工業過程和裝備的效率。目前多種能物流的火用值均有計算,如化學燃料[47],農產品[48-49]。積累火用耗法能夠貫穿產品生命周期表明火用消耗的效率,已經用在有詳細統計資料地方的整體經濟分析中,包括沙特阿拉伯[50],丹麥[51],墨西哥[52],西班牙[53],伊朗[54]甚至全球[55]。Valero[56]等人利用火用分析法對生態工業園區的工業共生進行了分析。

延伸火用分析法已被許多國家和地區采用,包含加拿大[57],土耳其[58],中國[59-60],和北京[61]。這些研究對象分為不同產業,如交通、農業、金融、服務業、工業及周邊環境等,代表各部門之間能量、物質、資金、勞力的火用流被計算出來。研究結果強調了各部門的火用效率并指出政策可以提高效率水平。Sciubba等[12]利用延伸火用法分析了錫耶納省,發現此法可用來指導區域產業高效使用能源。Sciubba[13]將延伸火用分析運用到熱電聯產企業的優化設計中,表明延伸火用分析是進行系統優化的有效工具。

1.2.3 生態足跡分析

生態足跡分析可運用到不同規模上,然而多數都集中在國家尺度上因為大部分數據都可從國際組織獲得。許多生態足跡分析表明大多數發達國家都是不可持續的[25,62-63]。Wackernagel[62]等研究得出在給定時間人類總生態足跡超過了地球資源再生的能力。生態足跡分析的支持者認為一個系統的足跡若大于自身的生態承載力,將會毀壞系統自然資產的再生能力,為此必須引入外部資源,減少資源消耗,加強技術創新[63- 64]。除此外生態足跡廣泛應用于多個產業。有一些學者對水產養殖業進行了研究[65-66]；G?ssling[67]、Castellani[68]等人都運用生態足跡對旅游業進行了研究；Wright[69]、Flint[70]分別對學校的生態足跡進行了分析。Budihardjo等[71]對印尼三堡壟工業園區進行了生態足跡分析,發現三堡壟工業園區的發展已超出了其環境承載力,需要加強園區的生態化建設促進其可持續發展。

1.2.4 生態信息方法

生態信息法最初用來分析食物網[72],測量生態系統的壓力水平[73-74]。最近這種方法已用來從結構和組織關系的角度定量探索系統的魯棒性[75-76]。生態信息法不僅應用于自然系統[77-78],也有一些應用到產業系統[79,75]。Lu[80]等人應用生態信息的方法對北京生態工業園區的碳代謝進行了分析,研究表明整個系統受來自外部環境初級產品的供應和最終需求支配,通過一個部門的碳流量越多,它對整個系統的影響就越大,生態工業園區的碳代謝可以看作是一個高效發展中系統,但這可能是以更高水平的彈性為代價的。

1.3 方法特點

1.3.1 能值分析

能值分析法在生態建模初期可能是定量評估系統最強有力的工具,客觀地量化了環境輸入,最早在生態和經濟領域之間建立了聯系。然而具體分析中仍存在一些挑戰。首先,可持續性指標是建立在EYR和ELR關系的基礎之上,但這種關系尚不清晰?？沙掷m性指標在很大程度上依賴于所研究系統的特殊性[81-82]。此外可持續性指標僅偏好于較多的可再生能值,較低的環境壓力和較少的能值輸入,并沒有考慮能值流入和環境壓力的最小限制,這些限制對于系統抵抗沖擊和抗干擾的能力是關鍵的。能值分析法在保持統一各種流的優勢時,在很多情形下也由于能值轉換率缺乏而不能計算。經濟學家從以人類為中心的視角批判了能值分析法,認為統一系統內各種流的能值忽視了生產需要和經濟效用的基本原則[83],能值方法支持者則認為此方法原則上就應是反對以人類為中心,而要支持自然是一個整體系統,人類只是其中的一部分[7]。支持者還認為能值分析法使用以生態為中心的模式評價所有流,這與系統穩定發展和環境福祉更為相關。

能值分析法在選擇合適的時空邊界時遇到了挑戰。特別是要計算跨越地質年代的所有太陽能輸入,才與能值的概念真正相符合,這是不可能達到的。某些學者如Cleveland[83]等人認為能值分析僅能獲取能流的熱力學質量的這一方面,尤其是將一個單一總括的轉換系數運用到各種產品和服務中,而不考慮時空變化,會造成嚴重錯誤。

能值分析法沒有被大范圍采用的另一個主要原因是能值轉換率的不確定性。另外有很多嘗試去建立能值分析法和其他熱力學分析法之間的聯系,但這種關聯尚未形成[84-85]。因此能值分析被生態學以外學科的從業者多少有些懷疑[81]。

