三江源生態(tài)功能區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)化模式系統(tǒng)動力學(xué)分析

李子美，張愛儒

（青海大學(xué) 財經(jīng)學(xué)院，西寧 810016）

0 引言

20世紀(jì)90年代，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在全球范圍內(nèi)普遍實施，產(chǎn)業(yè)生態(tài)化發(fā)展得到廣泛推廣應(yīng)用，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)生態(tài)化在發(fā)達(dá)國家漸成潮流，現(xiàn)已成為國際產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)趨勢。產(chǎn)業(yè)生態(tài)化的實質(zhì)是產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)生態(tài)化，按照自然生態(tài)規(guī)律和經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)律統(tǒng)籌產(chǎn)業(yè)活動，仿照自然生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)模式構(gòu)造產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)全程生態(tài)化。產(chǎn)業(yè)生態(tài)思想最早起源于美國，1989年，Gallopoulos和Frosch[1]發(fā)表《可持續(xù)工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略》，認(rèn)為“將新的生產(chǎn)方式運用于工業(yè)，可以減少其對生態(tài)環(huán)境的影響”，繼而提出“產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)”這一概念，認(rèn)為產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是研究人類生產(chǎn)活動中自然資源“源——流——匯”的代謝過程。Hawken[2]認(rèn)為產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)恰恰就是將眾多企業(yè)進(jìn)行整合，并形成一系列的關(guān)聯(lián)關(guān)系；美國學(xué)者T.E.Graedle和Allenby[3]提出將產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)化劃分為三個等級：一級系統(tǒng)是線性模型，二級系統(tǒng)是不完全循環(huán)模型，三級系統(tǒng)是閉回路模型。

西方產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)理論產(chǎn)生后迅速被引入中國，20世紀(jì)90年代起，中國學(xué)者高度關(guān)注與產(chǎn)業(yè)生態(tài)化相關(guān)的理論與實踐研究，并形成了研究產(chǎn)業(yè)生態(tài)化的熱潮。李鵬梅等（2012）[4]認(rèn)為，產(chǎn)業(yè)生態(tài)化是中國實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要途徑，也是中國生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容，他們在對產(chǎn)業(yè)生態(tài)化研究現(xiàn)狀進(jìn)行梳理的基礎(chǔ)上，對相關(guān)理論的爭論進(jìn)行了若干思考，指出產(chǎn)業(yè)生態(tài)化理論與實踐進(jìn)一步發(fā)展的方向和重點；王磊、龔新蜀等（2013）[5]也同樣論證了產(chǎn)業(yè)生態(tài)化是構(gòu)建高效產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)，建設(shè)生態(tài)文明的有效途徑，并對國內(nèi)關(guān)于產(chǎn)業(yè)生態(tài)化的研究進(jìn)行了系統(tǒng)化梳理，主要是對其內(nèi)涵、系統(tǒng)、途徑、特征和評價標(biāo)準(zhǔn)以及產(chǎn)業(yè)競爭力等方面進(jìn)行研究；左志平、劉春玲、黎繼子（2015）[6]通過對國內(nèi)外企業(yè)生態(tài)合作影響因素的歸納總結(jié)，建立了產(chǎn)業(yè)集群供應(yīng)鏈生態(tài)合作績效關(guān)系模型。

1 理論模型

美國麻省理工學(xué)院教授Forrester[7]在1956年創(chuàng)立了一門分析研究信息反饋系統(tǒng)的學(xué)科，當(dāng)時稱為工業(yè)動態(tài)學(xué)。隨后被應(yīng)用到各個領(lǐng)域，形成了較成熟的新學(xué)科，稱為系統(tǒng)動力學(xué)（System Dynamics）。系統(tǒng)動力學(xué)是自然科學(xué)與社會科學(xué)交叉的學(xué)科，是將功能、結(jié)構(gòu)與歷史結(jié)合起來的研究方法。系統(tǒng)動力學(xué)可以通過計算機(jī)建模與實驗仿真對非線性、高階次、多重反饋復(fù)雜時變系統(tǒng)進(jìn)行定量研究。隨著系統(tǒng)動力學(xué)的不斷發(fā)展完善，其被廣泛應(yīng)用于諸如生態(tài)、自然資源、經(jīng)濟(jì)、社會和人口等復(fù)雜系統(tǒng)中研究分析復(fù)雜系統(tǒng)問題，如研究生態(tài)環(huán)境、自然資源、投資與貿(mào)易、人口遷移、交通條件等相互關(guān)系復(fù)雜的區(qū)域系統(tǒng)發(fā)展軌跡等問題。基于此，本文選擇影響三江源生態(tài)功能區(qū)生態(tài)承載力的主要因素，依據(jù)化繁為簡原則，不予考慮其他外部影響因素，將三江源生態(tài)功能區(qū)生態(tài)承載力系統(tǒng)分為三個子系統(tǒng)：社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展子系統(tǒng)、人口發(fā)展子系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境污染子系統(tǒng)。三江源生態(tài)功能區(qū)生態(tài)承載力各子系統(tǒng)之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 三江源生態(tài)功能區(qū)生態(tài)承載力VENSIM模型系統(tǒng)流圖

