中国工业系统产业多样性与生产力关系及强韧性研究

论文摘要

工业(industry)是国民经济的支柱产业之一。18世纪到20世纪的三次工业革命,使工业技术水平不断提高和飞跃；工业化和与之伴随的城市化进程,在地球上的许多区域改变了人与自然的关系。工业废弃物是破坏环境的重要因素之一,其排放和再利用机制与工业产业结构密切相关,这些问题使得从多角度分析工业系统具有重要意义和紧迫性。工业系统在结构、过程和功能等方面与自然生态系统相似,因此生态学方法及其理论同样适用于分析工业系统,如传统的生物多样性与生态系统生产力关系分析、新兴的网络生态学结构分析等。工业的产业结构与经济产值、污染排放等方面都有着密切关系。利用生态学的概念、理论体系和研究方法对工业系统进行分析,有助于从系统角度理解工业产业结构对工业发展的影响、并为指导工业健康发展提出产业结构转变方面的建议,具有重要的实际意义。本研究将各项工业指标与自然生态系统概念对应起来,以生态学中评估生物多样性与生态系统生产力相关性的研究手段,对工业系统的产业多样性与经济生产力、氮生产力之间的关系进行分析；并依据自然生态系统的营养级功能群划分方法,对工业产业进行功能群分类,在此基础上建立网络模型,通过分析网络模型的关联度等参数评估了工业系统产业结构的强韧性等特征。本研究以中国工业系统为案例,对31个组成省份的工业系统产业结构、产业多样性、生产力等指标及其相互关系进行了评估。本研究采用2008年度工业系统经济数据,产业多样性通过丰富度、均匀度和差异度三个方面考察,工业系统生产力分别以经济产值和氮输出作为指标。本研究主要结论如下：1)产业丰富度与两项生产力指标均呈正相关,即丰富度的增加能够提高区域工业系统生产力；产业均匀度与两项生产力指标均呈负相关,部分单位生产力较高的产业通过数量、规模优势降低了区域工业系统的均匀度,同时提高生产力；产业间差异度影响工业过程、生产力等诸多方面,如造成不同产业在不同区域的单位经济生产力差异。综合了丰富度、均匀度的Simpson指数与生产力的关系,和均匀度与生产力的关系高度一致,说明均匀度对中国工业系统生产力的影响比丰富度突出。2)产业多样性与经济生产力的关系,在经济和工业发展水平较高的省份中较显著,且在大中型工业中较显著。对各省产业多样性与经济产值的分类排序分析,指出了区域工业发展的可能途径：首先通过提高区域工业产业结构的完整程度来提高产业丰富度,使区域内人类对工业产品达到自足；其次确立并发展优势产业,通过扩大优势产业的规模来降低产业均匀度,提高区域工业系统经济效益。3)产业多样性与氮生产力的线性相关显著程度较低。部分农业发达省份对含氮化肥这一工业产品的需求刺激了化工产业的发展,而部分矿产丰富省份对含氮矿物的开采促使采矿产业较为发达,这两类省份皆因某一产业的单种数量优势使产业均匀度较低,同时相关产业工业产品的较高含氮量使区域工业系统氮输出水平较高。4)工业系统基于营养级的生产力结构呈倒金字塔形,高级生产者的经济产值显著高于初级生产者。其中水和能源产供业、初级制造业起到了连接营养级功能群中环境、初级生产者和高级生产者的作用,在工业系统产业结构中占有最重要的地位。5)工业系统的结构强韧性介于自然生态系统中的较高水平案例和较低水平案例之间,且随着工业的发展与产业结构的进化,其结构强韧性仍有进一步提升的潜势。人类效仿自然的优化管理是加强工业系统抵抗稳定性的基础。6)废旧资源再利用业的有无直接决定了工业系统网络模型循环度是否为零。该产业在中国的规模化程度尚低,如集中发展将提高工业系统的资源循环利用效率,并减少工业废弃物的排放、降低环境压力。工业系统利用市场调节机制维持自身稳定性,这一调控机制类似于生命系统维持自身内稳态的负反馈作用。7)中国各省工业系统存在趋同性。此趋同性体现在产业结构、产业多样性、单位生产力等方面。趋同性有正反两方面影响：正面影响包括通过增加冗余路径提高了区域与国家工业系统的强韧性；通过减小路径长度降低了区域间产品运输的经济成本和能耗；落后省份可以直接效仿先进省份加快工业发展等。负面影响包括限制了区域间的功能分化程度；增加了系统冗余和产能浪费；降低了工业系统整体效率等。工业系统具有自组织系统的特点,与自然生态系统在结构、过程和功能等方面有着诸多相似性；同时,工业系统又具有生产力呈倒金字塔结构、各营养级分别从环境中直接获取物质和能量等与自然生态系统不同的特征。从进化角度看,人类主导系统的发展方向是与自然生态系统逐渐达到统一,而工业系统的合理发展趋势同样是向自然生态系统不断靠拢。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 表目录
• 图目录
• 第一章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 生物多样性与生态系统功能的关系及其研究进展
• 1.3 网络生态学及其研究进展
• 1.4 人工生态系统和自然生态系统关系研究
• 1.4.1 人工生态系统和自然生态系统关系及其研究进展
• 1.4.2 自组织理论对两者关系的指导意义
• 1.5 工业生态学研究
• 1.5.1 工业生态学研究进展
• 1.5.2 工业生态学研究的局限性
• 1.6 本文研究的科学问题、目标、内容和意义
• 1.6.1 科学问题
• 1.6.2 研究目标
• 1.6.3 研究内容
• 1.6.4 研究意义
• 第二章 方法论和研究体系构建
• 2.1 工业系统的生态学定义
• 2.1.1 生态系统和工业系统
• 2.1.2 生物多样性和工业多样性
• 2.1.3 生态系统功能和工业系统功能
• 2.1.4 生态系统和工业系统的营养级功能群
• 2.1.5 工业系统和自然生态系统的异同
• 2.2 研究对象概况
• 2.2.1 中国工业发展的时间和空间状况
• 2.2.2 中国工业系统的产业结构和规模
• 第三章 工业系统产业多样性与生产力的关系
• 3.1 研究方法
• 3.1.1 数据来源与分类
• 3.1.2 系统边界
• 3.1.3 产业多样性的评估
• 3.1.4 产业多样性与生产力的关系分析
• 3.2 产业多样性
• 3.3 产业多样性与生产力的关系
• 3.3.1 工业规模与经济生产力的关系
• 3.3.2 产业多样性与经济生产力的关系
• 3.3.3 单位经济生产力的产业间差异性
• 3.3.4 产业多样性与氮生产力的关系
• 3.4 讨论
• 3.4.1 工业系统产业多样性与生产力的关系
• 3.4.2 中国工业系统格局与发展
• 3.4.3 不确定性分析
• 3.5 小结
• 第四章 工业系统的产业结构特征分析
• 4.1 研究方法
• 4.1.1 工业产业结构的分类依据
• 4.1.2 系统边界
• 4.1.3 结构网络模型和网络邻接矩阵
• 4.1.4 模型结构分析参数
• 4.2 工业系统产业结构分析
• 4.2.1 工业系统结构网络模型
• 4.2.2 工业系统网络邻接矩阵
• 4.2.3 模型结构强韧性等特征分析
• 4.3 讨论
• 4.3.1 工业系统产业结构和功能的关系
• 4.3.2 工业系统的强韧性、循环性和调控
• 4.3.3 不确定性分析
• 4.4 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 研究结论
• 5.2 主要创新点
• 5.3 本研究局限性和未来展望
• 参考文献
• 硕士就读期间发表论文