三江源生態功能區產業生態化模式系統動力學分析

李子美，張愛儒

（青海大學 財經學院，西寧 810016）

0 引言

20世紀90年代，可持續發展戰略在全球范圍內普遍實施，產業生態化發展得到廣泛推廣應用，推進產業生態化在發達國家漸成潮流，現已成為國際產業發展的主導趨勢。產業生態化的實質是產業系統生態化，按照自然生態規律和經濟發展規律統籌產業活動，仿照自然生態系統循環模式構造產業生態系統，實現產業全程生態化。產業生態思想最早起源于美國，1989年，Gallopoulos和Frosch[1]發表《可持續工業發展戰略》，認為“將新的生產方式運用于工業，可以減少其對生態環境的影響”，繼而提出“產業生態系統”這一概念，認為產業生態系統是研究人類生產活動中自然資源“源——流——匯”的代謝過程。Hawken[2]認為產業生態系統恰恰就是將眾多企業進行整合，并形成一系列的關聯關系；美國學者T.E.Graedle和Allenby[3]提出將產業生態系統進化劃分為三個等級：一級系統是線性模型，二級系統是不完全循環模型，三級系統是閉回路模型。

西方產業生態學理論產生后迅速被引入中國，20世紀90年代起，中國學者高度關注與產業生態化相關的理論與實踐研究，并形成了研究產業生態化的熱潮。李鵬梅等（2012）[4]認為，產業生態化是中國實施可持續發展戰略的重要途徑，也是中國生態文明建設的重要內容，他們在對產業生態化研究現狀進行梳理的基礎上，對相關理論的爭論進行了若干思考，指出產業生態化理論與實踐進一步發展的方向和重點；王磊、龔新蜀等（2013）[5]也同樣論證了產業生態化是構建高效產業系統，建設生態文明的有效途徑，并對國內關于產業生態化的研究進行了系統化梳理，主要是對其內涵、系統、途徑、特征和評價標準以及產業競爭力等方面進行研究；左志平、劉春玲、黎繼子（2015）[6]通過對國內外企業生態合作影響因素的歸納總結，建立了產業集群供應鏈生態合作績效關系模型。

1 理論模型

美國麻省理工學院教授Forrester[7]在1956年創立了一門分析研究信息反饋系統的學科，當時稱為工業動態學。隨后被應用到各個領域，形成了較成熟的新學科，稱為系統動力學（System Dynamics）。系統動力學是自然科學與社會科學交叉的學科，是將功能、結構與歷史結合起來的研究方法。系統動力學可以通過計算機建模與實驗仿真對非線性、高階次、多重反饋復雜時變系統進行定量研究。隨著系統動力學的不斷發展完善，其被廣泛應用于諸如生態、自然資源、經濟、社會和人口等復雜系統中研究分析復雜系統問題，如研究生態環境、自然資源、投資與貿易、人口遷移、交通條件等相互關系復雜的區域系統發展軌跡等問題。基于此，本文選擇影響三江源生態功能區生態承載力的主要因素，依據化繁為簡原則，不予考慮其他外部影響因素，將三江源生態功能區生態承載力系統分為三個子系統：社會經濟發展子系統、人口發展子系統和生態環境污染子系統。三江源生態功能區生態承載力各子系統之間的關系如圖1所示。

圖1 三江源生態功能區生態承載力VENSIM模型系統流圖

2 數據來源與檢驗方法

2.1 數據來源

本文所采用的原始數據均來自于《青海統計年鑒》，同時根據三江源生態功能區生態承載力各子系統之間相互關系，確定生態環境污染總量、GDP總產值和人口數量作為三江源生態功能區生態承載力系統的積累變量，以生態環境污染增長量、GDP增長量和人口增長量作為速率變量，系統內其他變量為輔助變量或常數。

