產業生態系統效率評價與資源型城市轉型升級研究

■翁玲玲 滕堂偉/文

產業生態系統效率評價與資源型城市轉型升級研究

■翁玲玲 滕堂偉/文

資源型城市作為一種特殊城市類型，其生態化轉型已經成為我國推進新型工業化和城市化進程、加強生態文明建設的重要途徑。新中國成立以來，一大批資源型城市依托資源開發得到了迅猛發展，隨著高強度資源開采的推進，資源利用率低、生態功能退化、產業結構單一、社會矛盾顯現和體制機制滯后等問題日益突出。如何改善產業發展格局，建立反饋式經濟發展模式，緩解資源、能源和環境的瓶頸制約，突破路徑鎖定和資源詛咒，成為資源型城市必須破解的問題。從全球范圍內來看，20世紀60年代，受環境惡化、資源枯竭、低價替代品競爭等影響，發達國家的資源型城市發展陷入危機，德國魯爾、日本北九州、法國洛林、美國匹茲堡等資源型城市/地區率先開始轉型。由此，資源型城市的產業升級、生態建設引起了學術界的關注。基于可持續發展理念，以末端治理、清潔生產、生態經濟、循環經濟等為內容的生態文明建設理論體系逐步構建。20世紀80年代末，在生態學理論的啟蒙下，“產業代謝”“產業生態系統”等概念相繼被提出。產業生態學進入蓬勃發展階段，同時也催生了產業生態理論在社會經濟活動中的應用與實踐——產業生態化。對于產業生態化的內涵，Tibbs、Allenby、Erkman、厲無畏、郭守前、黃志斌等學者從目的、過程、系統和路徑等不同角度進行了闡述。但綜合來看主要包括以下幾層含義：產業生態化是生態學范式在產業經濟學領域的應用與實踐；產業生態化的目標在于實現產業系統與自然生態的協調發展；產業生態化的核心是產業系統各個環節的合理優化耦合。結合資源型城市發展特點，本文將產業生態化定義為：產業生態化是指運用產業生態學理論來指導資源型產業調整及區域產業系統重構，從而推動資源循環利用、環境污染減少、經濟效益提高，最終實現產業與自然可持續發展的過程。

目前，國內外對產業生態化的研究主要涵蓋產業生態化內涵、產業生態化水平評價、產業生態系統、產業生態化途徑、企業生態學等方面，研究尺度涉及企業、園區/集群、城市、國家乃至全球各個層面。其中，對于產業生態化路徑的研究主要集中在以下三個方面：一是建設生態產業園區，刁曉純等基于13個工業園區產業生態網絡測度，在環境決定組織模式的范式下分析如何在工業園區中構建產業生態網絡；二是推動區域副產品交換，劉光富等認為廢棄物資源化、實現物質“生產領域-消費領域-生產領域”的閉環流動是產業共生的主要途徑，副產品資源應從工業廢棄物拓展到城市固體廢棄物；三是發展生態產業，李倩、盛逖利用熵值法對北京產業生態化效率進行評價，從產業結構調整視角提出了拓展都市型生態農業、構建生態工業體系、發展現代服務業等生態化路徑。此外，一些學者也從制度設計、技術創新等視角進行探討，如Costa認為合理有效的政策和立法有利于產業共生的發展。以上文獻對產業生態化路徑選擇做了有益的探索，但整體來看實證研究較少，針對特定城市類型的生態化路徑研究不足。本文結合資源型城市發展特征，對其產業共生網絡構建進行系統探討，同時對山東省萊蕪市進行實證分析，為促進我國資源型城市產業生態化發展提供理論依據和實證支持。

圖1 資源型城市產業生態系統

一、資源型城市產業生態系統結構與特點

產業生態系統作為產業生態化的功能核心和物質載體，其建立是循環經濟、可持續發展最終得以實現的關鍵。根據生態經濟學原理和產業經濟規律，產業生態系統是指由產業群體與其支撐環境組成的社會-經濟-環境復合生態系統，系統內部通過物質流、能量流、資金流、人才流和信息流進行組織和調節，核心在于建立產業生態鏈和產業生態網絡。

