系統(tǒng)動力學(xué)視角下的資源型城市經(jīng)濟(jì)增長機(jī)制與可持續(xù)發(fā)展分析

王幫俊，周 敏，吉 峰

(中國礦業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

系統(tǒng)動力學(xué)視角下的資源型城市經(jīng)濟(jì)增長機(jī)制與可持續(xù)發(fā)展分析

王幫俊，周 敏，吉 峰

(中國礦業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

資源型城市是以礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用為主，帶動和支持城市經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的獨(dú)特城市類型。受礦產(chǎn)資源儲量的制約以及資源開采過程的影響，資源型城市的發(fā)展一般經(jīng)歷前期開發(fā)、增產(chǎn)期、穩(wěn)產(chǎn)期和衰退期等四個階段。礦產(chǎn)資源的開發(fā)既是資源型城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的依托力量，但是又對城市的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重的負(fù)面效應(yīng)，對于資源型城市的可持續(xù)發(fā)展帶來很大的影響。本文通過建立基于Logistic動力學(xué)模型的資源型城市成長和發(fā)展軌跡，對城市不同發(fā)展階段的模擬表明，當(dāng)發(fā)展要素基數(shù)達(dá)到零時，礦業(yè)對城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展所做出的貢獻(xiàn)達(dá)到了可持續(xù)發(fā)展的閾值。資源型城市在進(jìn)入衰退期以前，通過建立多元化的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來擺脫對單純產(chǎn)業(yè)的依賴性，從而實現(xiàn)資源型城市的可持續(xù)發(fā)展。

資源型城市； Logistic動力學(xué)模型；經(jīng)濟(jì)增長；可持續(xù)發(fā)展

引言

資源型城市是以礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用為主，帶動和支持城市經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的獨(dú)特的城市類型。礦業(yè)資源的開發(fā)既是城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的依托力量，又對城市的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞，造成了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的惡化，制約了資源型城市經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。

作為一種特殊的區(qū)域經(jīng)濟(jì)形態(tài)，資源型城市不同于一般社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的特征：一方面資源開采成本的逐步增加和資源的枯竭是不可抗拒的；另一方面作為社會子系統(tǒng)的資源消耗性產(chǎn)業(yè)與礦產(chǎn)資源開采業(yè)的關(guān)聯(lián)性較輕，對環(huán)境的依賴巨大。隨著礦產(chǎn)資源開采業(yè)的衰退，資源消耗型產(chǎn)業(yè)的成本優(yōu)勢逐步喪失，市場競爭力受到較大的影響，會使城市經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境、人口、資源的矛盾突出，使城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展逐步陷入困境。為實現(xiàn)資源型城市經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，在尋求實現(xiàn)手段上，人們的思想經(jīng)歷了從清潔生產(chǎn)、生態(tài)工業(yè)園區(qū)再到循環(huán)經(jīng)濟(jì)的歷史演化過程，在此過程構(gòu)成了城市經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展實現(xiàn)結(jié)構(gòu)模式。

資源型城市的可持續(xù)發(fā)展是整個城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會發(fā)展、環(huán)境保護(hù)與資源開發(fā)利用相互協(xié)調(diào)，并向社會提供潔凈燃料、原料和電力，在運(yùn)用市場機(jī)制，依靠科技進(jìn)步及尋求可替代資源的基礎(chǔ)上，控制礦業(yè)資源的最佳耗竭水平，使得礦產(chǎn)開發(fā)工業(yè)的發(fā)展既滿足當(dāng)代人的需要，又不對后代人滿足其需要的能力構(gòu)成危害，同時本地區(qū)的發(fā)展也不會對其他區(qū)域的發(fā)展構(gòu)成危害。