2.2 檢驗方法

系統動力學模型與真實系統不能達到完全一致，系統動力學只是對現實世界的簡化表達，系統動力學模型與現實系統之間的誤差必須在合理范圍內。這就需要對系統動力學模型的有效性進行檢驗，檢驗其與歷史數據是否吻合，擬合度是否良好。一是直觀檢驗。直觀檢驗目的是檢驗模型中反饋結構、狀態變量和速率變量是否與實際系統主要特征擬合，驗證系統動力學模型是否與現實社會的真實系統相吻合，從而達到仿真的效果。通過對三江源生態功能區生態承載力Vensim仿真模型系統流圖和重要方程及參數變量進行檢驗，得出三江源生態功能區生態承載力Vensim仿真模型的基本結構與實際系統相吻合的結論，且模型中對影響三江源生態功能區產業生態系統的重要關系如人口發展、生態環境污染、社會經濟發展等均有體現。經檢驗，三江源生態功能區生態承載力Vensim仿真模型與真實系統數據或概念相一致，說明模型通過了直觀檢驗，可以進行仿真運算。二是運行檢驗。系統動力學模型的運行檢驗較為簡單，在系統動力學軟件Vensim PLE 5.11中有針對模型檢驗、編譯和追蹤的功能。運行檢驗的目的是驗證模型中方程表達是否正確、方程兩邊變量單位是否一致。運用系統動力學軟件Vensim PLE 5.11所提供的單位一致性測試以及編譯檢查與追蹤功能對三江源生態功能區生態承載力仿真模型進行運行檢驗，經計算機檢驗，三江源生態功能區生態承載力Vensim仿真模型通過了軟件運行檢驗。

3 仿真檢驗分析

3.1 產業生態化模式選擇

在運用系統動力學模型之前，首先要對三江源生態功能區進行產業生態化模式選擇。本文結合三江源生態功能區生態承載力涉及相關評價指標值，通過對三江源生態功能區各縣域進行聚類分析，最終構想提出三江源生態功能區產業生態化發展模式選擇區域，即三江源生態功能區所轄21個縣在優先選擇畜牧業產業生態化發展模式和旅游業產業生態化發展模式的同時，針對工業產業生態化發展模式特征，按縣域進行分類，劃分為限制發展生態工業的重點保護區域、適度發展生態工業的一般保護區域和允許發展生態工業的承接轉移發展區3類生態發展區域類型。

重點保護區是指在構成三江源生態功能區生態安全格局中居核心地位，發揮特殊重要作用，以生態保護為核心，原則上禁止從事開發經營活動的區域，包括玉樹市、河南縣、澤庫縣、囊謙縣、治多縣、曲麻萊縣、雜多縣、班瑪縣、甘德縣、久治縣、達日縣、瑪多縣和稱多縣13個市縣。這些地區高寒草原草甸、冰川、沼澤濕地及河流、湖泊廣布，寒溫帶針葉林錯落分布，野生動植物多樣性豐富，主要承擔水源涵養及產水功能，是發揮生態功能的核心區域。該區域生態承載能力低，除優先重點選擇畜牧業產業生態化發展模式和旅游業產業生態化發展模式外，限制選擇發展生態工業。一般保護區是指在構成三江源生態功能區生態安全格局中發揮維護生態系統完整性基礎作用，要優先保護生態，并根據生態承載能力適當發展畜牧業生產經營活動的區域，包括貴南縣、興海縣、同德縣和瑪沁縣4個縣。這些區域是高寒草甸草原、干旱半干旱草原的主要分布地區，生物多樣性較為豐富，也是從事草地畜牧業等生產經營活動的傳統地區，具有一定的生態承載能力，除優先大力選擇畜牧業產業生態化模式和旅游業產業生態化模式外，可以適度選擇發展生態工業。承接轉移發展區是指在生態保護建設和城鎮化進程中，具備一定承接轉移農牧業人口和產業發展潛力，需要統籌開發開放與生態保護的區域，包括共和縣、尖扎縣、貴德縣和同仁縣4個縣。該區域生態類型復雜多樣，農牧交錯，耕地相對集中，灌區開發條件較好，生態承載能力相對較高，除優先選擇畜牧業產業生態化模式和旅游業產業生態化模式外，允許選擇發展生態工業。

3.2 仿真檢驗

根據三江源生態功能區各縣第一、二、三產業產值原始數據，計算得出2000—2016年三江源生態功能區21個縣的第一、二、三產業平均增長率。根據三江源生態功能區選擇的3種產業生態化發展模式，把三江源生態功能區21個縣劃分為重點保護區、一般保護區和承接轉移發展區3類生態發展區域中各縣的第一、二、三產業增長率進行假設調整。其中，三江源生態功能區21個縣第一、二、三產業平均增長率及假設調整后的第一、二、三產業平均增長率，如表1、表2和表3所示。

