环境要素内生化的工业运行CRE效率研究

2010-09-03 11:57于波涛
哈尔滨工程大学学报 2010年11期
关键词:层级工业效率

于波涛,于 渤

(1.东北林业大学 经济与管理学院,黑龙江 哈尔滨 150040;2.哈尔滨工业大学 经济与管理学院,黑龙江 哈尔滨 150001)

区域系统发展的实质就是综合支撑系统与综合消耗水平系统相互作用、相互胁迫,由低级粗放式发展向高级协调共生发展的螺旋式上升的过程[1-2].建国以来,多数区域系统为追求单纯产值目标而沿袭粗放式的发展模式,造成区域经济、生态、社会子系统均出现不同程度的退化和高度脆弱性、逐步恶化的“蝴蝶效应”明显.近年来,经济增长的环境效应引起了广泛关注,具有代表性的是 Grossman和Krueger(1991)把西蒙◦库兹涅茨[3]的“倒 U型假说”引入环境污染和经济增长关系的研究,用曲线表示呈倒U型的环境库兹涅茨曲线(environmental kuznetscurve,EKC).随后,Shafik[4-8]等众多学者用 EKC对不同国家经济增长和环境质量关系进行对比分析,验证了环境库兹涅茨曲线.目前,我国关于 EKC的分析和研究已经展开,结果表明,我国的 EKC曲线转折点尚未达到,牺牲环境容量的粗放式经济增长模式,致使我国 EKC曲线的形状甚至呈现出单调递增的三次曲线,部分区域系统的 EKC曲线是向后弯曲的[9-12].

当前,对于多数区域系统的生态化再造,即对其主导工业体系的生态化再造.从系统的角度全面理解"工业运行-环境容量"之间的关系,合理地协调两者间的互动作用过程,是适应低碳经济时代、促进工业发展转型升级的重要内容.部分学者针对工业系统内不同行业的生态化再造和转型升级开展研究,如造纸业[13-14]、金属制品业[15-16]、汽车制造业[17]、钢铁行业[18-20]、食品饮料业[21]、电力工业[22]、制糖工业[23]、南京市 13个工业行业[24]、“十五”期间(2001-2005)我国重点调查的 41个排污严重的工业行业[25]等.凝练前人的研究成果,本文依据生态位态势理论,界定、测评工业生态位进化能力.

1 生态环境要素内生的经济增长理念

Romer(1986)提出内生增长理论,强调知识资本、人力资本的积累将会给社会整体带来效应,可以称之为技术进步所带来的“辐射效果”.Romer模型假设经济中有 4种基本投入:资本(K)、劳动(L)、人力资本(H)和知识资本(A),本文在尹静[14]以及贺俊[15]对 Romer模型进行改进的研究成果基础上,将污染强度引入生产函数,用参数 z∈[-∞,+∞]表示污染系数,衡量增长方式的污染程度[16].当 z≥1,表示生态环境成为促进经济增长的动力要素,呈现了经济增长的放大效应;当 z<1,产出低于潜在产出甚至呈现负增长.考虑环境因素的总量生产函数为

环境质量的变化受到 2种因素影响[17]:1)污染排放造成的环境水平下降;2)环境自我修复能力(由 ct引发)和人为修复能力(由 zt引发).2种因素综合影响的结果决定当期环境水平高低,ct表示环境水平 E(t-1)在当期(第 t期内)的环境自我修复能力系数,当期环境水平方程为

图1 经济增长与环境影响之间的互动分析示意图Fig.1 Mutualanalysis of economic growth and enviroment

植入生态环境要素的增长模型进一步丰富了内生经济增长理论,将式(1)、(2)联立分析,可以提出当期经济增长水平(△Y)和由△Y引致的环境影响程度△E(用价值量单位表示)之间有如公式(3)所示的关联关系,其中 θ=zt+ct=f(A,H,L,K,P)+ct(P为促进生态环境改善的经济政策和法律法规的影响效应),不同时序、不同地区经济增长△Y与环境影响△E之间的关联函数 θ具有差异,形成△Y和△E之间的组合关系,即图1中的散点,不同散点与原点(即 0点)形成夹角 α,该夹角的正切函数值由经济增长△Y与环境影响△E之间的关联函数 θ决定.综上所述,无论是区域系统的短期经济增长还是长期最优增长,均需要将生态环境和技术进步等要素内生化,依据该发展理念,有必要对区域系统的可持续经济增长内涵进行全新界定.