2 數(shù)據(jù)來源與檢驗方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文所采用的原始數(shù)據(jù)均來自于《青海統(tǒng)計年鑒》，同時根據(jù)三江源生態(tài)功能區(qū)生態(tài)承載力各子系統(tǒng)之間相互關(guān)系，確定生態(tài)環(huán)境污染總量、GDP總產(chǎn)值和人口數(shù)量作為三江源生態(tài)功能區(qū)生態(tài)承載力系統(tǒng)的積累變量，以生態(tài)環(huán)境污染增長量、GDP增長量和人口增長量作為速率變量，系統(tǒng)內(nèi)其他變量為輔助變量或常數(shù)。

2.2 檢驗方法

系統(tǒng)動力學(xué)模型與真實系統(tǒng)不能達(dá)到完全一致，系統(tǒng)動力學(xué)只是對現(xiàn)實世界的簡化表達(dá)，系統(tǒng)動力學(xué)模型與現(xiàn)實系統(tǒng)之間的誤差必須在合理范圍內(nèi)。這就需要對系統(tǒng)動力學(xué)模型的有效性進(jìn)行檢驗，檢驗其與歷史數(shù)據(jù)是否吻合，擬合度是否良好。一是直觀檢驗。直觀檢驗?zāi)康氖菣z驗?zāi)Ｐ椭蟹答伣Y(jié)構(gòu)、狀態(tài)變量和速率變量是否與實際系統(tǒng)主要特征擬合，驗證系統(tǒng)動力學(xué)模型是否與現(xiàn)實社會的真實系統(tǒng)相吻合，從而達(dá)到仿真的效果。通過對三江源生態(tài)功能區(qū)生態(tài)承載力Vensim仿真模型系統(tǒng)流圖和重要方程及參數(shù)變量進(jìn)行檢驗，得出三江源生態(tài)功能區(qū)生態(tài)承載力Vensim仿真模型的基本結(jié)構(gòu)與實際系統(tǒng)相吻合的結(jié)論，且模型中對影響三江源生態(tài)功能區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的重要關(guān)系如人口發(fā)展、生態(tài)環(huán)境污染、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展等均有體現(xiàn)。經(jīng)檢驗，三江源生態(tài)功能區(qū)生態(tài)承載力Vensim仿真模型與真實系統(tǒng)數(shù)據(jù)或概念相一致，說明模型通過了直觀檢驗，可以進(jìn)行仿真運算。二是運行檢驗。系統(tǒng)動力學(xué)模型的運行檢驗較為簡單，在系統(tǒng)動力學(xué)軟件Vensim PLE 5.11中有針對模型檢驗、編譯和追蹤的功能。運行檢驗的目的是驗證模型中方程表達(dá)是否正確、方程兩邊變量單位是否一致。運用系統(tǒng)動力學(xué)軟件Vensim PLE 5.11所提供的單位一致性測試以及編譯檢查與追蹤功能對三江源生態(tài)功能區(qū)生態(tài)承載力仿真模型進(jìn)行運行檢驗，經(jīng)計算機(jī)檢驗，三江源生態(tài)功能區(qū)生態(tài)承載力Vensim仿真模型通過了軟件運行檢驗。

3 仿真檢驗分析

3.1 產(chǎn)業(yè)生態(tài)化模式選擇

在運用系統(tǒng)動力學(xué)模型之前，首先要對三江源生態(tài)功能區(qū)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)生態(tài)化模式選擇。本文結(jié)合三江源生態(tài)功能區(qū)生態(tài)承載力涉及相關(guān)評價指標(biāo)值，通過對三江源生態(tài)功能區(qū)各縣域進(jìn)行聚類分析，最終構(gòu)想提出三江源生態(tài)功能區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)化發(fā)展模式選擇區(qū)域，即三江源生態(tài)功能區(qū)所轄21個縣在優(yōu)先選擇畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)化發(fā)展模式和旅游業(yè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)化發(fā)展模式的同時，針對工業(yè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)化發(fā)展模式特征，按縣域進(jìn)行分類，劃分為限制發(fā)展生態(tài)工業(yè)的重點保護(hù)區(qū)域、適度發(fā)展生態(tài)工業(yè)的一般保護(hù)區(qū)域和允許發(fā)展生態(tài)工業(yè)的承接轉(zhuǎn)移發(fā)展區(qū)3類生態(tài)發(fā)展區(qū)域類型。

