基于主成分分析法的產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)生態(tài)效率評價研究

1004-8227(2008)06-0831-08近年來，在中國經(jīng)濟(jì)快速增長帶來的環(huán)境壓力及國際環(huán)保新思潮的影響下，國家環(huán)保部(原國家環(huán)保總局)將發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建設(shè)生態(tài)工業(yè)園區(qū)作為實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境“雙贏”的一個重要舉措，并于2006年頒布了《綜合類生態(tài)工業(yè)園區(qū)標(biāo)準(zhǔn)(試行)》。生態(tài)工業(yè)園區(qū)既是區(qū)域?qū)用嫔嫌质钱a(chǎn)業(yè)層面上發(fā)展與實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)的一種形式，也是生態(tài)產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)的一種實(shí)現(xiàn)形式。生態(tài)工業(yè)園區(qū)追求的目標(biāo)是提高生態(tài)效率，實(shí)現(xiàn)全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。因此，如何定量評價產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)的生態(tài)效率就顯得尤為重要。1生態(tài)產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)和生態(tài)效率在產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)語境下，產(chǎn)業(yè)共生是指在一定的區(qū)域內(nèi)，分屬不同產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)實(shí)體(主要是工業(yè)企業(yè)，有時也包括農(nóng)業(yè)部門、居民社區(qū)等成員)通過副產(chǎn)品交換、能量和水的逐級利用、基礎(chǔ)設(shè)施共享等方式進(jìn)行合作，形成一個“生態(tài)系統(tǒng)”，共同提高實(shí)體的生存及獲利能力，同時實(shí)現(xiàn)對資源的節(jié)約和對環(huán)境的保護(hù)。生態(tài)效率(Eco-efficiency)這個概念是世界可持續(xù)發(fā)展工商理事會(WBCSD)提出的，它被認(rèn)為是工商業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的主要途徑。WBCSD提出的定義是：生態(tài)效率要通過提供能滿足人類需要和提高生活質(zhì)量的競爭性定價商品與服務(wù)，同時使整個壽命周期的生態(tài)影響與資源強(qiáng)度逐漸降低到一個至少與地球的估計承載能力一致的水平來實(shí)現(xiàn)[1]。據(jù)此，WBCSD提出了生態(tài)效率概念的直觀表達(dá)式：產(chǎn)品或服務(wù)的價值與其帶來的環(huán)境影響(原材料、能源的使用和廢棄物的排放等)的比值[2](公式1)。諸大建提出生態(tài)效率是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的價值量(即GDP總量)和資源環(huán)境消耗的實(shí)物量比值，它表示經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境壓力的分離關(guān)系(decouplingindicators)是一國綠色競爭力的重要體現(xiàn)[3]。(1)2研究方法本文運(yùn)用SPSS軟件通過主成分分析法對生態(tài)產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)的生態(tài)效率進(jìn)行統(tǒng)計分析評價，指出系統(tǒng)生態(tài)效率統(tǒng)計分析的研究思路。采用主成分分析系統(tǒng)的生態(tài)效率的原始數(shù)據(jù)來自于江蘇蘇南發(fā)達(dá)地區(qū)3個工業(yè)園區(qū)：蘇州高新區(qū)、蘇州工業(yè)園區(qū)生態(tài)工業(yè)園和無錫新區(qū)生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)。2.1評價指標(biāo)體系的確定國內(nèi)外學(xué)者運(yùn)用生態(tài)效率理論在產(chǎn)業(yè)層次進(jìn)行了一些有意義的研究，包括效益核算、評價指標(biāo)等[4，5]。國內(nèi)相關(guān)研究則與工業(yè)園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)建設(shè)結(jié)合，進(jìn)行了重要的現(xiàn)實(shí)性研究[6～8]。本文根據(jù)生態(tài)效率理論，結(jié)合國內(nèi)外對產(chǎn)業(yè)層面生態(tài)效率評價的研究成果，并參照國家環(huán)?？偩帧毒C合類生態(tài)工業(yè)園區(qū)標(biāo)準(zhǔn)(試行)》，本著客觀準(zhǔn)確的原則，不考慮相對難以量化的園區(qū)管理評價，建立針對工業(yè)園區(qū)的生態(tài)效率評價指標(biāo)體系。該指標(biāo)體系分為總體層、系統(tǒng)層、特征層、指標(biāo)層4個等級?？傮w層：綜合表達(dá)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展能力，代表循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展總體運(yùn)行情況和效果。系統(tǒng)層：將循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)體系解析為互相聯(lián)系的4個子系統(tǒng)評價指標(biāo)體系——經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)體系、物質(zhì)資源利用指標(biāo)體系、環(huán)境污染與控制指標(biāo)體系、物質(zhì)循環(huán)利用指標(biāo)體系。