海洋生态修复中的产业替代理论研究

高强+苟露峰

摘要：加强海洋的生态修复和保护、调整优化海洋的产业结构是确保海洋经济可持续发展的关键。从海洋的生态经济系统分析切入，在传统的生产函数模型的基础上构建了海洋产业替代模型，并将生态因子引入到调整后的海洋产业替代模型中进行分析，探讨了海洋生态修复中的产业转型和产业替代的价值转化，并在此基础上进一步研究了多个替代产业之间的投资分配问题，提出海洋产业结构优化的投资决策，为海洋经济的发展提供了政策指导。

关键词：海洋经济;生态修复;产业替代;生态因子

中图分类号： X55                  文献编码：A         DOI：10.3969/j.issn1003-8256.2014.06.009

1    引言

作为海洋大国，中国的海洋经济发展前景广阔，海洋产业结构的优化调整是发展海洋经济的重要途径，对于我国建设海洋强国具有重要意义。根据国务院相关文件，我国海洋经济主要包括海洋渔业、海洋交通运输、海洋石油天然气、滨海旅游、海洋船舶、海盐及海洋化工、海水淡化及综合利用和海洋生物医药等八大海洋产业1。但是，随着海洋经济的不断发展，部分海洋产业出现了生态系统退化等不可修复的损失，据国家海洋局海洋发展战略研究所报告，目前中国海洋生态系统健康总体欠佳，以过度捕捞为代表的对海洋物种的过度利用而直接导致种群数量下降甚至物种灭绝问题十分严峻。海洋渔业生产事故、海洋渔业资源退化、海洋捕捞限制政策、海上权益冲突等事件对海洋渔业的持续健康发展带来了明显的负面影响，从1997年开始，海洋捕捞量一直稳定在1400万吨左右，而据相关专家估算，中国近海渔场渔业资源每年可捕捞量大约为800万吨2，长期巨大的捕捞量是以捕捞幼鱼资源和营养层级低的劣质鱼种实现的，这种捕捞已经导致了渔业生态系统难以逆转的严重退化，表现在渔业资源数量结构上为主要鱼类个体变小，低龄鱼比例增加，鱼类性成熟提前，渔业资源已经变成低层次和低营养级3。报告还认为，传统经济鱼类在中国海洋生态系统营养结构中处于关键的位置，关键物种数量锐减必然会影响到整个海洋生态系统中其他种类的组织结构，海洋渔业的持续发展面临严重威胁。同时，不合理的开发利用海洋资源，破坏了海洋生物的生存环境，造成海洋生态系统的结构失衡，海洋矿产资源勘探开发及其附属工程、海洋能源开发利用工程、海水淡化等海水综合利用工程、滨海旅游娱乐项目和景观开发工程等，都造成滨海湿地生境的不同程度的丧失，海岸带自然度明显降低，导致海洋环境和生态系统的受损和退化4。未来海洋的发展方向一是逐渐衰竭，不可修复;二是对已破坏的海洋环境实施生态修复，优化调整海洋产业结构。因此，加强海洋生态的保护和修复，调整优化海洋产业是海洋经济可持续发展的保障。

生态修复是指对生态系统停止人为干扰，依靠生态系统的自我调节能力与自组织能力使其向有序的方向进行演化，或者利用生态系统的自我恢复能力，辅以人工措施，使遭到破坏的生态系统逐步恢复或使生态系统向良性循环方向发展，主要致力于受到破坏的自然生态系统的恢复与重建工作，恢复生态系统原本的面貌[1]。

