产业生态学理论探究

对于产业生态化内涵，在上一章中进行了详细介绍。无论是从哪种角度的解释，产业生态化都是以产业生态学为理论基础，对产业生态发展动态过程的描述，要分析产业生态化，就应先了解产业生态学理论。

产业生态学思想最早来自于肯尼斯·博尔丁1966年所提出的“宇宙飞船经济”理论为代表的生态经济思想，及尤金·奥德姆和霍德华·奥德姆兄弟所创立的系统生态理论及其生态系统演化的思想。但其理论最早来源于1969年罗伯特·艾尔斯“产业代谢”(IndustrialMetabolism)理论，艾尔斯将人类的产业系统与环境之间的物质、能量流动关系称为“产业代谢”，它是在一个基本稳定的状态下，在这一系列关系中，依靠人类劳动，物质生产过程中的原材料和能量顺利转化为最终产品和废弃物的一系列物质过程的统一。随后，艾尔斯在产业代谢理论的基础上，提出了更具划时代意义的“产业生态”(IndustrialEcology)概念，因此，产业代谢理论也成为了产业生态的理论基础。耶鲁大学的ThomasGraedle(2004)在其著作《产业生态学》中将产业生态学解释为“从产业生态系统的角度评估和降低产业活动环境影响的科学”。1997年，耶鲁大学和MIT共同合作创办了《产业生态学》杂志，在发刊词中进一步明确了产业生态学的性质、研究对象和内容，这也标志着产业生态学作为一门独立的学科理论正式登上学术舞台。

工业文明下的传统工业经济因其带来严重的资源浪费和环境污染问题而遭受质疑，人们也逐渐明白要化解生态危机，实现经济的可持续发展，就必须实现产业生态系统与自然生态系统的协同进化，建立经济系统与生态系统和谐统一的经济生态系。作为沟通经济与生态两个系统的桥梁，产业的生态转型发展更应以产业生态学理论为指导，充分利用产业生态学提供的技术分析方法。

1.生命周期评价(LifeCycleAssessment，LCA)

生命周期评价是产业生态学重要的内容和方法之一，它是一种通过识别与量化所有物质和能量的使用以及环境污染排放，来评价一种工艺或产品“从摇篮到坟墓”的整个生命周期的环境影响，进而评估和实施相应的改善环境的措施方法(ToddJ.A.，1999)。

生命周期评价是国际上公认的、用来评估产品或服务潜在环境影响的有效方法，其主要包括以下几方面的内容:①由于原材料开采造成的大气、水和固体废弃物污染;②开采过程中的能量消耗;③产品生产过程中造成的污染;④产品分配和使用可能带来的环境影响;⑤产品最终处置产生的环境影响。由于生命周期评价是针对产品或服务生命周期全过程的评价，而不仅仅限于“末端治理”，因此也是重要的可持续发展管理工具。

生命周期评价的目的在于确定产品或服务的环境负荷，比较产品的环境性能优劣，因此它具有以下几个特点:①生命周期评价是对产品系统的全过程评价。所谓的“全过程”是指从摇篮到坟墓，即从原材料挖掘、原材料生产、产品制造、产品使用直到产品废弃后的处置。从产品系统看，当前环境影响评价焦点常局限于“原材料生产”“产品制造”和“废物处理”三个环节，遗漏了环境影响的重要意义(Lave、L.B.，1995)。特别是当产品生产中废物排放出现在产品链前端，即“原材料采掘”，或者投入品的生产阶段，废物排放处于所研究的系统边界之外时，就无法将投入品的生产及运输阶段包括在内，评价结果的意义也就不够全面(Lenzen、M.，2000)。所以对产品系统的全过程评价是实现可持续发展的必然条件;②生命周期评价是一种系统性的、定量化的评价过程。它以系统的思维方式去研究产品或服务在整个生命周期每个环节中的资源消耗、废物产生情况，并定量评价这些能源和物质的消耗以及所排放废物对环境的影响，从而辨识和评价能够避免或减缓环境影响的机会;③生命周期评价是一种开放性的评价系统。它是可持续生态环境管理思想，与其他生态环境管理手段相比，生命周期评价具有一定的优势，但也需要不断完善。