2 区域生态位与工业生态位进化能力的内涵界定

生态位体现出的生物有机体同存续环境间的互动作用关系,高仿真度地契合了社会经济领域中不同类别执行主体与环境要素间的互动博弈、渐进整合的演进过程,国内外学者以生态位理论为指导,在多个领域开展了一系列创新性成果,如虚拟企业知识创新的动态过程机理研究[18-19]、企业技术能力演化机理的研究[20-21]、高校核心能力分析与测评研究[22]、企业竞争排斥与环境变化的关系研究[23-24]、探寻城市群结构变化过程的研究[25-26]、区域产业集群生态位的研究[27-28]等等.国内外学者沿袭生态学中有机体生态位的特征和哲学逻辑思维,以模仿生物体在其生存的环境系统中与各类不同执行主体互动作用关系,以及在社会经济环境系统中所处的功能地位为分析对象,未能将生态环境要素植入各类执行主体的社会经济关系研究,无法系统地体现经济有机体运行与生态环境容量间的协调促进发展.本文将生态位思想引入社会经济关系,重新界定区域生态位和工业生态位的内涵,丰富了具有人文内涵的经济生态位概念体系.

2.1 区域生态位的内涵界定

在纯粹的生态环境系统中,各类生物有机体和生态环境要素通过物质、能量、信息的交换,形成具有独特功能作用的生态位,生物有机体生态位群落进一步构成循环可持续发展的生态环境系统.社会经济系统的运行建立在自然环境系统之上,通过资本投入、人力投入、技术应用和组织协调对自然资源采掘和利用,并对自然环境系统产生一定的反馈(以生态破坏为主的负向反馈和以生态修复为主的正向反馈),社会经济关系这一多变敏感要素的引入,产生了对生态环境系统发展的干扰、增加了复杂性,参见图2.

图2 某个时序生物环境群落系统与社会经济群落系统的结构演示图Fig.2 Structural presentation of biological environment and socio-economic communities

区域生态位可以界定为:小尺度区域生命体从其所在大尺度区域系统中所能获得的各种自然资源、生产资本、人力资源和社会资源等各种资源的整合,包括各种资本或资源的类型、数量及其在空间上和时间上的分布;反映了区域系统的性质、功能、地位、作用以及发展规模和速度的定位,是区域系统通过特定的产业关联、行政调控和价值导向,驱动自然资源、资本资源和人力资源等区域经济因子和生态因子的博弈和整合而成的特定发展模式.结合图1,即基于经济增长水平△Y与环境影响水平△E之间的关联函数 θ,驱动区域经济增长与生态环境的动态耦合关系,是区域系统生态位构建作用的结果.

2.2 工业生态位的内涵界定与特征分析

工业生态位可以描述为工业系统与其所处环境之间的总关系,是在特定时期内,特定环境里,经由工业系统自身能动地与所处环境相互作用过程中所形成的相对地位与独特功能.工业生态位反映着某个时序特定环境内,人类通过特定的工业组织、工业技术和工业结构,驱动自然资源、资本资源和人力资源等工业生态因子的博弈和整合,形成特定的运行模式,在此过程中包含着政府对工业系统内部管理与集成、外部环境适应与反馈 2个层面的宏观调配,其结构关系如图3所示.

