中國產業生態化轉型的IOOE模型分析

劉傳江　吳晗晗　胡威

摘要：作為可持續發展的產業支撐，產業生態化不能僅僅局限于對經濟增長的追求，而應將生態環境作為產業發展的外在約束條件。目前以產業生態化作為對象進行研究的成果較多，但將產業生態化作為一個動態發展進程的研究甚少，忽略了產業生態化到底是怎樣的一個過程，分為哪幾個階段，每個階段具有哪些特點，該怎樣去衡量這個過程等問題。本文從這個角度出發，通過對傳統經濟增長模型約束條件的擴展，引入生態包袱的概念，并將其定義為生產活動對生態環境的占用，從投入、占用、產出與排放四個角度構建全面衡量產業生態化過程及階段的IOOE模型，并以中國工業部門為例，分析全國及東、中、西部各區域工業生態化轉型過程，得出以下結論：①我國工業投入逐年增加，污染物排放逐年減少，是產出增加的主要原因，占用量逐年增加使得其對產出仍然表現為阻礙作用；②我國工業生態化已經跨越了傳統工業文明時代的產業發展，正處于向生態文明型轉變的過渡階段；③東、中、西部各區域間生態化階段的不同符合各區域產業發展現實，如何在保持區域各自優勢的基礎上，實現整體產業生態化是未來產業發展重點。

關鍵詞：產業生態化；IOOE模型；工業部門

中圖分類號 F062.2

文獻標識碼 A 文章編號 1002-2104（2016）02-0119-10 doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2016.02.015

20世紀90年代以來，因可持續發展戰略的需要，產業生態化發展逐漸在發達國家成為潮流得到廣泛的認可，其研究及應用貫穿于整個社會宏觀、中觀、微觀等層面[1-2]。作為可持續發展的產業支撐，產業生態化以可持續發展為目標，不再單純追求割裂式的經濟增長，而是將生態環境作為產業系統外在的支撐和約束條件。越來越多的學者將產業生態化看作是提高產業經濟效益的有效方法，是從根本上破解資源約束與環境污染難題的有效途徑[3]。

1 文獻綜述

目前關于產業生態化的研究成果浩如煙海，筆者通過文獻整理按內容大致將其分為四類：第一類是對產業生態化發展的歷史淵源、產業生態化定義、研究對象等認識論的研究[4-5]；第二類是對產業生態化案例實踐、產業生態系統構建、產業生態化途徑的描述性研究[6-8]；第三類是對產業生態化水平、生態效率等評估設計的模型研究[9-10]；第四類是對其他產業生態化與相關問題研究[11-12]。眾多關于產業生態化研究仍然是以第一、二類的定性描述分析為主，在第三類定量模型分析上，主要集中于通過對指標體系的構建，以產業生態化水平評價產業生態發展程度，以產業生態化效率來衡量產業生態發展質量，將產業生態化看做是一個目標或者結果，對產業生態化是一個動態變化的事實研究甚少。

產業生態化顧名思義描述的就是產業生態發展過程，“化”是一種趨勢與方向，是一個具有運動和變化特征的漸進過程。研究產業生態化卻忽視其“化”這一特征顯然是不完整的。那么產業生態化到底是怎樣的一個過程，分為哪幾個階段，每個階段具有哪些特點，又該怎樣去衡量這個過程？對這些問題的解答，關鍵還是要在明確產業生態化全過程的基礎上，對“化”的要素進行分析，這些要素要區別于以往產業生態化水平或效率的評價指標，必須滿足能夠對產業生態化過程進行全面衡量的同時，又可以對產業生態化各個階段以及每個階段的特點進行定量的分析和解釋。而這便是本文的出發點和落腳點。

對生產要素的分析，不僅是產業生態化轉型的關鍵，也是經濟增長問題的核心。從人類社會最初只關注資本在生產過程中的重要作用，到20世紀50年代，反映資本、勞動投入與預期產量間關系的總量生產函數的提出，再到60年代，技術進步成為經濟學家關注的焦點，20世紀70年代，開始關注人力資本在促進經濟長期增長中的作用，20世紀80年代中期，制度成為解釋經濟增長率上升的又一因素，再到上世紀80年代，隨著可持續發展觀念日益成為全球共識，人們開始重視資源和環境對經濟持續發展的重要性。經濟增長模型的生產函數逐漸從Y=F（K，L，A）修正為Y=F（K，L，A，R，N），即產出是除資本和勞動以外，也是自然資源和環境容量的函數。而以資源與環境為約束條件的經濟及產業增長問題也成為目前研究的熱點[13-14]。