生命周期评价常用于物质流分析中，基于生命周期评价的物质流分析方法，主要适用于对生物质或非生物质原材料以及初级加工产品的研究。也有学者们将投入产出分析与过程生命周期评价相结合，运用IOA—LCA模型，这种方法既能发现被忽略的隐藏流，又能从环境角度对物质流进行较为全面的评价，因此这种方法被广泛应用于技术、能源、环境和经济多方面。

2.物质流分析(MaterialFlowAnalysis，MFA)

物质流分析是指从实物的质量出发，对物质生产过程中包括输入、贮存、分解、输出在内的各环节及其间的物质流动情况及相互关系进行研究，为衡量经济社会的物质基础、环境影响和构建可持续发展指标提供有效的参考依据。

(1)物质流分析的理论基础

物质流分析是以物质质量来度量可持续发展水平的前沿问题，通过建立相应的指标体系对物质的投入和输出进行量化分析，通过计算代谢的吞吐量来测度经济活动对环境的影响，分析评价区域经济发展、资源利用效率，找出环境压力的直接来源，作为评价区域发展的可持续性指标，进而提出相应的减轻环境压力的解决方案。物质流分析是以质量守恒定律和社会代谢理论为基础的。

①质量守恒定律。物质流分析遵循质量守恒定律。也就是质量或能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一种物体转移到别的物体，在转化或转移过程中其总量不变。根据质量守恒定律，一定时期内输入系统的物质量等于同时期该系统的存储量与输出该系统的物质量之和，即:

②社会代谢理论。社会代谢是指社会物质消耗与生态间的关系，是能量、物质与环境的交换过程(陶在朴，2003)。物质流分析主要研究人与自然之间的物质交换过程，是一种物质代谢功能。物质代谢是人类与自然界最基本的沟通形式和交流界面，人类活动对环境产生的影响，在很大程度上取决于进入社会经济系统的物质数量和质量，以及从系统中输出的物质数量和质量，即代谢的吞吐量。

社会经济系统的物质代谢主要有两个特征:一是人类社会与自然环境间存在着连续不断的物质输入和输出过程;二是人类社会从自然环境中获取物质、能源和原材料，部分以存量形式存储于社会经济系统，最终以废物等形式释放到环境中。(周震峰，2006)

(2)物质流分析的意义

人类文明的历史是随着生产工具等物质的使用为基础进行演化的。从最早的石器时代开始，人类除了简单的采集之外，便学会了使用石头做出各种工具辅助采集和狩猎。进入青铜器时代，人类开始学会对地球上的矿物资源进行开采，通过对矿石的提炼加工制造工具。随着时代的进步，人类对物质资源的种类和利用方式也越来越多，特别是工业革命以后，科学进步使生产力发生突破性飞跃，对各种资源的使用量日益增长，同时对环境的污染和生态的破坏也达到前所未有的程度。

在对自身行为与生态环境发展相互关系的反思中，人类开始重新审视社会物质生产活动与自然生态之间的关系，并认识到人类活动对自然物质循环造成的不可逆的破坏，而且这种破坏所造成的物质循环流动在经济系统内部以及经济和自然生态系统之间的变化更为复杂，现代社会和自然生态系统之间的严重对峙日益成为阻碍社会可持续发展和认为文明进步的关键因素。因此，系统地研究现代经济系统的物质代谢过程及其规律，寻找优化或重组物质代谢过程的方法，探索全新的物质生产与消费模式已经成为实现区域产业生态化发展的重要内容。

物质流分析作为研究经济系统和生态系统之间物质流动规律及其量化的一种方法，主要反映输入与输出经济系统的物质流量和存量，对环境中各种物质的使用量及物质使用后所造成的外部污染成本进行内部化，对研究物质生产与生态环境保护意义重大。

