产业生态系统稳定性研究述评

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1、产业生态系统稳定性研究述评利用上游产业（企业）的废弃物作为下游产业（企业）的生产原材料，把原本线形的生产过程“循环”起来，从而达到减少环境负担、获取经济利益双重效果的IES（IndustrialEcosystem，产业生态系统）[1,2]是实施可持续发展具体而重要的实践工具，已经在世界范围内被快速推广。以IES的重要形式EiPs（Eco-industrialParks，生态工业园）为例：全世界现在已经有超过12000个EIPs[3]，其中丹麦的卡伦堡作为产业生态学的经典案例已被学术界和工业界所熟知。我国也在1999年以来快速推进循环经济与

2、EIPs规划建设，经国家环保总局认证挂牌的EIPs已有10余个[4]。但是，IES作为新生事物，在一片赞扬声中，也反映出了越来越多的实际问题，其中系统不稳定现象最为突出。包括卡伦堡在内的一些EIPs在运营中已经出现了由于系统内、外部相关因素发生变动，从而影响、破坏IES稳定性的事实。针对这种情况，有必要加强对IES稳定性的研究，从而充分发挥其作为重要环境管理工具的作用。　　　　1　当前IES不稳定现象简述区别于一般产业系统，IES内部企业之间的联结纽带有两个：一是上下游之间流动的废物（当然其同时也是原材料），它作为有形资源联结纽带；二是各

3、企业内部的生态化链结技术，它必须针对不同的有形废物资源，进行物理、化学状态的再塑，从而使得上下游流动的物质在新的生产环节进行使用价值的更新，我们可以将其视为IES内部企业之间的无形联结纽带。同时，区别于一般产业系统，IES的运营目标也有两个：经济效益和环境效益。传统的经济学与管理学思想追求经济利益最大化，然而IES却同时注重这个经济过程的外部性，以更系统的思想把自身运营的环境效益也纳入规划、评价目标中。由上述可见，IES这种特殊的内部结构和外部目标，造成了它比一般工业园区或产业聚集群在内部结构、技术构成和外部影响因素等方面存在更苛刻的稳定

4、边界条件，也导致了更脆弱的系统稳定性。案例1：CapeCharles是美国早期IES的代表。它利用风能发电，一般在用电高峰时以高价售出，补充地方电力不足部分；在非用电高峰的时候，风能电被用来把黄豆变成油，成为可储备能源。黄豆炼油的渣作为家禽饲料，热能被用来养鱼，鱼塘养分可以作农业肥料。但是由于地理位置偏僻、劳动力水平低下、经济支持减弱等原因，这个系统已逐步停止了这种循环链接，基本陷入僵局。CapeCharles的管理人员对此的总结是“尽管有上下游物料流动、能量循环的最初意向，可是随着实践的深入，却发现形成网络困难重重。”[5]案例2：芬兰

5、东部城市Joensuu试图在已有的IES中建造Sirkkala发电厂，逐步将其引导、建设成“关键种企业”[6]，从而把当前已有的小型、零散的生态化链接企业进行整合运营，改变当前系统竞争力薄弱现状。然而，这项工作由于不能在：①提升泥煤燃烧效率；②消除森林钙离子等微量元素流失对森林系统健康的影响；③避免对Joensuu典型北欧寒冷生态现状（结冻的河流、覆雪的土地）的改变；④避免发电厂高压输电线对居民区生态景观的破坏等方面取得生态化技术的突破被迫中止[7]。案例3：即使在全世界公推为典范的卡伦堡IES中，也出现了不稳定迹象。1995年，Kalu

6、ndborg共生体系中的GyProc石膏厂在常规分析时发现石膏中大量含钒，这种金属可对人类造成变态反应。最终调查发现原因是Asnaesvaerket火电厂使用了一种价格十分低廉的燃料——奥利木松石油。调查人员在这种石油里发现了钒，导致石膏中也发现了钒。结果是，Asnaesvaerket火电厂改进其设备，以防止钒累积[8]。此外，丹麦富产天然气，其价格低廉的天然气甚至可以一直输送到瑞典境内。然而为了防止可能出现的竞争，卡伦堡却没有自己的天然气输气管道，那里的居民只能使用Statoil炼油厂提供的昂贵的燃气或液化气瓶[9]。正如Bald]为物

7、种最大容量。第三，部分学者提出，鉴于在大多数情况下生态系统的多样性（diversity）越高，稳定性越好，于是提出可以直接用多样性来衡量稳定性，量化工具直接借用Shannon和Weaver（1949）的研究成果[15]：H＝－∑p[,i]logp[,i]，（i＝1，2，3...n）其中，H表示生态系统的多样性程度，i表示系统内物种类别，p[,i]表示第i物种的丰富程度。除了上述这三种方法以外，采用李亚普诺夫稳定性理论对生态系统稳定性进行研究是另外一种重要的研究方法。本文作者把这种方法进行了适应性改造，利用赫维茨代数判据法对高阶微分方程模型

8、进行稳定性判断，并进而用于IES稳定性的定量计算。2.2　IES稳定性的内涵研究由于IES的出现始于20世纪末，其发展还处于摸索阶段，人们尚未对IES的稳定性进行系统研究，因此对其内涵进行界定