隨著我國經濟進入中高速增長階段，如何進一步推進經濟及產業發展方式轉型，特別是工業生態化發展方式的轉變尤顯得為重要。本文通過對傳統經濟增長模型約束條件的擴展，構建生態環境約束下的經濟增長模型，全面衡量產業生態化過程及階段，運用該模型對我國工業生態化發展階段及演變過程進行分析，為未來我國工業發展提供一定的現實依據及參考。

2 模型構建

2.1 基礎模型介紹

Solow經濟增長模型沿用新古典經濟學思想，只考慮資本（K）、技術（A）與勞動（L）要素對產出（Y）的影響，一般表達式為：

其中，s和δ分別為社會儲蓄率和資本折舊率，n和g分別為勞動和技術增長率。同時，由于模型考慮了自然資源的約束，因此假設資源消耗率為b，自然資源隨時間的變化率為：

R′（t）=-bR（t），b>0.（6）

Romer帶約束條件的經濟增長模型，雖然將自然資源對經濟增長的影響考慮在內，但當經濟發展逐漸從工業文明發展范式向生態文明范式轉變，特別是產業生態化發展過程中，僅僅考慮資源消耗對產出的影響是顯然不夠的，生產活動中由化石燃料消費帶來的污染物排放，以及生產活動對生態環境造成的“無形”壓力，都應該納入對產業生產活動的考量中[16-17]。

2.2 核心概念界定

在模型構建之前，有必要對文中涉及的投入、占用、產出、排放四個核心概念進行界定。

（1）投入（Input）：簡寫為I。指任何一個產業部門在產品生產過程中所消耗的資源、固定資產（廠房、設備等）折舊和勞動力等。

（2）占用（Occupancy）：簡寫為O1。產業生態學中，用物質隱藏流（hidden flows）或生態包袱（ecological rucksack）來形容生產活動對生態的“無形”壓力[18]，是指在獲得有用物質的過程中動用的沒有直接進入交易和生產過程中的物質量，從輸入端全面揭示產品生產過程中對自然資源的消耗和對生態環境的沖擊。國內外學者Michael Rithoff[19]、Klaus Wiesen[20]、王青[21]、武春友[22]等均對生態包袱進行了研究。為了更形象地表達占用這一指標的重量特點，文中統一采用生態包袱來描述占用。

（3）產出（Output）：簡寫為O2，是指各生產活動主體生產出的具有價值及使用價值的產品和勞務，是從事經濟活動具有正效用的結果，即期望產出。

（4）排放（Emission）：簡寫為E。指生產過程中產生的廢水、廢氣、固體廢棄物等污染物排放，在以化石燃料為基礎的條件下，這些污染物只能相對減少但不可避免。

2.3 理論模型分析

2.3.1 生態環境約束下的經濟增長模型

在基礎模型上，增加占用（O1）與排放（E）兩個要素，建立包含占用與排放的生態環境約束下的經濟增長模型，假設模型仍具有C-D函數形式：

通過前文對生態包袱的解釋，以及污染物排放的本質，可以知道在生態環境約束條件下占用與排放的增加會帶來產出的減少，占用與排放對經濟增長是負效應[23-24]，因此，我們將上式進行適當調整：

占用對經濟產出的作用力為gO1=mμ1-α。當m>0時，占用對產出的作用為正，說明當資源開發帶來的占用年下降率越大，占用對產出的貢獻越大；當m<0時，由于存在生態環境的約束條件，隨著占用量逐年上升，占用對經濟產出有阻礙作用，占用量越大，阻礙作用也越大。

排放對經濟產出的作用力為gE=dη1-α。當d>0時，排放對產出的貢獻值為正，排放年下降率越大，排放對產出的貢獻值越大；當d<0時，由于存在生態環境約束條件，隨著污染物排放逐年上升，排放對經濟產出的貢獻值為負，污染物排放量越大，其對經濟產出的阻礙作用越大。