（一）產業生態系統的要素組成

針對資源型城市以自然資源開發為主導產業、產業發展環境嚴峻等特點，根據系統論和生態學原理，資源型城市產業生態系統由各個產業及其所處環境組成。借鑒張睿、仇方道等關于產業生態系統結構劃分的研究，本文將資源型城市產業生態系統劃分為產業系統和環境系統，如圖1所示。其中，根據“生產者-消費者-分解者”的自然生態系統組成，產業系統包括生態農業、生態工業、生態服務業和環保產業；環境系統包括生態資源環境、經濟環境和社會環境。

產業系統是資源型城市產業生態系統的主體和核心，其實質是生態工程在各個產業的應用，最終構建區域生態產業體系。其中，生態工業是資源型城市生態化轉型建設的重點，包括以礦產、森林等自然資源開采為主的資源產業以及以資源精深加工、高級產品生產為主的加工工業。生態農業和生態服務業是資源型產業重要的接續替代產業，通過都市農業、工業旅游、現代物流、文化創意等產業的發展，實現產業多元發展和優化升級。環保產業是資源型城市可持續發展的重要支撐，通過礦區地質環境恢復治理、重金屬污染物防治、余熱余壓利用、鍋爐（窯爐）改造、建筑節能等，推動生態環境保護，提高資源利用效率。

（二）產業生態系統的優化構建

產業生態系統構建是以產業系統內部要素耦合優化為主導，以環境系統改革調整為輔助的過程。基于資源型城市發展特點，可以將產業生態系統耦合模式劃分為縱向一體化模式、橫向多樣化模式和虛擬網絡化模式三種。

縱向一體化模式是指具有產業銜接關系的企業構筑生態產業鏈、建立生態產業園區的方式，其突出作用在于實現了副產品、廢棄物的梯級循環利用以及物質的減量化。在具體實施上，主要有兩種路徑：一是延伸傳統資源型工業產業鏈，即利用高新技術對主導產業改造，通過產業關聯效應加快對主導產業的深度開發，從而提高資源利用效率和產品附加值。例如，山西省近年來以煤炭和煤炭精深加工為主形成煤炭-焦炭-煤化工、煤炭-電力-建材等產業鏈。二是挖掘其它比較優勢，尋找新的“關鍵種企業”，發展新的接替產業鏈。根據生命周期理論，產業替代是資源型城市避免“礦竭城衰”的根本途徑。因此，必須積極培育高新技術產業、特色農業、生態旅游業等新的經濟增長點。

橫向多樣化模式是通過產業系統的多元化發展，提高抗干擾能力和恢復能力，增強系統穩定性。在產業層面上，將提升資源型產業和發展新興產業相結合，即為產業替代和產業延伸的綜合發展，從而推動產業體系、產品結構的多樣化。在企業層面上，針對資源型城市普遍以大型國有企業為主的現狀，拓展大中型企業經營范圍，積極發展中小微企業，實現企業規模的多元化。

虛擬網絡化模式作為建立在一體化和多樣化基礎上的第三維度模式，突破了傳統地理界線和具體物質交換，側重產業系統內、外部的信息交流，是產業生態系統信息網絡化的表現。根據社會網絡關系理論和要素觀，虛擬網絡由網絡結點和網絡關系兩部分組成。其中，網絡結點包括了企業以及政府、科研院校、社區、環保組織等利益相關者，網絡關系則由物流網絡、信息網絡、知識/技能網絡、以及契約/信任網絡共同組成。可見，虛擬網絡模式實質上強調了產業系統內部企業間聯系、以及產業系統與環境系統的協同。此外，生態環境治理、政策優惠、就業培訓、開放性文化氛圍打造、基礎設施建設、技術援助、經濟支持等產業環境優化也對產業生態系統構建和維持起到了積極的推動作用。