1.3.2 火用分析

火用最初應用于工程學的技術體系,漸漸地應用到其它學科,在環境科學方面尤其具有深刻的見解,對資源核算及確定低效都很重要?；鹩梅治龅淖钚掳l展,尤其是延伸火用分析法,試圖把產業方面如資金流和勞力流與環境資源流統一到一個普通的分析當中,旨在研究和模擬產業系統。運用延伸火用分析法可說明不同部門如何能以不同的效率利用勞力和資金,然而這要假設系統所有效率增加都是積極貢獻,沒有權衡效率增加產生的利弊。在火用的文獻中沒有與能值分析中的評價指標體系相似的指標體系。這可能是由于能值分析區別設置了可再生、不可再生、引進、產生的物/能流,并在之上建立指標體系,火用分析法沒有做出這樣的區分。

火用在數學上是強健的,但用來量化研究產業生態系統有許多基本限制。首先,嘗試去計算一切能流的轉換和效率,非常困難或不能實現,尤其在積累火用耗法和延伸火用分析法中,由于系統中各種流之間相互關系的復雜性很難得到精確評估[86]。其次雖然在產業系統的模型中包含經濟流是必需的,延伸火用分析法所用的方法從經濟學角度來看不符合常規。如Dewulf[87]所述,在延伸火用分析法中包含經濟流的嘗試并不成熟,需進一步發展。

1.3.3 生態足跡分析

生態足跡分析的主要優勢就是能夠用統一的土地面積來表達人類開采自然的總量。這需要兩個假定,其一,所有生態、生物資源和產生的廢物都能被測量；其二,資源和產生的廢物可轉換為相應的生物生產性面積[88]。與其他聚合指標相似,生態足跡在統一各種物/能流時因失去細節而被指責。第二種假設受到了較多批評。尤其是各種土地類型的換算方法中只有一種功能與土地面積相關。許多情形下,土地提供了多種功能,因此將影響到計算結果[65]。目前還有許多土地類型生態足跡方法還沒有考慮,如地下資源[89-90]。

生態足跡法因把碳地當作固定產業系統排放CO2的實際土地需求量而受到批判。生態足跡分析碳地時假設光合作用是唯一減少大氣中CO2的方法。如此以來該方法只測量林地,而忽略了其他土地。只要是認為僅有一種土地可以固定碳,就會導致對區域總足跡的估值偏高[15]。此外別的溫室氣體,如CH4和N2O,在生態足跡方法中沒有考慮[91]。

采用國家邊界來進行生態足跡分析也受到了批判[92]。這意味著研究是以國家的自然資產自給自足[93-94]為先決條件, 忽視了不同國家獲取生態資源的優勢差異。一種替代方法是從環境角度確定邊界,如基于水文或生態的邊界。生態資源供需的時空維度需進一步調整,尤其是生態足跡分析不但要能審查進出口生態資源總量,還要能對自然資產交易的原產地和目的地進行詳細設計[28]。

1.3.4 生態信息方法

生態信息方法的優勢在于衡量產業系統魯棒性的能力。生態信息方法擅長確定系統效率和冗余之間的均衡,然而它還沒有找到這兩個參數之間的最優平衡,需要進一步研究開發一個規范的判據。這個方法在整合系統各種維度方面的能力較弱。盡管系統的總流量反映了資源流的總量,該指標卻不能表達資源的可用性。此外,很難直觀地理解這些度量系統的指標如優勢、效率和冗余[95]。

2 綜合分析

本文基于以下三方面：①有能力把生態維度和經濟維度整合起來,②考慮系統長期的彈性,③考慮系統的廣度和強度性質,對上述方法進行了比較分析(表1),提出了優勢,劣勢和進一步的研究方向。

定量研究產業生態系統必須把生態和經濟維度整合起來[96]。上述方法僅有能值、火用值和生態足跡可整合生態和經濟維度。生態信息法只能用于單一的生態流或經濟流,還沒有用于整合生態和經濟維度的物/能流。能值、火用、生態足跡3種方法是以生態視角為中心,系統所需的資源消耗量通過統一標準來核算。在能值分析中,資源消耗用太陽能焦耳描述,挑戰主要考慮如何把經濟流折算成能值單位。在火用分析中,能量單位用來表達系統有用的火用耗,火用分析提供了一個考慮生態維度的強大理論框架,但在經濟維度測量上仍需進一步發展。生態足跡分析中,全球公頃作為一個共同土地單位得到應用。盡管生態足跡法的方法論有缺陷,卻最具傳播力,專家和非專業人士都很容易把資源聯系到土地單位。

表1 研究方法對比分析表

另外如何權衡多個系統級別的性能,對系統可持續發展有著重要影響。3種會計核算方法—能值,火用和生態足跡,根據破壞環境再生能力的低效產出或過度消耗突出自然資源的不可持續利用。然而它們在系統的拓撲維度方面是沒有貢獻的,也忽視了系統內實體間物/能流交換的變化和大小。生態信息方法尤其關注系統的拓撲維度,能夠確認增加系統效率的利弊得失。然而有些系統級別的權衡被所有方法都忽略了,如杰文斯悖論所提出的效應——系統效率的增加會導致資源總消耗的增加[97],需進一步探索這個系統隱含的平衡關系。

