基于主成分分析法的产业共生系统生态效率评价研究，本文主要内容关键词为：分析法论文,成分论文,效率论文,生态论文,评价论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
文章编号：1004-8227(2008)06-0831-08
近年来，在中国经济快速增长带来的环境压力及国际环保新思潮的影响下，国家环保部(原国家环保总局)将发展循环经济、建设生态工业园区作为实现区域可持续发展、经济和环境“双赢”的一个重要举措，并于2006年颁布了《综合类生态工业园区标准(试行)》。生态工业园区既是区域层面上又是产业层面上发展与实施循环经济的一种形式，也是生态产业共生系统的一种实现形式。生态工业园区追求的目标是提高生态效率，实现全面协调可持续发展。因此，如何定量评价产业共生系统的生态效率就显得尤为重要。
1 生态产业共生系统和生态效率
在产业生态学语境下，产业共生是指在一定的区域内，分属不同产业的经济实体(主要是工业企业，有时也包括农业部门、居民社区等成员)通过副产品交换、能量和水的逐级利用、基础设施共享等方式进行合作，形成一个“生态系统”，共同提高实体的生存及获利能力，同时实现对资源的节约和对环境的保护。
生态效率(Eco-efficiency)这个概念是世界可持续发展工商理事会(WBCSD)提出的，它被认为是工商业实现可持续发展的主要途径。WBCSD提出的定义是：生态效率要通过提供能满足人类需要和提高生活质量的竞争性定价商品与服务，同时使整个寿命周期的生态影响与资源强度逐渐降低到一个至少与地球的估计承载能力一致的水平来实现[1]。据此，WBCSD提出了生态效率概念的直观表达式：产品或服务的价值与其带来的环境影响(原材料、能源的使用和废弃物的排放等)的比值[2](公式1)。诸大建提出生态效率是经济社会发展的价值量(即GDP总量)和资源环境消耗的实物量比值，它表示经济增长与环境压力的分离关系(decoupling indicators)是一国绿色竞争力的重要体现[3]。
(1)
2 研究方法
本文运用SPSS软件通过主成分分析法对生态产业共生系统的生态效率进行统计分析评价，指出系统生态效率统计分析的研究思路。采用主成分分析系统的生态效率的原始数据来自于江苏苏南发达地区3个工业园区：苏州高新区、苏州工业园区生态工业园和无锡新区生态工业示范园区。
2.1 评价指标体系的确定
国内外学者运用生态效率理论在产业层次进行了一些有意义的研究，包括效益核算、评价指标等[4，5]。国内相关研究则与工业园区循环经济建设结合，进行了重要的现实性研究[6～8]。本文根据生态效率理论，结合国内外对产业层面生态效率评价的研究成果，并参照国家环保总局《综合类生态工业园区标准(试行)》，本着客观准确的原则，不考虑相对难以量化的园区管理评价，建立针对工业园区的生态效率评价指标体系。该指标体系分为总体层、系统层、特征层、指标层4个等级。总体层：综合表达循环经济的发展能力，代表循环经济发展总体运行情况和效果。系统层：将循环经济发展指标体系解析为互相联系的4个子系统评价指标体系——经济发展指标体系、物质资源利用指标体系、环境污染与控制指标体系、物质循环利用指标体系。特征层：描述以上4个子系统特征，包括数量、质量等。指标层：用来量化特征层的具体指标。生态产业共生系统的生态效率指标体系见图1。
图1 生态产业共生系统的生态效率指标体系
Fig.1 Index System of Eco-efficiency of Eco-industry Symbiosis System
2.2 评价指标的选取
根据上述指标体系，本文给出生态效率主成分分析变量层的17个指标，具体见表1。
3 主成分分析
根据全面性、重要性的指标选取原则，一共选取了3个工业园(苏州高新区、苏州工业园区生态工业园和无锡新区生态工业示范园区)每个3年(2002-2004)共9个样本的各17个评价指标。
3.1 样本数据的无量纲化
无量纲化的目的是让不同单位指标的原始数据具有数量的可比性以及在方向上与结果的一致性。为了进行无量纲化，首先进行正向指标和负向指标分析，所谓正向指标是指式1中和生态效率成正比的(经济社会发展指标)，负向指标是指和生态效率成反比的指标(资源环境消耗指标)。分析的目的是为了使得各指标在方向上与结果的一致性，正向指标和负向指标无量纲化采取的计算方法是不同的。通过无量纲化可以把所有原始指标数据按照一定的计算方法转化到0和1之间。根据式1，正向指标和负向指标分析结果如表2。
对于上述正向指标和负向指标进行无量纲化计算得到3个工业园每个3年共9个样本的各17个评价指标值无量纲化后的结果见表3。
3.3 相关系数矩阵计算
根据上述原始指标标准化计算结果，经计算各标准化指标间的相关系数矩阵见表5.
