［基金项目］国家自然科学基金项目(编号:70773050)。
［收稿日期］2010 － 05 － 16
［作者简介］袁飚，男，暨南大学经济学院博士研究生;
陈雪梅，女，暨南大学经济学院教授，博士研究生导师，经济学博士。
2010 年 11 月 内蒙古社会科学(汉文版) Nov． 2010
第 31 卷 第 6 期 INNER MONGOLIA SOCIAL SCIENCES Vol． 31 №． 6
基于耗散结构理论的生态产业链形成机理研究
袁 飚， 陈雪梅
(暨南大学 经济学院， 广东 广州 510000)
［摘 要］生态产业链与周围环境构成了一个复杂的开放系统，因此，对于生态产业链形成机理的研究不
能沿用过去单一的、线性的因果作用的研究思路，必须寻找到新的理论和模式，才能认识到生态产业链接形成
的真正动力内因。运用耗散结构理论，从系统的角度揭示生态产业链形成的内生机理。
［关键词］生态产业链;形成机理;耗散结构;自组织;熵
［中图分类号］F062． 9 ［文献标识码］A ［文章编号］1003 － 5281(2010)06 － 0101 － 05
目前，国内外关于生态产业链的研究主要集中
在经济学和工业生态学分析上，着重对生态产业链
企业的微观经济动机进行探究，而从系统层面对生
态产业链形成的内生机理进行研究的还比较少。
笔者认为，把生态产业链可以看做是一个与环境高
度融合的复杂系统，其发展过程与自然界生态系统
的进化过程相似，系统内的成员不断地与外界环境
进行着物质、信息和能量的交换，在适应环境的同
时也影响着周围的环境，生态产业链因此持续地演
进发展。本文运用耗散结构理论，从系统的角度揭
示生态产业链形成的内生机理。
一、耗散结构理论及其形成条件
耗散结构论是诺贝尔化学奖获得者普里高津
提出的一种系统理论。普里高津认为，一个远离平
衡态的非线性的开放系统(不管是物理的、化学
的、生物的还是社会的、经济的系统)通过不断地
与外界交换物质和能量，在系统内部某个参量的变
化达到一定的阈值时，通过涨落，系统可能发生突
变即非平衡相变，由原来的混沌无序状态转变为一
种在时间上、空间上或功能上的有序状态。这种在
远离平衡的非线性区形成的新的稳定的宏观有序
结构，需要不断与外界交换物质或能量才能维
持［1］。可见，一个系统要自发组织形成耗散结构，
必须满足至少四个条件。
(一)系统开放性
按照热力学第二定律，熵是用来衡量系统无序
程度的一个概念，熵越大表示系统越无序。对于一
个孤立的系统来说，随着时间的推进，熵值会逐渐
增大，当熵值达到最大时，系统就会处于最混乱无
序的状态，所以耗散结构不可能出现在一个孤立的
系统中。而对于一个开放的系统，该系统的熵增量
由两部分组成:一部分是系统内不可逆的熵产生
dis;另一部分是系统与外界交换产生的熵值 des。
系统的总熵增加量 ds = dis + des。热力学第二定
律，系统内的熵增永远是正的，也就是 dis 总是大
于零的，但系统与外界交换产生的熵值则根据系统
与外界作用关系的不同可以是正、负或者是零。因
此，要使系统向着有序状态发展，系统不但要通过
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与外界的物质、能量和信息交换引入负熵流，而且
这个负熵流还必须大到足以抵消系统内部的正熵
增，这样，整个系统的总熵变才可能是负值。因此，
耗散结构出现的一个先决条件就是系统必须是开
放性的。
(二)系统远离平衡态
普利高津认为，根据最小熵的产生原理，系统
不只是在平衡状态时会自发趋于混乱，即使在近平
衡线性区域内时，负熵流的流入也只是减缓了系统
趋于平衡的进程，系统始终随着熵的增加，呈现出
有序破坏的趋势，无法形成有序结构。只有在远离
平衡态的条件下，系统才有可能向着有秩序、有组
织、多功能方向发展。因此，普里高津提出了“非
平衡导致有秩序”的著名论断。
(三)非线性相互作用
系统必须要有正负反馈机制之类的非线性动
力学过程，这种非线性的相互作用使得系统内各要