图3 某个时序特定区域内工业生态位的结构演示图Fig.3 Industrial ecologicalniche's structural sketchmapof regional systemin some time

2.3 工业生态位进化能力内涵界定与工业生态位进化序列分析

2.3.1 工业生态位进化能力

工业生态位进化具有明显的方向性,是工业系统改变或修复其所处环境的过程,其实质是“有机体在其所处环境中的自然选择”,这一过程也称为大尺度上的工业生态系统工程.相比于自然生物体的生态位进化,人类社会的主导作用在工业生态位进化过程中至关重要,即促使工业生态位朝着设定的方向演进,是工业对环境主动的、有方向的“变异-检验-保留与传衍”的过程,工业系统发展模式的改变以及环境相应的“挑剔”反应形成了工业生态位的演进序列,是工业不断自我组织、自我学习、自我创新的进化能力.

2.3.2 工业生态位进化的演进序列分析

类似于生物体具有吸收、消化、排泄、神经等子系统一样,工业系统演化过程也包含一整套从消化吸收到产出的整个过程.工业生态位的进化是内部、外部各种要素的有机结合,是一个“耗散结构”.正如生物界的其他物种一样,工业生态位也具有明显的层级性.为了便于层级性的表达,将区域工业系统的某个层级生态位置于同一平面上,该平面代表该区域工业系统各生态位要素、要素关系的博弈和整合体,所处的不同层级代表该区域工业系统生态位的演进序列.由此,可以用图4来描述工业生态位的层级系统和进化过程.

图4 工业生态位进化的演进序列示意图Fig.4 Sequential evoluating sketchmapof industrial econological niche

3 基于生态位进化能力提升的工业运行 CRE效率测评体系构建

3.1 工业生态位进化能力提升的维度结构分析

参照图4,当前我国工业系统整体而言处于第Ⅱ层次(兼顾生态的过渡式增长),从维度结构分析的视角入手,工业生态位进化能力提升的维度结构如演示图5所示.

图5 工业生态位进化能力提升的维度结构演示图Fig.5 Dimension Structure's sketch mapof industrialecological niche's evoluting ability

1)资源维度分析.结合第Ⅱ层工业生态位的特点可知,工业系统在过渡式增长时期,资源瓶颈日益严重、环境容量逐步缩小,资源可获能力受到限制,提高资源的利用效率是增加工业生态位宽度的现实途径,即图5(a)中快速突破拐点 C.

2)适应维度分析.适应维度用于测度工业对内部、外部多维环境子系统的适应度,工业生态位进化能力提升的内部环境可以营造,而外部环境要求适应.工业系统由第 II层级向第 III层级生态位的进化过程中,需要更加关注工业运行对环境容量(尤其是生态环境容量)的影响.

3)整合维度分析.工业生态位进化到某一层级后,具备高效的整合能力才能保障工业生态位“态”的稳定,避免出现退化现象,并为进阶更高层位的工业生态位积聚能量.

4)过程维度分析.工业生态位进化能力的提升需要经历一个“调整-检验-保留与传衍”的过程,在低阶工业生态位和高阶工业生态位之间存在多个连续性的亚生态位层级(参照图5(b)剖面分析图),多个连续性亚生态位层级的螺旋式上升和进化.

3.2 准则分析

结合前文对由第Ⅱ层级向第 III层级工业生位进化能力的维度分析,应该由国家层级的管理机构制定不同区域、不同行业的生态位进化标准体系,在指导性准则缺失的视阙下,本文提出以工业运行的CRE(资源 -经济 -环境)效率为切入点,动态地测度生态位进化能力的强弱,建立工业运行 CRE效率测评指标的设置准则.

1)投入产出的效率准则.从投入产出的视角研究区域工业系统运行的 CRE效率,需要强调评价指标成本-效益的对应性.

2)环境容量成本化准则.将环境容量成本植入工业生态位进化能力测评是工业运行 CRE效率分析的独特视角,工业运行需要体现出“减量化”、“再利用”、“资源化”的 3R效应.

3)敏感性和逻辑性准则.本文以工业运行的CRE效率分析为着力点,动态地、前瞻性地测度工业生态位进化能力的连续性过程,指标突出敏感性和逻辑性.

