胡 科, 劉曉磊, 魏希文, Nath Reshmita, 崔雪鋒,*

1 西北師范大學地理與環(huán)境科學學院，蘭州 730070 2 北京師范大學全球變化與地球系統(tǒng)科學研究院地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室，北京 100875 3 中國科學院大氣物理研究所季風系統(tǒng)研究中心，北京 100029

應用生態(tài)網(wǎng)絡分析方法評價中國經(jīng)濟系統(tǒng)的可持續(xù)性

胡 科1,2, 劉曉磊2, 魏希文2, Nath Reshmita3, 崔雪鋒2,*

1 西北師范大學地理與環(huán)境科學學院，蘭州 730070 2 北京師范大學全球變化與地球系統(tǒng)科學研究院地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室，北京 100875 3 中國科學院大氣物理研究所季風系統(tǒng)研究中心，北京 100029

將生態(tài)網(wǎng)絡分析方法應用于中國經(jīng)濟系統(tǒng)的可持續(xù)性分析。依據(jù)1987—2010年的投入產(chǎn)出數(shù)據(jù),構(gòu)建中國經(jīng)濟系統(tǒng)的貨幣網(wǎng)絡流,用生態(tài)網(wǎng)絡指標量化經(jīng)濟系統(tǒng)的網(wǎng)絡特征和變化情況,探討中國經(jīng)濟系統(tǒng)中增長與發(fā)展的變化及其可持續(xù)性。主要結(jié)論有：(1)1987—2010年間中國經(jīng)濟系統(tǒng)的總吞吐量呈指數(shù)增長趨勢,網(wǎng)絡規(guī)模不斷增長。(2)1987—2010年間中國經(jīng)濟的系統(tǒng)效率在波動中呈增加趨勢,但增長幅度較小。從長期階段看,1997—2010年間的系統(tǒng)效率和組織能力比1987—1995年間有明顯提高,表明經(jīng)濟系統(tǒng)在后期獲得了一定程度的發(fā)展。但系統(tǒng)效率在2002年達到高點后呈現(xiàn)下降趨勢。(3)1987—2010年間中國經(jīng)濟系統(tǒng)的上升性和發(fā)展能力都在持續(xù)提高,但主要來自規(guī)模增長。增長和發(fā)展的量化結(jié)果表明,1987—2010年間中國經(jīng)濟系統(tǒng)上升性的提高,90%來自總吞吐量(增長),只有10%來自效率改進(發(fā)展)。(4)1987—2010年間的中國經(jīng)濟系統(tǒng)的α平均值為0.138,遠小于0.37或0.33的可持續(xù)性最優(yōu)平衡點,系統(tǒng)處于缺乏效率的不可持續(xù)的狀態(tài)。要提高經(jīng)濟系統(tǒng)的可持續(xù)性,需要提高經(jīng)濟系統(tǒng)的效率(結(jié)構(gòu))和組織能力。

生態(tài)網(wǎng)絡分析；中國經(jīng)濟系統(tǒng)；增長；發(fā)展；可持續(xù)性

定量測度發(fā)展的可持續(xù)性狀態(tài)的可持續(xù)發(fā)展評估研究就成為可持續(xù)發(fā)展研究的重要內(nèi)容之一[1]。目前可持續(xù)發(fā)展的評價方法主要有：(1)建立可持續(xù)發(fā)展評價指標體系,根據(jù)指標得分和權(quán)重量化區(qū)域的可持續(xù)性。但指標體系的建立和指標權(quán)重的確定通常具有較強的主觀性,且指標體系中的每一個指標與可持續(xù)性的內(nèi)在聯(lián)系解釋的不充分[2]。(2)生態(tài)足跡方法,該方法通過計算人類活動的生態(tài)足跡與土地的生態(tài)承載力,判斷一個區(qū)域是否處于可持續(xù)發(fā)展的狀態(tài),或者通過趨勢分析告訴人們是接近或者遠離了可持續(xù)發(fā)展的目標。但忽略了開放系統(tǒng)下的區(qū)域的生態(tài)差異[3]和人類資本對經(jīng)濟的貢獻[4],其實質(zhì)仍屬于承載力的范疇。(3)能值分析法,該方法將區(qū)域的各種能量轉(zhuǎn)換為同一標準的太陽能值來衡量和分析生區(qū)域環(huán)境的可持續(xù)狀況,同時考慮了人類活動和自然環(huán)境對發(fā)展的貢獻。但未能從根本上解決方法體系中核心的能值轉(zhuǎn)化率的確定問題,其轉(zhuǎn)化率的確定受人為影響較大,沒有考慮到環(huán)境的影響因素[5]。可見,這些可持續(xù)發(fā)展評價方法都存在著某些方面的不足,而且都未能澄清增長與發(fā)展之間關系。