2.4 產業生態化IOOE模型分析

上述理論模型分析表明在生態環境約束條件下，經濟產出（O2）情況取決于廣義投入（I）、占用（O1）及排放（E）相互作用的結果，因此，下面將從四者相互關系出發，分析產業生態化轉型中的三種典型情形。

（1）情形1：產業活動中投入多，自然資源開采的生態包袱及污染物的排放量大，對產出存在明顯的阻礙作用，且占用及排放的阻礙作用效果為主導，產業總產出少，呈高投入、高占用、高排放、低產出的“三高一低”狀態，即m<0、d<0，gO1<0、gE<0，且gO2=gI+gO1+gE<0。由于此時產業生態化發展呈現出傳統工業化時代粗放型增長的常見特征，故將此種情形下的產業生態化狀態簡稱為工業文明型。

（2）情形2：經濟社會進一步發展帶來投入、占用和排放持續增加，但由于產業結構、生產技術、能源效率等因素的影響，產出會呈現更加明顯的增長趨勢，即m<0、d<0，gO1<0、gE<0，g1>0，但gO2=gI+gO1+gE>0，此時產業活動的占用與排放對產出雖為阻礙作用，但作用結果小于投入對產出的促進作用，產業發展總產出增加，故將此種情形下的產業生態化狀態簡稱為轉型過渡型。

（3）情形3：隨著經濟社會持續發展，人們對生態環境客觀認識，使得環境保護與產業發展逐漸和諧共生，經濟發展中投入、占用與排放的絕對量減少，占用與排放對經濟有正面的促進作用，產出大幅度增長，即m>0、d>0，gO1>0、gE>0，且gO2=gI+gO1+gE>0，此時產業在生態環境約束條件下發展，故稱產業生態化狀態為生態文明型。

將三種典型情形在圖形中表示如下圖1。

綜上所述，通過對投入、占用、產出與排放四個要素的分析，我們可以將產業生態化轉型概括為這樣一個路徑過程：產業從最初的情形1經過情形2的演變逐步向情形3轉變，產業生態化從工業文明型經歷轉型過渡型最終走向生態文明型。通過構建產業生態化轉型的IOOE模型，我們可以實現以下幾個方面的分析：①通過計算某個國家（地區）某一時點年份的某個或某些產業的投入、占用、產出、排放結果，靜態測度該國家（地區）該時點相應產業發

展的生態化類型或狀態；②通過計算某個國家（地區）序列年份的某個或某些產業的投入、占用、產出、排放結果，動態考察該國家（地區）該時點相應產業發展的生態化類型或進程。下文將運用該模型，對我國工業部門生態化進行分析。

3 實證研究

本文實證部分以工業為例，通過投入、占用、產出、排放基礎數據的統計計算，運用IOOE模型對我國工業整體及區域生態化狀態及進程進行測度分析。

3.1 數據及方法

本文統計區間為2003-2012年，計算了我國工業包括投入、產出、占用與排放在內的指標數據。文中所有基礎數據來源于《中國統計年鑒》《中國工業經濟統計年鑒》《中國國土資源統計年鑒》《中國礦業年鑒》《中國物價年鑒》《中國環境統計年鑒》。本文工業指《國民經濟行業分類》（GB/T 4754-2011）中的工業。

（1）投入數據。本文將工業投入分為三個部分：資本投入、勞動力投入及能源投入，將各種投入轉換為以2003年價格為基準的價值型投入來衡量。①在資本投入方面直接取自《中國統計年鑒》中各地區按主要行業分的固定資產投資計；②勞動力投入以各地區按行業分城鎮單位就業人員工資總額轉換為價值投入，由于統計方法的不同，2003-2005、2008年勞動力投入以各地區按行業分職工工資總額計，兩種統計結果差距小，因此對實證結果影響可忽略；③能源投入以能源消費量乘以能源價格進行轉換。在能源投入轉換過程中，根據數據的可得性，統計了包括煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、天然氣、電力等能源品種的消費量。價格上，由于各年統計方法的不同，各種能源價格以《中國物價年鑒》中36個主要城市生產資料價格均值為主，少數缺失年份數據參考其他統計資料補齊。