4)操作性和精炼性准则.工业生态位的进化过程十分复杂,考核所有的影响因素必然造成指标体系臃肿庞大且因严重缺乏数据而无法操作,指标体系需要突出精炼性和可操作性.

3.3 测评指标设置

选择评价指标时,应当尽量选取那些能够量化的指标.兼顾考虑绝对量指标和相对量指标,力求以尽量少的关键性指标来体现决策单元相对效率的有效性.结合基于生态位进化能力提升的工业运行CRE效率准则,设置如表1所示的 10个指标.

表1 基于生态位进化能力提升的区域工业系统运行CRE效率测评指标体系Table 1 Evaluation indexes systemon relative efficiency of industria l systemin regional area

3.4 测评模型建立

本文从投入产出效率的考核视角出发,应用数据包络分析方法(DEA方法),测度区域工业系统运行的 CRE效率.通过测算不同投入产出指标的敏感度系数,解析制约工业生态位进化能力提升的瓶颈资源和关键性因素,为后续调整策略的制定提供了科学的、定量的参考依据.目前,理论比较成熟、应用比较广泛的主要有 C2R模型和 C2GS2模型,在现实经济系统中,评价指标体系的构成十分复杂,需要取长补短,构造能够同时使用满足锥性和不满足锥性两类指标的混合 DEA模型.此外,为避免因过多决策单元的 DEA效率指数为 1而致使决策单元之间无法判断优劣的情况出现,本文将混合 DEA模型数学表达式 DCombine中决策单元 DMUj(j∈J)的自限制条件去除,则超效率混合 DEA模型的数学表达式如式(1)所示,吴文江等学者认同 DCombine模型的生产可能集如式(2)所示.

4 实证研究:国有林区林产工业运行的CRE效率测评与敏感性分析

减少工业系统运转对生态环境的负向影响程度、提高工业系统运行 CRE效率,继而增强国有林区工业系统由第 II层级向第 III层级工业生态位进化能力,缓解工业运行、森林生态与环境容量间尖锐矛盾对于实现国有林区的可持续发展意义重大.

4.1 伊春国有林区工业系统运行的 CRE效率测算

结合实证决策单元的统计数据,应用本文构建的超效率混合 DEA模型 DCombine,通过使用 MATLAB6.5.1工程软件编程计算,获得如表2所示的评价结果,有利于辅助剖析伊春国有林区工业系统运行 CRE效率指数的经济内涵和演进规律.

表2 不同投入产出指标下的国有林区工业系统运行的CRE效率指数对比分析表Table 2 Efficiency coefficient of contrastive analytical list based on different input-output indexes

4.2 国有林区工业运行 CRE效率的敏感度分析

借鉴复合 DEA方法的建模思想,对比分析综合分析指数 θCombine对于不同投入产出指标变动的响应程度(即敏感度),可以挖掘制约国有林区工业系统运行 CRE效率的关键性因素,继而制定林区工业生态位进化能力提升的优化方案和调整目标.

1)Sj(4)列和 Sj(1)列的累积值较大,表明影响国有林区工业系统运行 CRE效率最重要的因素,是对工业未达标废水排放量和工业系统固定资产规模 、质量的控制;Sj(6)、Sj(5)、Sj(2)和 Sj(3)列的累积值较小,表明工业系统的产值增长过多地消耗能源、人力资源冗余明显、工业废气和固体废物的排放严重超标,这些因素制约了工业系统的发展效率.Sj(8)列的数值明显较大,表明效率指数对工业系统产值盈利规模最为敏感;Sj(7)数值较小,表明工业系统的全员劳动生产率距离预期标准相差较大.