經(jīng)濟發(fā)展不同于經(jīng)濟增長。增長是指用以維持商品的生產(chǎn)和消費的經(jīng)濟活動的物質(zhì)/能量流量在物理規(guī)模上的加劇；而來源于技術(shù)知識的改善或是對目標的更深理解,由既定流量規(guī)模構(gòu)成的使用中的性能改善,才被稱之為發(fā)展[6]；二者并不一致但都與經(jīng)濟系統(tǒng)的可持續(xù)性密切相關。因此,經(jīng)濟系統(tǒng)的可持續(xù)性評價,需辨明經(jīng)濟系統(tǒng)中的增長、發(fā)展以及可持續(xù)性的相互關系。然而,傳統(tǒng)的GDP/GNP指標以及目前的可持續(xù)發(fā)展評價指標尚無法澄清經(jīng)濟增長與發(fā)展之間的關系。

生態(tài)網(wǎng)絡分析(Ecological Network Analysis,ENA)方法可以量化生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部各組分之間聯(lián)系方式、作用關系[7-10],定量辨識生態(tài)系統(tǒng)中的增長與發(fā)展之間的關系[11-12],已廣泛應用于生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、健康性、系統(tǒng)效率和可持續(xù)性評價,并逐漸應用于城市代謝系統(tǒng)、產(chǎn)業(yè)模式、景觀生態(tài)、流域水資源系統(tǒng)評價[13]。近年來有研究指向生態(tài)網(wǎng)絡分析在經(jīng)濟系統(tǒng)應用的理論探討和實證分析。Templet[14]選取了6個發(fā)達國家和6個發(fā)展中國家,用經(jīng)濟部門間的能源網(wǎng)絡來測度這12個國家經(jīng)濟系統(tǒng)的多樣性指數(shù)、能源吞吐量和發(fā)展能力等指標,并將這三項指標的變化趨勢與國民生產(chǎn)總值(GNP)變化趨勢進行對比。認為在1971—1988年間發(fā)展中國家的經(jīng)濟系統(tǒng)的多樣性增長較少或呈負增長趨勢,而能源吞吐量和發(fā)展能力增長較快；發(fā)達國家的情況則比較復雜,在不同的階段和不同的國家呈現(xiàn)出不同的變化趨勢。GNP的增長趨勢與發(fā)展能力的增長趨勢具有相關性,發(fā)展中國家的能源吞吐量對發(fā)展能力的貢獻較大,發(fā)達國家的能源吞吐量對發(fā)展能力的貢獻較少。Goerner等[15]討論了網(wǎng)絡分析方法在量化經(jīng)濟發(fā)展方面的應用性,認為類似的能量概念和網(wǎng)絡分析的方法可以適用于所有的物質(zhì)-能量-信息流系統(tǒng),系統(tǒng)科學的長期觀察和有關自組織系統(tǒng)的研究也同樣證實了系統(tǒng)的行為模式和發(fā)展動力學表現(xiàn)出強烈的相似之處。并指出傳統(tǒng)的經(jīng)濟測量指標(如GNP)并不能測度經(jīng)濟的健康狀況,而網(wǎng)絡分析法可以有效識別出經(jīng)濟泡沫,這種量化經(jīng)濟發(fā)展的方法有助于了解長期的經(jīng)濟健康和優(yōu)化市場功能。Kharrazi等[16]分析了6種經(jīng)濟資源的貿(mào)易網(wǎng)絡,包括227個國家58種商品的虛擬水貿(mào)易、137個國家的石油貿(mào)易、全球的商品貿(mào)易、經(jīng)合組織-金磚四國的商品貿(mào)易、經(jīng)合組織-金磚四國的外國直接投資、199個國家的鋼鐵貿(mào)易。得出的6種經(jīng)濟資源貿(mào)易網(wǎng)絡的效率與冗余的平衡值,均比自然生態(tài)系統(tǒng)的最優(yōu)平衡值小,原因是經(jīng)濟資源網(wǎng)絡的發(fā)展能力在持續(xù)提高,為系統(tǒng)提供了更多剩余。國內(nèi)黃茄莉和徐中民[17-18]研究了甘肅省經(jīng)濟系統(tǒng)1987—1995年間的上升性和發(fā)展能力的發(fā)展趨勢；用經(jīng)濟系統(tǒng)的貨幣網(wǎng)絡流評價了北京市經(jīng)濟系統(tǒng)1985—2005的上升性、恢復力和可持續(xù)性的變化趨勢,以及各經(jīng)濟部門對上升性的貢獻程度。肖強等人[19]測算了重慶市經(jīng)濟系統(tǒng)1990—2006年的上升性發(fā)展趨勢,并將其與能源消費量和污染排放量進行了時間序列分析。

