全 文 ：中国生态农业学报 2009年 7月 第 17卷 第 4期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, July 2009, 17(4): 800−806


* 广东省软科学研究项目(2006B70103029)和华南农业大学校长基金项目(4100-K06327)资助
** 通讯作者, E-mail: jeanzh@scau.edu.cn
秦钟(1973~), 博士, 讲师, 主要研究方向为生态系统分析与模拟。E-mail: q_breee@scau.edu.cn
收稿日期: 2008-06-15 接受日期: 2008-12-14
DOI: 10. 3724/SP.J.1011.2009.00800
基于系统动力学的广东省循环经济发展的情景分析*
秦 钟 章家恩** 骆世明 叶延琼 徐华勤
(华南农业大学农业部生态农业重点开放实验室 广东省高等学校农业生态与农村环境重点实验室 广州 510642)
摘 要 利用系统动力学方法的反馈作用机制, 对广东省人口、经济、环境和资源之间相互影响与制约关系
进行了系统分析, 并建立了广东省循环经济的系统动力学模型。在此基础上, 对循环经济发展的 3种不同情景
下经济、资源、环境污染的模拟结果进行了比较。结果表明, 在废弃物的综合利用率、废气处理率、节能节
水率和可再生能源利用率等参数均不断提升的情景下, 污染物的排放及能源消耗对经济所产生的不利影响均
将逐渐减弱, 绿色 GDP 总值将会持续稳定增长。反之, 如果继续以过去“三废”处理率不高、可再生能源所
占比例几乎为 0, 且不采取任何节水措施的方式下发展经济, 广东省绿色 GDP 总值只能保持较为缓慢的增长,
并在 2014年前后达到最大值, 此后随着资源消耗和环境污染, 绿色 GDP总值开始下降。这一研究结果可为在
资源环境约束制约条件下实现经济的可持续发展提供决策依据。
关键词 循环经济 系统动力学 情景分析 广东省
中图分类号: F224.1 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2009)04-0800-07
System dynamics scenario analysis of circular economic development
in Guangdong Province
QIN Zhong, ZHANG Jia-En, LUO Shi-Ming, YE Yan-Qiong, XU Hua-Qin
(Key Laboratory for Ecological Agriculture of Ministry of Agriculture, Key Laboratory for Agroecology and Rural Environment
of Guangdong Regular Higher Education Institution, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)
Abstract Based on population, environment, natural resources and economic development analysis, a circular economy model was
established for Guangdong Province using system dynamics method. System dynamics is characterized by a cause-feedback mecha-
nism and interactions among economic variables. In the study, the economy, resource and environmental pollution simulation results
in the three scenarios were compared. Under the scenario of enhanced comprehensive waste utilization ratio, decontamination ratio of
industrial waste gas, renewable energy utilization ratio and water and energy saving ratio, contamination and natural resource defi-
ciency will diminish while total green GDP steadily increase. However, under low decontamination rate of the three kinds of wastes
(water, gas and solid), low renewable energy utilization rate and non-effective water conservation measure, total green GDP will in-
crease slowly and reach its peak around 2014, and will then decline with excessive consumption of natural resources and intensifica-
tion of environmental contamination. The results of this study therefore could provide vital guidelines for the implementation of re-
gionally sustainable development under restricted natural resources and environmental contamination.
Key words Circular economy, System dynamics, Scenario analysis, Guangdong Province
(Received June 15, 2008; accepted Dec. 14, 2008)
改革开放以来 , 广东省经济持续快速增长。
1979~2005年 GDP年均增长达 13.7%, 高出全国 4.1
个百分点, 各年平均落差为 3.8个百分点, 实现了经
济增长的历史性跨越。与此同时, 伴随着工业化的
不断推进, 长期以来依靠高投入、高消耗、高污染
来实现相当部分经济增长的弊端日益明显。据广东
省统计局 2003年统计数据：从土地储备看, 广东省
GDP 每增加 100 亿元, 就要耗用约 4 073 hm2的耕
地。按这样的速度, 要实现 2020年 GDP比 2000年
翻两倍的目标, 就要再用一个与珠三角同样大面积
第 4期 秦 钟等: 基于系统动力学的广东省循环经济发展的情景分析 801