若在核算方法中缺乏網絡視角,會產生兩方面的問題。第一,系統健康發展是否能夠單獨地通過降低資源總消耗來實現。第二,核算視角沒有考慮系統對變化如擾動、壓力或外部沖擊的動態響應。由壓力如經濟衰退所致的網絡恢復力的改變,是影響系統健康發展的一個重要方面[98]。核算方法考慮增加效率作為減少資源總消耗的一種方法,然而這些方法沒有考慮效率增加的限制。因為系統效率和冗余之間存在著權衡,這是生態信息方法的關注點[99]。若一個系統效率過高,這將減弱系統對抗外部沖擊和干擾的能力,而如果一個系統過度冗余,將使得系統維護成本昂貴,阻礙系統內部發展,并且削弱系統有序分配流的能力[76]。論述方法中僅有生態信息方法考慮到系統的恢復力。然而確切地講,生態信息方法考慮的是工程柔性或魯棒性,將來的研究需要擴展此方法以涵蓋生態韌性的自適應能力。

上述方法均不同程度地考慮了系統的廣度和強度性質。能值、火用、生態足跡的核算方法主要考慮低效生產和資源過度消耗。在系統規模確定的情況下核算方法假定提高效率是降低系統受到影響的唯一方法。因此核算方法主要考慮系統的廣度性質,唯一考慮的強度性質是效率。生態信息法主要考慮強度性質如恢復力、效率和冗余度,而在測量廣度性質方面是薄弱的。將來的一個研究熱點是生態信息方法和核算方法能夠以某種方式融合,更好地考慮系統的廣度和強度性質。

3 結語

本文對研究產業生態系統的四種方法進行綜述,認為對產業生態系統進行量化研究正在發展和完善,具有十分重要的意義,可闡明其運行的內在機理與演化機制,要整合系統的生態和經濟維度,同時又要考慮強度和廣度性質,才能全面合理地反映系統本質。定量研究也可為研究者、決策者制定更加切實的方法、政策策略提供依據。

下一步研究要把生態信息方法和會計核算方法有機結合,更全面地考慮系統的廣度和強度性質,加強生態和經濟耦合。本研究所探討的量化整合方法可以作為測量系統績效的工具。然而這些方法是實際情形的自然簡單化,隱含地假設了系統性質的某些重要方面。因此推進這些方法的進一步研究,對于指導產業生態系統的構建及其可持續發展是關鍵的,可更好地指導政策制定。

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Review of innovative quantitative research methods for studying industrial ecosystems

FAN Yupeng, QIAO Qi*, FANG Lin

Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012,China

Industrial ecosystem is an artificial system established in industries under the guidance of the theory of industrial ecology. Similar to a natural ecosystem, an industrial ecosystem achieves circulation of materials and utilization of energy cascade through cooperation between the enterprises and the organizations within a certain range of time and space. Construction of a successful industrial ecosystem can use waste to replace raw materials, utilize energy extracted from nature, reduce raw material and energy consumption, and curtail waste management costs, resulting in economic and environmental benefits. Research on industrial ecosystems, both locally and internationally, has gained importance and has become vital for promoting sustainable development of the society. At the same time, research on industrial ecosystem has been promoted in many areas and fields. Results from these studies provide significant scientific guidance to our society in achieving social and economic development while making optimal use of resources, reducing environmental pressures, transforming the traditional industries into more advanced ones, and upgrading the industrial eco-efficient level. It is increasingly accepted that construction of an industrial ecosystem is the key to realizing a circular economy, and it is a practical and important tool for achieving sustainable development. However, there are a number of practical problems in developing an industrial ecosystem. To address these, there is an urgent need to strengthen the research inputs for industrial ecosystem, especially, in order to discover, enhance, and improve their structure and efficiency, and thus promote its sustainable development. At present, qualitative studies on industrial ecosystems are relatively more, and include studies on their concept, characteristics, construction principles, and business philosophy. Quantitative studies about the system mechanism are few, and many of these are conducted using the Index Evaluation System. This approach, especially for integration research on systems,has drawbacks. The essence of the management of industrial ecosystem is to regard and manage the economic activities and the natural environment as an organic whole, and to establish a new mode of management that integrates the ecological and the economic dimensions. Given these, this paper discusses four innovative quantitative methods to study industrial ecosystem from a systems perspective. These include emergy analysis, exergy method, ecological footprint, and ecological information analysis. The theoretical basis, development process, application, and characteristics of these methods are summarized in detail. Finally, based on the basic principles of the theory of industrial ecology (which are, 1. integration of ecological and economic dimensions, 2. the long term resilience of system, and 3. considering the extensive and intensive properties at the same time), we conducted a comprehensive comparison of these methods with an intent to provide direction and reference for future research on industrial ecosystems.

quantitative analysis; integration; industrial ecosystem; accounting framework; resilience

國家自然科學基金項目(71373248)

2016- 01- 20; 網絡出版日期:2017- 02- 23

10.5846/stxb201601200138

*通訊作者Corresponding author.E-mail: qiaoqi@craes.org.cn

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