(3)物质流分析的基本框架

物质流分析将经济系统、产业部门和企业的物质分为输入、贮存与输出三部分，按照经济系统的物质输入总量等于物质输出总量与内部储存物质总量之和，对输入和输出系统的物质进行分析的框架。目前国际上普遍应用的是欧盟(Eurostat)框架和世界资源研究所(WRI)框架，而这两个框架中又以WRI框架更为常见，其物质流分析框架如下图2—3。

在物质输入端，进入经济系统的自然物质分为直接物质输入和隐藏流两部分。直接物质输入是指直接进入经济系统的自然物质，包括生物物质、固体非生物物质(化石燃料、工业矿物、建筑材料等)、水、空气四类。隐藏流也称为生态包袱，是指人类为获取直接物质输入而必须动用的数量巨大的环境物质。通常采用隐藏流系数来衡量不同直接输入物质的隐藏流。

在物质输出端，物质输出总量由区域内物质输出、区域内隐藏流、出口物质三部分组成。其中区域内物质输出包括经济系统排出的固体废弃物、废水和废气等。

输入经济系统的物质流，一部分成为系统内部的物质存储，如基础设施和耐用产品，一部分经过单位统计时段(一般以年为单位)的消费，成为通过系统边界返回自然环境的废弃物和排放物，还有一部分物质通过系统边界出口到其他国家和地区。输出回自然环境系统的废弃物，有一部分被称为耗散性损失，即在产品使用过程中不可避免产生的废弃物，包括农业生产过程中化肥农药的使用，以及其他产品在使用过程中的磨损。

图2—3　物质流分析基本框架

(4)物质流分析的重要概念

①物质存量。主要包括两类:一是道路、建筑、水坝、运输工具(船舶、飞机、汽车)、机器设备和消费性耐用商品(冰箱、电视和家电)等人造资本;二是人和牲畜等代谢主体。年末与年初的物质存量变化称为存量净变化。

②物质平衡项。指那些在计算项目中并未被视作环境指标，但对物质投入与排放的总平衡具有重要作用的项目。在投入方面，燃烧C、H、S、N等所需的氧，生物和土壤呼吸所需要的氧，工业生产所消耗的氧，燃烧排放所需要的硫、氮以及植物光合作用所消耗的CO2等都应引入平衡项。在排放方面，燃烧过程的水分蒸发以及人和动物代谢过程中的水分蒸发等也列入平衡项。

③直接物质投入。指国内开采原料与进口之和。其中国内开采原料包括生物质及燃料、金属及非金属矿物等非生物质物质;进口包括生物性和非生物性原料、各种半制成品和制成品。

④隐藏流。是指人类为获得有用物质而动用的没有进入社会经济系统的生产和消费过程的物质，也称生态包袱。该部分在生态包袱理论中有详细介绍。

⑤物质总需求。指生产和消费活动直接动用的自然界的物质量，即直接物质投入与国内物质提取过程所产生的隐藏流和进口物质对应的非直接流之和。物质总需求作为度量经济系统对环境产生的压力影响是一个不可或缺的指标，它不仅包含经济系统的直接物质投入，还包含获取直接物质投入所产生的未被使用的隐藏流，可以更加准确充分地衡量经济系统运行的物质消耗所产生的环境压力。

(5)物质流分析的主要步骤

物质流分析一般包括以下几个步骤:①确定研究范围。确定研究对象的时间和空间范围。其中时间范围就是研究对象的时间跨度;空间范围是研究对象的系统边界，可按照研究目的的需要，选定一个国家、一个地区、一个行业或一个企业等。②确定代谢主体和物质流种类。代谢主体是社会经济圈内吞吐物质的可独立处理的基本物质单位，根据代谢主体的种类和研究对象的特点，确定符合研究需要的代谢主体;物质种类可按照欧盟统计局有关物质输入输出的分类细目来确定。③构建物质流账户并进行物质流核算。根据研究范围界定和物质分类构建各环节的物质流账户，并对其进行核算。该步骤是物质的输入、输出和存量环节，每一环节又包含不同的账户指标。④模型分析和评价。对物质流的定量核算结果进行评价与分析，用于对预先设定的研究目的，如资源利用效率、效率目标等进行评价。(www.xing528.com)

