产业生态系统效率评价与资源型城市转型升级研究

■翁玲玲 滕堂伟/文

产业生态系统效率评价与资源型城市转型升级研究

■翁玲玲 滕堂伟/文

资源型城市作为一种特殊城市类型，其生态化转型已经成为我国推进新型工业化和城市化进程、加强生态文明建设的重要途径。新中国成立以来，一大批资源型城市依托资源开发得到了迅猛发展，随着高强度资源开采的推进，资源利用率低、生态功能退化、产业结构单一、社会矛盾显现和体制机制滞后等问题日益突出。如何改善产业发展格局，建立反馈式经济发展模式，缓解资源、能源和环境的瓶颈制约，突破路径锁定和资源诅咒，成为资源型城市必须破解的问题。从全球范围内来看，20世纪60年代，受环境恶化、资源枯竭、低价替代品竞争等影响，发达国家的资源型城市发展陷入危机，德国鲁尔、日本北九州、法国洛林、美国匹兹堡等资源型城市/地区率先开始转型。由此，资源型城市的产业升级、生态建设引起了学术界的关注。基于可持续发展理念，以末端治理、清洁生产、生态经济、循环经济等为内容的生态文明建设理论体系逐步构建。20世纪80年代末，在生态学理论的启蒙下，“产业代谢”“产业生态系统”等概念相继被提出。产业生态学进入蓬勃发展阶段，同时也催生了产业生态理论在社会经济活动中的应用与实践——产业生态化。对于产业生态化的内涵，Tibbs、Allenby、Erkman、厉无畏、郭守前、黄志斌等学者从目的、过程、系统和路径等不同角度进行了阐述。但综合来看主要包括以下几层含义：产业生态化是生态学范式在产业经济学领域的应用与实践；产业生态化的目标在于实现产业系统与自然生态的协调发展；产业生态化的核心是产业系统各个环节的合理优化耦合。结合资源型城市发展特点，本文将产业生态化定义为：产业生态化是指运用产业生态学理论来指导资源型产业调整及区域产业系统重构，从而推动资源循环利用、环境污染减少、经济效益提高，最终实现产业与自然可持续发展的过程。

目前，国内外对产业生态化的研究主要涵盖产业生态化内涵、产业生态化水平评价、产业生态系统、产业生态化途径、企业生态学等方面，研究尺度涉及企业、园区/集群、城市、国家乃至全球各个层面。其中，对于产业生态化路径的研究主要集中在以下三个方面：一是建设生态产业园区，刁晓纯等基于13个工业园区产业生态网络测度，在环境决定组织模式的范式下分析如何在工业园区中构建产业生态网络；二是推动区域副产品交换，刘光富等认为废弃物资源化、实现物质“生产领域-消费领域-生产领域”的闭环流动是产业共生的主要途径，副产品资源应从工业废弃物拓展到城市固体废弃物；三是发展生态产业，李倩、盛逖利用熵值法对北京产业生态化效率进行评价，从产业结构调整视角提出了拓展都市型生态农业、构建生态工业体系、发展现代服务业等生态化路径。此外，一些学者也从制度设计、技术创新等视角进行探讨，如Costa认为合理有效的政策和立法有利于产业共生的发展。以上文献对产业生态化路径选择做了有益的探索，但整体来看实证研究较少，针对特定城市类型的生态化路径研究不足。本文结合资源型城市发展特征，对其产业共生网络构建进行系统探讨，同时对山东省莱芜市进行实证分析，为促进我国资源型城市产业生态化发展提供理论依据和实证支持。

图1 资源型城市产业生态系统

一、资源型城市产业生态系统结构与特点

产业生态系统作为产业生态化的功能核心和物质载体，其建立是循环经济、可持续发展最终得以实现的关键。根据生态经济学原理和产业经济规律，产业生态系统是指由产业群体与其支撑环境组成的社会-经济-环境复合生态系统，系统内部通过物质流、能量流、资金流、人才流和信息流进行组织和调节，核心在于建立产业生态链和产业生态网络。