的土地 , 那时广东省将无地可用。从能源消费看 ,
GDP每增加 100亿元, 要耗能 64.22万 t标准煤。按
此速度, GDP比 2000年翻两倍时, 能源消耗将达到
2.69亿 t标准煤, 数字非常巨大。另一方面, 广东省
在提高资源效率、节能降耗和开发利用新能源等领
域尚未取得显著进展。1991~2004年, 全省万元 GDP
能耗从 2.61 t标准煤下降至 1.56 t标准煤(1990年不
变价), 年均节能率为 3.62%, 能源利用效率有所提
高, 但低于同期全国年均节能率(4.24%), 而电力、
钢铁、有色金属等 8 个行业主要产品单位能耗平均
比国际先进水平高 40%。太阳能、风能和其他新能
源、可再生能源消费量占能源消费总量的比重不足
5%。全省“三废”排放量逐年上升, 且废水处理率
只有 40%左右, 固体废物综合利用率 60%~70%。经
济增长方式粗放、资源消费过度, 传统经济形式下
严重的环境污染未能得到有效改变, 已成为广东省
经济可持续发展的制约因素, 实施新的经济增长模
式迫在眉睫。
循环经济在解决资源环境对经济社会发展的瓶
颈约束和传统“三高”经济发展模式对生态环境的
破坏性影响中应运而生, 是一种以资源高效利用和
循环利用为核心, 以“减量化、再利用、资源化”为原
则, 以低消耗、低排放、高效率为基本特征, 符合可
持续发展理念的经济增长模式 , 近年来广受关
注[1,2]。许多学者在将循环经济理论和技术应用到区
域产业结构与布局调整、发展模式构建[3,4]、循环经
济运行状态的评价 [5−8]等诸多方面做了许多有益的
探索。这些研究大多是通过广泛调研, 收集大量的
数据, 结合当地的地理区域和经济特色, 或建立指
标体系, 或通过统计分析或多目标综合决策, 提出
相应的循环经济发展模式或评价体系或产业结构优
化方案 [9−11], 对推动循环经济发展的实践起到了积
极作用。
循环经济是经济、社会、环境等协调发展的经
济发展模式, 也是一个系统工程。循环经济的发展
受到包括人口、资源、环境、经济和社会等多个要
素的制约。从长远来看, 循环经济的目标是建立与
生态环境系统结构和功能相协调的生态型社会经济
系统, 促进经济发展与人口、资源、环境相协调。
因而, 运用系统工程方法和大系统理论可以研究区
域循环经济发展模式的内部机理, 并找出其实施瓶
颈及解决方案。本文以广东省为研究对象, 在分析
资源、环境、人口与经济等子系统间的相互联系、
相互制约关系的基础上, 以可持续发展和循环经济
理论为导向, 应用系统论和生态经济学等相关理论,
构建适合广东省情的区域循环经济模式, 为在资源
环境约束条件下实现经济可持续发展提供情景分析
和决策依据。
1 研究方法与步骤
1.1 模型构建
广东省循环经济可持续发展系统动力学模型的
主要结构包括资源子系统、环境子系统和社会经济
子系统 3部分, 这 3个子系统相互联系、相互制约。
经济增长的负面影响是资源短缺和污染物排放不断
增加, 以至对经济产生反作用, 使绿色 GDP 总值减
少。环境污染状况与污染治理量/废弃物回收量有关,
污染物处理和废弃物回收量提高, 环境污染就会相
应减少, 对经济增长的限制和约束作用也会降低；
自然资源(水资源、耕地资源、能源)的短缺程度与资
源的消耗和供应量有关, 自然界提供的资源是有限
的, 在经济飞速增长、资源消耗量随之急剧增长的
情况下, 资源短缺的程度越来越严重。基于这一思
想, 建立了资源、环境和经济子系统 3 者间的反馈
关系图(图 1), 其中正、负反馈关系分别用“＋”、“－”
表示[12]。