3.资源生产率

与传统劳动生产率概念不同，资源生产率(Resourceproductivity，RP)是衡量物质生产过程中使用自然资源的效率的指标，也是产业生态学分析中重要的概念，在生态包袱理论中也有所涉及。

(1)从生产率到资源生产率

生产率表示每单位生产要素能够生产或提供的事物产品或服务的数量，生产率增长则反映生产单位利用一定生产要素生产更多产出或在一定产出目的下尽可能最小化生产要素投入能力的提高。生产率水平反映一国或地区获取国民财富的能力，生产率增长则是提高国民生活质量和水平的决定性手段;一国或地区国民总收入增长的大部分是通过改进人力和物力投入的有效性和质量、通过提高生产率水平产生的，而不是由于使用了额外的劳动力和资本。当生产率水平提高时，国民收入以更快速度增长，从而可以实现更大范围的福利改善，直接推动人民生活水平提高。生产率是世界范围内实际经济增长、社会进步和生活水平改善的重要来源。

在对物质生产过程的分析中，根据投入要素的多少，生产率可以分为单要素生产率和多要素生产率。单要素生产率是将产出看作是一种要素投入所带来的结果，多要素生产率则是将产出看作是多种要素共同作用的结果。由于实际生产过程所投入的要素种类多，无法将其全部计量在内，因此产出与投入的分析过程只是若干生产要素的生产率，而非全部要素的生产率。而且，这种所谓的全要素生产率是生产函数测算时产出增长中要素投入之外的部分，是一种余值的衡量，而未能进入生产函数考察的那部分生产要素(如自然资源的投入)只能归为余值的全要素生产率中。在考虑生态环境及自然资源约束的经济增长中，要从理论上对资源生产率进行研究和考察，用资源生产率替代生产率，对物质生产过程进行分析。

(2)资源生产率的有关概念

资源生产率可以简单地定义为每单位自然资源的投入所带来的产出，可以用经济社会发展的价值量(一般是GDP)和资源实物量比值来衡量:

即:

式中:e表示资源生产率;GDP为国内生产总值，表示经济社会发展的价值量;N为资源环境消耗的实物量。

资源生产率揭示了经济增长与其所产生的自然资源(包括环境)消耗压力的关系。对一个国家或地区而言，提高资源生产率就是提高经济社会价值量的同时使其质量变“轻”，在增加经济增长和人类福利的同时降低资源消耗和污染排放。根据公式，我们可得到各种形式的资源生产率，如重量及物质资源生产率(能源资源生产率、土地资源生产率、水资源生产率、物质资源生产率)、生态环境资源生产率(废水排放生产率、废弃排放生产率、固体废物排放生产率)。

关于资源生产率的含义，目前有广义和狭义两种解释。产业生态学中采用了狭义的资源概念，其中资源仅指自然资源(也包括资源环境)，相应的资源生产率也仅从生产角度考虑自然资源的直接投入产出，它只考虑物质生产过程输入端投入物质的生产率，主要是指自然资源(水、土地、能源)的生产率，这样界定的资源生产率也就是单位数量的资源所创造的产出(这一理解与生态包袱中MIPS理解一致，下文会详细介绍);广义的资源生产率是从社会整理角度来考虑资源的使用和消费，可理解为单位自然资源的投入所附着的效用与服务。此时的自然资源除了物质资源以外，还包括了生态系统的各种功能，如污染物消纳、景观的提供等。因此广义的资源生产率核算除输入端投入物质的生产率外，还包括输出端物质的生产率，主要是指环境污染物(废水、废气以及固废)的生产率。学术界认为广义生产率核算方法更能体现可持续发展的本质要求。

通过资源生产率含义的解释，可以在它基础上建立一系列的指标来分析自然资源的使用，如土地、森林、矿产、能源、水资源等单项资源使用指标、物质输入(MaterialInput，MI)、物质总需求(TotalMaterialRequirement，TMR)、生态足迹(EcologicalFootprint，EF)、生态包袱(Ecological Rucksack)、人均生态空间等。

