产业生态国内外研究动态与发展趋势

3.2　产业生态国内外研究动态与发展趋势

20世纪90年代,随着可持续发展战略在世界范围内的普遍实施,产业集群的生态发展开始在发达国家渐成潮流,欧洲国家德国、荷兰、芬兰、英国以及美国、印度、日本是研究可持续发展与生态产业比较深入的国家。从企业的生产技术改造、管理实践,区域产业园区的建设、布局,到国家产业发展的战略选择、管理立法,生态化的概念始终贯串其中。这一发展趋势在三次产业的工业、农业和第三产业中都有所体现,如生态工业、生态农业、生态旅游业等。从可持续发展角度评价城市土地利用结构,为研究城市密度与可持续发展的关系,Nguyen Xuan Thinh等人(2002年)建立了土地利用模式和德国116个地区城市人口密集度模型,并计算了这些城市的土地价格和闭合度,发现密集城市可以改变一个地区的经济吸引力,但使土地价格升高、房屋和商业场所费用昂贵;将116个城市的密闭程度作为生态指数变量、土地价格作为经济指数进行聚类分析,寻求生态和经济平衡,推断城市可持续发展标准指标。Ortwin-Renn等人(1998年)在对德国Baden-Wü rttemberg地区以质量性增长作为先决条件的可持续发展研究项目中,提出可持续发展的四个原则:受地球承载力的绝对限制;受自然和人工资本的替代制约;经济活动限于人类生态系统的弹性;将人类社会利益融入与环境和自然的关系中。K.D.Awasthi(2002年)基于GIS系统,用1978年和1996年航空图片对Nepal西部发展地区Mardi和Fewa两个流域的土地利用变化进行了分析,在ArcView 3.1桌面环境下,用数字土地利用图空间分析调查了土地覆盖变化和土地利用动态,表明森林覆盖率分别增加了2.4%和1.1%;相应减少了灌木和农业,土地利用明显随土地利用等级发生变动,由于劳动力外迁,一个明显的农业区在1996年发现弃耕,地形分析结果显示过去地表严重侵蚀土壤退化。德国学者C. Buèhler-Natour等人(1999年)从区域可持续发展角度和通过对东部Heide自然公园农业、社会经济和文化变化研究,提出自然景观的持续发展,目的是建立评价区域景观可持续标准。农业的迅速减少严重危害到农民的收入、自然保护和休闲。为恢复多功能景观,农业作为主要土地利用方式涵盖整个生态、社会经济和文化可持续概念中。Buèhler-Natour等人认为,区域持续不可能包括所有标准,但必须考虑如下方面:一是生态、社会、经济和文化方面,包括区域特点、历史问题;二是所有维度农业生态、社会、经济和文化生态;三是适合于在决策过程中能简单运用;四是能融合细化全球标准和综合微观局部标准,形成各种尺度标准之间相互作用、相互依赖和替代,能够应用于研究区域;五是对上述标准需要可行性评价,并提出应从人文社会文化中引申景观美学。

在英国,1999年4月1日成立了区域发展局,专门研究经济发展与改造,负责促进地区可持续发展,包括经济、社会和环境的整体协调和长期的全面规划(Chris Shearlock et al.,2000)。美国学者Michael V.Russo(2003年)根据可持续产业的出现和发展,特别分析了加利福尼亚风能产业的出现主要是基于有利的环境和丰富的自然条件,使得加利福尼亚的风能产业在过去20年得以生根开花。他指出,在自然、社会和经济影响集中的地方伴随着风能的利用。在荷兰,Marcus G.van Leeuwen等人(2003年)针对荷兰目前常用的六种规划方法进行分析,发现这些方法对可持续发展缺乏明确看法,没有考虑共生和共享设施的方案,也没有促进企业参与发展和了解有关限制环境影响的政策工具。包括可持续定义不清,没有可测标准,缺乏共生和设施共享,大大忽略了经济和组织影响,环境监测不够。然而,生态工业园只有共生和设施共享才能得到环境收益,为此提出可持续发展规划必须考虑空间规划和企业方面因素。俄罗斯Murmansk地区大部分属于北极圈,主要经济活动是矿业和冶金、渔业、船业和林业,近年在Barents海开发天然油气,空气污染、核废料及其他有害废物污染和资源枯竭使该地区成为北极最严重的环境污染地区,为保护自然资源和脆弱的生态系统,联合国开发项目与俄罗斯政府合作,加强该地区环境容量和经济可持续发展研究,提出了海洋和海岸地区可持续发展的特别建议(Aisling Eglington,et al.,1998)。

PeterKing等人(2003年)针对亚洲可持续发展国家战略与区域发展实践脱节的问题,试图用E—C—E模型将国家可持续发展战略转化为区域可持续发展。E—C—E模型是一个建立在区域比较优势基础上展望未来期望的方法,从这一开端,综合社会文化、经济、自然资源和环境目标而开发一个综合的政策、项目和计划来达到可持续发展的目标。