本文應用生態(tài)網(wǎng)絡分析方法評價1987—2010年間中國經(jīng)濟系統(tǒng)的增長與發(fā)展情況及其可持續(xù)性。下面,首先構(gòu)建經(jīng)濟系統(tǒng)的貨幣網(wǎng)絡流,然后用生態(tài)網(wǎng)絡指標量化中國經(jīng)濟網(wǎng)絡的特征及其變化情況,最后分析經(jīng)濟系統(tǒng)的規(guī)模、效率的變化情況及其可持續(xù)性狀態(tài)。

1 中國經(jīng)濟系統(tǒng)的網(wǎng)絡分析

1.1 數(shù)據(jù)來源

建立中國經(jīng)濟貨幣網(wǎng)絡的流量數(shù)據(jù)來自中國1987、1990、1992、1995、1997、2000、2002、2005、2007、2010年10期投入產(chǎn)出表,數(shù)據(jù)來源于中國統(tǒng)計年鑒。由于不同年份投入產(chǎn)出表的經(jīng)濟部門分類有所不同,為了統(tǒng)一口徑和便于分析,根據(jù)行業(yè)特征對不同年份的投入產(chǎn)出表進行部門合并,共分為農(nóng)業(yè)、工業(yè)、建筑業(yè)、運輸郵電、商業(yè)飲食、其他服務業(yè)6類。另外,由于我國1987—1995年的投入產(chǎn)出表中沒有區(qū)分各部門的進口和出口,而是將其合并為凈出口一項。為了得到1987—1995年各部門的進出口數(shù)據(jù),我們參照李強和薛天棟[20]各產(chǎn)業(yè)進口和出口的比率,結(jié)合對應年份的凈出口數(shù)據(jù),得到1987—1995年各部門的出口和進口數(shù)據(jù)。

1.2 經(jīng)濟貨幣網(wǎng)絡的構(gòu)建

用生態(tài)網(wǎng)絡分析中的輸入、輸出、內(nèi)部流動、耗散四類流[21],分別與投入產(chǎn)出表中各部門的進口、出口、部門流量矩陣、最終使用(剔除出口)對應,用網(wǎng)絡中的結(jié)點代表各個部門,流量代表部門之間的價值轉(zhuǎn)移,獲得中國經(jīng)濟系統(tǒng)的六部門貨幣網(wǎng)絡(圖1)。

圖1 2010年中國經(jīng)濟系統(tǒng)6部門貨幣網(wǎng)絡流(億元)Fig.1 Currency network flows among six sectors of China economic system in 2010 (×108 yuan)實線直線箭頭表示部門間流入流出,實線彎曲箭頭表示部門對自身的投入,向外的虛線箭頭表示部門的出口,向內(nèi)的虛線箭頭部門進口,向外的點線箭頭表示部門的最終使用(剔除出口部分)

1.3 網(wǎng)絡的增長

生態(tài)網(wǎng)絡分析中,增長被定義為系統(tǒng)規(guī)模的增加或擴張,表現(xiàn)為系統(tǒng)空間范圍的擴張或網(wǎng)絡媒介流量(物質(zhì)-能量-信息)的增加[11],常用系統(tǒng)總吞吐量(Total System Throughput,TST)指標來衡量。

(1)

式中,TST為系統(tǒng)總吞吐量指標,它是系統(tǒng)中各類媒介流量(物質(zhì)-能量-信息)的總和,用來表征系統(tǒng)網(wǎng)絡的總體規(guī)模和活動量。

根據(jù)式1計算得出1987—2010年中國經(jīng)濟系統(tǒng)的TST(表1)。計算時,為了排除貨幣網(wǎng)絡的價格因素影響,我們將不同年份的TST統(tǒng)一調(diào)整為1987年的不變價格。

