王 雪,施曉清

1 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室,北京 100085 2 中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049

基于GIS的產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)研究述評

王 雪1,2,施曉清1,*

1 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室,北京 100085 2 中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049

產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)由于缺少關(guān)于空間分析的工具,使得研究結(jié)果因缺乏空間維度信息而影響對管理效率和精準度的支持?；贕IS的產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)相關(guān)研究已成為產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)研究的一個新的方向。為總結(jié)已有的研究成果并展望未來的研究方向,運用文獻計量及對比分析的手段,系統(tǒng)分析了國內(nèi)外基于GIS的產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的相關(guān)研究進展,得出以下結(jié)論：當(dāng)前基于GIS的產(chǎn)業(yè)生態(tài)研究主要集中在物質(zhì)代謝、產(chǎn)業(yè)共生和生命周期評價3個方面,將GIS技術(shù)引入到物質(zhì)代謝研究中,可以更好的展示物質(zhì)代謝的時空分布格局,為物質(zhì)代謝研究提供了一種新的方法;基于GIS技術(shù),不僅可以更加高效地挖掘潛在的產(chǎn)業(yè)共生機會,還可應(yīng)用于生態(tài)產(chǎn)業(yè)園的規(guī)劃管理如企業(yè)的選址、空間布局等以及廢棄物的回收再利用方面;將GIS與LCA耦合在一起,可以很好地補充、完善和管理傳統(tǒng)數(shù)據(jù),有助于探索產(chǎn)品、活動或工藝的環(huán)境影響的空間特性以及進行土地利用相關(guān)的環(huán)境影響評價。另外,國內(nèi)外研究的側(cè)重點也不盡相同。在物質(zhì)代謝研究中,國內(nèi)研究較少,僅在城市尺度上進行了基礎(chǔ)設(shè)施的物質(zhì)代謝及其存量分析,國外在國家、城市尺度上研究了銅、鋅等金屬的物質(zhì)代謝情況;在產(chǎn)業(yè)共生研究中,國內(nèi)側(cè)重于生態(tài)產(chǎn)業(yè)園的研究,而國外側(cè)重于城市尺度的產(chǎn)業(yè)共生機會識別的研究;在LCA的研究中,國內(nèi)開展了基于GIS的生命周期評價數(shù)據(jù)庫和產(chǎn)品材料信息管理系統(tǒng)的研究,而國外側(cè)重于進行區(qū)域化的生命周期評價、進行土地利用影響類型的相關(guān)評價以及污染物的追蹤,國內(nèi)在該方面尚處于起步階段。國內(nèi)外在研究方法上存在共性,都是基于GIS的空間分析方法、緩沖區(qū)分析方法以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)等。未來將GIS作為一個平臺,面向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型展開產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)綜合理論方法的研究,可以為產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)性管理提供有效支持。

產(chǎn)業(yè)生態(tài);地理信息系統(tǒng);物質(zhì)代謝;產(chǎn)業(yè)共生;生命周期評價

產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)是站在資源瓶頸和環(huán)境約束的角度審視人類生產(chǎn)活動與其依存的資源、環(huán)境之間關(guān)系的一門新興交叉學(xué)科,主要是研究企業(yè)行為、企業(yè)之間關(guān)聯(lián)、企業(yè)與其依存環(huán)境的關(guān)系,目的在于認識和優(yōu)化這種關(guān)系,從而實現(xiàn)人類生產(chǎn)活動的高效性、穩(wěn)定性和持續(xù)性[1]。當(dāng)前產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的研究熱點主要包括物質(zhì)代謝、產(chǎn)業(yè)共生、生命周期評價、生態(tài)效率和工業(yè)過程優(yōu)化等。產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的諸多研究領(lǐng)域均涉及大量空間屬性數(shù)據(jù)的采集、處理和應(yīng)用,例如物質(zhì)存量的空間分布、生態(tài)產(chǎn)業(yè)園的空間規(guī)劃等。為了對大量具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)進行科學(xué)高效地處理,就迫切需要充分利用近年來迅速發(fā)展的計算機和信息處理技術(shù),為產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的應(yīng)用研究提供技術(shù)上的有效支持。