2)Sj(4)列的标准差最大,表明国有林区工业系统未达标废水排放量的控制能力在不同决策单元间存在最明显的差异;Sj(8)列的标准差最大,表明工业系统的产值盈利规模在不同分析年度间存在最不均衡的分布.此外,Sj(6)、Sj(5)和 Sj(3)的 VAR(Sj(i))系数均较小,表明能源利用效率、固体废物排放和工业废气排放是制约国有林区工业运行CRE效率和工业生态位进化能力提升的关键敏感性因素.

3)根据表3横向 Sj(i)(i=1,2,…,8)行的数据,可以分析投入产出相对效率非 DEA有效的决策单元形成的原因及其优化方向.在上述的实证分析中,标识为“全国标准 2007”的决策单元为相对有效的,其他决策单元均为相对无效;依据相关文中对相对无效决策单元关键性因素的判别准则,本文在表3中以黑体的形式标识不同决策单元 CRE效率指数的主要制约因素和优化方向,基于各种制约因素的出现频率,可以确认 Sj(6)、Sj(5)和 Sj(3)为不同决策单元 CRE效率优化调整的共性着力点.

表3 不同投入产出指标的敏感度系数对比分析表Table 3 Sensitivity coefficients of contrastive analy tical list based on different input-output indexes

4.3 基于产出不变的投入指标冗余降解分析方法

借助于式(3),并结合基于超效率混合 DEA模型的评价过程参数,可以获得 X3、X4、X5和 X5投入指标冗余降解数值和如图6所示,解析出伊春国有林区工业系统生态环境资本和能源资本等投入资源的“闲置”和“冗余非效率”数值比率,通过深入分析后可以获得如下分析结论:

由图6分析可知,1999-2007年度期间,体现国有林区工业系统运行需要承担生态环境和能源资源成本的工业废气排放量、未达标工业废水排放量、未达标固定废物排放量、能源消耗量等 4项评价指标的投入冗余度均在不同程度上得到了降解;究其原因,源于近年来国家中央政府和林业区域政府逐步重视了森林系统生态服务功能的发挥,陆续出台宏观调整策略优化工业系统产业结构的合理化和高度化、对国有林区森林生态效益的维护和发挥给予适当补偿,并以循环经济理论和实践方法指导国有林区工业系统的生态化改造,进而提高工业系统运行的 CRE效率;但由于林产工业粗放式的增长方式,伊春国有林区工业系统运行对生态环境的破坏仍然较为严重、对能源资源的利用水平仍然较低,需要进一步优化相关投入冗余资源,以期提升国有林区工业系统由第 2层级向第 3层级工业生态位进化的能力,实现国有林区工业运行、森林生态和环境容量间的协调可持续发展.

图6 国有林区工业系统生态环境成本和能源资源投入冗余优化调整比率示意图Fig.6 Sketch mapof redundancy optimizing adjustment rate of ecological and energy resource

5 结论

依据生态位态势理论,本文界定了工业生态位的经济内涵,剖析工业生态位的演进序列和多层次划分,提出工业生态位进化能力的维度结构分析,以工业运行的 CRE效率指数为分析工具,测评工业系统由第 2层级向第 3层级跃迁的工业生态位进化能力,为后续的优化调整策略制定提供定量参考依据.限于文章篇幅和研究时日所限,尚需在以下方面开展深入研究:

1)对不同层级间工业生态位进化能力的维度结构开展系统的研究,分区域、分行业地编制工业生态位的分级进化标准,提出工业生态位进化机制,宏观指导和具体制定不同区域工业系统工业生态位进化能力提升的可实践方案.

2)对产业升级和工业生态位进化思想完成进一步整合,分别对工业技术生态位进化能力、工业组织生态位进化能力、工业结构生态位进化能力的演进序列、维度结构和测评方法开展研究,层层递进、构建完整的工业生态位进化体系.

3)本文以复合 DEA思想对比分析工业运行CRE效率指数变化,未能测算不同投入产出指标的极限波动范围,未能准确定位不同投入产出指标对于决策单元生产效率、技术效率和规模效率有效性的贡献和优化方法,需要对测评模型进行必要的分解和衍生.

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