图 1 广东省循环经济系统反馈关系图
Fig. 1 Feedback chart of the circular economy system
of Guangdong Province

在实际模拟中, 根据广东省实际情况对模型略
作调整: 社会经济子系统主要考虑人口、国内生产
总值(GDP)和人均绿色 GDP 总值(即 GDP 减去资源
耗减成本和环境污染产生的环境降级成本)；资源子
系统中选择了对广东省经济发展具有明显约束的土
地、能源和水资源以及资源短缺对经济的影响；环
境子系统侧重于工业“三废”排放以及生活废水、
固体废弃物排放等环境污染因素, 以及环境污染对
802 中国生态农业学报 2009 第 17卷


经济发展的影响状况。依据资源、环境、人口与经
济等子系统间的相互联系、相互制约关系及其动态
变化特征, 构造循环经济系统的动力学模型, 模型
包含了 9个状态变量, 10个速率变量和 34个辅助变
量及常量(图 2)。
1.2 参数设置
通过改变模型中与循环经济发展模式相关的 4
个参数变量(工业废弃物产生因子、生活垃圾排放因
子、废弃物综合利用率和资源再生因子)的取值, 分
别模拟 3 种不同情景所对应的经济、资源利用和环
境污染的情况。情景 1 代表了循环经济发展模式实
施初期阶段, 各参数取值按照 2001~2005 年的广东
省平均值计算, 描述在目前的经济发展水平下, 如
果继续以“十五”期间“三废”处理率不高、可再
生能源所占比例几乎为 0 的方式发展经济, 广东省
资源利用和环境污染状况；情景 2 代表了循环经济
发展模式的大力实施阶段, 各参数取值按 2006年的
统计数据计算, 描述在当前所采取的节约能源及水
资源、集约用地、资源综合利用和发展新能源和可
再生能源的措施下, 未来一段时间内资源利用和环
境污染的状况。 情景 3的设置依据如下：按照 2005
年 9月广东省政府《关于建设节约型社会发展循环


图 2 广东省循环经济发展的系统动力学模型
Fig. 2 System dynamic model of circular economy development in Guangdong Province
pop: 某一时期的人口 Population in a certain time; GDP: 国内生产总值 Gross domestic product; GGDP: 绿色国内生产总值 Green GDP;
wat ava, ene ava, agri land: 经济增长所需的水资源、能源和土地资源 Water resources, energy resources and land resource for economy increase;
per wat con, per ene con: 单位 GDP增长消耗的水资源与能源 Consumed water and energy for per unit GDP, respectively; per was wat, per was gas,
per was soli: 单位 GDP增长排放的废水、废气和固体废弃物 Waste water, waste gas, and waste solid released for per unit GDP; wat defi, ene defi,
land defi: 水资源、能源和土地资源短缺的数量 Water deficit, energy deficit, land deficit; wat def infl, ene defi infl, land defi infl: 水资源、能源
和土地资源短缺对经济增长的影响 Influence of water deficit, energy deficit, and land deficit on economy; res defi infl, con env infl: 资源短缺和
环境污染对 GDP增长的限制作用 Limitation of resource deficit, environment pollution to GDP increase.
第 4期 秦 钟等: 基于系统动力学的广东省循环经济发展的情景分析 803


