生態(tài)產(chǎn)業(yè)園的復合生態(tài)效率及評價指標體系

劉晶茹，呂 彬，張 娜，石 垚

(中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室，北京 100085)

生態(tài)產(chǎn)業(yè)園的復合生態(tài)效率及評價指標體系

劉晶茹*，呂 彬，張 娜，石 垚

(中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室，北京 100085)

生態(tài)產(chǎn)業(yè)園的建設在國內取得了豐富的成果，已成為我國循環(huán)經(jīng)濟建設和可持續(xù)發(fā)展的重要載體之一。與國外不同，我國的生態(tài)產(chǎn)業(yè)園最終將演化為生態(tài)城市，其功能也從工業(yè)生產(chǎn)功能發(fā)展為融生產(chǎn)、生活和生態(tài)為一體的復合功能。生態(tài)效率是評價一個研究對象投入產(chǎn)出效益的量化工具，將生態(tài)效率的理念融入生態(tài)產(chǎn)業(yè)園，從園區(qū)作為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的載體、作為生態(tài)城市演化的一個特定階段的視角，提出了復合生態(tài)效率的概念，構建了園區(qū)復合生態(tài)效率評價指標體系，并以鄭州經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)為例，說明了復合生態(tài)效率指標在產(chǎn)業(yè)園中的應用。

生態(tài)效率；生態(tài)產(chǎn)業(yè)園; 指標體系

中國正在面臨著快速的工業(yè)化和城市化，經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護、生態(tài)建設之間的矛盾是主要矛盾之一[1]。20世紀90年代，生態(tài)產(chǎn)業(yè)園(EIP)的概念引入中國，在國家環(huán)境保護部等政府部門的推動下，開始了生態(tài)產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃與建設的系統(tǒng)性探索工作。經(jīng)過20多年的實踐發(fā)展和理論探討，生態(tài)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的建設在國內取得了豐富的成果[2-3]，已成為我國循環(huán)經(jīng)濟建設和可持續(xù)發(fā)展的重要載體之一。

圖1 產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)示意圖Fig.1 Framework of Industiral Ecosystem

1 生態(tài)產(chǎn)業(yè)園——一類典型的復合生態(tài)系統(tǒng)

產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是一類以高強度能流、物流、信息流、資金流、人口流為特征，不斷進行新陳代謝，具備生產(chǎn)、流通、消費、還原、調控等功能，經(jīng)歷著孕育、發(fā)展、繁榮、熟化、衰落、再興等演化歷程的社會-經(jīng)濟-自然復合生態(tài)系統(tǒng)(圖1)[4-5]，由人(生產(chǎn)者、流通者、服務者、還原者和調控者)、資源(自然資源、加工資源、技術資源、金融資本和基礎設施)與環(huán)境(生產(chǎn)環(huán)境、區(qū)域環(huán)境、市場環(huán)境、政策環(huán)境和社會環(huán)境)組成。

生態(tài)產(chǎn)業(yè)園是指在一定地區(qū)范圍內集聚的企業(yè)依據(jù)循環(huán)經(jīng)濟理念、工業(yè)生態(tài)學原理和清潔生產(chǎn)要求而建設建立的一種新型產(chǎn)業(yè)園[6-7]。生態(tài)產(chǎn)業(yè)園是一類典型的復合生態(tài)系統(tǒng)，這里的“生態(tài)”是產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)業(yè)和社會、產(chǎn)業(yè)和環(huán)境間橫向耦合、縱向閉合、區(qū)域融合、社會整合的系統(tǒng)關系和革新過程。這里的“產(chǎn)業(yè)”是從搖籃到墳墓再到搖籃的物質循環(huán)、能量轉換、信息集成，是一種多功能生產(chǎn)方式和網(wǎng)絡型循環(huán)產(chǎn)業(yè)；這里的“園區(qū)”是“紅色空間”(產(chǎn)業(yè)、人居和公共設施用地)、“灰色空間”(廢棄地和交通用地)、“綠色空間”(城市綠地、農(nóng)地和林地)和“藍色空間”(城市河渠、湖泊、濕地、岸帶)的有機組合；是實體空間(園區(qū)實際占用和規(guī)劃占用土地以及園區(qū)外圍的生態(tài)服務用地)和虛擬空間(園區(qū)產(chǎn)業(yè)向外部拓展所占用或共生的非連續(xù)空間)，物態(tài)空間(資源、環(huán)境、市場)和生態(tài)位空間(生態(tài)利導和限制因子、生態(tài)優(yōu)勢和劣勢、生態(tài)基礎設施和服務功能)的系統(tǒng)整合[5]。