表1 允許發展生態工業縣域產業增長率調控表 （單位：%）

表2 適度發展生態工業縣域產業增長率調控表 （單位：%）

利用構建的系統動力學SD仿真模型，結合表1、2和3中調整后的第一、二、三產業增長率，對三江源生態功能區生態承載力系統進行Vensim模型仿真。以2016年為仿真基期年，2030年為仿真報告期年，仿真時間序列長度為16年。

表3 限制發展生態工業縣域產業增長率調控表 （單位：%）

對三江源生態功能區產業生態化模式選擇后21個縣的生態承載力Vensim模型仿真結果和產業生態化模式選擇前的生態承載力實際結果擬合趨勢對比，其中，共和縣（承接轉移發展區樣本代表）、貴南縣（一般保護區樣本代表）、玉樹市（重點保護區樣本代表）產業生態化保護模式選擇后的生態承載力Vensim模型仿真結果和產業生態化保護模式選擇前的生態承載力實際結果擬合趨勢對比，如圖2至圖4所示。

圖2 2016—2030年共和縣生態承載力仿真預測趨勢圖

圖3 2016—2030年貴南縣生態承載力仿真預測趨勢圖

圖4 2016—2030年玉樹市生態承載力仿真預測趨勢圖

由圖2至圖4可知，共和縣、貴南縣和玉樹市2016—2030年按照現有產業模式發展，生態承載力總體穩步上升，但上升速度緩慢（如圖中虛線條所示）；通過假設調整模型中各縣第一、二、三產業增長率，可以看出產業生態化模式選擇后的生態承載力大于現有產業模式下生態承載力，且呈上升趨勢。總體看，共和縣、貴南縣和玉樹市產業生態化模式選擇后的生態承載力明顯大于現有產業模式下的生態承載力，呈明顯上升趨勢。通過SD模型反復測算證明，經過產業生態化模式選擇后，共和縣、貴南縣和玉樹市的生態承載力明顯上升且大于現有產業模式下生態承載力。通過Vensim實證分析，驗證以生態承載力為標準對三江源生態功能區所轄的21個縣聚類，劃分為重點保護區、一般保護區和承接轉移發展區3類生態發展區域類型，選擇生態畜牧業、生態工業和生態旅游業3種產業生態化發展模式的構想是正確的，且促使各區域生態承載力逐年呈上升趨勢。

4 結論

通過上述應用系統動力學SD理論模型構建、檢驗、假設、仿真，證明在三江源生態功能區仿照自然生態系統，構造生態產業體系，選擇產業生態化發展模式，以生態承載力為標準對三江源生態功能區所轄的21個縣進行聚類，劃分為重點保護區、一般保護區和承接轉移發展區3類生態發展區域類型；在優先選擇發展好生態畜牧業和生態旅游業的基礎上，重點保護區限制發展生態工業，一般保護區適度發展生態工業，承接轉移發展區允許發展生態工業的構想是正確的，且各區域生態承載力逐年呈持續上升趨勢，符合三江源生態發展實際，有利于實現三江源生態功能區可持續發展。

參考文獻：

[1] Frosch R A,GallopoulosN E.Strategies for Manufacturing[J].Scientif?ic American,1989,(261).

[2] Hawken P,McDonough W.Seven Steps to Doing Good Business[J].Inc.,1993.

[3] Graedel T E,Allenby B R[J].Journal of Industrial Ecology，1998.2(4).

[4] 李鵬梅.我國工業生態化路徑研究[D].天津:南開大學博士論文，2012.

[5] 王磊,龔新蜀.產業生態化研究綜述[J].工業技術經濟,2013,（7）.

[6] 左志平,劉春玲,黎繼子.產業集群供應鏈生態合作績效影響因素實證研究[J].科學學與科學技術管理,2015,（5）.

[7] Forrester J W.Industrial Dynamics[J].Journal of the Operational Re?search Society,1997,(48).