经济的若干意见》中提出的到 2010年全省污染物排
放量得到有效控制和削减；每万元 GDP的耗水量下
降到 200 t, 工业用水重复利用率达到 68%, 全省城
市污水集中处理率不低于 60%；并通过加强水资源
管理以及推进工农业节水、城市节水等, 到 2010年
全省节水率达 0.1%；通过不断提升能源使用效率,
推进新能源和可再生能源的发展, 到 2010年全省可
再生能源占到能源消费总量的 10%, 可再生能源年
利用量达到 2.7亿 t标准煤。又据《广东省环境保护
与生态建设“十一五”规划目标》, 到 2010年全省
环境污染和生态破坏得到有效控制, 主要污染物排
放量被大幅度削减 , 工业用水重复利用率≥65%,
固体废物综合利用率≥85%。上述目标值即作为情
景 3 模拟的参数取值, 用于描述在目前的经济发展
水平下 , 在坚持采用源头控制与末端治理相结合 ,
通过进一步推行节能降耗、提高废物综合利用率和
可再生能源使用的情景下, 未来一段时间内经济发
展、资源和环境发展状况, 这一阶段以实现低开采、
高利用、低排放为特点, 经济运行质量和效益得到
进一步提升, 废弃物的综合利用率、废水及废气处
理率以及资源综合利用率都有较大幅度提高, 基本
达到国外发达国家水平, 因而认为情景 3 代表了循
环经济发展模式实施盛期的情况。3 种发展情景下
参数变量的取值见表 1。
1.3 数据来源与分析方法
向已经建立的广东省循环经济发展的系统动力
学模型输入已知数据, 并根据预先设定的参数, 利
用系统动力学模拟软件 STELLA分别对 3种不同情
景下经济、资源和环境状况进行仿真(图 2)。模型模
拟时间设置为 2006 年至 2030 年, 共 25 年, 模拟步
长为 1 年, 以 2006 年的统计数据为初值, 微分方程
的求解用 Euler法。模拟所采用的基本数据源于《广
东省统计年鉴 2007》[13]。
2 结果与分析
2.1 不同情景下绿色 GDP的变化趋势
图 3为 3种情景下广东省绿色 GDP总值的变化
趋势。从图中可以看出, 如果继续以 2001~2005 年
“三废”处理率不高、可再生能源所占比例几乎为
0 且不采取任何节水措施的方式发展经济(情景 1),
广东省绿色 GDP总值只能保持 8年左右相对缓慢的
增长, 在 2014 年前后将达到最大值, 此后随着资源
的消耗和环境污染, 绿色 GDP 总值开始下降, 在
2017 年经济将以近乎直线的形式衰退。与之相反,
后两种情景下绿色 GDP 总值随时间呈指数增长趋
势。在 2019 年前, 情景 3 绿色 GDP 总值的年增长
率 (20.82%)大于情景 2(15.44%), 两种情景下绿色
GDP总值年增长率在 2025年后趋于平稳, 直至在模
拟时段末期, 此时情景 2和情景 3的绿色 GDP总值
非常接近, 最大值均在 20万亿元左右。
3种情景下人均绿色 GDP总值的变化趋势与绿
色 GDP 总值基本一致(图 3)。情景 2 和情景 3 的人

表 1 不同发展情景下循环经济参数变量的取值
Tab. 1 Parameters value in different development scenarios of circular economy development
情景
Scenario
废水回收利用率
Reused waste water
ratio (%)
废气处理率
Industrial waste gas
disposal ratio (%)
固废综合利用率
Comprehensive utilization
ratio of waste solid (%)
节水率
Water-saving
ratio (%)
节能率
Energy-saving
ratio (%)
可再生能源利用率
Utilization ratio of renewable
energy source (%)
1 10.0 48.0 33.7 0.0 1.0 0.0
2 34.2 75.0 84.0 0.05 0.3 7.7
3 65.0 97.0 85.0 0.10 0.4 16.0
表中部分参数的取值参考《广东统计年鉴 2007》[13]。Part parameters in the table refer to “The Statistical Yearbook of Guangdong Province
(2007)”


图 3 3 种不同发展情景下绿色 GDP 总值(GGDP)和人均绿色 GDP 的变化曲线
Fig. 3 Dynamics of total Green GDP (GGDP) and green GDP per capita under three economic development scenarios
曲线 1, 2, 3分别代表 3种情景，下同。Curve 1, 2 and 3 represent three scenarios respectively. The same below.
804 中国生态农业学报 2009 第 17卷