3.4 各主成分的贡献率和累积贡献率
由相关系数矩阵计算各个主成分的贡献率和累积贡献率。经计算，累积贡献率和主成分矩阵分别见表6和表7。
3.5 样本的排名
17个指标各主成分的特征值及主成分权重见表8，样本在各主成分中的排名及总排名见表9。
4 结果分析
4.1 原始指标特点
根据表3所示，9个样本数据对各个指标的时间序列变化特征为：正向指标都随时间增大，负向指标都随时间减少；
从3个园区各自的指标来看，差别较大。
4.2 主成分累积贡献率分析
根据表6所示，第一主成分的贡献率达到55.289％，第一主成分和第二主成分的累积贡献率达到92.413％，第一主成分、第二主成分和第三主成分的累积贡献率达到98.575％，因此，本文统计分析主成分选前三个。
4.3 主成分矩阵分析
根据表8所示，第一主成分主要和生态环境效益指标体系中的单位GDP废水排放(万t/亿元)、单位GDP废气排放(
/亿元)、单位GDP工艺废气排放(/亿元)、单位GDP固废排放(t/亿元)、单位GDP的COD排放(t/亿元)、单位GDP的SO[，2]排放(t/亿元)、单位GDP的烟尘排放(t/亿元)这些负向指标强相关。这说明第一主成分主要反映生态环境效益指标，也就是说，在本文选取的指标和样本数据的下，对生态效率影响最大的第一主成分是生态环境效益指标，它反映了生态产业共生系统对环境的影响。
第二主成分主要和单位GDP能耗(吨标煤/万元)、单位GDP水耗(
/万元)、固定资产投资(亿元/年)、固废综合利用率(％)这4个正向指标强相关，这说明第二主成分主要和反映生态产业共生系统资源消耗的指标强相关，它反映了生态产业共生系统对生态效率影响其次的第二主成分是资源利用指标。
第三主成分主要和人均GDP(万元/人)和单位面积GDP(亿元/k
)强相关，按照经验分析，这说明第三主成分主要反映生态产业共生系统的产出。
4.4 样本主成分排名及总排名分析
根据表9所示，对于第一主成分，无锡新区生态工业示范园区最好(>0)，苏州工业园生态工业园其次(>0)，苏州高新区最差(<0)，这里所说的最好与最差都是相对它们自身的平均值而言；这说明无锡新区生态工业示范园区的生态环境效益指标在3园区中最优，苏州工业园区生态工业园其次，苏州高新区最差。
对于第二主成分，苏州工业园区生态工业园最好(>0)，苏州高新区其次(>0)，无锡新区生态工业示范园区最差(<0)；这说明苏州工业园区生态工业园资源利用程度最高，苏州高新区其次，无锡新区生态工业示范园区最差。
对于第三主成分，3个园区没有很大差别，比较接近，这说明三个园区的产出指标接近，没有很明显的差别。
总排名中苏州工业园区生态工业园得分最高，无锡新区生态工业示范园区其次，苏州高新区则相对较差。
5 结论
本文基于SPSS软件平台，采用主成分分析法，分析了3个园区(无锡新区生态工业示范园区、苏州工业园区生态工业园和苏州高新区3个园区)3年(2002-2004年)共9个样本的统计数据，得出样本指标中对生态效率影响最大的3个主成分及样本主成分的排名及总排名。在此基础上，可得到生态产业共生系统生态效率评价的研究思路，对上述研究方法的进一步总结如下：
5.1 主成分统计分析系统生态效率优点分析
本文采用的主成分分析法，对于分析大量指标的生态效率，尤其是各指标之间相关性较大时，此方法仍然有很多值得可取之处，具体如下：
(1)本文采用的主成分分析法给出了一个计算生态效率的途径，这个途径不仅能够客观评价生态产业共生系统的生态效率，而且能够反映系统生态效率时间序列和空间的变化特征。
(2)通过主成分分析法，根据主成分累积贡献率的计算结果，筛选出影响生态产业共生系统生态效率的主成分，并且根据主成分矩阵，得出这些主成分和原始指标中的哪些指标强相关。
(3)可以基于主成分分析的结果，找出指标在第一主成分中特征值最大的那个指标，通过改变样本原始数据中这个指标值的大小，对比计算后的生态效率和没有改变前的生态效率的差别，再进一步分析系统的稳定性。
5.2 实践指导意义
通过3个工业园区生态效率评价结果可发现：两个生态工业园(苏州工业园区生态工业园和无锡新区生态工业示范园区)的生态效率要明显好于非生态工业园(苏州高新区)，说明建设生态工业园区对提高工业园区的生态效率有显著的效果，特别是在资源高效利用和环境污染控制方面效果尤为显著，证明生态建设对改善园区资源利用和环境状况的重要性和可行性。三者经济效益并无大的差别，一方面说明建设生态工业园、治理园区环境并未影响到园区的经济发展，通过在工业园、工业基地等区域进行试点并推广生态工业园建设，通过工业企业之间物质循环和能量梯级利用，实现资源能源的综合利用与污染的减排，使生态工业园真正为园区带来经济、社会和环境的综合效益[9]。另一方面也说明目前我国生态工业园和循环经济建设的不足，即经济效益不高，建设成本相对较大，尚未形成经济效益和生态环境效益协调发展的先进模式，这也是我国发达地区工业进一步发展所面临的瓶颈，即产业自主创新能力不强、能源缺口较大、产业发展空间受限、生态环境恶化等[10]。这些问题正是以上3个园区在发展中亟待解决的难题。
建设生态产业共生系统的目的是提高系统的运行效率和稳定性，在实现经济发展的同时，实现资源的有效利用，降污染物对环境的影响。因此，本文提出用工业生态效率来评价生态产业共生系统的效率，并在主成分分析基础上进一步研究系统的稳定性。这是本文主成分分析系统生态效率的实践指导。
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