素之间既有协同作用，又有相干效应，使系统从杂
乱无章演进到井然有序。如果系统单元仅仅是在
一个线性机制作用下进行简单的叠加，那么这个系
统不能称之为复杂系统，复杂系统之所以能够形成
有序结构，是因为系统内各要素非线性相互作用的
结果。
(四)存在涨落现象
所谓的涨落是一种随机的干扰，这种扰动的性
能和结构非常复杂，几乎是无法控制的，其大小也
是无法确知的。当系统处于平衡态时，涨落造成的
系统偏离会逐渐衰退直至消失，使得系统回到稳定
状态。只有系统处在远离平衡态的非线性区域时，
任何一个微小的涨落都可能通过非线性作用机制
的不断放大形成“巨涨落”，相当于打破系统的原
有结构，形成一个新的有序结构的、影响较小的随
机波动“触发”，波动是自触发器。因此，系统自组
织形成好散结构必须有涨落现象的存在。
二、生态产业链形成的耗散结构条件分析
生态产业链是企业以副产品为纽带链接在一
起，旨在提高资源利用效率和改进环境绩效，是一
种特殊的产业聚集。在市场经济条件下，组成生态
产业链的单元都是具有独立法人地位的经济主体，
其自身都有自己的目标、信息和行为模式，与外界
社会进行物质、信息和能量的交换，是一个有机的
社会经济系统。生态产业链上的各企业之间也存
在同样的交换，同时生态产业链作为一个整体还会
对外界环境的变化和刺激作出反应，具有应激性。
正因为上述特征，使得生态产业链具有系统的耗散
结构条件。
(一)生态产业链是一个开放系统
按照耗散结构理论，系统只有充分开放，才能
与环境进行物质、能量和信息的充分交换，才能从
外界吸入负熵流以抵消系统内部的熵增，最终使得
系统的熵增逐渐降低，使系统从无序走向有序，因
此，开放性是系统自组织的首要条件。
生态产业链系统的开放性可以从对内开放和
对外开放两方面来理解:一方面是对自然生态系统
的开放，表现为系统从自然生态系统获取资源和能
量，经过生产加工出产品和服务输出给市场，同时
向环境系统输出废弃物和副产品，生态产业链系统
正是通过这种不断的物质和能量的代谢过程而得
到演化和发展;另一方面是生态产业链系统内部的
开放，生态产业链的各个生产进程并不是孤立的，
而是相互关联的，上游企业生产过程中产生的废弃
物被下游企业吸收利用为生产原料，一旦这种交换
活动停止了，生态产业链也就不复存在了。
从以上分析可知，生态产业链系统是有输入和
输出的开放系统。但是，系统要达到耗散结构的有
序状态，不是仅有输入和输出就能够达到，只有输
入达到一定的阙值，负熵流足以抵消系统内部的正
熵增，使得系统的熵值逐渐降低时，系统才可能向
耗散结构转变，因此，开放性是出现耗散结构的必
要条件而非充分条件。
(二)生态产业链是一个远离平衡态的系统
生态产业链是一个远离平衡区的动态系统。
对开放的生态产业链系统而言，平衡态是相对的，
非平衡态则是绝对的。生态产业链远离平衡态特
征主要表现在以下四个方面。其一，企业地位不平
衡。在一定的生态产业链内，不同企业在规模、技
术水平、利润率、信息化水平、劳动力、市场占有率
等方面存在着很大差异［2］，这样导致一部分企业
处于主导地位(即“关键种”企业) ，而其他企业则
处于从属地位。其二，要素流动不平衡。企业间在
信息获取、市场占有率等方面也是非平衡的。企业
之间生产要素的流动并不是朝着均匀方向发展，而
是由劳动生产率低、效益差向劳动生产率高、效益
好的企业流动，从生产率较低的产业向生产率较高
的产业转移。其三，企业发展不平衡。不同企业之
间，由于企业性质、管理水平、地理位置、历史沿革
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等不同，产业生态系统中物质、能量、信息、资金、人
才、技术、市场等要素在各个企业之间的分布不平
衡，由此形成了企业产生、发展、成熟和衰退的生命
周期，而正是这种发展的非平衡性，形成了企业、行
业、产业之间此消彼长的竞争活力［3］。其四，企业
内部的非平衡性。具体到某个企业内部，其各个部
分都是远离平衡的，企业的各级管理者和员工之