對于資源型城市可持續(xù)發(fā)展的研究，早期主要集中于選擇單一城市或特定區(qū)域中的若干城市作為研究對象，通過資源型城市社會學(xué)和人口特征來尋求社區(qū)不穩(wěn)定的原因，并逐步從單個城市轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘腥旱膶嵶C和規(guī)范研究，轉(zhuǎn)向了經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、勞動力市場結(jié)構(gòu)以及世界經(jīng)濟(jì)一體化對資源型城市的影響等方面，資源型城市的可持續(xù)發(fā)展、城市生態(tài)和城市化過程中的問題等是這些研究的主要內(nèi)容，認(rèn)為資源型城市的發(fā)展方向是實現(xiàn)城市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。但是城市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)是與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)相互交織、相互制約、相互作用并通過一系列復(fù)雜的非線性機(jī)制耦合而成的具有一定結(jié)構(gòu)與功能的復(fù)雜人工系統(tǒng)，需要通過資源型城市經(jīng)濟(jì)衰退機(jī)理分析的基礎(chǔ)上來對實現(xiàn)的路徑進(jìn)行分析，從而逐步探索出資源型城市每個發(fā)展階段經(jīng)濟(jì)增長的機(jī)制，實現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展。

一、資源型城市發(fā)展的生命周期

與一般產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢一樣，資源型城市的發(fā)展一般也經(jīng)歷四個階段，即起步期、增產(chǎn)期、穩(wěn)產(chǎn)期和衰退期。但是由于受到礦產(chǎn)資源的制約以及資源開采過程的影響，資源型城市的發(fā)展表現(xiàn)出來的階段性特征更加明顯。

(1)起步期

資源稟賦是資源型城市得以發(fā)展的前提條件，資源型城市是在“緣礦建鎮(zhèn)、連鎮(zhèn)成市”的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。資源型城市起步期作為開發(fā)階段，主要工作是礦床儲量、品位評估、地質(zhì)條件詳細(xì)勘探，開采方案的選擇。這一階段，隨著資源開采產(chǎn)業(yè)的逐步形成，大量的勞動力被吸引來，為生活服務(wù)的功能社區(qū)和基礎(chǔ)設(shè)施也開始投入建設(shè)。

(2)成長期

成長期是資源型城市快速發(fā)展時期，勘探工作結(jié)束后，大規(guī)模的工業(yè)化開采逐步興起。在這種情況下，常常是幾個礦區(qū)逐漸建成，形成生產(chǎn)能力，生產(chǎn)產(chǎn)量呈現(xiàn)上升趨勢，此時隨著資源型城市中企業(yè)生產(chǎn)能力的不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)成本保持穩(wěn)定并隨著規(guī)模的擴(kuò)大而下降，規(guī)模經(jīng)濟(jì)和學(xué)習(xí)曲線效應(yīng)開始顯現(xiàn)。增產(chǎn)期需要大量的人力、物力和財力的投入，資源型產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展及其帶來的外部經(jīng)濟(jì)逐步推動其資源型城市產(chǎn)業(yè)的快速擴(kuò)張。

(3)穩(wěn)定期

當(dāng)資源型城市主導(dǎo)礦區(qū)生產(chǎn)能力基本形成以后，礦產(chǎn)資源的生產(chǎn)規(guī)模保持相對穩(wěn)定，資源型城市進(jìn)入其發(fā)展穩(wěn)定期。在這一階段，城市內(nèi)的礦業(yè)企業(yè)有興有衰，有的因資源殆盡而關(guān)閉，但是又會有新礦井投產(chǎn)而替代原有生產(chǎn)能力。城市整體資源產(chǎn)量雖然出現(xiàn)小的波動，但總生產(chǎn)能力和產(chǎn)量并無劇烈的起伏。此時，各種生產(chǎn)技術(shù)和企業(yè)管理日臻完善，工人熟練程度逐步提高，此時達(dá)到資源型城市的鼎盛時期。

(4)衰退期

隨著地質(zhì)條件好、品位高的富礦被逐漸采出，為了維持產(chǎn)量的穩(wěn)定，部分礦區(qū)被迫轉(zhuǎn)向貧礦地區(qū)，從而增加了開發(fā)的難度和單位產(chǎn)出的工作量，生產(chǎn)成本也迅速增加，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益開始下降，城市也將逐步步入衰退期。由于沒有足夠的資源儲量保障，資源開發(fā)逐漸走向衰亡，礦井相繼關(guān)閉，資源開發(fā)的萎縮也逐步威脅到整個城市的存在和發(fā)展。

二、資源型城市經(jīng)濟(jì)增長的Logistic動力學(xué)模型

Logistic模型是1837年荷蘭生物學(xué)家Verhulst研究人口發(fā)展過程提出的，100多年來已經(jīng)被運(yùn)用到各個領(lǐng)域，用來預(yù)測和描述各種事物的動態(tài)變化過程和趨勢。