特征層：描述以上4個子系統(tǒng)特征，包括數(shù)量、質(zhì)量等。指標(biāo)層：用來量化特征層的具體指標(biāo)。生態(tài)產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)的生態(tài)效率指標(biāo)體系見圖1。圖1生態(tài)產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)的生態(tài)效率指標(biāo)體系Fig.1IndexSystemofEco-efficiencyofEco-industrySymbiosisSystem2.2評價指標(biāo)的選取根據(jù)上述指標(biāo)體系，本文給出生態(tài)效率主成分分析變量層的17個指標(biāo)，具體見表1。3主成分分析根據(jù)全面性、重要性的指標(biāo)選取原則，一共選取了3個工業(yè)園(蘇州高新區(qū)、蘇州工業(yè)園區(qū)生態(tài)工業(yè)園和無錫新區(qū)生態(tài)工業(yè)示范園區(qū))每個3年(2002-2004)共9個樣本的各17個評價指標(biāo)。3.1樣本數(shù)據(jù)的無量綱化無量綱化的目的是讓不同單位指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)具有數(shù)量的可比性以及在方向上與結(jié)果的一致性。為了進(jìn)行無量綱化，首先進(jìn)行正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)分析，所謂正向指標(biāo)是指式1中和生態(tài)效率成正比的(經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展指標(biāo))，負(fù)向指標(biāo)是指和生態(tài)效率成反比的指標(biāo)(資源環(huán)境消耗指標(biāo))。分析的目的是為了使得各指標(biāo)在方向上與結(jié)果的一致性，正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)無量綱化采取的計算方法是不同的。通過無量綱化可以把所有原始指標(biāo)數(shù)據(jù)按照一定的計算方法轉(zhuǎn)化到0和1之間。根據(jù)式1，正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)分析結(jié)果如表2。對于上述正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)進(jìn)行無量綱化計算得到3個工業(yè)園每個3年共9個樣本的各17個評價指標(biāo)值無量綱化后的結(jié)果見表3。3.3相關(guān)系數(shù)矩陣計算根據(jù)上述原始指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化計算結(jié)果，經(jīng)計算各標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)矩陣見表5.3.4各主成分的貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)率由相關(guān)系數(shù)矩陣計算各個主成分的貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)率。經(jīng)計算，累積貢獻(xiàn)率和主成分矩陣分別見表6和表7。3.5樣本的排名17個指標(biāo)各主成分的特征值及主成分權(quán)重見表8，樣本在各主成分中的排名及總排名見表9。4結(jié)果分析4.1原始指標(biāo)特點(diǎn)根據(jù)表3所示，9個樣本數(shù)據(jù)對各個指標(biāo)的時間序列變化特征為：正向指標(biāo)都隨時間增大，負(fù)向指標(biāo)都隨時間減少；從3個園區(qū)各自的指標(biāo)來看，差別較大。4.2主成分累積貢獻(xiàn)率分析根據(jù)表6所示，第一主成分的貢獻(xiàn)率達(dá)到55.289％，第一主成分和第二主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到92.413％，第一主成分、第二主成分和第三主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到98.575％，因此，本文統(tǒng)計分析主成分選前三個。4.3主成分矩陣分析根據(jù)表8所示，第一主成分主要和生態(tài)環(huán)境效益指標(biāo)體系中的單位GDP廢水排放(萬t/億元)、單位GDP廢氣排放(/億元)、單位GDP工藝廢氣排放(/億元)、單位GDP固廢排放(t/億元)、單位GDP的COD排放(t/億元)、單位GDP的SO[，2]排放(t/億元)、單位GDP的煙塵排放(t/億元)這些負(fù)向指標(biāo)強(qiáng)相關(guān)。這說明第一主成分主要反映生態(tài)環(huán)境效益指標(biāo)，也就是說，在本文選取的指標(biāo)和樣本數(shù)據(jù)的下，對生態(tài)效率影響最大的第一主成分是生態(tài)環(huán)境效益指標(biāo)，它反映了生態(tài)產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)對環(huán)境的影響。第二主成分主要和單位GDP能耗(噸標(biāo)煤/萬元)、單位GDP水耗(/萬元)、固定資產(chǎn)投資(億元/年)、固廢綜合利用率(％)這4個正向指標(biāo)強(qiáng)相關(guān)，這說明第二主成分主要和反映生態(tài)產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)資源消耗的指標(biāo)強(qiáng)相關(guān)，它反映了生態(tài)產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)對生態(tài)效率影響其次的第二主成分是資源利用指標(biāo)。