重點保護(hù)區(qū)是指在構(gòu)成三江源生態(tài)功能區(qū)生態(tài)安全格局中居核心地位，發(fā)揮特殊重要作用，以生態(tài)保護(hù)為核心，原則上禁止從事開發(fā)經(jīng)營活動的區(qū)域，包括玉樹市、河南縣、澤庫縣、囊謙縣、治多縣、曲麻萊縣、雜多縣、班瑪縣、甘德縣、久治縣、達(dá)日縣、瑪多縣和稱多縣13個市縣。這些地區(qū)高寒草原草甸、冰川、沼澤濕地及河流、湖泊廣布，寒溫帶針葉林錯落分布，野生動植物多樣性豐富，主要承擔(dān)水源涵養(yǎng)及產(chǎn)水功能，是發(fā)揮生態(tài)功能的核心區(qū)域。該區(qū)域生態(tài)承載能力低，除優(yōu)先重點選擇畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)化發(fā)展模式和旅游業(yè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)化發(fā)展模式外，限制選擇發(fā)展生態(tài)工業(yè)。一般保護(hù)區(qū)是指在構(gòu)成三江源生態(tài)功能區(qū)生態(tài)安全格局中發(fā)揮維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)完整性基礎(chǔ)作用，要優(yōu)先保護(hù)生態(tài)，并根據(jù)生態(tài)承載能力適當(dāng)發(fā)展畜牧業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動的區(qū)域，包括貴南縣、興海縣、同德縣和瑪沁縣4個縣。這些區(qū)域是高寒草甸草原、干旱半干旱草原的主要分布地區(qū)，生物多樣性較為豐富，也是從事草地畜牧業(yè)等生產(chǎn)經(jīng)營活動的傳統(tǒng)地區(qū)，具有一定的生態(tài)承載能力，除優(yōu)先大力選擇畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)化模式和旅游業(yè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)化模式外，可以適度選擇發(fā)展生態(tài)工業(yè)。承接轉(zhuǎn)移發(fā)展區(qū)是指在生態(tài)保護(hù)建設(shè)和城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，具備一定承接轉(zhuǎn)移農(nóng)牧業(yè)人口和產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿Γ枰y(tǒng)籌開發(fā)開放與生態(tài)保護(hù)的區(qū)域，包括共和縣、尖扎縣、貴德縣和同仁縣4個縣。該區(qū)域生態(tài)類型復(fù)雜多樣，農(nóng)牧交錯，耕地相對集中，灌區(qū)開發(fā)條件較好，生態(tài)承載能力相對較高，除優(yōu)先選擇畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)化模式和旅游業(yè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)化模式外，允許選擇發(fā)展生態(tài)工業(yè)。

3.2 仿真檢驗

根據(jù)三江源生態(tài)功能區(qū)各縣第一、二、三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值原始數(shù)據(jù)，計算得出2000—2016年三江源生態(tài)功能區(qū)21個縣的第一、二、三產(chǎn)業(yè)平均增長率。根據(jù)三江源生態(tài)功能區(qū)選擇的3種產(chǎn)業(yè)生態(tài)化發(fā)展模式，把三江源生態(tài)功能區(qū)21個縣劃分為重點保護(hù)區(qū)、一般保護(hù)區(qū)和承接轉(zhuǎn)移發(fā)展區(qū)3類生態(tài)發(fā)展區(qū)域中各縣的第一、二、三產(chǎn)業(yè)增長率進(jìn)行假設(shè)調(diào)整。其中，三江源生態(tài)功能區(qū)21個縣第一、二、三產(chǎn)業(yè)平均增長率及假設(shè)調(diào)整后的第一、二、三產(chǎn)業(yè)平均增長率，如表1、表2和表3所示。

表1 允許發(fā)展生態(tài)工業(yè)縣域產(chǎn)業(yè)增長率調(diào)控表 （單位：%）

表2 適度發(fā)展生態(tài)工業(yè)縣域產(chǎn)業(yè)增長率調(diào)控表 （單位：%）

利用構(gòu)建的系統(tǒng)動力學(xué)SD仿真模型，結(jié)合表1、2和3中調(diào)整后的第一、二、三產(chǎn)業(yè)增長率，對三江源生態(tài)功能區(qū)生態(tài)承載力系統(tǒng)進(jìn)行Vensim模型仿真。以2016年為仿真基期年，2030年為仿真報告期年，仿真時間序列長度為16年。