（2）占用數據。根據本文對占用的界定，是指產業活動中所形成的生態包袱。對生態包袱的計算有不同的方法：如以各種產品“搖籃到產品”系數為基礎的計算[25]，以產品種類為基礎的投入產出計算[26]，以及采用兩種方法結合的計算[27]。本文采用第一種計算方法：以產品的自身重量乘以產品生產的平均生態包袱系數，計算公式表示如下：

R=∑ni=1γimi-m（13）

其中，m為該件產品的自身質量；mi表示一件產品生產中投入各種物質的質量；γi為投入所有物質各自的生態包袱系數。

從上述計算公式我們可以看出，對已知產量的產品來說，只需其生產中的各種物質的投入量及各自的生態包袱系數，便能計算出該產品的占用量，所以整個計算關鍵在于生態包袱系數的計算。目前世界上對生態包袱系數的計算以德國烏柏塔研究所的單位服務的物質投入（MIPS，Material Input Per Service Unit）方法為主[19]。它將物質強度（MIT，Material Intensity），也稱為產品生態包袱系數，定義為產品物質投入總量（MI，Material Input）與產品自身重量之比：MIT=MI/Weight。為與生態包袱計算一致，將生態包袱系數公式表示為：

γ=1m∑ni=1γimi（14）

目前國內僅有少數學者采用MIPS方法對生態包袱系數進行研究，比較全面的生態包袱系數的計算仍以德國烏柏塔研究所為主，其MIT表格自1990s以來不斷更新，目前已經擁有包括原料、能源、交通及食物在內的眾多物質的400多個生態包袱系數數據，同時還在不斷采用新的計算方法對其進行擴充[20]。

如果產品的生態包袱系數已經被計算并證實，那么我們可以將（13）進行簡單變形得到：

R=m×（1m∑ni=1γimi-1）（15）

再將（14）帶入（15），我們可以得到：

R=m×（γ-1）（16）

因此生態包袱的計算簡化為產品自身重量與生態包袱系數的線性乘積。

本文占用數據分析需指出以下幾點：

一是，區域內的生態包袱主要包括四個部分[18]：開采化石燃料、工業原材料時產生的生態包袱、未被使用的生物質及基礎設施建設的挖方量。本文是分析我國工業（主要包括采礦業、制造業以及電力、燃氣及水的生產和供應業）生態化，因此占用以化石燃料、工業原材料開采中的生態包袱為主，未計入未使用的生物質量及基礎設施建設的挖方量。

二是，計算化石燃料、工業原材料開采中的生態包袱時，由于我國物質資源開采種類繁多且產出量存在很大差異，因此本文選取主要化石燃料及工業原材料，計算22種包括原煤、原油、天然氣在內的化石燃料、金屬礦物質（鐵礦、錳礦、鉻礦、銅、鉛、鋅、鎳、錫、銻、鋁、金、銀礦）及工業礦產品（石膏、耐火土石、石墨、陶瓷土、螢石、礦泉水資源）的生態包袱。

三是，生態包袱系數受物質資源特點、生產方式、生產力水平的影響，不同國家、同一國家不同區域、同一國家或區域不同時期的隱藏流系數也會不同。筆者將國內計算的少數生態包袱系數與烏柏塔研究計算結果進行比較，發現二者計算結果雖有不同，但變化幅度不大，特別是將國內計算結果與世界平均生產力水平下結果比較差異較小，而且系數隨時間變化也不明顯。因此本文選擇目前已經計算獲得的生態包袱系數來計算生態包袱，系數選擇以國內已有系數優先，其次選擇世界平均系數，再次為德國、歐洲等其他國家計算得到的系數。最終生態包袱系數見表1。

四是，MIPS方法計算物質投入分為5類：非生物質原材料、生物質原材料、農業及林業中的土壤移動及流失、水和空氣，所以其在計算生態包袱系數時也分為5類分別統計[29]。但限于我國統計數據的可得性，本文工業占用僅計算開采中非生物質原材料生態包袱，其生態包袱系數也為非生物性生態包袱系數。