可持续账户和生命周期法是用来衡量生态效率和可持续目标的方法。可持续账户概念研究主要归于Gray等人的大量研究。Gray提出识别可持续账户的三种方法:自然清单账户、可持续成本计算、投入产出分析;这些方法后来得到进一步发展。在此基础上,Geoff Lamberton把生态、社会与经济的可持续发展分解为可操作的五个因子:生态效率、生态可持续能力、财政运行可持续性、代内平衡和代际平衡(Geoff Lamberton,2000)。

产业生态概念已渗透到工业设计中(Audra J. Potts Carr,1998)。根据生态系统原理,按照降低消耗低排放(Reducing)、重复使用(Reusing)、资源再生(Resourcing)的设计原则,以物质、能量梯次和闭路循环使用为目标把各种分散的企业和产业协调优化为产业生态链,形成产业集群化和生态化,建立从自然资源、产品、再生资源的新经济发展模式,可以将污染外部性转化为内部循环,解决市场失灵和制度失灵问题,达到资源的合理配置和社会总收益的最大化。由此诞生了生态工业园EIP概念(Eco-Industrial Park)。丹麦的卡伦堡生态工业园区模式和我国首个国家生态工业(制糖)示范园区广西贵港产业生态园是非常经典的生态工业园(Audra J. Potts Carr, 1998;李兆前,2002年)。

产业代谢也是研究比较多的内容之一。例如,Lloyd Connelly (1997年)把消费过程分解为两个独立的可量化的现象:循环和降解;以物质能量为基础的物质循环概念和热力学性质的消费降解,并量化废物再利用再提高、再循环和串联三个方面的重要差别;用产业生态框架和物质循环能量流动的热力学研究加强对产业生态代谢的研究。美国学者Matthias Ruth等人(1997年)运用动力计算机模型,生命周期法系统分析改造美国玻璃产业材料和能源利用的问题,包括各个生产阶段技术变化、生产与再循环速率变化、原材料运输和废产品再循环,在此模型基础上降低物质和能量流对经济、环境的影响,提高物质循环能量利用并降低CO₂释放,实现玻璃产业生态化发展。在比利时,Mirja Van Holderbeke博士运用发展的生命周期法(Van der Voet,1996;Mirja Van Holderbeke et al.,2002)对比利时Flemish地区的产业代谢:铬和镉重金属在经济和环境中物质流代谢进行类比,为该地区的整体价值链管理提供了决策依据。陶瓷制造是意大利经济最重要的部分,需要消耗大量能源,监测生产过程中能源、水的利用和污染有助于平衡该地区能源利用的正面和负面影响。Vito Albino等人(2003年)基于生产过程,用投入产出分析方法研究意大利北部Sassuolo地区陶瓷工业生产供应链中的物质和能量循环过程(包括污染),为生产过程中资源消耗和环境影响提供了尺度,有助于更好地预测经济、能源、环境的相互作用。Micah D. Lowenthal等人(1998年)用产业生态分析能量系统,研究生产过程中物质能量的循环,特别是产业生态中熵的概念在能量系统中的应用,指出:必须分析整个系统能量(包括产品使用)的收益与补偿,高质量能量固然重要,但能量的传输和转换(储存)需要补偿,因此,合适的能量方式(热、动能、电磁)比不恰当的高质量的能量方式更重要;对能量和物质的传输与转换,提出了应当考虑反向活动的成本并纳入全球系统。

与产业生态代谢相适应,公路、铁路被当做与周围环境形成的一个生态系统,正如产业系统(工厂房屋、制造工业)将能量、水、原材料和废物尽可能进行再循环一样作为生态系统发挥功能。在基础设施系统中,尤其是基于人与自然很大程度上交织在一起时,物质流动、运输、排放、能量和动物栖息是一个在地理上、系统性和功能上的整体,即用一个新的视角看待基础设施的生态学含义,耐用性、适宜性和可持续性日益受到重视。荷兰公路设施占1.5%的土地面积,但周围20%～25%面积的环境受到干扰,包括噪音、空气、地面和水污染以及对自然环境的干扰,如自然保护的分隔、牺牲动物群、影响鸟类栖息的声光干扰(Hein van Boheman,2002)。