（一）产业生态系统的要素组成

针对资源型城市以自然资源开发为主导产业、产业发展环境严峻等特点，根据系统论和生态学原理，资源型城市产业生态系统由各个产业及其所处环境组成。借鉴张睿、仇方道等关于产业生态系统结构划分的研究，本文将资源型城市产业生态系统划分为产业系统和环境系统，如图1所示。其中，根据“生产者-消费者-分解者”的自然生态系统组成，产业系统包括生态农业、生态工业、生态服务业和环保产业；环境系统包括生态资源环境、经济环境和社会环境。

产业系统是资源型城市产业生态系统的主体和核心，其实质是生态工程在各个产业的应用，最终构建区域生态产业体系。其中，生态工业是资源型城市生态化转型建设的重点，包括以矿产、森林等自然资源开采为主的资源产业以及以资源精深加工、高级产品生产为主的加工工业。生态农业和生态服务业是资源型产业重要的接续替代产业，通过都市农业、工业旅游、现代物流、文化创意等产业的发展，实现产业多元发展和优化升级。环保产业是资源型城市可持续发展的重要支撑，通过矿区地质环境恢复治理、重金属污染物防治、余热余压利用、锅炉（窑炉）改造、建筑节能等，推动生态环境保护，提高资源利用效率。

（二）产业生态系统的优化构建

产业生态系统构建是以产业系统内部要素耦合优化为主导，以环境系统改革调整为辅助的过程。基于资源型城市发展特点，可以将产业生态系统耦合模式划分为纵向一体化模式、横向多样化模式和虚拟网络化模式三种。

纵向一体化模式是指具有产业衔接关系的企业构筑生态产业链、建立生态产业园区的方式，其突出作用在于实现了副产品、废弃物的梯级循环利用以及物质的减量化。在具体实施上，主要有两种路径：一是延伸传统资源型工业产业链，即利用高新技术对主导产业改造，通过产业关联效应加快对主导产业的深度开发，从而提高资源利用效率和产品附加值。例如，山西省近年来以煤炭和煤炭精深加工为主形成煤炭-焦炭-煤化工、煤炭-电力-建材等产业链。二是挖掘其它比较优势，寻找新的“关键种企业”，发展新的接替产业链。根据生命周期理论，产业替代是资源型城市避免“矿竭城衰”的根本途径。因此，必须积极培育高新技术产业、特色农业、生态旅游业等新的经济增长点。

横向多样化模式是通过产业系统的多元化发展，提高抗干扰能力和恢复能力，增强系统稳定性。在产业层面上，将提升资源型产业和发展新兴产业相结合，即为产业替代和产业延伸的综合发展，从而推动产业体系、产品结构的多样化。在企业层面上，针对资源型城市普遍以大型国有企业为主的现状，拓展大中型企业经营范围，积极发展中小微企业，实现企业规模的多元化。

虚拟网络化模式作为建立在一体化和多样化基础上的第三维度模式，突破了传统地理界线和具体物质交换，侧重产业系统内、外部的信息交流，是产业生态系统信息网络化的表现。根据社会网络关系理论和要素观，虚拟网络由网络结点和网络关系两部分组成。其中，网络结点包括了企业以及政府、科研院校、社区、环保组织等利益相关者，网络关系则由物流网络、信息网络、知识/技能网络、以及契约/信任网络共同组成。可见，虚拟网络模式实质上强调了产业系统内部企业间联系、以及产业系统与环境系统的协同。此外，生态环境治理、政策优惠、就业培训、开放性文化氛围打造、基础设施建设、技术援助、经济支持等产业环境优化也对产业生态系统构建和维持起到了积极的推动作用。