均绿色 GDP 随时间将会稳定上升, 到 2010 年分别
可达 3.39万元和 4.44万元, 分别为同期情景 1的 1.8
倍和 2.3 倍。情景 1 的人均绿色 GDP 在 2014 年前
后逐渐下降直至转为负值。
2.2 不同情景下环境污染物排放量及其对经济影
响的变化趋势
环境污染物的排放量随时间变化的动态如图 4
所示。3 种情景下固体废物、废气和废水排放量随
着时间的推移均呈逐年减少趋势。情景 3 的万元
GDP废气排放量下降速度最快, 在 2010年前后几乎
为 0；情景 2 则需要经过近 6 年的时间才实现废气
零排放；情景 1在 2018年基本实现废气零排放。从
废水排放量的变化情况来看, 情景 3中万元 GDP废
水排放量随时间减少的速率明显快于前 2种情 景；
情景 2和情景 3的废水排放量均呈指数下降, 而情
景 1 呈缓慢的近于线性下降。从固体废弃物排放量
变化趋势的模拟结果来看, 万元 GDP固体废弃物排
放量均呈指数下降趋势, 情景 2 和情景 3 因固废综
合利用率非常接近, 变化曲线几乎重叠, 在 2014 年


图 4 3 种不同发展情景下污染物排放量
变化趋势的模拟结果
Fig. 4 Simulation results of waste in three economic
development scenarios
前均降至较低水平。
图 5 为环境总污染物对经济影响的模拟结果。
从图中可以看出, 随着时间推移, 3种情景下环境污
染物排放对经济的影响逐年减弱。在 2020 年前后,
情景 3的环境污染物的影响已降为 0, 而其他两种情
景下, 环境污染物排放对经济的影响在模拟结束时
还继续存在 , 但情景 2 所产生的影响远远低于情
景 1。


图 5 3 种不同发展情景下环境污染对经济的影响模拟结果
Fig. 5 Influences of environment contamination on economy
in three economic development scenarios

2.3 不同情景下资源消耗对经济影响的变化趋势
资源消耗对经济影响随时间的变化如图 6 所
示。随着时间的推移, 情景 1 下资源消耗对经济的
影响逐年增强(图 6a), 在情景 2与 3中, 资源消耗对
经济的影响逐年减弱, 分别于 2026年后、2010年后
降至 0。从能源消耗来看(图 6b), 新能源和可再生能
源占到能源消费总量的 16%、节能率达 0.04%时, 情
景 3 仅经过了近 3 年的时间, 就可将能源消耗对经
济的影响降至最低的零限。而情景 2 则需要经过近
22年时间才会消除能源过度消耗对经济所产生的影
响。对情景 1来说, 随着时间的推移, 能源短缺日趋
严重, 对经济的制约作用也逐年增强, 年均影响增
长率约为 14%。从图 6c可以看出, 情景 1的水资源
消耗在经济发展初期几乎不产生影响, 直至 2014年
后, 水资源的过度消耗对经济发展的阻碍作用才显
现出来, 随时间不断推移这一影响越来越大。相比
之下, 情景 2 和情景 3 的水资源完全能够满足经济
发展所需 , 因而在整个预测期间并没有产生消极
影响。
此外, 模拟结果还显示, 在未来 20 多年的时间
里 , 随着人口不断增长 , 耕地面积急剧减少 , 耕地
短缺量高达 440 多万 hm2, 致使经济呈直线下降趋
势, 年均耕地面积减少率为 2.96%。需要注意的是,
本研究 3 种情景下的参数变量不涉及耕地面积及其
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图 6 3 种不同发展情景下资源消耗(a)、能源消耗(b)和
水资源消耗(c)对经济影响的模拟结果
Fig. 6 Influences of consumption of resources (a), energy
resources (b) and water resource (c) on economy in three
economic development scenarios