由于地球资源的有限性与人类与社会发展的极限性，如果人们持续地以不合理的方式开发资源并不断地破坏环境，超过了地球的承载极限，其结果必然是人类社会突然地、不可控制地瓦解，对生态修复的研究主要包括两个过程：生态系统的退化和恢复过程[2][10]。海洋生态修复的基本内涵是根据海洋环境被破坏的情况、预期的规划和发展情况，海洋生态环境的逐步恢复并最终达到一种相对持续稳定、与周围环境和利用价值协调发展的均衡状态。生态修复不是单纯强调将海洋产业结构恢复到可持续利用的状态，而是更加注重海洋产业的修复过程与周围经济、环境和社会的协调发展，形成经济、社会、环境和生态等多方面的复合生态系统，海洋生态修复的本质也是利用科学技术，遵循海洋生态演替规律进行的[2]。因此，海洋生态修复既要立足于对海洋环境的修复，也要关注海洋资源的合理开发、海洋产业的调整优化;不仅要考虑海洋资源的修复和完善，也要考虑生态修复以后的经济、社会、环境和生态效益。目前关于海洋生态的修复还处于基础阶段，主要致力于将海洋恢复到可利用的状态，海洋生态修复产业替代模型的建立为进一步开展生态修复，在更高程度上建立与周围经济、社会、环境和生态协调发展的社会—经济—生态复合系统提供了理论指导。

2    海洋生态修复产业替代模型

传统的生产函数模型主要考虑的是技术、资本和劳动力（包括劳动力的数量和质量）作为社会生产发展的基本要素，而忽视了生态资源在社会生产发展中的决定作用，表现为生态资源并没有作为生产函数的基本要素，这也是导致经济不可持续发展的重要根源。从可持续发展的角度来看，海洋经济的发展必须考虑生态资源的承载能力和可持续利用[3]。因此，我们在对传统的生产函数进行改进，在改进的基础上具体考察海洋生态修复中的产业转型和产业替代的价值转化问题。

我们将生态因素引入到产业转型中，假定只有一种替代产业的关于投入资本K、劳动力资本H和生态因子i的规模报酬不变的柯布—道格拉斯生产函数[6-7]：

（1）

其中，，生态因子i为产业转型后与转型前生态价值的比重为转型后的生态价值， 为转型前的生态价值。产出函数Y是对投入资本K和劳动力资本H的消费与投资，假定投入资本K和劳动力资本H的存量都以相同的比率 进行折旧计算（劳动力资本H的折旧包括劳动能力的下降、劳动力的死亡损失以及经验的净收益的下降，为了计算上的简便，在这里假定投入资本K和劳动力资本H以相同的折旧率 进行折旧）。

生态资源的约束则为：

（2）

其中，和分别是投入资本K和劳动力资本H的总投资，在折旧的情况下，两种资本的存量变化为：

（3）

（4）

（5）

其中，和是分别与和相对应的影子价格5， 是与生态资源约束（2）式相联系的拉格朗日乘数6，（5）式中的为我们通常使用的效用函数：

（6）

对J分别求C、K和H的一阶偏导并令其为0，得到投入资本K的净边际成本;J的二阶偏导即为劳动力资本H的净边际成本，由此可得两个存量的比例 。其中，的比例也表示了投入资本K和劳动力资本H的净投资回报率：

（7）

将其带入生产函数中得到：

（8）

在无生态资源约束的情况下，Y、K和H的增长率和C的增长率将保持一致，即所有的量都将以净投资回报率进行增长，这是一种产业替代均衡情况下的理想模型。

然而，在海洋产业转型的过程中，生态资源的总量是一定的，且总为正。假设替代产业的两种资本投入从K0和H0开始，就偏离上述所预测的值，则就要对两个资本存量进行离散调整来及时满足值，所谓的离散调整就是在资源总量一定的条件下，一种资本存量的增加对应的另一种资本存量的减少，以此来保证K和H不立即发生变化。当低于稳定状态情况下的时，Y的产出增长率与的比率是成反方向变化的，越是低于稳定状态的值，Y的增长率越高;而当高于稳定状态的值，与Y的产出增长率是成正方向变化的。这又呈现出一个非均衡的状态，即越是超过的值，Y的产出增长率越高。

同时，生态因子i也会对生产函数的产出增长率产生影响，当保持不变的情况下，Y的产出增长率会随着i取值的大小成同向变化，即i越大，Y的产出增长率越大（见图1）。综合看来，从整个产业价值转化的角度分析，只有转型后替代产业的产出与原有产业的产出之和大于转型前产业的产出时，产业替代才会有价值增值，产业转型才有意义;反之，产业转型是没有价值的。