间、各个职能部门之间、投资者和管理者之间等，总
是处于远离平衡的状态。处于非平衡态的企业，在
与外界环境交换物质、人员和信息的过程中，可能
演化为一种相对平衡态或非平衡态。
(三)生态产业链各要素之间存在非线性作用
机制
系统内各要素的相互作用可分为线性和非线
性两种。线性相互作用是每个对象相互作用的叠
加，不能产生一个新的结构和性质。而非线性相互
作用则具有相干性，即对象之间的互动不是一个简
单的数量叠加，而是相互制约、相互耦合的影响，形
成新的结构和整体效应，完全不同于各部分的性
质。
下面，我们用简单的函数关系来描述这种非线
性作用机制:
Q = f(L，K，T)
式中，系统的产出(Q)是劳动力(L)、资本(K)和技
术(L)等的函数。通常，系统的产出与劳动力、资
本、技术等要素的投入量是成正比的，但并不是同
步的，而是会出现一定的时滞性，并随着要素的不
断增加，边际效应(即 DQ /DT)会出现递减的现象，
造成系统的整体效益出现先增加后降低的现象。
因此，从数量上看，各要素的变化和相互作用、相互
影响都是复杂非线性的，并不是机械式的叠加，要
素的变化不仅引起量的变化，而且会引起系统形
态、结构和功能的变化，这些质的变化是非线性
的［4］。具体到生态产业链来说，它不同于传统的
“资源—产品—废弃物”的线性作用模式，而是形
成了“资源—产品—再生资源”的循环运行模式。
生态产业链作为开放的系统，其发展是各种矛盾相
互作用的结果，在整个链条中，企业与企业之间、企
业内各部门之间都不是简单的数量上的叠加，在不
同企业排放同种废弃物和同一废弃物被不同企业
利用的过程中形成多条类似食物链形式的生态产
业链，为加强工业链柔性而建立的同种原料的不同
来源又将生态产业链拓展到相当广泛的空间内，形
成稳定的空间网状结构，使物质流、能量流和信息
流在相互利用的过程中得到最佳利用［5］。
(四)生态产业链存在涨落现象
如果说系统的开放性、远离平衡态、非线性作
用机制是系统自组织形成耗散结构的基础性条件，
那么，涨落则是系统走向有序耗散结构的触发器，
起决定性作用。生态产业链中存在着大量的随机
涨落。我们可以从产业链的内部涨落和外部涨落
两个方面来理解。来自生态产业链外部的涨落因
素有:消费者的环保意识、国际贸易中的绿色理念、
政府宏观政策的变化、环保法律的出台、实施生态
链接的绿色技术的出现、同行业企业生态化进程的
变化等。而来自生态产业链内部企业的涨落因素
则可以是企业治理结构的变化、清洁生产技术的采
用、员工素质的提高，甚至是引进一条新的绿色生
产线，某位对企业生态化发展有至关重要作用的技
术型员工和 CEO 等都可能引起企业内部的涨落。
这些来自外部和内部的微小涨落，可以使系统偏离
平衡态。但是，对于一个开放、非线性、远离平衡态
的系统，这些微涨落会通过正负反馈机制被逐渐放
大，形成巨涨落，导致产业链演化为一个新的更加
有序的耗散结构。例如，在企业之间实施系统优化
技术和共生链接技术，使企业在节约生产成本、减
少污染排放、提高物质利用效率和管理效率的过程
中，形成相互促进、共同发展的生态产业链，以良好
的经济、环境和社会效应，吸引、带动传统企业效
仿，并积极参与产业链链接，同时淘汰、消除那些物
质消耗多、污染严重的落后企业，使传统工业的技
术范式从“资源消费—产品—废弃物排放”的单程
型物质流动模式转向“资源消费—产品—再生资
源”的闭环型物质流动模式，实现整个系统的有序
发展［5］。
三、基于耗散结构的生态产
业链形成机理模型分析
生态产业链是一个开放的、非平衡的复杂系
统，其特征完全符合耗散结构理论的条件和要求。
对于耗散结构的演进过程，我们可以从宏观和微观
两个层面进行考察。张文龙、余锦龙将耗散结构非
平衡演进过程从宏观的角度考察，认为当一个耗散
结构的某个影响参数(λ)变化时，系统由原来的线
性近平衡区域逐步发展，经过临界点进入一种不稳
定的无序定态，然后通过系统涨落发生突变，形成
一个新的稳定的有序结构，即从一种耗散结构转变