2 生態(tài)產(chǎn)業(yè)園的復合生態(tài)功能

生態(tài)產(chǎn)業(yè)園是Marian Chertow 等人基于對卡倫堡等模式的觀察而提出的概念，他們認為演化成熟的生態(tài)產(chǎn)業(yè)園應該是一種穩(wěn)定的、多樣性豐富的工業(yè)共生系統(tǒng)[8-10]。國內外生態(tài)產(chǎn)業(yè)園的內涵及發(fā)展模式有很大不同，我國的生態(tài)產(chǎn)業(yè)園建設已成為推動舊城生態(tài)改造和新區(qū)生態(tài)建設及帶動區(qū)域城鎮(zhèn)化和鄉(xiāng)村工業(yè)化發(fā)展的重要載體，多數(shù)生態(tài)產(chǎn)業(yè)園區(qū)最終將發(fā)展為生態(tài)新城[11]，這是由于我國傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)園區(qū)主要建立在母城周邊，隨著城市化擴張，很多園區(qū)將逐漸發(fā)展為城市的新區(qū)[12]，其功能也漸漸的由工業(yè)生產(chǎn)功能為主向集生產(chǎn)、生活和生態(tài)為一體的復合功能轉變。因此，新的生態(tài)產(chǎn)業(yè)園區(qū)在規(guī)劃建設的理念上，已不能再簡單的強調產(chǎn)業(yè)共生鏈網(wǎng)的建立，而是要從復合生態(tài)系統(tǒng)的角度去進行評價、規(guī)劃、設計和管理，需要平衡考慮生態(tài)產(chǎn)業(yè)園的產(chǎn)業(yè)生態(tài)子系統(tǒng)、自然生態(tài)子系統(tǒng)和社會生態(tài)子系統(tǒng)的協(xié)同進化關系。

3 生態(tài)產(chǎn)業(yè)園復合生態(tài)效率的內涵

生態(tài)效率具有多種定義，核心是考察研究對象的投入產(chǎn)出效益，其中的“投入”主要指經(jīng)濟活動過程中的資源能源消耗和環(huán)境負荷，“產(chǎn)出”主要指經(jīng)濟活動產(chǎn)生的價值。既有基于單一指標的分析[13-14]，也有多指標的綜合評價[15-16]。作為復合生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)產(chǎn)業(yè)園，其核心目標是實現(xiàn)生產(chǎn)、生活和生態(tài)復合生態(tài)效率的快速提升及自然、經(jīng)濟、社會三個子系統(tǒng)的協(xié)調發(fā)展，而不能僅僅關注物質利用效率的最大化及末端排放的最小化[17]。本文提出的復合生態(tài)效率的評價對象是產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)(圖1)，是包含了社會、經(jīng)濟和自然三個子系統(tǒng)、生產(chǎn)、生活和生態(tài)三種主要功能的產(chǎn)業(yè)復合生態(tài)系統(tǒng)，通過構建反映復合生態(tài)系統(tǒng)結構、過程與功能的指標體系，評價各子系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展水平，并通過指標整合的方法，綜合評價復合生態(tài)系統(tǒng)所提供的自然、經(jīng)濟與社會生態(tài)效益。生態(tài)產(chǎn)業(yè)園的復合生態(tài)效率指標既要能反映園區(qū)整體運行功效，又能反映其內部的結構、功能的狀態(tài)和變化特征。

4 生態(tài)產(chǎn)業(yè)園復合生態(tài)效率的評價指標——以鄭州經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)為例

本文構建的生態(tài)產(chǎn)業(yè)園復合生態(tài)效率評價指標體系如表1所示，共25個技術指標，其中結構性指標有6個，功能指標共15個，過程指標4個，功能指標較多，因為本指標體系重在突出生態(tài)產(chǎn)業(yè)園的復合生態(tài)功能效用。

表1 生態(tài)產(chǎn)業(yè)園復合生態(tài)效率評價指標體系Table 1 Indicators of complex eco-effciceny of EIP