表1 产业生态系统投入产出指标体系

二、研究方法与模型构建

（一）研究区域

本文选取山东省莱芜市作为案例进行研究。莱芜市地处山东省中部，总面积2246平方公里，辖20个乡镇（街道）。莱芜市是以开发矿产资源而发展起来的矿业城市，境内采铁冶铸始于春秋，有着3000多年的冶铁史，素有“钢城煤都”之称。莱芜市铁矿石年产量占山东省25%以上，拥有华东地区最大的铁矿开采企业——鲁中矿业有限公司、全国十大钢铁企业——莱芜钢铁集团，是山东省重要的铁矿石、煤炭生产基地和钢铁工业基地及能源基地。2010年钢铁产业占工业增加值61.9%，2014年仍然高达43.5%，呈现“一钢独大”的特点。长期以来，莱芜市以矿产开采加工业为主导，产业结构单一，对自然资源的依赖性强，属于典型的资源型城市。《全国资源型城市可持续发展规划（2013-2020年）》将莱芜市界定为成熟型资源型城市，由此被列入我国能源资源安全保障的核心区之一。如何进一步推动莱芜市建立可持续发展长效机制成为其发展进程中亟待解决的问题。

（二）研究方法

综观现有文献，国内外对生态效率的评价主要通过价值-影响比值、指标体系构建、因子分析、物质流分析、能值分析、生态足迹、数据包络分析等方法进行测算。其中，数据包络分析法（Data envelopment analysis，简称DEA）以相对效率概念为基础，采用统计学方法自动赋权评价多投入、多产出决策单元（Decision Making Units，简称DMU）的有效性，避免了指标赋权方法的主观性影响，因而被广泛应用于产业生态效率研究。本文选取基于投入导向的超效率DEA模型进行产业生态系统效率计算，分析产业生态系统全要素生产率的变化趋势。

数据包络分析方法是由Charnes、Cooper等于1978年提出的一种效率评价方法，常用模型包括CCR-EDA模型和BCC-DEA模型。为进一步比较前沿面上有效决策单元（DMU效率值为1）之间的差异，Andersen、Petersen对传统CCR模型进行改进，建立了超效率DEA模型（Super-efficiencyDEA，简称SE-DEA）。其基本思想是：在评价某个决策单元时，通过前沿面的推移，用其他决策单元投入、产出的线性组合代替该单元的投入、产出值，从而将其排除在决策单元集合之外。SE-DEA的数学表达式为：

其中，θ表示第k个决策单元的效率值，X、Y分别表示投入、产出值，λ为权重系数，S-、S+分别为投入和产出的松弛变量。求得θ、λ、S-和S+的最优解，并确定DMU的有效性，具体判断准则为：当θ≥1且S-=S+=0时，说明该决策单元的投入产出效率达到最优；当θ＜1且S-≠0或S+≠0时，说明该决策单元非有效，可减少投入要素的冗余部分S-来保持原产出值不变。

（三）指标选取与数据来源

传统产业系统生态效率评价大多从环境负荷和资源负荷两个角度进行探讨，而忽视了社会因素、经济因素及产业系统内部构成对产业系统生态效率的影响。资源型城市因自然资源开采而兴起，其独特性在于资源型产业在工业中占较大份额，且以大中型企业为主。因而，在评价模型构建上，既要注重城市共性特征的描述，又要突出城市个性指标的选择。

基于科学性、可获取性原则，将产业生态系统效率模型（IES-EDA）分解为生态资源-产业系统效率模型（ERIS-EDA）、社会-产业系统效率模型（SIS-EDA）、经济-产业系统效率模型（EISEDA）和产业系统效率模型（IS-EDA），如表1所示。

1.生态资源-产业系统效率模型。投入指标包括资源消耗、环境污染两类。其中，资源消耗以用电总量来表示，环境污染以环境污染指数来表示。本文选择表征环境质量的工业废水排放量、工业废气排放量、工业烟尘排放量、工业粉尘排放量、工业二氧化硫排放量、工业固体废弃物产生量等6项排放指标，并采用熵值法对数据进行初步处理。产出指标选取GDP来表示。