地理信息系統(tǒng)(GIS),是以采集、存儲、管理、分析、顯示和應(yīng)用整個或部分地球表面與空間和地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的通用技術(shù)[2],是融合計算機圖形和數(shù)據(jù)庫于一體,用來存儲和處理空間信息的高新技術(shù)。它把地理位置和相關(guān)屬性信息有機結(jié)合起來,滿足城市建設(shè)、企業(yè)管理、居民生活對空間信息的要求,并借助其獨有的空間分析功能和可視化表達功能,為相關(guān)政府部門行政管理提供更為精準的輔助決策[3]。GIS在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)得到了迅猛的發(fā)展[4]。近年來,隨著GIS技術(shù)的快速發(fā)展,利用空間產(chǎn)業(yè)共生潛力分析和決策支持工具的開發(fā)開始成為新的研究熱點。在2015年的國際產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)大會上,Laurent Georgeault等指出雖然GIS在公司層面還沒有廣泛應(yīng)用,但是早已引起了產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)界的興趣,同時將GIS引入到產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的研究中來,也說明了空間問題的重要性[5]。將GIS引入到產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的應(yīng)用研究中,將會為這個復(fù)雜的多學(xué)科交叉領(lǐng)域帶來新的研究方法和應(yīng)用前景。

1 文獻計量分析

產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的研究對象可以分為產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)、企業(yè),產(chǎn)業(yè)過程,產(chǎn)品,廢棄物及產(chǎn)業(yè)服務(wù)等。在宏觀層面上,運用物質(zhì)流分析方法研究生產(chǎn)系統(tǒng)的物質(zhì)代謝過程,在中觀層面上,產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)則研究產(chǎn)業(yè)共生現(xiàn)象,在微觀層面上,產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)主要研究產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計,主要著眼于產(chǎn)品的生命周期管理[1]。

圖1 國內(nèi)外基于GIS的產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)3個研究方面的文獻數(shù)量 Fig.1 The number of research literature of industrial ecology based on GIS

基于上述背景,本文在web of science核心合集以及中國知網(wǎng)中進行了文獻檢索。在Web of Science核心數(shù)據(jù)庫中檢索式為(“industrial ecology” OR “industrial symbiosis” OR “Eco-industrial park” OR “material metabolism” OR “LCA”)AND (“geographic information system” OR “GIS”),在中國知網(wǎng)中檢索式為SU=(′產(chǎn)業(yè)生態(tài)′+′產(chǎn)業(yè)共生′+′物質(zhì)代謝′+′生命周期評價′+‘生態(tài)產(chǎn)業(yè)園’)AND AB=(′地理信息系統(tǒng)′+′GIS′)。通過對檢索到的文獻進行閱讀、歸納、整理,同時也對參考文獻進行了瀏覽分析,得出49篇文獻,結(jié)合產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的研究對象,將其分為三大類,即宏觀層面上生產(chǎn)系統(tǒng)物質(zhì)代謝、中觀層面上產(chǎn)業(yè)共生和微觀層面上生命周期評價研究。圖1顯示了3類國內(nèi)外研究文獻數(shù)量。可看出,國內(nèi)外基于GIS的產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的研究以中觀層面的產(chǎn)業(yè)共生的研究多于其他兩類。

圖2展示了文獻數(shù)量隨時間的變化規(guī)律?？梢钥闯?從2000年開始出現(xiàn)了基于GIS的產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的研究,并且從2009年開始,研究數(shù)量逐漸增多。由此可以看出,將GIS引入到產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的研究中,已經(jīng)受到越來越多的重視。最早的基于GIS的產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的研究是關(guān)于產(chǎn)業(yè)共生的研究,且研究的數(shù)量均大于其他研究;物質(zhì)代謝研究開始于2009年,從2013年開始逐年增多;生命周期評價研究開始于2001年,每年平穩(wěn)增長。

圖2 基于GIS的產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)相關(guān)領(lǐng)域研究的文獻數(shù)量Fig.2 The number of related research in the field of literature of industry ecology based on GIS