鄭州國家經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)2008年開展生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)建設工作，本文以鄭州經(jīng)開區(qū)為例，對復合生態(tài)效率的指標、指標數(shù)據(jù)的來源及對園區(qū)發(fā)展建設的指導意義進行分析。

4.1 結構性指標

(1)園區(qū)綠化覆蓋率

數(shù)據(jù)主要來自園區(qū)建設局的統(tǒng)計資料，2008—2010鄭州經(jīng)開區(qū)綠化覆蓋率分別為35.6%、36%和36.3%。

(2)土地覆蓋類型多樣性

根據(jù)我國土地利用一級分類，利用Quikbird遙感數(shù)據(jù)，運用EDRAS遙感圖像處理軟件對規(guī)劃區(qū)內土地利用進行遙感解譯，分析開發(fā)區(qū)8類土地利用類型的組成結構。采用香濃-威納指數(shù)計算土地覆蓋類型多樣性指數(shù)，2008—2010年鄭州經(jīng)開區(qū)土地覆蓋類型的多樣性指數(shù)分別為2.46、2.45和2.45。

(3)員工受教育程度

用員工人均受教育年限來表示，數(shù)據(jù)來自園區(qū)統(tǒng)計年報，2008—2010年分別為8.47、8.62和8.72a。

(4)服務業(yè)從業(yè)人員比例來自園區(qū)統(tǒng)計資料，2008—2010年分別為分別為41.09、42.58和44.60。

(5)主導產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢度

可以使用CR4(行業(yè)前四名份額集中度)來表示，2008—2010年鄭州經(jīng)開區(qū)CR4分別是45.3，54.1和87.7，產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展良好。

(6)企業(yè)關聯(lián)度

企業(yè)關聯(lián)度主要描述企業(yè)之間資源交換的緊密程度，反映園區(qū)的生態(tài)容量和發(fā)展水平。通過構建系統(tǒng)群落可達矩陣得出，關聯(lián)度C的計算借鑒自然生態(tài)系統(tǒng)生物群落關聯(lián)度[18]的計算方法：

式中,L表示群落可達矩陣中非零元素的個數(shù)，S為系統(tǒng)物種種群數(shù)量。

根據(jù)鄭州經(jīng)開區(qū)9個種群(1:裝備制造企業(yè);2:汽車整車及零部件制造企業(yè); 3:電子信息企業(yè); 4:食品制造企業(yè); 5:熱力生產(chǎn)及供應企業(yè); 6:設備租賃服務企業(yè); 7:汽車租賃服務企業(yè); 8:污水處理廠; 9:園區(qū)綠化企業(yè))構成的群落可達矩陣，計算得到企業(yè)關聯(lián)度為0.36。將園區(qū)企業(yè)關聯(lián)度的數(shù)據(jù)對比貴港、魯北等國內早期的生態(tài)工業(yè)園相關數(shù)據(jù)[19]，鄭州經(jīng)開區(qū)的關聯(lián)度與這兩個園區(qū)的平均值比較接近，說明鄭州經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)在一定程度上具備自我消解、自我循環(huán)的功能。

4.2 功能性指標

(1)資源生產(chǎn)力

資源生產(chǎn)力包括單位原材料、能源、水資源以及土地面積產(chǎn)出GDP，相關數(shù)據(jù)來自企業(yè)環(huán)評報告和企業(yè)調查問卷。

(2)自然生態(tài)系統(tǒng)服務價值量

根據(jù)Costanza[20]和謝高地[21]等給出的我國不同生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務價值，結合園區(qū)林地、草地、耕地、濕地、河流和荒漠等幾類土地利用的面積來核算生態(tài)服務功能。

(3)基礎設施完善程度

采用園區(qū)道路交通用地占園區(qū)建設區(qū)面積的比例來反應園區(qū)基礎設施的完善程度。

(4)生態(tài)空間占用

即生態(tài)足跡，是指提供相應人口所消費的全部資源并吸納其產(chǎn)生的廢棄物所需要的生物生產(chǎn)性土地面積。本文將消費分為生物資源的消費和能源消費兩部分，然后將其均轉化為不同類型的土地面積，乘以均衡因子轉化為等價生產(chǎn)力的土地面積，最后匯總求和即可。2008—2010年鄭州經(jīng)開區(qū)人均生態(tài)足跡需求分別為2.55、2.69和2.77 hm2/人。