表1 產業生態系統投入產出指標體系

二、研究方法與模型構建

（一）研究區域

本文選取山東省萊蕪市作為案例進行研究。萊蕪市地處山東省中部，總面積2246平方公里，轄20個鄉鎮（街道）。萊蕪市是以開發礦產資源而發展起來的礦業城市，境內采鐵冶鑄始于春秋，有著3000多年的冶鐵史，素有“鋼城煤都”之稱。萊蕪市鐵礦石年產量占山東省25%以上，擁有華東地區最大的鐵礦開采企業——魯中礦業有限公司、全國十大鋼鐵企業——萊蕪鋼鐵集團，是山東省重要的鐵礦石、煤炭生產基地和鋼鐵工業基地及能源基地。2010年鋼鐵產業占工業增加值61.9%，2014年仍然高達43.5%，呈現“一鋼獨大”的特點。長期以來，萊蕪市以礦產開采加工業為主導，產業結構單一，對自然資源的依賴性強，屬于典型的資源型城市。《全國資源型城市可持續發展規劃（2013-2020年）》將萊蕪市界定為成熟型資源型城市，由此被列入我國能源資源安全保障的核心區之一。如何進一步推動萊蕪市建立可持續發展長效機制成為其發展進程中亟待解決的問題。

（二）研究方法

綜觀現有文獻，國內外對生態效率的評價主要通過價值-影響比值、指標體系構建、因子分析、物質流分析、能值分析、生態足跡、數據包絡分析等方法進行測算。其中，數據包絡分析法（Data envelopment analysis，簡稱DEA）以相對效率概念為基礎，采用統計學方法自動賦權評價多投入、多產出決策單元（Decision Making Units，簡稱DMU）的有效性，避免了指標賦權方法的主觀性影響，因而被廣泛應用于產業生態效率研究。本文選取基于投入導向的超效率DEA模型進行產業生態系統效率計算，分析產業生態系統全要素生產率的變化趨勢。

數據包絡分析方法是由Charnes、Cooper等于1978年提出的一種效率評價方法，常用模型包括CCR-EDA模型和BCC-DEA模型。為進一步比較前沿面上有效決策單元（DMU效率值為1）之間的差異，Andersen、Petersen對傳統CCR模型進行改進，建立了超效率DEA模型（Super-efficiencyDEA，簡稱SE-DEA）。其基本思想是：在評價某個決策單元時，通過前沿面的推移，用其他決策單元投入、產出的線性組合代替該單元的投入、產出值，從而將其排除在決策單元集合之外。SE-DEA的數學表達式為：

其中，θ表示第k個決策單元的效率值，X、Y分別表示投入、產出值，λ為權重系數，S-、S+分別為投入和產出的松弛變量。求得θ、λ、S-和S+的最優解，并確定DMU的有效性，具體判斷準則為：當θ≥1且S-=S+=0時，說明該決策單元的投入產出效率達到最優；當θ＜1且S-≠0或S+≠0時，說明該決策單元非有效，可減少投入要素的冗余部分S-來保持原產出值不變。

（三）指標選取與數據來源

傳統產業系統生態效率評價大多從環境負荷和資源負荷兩個角度進行探討，而忽視了社會因素、經濟因素及產業系統內部構成對產業系統生態效率的影響。資源型城市因自然資源開采而興起，其獨特性在于資源型產業在工業中占較大份額，且以大中型企業為主。因而，在評價模型構建上，既要注重城市共性特征的描述，又要突出城市個性指標的選擇。

基于科學性、可獲取性原則，將產業生態系統效率模型（IES-EDA）分解為生態資源-產業系統效率模型（ERIS-EDA）、社會-產業系統效率模型（SIS-EDA）、經濟-產業系統效率模型（EISEDA）和產業系統效率模型（IS-EDA），如表1所示。

1.生態資源-產業系統效率模型。投入指標包括資源消耗、環境污染兩類。其中，資源消耗以用電總量來表示，環境污染以環境污染指數來表示。本文選擇表征環境質量的工業廢水排放量、工業廢氣排放量、工業煙塵排放量、工業粉塵排放量、工業二氧化硫排放量、工業固體廢棄物產生量等6項排放指標，并采用熵值法對數據進行初步處理。產出指標選取GDP來表示。