從總體來看,基于GIS的產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的研究呈增加趨勢。但該研究的發(fā)展脈絡(luò)和趨勢尚缺乏系統(tǒng)的梳理,影響了研究的進一步發(fā)展。為此,本文進行了國內(nèi)外文獻的分類比較分析,系統(tǒng)分析了已有的基于GIS的產(chǎn)業(yè)生態(tài)領(lǐng)域中的相關(guān)研究進展,從宏觀層面上生產(chǎn)系統(tǒng)物質(zhì)代謝過程、中觀層面上產(chǎn)業(yè)共生和微觀層面上生命周期評價3個方面展開述評,并展望了未來研究的方向。

2 國內(nèi)外研究進展

2.1 基于GIS技術(shù)的生產(chǎn)系統(tǒng)物質(zhì)代謝研究

產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)目標是實現(xiàn)社會經(jīng)濟系統(tǒng)物質(zhì)和能量流動的最優(yōu)化。在宏觀層面上產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)強調(diào)生產(chǎn)系統(tǒng)物質(zhì)的代謝過程,即運用物質(zhì)流分析方法定量刻畫生產(chǎn)系統(tǒng)的物質(zhì)代謝過程[6]。物質(zhì)流分析(MFA)是指在一定時空范圍內(nèi)關(guān)于特定系統(tǒng)的物質(zhì)流動和儲存的系統(tǒng)性分析[7]。通過物質(zhì)流分析,可以對投入的物質(zhì)進行全過程追蹤考察,準確掌握投入、輸出的物質(zhì)量和廢物產(chǎn)生量,對調(diào)控經(jīng)濟系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境間物質(zhì)的流動方向和流量,達到提高資源利用效率,降低經(jīng)濟發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的影響的目的[8]。

物質(zhì)流分析是物質(zhì)代謝研究中運用最廣泛的方法之一,但也存在不足。傳統(tǒng)的物質(zhì)流分析方法在反映空間特性及其差異方面具有局限性;當(dāng)前的研究多基于社會經(jīng)濟等統(tǒng)計數(shù)據(jù),側(cè)重于分析物質(zhì)代謝隨時間的演變特征,缺乏物質(zhì)代謝過程和空間演變的特征分析,且統(tǒng)計數(shù)據(jù)具有不完整、有效性不強以及各國之間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可比性較差等缺點[9];從管理對策方面來看,大多數(shù)研究提出的政策建議地域針對性往往比較差。結(jié)合GIS,可以彌補傳統(tǒng)的物質(zhì)代謝分析方法空間表達的不足,有助于更加系統(tǒng)的研究物質(zhì)代謝在時間和空間上的演變規(guī)律。Laurent Georgeault等在2015年的國際產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)大會上提出了一個基于MFA和GIS的計算系統(tǒng),可以系統(tǒng)的描述建筑材料的輸入和輸出,及其成為城市礦山的潛力[5]。表1總結(jié)了國內(nèi)外相關(guān)研究成果。

表1 基于GIS的物質(zhì)代謝研究

以GIS為工具,分析特定系統(tǒng)的物質(zhì)代謝情況,國外研究較多,國內(nèi)在這方面的研究尚處于起步階段,且集中于城市尺度。

2.2 基于GIS技術(shù)的產(chǎn)業(yè)共生研究

2000年Chertow提出產(chǎn)業(yè)共生的概念,“產(chǎn)業(yè)共生將傳統(tǒng)意義上分離的產(chǎn)業(yè)通過合作的方式聚集起來,這種包括物質(zhì)、能量、水和副產(chǎn)品的互換的合作會產(chǎn)生競爭性優(yōu)勢”[19]。產(chǎn)業(yè)共生,作為實現(xiàn)廢棄物資源化的創(chuàng)新途徑[20-21],以及推動經(jīng)濟綠色增長和提高資源效率的戰(zhàn)略性工具[22],已受到越來越多的關(guān)注。目前,歐盟有關(guān)產(chǎn)業(yè)共生的政策已成為經(jīng)濟與環(huán)境政策的重要組成部分,如在歐盟“引領(lǐng)資源效率倡議”中,將產(chǎn)業(yè)共生作為獲取資源效率的推薦性方法;“歐盟廢棄物框架指令”將英國的“國家產(chǎn)業(yè)共生項目”作為經(jīng)典案例介紹給其他成員國[22]。