1.4 網(wǎng)絡的發(fā)展

生態(tài)網(wǎng)絡分析中的發(fā)展被定義為系統(tǒng)組織和結(jié)構(gòu)功能的增強,是獨立于系統(tǒng)規(guī)模的成分[11],用系統(tǒng)的平均相互信息(AverageMutualInformation,AMI)指標衡量。

信息是不確定性的降低。假設事件i發(fā)生的概率為p(i),發(fā)生的不確定性為hi,則hi= -klogp(i)。整個系統(tǒng)的不確定性可以表示為式2。在網(wǎng)絡分析中,hi表征事件發(fā)生變化的潛力,事件發(fā)生的概率越大,發(fā)生變化的潛力越??；H表示整個系統(tǒng)經(jīng)歷變化的總能力,被定義為多樣性(Diversity)；k為信息變量單位,k的數(shù)值依據(jù)公式中對數(shù)的底數(shù)確定,如果對數(shù)的底數(shù)為2,則k為1比特(Bit),如果取自然對數(shù),則k是1奈特(Nat)。

(2)

若已獲知事件i發(fā)生的不確定性和事件j發(fā)生時事件i發(fā)生的不確定性,則可以求出由j引起的i不確定性的降低,即j帶給i的信息?？杀硎緸槭?。

(3)

由式3可知,事件j帶給i的信息與事件i帶給j的信息是相互一致的。因此,可以認為式3是事件i和j提供給彼此的相互信息。整個系統(tǒng)的平均相互信息(AMI)可以表示為式4。

(4)

(5)

(6)

式中,H為系統(tǒng)的多樣性指數(shù),AMI為系統(tǒng)的平均相互信息。根據(jù)對數(shù)函數(shù)的凸性可知,H≥AMI≥0,即多樣性指數(shù)是平均相互信息的上限。系統(tǒng)的AMI是H中的有效部分,AMI通過結(jié)構(gòu)約束,提高系統(tǒng)效率。系統(tǒng)越有序、規(guī)則,表示系統(tǒng)的效率越高效、連貫。AMI的值越高,表示系統(tǒng)的媒介流量受到的結(jié)構(gòu)約束越強,這樣的系統(tǒng)稱為高度組織化的。等量的媒介流量在比較確定的網(wǎng)絡連接中傳輸所帶來的效率,要高于其在不確定的網(wǎng)絡連接中的傳輸效率,系統(tǒng)AMI的提高意味著組織能力的提高,故AMI的提高被視為系統(tǒng)的發(fā)展。

根據(jù)式5和式6,分別計算得出中國經(jīng)濟系統(tǒng)網(wǎng)絡在1987—2010年間的系統(tǒng)多樣性指數(shù)(H)和平均相互信息(AMI)的變化情況(表1)。

2.5 網(wǎng)絡的上升性、恢復力與發(fā)展能力

系統(tǒng)總吞吐量(TST)與平均相互信息(AMI)的乘積被定義為上升性(Ascendency,A)[11](式7),用來表征系統(tǒng)的發(fā)展程度。上升性指標綜合了系統(tǒng)總吞吐量(增長)和平均相互信息(發(fā)展)的共同作用,它是系統(tǒng)中受到結(jié)構(gòu)約束的規(guī)模部分,衡量系統(tǒng)中的有效部分。

(7)

系統(tǒng)總吞吐量(TST)和多樣性指數(shù)(H)的乘積被定義為系統(tǒng)的發(fā)展能力(Development Capacity,C)[11](式8),它是上升性(A)的上限。因為存在H≥AMI≥0,故存在C≥A≥0。

(8)

系統(tǒng)的發(fā)展能力(C)與上升性(A)的差值為系統(tǒng)冗余量,表征系統(tǒng)的無序部分。定義為系統(tǒng)的恢復力(Resilience,R)[22](式9)。

R=C-A

(9)