第三主成分主要和人均GDP(萬元/人)和單位面積GDP(億元/k)強(qiáng)相關(guān)，按照經(jīng)驗分析，這說明第三主成分主要反映生態(tài)產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)的產(chǎn)出。4.4樣本主成分排名及總排名分析根據(jù)表9所示，對于第一主成分，無錫新區(qū)生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)最好(>0)，蘇州工業(yè)園生態(tài)工業(yè)園其次(>0)，蘇州高新區(qū)最差(<0)，這里所說的最好與最差都是相對它們自身的平均值而言；這說明無錫新區(qū)生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)的生態(tài)環(huán)境效益指標(biāo)在3園區(qū)中最優(yōu)，蘇州工業(yè)園區(qū)生態(tài)工業(yè)園其次，蘇州高新區(qū)最差。對于第二主成分，蘇州工業(yè)園區(qū)生態(tài)工業(yè)園最好(>0)，蘇州高新區(qū)其次(>0)，無錫新區(qū)生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)最差(<0)；這說明蘇州工業(yè)園區(qū)生態(tài)工業(yè)園資源利用程度最高，蘇州高新區(qū)其次，無錫新區(qū)生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)最差。對于第三主成分，3個園區(qū)沒有很大差別，比較接近，這說明三個園區(qū)的產(chǎn)出指標(biāo)接近，沒有很明顯的差別。總排名中蘇州工業(yè)園區(qū)生態(tài)工業(yè)園得分最高，無錫新區(qū)生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)其次，蘇州高新區(qū)則相對較差。5結(jié)論本文基于SPSS軟件平臺，采用主成分分析法，分析了3個園區(qū)(無錫新區(qū)生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)、蘇州工業(yè)園區(qū)生態(tài)工業(yè)園和蘇州高新區(qū)3個園區(qū))3年(2002-2004年)共9個樣本的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，得出樣本指標(biāo)中對生態(tài)效率影響最大的3個主成分及樣本主成分的排名及總排名。在此基礎(chǔ)上，可得到生態(tài)產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)生態(tài)效率評價的研究思路，對上述研究方法的進(jìn)一步總結(jié)如下：5.1主成分統(tǒng)計分析系統(tǒng)生態(tài)效率優(yōu)點(diǎn)分析本文采用的主成分分析法，對于分析大量指標(biāo)的生態(tài)效率，尤其是各指標(biāo)之間相關(guān)性較大時，此方法仍然有很多值得可取之處，具體如下：(1)本文采用的主成分分析法給出了一個計算生態(tài)效率的途徑，這個途徑不僅能夠客觀評價生態(tài)產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)的生態(tài)效率，而且能夠反映系統(tǒng)生態(tài)效率時間序列和空間的變化特征。(2)通過主成分分析法，根據(jù)主成分累積貢獻(xiàn)率的計算結(jié)果，篩選出影響生態(tài)產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)生態(tài)效率的主成分，并且根據(jù)主成分矩陣，得出這些主成分和原始指標(biāo)中的哪些指標(biāo)強(qiáng)相關(guān)。(3)可以基于主成分分析的結(jié)果，找出指標(biāo)在第一主成分中特征值最大的那個指標(biāo)，通過改變樣本原始數(shù)據(jù)中這個指標(biāo)值的大小，對比計算后的生態(tài)效率和沒有改變前的生態(tài)效率的差別，再進(jìn)一步分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。5.2實(shí)踐指導(dǎo)意義通過3個工業(yè)園區(qū)生態(tài)效率評價結(jié)果可發(fā)現(xiàn)：兩個生態(tài)工業(yè)園(蘇州工業(yè)園區(qū)生態(tài)工業(yè)園和無錫新區(qū)生態(tài)工業(yè)示范園區(qū))的生態(tài)效率要明顯好于非生態(tài)工業(yè)園(蘇州高新區(qū))，說明建設(shè)生態(tài)工業(yè)園區(qū)對提高工業(yè)園區(qū)的生態(tài)效率有顯著的效果，特別是在資源高效利用和環(huán)境污染控制方面效果尤為顯著，證明生態(tài)建設(shè)對改善園區(qū)資源利用和環(huán)境狀況的重要性和可行性。三者經(jīng)濟(jì)效益并無大的差別，一方面說明建設(shè)生態(tài)工業(yè)園、治理園區(qū)環(huán)境并未影響到園區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，通過在工業(yè)園、工業(yè)基地等區(qū)域進(jìn)行試點(diǎn)并推廣生態(tài)工業(yè)園建設(shè)，通過工業(yè)企業(yè)之間物質(zhì)循環(huán)和能量梯級利用，實(shí)現(xiàn)資源能源的綜合利用與污染的減排，使生態(tài)工業(yè)園真正為園區(qū)帶來經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境的綜合效益[9]。另一方面也說明目前我國生態(tài)工業(yè)園和循環(huán)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不足，即經(jīng)濟(jì)效益不高，建設(shè)成本相對較大，尚未形成經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益協(xié)調(diào)發(fā)展的先進(jìn)模式，這也是我國發(fā)達(dá)地區(qū)工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展