（3）產出數據。工業部門產出以按地區分規模以上工業企業工業總產值計，所有數據均轉換為以2003年為基期價格?；A數據來自歷年《中國統計年鑒》，由于統計方法差異，年鑒統計中缺失2004、2012年數據以插值法補齊。

（4）排放數據。排放主要包括廢水、廢氣（工業SO2、工業煙塵、工業粉塵）、固體廢棄物及二氧化碳的排放量，其中三廢基礎數據來自于《中國環境統計年鑒》，二氧化碳排放量則通過工業能源消費量與能源碳排放系數計算得到。

3.2 計算結果及分析

（1）整體分析。

通過基礎數據的收集并依據前文論述計算方法，表2給出我國工業最終投入、占用、產出、排放總量計算結果。

運用IOOE模型從投入、占用、產出與排放四維因素角度對2003-2012年我國工業生態化轉型過程進行分為產出，年均增長率達到23.29%，其次為投入，年均增長21.54%，占用年均增長15.97%位于投入之后，排放增長最小為3.55%；2008-2012年，投入、占用與產出繼續增長，但增速放緩，排放則由增長轉為減小，年均增長分別為14.59%、4.33%、14.31%，-1.11%。

第二，將投入、占用、產出、排放呈現的這種變化特征與前文所構架的IOOE模型中三種典型情形對比分析，可以看出2003-2012年間我國工業生態化經歷了以下兩個階段：

第一階段為2003-2007年，投入、占用、產出與排放逐年增長，工業生態化轉型與模型中情形1向情形2（四指標均增加，但產出增加更快）轉變一致，這說明我國工業生態化發展已經跨越了傳統工業文明時代下的“三高一低”階段，以明顯增長的產出趨勢向情形2中的轉型過渡型轉變。

第二階段為2008-2012年，投入、占用與產出繼續增長，但增速變緩，排放從增長轉為減少，生態化轉型特征逐漸向生態文明型情形靠近，盡管前三者的變化并不是完全意義上的絕對減少，但這種變化趨勢意味著我國工業生態化已經逐步開始向生態文明型邁進。

第三，從投入、占用、產出、排放角度對我國工業生態化狀態及進程分析的實證結果表明，產業生態化轉型過程中確會出現投入、占用、產出、排放均增加，但產出增加幅度高于其它三者的典型“轉型過渡型”，也會出現排放指標負增長的接近典型“生態文明型”的發展形態，這也從實證角度證明產業生態化IOOE模型提出的合理性。

（2）區域分析。

由于我國工業發展存在地區差異，因此本文進一步分區域對工業生態化進行測度，對比分析區域間工業生態化狀態及轉型過程。

通過對原始數據的標準化處理及分析，得到區域間工業生態化轉型的IOOE模型分析圖（見圖3-圖5）。

從表4、圖3-圖5可以看出：

一是，東部地區，2005-2011年間工業投入、占用、產出與排放量呈兩種變化趨勢：2005-2007年間，投入、占用、產出、排放均保持增長，但增幅有所不同，其中增幅最大的為占用，年均增長率達到33.09%，其次為產出，年均增長15.49%，投入年均增長11.11%位于產出之后，排放增長最小為1.33%；2008-2011年，投入與產出繼續增長，占用與排放則由增加轉為減小，年均增長分別為-6.50%、-3.11%。這種兩階段的變化趨勢表明我國東部地區工業生態化正逐步從轉型過渡型向生態文明型發展。

二是，中部地區，2005-2011年間工業投入、占用、產出、排放呈明顯的增長趨勢，其中產出增幅最快，年均增長15.61%，投入年增14.8%，占用與排放增幅較慢，年均增長分別為1.91%與1.35%。中部地區工業投入、占用、產出、排放呈現的這種變化趨勢與IOOE模型中三種典型情形對比分析，可以看出其工業生態化仍為轉型過渡型。

三是，西部地區，2005-2011年間工業投入、占用、產出呈逐年增長趨勢，排放則逐年減小。年均增長以產出增幅最快為16.2%，其次為投入12.41%，占用增幅較慢為6.42%，排放年增長率為-1.96%。同樣將這種變化與三種典型情形對比，可知西部地區工業生態化處于由轉型過渡型向生態文明型轉變階段。

