生态工业园共生网络关联度的实例比较以及数据分析

摘要：从生态工业园共生网络的生态内涵出发，借鉴生物群落关联度这一生态学概念，提出园区企业间生态关联度、总关联度生态率两个指标,并将其用于国内外生态工业园共生网络实例的比较分析,最后根据分析结果对我国生态工业园共生网络建设提出了建议。

关键词：生态工业园；共生网络；生态关联度；总关联度生态率

0引言
在生物学上，共生是指不同物种以不同的相互获益关系生存在一起，形成一种对双方或一方有利的生存方式。借鉴生物学上的共生，提出工业共生的概念。工业共生是指通过不同企业之间的合作共同提高企业的生存及获利能力，同时通过这种共生实现对资源的节约和对环境的保护［1］。
20世纪90年代初，在一些学术论文和会议报告中出现了“生态工业园（Eco-Industrial Park）”的概念，即在生态工业园中，由于一个企业产生的废物或副产品是另一个企业的“营养物”，园区内外彼此靠近的企业就可以形成一个相互依存的工业共生关系。通过这种共生网络，继而形成一个高效率的闭环系统，不仅提高了经济效益，还从根本上改善了生态环境，并因此引发了国内众多专家学者的研究兴趣。王兆华等基于工业生态学进行了工业共生网络模式的比较研究［2］。郭翔等基于生物种理论、循环链对生态工业园区网络模式进行研究［3~4］。蔡小军等对生态工业园共生网络的形成机理及其稳定性进行研究［5］。以上研究均从宏观视角对生态工业园的共生网络进行探讨，而本文从微观视角出发，通过对共生网络生态内涵的深入研究，借鉴生物群落关联度，引出生态关联度和总关联度生态率两个重要概念，并以此作为评价共生网络生态化程度的重要指标。通过实例对比分析，就我国现阶段生态工业园共生网络的建设提供一些建议。
1关联度的涵义
1.1自然生态系统和工业生态系统的关系
在自然生态系统中，生物之间最本质的联系是通过食物链来实现的［6］，各种食物链相互交错连接形成食物网。生态系统中的物质循环和能量流动正是沿着食物链（网）渠道进行的。与自然生态系统相似，工业生态系统由生产者、消费者、分解者和环境4种成分组成，也是通过营养关系即工业食物链连接起来的。在工业生态系统中，物质循环和能量流动沿着食物链（网）渠道进行，并通过这种食物营养关系，把工业生态系统中各企业有机地连接成一个整体。故而工业生态系统与自然生态系统两者在共生网络的构筑上有着相通之处。
1.2生物群落关联度
生物群落关联度［7~9］是指对一生物群落内物种间关联性大小的量度。生物群落关联度等于群落食物网中实际观察到的食物链数除以最大可能的食物链数［10］，表示为：

图1是一个群落食物网，其中有a、b、c、d、e 5个物种，即S=5。图1（a）中的虚线表示该食物网中最大可能的食物链数，即S（S-1）/2=5×（5-1）/2=10；图1（b）中的实线表示该食物网中实际存在的食物链数，即L=6。把S和L代入式（1）可得该生物群落关联度：

但当群落内物种多或者关系复杂时，则食物网难以用图形象表示。针对此问题，Cohen提出了用群落矩阵［11］表示食物网，从而将矩阵与食物网建立起一一对应关系，为进行食物网数据处理及研究各种数量关系提供了有效途径。
仍以图1为例，图2是一个5×5的矩阵，该矩阵上方表示捕食物种，左边表示被食物种。群落矩阵的物种丰富度仍为群落的物种数量，即S=5。矩阵中数字“1”表示一个捕食者从一个特定的被食者获得资源（营养）；如果两者之间没有资源交换发生，则记为“0”。那么，群落矩阵中非零元素的个数就为该群落的食物链数，即L=6。

1.3园区企业间关联度
生态工业园共生网络中企业之间的关联分为两种，一种是基于产品的上下游连接，所形成的连接关系称为产品链。而另一种是由各企业之间相互利用副产品、废品形成的生态工业链。企业通过生态工业链既可降低治污费用,同时也获得可观的经济、社会双重效益。
故而在进行园区企业间关联度计算时，分成2种情况，同时考虑园区内生态工业链（Le）和产品链（Lp），即总食物链数Lt=Le+Lp，或仅考虑园区内生态工业链Le。与其对应的关联度分别称为园区企业间总关联度（Ct）和园区企业间生态关联度（Ce）。计算公式如下：