設(shè)Y(t)表示資源型城市中資源型產(chǎn)業(yè)對城市發(fā)展的累計貢獻(xiàn)，則其貢獻(xiàn)的變化率為dy/dt。如果不考慮其他產(chǎn)業(yè)、技術(shù)以及資源枯竭可能的影響，在資源型產(chǎn)業(yè)增長率為r時可以為城市發(fā)展提供無限資源，此時，對于資源型城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的累積貢獻(xiàn)呈現(xiàn)出指數(shù)增長狀態(tài)，即：

(1)

此時方程(1)的特解為：

y=y0·ert

(2)

式中：y為資源型產(chǎn)業(yè)對資源型城市經(jīng)濟(jì)的累積貢獻(xiàn)；y0為資源型產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)的原始積累量；r為資源型產(chǎn)業(yè)對資源型城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)的增長率。

其發(fā)展途徑如下圖1所示：

圖1 無約束條件下資源產(chǎn)業(yè)對資源型城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)軌跡

然而，在社會、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等條件的限制以及資源可能面臨枯竭時，這種貢獻(xiàn)不可能無限增長，而是存在一個閾值。各國資源型城市經(jīng)驗表明，在一定時期，資源型產(chǎn)業(yè)對資源型城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)累積閾值是相對穩(wěn)定的。因此，模型(1)的發(fā)展曲線在資源產(chǎn)業(yè)對資源型城市所做的貢獻(xiàn)是連續(xù)可微時不再呈現(xiàn)指數(shù)增長趨勢，而是為S型曲線，如圖2所示。此時，相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)增長模型為：

(3)

上式中的α為資源型產(chǎn)業(yè)對資源型城市貢獻(xiàn)累積的閾值。表明了這種貢獻(xiàn)累積的最大容量，當(dāng)超過了這一閾值，資源型產(chǎn)業(yè)將對城市的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)出現(xiàn)負(fù)增長。此時，如果不采取措施，城市的發(fā)展將會出現(xiàn)惡化。為了防止這一現(xiàn)象，可行的辦法是采取其他產(chǎn)業(yè)置換或者提高技術(shù)能力，以擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)的邊界來調(diào)整這一極限值。

圖2 存在閾值時資源型產(chǎn)業(yè)對資源型城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)軌跡

公式(3)的解為：

(4)

其中的C為常數(shù)，且C>0。公式(4)即為Logistic方程。當(dāng)t→∞時，y以指數(shù)變化率收斂于閾值α。

對方程(3)兩邊再次求導(dǎo)，得：

(5)

將(3)代入，得：

(6)

此時，令d2y/dt2=0，可以解得：y1=0,y2=α,y3=α/2。y1和y3是兩種極端情況，表明經(jīng)濟(jì)發(fā)展要素基數(shù)為零和礦業(yè)對城市發(fā)展所做出的貢獻(xiàn)

已經(jīng)達(dá)到了閾值，而在(t2,α/2)處，資源產(chǎn)業(yè)對于資源型城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的累積貢獻(xiàn)達(dá)到了最大值，即：

(7)

如下圖3所示：

圖3 資源型產(chǎn)業(yè)對資源型城市經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)率的Logistic變化圖

對公式(6)兩邊再次求導(dǎo)，并令d3y/dt3=0，解得：

圖4 資源型產(chǎn)業(yè)對資源型城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)的Logistic動力模型曲線

三、 資源型城市不同發(fā)展階段可持續(xù)發(fā)展策略分析

隨著資源的開發(fā)和利用，整個資源型城市的資源產(chǎn)業(yè)逐漸走向枯竭，為了擺脫對單純產(chǎn)業(yè)的依賴，實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展，資源型城市需要調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和進(jìn)行產(chǎn)業(yè)替換的時機(jī)選擇，通過圖4對不同階段資源型城市發(fā)展階段產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的側(cè)重點進(jìn)行分析：