目前的环保技术对解决环境问题是非常有限甚至无能为力的。对污染处理常常采取:一是限制污染物的排放和扩散(如填埋);二是稀释毒物效应(如烟囱);三是把污染物从一个介质转到另一个介质(沉海);然而这些处理方法并没有使污染物减少,只是将危害从一个地方转移到另一个地方或从现在转移到将来,暂时被限制在一定空间,但在下一代仍有可能重新进入环境,增加未来污染扩散的风险,并不能有效解决环境问题。就整个自然变化机理而言,现代科学方法仅能够做很有限的探索,因此很难揭示自然界存在的相互交织的所有复杂联系,也就很难解决所有自然环境问题。为此,Michael H. Huesemann(2001年)提出,不仅要发展生态产业减少污染促进资源再生和利用,更需要从社会和道德角度来解决环境问题。为了有效减少资源消耗和废物产生,很有必要用产业生态学开发一个新的方法来系统应用和再利用物质。Warren Mellora等人提供了一个物质管理和生产的新方法CHAMP,根据不同的功能需要,通过连续使用物质材料使物质流动模型化。尽管是专门为聚合物开发,但也可用到其他材料和产品上,物质被赋予一系列技术操作参数特征、功效,地理位置也作为一个功用以便使物流(包括产品分销和废品收集)放置于同一模型框架内,生产、运输和使用作为物质通过的活动,活动成本和环境影响评价也包括在模型框架内。用生命周期法评价每一活动中物质能源使用的所有供应链,方法包括容纳决定材料是否适应特别用途和活动的标准,这些标准用于模型指导特别材料的应用选择以及特别材料的成功应用(Warren Mellora et al.,2002)。物质利用的不可持续导致生产者的延续责任:即生产者继续负有产品使用后旧产品回收管理的责任。尤其在欧洲,“回收立法”使生产者和供应商要回收使用后的产品和材料,减少垃圾进入环境的数量并使废物重新得到利用。

在小区域或没有科学规划的工业园,很多工业不恰当的集中造成对当地和全球性的环境影响和生态威胁。因此,世界上很多国家把生态工业园作为整体发展战略的一部分,尤其在一些工业发达国家,更是积极创办生态工业园。生态工业园早期主要起源于工业联合体内重工业之间资源交换,参照产业共生和生态工业园的概念。自此,生态工业园发展到另外一个相关类型工业园,即由各种中小企业组成的混合工业园(SMEs),有时也由几个少数大型企业组成。尽管混合工业园对空间和环境有很重要的影响,但是却较少得到关注和调查研究,为此,A.J.D. Lambert针对混合工业园的环境和社会问题,分析反作用因素并提出解决办法,他的研究主要针对传统的工业化国家,但也与新兴工业化国家有关,因为他们面临相似的问题或不久会遇到这些问题。他强调以系统、综合、整体观点来分析产业经济及其生物圈的各种组成;强调人类活动的生物基质,例如,产业系统内外物质循环的复杂模式与目前主要以抽象的货币单位考虑经济和能量循环截然不同;考虑技术动力因素、关键技术的长期演化,作为从不可持续到可实施的产业生态系统(A.J.D. Lambert,et al., 2002)。林共市(2002年)提出从产业的上中下游关系、产业的附加价值链、企业的密集度(绿洲效应)以及产业技术与商品化能力,来考察一个产业的成长性。

产业系统生态平衡的形成可以给经济和环境带来极大利益。为此,印度学者Shaleen Singhal等人(2002年)探索了产业共生和承载力的相互关系,在承载力研究和产业组合基础上,提出了印度工业园规划的综合方法,包括绿色产业带的形成、环境影响评价开发和环境管理系统的完成。承载力作为可持续发展研究的可操作的工具,是在保持环境质量和生态平衡条件下,从有限资源获得更多产出和更高质量生活的资源可支持能力和环境可消化的能力。印度学者P.Khanna等人(1999年)运用GIS技术研究印度首都地区的可持续发展指标,用人工神经网络识别区域系统和地图的联系获得空间数据,通过RDBMS获得非空间数据,建立GIS、RDBMS人工网络模型,为预测环境和经济发展提供决策建议。基于资源可承载力,匡耀球等人(2001年)对广东21个地市可持续发展状况综合评估结果表明:深圳、广州、珠海、惠州可持续水平较高,可持续指数大于2;东莞与河源指数接近1,处于临界状态,其余15个市的可持续指数为1～2之间,处于勉强可持续状态。

1998年英国发表的竞争力白皮书中,明确提出将产业集聚作为国家发展战略,同时,区域产业集聚概念和进程也反映在企业、技术、改革白皮书以及其他一系列政策文件中。白皮书的目的是为未来十年的经济提供指引和保障。而区域集聚是发展战略的实施关键(Frank Peck et al.,2003)。对于产业集聚现象,Piero Morosini(2004年)概括了五个特点:领导性、规模性、沟通便利性、知识交叉和职业流动。Saeed Parto(2000年)认为,除追求经济因素外,新的产业集聚增长更需要强调社会和文化因素的重要性。区域可持续发展要求集聚产业共同努力,达到资源保护、生产效率、经济切实可行和社会责任。Brian H.Roberts等人(2002年)对澳大利亚的悉尼、墨尔本、布里斯班三大都市的大中型企业的空间分布结构,以邮政区为单位评价企业资本、销售和绩效的集聚,从微观角度分析了企业财富和绩效的空间集聚对都市系统的影响。