分析產(chǎn)業(yè)共生關(guān)系是一個系統(tǒng)工程,涉及企業(yè)空間位置信息、原材料與廢棄物的種類和數(shù)量信息、運輸路線的規(guī)劃、新引入企業(yè)的選址、廢棄物處理堆放場地的規(guī)劃和選址等。結(jié)合GIS強大的空間數(shù)據(jù)處理能力,根據(jù)特定區(qū)域產(chǎn)業(yè)共生的具體情況,可以為城市產(chǎn)業(yè)共生管理研究提供有效支持。

2.2.1 產(chǎn)業(yè)共生機會的識別

Matthew指出實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)共生的困難就在于識別共生機會和鼓勵利益相關(guān)者的積極性[23]。在產(chǎn)業(yè)共生的研究中,GIS作為一個工具,可以通過對原有物質(zhì)能量流動關(guān)系的研究,挖掘潛在的共生關(guān)系,科學(xué)的分析產(chǎn)業(yè)共生的機會,以減小經(jīng)濟活動對環(huán)境的影響。研究方法主要是通過對區(qū)域背景(產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、環(huán)境、政策等),現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)布局,物質(zhì)流、能流、副產(chǎn)品的循環(huán)再利用情況,基礎(chǔ)設(shè)施的布局與共享,以及土地利用與經(jīng)濟活動的空間組織等的分析,挖掘潛在的共生關(guān)系。同時基于GIS強大的空間數(shù)據(jù)分析與作圖能力,使分析過程和結(jié)果更加形象化,方便交流,同時可以作為決策支持工具。Guillaume等在2009年國際產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)年會上匯報了其在瑞士日內(nèi)瓦地區(qū)利用GIS技術(shù)進行產(chǎn)業(yè)共生關(guān)系識別的研究,并對其進行了空間分析。國外已有較多相關(guān)研究,國內(nèi)尚處于起步階段,如表2所示。

表2 基于GIS的產(chǎn)業(yè)共生機會識別研究

2.2.2 生態(tài)產(chǎn)業(yè)園規(guī)劃研究

Denisse Navarro認為GIS是一個便利的工具,通過標出選定的產(chǎn)業(yè)的數(shù)據(jù),可以觀察到當(dāng)前已經(jīng)存在的協(xié)同交換和新的協(xié)同共生的機會。這一方法同樣適用于其他國家和城市,也可以用于生態(tài)產(chǎn)業(yè)園的規(guī)劃中。

生態(tài)產(chǎn)業(yè)園即產(chǎn)業(yè)共生的一種具體的實現(xiàn)方式。Peddle MT在1993年提出產(chǎn)業(yè)實體的概念,與生態(tài)產(chǎn)業(yè)園有相似之處[33]。生態(tài)產(chǎn)業(yè)園不外乎就是各類企業(yè)受到經(jīng)濟利益驅(qū)使,或者為了實現(xiàn)地區(qū)規(guī)定的減排目標等,在一定范圍內(nèi)聚集,形成副產(chǎn)品交換網(wǎng)絡(luò),并且維護該網(wǎng)絡(luò)物質(zhì)流、能量流、資金流和信息流的運行。

近年來,隨著生態(tài)產(chǎn)業(yè)園的快速發(fā)展,一個普遍的問題日漸凸顯：盡管有規(guī)劃建設(shè)方案,但卻缺乏技術(shù)手段支撐規(guī)劃的順利實施。同一般企業(yè)選址一樣,工業(yè)園區(qū)企業(yè)的選址是投資性決策,其重要性遠遠高于一般的經(jīng)營性決策[34]。利用GIS強大的空間數(shù)據(jù)分析能力對生態(tài)產(chǎn)業(yè)園進行合理規(guī)劃是很有必要的。在中國地理學(xué)會2006年學(xué)術(shù)年會上,王亞偉、錢瑜就提出了以GIS技術(shù)為支持,以突出環(huán)境效益,優(yōu)化空間布局為側(cè)重點的生態(tài)工業(yè)園規(guī)劃思路[35]。具體研究情況如表3所示。