式中：S′为生态工业园（或工业园）内企业数量。这里企业是指从事生产、运输、铁路、贸易等经济活动的部门，如工厂、矿山、公司等；而车间、工序和操作单元为企业内部的生产部门。
可见，园区企业间生态关联度越高，生态工业园内企业间相互利用副产品、废品的连接关系就越多；总关联度生态率越高，生态工业共生网络的生态化程度就越高。通过提高园区企业间生态关联度和总关联度生态率，才能从根本上摒弃传统工业园的“资源—产品—废物”这一线性资源消耗模式，实现资源的综合利用，达到企业相互间资源的最优化配置。本文正是以生态关联度和总关联度生态率作为衡量生态工业园共生网络生态化程度的重要指标。
2实例比较
卡伦堡工业园被认为是世界上最早建立也是目前最成功的生态工业园。上世纪60年代初，这里的火力发电厂和炼油厂已经开始了工业生态方面的探索。最初，卡伦堡工业园并未有意发展成工业生态体系，大部分企业进行副产品交换的动机只是想通过为“工业废物”寻找产生收入的用途从而减少成本。后来，工业园内6个主要成员缓慢但非常有效的拓展，使卡伦堡工业园自发地向生态工业园的方向逐渐靠近，最终形成了目前这种有益于环境的共生关系。卡伦堡“工业共生体”是世界上第一个生态工业园，其成功的运行，为其它生态工业园区的实践提供了良好的榜样。卡伦堡有关资料表明公司投资7 500万美元的回报至少是已节约了1.6亿美元（每年1 500万美元）［13］。
卡伦堡工业共生系统最初的7个核心参与者为：（1）阿斯内斯（Asnaes）火力发电厂，丹麦最大的燃煤火力发电厂。（2）斯塔托伊尔（Statoil），是丹麦最大的炼油厂，具有年加工320万t原油的能力。（3）济普洛克（Gyproc）石膏墙板厂，具有年加工1.4万m2石膏板的能力。（4）诺和诺德（Novo Nordisk），一所国际性制药公司，年销售收入20亿美元，公司生产医药和工业用酶，是丹麦最大的制药公司。（5）卡伦堡市区，有2万居民需要供热、蒸汽和水。（6）Tisso湖。（7）海湾。
在过去近30年的发展过程中，上述成员，还包括许多其它公司，自发地发展了一系列双边互换关系。开始并不存在对园区总体网络的初始计划，它对每个参与者来说只是经济意义上的一对一交易。图3、4分别是卡伦堡工业园1975、1985年的工业食物网，以下将通过计算各时点该生态工业园园区企业间关联度，来揭示共生网络逐渐发展的过程。

1975年的卡伦堡工业园仅仅是工业共生的开始，参与副产品交换的企业仅有斯塔托伊尔（Statoil）和济普洛克（Gyproc）石膏墙板厂，虽然诺和诺德（Novo Nordisk）制药公司也座落在工业园内，但当时还没有与其它企业建立任何副产品交换关系。准确地说，卡伦堡最初的共生是Gyproc公司在卡伦堡建厂时，就利用了Statoil公司产生的丁烷（这使得Statoil公司停止燃烧对他们来说是废气的丁烷气）。

由图3可见，该食物网的物种丰富度S=7，生态工业链（燃气和海水链）数Le=2，产品链（水和民用燃料油链）数Lp=5，总食物链数Lt=Le+Lp=7。
把S和Lt代入式（2），可得该时期卡伦堡生态工业园的园区企业间总关联度Ct=0.333。把S和Le代入式（3），可得该时期卡伦堡生态工业园的园区企业间生态关联度Ce=0.095。把Le、Lt代入式（4），可得该时期卡伦堡生态工业园的总关联度生态率α＝0.286。
10年后，Asnaes公司开始供应飞灰给Alborg水泥公司，这也是首次不只有卡伦堡的一家公司加入合作。最后，在1981—1982年发展了更多的交换项目：Asnaes公司开始供应发电产生的蒸汽给所在城市、Statoil公司、Novo Nordisk公司。这样，最初10年从一个合同发展成一个真正的工业的“食物链”［13］。