2.社会-产业系统效率模型。投入指标包括人力资本、文化支撑、对外交通三类。基于莱芜市对外交通以公路为主等实际情况，以从业人数表示人力资本，以实际利用外资总额来表征经济性文化中的开放化观念，以公路通车里程数表示对外交通。产出指标选取GDP来表示。

3.经济-产业系统效率模型。投入指标包括资本投入、技术支持、市场需求三类。其中，资本投入以固定资产投资总额来表示，技术支持以专利授权数来表示，市场需求以全社会消费品零售总额来表示。产出指标选取GDP来表示。

4.产业系统效率模型。投入指标包括企业规模、主导产业、接替产业三类。企业规模用规模以上大中型工业企业数量来表示，接替产业用高新技术产业产值来表示。区别于一般性矿产资源型城市，莱芜的城市优势职能已不是采选业及其初加工业，而依托煤、铁等资源发展专业化钢铁产业，构建莱芜特色产业生态系统评价体系也应将此纳入考虑范围。受数据可得性影响，本文以钢材产量来表示莱芜主导产业钢铁产业发展情况。产出指标选取GDP来表示。

表2 产业生态系统投入产出变量Pearson相关系数

表3 产业生态系统生态效率评价结果

本文以莱芜市为研究区域，选取2000-2013年面板数据对莱芜产业生态系统效率进行分析。研究数据主要来源于《莱芜市统计年鉴》《山东省统计年鉴》以及莱芜市、山东省国民经济与社会发展统计公报。其中，规模以上高新技术产业产值2000、2001年数据由于无法获取，本文采用基于该数据历史变化特征、结合高新技术产业企业数量等进行推断和估算。

（四）数据同向性检验

由于DEA模型要求各投入项、产出项必须符合“同向性（Isotonicity）”，即当投入量增加时，产出量不得减少。为此，本文利用SPSS19.0软件对投入产出指标进行Pearson相关性检验。由表2检验结果可知，各投入项与产出项之间均存在正相关关系，各投入指标均能在1%显著性水平下通过双尾检验，符合DEA方法所要求的“同向性”。

三、莱芜市产业生态系统效率评价

运用EMS软件，假设规模报酬不变，从投入导向对莱芜市产业生态系统的四个子系统生态资源-产业系统（ERIS）、社会-产业系统（SIS）、经济-产业系统（EIS）和产业系统（IS）的生态效率进行了测算。同时，采用熵值法对产业生态系统（IES）效率进行评估。计算结果如表3所示。

莱芜市产业生态系统效率总体呈现平缓上升的趋势。2000年，莱芜市产业生态系统效率提高主要依赖于社会-产业系统、经济-产业系统和产业系统效率。2010年以后，伴随生态资源-产业系统趋于有效，产业生态系统效率对生态资源-产业系统的依赖程度提高，而对经济-产业系统的依赖程度降低。在2000-2013年产业生态系统的四个子系统中，生态资源-产业系统、社会-产业系统的效率值变化幅度较大，变异系数分别达到20.32和24.75。经济-产业系统和产业系统效率相对变动较小。具体来看：

第一，虽然生态资源-产业系统效率整体呈现平稳上升态势，并于2010、2012、2013年达到DEA有效。但从变异系数来看，生态资源-产业系统长期不稳定。从均值来看，生态资源-产业系统处于无效状态。这主要是受到环境污染指数变动的影响，加强环境治理和生态保护是莱芜市生态资源-产业系统趋于稳定有效的重要途径。

第二，社会-产业系统效率变化幅度较大，整体趋于上升。这主要受到实际利用外资总额、公路通车里程数的影响。进一步分析可知，莱芜经济开放程度总体水平不高，出口产品偏重于农产品、钢材、纺织服装等低附加值的初级加工产品。交通方面，莱芜拥有鲁中优势区位，临近山东省重要交通线，但并没有承担交通枢纽的功能，对外交通以公路为主。加强城际铁路、高速公路等交通线路建设、推动对外开放是提高社会-产业系统效率的有效路径。