(3)资源生产率的理论含义

资源生产率包含两层含义:

①资源生产率意味着自然资源的约束。自然资源对经济发展的约束主要表现在三个方面:第一，资源约束制约着经济发展的规模和成长的速度。资源总量约束决定经济长期发展的规模和成长速度，而个别的资源短缺所造成的资源约束会使短期经济发展受到制约，并成为短期经济发展的瓶颈。但从长远来看，经过结构调整和资源的替代，个别资源的短缺不会影响经济发展的规模和成长速度。第二，各种资源在结构上的特点或不平衡性形成了资源的结构约束。经济发展的结构就是经济发展的模式，或者说经济发展的模式是以动态的方式描述经济发展的结构。资源约束限制着经济发展模式的选择范围，一定的资源约束条件决定着一定的经济发展模式。第三，资源在总量上和结构上的约束条件共同决定着经济长期发展的规模、成长速度和模式选择。

②资源生产率是一种超越经济效率的生态效率概念。一旦肯定了资源对价值形成和实际上的贡献，就可以从资源使用的角度来界定和分析资源的生产率问题。资源生产率是经济社会发展的价值量和资源实物量比值来衡量的。因此，资源生产率首先是一种生产效率，它衡量经济活动使用自然资源的效率。从可持续发展的角度来考虑，生产效率不仅要注重劳动生产率，而且还要关注生态效率视野中的资源生产率。随着资源形态的改变，更广泛和抽象的“资源要素”被作为投入，在这种情况下，资源生产率就不仅仅只考虑配置效率，而是成为对经济效率和生态因素的综合，是一种包含并超越了经济配置效率的生态效率概念。

(4)资源生产率的指标测算

①资源生产率的Pearce指标。按照资源生产率的定义，Pearce(2001)定义了一个简单的指标来衡量资源生产率:

其中Y是产出量，m是物质资源投入量。采用这种衡量方法，主要有三个理由:有利于节约稀缺的物质资源;有利于保护物质资源被转化为废弃物时作为接收器的自然环境;提升企业的收益率。随后人们将该指标变形，将上式改写为:

其中R为资源使用量，P为人口，Z是人均产出，B是资源生产率(Y/R)。对上式两边取对数并对时间求全微分得:

由上式可以看出，如果要避免资源使用量R的增长(≤0)，资源生产率的增长必须大于人口增长与人均产出的增长()之和。

②Pearce指标修正。资源生产率的Pearce指标虽然简单，但却解释了现实中的一些问题，由于过于简单，往往会忽略一些问题。如Pearce指标中，资源或材料的投入量是否包含生态包袱;是否把不同的材料(无论发生在物质生产的哪个阶段或哪个地方)按照质量进行加总;相同的Y/m值增加其价值是否一样;如何考虑不同资源或材料的“毒性”问题等。因此需要对Pearce指标进行修正。

根据考虑问题的不同，修正方法也不一样。以“毒性”问题为例，当物质转化为废弃物时对环境产生的影响，按照“毒性”加权来修正资源生产率:

其中mi为物质的数量，wi为i种物质的“毒性权重”，那么修正后的资源生产率关键在于确定“毒性权重”wi。

另外一种修正方法是从产出入手，将产出中会产生危害的物质价值量去除:

修正后的资源生产率表明物质输入m对产出Y及危害D的影响是最为真实的，此时的输出(Y-D)是去除环境危害的真实产出。

③资源生产率的其他评价方法。除了采用上述资源生产率评价方法以外，还要许多其他的资源生产率评价方法，如4倍数或10倍数、环境容量、生态足迹等。其中FriedrichSchmidt-Bleek提出了“每单位服务的物质消耗”(Materialinputperserviceunit，MIPS)的概念。它对产品的整个生命周期，即从摇篮到坟墓过程中的每单位服务或功能的物质消耗进行计量。此时的资源生产率是指将可从中得到的服务单元总量除以生产这件产品所消耗的物质总量，也就是说，资源生产率是MIPS的倒数(具体分析可参见生态包袱理论)。