(1)[0,t1]時期——單一的依賴資源產(chǎn)業(yè)階段

此階段的主要特征是資源型城市的資源產(chǎn)業(yè)大規(guī)模發(fā)展階段。隨著開采產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)，礦產(chǎn)品初加工業(yè)也逐步興起，這兩種產(chǎn)業(yè)的興起城市經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，并逐步發(fā)展為內(nèi)向型和外向型。此時，這兩種產(chǎn)業(yè)無疑是整個城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重心。對于社會經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)差的資源型城市，人才、技術(shù)等方面都較為缺乏，只能重點發(fā)展一兩個主體產(chǎn)業(yè)，此階段資源開采及初加工產(chǎn)業(yè)為資源型城市重點發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。但是還要注意為了避免城市基本部門門類和層次較少，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一引發(fā)的社會問題，還需要發(fā)展一批為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)服務(wù)、為區(qū)域經(jīng)濟(jì)生活服務(wù)的第三產(chǎn)業(yè)，保證城市的社會經(jīng)濟(jì)平衡發(fā)展。但是對于資源開發(fā)屬于后開發(fā)產(chǎn)業(yè)的城市，在此階段產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的側(cè)重點則不同，需要把產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的目標(biāo)定向更加先進(jìn)，著眼點也更高，有目的發(fā)展一些新興產(chǎn)業(yè)。

(2)[t1,t2]時期——大力發(fā)展資源深加工，培育其他非資源產(chǎn)業(yè)階段

由于資源開采產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了一定的規(guī)模，發(fā)展資源產(chǎn)業(yè)深加工業(yè)等其他產(chǎn)業(yè)的最佳時期即為這個階段。此時資源型城市通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，推進(jìn)其前后向聯(lián)系，規(guī)模效益的資源開采產(chǎn)業(yè)伴隨著深加工業(yè)的逐步成長，資源型城市形成了資源產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)的基本部門產(chǎn)業(yè)群。城市經(jīng)濟(jì)繁榮，功能增強(qiáng)，但是對于資源產(chǎn)業(yè)的依賴較為明顯。因此，這個階段資源型城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重點也是集中于這兩個產(chǎn)業(yè)上。同時，這個階段由于城市基礎(chǔ)設(shè)施不是很好，但是也具備了發(fā)展條件，發(fā)展成本和投資都較小，有意識地引導(dǎo)和發(fā)展這些產(chǎn)業(yè)，逐步向綜合性工礦城市過渡是此階段可持續(xù)發(fā)展和最終擺脫資源束縛的基本要求。

(3)[t2,t3]時期——資源產(chǎn)業(yè)進(jìn)入成熟期，其他產(chǎn)業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模階段

此時，資源開采、礦產(chǎn)品深加工達(dá)到穩(wěn)定，其經(jīng)濟(jì)效益已接近最大值，凈產(chǎn)值、利潤也進(jìn)入最大值時期，對城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)也處于最大時期。此階段，多年的經(jīng)濟(jì)累積使得資源型城市的多元化產(chǎn)業(yè)格局也初步奠定，替代性產(chǎn)業(yè)初露端倪。但是這種格局在資源型產(chǎn)業(yè)成熟期尚未形成的話，那么礦業(yè)衰退之后城市的持續(xù)發(fā)展將會出現(xiàn)危機(jī)，如德國的魯爾和法國的洛林地區(qū)就是典型的例子，二者的經(jīng)濟(jì)發(fā)展轉(zhuǎn)型時期正是在此階段并導(dǎo)致了一系列的社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境危機(jī)，最終通過多種努力才取得了轉(zhuǎn)型的成功，但是付出的代價也是值得其他資源型城市重視的。