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为另一种耗散结构［6］。这种非平衡演化包括前后
两个过程:一是形成耗散结构;二是耗散结构发生
分叉，从一种耗散结构变迁到另一种耗散结构。而
从微观的角度考察耗散结构的非平衡演变过程则
要借助一个特定的函数熵来实现，笔者在本部分试
图通过这个函数建立的相关理论模型来分析生态
产业链形成演进的微观机理。
(一)熵的基本内涵及产业生态熵概念
18 世纪，相关人员发现卡偌热力学定律与能
量守衡定律之间存在矛盾，熵的概念就是在这一背
景下作为度量变换的等价量产生的。热力学第一
定律证明，世界上的能量是守恒的、不灭的，只能从
一种形式转变到另一种形式，但此定律并没有说明
能量在传递时的方向、条件和深度，为解决这一问
题，就有了热力学第二定律。德国物理学家克劳修
斯(Clausius)在 1850 年提出，在一个孤立的系统
内，热总是从高温物体传到低温物体中去，而不是
相反的。1865 年，克劳修斯又引进了一个态函
数———熵。此后，熵开辟了一个又一个新的研究领
域，成为许多学科发展的、有用的工具。
熵诞生于热力学学科，在热力学中克劳修斯对
熵的定义是:
△S = S － S0 = ∫
p
po
dQ可逆
T (1)
其中，P0 为起始状态，P 为终末状态，S0、S 为相对
于 P0、P状态的熵值，T为绝对温度，Q 为热量，S －
S0 叫熵变。若系统经历一个可逆过程，公式中的
函数值与积分路径无关，只与系统的初终态有关，
所以熵是系统的一个态函数。系统熵值可以用下
面的函数来表示:
H(x)= － C∑
m
i = 1
P(x1)lnP(x1) (2)
其中，H(x)为系统的熵值，x1 为系统可能出现的状
态，P(x1)为系统出现这种状态的概率。实际上，
熵值衡量的就是系统处于无序状态的程度，熵值越
大，系统越无序。按照热力学第二定律，在一个封
闭的系统内，熵值总是趋于增加的，也就是说，封闭
的系统总是自发地向无序状态演进，这就是熵增定
理。因此，要使系统能够向有序方向发展，系统必
须与外界进行物质、能量和信息的交换，获取负熵
值来抵消系统内的熵增，这样，系统的总熵值才可
能不会倾向于增加，甚至会倾向于降低，即所谓的
负熵过程，也就是系统向有序的演进过程。
徐大伟等将克劳修斯提出的熵概念和定律引
入产业生态系统的研究中，提出了“产业生态熵”
的概念。本文将借用这一概念来研究生态产业链
系统演进的熵增变化。根据徐大伟的定义，产业生
态熵是指在一个开放而又相对独立的产业系统内，
物质循环和能量流动等资源(包括剩余物质)的交
换运动过程所呈现出的有效资源逐渐减少而无效
资源不断增加的一种不可逆过程的系统状态函
数［7］。这个概念的意义在于描述产业系统与外界
自然生态系统进行各种资源交换的状态，产业生态
熵的大小表示产业系统内资源利用有效性的大小，
熵值的增加过程是产业生态系统内企业与环境系
统之间进行资源交换和利用从高效状态向低效状
态演化的过程。
(二)生态产业链形成的熵变模型分析
生态产业链的形成是为了提高资源的再利用
和再循环效率，从而降低资源的消耗量和废弃物对
环境的影响。所以说，生态产业链的演进过程应该
是产业生态熵的降低而不是增加的过程。因此，我
们可以通过产业生态熵的变化来判别生态产业链
的演进方向，即:
ΔS = S(t)－ S(t － 1) (3)
其中，S(t)为 t时段的末态熵，而 S(t － 1)则为 t － 1
时段的末态熵，ΔS 则为 t 时段系统与外界物能交
换引起的熵变。但将熵变与资源的再利用率和再
循环率建立起一定的联系还需要借助一系列的中
间变量。首先，假设生态产业链系统内某个企业对
所有资源的再循环和再利用的总量为 r(k) ，则有:
r(k)= α∑
m
k = 1
f(k)+ β∑
m
k = 1
g(k) (4)
其中，k为某一种资源，f(k)为某个企业对该种资
源的再循环量;g(k)为该企业对这种资源的再利
用率;m为该企业共使用的资源总数，0≤k≤m;α、