表3 基于GIS的生態(tài)產(chǎn)業(yè)園研究

2.2.3 固體廢棄物管理研究

廢棄物是放錯地方的資源,其產(chǎn)生是人類從事生產(chǎn)生活活動所不可避免的,廢棄物資源化已成為全球廢棄物管理的趨勢。再生資源產(chǎn)業(yè)在廢棄物資源化過程中承擔(dān)著重要作用,然而對發(fā)展循環(huán)型社會的貢獻依然有限,迫切需要建立更為有效的廢棄物資源化體系。

將固體廢棄物納入產(chǎn)業(yè)共生體系,已有學(xué)者對此展開研究。早在2000年,Chertow提出將生態(tài)產(chǎn)業(yè)園區(qū)與城市廢棄物聯(lián)系起來,通過物質(zhì)交換實現(xiàn)零排放目標[19]。Lyons通過對德克薩斯州的廢棄物回收、資源化、再制造和處置企業(yè)的調(diào)查,研究這些企業(yè)能否成為產(chǎn)品生產(chǎn)與廢棄物之間的橋梁,結(jié)果顯示僅有少部分廢棄物通過該路徑被應(yīng)用于再生產(chǎn)[42]。2009年Van Berkel等根據(jù)日本Eco-Town的發(fā)展經(jīng)驗,提出了城市共生的概念[43]。Geng等認為城市共生可以創(chuàng)造更多的協(xié)同機會,可以提高整個城市的生態(tài)效率[44]。

地理信息系統(tǒng)強大的空間信息管理與分析功能如環(huán)境制圖、專題分析、統(tǒng)計分析表現(xiàn)、空間等值分析、模擬結(jié)果表現(xiàn)等[45- 47],使其在固體廢棄物管理規(guī)劃中亦得到了廣泛應(yīng)用。國外研究人員在區(qū)域、城市等尺度上均進行了一些相關(guān)研究,主要研究內(nèi)容包括通過GIS建立模型,為研究廢棄物的現(xiàn)狀以及循環(huán)利用情況提供支持。國內(nèi)在這方面的研究尚欠缺(表4)。

表4 基于GIS的廢棄物資源化研究

2.3 基于GIS技術(shù)的生命周期評價研究

生命周期評價(life cycle assessment, LCA)是對產(chǎn)品、工藝或活動從“搖籃到墳?zāi)埂奔磸馁Y源開采到最終處理的整個生命周期環(huán)境影響的一種評價方法。LCA的方法最突出的缺點就是其中時間和空間元素的缺乏,以及經(jīng)濟與社會公平因素的缺失[52]。而GIS可以存儲觀測數(shù)據(jù)的具體地點,可以彌補傳統(tǒng)LCA的不足,為產(chǎn)品生命周期評價研究提供更加全面和準確的數(shù)據(jù)。Garofalo等在2014年的歐洲國際生物質(zhì)會議上,提出將作物模擬模型和GIS耦合到LCA中,對谷物秸稈能源轉(zhuǎn)換過程中的能源需求以及溫室氣體排放效應(yīng)進行評估,在區(qū)域尺度上獲得了環(huán)境影響的精確的空間分布結(jié)果[53]。在2015年的環(huán)境保護信息國際聯(lián)合會議中,Mastrucci等以盧森堡為例,構(gòu)建了基于GIS的城市建筑群生命周期評價框架,在城市尺度上從全生命周期角度評估了建筑物存量的環(huán)境影響[54]。

LCA在特征化因子的獲取、土地利用相關(guān)影響評價以及環(huán)境影響的空間特性等方面存在不足,國外研究主要集中在這些方面,國內(nèi)研究包括數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建和環(huán)境影響的空間特性兩個方面。如表5所示。

表5 基于GIS的LCA研究

圖3 國內(nèi)外文獻數(shù)量隨時間的而變化情況 Fig.3 The number of industrial ecology based on GIS literatures in different year