2.社會-產業系統效率模型。投入指標包括人力資本、文化支撐、對外交通三類。基于萊蕪市對外交通以公路為主等實際情況，以從業人數表示人力資本，以實際利用外資總額來表征經濟性文化中的開放化觀念，以公路通車里程數表示對外交通。產出指標選取GDP來表示。

3.經濟-產業系統效率模型。投入指標包括資本投入、技術支持、市場需求三類。其中，資本投入以固定資產投資總額來表示，技術支持以專利授權數來表示，市場需求以全社會消費品零售總額來表示。產出指標選取GDP來表示。

4.產業系統效率模型。投入指標包括企業規模、主導產業、接替產業三類。企業規模用規模以上大中型工業企業數量來表示，接替產業用高新技術產業產值來表示。區別于一般性礦產資源型城市，萊蕪的城市優勢職能已不是采選業及其初加工業，而依托煤、鐵等資源發展專業化鋼鐵產業，構建萊蕪特色產業生態系統評價體系也應將此納入考慮范圍。受數據可得性影響，本文以鋼材產量來表示萊蕪主導產業鋼鐵產業發展情況。產出指標選取GDP來表示。

表2 產業生態系統投入產出變量Pearson相關系數

表3 產業生態系統生態效率評價結果

本文以萊蕪市為研究區域，選取2000-2013年面板數據對萊蕪產業生態系統效率進行分析。研究數據主要來源于《萊蕪市統計年鑒》《山東省統計年鑒》以及萊蕪市、山東省國民經濟與社會發展統計公報。其中，規模以上高新技術產業產值2000、2001年數據由于無法獲取，本文采用基于該數據歷史變化特征、結合高新技術產業企業數量等進行推斷和估算。

（四）數據同向性檢驗

由于DEA模型要求各投入項、產出項必須符合“同向性（Isotonicity）”，即當投入量增加時，產出量不得減少。為此，本文利用SPSS19.0軟件對投入產出指標進行Pearson相關性檢驗。由表2檢驗結果可知，各投入項與產出項之間均存在正相關關系，各投入指標均能在1%顯著性水平下通過雙尾檢驗，符合DEA方法所要求的“同向性”。

三、萊蕪市產業生態系統效率評價

運用EMS軟件，假設規模報酬不變，從投入導向對萊蕪市產業生態系統的四個子系統生態資源-產業系統（ERIS）、社會-產業系統（SIS）、經濟-產業系統（EIS）和產業系統（IS）的生態效率進行了測算。同時，采用熵值法對產業生態系統（IES）效率進行評估。計算結果如表3所示。

萊蕪市產業生態系統效率總體呈現平緩上升的趨勢。2000年，萊蕪市產業生態系統效率提高主要依賴于社會-產業系統、經濟-產業系統和產業系統效率。2010年以后，伴隨生態資源-產業系統趨于有效，產業生態系統效率對生態資源-產業系統的依賴程度提高，而對經濟-產業系統的依賴程度降低。在2000-2013年產業生態系統的四個子系統中，生態資源-產業系統、社會-產業系統的效率值變化幅度較大，變異系數分別達到20.32和24.75。經濟-產業系統和產業系統效率相對變動較小。具體來看：

第一，雖然生態資源-產業系統效率整體呈現平穩上升態勢，并于2010、2012、2013年達到DEA有效。但從變異系數來看，生態資源-產業系統長期不穩定。從均值來看，生態資源-產業系統處于無效狀態。這主要是受到環境污染指數變動的影響，加強環境治理和生態保護是萊蕪市生態資源-產業系統趨于穩定有效的重要途徑。

第二，社會-產業系統效率變化幅度較大，整體趨于上升。這主要受到實際利用外資總額、公路通車里程數的影響。進一步分析可知，萊蕪經濟開放程度總體水平不高，出口產品偏重于農產品、鋼材、紡織服裝等低附加值的初級加工產品。交通方面，萊蕪擁有魯中優勢區位，臨近山東省重要交通線，但并沒有承擔交通樞紐的功能，對外交通以公路為主。加強城際鐵路、高速公路等交通線路建設、推動對外開放是提高社會-產業系統效率的有效路徑。