β则为某一企业对某种资源的再循环系数和再利
用系数，0 ＜ α ＜ 1，0 ＜ β ＜ 1。
生态产业链是由多个企业链接构成的，那么整
个生态产业链对资源的再循环和再利用的总量则
可以表示为∑
n
i = 1
ri(k) ，其中，i 为生态产业链中的一
个企业，0≤i≤n。
假设整个生态产业链的资源再循环和再利用
率为 Ri(k) ，则有:
Ri(k)=
∑
n
i = 1
ri(k)
∑
n
i = 1
∑
m
k = 1
D(k)
(5)
其中，D(k)为生态产业链中的某个企业消耗的某
种资源的总量。按照上述对产业生态熵的定义以
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及对一系列的中间变量的假设，我们可以给出产业
生态熵的函数表达式为:
S(t)= － C∑
n
i = 1
Ri(k)lnRi(k) (6)
其中，S(t)为第 t 时段的产业生态熵，是一个状态
函数，只要系统状态一定，熵值也就确定。这样，产
业生态熵和生态产业链系统资源的再循环和再利
用率就建立起了函数关系。由函数(6)可知，| S
(t)|与 Ri(k)成正相关，也就是说，资源的再循环
和再利用率越高，产业生态熵值的绝对值就越大，
即产业生态熵越小，走向一个有序的链接过程。我
们重新回到函数(3)可知，ΔS 描述的是系统产业
生态熵变的量，通过下面的分析将其与系统资源的
再循环和再使用率建立联系，从而探讨生态产业链
的形成过程(可以直观地认为生态产业链的形成
过程就是资源再循环和再使用率逐渐提高的过程，
因此，问题就转换成了研究产业生态熵变与资源再
循环和再利用率之间的关系了)。
(1)当 ΔS ＞ 0 时，表示系统总熵增加，无序程
度加剧，处在一个系统结构不稳定的恶性循环过程
中。当企业之间的链接关系还未建立起来时，企业
只和自然生态系统建立物质和能量的交换关系。
具体表现为，不断从自然系统中获取资源、制造产
品、排放废弃物这样一个线性过程，工业系统代谢
越旺盛，系统内部的熵增就越大。随着工业系统的
扩张，自然生态系统承受的压力越来越大，最终超
出自身的承载力，遭受毁灭性的破坏。工业系统也
将因此陷入熵值不断增加的恶性循环之中，整个系
统将陷入高熵无序的平衡状态。
(2)当 ΔS ＜ 0 时，表明系统正处于总熵不断减
小，有序程度随之增强的良性循环状态。此时，系
统的功能最为完善，生态环境和社会经济协调发
展。这是园区内的企业进行生态重组的结果，也就
是园区内的企业通过副产品的交换连接起来形成
生态产业链，链条内部的物质流与能量流拥有非常
顺畅的通道，物质与能量的再循环和再利用率很
高，产业生态负熵流很大，足以抵消系统内部的熵
增，使得系统熵增为负数。由于实现了资源的再循
环和再利用，因此，企业所需的外部资源和排放的
废弃物都非常有限，自然生态系统完全能够为其提
供足够的资源，同时，少量的废弃物完全能够被自
然系统吸收降解，减少了对环境的不可逆破坏，这
样，工业系统和自然生态系统就实现了和谐共存。
(3)当 ΔS = 0 时，表明在一定的时段内系统
的熵值没有改变，系统状态也就保持不变。这是一
种理想的产业生态系统模式，即在工业系统内，物
质得到充分的循环利用，能量得到无限次的梯级使
用。
总之，生态产业链的形成是一个循序渐进的过
程，是从孤环发展成短链，再继续发展到长链或者
闭路循环的耗散升级过程。生态产业链似乎形成
了一种稳定的状态，然而随着熵增加，必然会与经
济社会发展不相适应，这时负熵流进入产业链形成
了涨落促成耗散结构，生态产业链从一种有序状态
演化成另一种新的更加高级的有序状态，产业链的
环节增加，产业链实现升级，资源再利用和再循环
率逐渐上升，最终实现副产品的完全循环利用。
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(责任编辑 暴雅艳)
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