式中,A、R、C分別代表系統(tǒng)的上升性、恢復力和發(fā)展能力。在系統(tǒng)演進的過程中,系統(tǒng)的上升性和恢復力是相互對立的作用力,上升性使系統(tǒng)向更加有效率的方向發(fā)展,而恢復力使系統(tǒng)向更加無效率的方向發(fā)展。系統(tǒng)的上升性過低、恢復力過高,則意味著系統(tǒng)較為無序,結(jié)構(gòu)約束不強(效率低),缺乏擴張的活力和生存所需的自組織能力,發(fā)展會趨于停滯甚至衰退；如果系統(tǒng)的效率(上升性)過高、恢復力過低,則系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)約束太強,系統(tǒng)會比較脆弱,輕微擾動便會引起系統(tǒng)的崩潰。從整體的角度來看,只有系統(tǒng)的效率(上升性)和恢復力之間維持一個合理的平衡,系統(tǒng)才能持續(xù)下去,即只有當上升性與恢復力平衡在合理范圍內(nèi),系統(tǒng)才是可持續(xù)的。系統(tǒng)離這一平衡點越遠,可持續(xù)性越弱。因此,可通過比較上升性和恢復力的比例關系及其變化情況,可以判斷系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展狀態(tài)。

根據(jù)式7—9,分別計算得出中國經(jīng)濟網(wǎng)絡1987—2010年間上升性(A)、發(fā)展能力(C)、恢復力(R)的變化情況(表1)。

表1 中國6部門經(jīng)濟系統(tǒng)的生態(tài)網(wǎng)絡分析指標

2.6 網(wǎng)絡中增長與發(fā)展的量化

若V=xy,且x和y對V的影響程度相同。則x和y對△V的貢獻率可由式10獲得。

(10)

前已述及,系統(tǒng)的上升性(A)受總吞吐量(TST)和平均相互信息(AMI)的共同作用,有A=TST·AMI,假設TST和AMI對A具有相同的影響程度[23],則根據(jù)1987—2010年的TST、AMI和A的值可求的中國經(jīng)濟系統(tǒng)各時間段TST和AMI對A的貢獻率(表2)。

表2 增長和發(fā)展對中國經(jīng)濟系統(tǒng)的貢獻率/%

2 中國經(jīng)濟網(wǎng)絡特征與可持續(xù)性分析

2.1 系統(tǒng)總吞吐量與增長

圖2 中國經(jīng)濟系統(tǒng)1987—2010年的總吞吐量變化曲線 Fig.2 TST trend line of six sectors network of China economic system, between 1987 to 2010

圖3 中國經(jīng)濟系統(tǒng)1987—2010年的AMI變化情況 Fig.3 AMI of six sectors network of China economic system, between 1987 to 2010

圖2顯示了1987—2010年間中國經(jīng)濟系統(tǒng)的不變價格總吞吐量(TST)的變化趨勢。中國經(jīng)濟系統(tǒng)的TST不斷增長,由1987年的25667億元/a增長到2010年的412879億元/年(1987年不變價格),從生態(tài)網(wǎng)絡分析的角度看,中國經(jīng)濟系統(tǒng)規(guī)模在不斷增長。假設系統(tǒng)的TST按指數(shù)趨勢增長,則該時期TST的年均增長速度高達12.84%。這與Templet[14]的研究結(jié)論相符,Templet用6個發(fā)展中國家和6個發(fā)達國家的經(jīng)濟部門間的能源網(wǎng)絡進行對比研究,發(fā)現(xiàn)發(fā)展中國家網(wǎng)絡的TST都增長較快,與GNP增速有明顯的相關性。

2.2 平均相互信息與發(fā)展

圖3顯示了1987—2010年中國經(jīng)濟系統(tǒng)的平均相互信息(AMI)變化趨勢。整體來看,中國經(jīng)濟系統(tǒng)的AMI在波動中增加,但增長趨勢不明顯。大體分為兩個階段：第一階段為1987—1995年AMI值較低的階段,AMI平均值為0.227；第二階段為1997—2010年AMI值較高的階段,AMI平均值提高到了0.311。從生態(tài)網(wǎng)絡分析的角度來看,系統(tǒng)AMI的提高意味著系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(效率)和組織能力越高。表明中國經(jīng)濟在1997—2010年間的系統(tǒng)效率要高于1987—1995年間的系統(tǒng)效率,從長期來看,經(jīng)濟系統(tǒng)獲得了一定的發(fā)展。但系統(tǒng)效率的增長趨勢不明顯,遠小于系統(tǒng)總吞吐量的增長速度。

AMI的低點出現(xiàn)在1990—1992年,表明當時的中國經(jīng)濟效率較低,這與20世紀90年代初的亞洲經(jīng)濟衰退相吻合。AMI的高點出現(xiàn)在2002年,表明當年的經(jīng)濟效率較高,這與2001、2002年中國經(jīng)濟出現(xiàn)的效率提高與“有效降價”現(xiàn)象[24]相吻合。