第三，經濟-產業系統效率從均值上看，EISEDA趨于有效水平。但從時序上進行分析可知，整體呈現下降趨勢。其中，市域市場需求對經濟-產業系統效率的貢獻程度有限，資本、技術投入是其主要影響因素。因此，積極拓展外部市場、吸引外部資本流入、加大科學技術投入是增強經濟-產業系統效率的必經之路。

第四，產業系統逐步趨于無效狀態。結合DEA投入冗余情況分析，致使產業系統未處于生產前沿面上的主要原因在于高新技術產業投入不足。從變化幅度上看，產業系統效率CV值最小，這主要與萊蕪長期穩定的“一鋼獨大”產業結構有關。由此可見，萊蕪市產業系統效率提高的重點不在于企業規模的增大和初級鋼鐵產品的生產，而在于小微型企業的培育以及鋼鐵精深加工產業、高新技術產業的發展。

四、結論與建議

本文運用超效率DEA模型定量評估2000-2013年萊蕪市產業生態系統效率水平，并從變化趨勢、變動幅度等維度進行的分析顯示：萊蕪市產業生態系統效率處于無效狀態，但呈現平緩上升趨勢。提高社會-產業系統、經濟-產業系統和產業系統效率是萊蕪產業生態系統進一步提高效率的關鍵。萊蕪市產業生態系統內部各子系統效率水平、變化趨勢及變動程度存在較大差異。優化內部產業結構、提高對外開放水平是推動各子系統發展的總體方向。

借鑒縱向一體化、橫向一體化和虛擬網絡的產業生態系統耦合模式，結合萊蕪市實際，提出以下政策建議：

一是優化內部結構，有效利用萊蕪生態優勢。基于萊蕪完善的鋼材產業鏈優勢，加快鋼鐵精深加工產業的發展，不斷延長產業鏈條，培育機械裝備制造業，加強產業關聯度，積極推動萊鋼、泰鋼、九羊鋼鐵等鋼鐵企業轉型升級。同時，依托萊蕪生態旅游資源、特色農產品優勢，加快雪野旅游區建設，推進“三辣一麻”特色農產品種植、“三黑一花”特色畜禽養殖等特色農業現代化。同時，加大科技投入，大力發展新材料、信息技術、新能源汽車等高新技術產業。在企業培育上，以大項目為突破，重視小微企業集群的發展，加強企業間交流和協作。此外，加強環境綜合整治和保護，重點推進城鎮棚戶區、城中村、礦坑改造，改善人居環境，推動萊蕪從“一鋼獨大”的典型資源型城市向生態人文科技新城轉變。

二是融合周邊城市，充分發揮魯中區位優勢。依托高速鐵路、城際鐵路、城際快客、高速公路的交通線路建設，構建圈層式交通體系，加強萊蕪與濟南、淄博、泰安等周邊城市的融合。依托濟萊協作區建設，積極承接濟南重點產業和項目轉移，繼續推進物流聯盟、農超對接和產業合作。在北部，充分發揮雪野鎮旅游資源優勢，推動與濟南南部山區、泰安東北部片區旅游資源共建共享，在品牌塑造、營銷力量等方面相互協作。加強北部新城建設，主動對接濟南產業，吸引濟南人才轉移。在中西部，依托楊莊省級農高區，打造服務濟南、承接泰安的綠色農產品供應基地。探索“園中園”等共建園區發展模式，與濟南合作建設先進制造業協作區、雪野科教創新區、魯中物流基地、山鋼集團（萊蕪）鋼鐵精深加工物流基地等載體。

三是加強對外開放，推動萊蕪實現突破發展。積極推動本地文化與外來文化的融合，開拓思路，促進本地居民對外開放程度。利用重大項目合作、優秀人才引入等方式，組織面向海外的高規格招商推介活動，優化進出口結構，吸引外資、技術和人才，活躍本地市場。同時，通過聯合辦學、醫療合作等方式，引進國外高校的教學資源、醫療資源，為增強萊蕪文化軟實力、提高居民公共醫療水平提供便利。

（作者單位：華東師范大學，中國現代城市研究中心）