减少率等, 所对应的耕地资源对当地经济影响的曲
线均相同(略)。
3 讨论
随着工业化进展, 城市人口、就业、环境污染
和资源等各种社会问题日趋严重, 资源短缺和生态
环境问题已经成为广东省经济社会可持续发展的瓶
颈。循环经济作为实施可持续发展战略的重要途径,
被认为是解决当前广东省环境资源与经济发展的矛
盾、建设绿色广东的必由之路, 并列入广东省“十
一五”期间的重要任务之一。但就目前来看, 循环
经济模式在广东省正处于初期实施阶段, 在全省乃
至全社会各层面还未形成共识, 高投入、高消耗、
低效率经济发展方式尚未根本转变。主要表现在资
源消费不符合再利用原则的基本格局没有改变, 环
保投资效益低下, 废弃物资源化力度低, 环境质量
迅速下降和土地、能源等资源供给压力强大等多个
方面[14]。在这种情况下, 如果沿用过去的粗放型发
展方式, 那么省内现有的资源尤其是耕地和能源供
给几乎不可能继续支撑高速的经济增长, 严重影响
社会经济发展的可持续性。
广东省的经济发展受资源环境的约束很大, 对
自然资源, 特别是不可更新资源表现出较强的依赖
性, 过去实行的资源消耗型经济发展模式是以牺牲
长远利益为代价的, 在短期内可以保持经济的较快
增长, 但从绿色 GDP 总值和资源及环境污染对经
济影响的模拟结果来看, 如果长期采用这一经济发
展模式, 必将对经济的可持续发展带来不利影响。
只有切实保护和合理利用各种资源, 提高资源利用
效率, 开发和利用新能源和可再生能源, 大力发展
循环产业, 才能有效缓解能源、资源供需矛盾, 提
高经济增长质量和效益, 减少环境污染, 促进经济
发展。
自 2005年广东省政府对建设节约型社会、发展
循环经济进行了动员和部署, 推进循环经济工作以
来, 广东发展循环经济的效果已初步显现。2006 年
广东单位万元 GDP能耗为 0.77 t 标准煤, 比上年下
降 2.93%, 基本完成年初提出降低 3%的计划目标,
“三废”治理率和回收利用率不断提高, 新能源和
可再生能源的开发利用投资额加大。若目前所采取
的各项措施得以全面实施, 绿色 GDP总值将会持续
增长, 环境污染对经济发展的影响将得到有效控制
和削减 , 重点行业资源利用效率将会有较大提高 ,
但能源过度消耗和短缺对经济所产生的影响则需要
经过二三十年时间才会有所缓解。
为了进一步揭示资源环境约束对广东省经济发
展的影响, 可分析 3种情景下绿色 GDP总值与 GDP
的比值随时间的变化情况(图 7)。绿色 GDP 总值占
GDP 的比重越高, 表明资源环境对国民经济增长的
正面效应越高, 负面效应越低, 反之亦然。不难发现,
情景 3 经过不到 4 年的时间后, 绿色 GDP 总值与
GDP 的比值趋于 1, 说明循环经济到了发展盛期 ,
对经济的影响起到了极大的促进作用。情景 2 的绿
色 GDP总值与 GDP比值随时间的推移而逐渐增大,
到 2028 年前后才趋近于 1, 说明随着循环经济发展
的不断深入, 循环经济的一些支持技术如水处理和
重复利用技术、能源综合利用技术、回收与再循环
技术等趋于成熟, 相应的法律、法规逐步完善, 保证
和推动了社会经济不断向前发展 , 随时间的推移 ,
循环经济模式的优越性越来越明显；情景 1 则由于
循环经济初期发展存在的障碍较多, 过去粗放型的
发展模式并未发生根本性转变或去除, 最终导致了
经济的恶性发展。
806 中国生态农业学报 2009 第 17卷



图 7 3 种不同情景下绿色 GDP 总值与 GDP 之比
Fig. 7 Ratios of total green GDP to GDP in three economic
development scenarios

4 结语
本文运用系统动力学方法, 通过调控相关参数
值, 模拟了广东省在经济发展过程中不同情景下资
源环境变化趋势 , 指明转变现有的经济发展模式 ,
采取循环经济发展模式是实现可持续发展的有效途
径。从目前来看, 循环经济在广东省的发展尚处于
定点示范的初级阶段, 存在普及面较小、深度不够、
质量不高、基础不扎实等特点。但随着污染治理技术、
废物资源化技术和清洁生产技术水平的不断提高 ,
循环经济的相关政策法规的相继制定和完善, 广东
的循环经济发展将会步入一个更好更稳的新阶段。
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