值的注意的是AMI在2002年達到高點(0.337)后出現(xiàn)了下降趨勢,表明中國經(jīng)濟系統(tǒng)的效率在2002年以后有所下降。這與2002年前后中國經(jīng)濟需求結(jié)構(gòu)發(fā)生的劇烈變化相一致。2002年以前拉動中國經(jīng)濟增長的最終需求順序為：消費-投資-出口,隨著加入WTO以后進出口貿(mào)易的快速增長,2002年以后最終需求順序急劇變?yōu)椋撼隹?投資-消費?？梢?002年以后出口對經(jīng)濟的帶動顯著加強,而出口中有一半左右是“兩頭在外”型的加工出口貿(mào)易[25]。這種加工出口貿(mào)易的發(fā)展增加了經(jīng)濟網(wǎng)絡的吞吐量(增長),但其在國內(nèi)階段的技術(shù)含量低、屬于粗放型增長產(chǎn)業(yè),這對中國經(jīng)濟系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)(效率)造成了影響。從生態(tài)網(wǎng)絡分析的角度而言,盡管中國經(jīng)濟自2002年以后仍保持了較高水平的經(jīng)濟增長趨勢,但經(jīng)濟系統(tǒng)效率并沒有顯著提高,系統(tǒng)的組織能力并未得到發(fā)展。

2.3 可持續(xù)性分析

圖4表明1987—2010年間中國經(jīng)濟系統(tǒng)的上升性(A)和發(fā)展能力(C)的都呈現(xiàn)出持續(xù)提高的變化趨勢,表明中國經(jīng)濟系統(tǒng)的發(fā)展程度和發(fā)展能力都在快速增加。但由系統(tǒng)總吞吐量(TST)、平均相互信息(AMI)和多樣性指數(shù)(H)的變化幅度來看(表1),上升性和發(fā)展能力的提高主要是由系統(tǒng)總吞吐量的增加引起的,結(jié)構(gòu)(效率)改進的作用較小。通過分離系統(tǒng)總吞吐量(增長)和平均相互信息(發(fā)展)對上升性的貢獻率可知：1987—2010年間中國經(jīng)濟系統(tǒng)上升性的提高,90%來自總吞吐量的增加,只有10%來自效率改進(表2)。

這與Templet[13]的研究結(jié)論相符,Templet對6個發(fā)展中國家和6個發(fā)達國家的能源網(wǎng)絡進行的對比研究表明,發(fā)展中國家的發(fā)展能力(C)的提高主要來自系統(tǒng)總吞吐量(TST),系統(tǒng)多樣性指數(shù)(H)的增長較少或呈負增長；發(fā)達國家的系統(tǒng)吞吐量(TST)對發(fā)展能力(C)的貢獻較少。

前已述及,通過比較上升性(A)和恢復力(R)的比例關系及其變化情況,可以判斷系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展狀態(tài)。但是由于A和R比值可以在負值(R為負)和無窮大值(R極小)之間,不便于判斷分析,因此通常用上升性(A)與發(fā)展能力(C)的比值α=(A/C)的來判斷系統(tǒng)的可持續(xù)性狀況。圖4表明1987—2010年間中國經(jīng)濟系統(tǒng)的α值在整體上在波動中呈增加趨勢,但增長幅度較小,從1987年的0.126增加到2010年的0.152,1987—2010年間的α平均值為0.138。

Ulanowicz[22]得出在自然生態(tài)系統(tǒng)中,上升性與恢復力比例在0.85是系統(tǒng)可持續(xù)性的最優(yōu)平衡點,即α的最優(yōu)值為0.4596。但是經(jīng)濟系統(tǒng)網(wǎng)絡(受人類影響的網(wǎng)絡)要比自然生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡復雜的多,例如在經(jīng)濟系統(tǒng)網(wǎng)絡中,貨幣流(及其隱含的物質(zhì)-能量-信息流)可以在網(wǎng)絡分室(節(jié)點)間雙向流動,而自然生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈結(jié)構(gòu)通常是兔吃草、狼吃兔的單項物質(zhì)能量流動。Lietaer[26]等認為復雜網(wǎng)絡流的最優(yōu)狀態(tài)下恢復力幾乎是效率的兩倍,即α的最優(yōu)值為0.33,Morris[27]等認為大量賦予權(quán)重的隨機網(wǎng)絡的穩(wěn)定子集最優(yōu)值逼近1/e的漸近線,即α的最優(yōu)值為0.37。在實證方面,Kharrazi等[16]得出全球227國虛擬水貿(mào)易網(wǎng)絡在1896—2001年間的α平均值為0.181,全球137國石油貿(mào)易網(wǎng)絡在2007—2001年間的α平均值為0.199,全球199國鋼鐵貿(mào)易網(wǎng)絡在1962—2011年間α平均值為0.127。