表3 限制發(fā)展生態(tài)工業(yè)縣域產(chǎn)業(yè)增長率調(diào)控表 （單位：%）

對三江源生態(tài)功能區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)化模式選擇后21個縣的生態(tài)承載力Vensim模型仿真結(jié)果和產(chǎn)業(yè)生態(tài)化模式選擇前的生態(tài)承載力實際結(jié)果擬合趨勢對比，其中，共和縣（承接轉(zhuǎn)移發(fā)展區(qū)樣本代表）、貴南縣（一般保護(hù)區(qū)樣本代表）、玉樹市（重點保護(hù)區(qū)樣本代表）產(chǎn)業(yè)生態(tài)化保護(hù)模式選擇后的生態(tài)承載力Vensim模型仿真結(jié)果和產(chǎn)業(yè)生態(tài)化保護(hù)模式選擇前的生態(tài)承載力實際結(jié)果擬合趨勢對比，如圖2至圖4所示。

圖2 2016—2030年共和縣生態(tài)承載力仿真預(yù)測趨勢圖

圖3 2016—2030年貴南縣生態(tài)承載力仿真預(yù)測趨勢圖

圖4 2016—2030年玉樹市生態(tài)承載力仿真預(yù)測趨勢圖

由圖2至圖4可知，共和縣、貴南縣和玉樹市2016—2030年按照現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)模式發(fā)展，生態(tài)承載力總體穩(wěn)步上升，但上升速度緩慢（如圖中虛線條所示）；通過假設(shè)調(diào)整模型中各縣第一、二、三產(chǎn)業(yè)增長率，可以看出產(chǎn)業(yè)生態(tài)化模式選擇后的生態(tài)承載力大于現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)模式下生態(tài)承載力，且呈上升趨勢。總體看，共和縣、貴南縣和玉樹市產(chǎn)業(yè)生態(tài)化模式選擇后的生態(tài)承載力明顯大于現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)模式下的生態(tài)承載力，呈明顯上升趨勢。通過SD模型反復(fù)測算證明，經(jīng)過產(chǎn)業(yè)生態(tài)化模式選擇后，共和縣、貴南縣和玉樹市的生態(tài)承載力明顯上升且大于現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)模式下生態(tài)承載力。通過Vensim實證分析，驗證以生態(tài)承載力為標(biāo)準(zhǔn)對三江源生態(tài)功能區(qū)所轄的21個縣聚類，劃分為重點保護(hù)區(qū)、一般保護(hù)區(qū)和承接轉(zhuǎn)移發(fā)展區(qū)3類生態(tài)發(fā)展區(qū)域類型，選擇生態(tài)畜牧業(yè)、生態(tài)工業(yè)和生態(tài)旅游業(yè)3種產(chǎn)業(yè)生態(tài)化發(fā)展模式的構(gòu)想是正確的，且促使各區(qū)域生態(tài)承載力逐年呈上升趨勢。

4 結(jié)論

通過上述應(yīng)用系統(tǒng)動力學(xué)SD理論模型構(gòu)建、檢驗、假設(shè)、仿真，證明在三江源生態(tài)功能區(qū)仿照自然生態(tài)系統(tǒng)，構(gòu)造生態(tài)產(chǎn)業(yè)體系，選擇產(chǎn)業(yè)生態(tài)化發(fā)展模式，以生態(tài)承載力為標(biāo)準(zhǔn)對三江源生態(tài)功能區(qū)所轄的21個縣進(jìn)行聚類，劃分為重點保護(hù)區(qū)、一般保護(hù)區(qū)和承接轉(zhuǎn)移發(fā)展區(qū)3類生態(tài)發(fā)展區(qū)域類型；在優(yōu)先選擇發(fā)展好生態(tài)畜牧業(yè)和生態(tài)旅游業(yè)的基礎(chǔ)上，重點保護(hù)區(qū)限制發(fā)展生態(tài)工業(yè)，一般保護(hù)區(qū)適度發(fā)展生態(tài)工業(yè)，承接轉(zhuǎn)移發(fā)展區(qū)允許發(fā)展生態(tài)工業(yè)的構(gòu)想是正確的，且各區(qū)域生態(tài)承載力逐年呈持續(xù)上升趨勢，符合三江源生態(tài)發(fā)展實際，有利于實現(xiàn)三江源生態(tài)功能區(qū)可持續(xù)發(fā)展。

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