3 國內(nèi)外研究比較

綜上所述,國內(nèi)外研究在起步時間,研究規(guī)模,研究尺度,研究內(nèi)容和方法等方面均有所不同。國內(nèi)研究始于2006年,是從基于GIS的生態(tài)產(chǎn)業(yè)園規(guī)劃方面的研究開始的;國外研究開始較早,在2000年已出現(xiàn)第一篇相關(guān)文獻,是基于GIS的產(chǎn)業(yè)共生的研究。從圖3可以看出,從2008年以后,國內(nèi)外文獻的變化趨勢大致相同,且近年來都呈增長趨勢,可見,基于 GIS研究產(chǎn)業(yè)生態(tài)仍將是今后研究的一個方向。

從研究規(guī)模上看,國內(nèi)研究數(shù)量明顯少于國外。在研究尺度上(表6),國內(nèi)研究側(cè)重于城市、生態(tài)產(chǎn)業(yè)園尺度,國外在國家、區(qū)域、城市尺度都有研究,區(qū)域、城市尺度居多。從研究內(nèi)容上看,國內(nèi)研究雖然在各個方面均有涉及,但集中于基于GIS的生態(tài)產(chǎn)業(yè)園的規(guī)劃研究,在產(chǎn)業(yè)共生機會識別的研究中幾乎處于空白狀態(tài),在基于物質(zhì)的共生機會的識別中,應(yīng)更多借鑒國外的研究經(jīng)驗;國外在物質(zhì)代謝、產(chǎn)業(yè)共生機會識別、廢棄物循環(huán)利用和LCA方面的研究中,產(chǎn)業(yè)共生的研究最多;在基于GIS的LCA的研究中,在LCA的區(qū)域化研究方面,國外已做了一些研究,國內(nèi)在該方面只提出一些理論框架,缺乏具體的研究。雖然國內(nèi)外研究在以上方面存在諸多不同,但在研究方法上存在共性,即都用到了利用GIS收集和管理特定區(qū)域數(shù)據(jù)、GIS的空間分析、緩沖區(qū)分析、數(shù)據(jù)庫等基本功能。針對具體研究內(nèi)容,國內(nèi)外研究也都存在相應(yīng)的不足,具體情況如表6所示。

表6 國內(nèi)外研究比較

國內(nèi)在基于GIS的物質(zhì)代謝、產(chǎn)業(yè)共生、生命周期評價研究各個方面均有涉及,但由于起步晚,與國外研究相比,我國在3個方面的研究均存在差距,需要進一步開展研究,如：在LCA的研究中,國外根據(jù)不同的地理屬性,賦予不同的特征化因子,以便于獲得更加真實準確的評價結(jié)果的研究方法也是值得借鑒的。從整體來看,由于受到數(shù)據(jù)和信息的可用性和共享性以及開發(fā)語言等的限制,基于GIS的產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的研究不夠全面,還需進一步的努力。

4 結(jié)論

本文通過上述基于GIS的產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)相關(guān)研究的梳理、分析和比較,得出了如下結(jié)論：

(1)將GIS技術(shù)引入到物質(zhì)代謝研究中,可以更好的展示物質(zhì)代謝的時空分布格局,為物質(zhì)代謝的空間分析提供了一種新的方法。在研究方法上,國內(nèi)外研究多采用GIS與自下而上的方法的結(jié)合,今后的研究可考慮將自上而下的方法結(jié)合進來,以便更好地完善數(shù)據(jù)。當(dāng)前的研究多集中于資源物質(zhì)的代謝情況,而從物質(zhì)代謝的角度處理廢棄物問題的研究較少,將GIS和廢棄物代謝問題結(jié)合起來,可以作為未來研究的方向。