無論從那種角度來看,中國經(jīng)濟系統(tǒng)的α平均值(0.138)都相對較低,遠小于0.37(或0.33)的理論可持續(xù)性最優(yōu)平衡點,也低于全球虛擬水貿(mào)易的α平均值和石油貿(mào)易的α平均值,僅比全球鋼鐵貿(mào)易的α平均值略高,且全球鋼鐵貿(mào)易網(wǎng)絡α平均值的時間跨度為1962—2011(時間跨度拉低了平均值)。從網(wǎng)絡分析的角度看,中國經(jīng)濟系統(tǒng)的α值過小,意味著系統(tǒng)較為無序、結(jié)構(gòu)約束不強、效率過低,缺乏擴張的活力和生存所需的自組織能力,這樣的系統(tǒng)處于不可持續(xù)狀態(tài)。要提高系統(tǒng)的可持續(xù)性,需要提高經(jīng)濟系統(tǒng)的效率(結(jié)構(gòu))和組織能力。

3 結(jié)論

本文簡要介紹了生態(tài)網(wǎng)絡分析方法在經(jīng)濟領域的應用,構(gòu)建了中國經(jīng)濟系統(tǒng)的貨幣網(wǎng)絡流,通過計算系統(tǒng)總吞吐量、平均相互信息、上升性、發(fā)展能力等網(wǎng)絡指標,明確了中國經(jīng)濟的規(guī)模(增長)和效率(發(fā)展)的變化趨勢,量化了增長和發(fā)展各自對系統(tǒng)上升性的貢獻,討論了中國經(jīng)濟系統(tǒng)的可持續(xù)性狀態(tài)。主要結(jié)論有：

(1)1987—2010年間中國經(jīng)濟系統(tǒng)的總吞吐量(不變價格)不斷增大,呈顯著的指數(shù)增長態(tài)勢,表明中國的經(jīng)濟系統(tǒng)的規(guī)模在快速增長。

(2)1987—2010年間中國經(jīng)濟系統(tǒng)的平均相互信息在波動中有所上升,但趨勢不明顯,遠小于總吞吐量的變化幅度。表明中國經(jīng)濟效率的提高速度遠小于經(jīng)濟規(guī)模的增長速度。

從長期階段來看,1997—2010年間的平均相互信息相比1987—1995年間有所提高,表明中國經(jīng)濟系統(tǒng)的效率(結(jié)構(gòu))和組織能力有所提高,中國的經(jīng)濟系統(tǒng)在后期獲得了一定的發(fā)展。

(3)中國經(jīng)濟系統(tǒng)的總吞吐量持續(xù)增長的同時,平均相互信息卻在2002年達到高點后出現(xiàn)了下降趨勢。表明盡管中國經(jīng)濟自2002年以后仍保持了較高水平的增長趨勢,但經(jīng)濟系統(tǒng)效率并沒有顯著提高,系統(tǒng)的組織能力并未得到發(fā)展。

(4)1987—2010年間中國經(jīng)濟系統(tǒng)的上升性和發(fā)展能力的都呈現(xiàn)出指數(shù)增長趨勢,表明中國經(jīng)濟系統(tǒng)的發(fā)展程度和發(fā)展能力都在提高。但主要源于系統(tǒng)總吞吐量的增加,而結(jié)構(gòu)(效率)改進的作用較小。增長和發(fā)展的量化結(jié)果表明,1987—2010年間中國經(jīng)濟系統(tǒng)上升性的提高,90%來自總吞吐量(增長),只有10%來自效率改進(發(fā)展)。