(5)廢物循環(huán)利用

主要指工業(yè)用水重復利用率和工業(yè)固廢綜合利用率，2008—2010年，工業(yè)用水重復利用率從33.1%提到35.5%，固廢綜合利用率提高從68.2%提高到98.05%。

(6)環(huán)境治理

包括工業(yè)廢氣處理率、工業(yè)廢水處理率、生活污水集中處理率以及生活垃圾無害化處理率四個指標。四個指標來自園區(qū)的環(huán)境質量報告書。

(7)生態(tài)系統(tǒng)緩沖

借鑒相關研究成果[22]，城市中的生態(tài)用地主要包括生產(chǎn)綠地、水域、濕地、以及裸土，即除了人工建筑、交通用地、城鄉(xiāng)結合地以及植被過渡地之外的城市土地即為城市生態(tài)用地，2008—2010年鄭州經(jīng)開區(qū)生態(tài)用地比例為69.15%、67.63.%和67.63%。

4.3 過程性指標

(1)物質流動

結合物質流分析方法來辨別園區(qū)物質代謝水平，并獲取相應的園區(qū)尺度的物質流指標。借鑒石垚[23]提出的EIPS-MFA模型及指標體系，分別用直接物質投入、物質總排出、以及物質交換利用率三個指標來表現(xiàn)園區(qū)物質流動情況。

(2)信息完善程度

結合環(huán)保部關于生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)建設的要求，鄭州經(jīng)開區(qū)已建立了較完善的信息公開制度，包括建立專門的網(wǎng)站及定期公布園區(qū)環(huán)境信息等。

4.3 綜合分析

通過使用層次分析方法，對鄭州經(jīng)開區(qū)復合生態(tài)效率評價，從結構角度看，現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)子系統(tǒng)生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈條的結構尚且不完善。鄭州經(jīng)開區(qū)生態(tài)工業(yè)園是綜合型生態(tài)工業(yè)園，由不同行業(yè)的企業(yè)構成，其產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡從理論上來說比較復雜，應圍繞不同產(chǎn)業(yè)間企業(yè)的物質交換來構建，但是從實踐上來看，園區(qū)的工業(yè)行業(yè)內部和跨行業(yè)形成的企業(yè)集群效應并不是很明顯，園區(qū)“龍頭”企業(yè)的帶動能力較弱，且較多還處于建設期，與當?shù)刂行∑髽I(yè)配套協(xié)作水平不高，產(chǎn)業(yè)鏈條也相對較短。因此，有必要調整產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品結構，延伸產(chǎn)業(yè)鏈條，提高產(chǎn)品附加值，實現(xiàn)優(yōu)化發(fā)展。

其次，從功能角度看，園區(qū)在土地資源的管理上存在很多缺陷，導致單位土地面積產(chǎn)出能力較低。作為生態(tài)工業(yè)園區(qū)，在提高園區(qū)產(chǎn)業(yè)共生能力的同時，園區(qū)需要土地維持其最大化的生態(tài)系統(tǒng)服務功能，反映到功能層面，即為園區(qū)的供給功能有待考量。因此，有必要合理利用園區(qū)土地資源，維持一定量的農(nóng)田和生態(tài)用地，提高園區(qū)土地的生態(tài)服務功能。