由图4可见，1985年该食物网的物种丰富度S=8，生态工业链（燃气和海水链）数Le=5，产品链（水和民用燃料油链）数Lp=7，总食物链数Lt=Le+Lp=12。把S和Lt代入式（2），可得该时期卡伦堡生态工业园的园区企业间总关联度Ct=0.429。把S和Le代入式（3），可得该时期卡伦堡生态工业园的园区企业间生态关联度Ce=0.179。把Le、Lt代入式（4），可得该时期卡伦堡生态工业园的总关联度生态率α＝0.417。
1995年时该网络有了进一步的发展。核心的7家企业之间的副产品、废物交换越来越多，而新加入的Avsnaes养鱼场接收该电站的热海水，将其产生的鱼废物给农场作肥料。与此同时，农场还接收Novo Nordisk生化公司的废物污泥作为肥料。
由1995年卡伦堡生态工业园、2004年中国南海生态工业园、韩城龙门工业园以及衢州沈家工业园的食物网参见文献［1，13，14］，可计算出这些生态工业园和工业园的园区企业间总关联度、生态关联度和总关联度生态率，结果见表1。

3数据分析
由表1可知，丹麦卡伦堡生态工业园在它20多年的发展历程中，园区内企业数量呈缓慢增长态势，而生态工业链的数量却得到了实质的增加，总关联度生态率在总关联度提高的同时也相应地提高。正是这样通过构建企业间相互利用的副产品、废品的生态工业链，提高生态工业园的园区企业间生态关联度，给卡伦堡生态工业园带来了巨大的环境效益和经济效益。
对比丹麦卡伦堡生态工业园，我国新建型生态工业园以南海生态工业园为例，虽然园区内企业间生态关联度不高，但是总关联度生态率较高。其原因在于，园区内规划纳入的企业数量较多，但该项目组注意到了共生网络的生态内涵，较好地将园区内各种副产品、排放的废物利用其物理、化学成分间相互联系、相互作用，互为因果地构筑了该生态共生系统。
而我国改造型生态工业园，以龙门、沈家生态工业园为例，生态关联度都很低。主要原因在于改造型生态工业园的前身———传统工业园属于劳动密集型和技术密集型的经济技术开发区或高新技术开发区，它们侧重于经济发展“量”的扩张，缺少构建企业间利用副产品、废品生态工业链的意识，虽然有些企业积极实施末端治理，但效果甚微。
4结语
4.1生态关联度分析的意义
对生态工业园的共生网络进行生态关联度分析，有助于深入剖析其生态化程度，让园区内企业之间的工业链和共生网络名副其实地生态化，继而达到把污染物消灭在生产过程中的目的，最终实现区域内污染物排放的最小化和资源利用的最大化。
4.2对我国生态工业园共生网络建设的启示
结合我国生态工业园的发展现状，对于新建型生态工业园，需严把规划关，在增加园区企业数量的同时，最大程度地挖掘产业之间、企业之间副产品、废物的流动关系。根据园区内核心企业的产业特点，引入那些可以促进闭合物流循环和能帮助实现最优副产品交换的新企业，同时可以考虑成立一体化的资源回收系统或引入专门的资源回收企业。
而改造型生态工业园由于原工业园内可利用的生态工业链太少，建议对工业园区的产业定位和现有企业进行详细了解，通过技术改造或引进新技术、新设备，来提高企业间消化副产品、废物的能力，扩大企业间的物质能量流动关系，合理引入与原有企业存在潜在协同和共生关系的工业型企业。还必须谨防部分盲从者在概念上“偷梁换柱”，仅用产品链去构筑生态共生网络。

参考文献：
［1］罗宏，孟伟，冉圣宏.生态工业园-理论与实证［M］.北京：化学工业出版社，2004.
［2］王兆华，武春友.基于工业生态学的工业共生模式比较研究［J］.科学学与科学技术管理，2002（2）：66－69.
［3］郭翔，钟书华.基于生物种理论的生态工业园区的模式［J］.科技进步与对策，2006（8）：75－77.
［4］郭翔，钟书华.基于循环链的生态工业园区模式［J］.科技与管理，2005（2）：32－34.
［5］蔡小军，李双杰，刘启浩.生态工业园共生产业链的形成机理及其稳定性进行研究［J］.软科学，2006（3）：12－14.
［6］阎传海，张海荣.宏观生态学［M］.北京：科学出版社，2003.