图1  引入生态因子的替代产业非均衡的影响

3    基于海洋产业结构优化的投资决策分析

上述的产业替代模型的前提假设是在只有一种替代产业的情况下，生态产业对原有海洋产业的替代，以及投资资本K和劳动力投入H在单一替代产业上的动态均衡。然而，在海洋生态修复和产业优化的过程中，通常情况下存在着多种新兴产业对原有趋于衰退海洋产业的替代。因此，在分析上述问题的基础上，我们对单一产业的模型进行修改，研究在多个替代产业同时存在的情况下，投资分配和海洋产业结构的优化问题[8-9]。

在追求生态经济投资收益最大化的原则下，海洋产业的总投资额为W，假设存在替代产业A和B。为了研究海洋产业结构优化的最优投资策略，在此引入生态经济投资边际效益的概念。根据经济学中的生产要素边际效益递减规律，即在其他生产条件不变的前提下（这里指投资资本K和劳动力投入H保持不变），边际投资效益随着生产要素投入的增加而增加;当生产要素投入量达到一定程度之后，继续增加某一部门的生产投入，边际投资效益呈现逐渐递减的规律。

图2  π和MU的基本变化规律图

图2中和分别表示替代产业A和B的投资效益，和则代表着替代产业A和B的边际投资效益。假设总投资W中用于A替代产业的投资为X，则用于B替代产业的投资总量为W-X，可以得到海洋产业调整生态经济的投资总收益为：

（9）

将式（9）和上述图2做适当的处理，可以得到海洋产业结构优化的投资方案。

图3  海洋产业结构优化的投资分配

图3中，为A替代产业的投资原点，为B替代产业的投资原点，用公式来表述总投资，  之间的代表着投资分配方案，用于替代产业A的投资总量为，用于替代产业B的投资总量为。根据生态经济投资效益最大化的原则，可以得到在为最佳投资分配方案。此时，和曲线相交，替代产业A和B的边际投资收益相同，即，替代产业A的投资总量为，替代产业B的投资容量为，总收益函数TB在处也达到最大值，在图中体现为、和横轴投资函数所形成的面积S。这样，转型后的海洋产业结构实现了最终的均衡。

4    总结

1. 海洋生态系统具有脆弱性和难修复性的特征，过度的、不当的开发利用行为已经导致海洋生物资源衰退、生态环境破坏、海洋生态系统失衡等一系列问题[4]。因此，在开发海洋产业的过程中应注意海洋生态的修复和保护，在国家层面建立有效的保护机制保证海洋生态环境的健康发展和海洋生物资源的持续利用，要对海洋进行开发性的生态修复，在这个过程中要考虑到海洋产业结构的调整和替代产业的选择问题。

2. 海洋生态资源的总量是有限的，因此，出于资源和环境双重因素约束的考虑，海洋产业的结构调整应将生态因子考虑在内，它直接决定着替代产业的价值以及生产函数的产出增长率。在其他投入因素保持一定的情况下，当生态因子时，转型后的生态价值得到了提升，替代产业的产出增长率与生态因子呈同向变化，呈现出生态的溢出效应;当时，替代产业的产出增长率和生态价值的实现呈均衡发展;反之，当时，转型后的生态环境恶化，替代产业的产出增长率降低。

3. 当存在多个替代产业时，寻找替代产业之间边际投资收益相等的投资分配点，是实现海洋生态经济效益最大化的最优投资分配，此时，转型后的海洋产业结构实现效益最大化。受到产业技术经济的制约，投资总收益函数TB呈现出先递增后后递减的趋势，最终在拐点处达到最大值，实现最优投资分配收益，投资收益函数TB也在处达到峰值。

4. 海洋替代产业的发展和产业结构的优化受制于政府的宏观政策和海洋的管理水平。退化的生态系统的修复过程是漫长的，需要长期的管理投入，同时又有临界阈值[5]。政府制定支持海洋替代产业的发展策略同时提高管理水平时，会增加海洋经济的投资回报率，推动传统的海洋产业发展模式向新兴替代生态产业的软着陆，同时还能吸引资金的流入，增加海洋经济的总投资额W总量，和曲线也随之平移，投资结构也相应发生变化。因此，为了刺激海洋生态经济的总投资额，应努力提高海洋生态的边际投资收益，吸引投资资金向海洋生态经济的流动。同时，政府也应从宏观层面加大对海洋生态经济的资金和管理投入，提升海洋经济的整体生态效益。