四是，東、中、西部比較分析（如圖3、圖4、圖5），東部地區工業生態化轉型進程最快，其工業產出持續增長，投入增速逐年變緩，占用與排放兩指標均呈負增長趨勢；中部地區工業生態化轉型面臨最為嚴峻考驗，投入、占用、產出與排放指標均呈逐年增長趨勢，工業生態化發展無向生態文明型轉變的趨勢，仍為轉型過渡型；西部地區工業生態化轉型進程居中，僅排放指標逐年減小。

4 結論啟示與不足之處

在世界現代化過程中出現了兩次現代化[30]。第一次現代化是指從農業社會向工業社會、從農業經濟向工業經濟的轉變，主要特點是工業化、城市化、民主化、福利化、流動化和專業化，但帶來了較為嚴重的資源環境破壞、生態退化等問題。第二次現代化是指從工業社會向知識社會、從工業經濟向知識經濟的轉變，主要特點是知識化、信息化、綠色化、生態化、全球化和多樣化。簡要地說，第二次現代化就是從工業社會向知識社會，從工業經濟向知識經濟，從物質文明向生態文明，從物質社會向生態社會，從物質經濟向生態經濟的轉變，更是經濟社會全面生態化的生態現代化過程。產業生態化作為生態現代化的實踐過程，更作為經濟生態化的產業支撐，其重要性不言而喻。

本文在自然資源約束的經濟增長模型基礎上，結合產業生態學相關理論，將生態包袱作為占用引入模型中，更加完整地從輸入端揭示產業活動對生態環境帶來的沖擊和壓力，同時考慮污染物排放對產出的影響，建立投入、占用、產出、排放的IOOE模型，以定量方法重點分析產業生態化三種典型情形及特征、生態化轉型過程以及轉型過程中所處階段，彌補了對產業生態化轉型過程進行衡量的模型的缺失，并對我國工業生態化進行分析，得出以下結論啟示：①我國工業投入逐年增加，污染物排放的逐年減少，是產出增加的主要原因，占用量的逐年增加使得其對產出仍然表現為阻礙作用；②我國工業生態化已經跨越了傳統工業文明時代的產業發展，正處于向生態文明型轉變的過渡階段。要完全實現工業生態化轉型，未來應在保持排放量減少基礎上，使投入及占用由增到減，注重對物質利用率及經濟產出率的提升；③區域間生態化階段不同符合各區域產業發展現實，如何在保持區域各自優勢的基礎上，實現整體產業生態化是未來產業發展重點。

由于本文是初次嘗試從投入、占用、產出與排放角度對產業生態化進行衡量，因此對生態化轉型階段分析尚不夠完善，在對我國占用量計算中，生態包袱系數以國外數據居多，區域分析因可獲得數據有限，僅對部分區域進行了分析，這些都是以后研究應考慮的重點。

（編輯：于 杰）

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Abstract As the supported industry of the sustainable development， industrial ecology should not be limited to the pursuit of economic growth， but take the ecological environment as the external constraints. Currently， there are much more researches about industrial ecology， but nearly none of them had noticed and researched the fact that industrial ecology is a dynamic developing process. They ignored the problems of “what kind process of industrial ecology is”， and “which stages it has been divided”， “what are the characteristics of each stage”， and “how to measure this process”. From this perspective， this paper firstly expands the constraint conditions of the traditional economic growth model， leads up the concept of ecological rucksack， defines it as the occupancies on ecological environment of production activities， builds the IOOE model which can comprehensively measure the process and stage of industrial ecology from the angle of input， output， occupancy and emission， and takes the industry sector as an example to analysis the transformation process of industrial ecology in overall and regional angles. We finally draw the following conclusions：①increasing inputs and reducing emissions are the main reasons for the increasing outputs of Chinas industry， while the increasing occupancies hold the hindering effect；②Chinas industrial ecology has crossed the industrial development of the traditional industrial civilization era， and now it has being in the transitional phase towards to the ecological civilization；③the regional ecological stages between each area are corresponding to the realities of their industry developments， and how to keep their respective advantages， achieving the overall industrial ecology is the key point of the development of the industry in the future.

Key words industrial ecology； IOOE model； industrial sector