(4)[t3,∞]時期——多元化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)形成階段

在此階段資源型城市已經(jīng)完成向綜合性工礦城市的過渡，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的主要方向為多元化、高級化。多元化主要依托主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展多種產(chǎn)業(yè)，形成多樣化的基本部門，從根本上克服資源型城市基本部門單純依賴于資源開發(fā)的狀況，以及單一產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的“資源型城市病”；高級化需要大力扶持、發(fā)展那些相對先進(jìn)有發(fā)展前途而且適宜于城市發(fā)展的那些替代性產(chǎn)業(yè)，以提高資源型城市在區(qū)域分工中的地位，使得城市經(jīng)濟(jì)不斷走向繁榮。因此，資源型城市通過選擇有利于自身發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，循序漸進(jìn)地發(fā)展，并在發(fā)展過程中逐漸扶持新的、更為先進(jìn)的產(chǎn)業(yè)，以使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷走向高級化。通過多種產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在礦產(chǎn)品深加工得到充分發(fā)展，城市經(jīng)濟(jì)技術(shù)力量雄厚，多種優(yōu)勢因素已經(jīng)培育形成之后，形成資源型城市的區(qū)位優(yōu)勢。不過，由于個體的差異性，資源型城市不可能確定出一個統(tǒng)一的模式指導(dǎo)和發(fā)展其他產(chǎn)業(yè)。因此，需要積極創(chuàng)造條件，為發(fā)展多元化的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)并積極付諸實施以擺脫對單純的資源型產(chǎn)業(yè)的依賴，從而實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展。

四 總 結(jié)

總之，資源型城市在不同的發(fā)展階段需要結(jié)合自身特點，制定出不同的具有針對性的發(fā)展戰(zhàn)略和實現(xiàn)措施，選擇最有利于自身發(fā)展的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局。在城市的產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中要注重解決利益驅(qū)動、外部影響因素、政府行為以及技術(shù)創(chuàng)新的影響，因為這些因素中任何一種都有可能影響資源型城市的興衰。但最終的決定因素還是不可再生的、并最終走向耗竭的資源儲量。

從資源型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展周期所引申出的資源型城市的發(fā)展周期來看，四個不同階段體現(xiàn)了不同的發(fā)展特征，運(yùn)用Logistic動力學(xué)模型很好地吻合了基于資源開發(fā)周期，用來模擬資源型城市的成長和發(fā)展軌跡是合適的。資源型城市在長期的發(fā)展過程中，聚集了各自一定的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，通過以這些優(yōu)勢為基礎(chǔ)，培育和發(fā)展相關(guān)產(chǎn)業(yè)，實行“二次創(chuàng)業(yè)”，改變單一的資源優(yōu)勢，重新建構(gòu)多功能的綜合優(yōu)勢，通過產(chǎn)業(yè)延伸、產(chǎn)業(yè)更新和復(fù)合模式，資源型城市完全可以形成新的城市主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，并通過技術(shù)創(chuàng)新，積極發(fā)展相關(guān)的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，造就一批具有區(qū)域競爭優(yōu)勢的企業(yè)，帶動城市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級?？傊?，在不同發(fā)展階段的應(yīng)對措施可以很好地解決城市經(jīng)濟(jì)增長過程中的各種問題，從而最終實現(xiàn)資源型城市的可持續(xù)發(fā)展。

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Resource-basedCities’EconomicGrowthMechanismandSustainableDevelopmentAnalysisBasedonSystemDynamics

WANG Bang-jun, ZHOU Min, JI Feng

(School of Management, China University of Mining & Technology, Xuzhou 221116, China)

The resource-based city, a unique city economic type relying on the development and utilization of mineral resources, has been driving and promoting the city’s economic and social development. Under the restraint of coal mining resource reserve and the mining effects of the resources, the development of coalmining cities generally undergo four stages: the starting period, the growth period, the maturity period and the declining period. The development of coal mining resources is, on the one hand, what coalmining cities’ economic development relies on and on the other hand, has some severe negative impact on the city’s ecological environment, having great influences on the coal mining cities’ sustainable development. By establishing Logistic dynamics model based coal mining city growth and development track, this article simulates different development periods of the cities. This indicates that when the development element base reaches zero, the contribution of coal mining to the city’s economic development reaches the threshold value of sustainable development. Furthermore, before the coal mining cities enter into the decline period, we establish a diversified industrial structures to avoid the dependence on one single industry to realize the coal mining cities’ sustainable development.

resource-based cities; Logistic dynamic model; economic growth; sustainable development

2009 - 09 - 22

2009 - 11 - 13

國家自然科學(xué)基金項目(項目編號：70601032)；

江蘇省教育廳哲學(xué)社會科學(xué)基金項目(項目編號：08SJD6300069)

王幫俊(1975-)，男，博士，中國礦業(yè)大學(xué)管理學(xué)院副教授。

F407.2

A

1009-105X(2009)04-0071-05