5. 该模型的不足之处在于未将生态因子i的变化情况考虑在内，这是因为i在时间序列上是动态变化的，而且在选择海洋替代产业的过程中，除了要将海洋生态价值考虑在内，也会考虑其他方面的因素，例如选择产品附加值高、发展前景广阔的项目，且这种项目通常是规模报酬递增的产业。因此，在考虑单一部门替代产业的资金投入和劳动力投资情况以及多部门替代产业资金分配情况时，都需要对生态因子i加入后的影响做更为细致的分析。

注释：

1   资料来源：国务院，《全国海洋经济发展规划纲要》，2009年8月。

2   资料来源：国家海洋局发展战略研究所，《中国海洋发展报告》，2008年2月。

3   如我国瀚海传统的经济鱼类以小黄鱼、带鱼等为主，但由于捕捞过度，到二十世纪六十年代则为杂鱼所替代，七十年代大型杂鱼进一步没落，被黄娜鱼、青鳞鱼等小型鱼类代替。八十年代以来，渔获量再度趋劣，目前渤海渔业是以虾、拼类和小杂鱼等为主。

4    如在我国胶州清东海岸的潮间带底栖生物，在二十世纪六十年代有120种左右，目前仅余20种，在辽东海、大连清等一些污染严重的海城，甚至出现无生物区。参见相建海主编：《中国海情》，开明出版社2002年版，第118页。

5   影子价格最初用于货币市场上基金公司计算各类债券的价格，在解决如何使有限资源的总产出最大的过程中，影子价格是在其它条件不变的情况下，单位资源变化所引起的目标函数的最优值的变化，这个定义是基于线性规划中的合理利用有限资源以求得最好的经济效果的规划问题。

6   在数学最优化问题中，数学家约瑟夫·拉格朗日发现的一种寻找变量受一个或多个条件所限制的多元函数的极值的方法。这种方法将一个有n个变量与k个约束条件的最优化问题转换为一个有n+k个变量的方程组的极值问题，其变量不受任何约束。这种方法引入的一种新的标量未知数，即拉格朗日乘数。

参考文献：

[1]  王治国. 关于生态修复若干概念与问题的讨论[J]. 中国水土保持， 2003（10）： 4-5.

[2]  孙书存，包维楷. 恢复生态学[M]. 北京： 化学工业出版社， 2005： 10.

[3]  韩增林，狄乾斌，刘锴. 海域承载力的理论与评价方法[J]. 地域研究与开发， 2006， 25（1）： 1-5.

[4]  傅秀梅，王长云. 海洋生物资源保护与管理[M]. 北京： 科学出版社， 2008： 1-134.

[5]  Hobbs R J， Norton D A. Towards a conceptual framework for restoration ecology. Restoration Ecology， 1996， 4（2）： 93-110.

[6]  Magnani. The Environmental Kuznets Curve： Development Path or Policy Result？[J]. Environmental modeling and software， 2001， 12： 407-443.

[7]  Phelps Brown E H. The meaning of the fitted Cobb- Douglas function[J]. Quarterly Journal of Economics， 1957， 71（4）： 546-560.

[8]  Samuelson P A. Paul Douglas's measurement of production functions and marginal productivities[J]. Journal of Political Economy， 1979， 87： 923-939.

[9]  唐小我，慕银平，马永开. 柯布—道格拉斯生产函数条件下成本函数的进一步分析[J]. 中国管理科学， 2005， 8（4）： 1-6.

[10] 虞依娜，彭少麟. 生态恢复经济学[J]. 生态学报， 2009， 8（8）： 4441-4447.