产业集群现象也是近年来国内研究的热点。陈雪梅(2003年)认为,产业集群可以带来外部规模经济,使学习经验曲线生产成本接近最低,有助于获得规模经济、提高竞争力、降低交易费用、促进技术创新;企业集聚产生的共生性、互动性和柔韧性具有较强的生命力,可以推动区域经济的快速发展。如广东南海纺织业,东莞的电子信息业,福建晋江鞋业,浙江温州低压电器、服装、打火机,北京中关村电子业等(陈雪梅,2003年;朱英明,2003年)。产业集聚主要由于廉价劳动力、临近某些特别资源或特殊技术等,包括纺织、糖业、皮革等传统产业(A.J.D.Lambert,et al.,2002)。但是,这种集聚是以产品配套和同类产品生产为核心,在结构上没有形成物质能量生态循环的完整产业链,仍然属于高开采、低利用、高排放的不可持续发展模式。同样,我国现有工业园区不论是经济开发区还是高新技术开发区,其所代表的均是由“资源—产品—废物”单向流动的线性经济(刘友金等,2001年;张文红等, 2003年)。

产业生态化集聚具有了全新的含义,循环性、群落性、增值性是其区别于传统产业布局和工业集聚的显著特征。陈雪梅认为,企业集群除不断创新和竞争协作外,产业集聚向生态型集聚的转型也是重要的可持续发展动力。为此,研究产业的上下游关系及其循环性(网络关系)、产业多样性、产业的附加价值链、企业的密集度(绿洲效应)、关联度等产业生态内涵,评估产业生态的强弱,以及产业形成及成长的可能性问题,便成为本项目研究的关键内容之一。

解决环境问题,也要把城市作为一个生态系统。正如Tjallingii指出的:城市现在被当做一个动态的复杂的生态系统,这不是一个比喻而是一个真正的城市概念,社会、经济和文化系统不可能摆脱自然生物规律而不受生命过程支配(Tjallingii,1993)。像其他所有生态系统一样,城市也是一个有能量和物质输入的系统,主要环境问题(和经济成本)与这些输入的增长和管理不断增加的输出有关;将城市作为一个整体,分析能量和物质包括污染的活动途径,才能重新整合自然过程,构建技术管理系统,提高资源利用效率,将废物变成有用的再循环物质和能量(Peter W.G.Newman,1999)。为保持社会健康环境和可持续发展,面对产业生态(IE),城市环境管理也需要重新考虑尤其是在发展区域产业生态中的作用(Fredrik Burstro¨m1 et al.,2001)。Steven B. Krainesa以日本东京城市为例,运用GIS、生命周期法和投入产出法对城市地区可持续发展进行DOME模型模拟,建立了城市可持续技术评价平台(Steven B.Krainesa,David R.Wallaceb,2003)。

从常规的还原论和机械论方法模式发展到跨学科的相互连接的有机整体,在全球各个等级的生态系统中,人类生态系统是最高层次的演化,景观生态把生物圈的功能和结构整合为协调的可持续的生态圈,催化自然与人类社会后工业之间的共生,并确保进一步的生物和文化的演化(Zev Naveh,2000)。芬兰学者Jouni Korhonen根据生态系统原理和产业系统分析,提出产业生态发展的四个原则,即再循环、多样性、本地资源化和渐变(Jouni Korhonen, 2001)。资源对本地区的生活质量提高有两种方法:直接提供环境服务(如景观旅游),提供人类能通过生产过程变为有价值的自然资源。这两种途径的演化决定该地区发展的途径。环境服务取决于生态系统和自然资本的再生能力,为此,Cecilia Collados等人提出了一个关于自然资本和生活质量的关系模型,应用该模型分析的51种可能区域发展模式中,仅有32种是可持续的,只有14种提供生活质量改善同时是可持续的,14种内只有6种可带来经济增长(Cecilia Collados,1999)。Igor Matutinovic(2002年)用综合适应系统模式CAS(complex adaptive systems)把生态与经济结合起来,从生态学角度探讨经济的流动性、关联性和稳定性。

一个区域的产业结构是否合理,在很大程度上影响着该地区的经济发展速度。Michael Peneder(2003年)通过对28个国家的产业结构分析结果,证实了产业结构对宏观经济发展和经济增长具有明显的决定性影响。如何结合某一区域的实际情况,对该区域产业结构的合理性问题进行描述,并进行客观、科学的评价,是一个备受关注的实际问题。然而,目前无论是在区域产业结构合理性的理论认识方面还是在其具体评价方法上,均存在许多不足的地方(郭亚军等,2003年)。