(5)中國經(jīng)濟系統(tǒng)的α值從1987年的0.126增加到2010年的0.152,整體上呈增加趨勢,但增長幅度較小。1987—2010年間的α平均值為0.138,遠小于0.37(或0.33)可持續(xù)性最優(yōu)平衡點。表明中國經(jīng)濟系統(tǒng)缺乏效率,處于不可持續(xù)的狀態(tài)。要提高經(jīng)濟系統(tǒng)的可持續(xù)性,需要提高經(jīng)濟系統(tǒng)的效率(結(jié)構(gòu))和組織能力。

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Quantifying the economic sustainability of China: an ecological network analysis approach

HU Ke1,2, LIU Xiaolei2, WEI Xiwen2, Nath Reshmita3, CUI Xuefeng2,*

1CollegeofGeographyandEnvironmentScience,NorthwestNormalUniversity,Lanzhou730070,China2StateKeyLaboratoryofEarthSurfaceProcessesandResourceEcology,CollegeofGlobalChangeandEarthSystemScience,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China3CenterforMonsoonSystemResearch,InstituteofAtmosphericPhysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100029,China

The term economic development is quite different from the economic growth, but both are closely related to the economic sustainability. Therefore, the quantification of growth and development is extremely important to assess the sustainable development of a country′s economy. In this paper, we quantify the growth, development, and sustainability of Chinese economy by employing the Ecological Network Analysis (ENA) approach. This has been widely used to address the sustainability of ecological system, and subsequently being adopted in economic system for analysis and case study. In the case of China, using input-output table data, the economic system can be represented by a six sector currency network flow. The ENA indicators of the network are calculated from 1987 to 2010, to address the features and trends of growth, development, and sustainability of the Chinese economic system. The results show that, the Total System Throughput (TST) of the network grows exponentially from 1987 to 2010, which implies that the Chinese economic system grows rapidly from 1987 to 2010. During the same period, the trend in the efficiency of economic system is rather complex, by smaller degree of increase with fluctuations. From the perspective of later decade, the efficiency during 1997—2010 is certainly higher than the efficiency during 1987—1995. This implies that the Chinese economic system has obtained some degree of development in the latter half of our analysis. Contrastingly, the efficiency exhibits a declining trend from 2002 onwards, which needs to be paid special attention. Both the Ascendency (A) and the Development Capacity (C) of Chinese economic system continued to improve from 1987 to 2010, which is primarily due to the rapid growth of the TST in the same period. TST, contributes atleast 90% to the Chinese economic system between 1987 and 2010, whereas, the contribution of the efficiency is only 10% during the same period. This implies that growth and development attribute 90% and 10% to the Chinese economic system between 1987 and 2010, respectively. The average value of the Chinese economic system i.e.αis 0.138 during 1987—2010, which is far less than the Sustainability Optimal Value of 0.37 (or 0.33). This is indicative to the fact that the Chinese economic system is in unsustainable condition, and that is due to lack of efficiency. In order to improve the sustainability of the economic system, some measures need to be taken to improve the efficiency and organization of the economic system.In the six sectors currency network of China, the TST indicator exhibits more or less similar trend with the GDP of China. Average Mutual Information (AMI) indicator′ change trend is also in accord with the reality change of the Chinese economy. But the averageαvalue of the network during 1987—2010 is just 0.138 and that is much lower than the Sustainability Optimal Value of 0.37. This is from the observation in the theoretical experiments, and is uncertain whether this value suits appropriately to the economic system or not. Even through, we know that the Chinese currency network averageαvalue (0.138) is lower than the global virtual water trade network (0.181) and the global petroleum trade network (0.199) averageαvalue during 1896—2001 and 2007—2001, respectively. This further concludes that the Chinese economic system is in the low efficiency condition.

ecological network analysis; China economic system; growth; development; sustainability

國家自然科學基金資助項目(41271542)；西北師范大學青年教師科研能力提升計劃資助項目(NWNU-LKQN- 14- 25)

2015- 05- 13;

2016- 01- 12

10.5846/stxb201505130979

*通訊作者Corresponding author.E-mail:xuefeng.cui@bnu.edu.cn

胡科, 劉曉磊, 魏希文, Nath Reshmita, 崔雪鋒.應用生態(tài)網(wǎng)絡分析方法評價中國經(jīng)濟系統(tǒng)的可持續(xù)性.生態(tài)學報,2016,36(24):7942- 7950.

Hu K, Liu X L, Wei X W, Nath Reshmita, Cui X F.Quantifying the economic sustainability of China: an ecological network

analysis approach.Acta Ecologica Sinica,2016,36(24):7942- 7950.