（责任编辑：张    萌）

Research on the Marine Ecological Restoration in the Industry Substitution Theory

GAO Qiang， GOU Lufeng

（Ocean University of China， Qingdao 266100）

Abstract：  To strengthen the restoration and protection of the marine ecosystem， adjust and optimize the marine industrial structure is the key to ensure the sustainable development of the marine economy.  From the analysis of the marine eco-economic system， we builded the marine industry alternative model， and introduced the ecological factor into the marine industry substitution model， and then analyzed the alternative models to explore the marine ecosystem restoration in industrial restructuring and industrial replacement value transformation， and on this， we further studied on a number of the alternative investment allocation between industries， thus proposed the marine industrial structure optimization and investment decisions for the development of the marine economy policy guidances.

Keywords：Marine Economics; Ecological Restoration; Industry Substitution; Ecological Factor

5. 该模型的不足之处在于未将生态因子i的变化情况考虑在内，这是因为i在时间序列上是动态变化的，而且在选择海洋替代产业的过程中，除了要将海洋生态价值考虑在内，也会考虑其他方面的因素，例如选择产品附加值高、发展前景广阔的项目，且这种项目通常是规模报酬递增的产业。因此，在考虑单一部门替代产业的资金投入和劳动力投资情况以及多部门替代产业资金分配情况时，都需要对生态因子i加入后的影响做更为细致的分析。

注释：

1   资料来源：国务院，《全国海洋经济发展规划纲要》，2009年8月。

2   资料来源：国家海洋局发展战略研究所，《中国海洋发展报告》，2008年2月。

3   如我国瀚海传统的经济鱼类以小黄鱼、带鱼等为主，但由于捕捞过度，到二十世纪六十年代则为杂鱼所替代，七十年代大型杂鱼进一步没落，被黄娜鱼、青鳞鱼等小型鱼类代替。八十年代以来，渔获量再度趋劣，目前渤海渔业是以虾、拼类和小杂鱼等为主。

4    如在我国胶州清东海岸的潮间带底栖生物，在二十世纪六十年代有120种左右，目前仅余20种，在辽东海、大连清等一些污染严重的海城，甚至出现无生物区。参见相建海主编：《中国海情》，开明出版社2002年版，第118页。

5   影子价格最初用于货币市场上基金公司计算各类债券的价格，在解决如何使有限资源的总产出最大的过程中，影子价格是在其它条件不变的情况下，单位资源变化所引起的目标函数的最优值的变化，这个定义是基于线性规划中的合理利用有限资源以求得最好的经济效果的规划问题。

6   在数学最优化问题中，数学家约瑟夫·拉格朗日发现的一种寻找变量受一个或多个条件所限制的多元函数的极值的方法。这种方法将一个有n个变量与k个约束条件的最优化问题转换为一个有n+k个变量的方程组的极值问题，其变量不受任何约束。这种方法引入的一种新的标量未知数，即拉格朗日乘数。

参考文献：

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[5]  Hobbs R J， Norton D A. Towards a conceptual framework for restoration ecology. Restoration Ecology， 1996， 4（2）： 93-110.

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[8]  Samuelson P A. Paul Douglas's measurement of production functions and marginal productivities[J]. Journal of Political Economy， 1979， 87： 923-939.

[9]  唐小我，慕银平，马永开. 柯布—道格拉斯生产函数条件下成本函数的进一步分析[J]. 中国管理科学， 2005， 8（4）： 1-6.

[10] 虞依娜，彭少麟. 生态恢复经济学[J]. 生态学报， 2009， 8（8）： 4441-4447.

（责任编辑：张    萌）

Research on the Marine Ecological Restoration in the Industry Substitution Theory

GAO Qiang， GOU Lufeng

（Ocean University of China， Qingdao 266100）

Abstract：  To strengthen the restoration and protection of the marine ecosystem， adjust and optimize the marine industrial structure is the key to ensure the sustainable development of the marine economy.  From the analysis of the marine eco-economic system， we builded the marine industry alternative model， and introduced the ecological factor into the marine industry substitution model， and then analyzed the alternative models to explore the marine ecosystem restoration in industrial restructuring and industrial replacement value transformation， and on this， we further studied on a number of the alternative investment allocation between industries， thus proposed the marine industrial structure optimization and investment decisions for the development of the marine economy policy guidances.