第三，经济-产业系统效率从均值上看，EISEDA趋于有效水平。但从时序上进行分析可知，整体呈现下降趋势。其中，市域市场需求对经济-产业系统效率的贡献程度有限，资本、技术投入是其主要影响因素。因此，积极拓展外部市场、吸引外部资本流入、加大科学技术投入是增强经济-产业系统效率的必经之路。

第四，产业系统逐步趋于无效状态。结合DEA投入冗余情况分析，致使产业系统未处于生产前沿面上的主要原因在于高新技术产业投入不足。从变化幅度上看，产业系统效率CV值最小，这主要与莱芜长期稳定的“一钢独大”产业结构有关。由此可见，莱芜市产业系统效率提高的重点不在于企业规模的增大和初级钢铁产品的生产，而在于小微型企业的培育以及钢铁精深加工产业、高新技术产业的发展。

四、结论与建议

本文运用超效率DEA模型定量评估2000-2013年莱芜市产业生态系统效率水平，并从变化趋势、变动幅度等维度进行的分析显示：莱芜市产业生态系统效率处于无效状态，但呈现平缓上升趋势。提高社会-产业系统、经济-产业系统和产业系统效率是莱芜产业生态系统进一步提高效率的关键。莱芜市产业生态系统内部各子系统效率水平、变化趋势及变动程度存在较大差异。优化内部产业结构、提高对外开放水平是推动各子系统发展的总体方向。

借鉴纵向一体化、横向一体化和虚拟网络的产业生态系统耦合模式，结合莱芜市实际，提出以下政策建议：

一是优化内部结构，有效利用莱芜生态优势。基于莱芜完善的钢材产业链优势，加快钢铁精深加工产业的发展，不断延长产业链条，培育机械装备制造业，加强产业关联度，积极推动莱钢、泰钢、九羊钢铁等钢铁企业转型升级。同时，依托莱芜生态旅游资源、特色农产品优势，加快雪野旅游区建设，推进“三辣一麻”特色农产品种植、“三黑一花”特色畜禽养殖等特色农业现代化。同时，加大科技投入，大力发展新材料、信息技术、新能源汽车等高新技术产业。在企业培育上，以大项目为突破，重视小微企业集群的发展，加强企业间交流和协作。此外，加强环境综合整治和保护，重点推进城镇棚户区、城中村、矿坑改造，改善人居环境，推动莱芜从“一钢独大”的典型资源型城市向生态人文科技新城转变。

二是融合周边城市，充分发挥鲁中区位优势。依托高速铁路、城际铁路、城际快客、高速公路的交通线路建设，构建圈层式交通体系，加强莱芜与济南、淄博、泰安等周边城市的融合。依托济莱协作区建设，积极承接济南重点产业和项目转移，继续推进物流联盟、农超对接和产业合作。在北部，充分发挥雪野镇旅游资源优势，推动与济南南部山区、泰安东北部片区旅游资源共建共享，在品牌塑造、营销力量等方面相互协作。加强北部新城建设，主动对接济南产业，吸引济南人才转移。在中西部，依托杨庄省级农高区，打造服务济南、承接泰安的绿色农产品供应基地。探索“园中园”等共建园区发展模式，与济南合作建设先进制造业协作区、雪野科教创新区、鲁中物流基地、山钢集团（莱芜）钢铁精深加工物流基地等载体。

三是加强对外开放，推动莱芜实现突破发展。积极推动本地文化与外来文化的融合，开拓思路，促进本地居民对外开放程度。利用重大项目合作、优秀人才引入等方式，组织面向海外的高规格招商推介活动，优化进出口结构，吸引外资、技术和人才，活跃本地市场。同时，通过联合办学、医疗合作等方式，引进国外高校的教学资源、医疗资源，为增强莱芜文化软实力、提高居民公共医疗水平提供便利。

（作者单位：华东师范大学，中国现代城市研究中心）