5 討論

國外對于生態(tài)產(chǎn)業(yè)園評價指標體系的研究主要是借助生命周期分析、物質代謝分析、能值分析等工具和方法，將生態(tài)工業(yè)園視為一個單純的工業(yè)系統(tǒng)進行評價，國內的學者也分別從園區(qū)工業(yè)系統(tǒng)的物質流、共生關系的穩(wěn)定性、多樣性等方面開展過相關探討[24-25]，國家環(huán)境保護部發(fā)布的關于生態(tài)工業(yè)園區(qū)建設的指標體系最為全面，綜合考慮了經(jīng)濟發(fā)展、污染控制、資源效率和環(huán)境管理，具有重要的實踐意義，但仍缺少對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)層面的考慮。生態(tài)產(chǎn)業(yè)園是一個復合的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)效率指標既要能反映園區(qū)整體運行功效，又能反映其內部的結構、功能的狀態(tài)和變化特征。本文利用復合生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學的理論，從園區(qū)作為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的載體、作為生態(tài)城市演化的一個特定階段的視角，構建了園區(qū)復合生態(tài)效率評價指標體系，每個指標既可以獨立分析，以辨識園區(qū)發(fā)展的長板、短板，也可以利用層次分析等方法整合為一個指數(shù)，作為園區(qū)發(fā)展狀態(tài)的綜合判別標準，指標數(shù)據(jù)具有很好的可獲得性和獨立性。本指標體系在鄭州經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)的生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)創(chuàng)建中得到應用，并經(jīng)過證實能有效指導園區(qū)的生態(tài)建設，綜合提高園區(qū)的生產(chǎn)、生態(tài)和生活功能，統(tǒng)籌考慮園區(qū)自然、經(jīng)濟和社會三個子系統(tǒng)的協(xié)調發(fā)展，實現(xiàn)系統(tǒng)層次復合生態(tài)效率的最優(yōu)。

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Definition and evaluation indicators of ecological industrial park′s complex eco-efficiency

LIU Jingru*,Lü Bin,ZHANG Na,SHI Yao

ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China

Industrial ecosystem is a kind of Social-Economic-Natural Complex Ecosystem (SENCE).Development of industrial ecosystem is one of the most popular methods being implemented in the industrial world for sustainable development.Eco-industrial Park (EIP) provides a specific practice for the medium level of industrial ecosystem and serves as an effective mode to achieve sustainable development of economy,society and environment in China.In recent years,EIP has been developed very fast in China.Up to September,2012,there are 45 national EIPs authorized by Ministry of Environmental Protection,Ministry of Commerce and Ministry of Science and Technology.Most of these EIPs are national economic and technical development zone and national high-tech industrial development zone.These development zones are important carriers of Chinese urbanization process.Therefore,the dynamic processes of Chinese EIPs are quite different from other countries,where the functions of EIPs in China is not only industrial production,but a Social-Economic-Natural Complex function,and its final evaluation shape of EIPs will be eco-cities.

In this paper,we developed a special definition of complex eco-efficiency based on SENCE theory to measure the development status of Chinese EIPs.The accurate measurement of the complex eco-efficiency of EIP industrial eco-system in China will help to understand the overall operation conditionsand the importance of various factors on the improvement of the complex eco-efficiency,which is convenient for setting up feedback mechanism timely and promoting the comprehensive,coordinated and sustainable development of EIPs.We first discussed the structure,functions and processes of complex industrial ecosystem briefly,then the development of evaluation indicator system in detail.An evaluation indicator system for complex eco-efficiency of EIP on a frame of structure-function-process was developed based on the theoretical review.The indicator system was divided into five layers and three sub-groups.There were totally 25 technological indicators among which 23 were quantitative,2 were qualitative.6 structural indicators,15 functional indicators and 4 process indicators were included in three sub-groups.Zhengzhou national economic and technical development zone was selected for case study to explain how to collect data and information on EIP level and how to make a systematic assessment of these indicators.The focus of this paper was to explain that these indicators were easily accessible and useful.

In 2006,the Ministry of Environmental Protection issued a series of national standards for EIPs.Although they divided EIPs into sector-specific EIPs,sector-integrate EIPs and venous industry based EIPs,the indicators of these three types are similar.Except for economic development indictors,most of these indicators are related to environmental pollution control and environmental management.These indicators are useful on factory level of EIPs,but not useful when we take EIP as a whole ecosystem.In this paper,we tried to develop indicators which are more ecologically and systematically,based on our understanding of EIPs as a complex ecosystem and a special evolution process of eco-cities.

ecological efficiency; ecological industrial park; indicator

自然科學基金面上資助項目(71173209)；自然科學基金重點資助項目(71033005)

2012-12-07;

2013-12-09

*通訊作者Corresponding author.E-mail:liujingru@rcees.ac.cn

10.5846/stxb201212071764

劉晶茹，呂彬，張娜，石垚.生態(tài)產(chǎn)業(yè)園的復合生態(tài)效率及評價指標體系.生態(tài)學報,2014,34(1):136-141.

Liu J R,Lü B,Zhang N,Shi Y.Definition and evaluation indicators of ecological industrial park′s complex eco-efficiency.Acta Ecologica Sinica,2014,34(1):136-141.