Keywords：Marine Economics; Ecological Restoration; Industry Substitution; Ecological Factor

5. 该模型的不足之处在于未将生态因子i的变化情况考虑在内，这是因为i在时间序列上是动态变化的，而且在选择海洋替代产业的过程中，除了要将海洋生态价值考虑在内，也会考虑其他方面的因素，例如选择产品附加值高、发展前景广阔的项目，且这种项目通常是规模报酬递增的产业。因此，在考虑单一部门替代产业的资金投入和劳动力投资情况以及多部门替代产业资金分配情况时，都需要对生态因子i加入后的影响做更为细致的分析。

注释：

1   资料来源：国务院，《全国海洋经济发展规划纲要》，2009年8月。

2   资料来源：国家海洋局发展战略研究所，《中国海洋发展报告》，2008年2月。

3   如我国瀚海传统的经济鱼类以小黄鱼、带鱼等为主，但由于捕捞过度，到二十世纪六十年代则为杂鱼所替代，七十年代大型杂鱼进一步没落，被黄娜鱼、青鳞鱼等小型鱼类代替。八十年代以来，渔获量再度趋劣，目前渤海渔业是以虾、拼类和小杂鱼等为主。

4    如在我国胶州清东海岸的潮间带底栖生物，在二十世纪六十年代有120种左右，目前仅余20种，在辽东海、大连清等一些污染严重的海城，甚至出现无生物区。参见相建海主编：《中国海情》，开明出版社2002年版，第118页。

5   影子价格最初用于货币市场上基金公司计算各类债券的价格，在解决如何使有限资源的总产出最大的过程中，影子价格是在其它条件不变的情况下，单位资源变化所引起的目标函数的最优值的变化，这个定义是基于线性规划中的合理利用有限资源以求得最好的经济效果的规划问题。

6   在数学最优化问题中，数学家约瑟夫·拉格朗日发现的一种寻找变量受一个或多个条件所限制的多元函数的极值的方法。这种方法将一个有n个变量与k个约束条件的最优化问题转换为一个有n+k个变量的方程组的极值问题，其变量不受任何约束。这种方法引入的一种新的标量未知数，即拉格朗日乘数。

参考文献：

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[3]  韩增林，狄乾斌，刘锴. 海域承载力的理论与评价方法[J]. 地域研究与开发， 2006， 25（1）： 1-5.

[4]  傅秀梅，王长云. 海洋生物资源保护与管理[M]. 北京： 科学出版社， 2008： 1-134.

[5]  Hobbs R J， Norton D A. Towards a conceptual framework for restoration ecology. Restoration Ecology， 1996， 4（2）： 93-110.

[6]  Magnani. The Environmental Kuznets Curve： Development Path or Policy Result？[J]. Environmental modeling and software， 2001， 12： 407-443.

[7]  Phelps Brown E H. The meaning of the fitted Cobb- Douglas function[J]. Quarterly Journal of Economics， 1957， 71（4）： 546-560.

[8]  Samuelson P A. Paul Douglas's measurement of production functions and marginal productivities[J]. Journal of Political Economy， 1979， 87： 923-939.

[9]  唐小我，慕银平，马永开. 柯布—道格拉斯生产函数条件下成本函数的进一步分析[J]. 中国管理科学， 2005， 8（4）： 1-6.

[10] 虞依娜，彭少麟. 生态恢复经济学[J]. 生态学报， 2009， 8（8）： 4441-4447.

（责任编辑：张    萌）

Research on the Marine Ecological Restoration in the Industry Substitution Theory

GAO Qiang， GOU Lufeng

（Ocean University of China， Qingdao 266100）

Abstract：  To strengthen the restoration and protection of the marine ecosystem， adjust and optimize the marine industrial structure is the key to ensure the sustainable development of the marine economy.  From the analysis of the marine eco-economic system， we builded the marine industry alternative model， and introduced the ecological factor into the marine industry substitution model， and then analyzed the alternative models to explore the marine ecosystem restoration in industrial restructuring and industrial replacement value transformation， and on this， we further studied on a number of the alternative investment allocation between industries， thus proposed the marine industrial structure optimization and investment decisions for the development of the marine economy policy guidances.

Keywords：Marine Economics; Ecological Restoration; Industry Substitution; Ecological Factor