(2)基于GIS技術(shù),不僅可以更加高效地挖掘潛在的產(chǎn)業(yè)共生機會,還可應(yīng)用于生態(tài)產(chǎn)業(yè)園的規(guī)劃管理如企業(yè)的選址、空間布局等以及廢棄物的回收再利用方面。識別潛在的產(chǎn)業(yè)共生的機會,可以提高資源的利用效率以及減少廢棄物的產(chǎn)生。為了更加快捷方便的識別共生機會,可以借鑒國外在該方面的研究經(jīng)驗,例如構(gòu)建技術(shù)數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫、結(jié)合緩沖區(qū)分析等方法,另外基于GIS構(gòu)建信息共享平臺是非常有必要的,國內(nèi)在該方面的研究接近空白,應(yīng)作為國內(nèi)研究的一個重點。

(3)將GIS與LCA耦合在一起,可以很好地補充、完善和管理傳統(tǒng)數(shù)據(jù),有助于探索產(chǎn)品、活動或工藝的環(huán)境影響的空間特性以及進行土地利用相關(guān)的環(huán)境影響評價。將空間屬性引入到LCA的研究中來,可以根據(jù)不同的地理屬性,賦予不同的特征化因子,使LCA的研究數(shù)據(jù)更加全面、準確,評價結(jié)果更加具有地域針對性,我國作為一個人口、地理環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展水平相差巨大的國家,進行LCA的區(qū)域化研究是非常有必要的。

(4)將GIS作為產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)中空間分析的工具,不少學(xué)者已展開了研究。通過上述研究分析,不難發(fā)現(xiàn),當(dāng)前的研究多集中于GIS與物質(zhì)代謝、產(chǎn)業(yè)共生或生命周期評價單獨耦合。未來將GIS作為一個平臺,面向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型展開產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)綜合理論方法的研究,也會是一個新的重要方向。

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A review of industrial ecology based on GIS

WANG Xue1,2, SHI Xiaoqing1,*

1StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China2UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China

Because of the lack of spatial analysis tools, industrial ecology is limited in providing effective and accurate support for industrial management. By virtue of geographical information systems (GIS) technology, GIS-based industrial ecology has become a new research direction for industrial ecology. To summarize existing research and identify directions for future research, recent progress in GIS-based industrial ecology has been systematically reviewed in this paper by means of bibliometrics and comparative analysis, and the following conclusions were obtained. Substance metabolism, industrial symbiosis, and life cycle assessment (LCA) are three main aspects of GIS-based research of industrial ecology. With the introduction of GIS into the study of substance metabolism, the spatial and temporal distribution pattern of substance metabolism can be better demonstrated, providing a new method for substance metabolism. Based on GIS technology, potential industrial symbiotic opportunities could be increased, and the planning and administration of an eco-industrial park including the location, layout, and waste recycling of industries, could be optimized. Combining with GIS, LCA can help supplement, consummate, and manage the traditional data, which will be useful to explore the impacts of production and industrial activity on the environment, or to assess the influence of spatial features and land use on the environmental impact. However, the main emphasis of research undertaken locally and internationally on GIS-based industrial ecology differed. In the domestic research scenario, studies on substance metabolism are few, and these focused on the substance metabolism and inventory analysis of infrastructures at the city scale. Internationally, the research focus has been on the substance metabolism of metals such as copper, and zinc. In the case of industrial symbiosis, domestic research focuses on eco-industrial parks, while internationally, the focus is on the identification of the potential industrial symbiosis at the city scale. In case of LCA, domestic researches concentrate on the GIS-based LCA database and material information management system, while foreign researches focus on regionalization of LCA, assessing land use impact in LCA, and mapping the flows of pollutants. However, the commonality between the domestic and foreign research methods is centered on the spatial analysis, buffer analysis, and database technology. It is expected that GIS-based industrial ecology will provide effective support for industrial sustainability management.

industrial ecology; GIS; material metabolism; industrial symbiosis; LCA

國家自然科學(xué)基金資助項目(71373259)

2016- 06- 30;

2016- 10- 27

10.5846/stxb201606301326

*通訊作者Corresponding author.E-mail: shixq@rcees.ac.cn

王雪,施曉清.基于GIS的產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)研究述評.生態(tài)學(xué)報,2017,37(4):1346- 1357.

Wang X, Shi X Q.A review of industrial ecology based on GIS.Acta Ecologica Sinica,2017,37(4):1346- 1357.