（环境科学专业论文）乳业循环经济模式的系统动力学模型构建及其应用研究.pdf

独创性声明 肿i ijllllliillflflijllllflfl l r l l , r l l l l l f i l l l l y 1 7 4 8 7 um 1 2 i i n l mil2l r i l l 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指 导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用 的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或 撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：丑晰 日期：加年石月侈日 乳业循环经济模式的系统动力学模型构建 及其应用研究 s y s t e md y n a m i c s m o d e ls t u d yo n d a i r y i n d u s t r yc i r c u l a re c o n o m yp a t t e r n 姓 2 0 1 0 年5 月 江苏大学硕士学位论文 摘要 以“大量生产、大量消耗、大量废弃 为特征的传统乳业经济发 展模式的缺陷，导致资源浪费、破坏和供不应求，环境消纳污染物的 白净能力难以支撑和环境质量的不断恶化，严重制约着乳品行业的可 持续发展。因此，构建“资源一产品一废物一再资源”的闭环式乳业 循环经济模式，是适应优化乳品产业结构、合理利用资源、保护生态 环境、推进乳业可持续发展的必然要求。 针对乳业快速发展带来的环境污染和资源浪费问题，视乳业经济 为一个复杂系统，通过系统动力学原理构建乳业循环经济发展模式的 s d 模型；以镇江市长江乳业有限公司大型奶牛养殖场能源生态型沼 气工程为基础进行定量分析，预测该企业在静态投资回收期内的经济 和环境效益趋势；制定两种不同乳业经济发展方案，利用政策模拟探 讨对环境的影响效应并提出乳业可持续发展的技术途径和政策建议。 结论如下： ( 1 ) 乳业循环经济发展模式由五个子系统构成，通过相互之间的 多重反馈因果关系优化乳业经济发展系统，实现了生态环境综合效益 的统一。 ( 2 ) 定量分析长江乳业大型奶牛养殖场s d 模型得出，“奶牛一沼 气一种植一奶牛 良性生态循环达到了经济和生态效应的共同提高，静 态投资回收期为7 7 年，符合乳业可持续发展的要求。 ( 3 ) 乳业循环经济发展模式“养殖资源一乳制品一再生资源”的 反馈式流程，实现了资源的低开采、高利用、低排放，达到了高产值 和低能耗的目的；规模化奶牛养殖场可以实现生物质能、地热和太阳 能等能源的综合利用；乳品企业要在“理念创新、技术创新、体制创 新和实践创新”等四个方面探索适合自身发展的循环经济模式。 江苏大学硕士学位论文 综上所述，能源生态型的乳业循环经济模式实践，带来了良好的 社会效益、环境效益及经济效益。其研究结果为相关企业节能减排， 提高效益，探索畜禽粪便资源化利用的技术途径，建设乳业循环经济 模式提供了参考。 关键词：乳品企业，循环经济，可持续发展，系统动力学，沼气生态 工程 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t t a k i n g “p r o d u c t i o n i na l a r g ea m o u n t ，c o n s u m p t i o ni n a l a r g e a m o u n t ，al a r g ea m o u n to fd i s c a r d a st r a d i t i o n a ld a i r yi n d u s t r yd e f e c to f d e v e l o p m e n tp a t t e r no fc h a r a c t e r i s t i c ，c a u s e sr e s o u r c ew a s t e ，d e s t r o ya n d n o ti ns h o r ts u p p l y t h ee n v i r o n m e n td i s s o l v i n gs e l f - p u r i f i c a t i o na b i l i t y w i t hd i f f i c u l t yt os u p p o r ta n dc o n s t a n td e t e r i o r a t i o no fe n v i r o n m e n t a l q u a l i t y ，i ss e r i o u s l yr e s t r i c t i n gt h ed a i r ys u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h e d a i r yc i r c u l a re c o n o m yi sf o rt h ep u r p o s eo fc o n s t r u c t i n gd a i r ye c o n o m y s y s t e mo f r e s o u r c e s p r o d u c t i o n w a s t e - r e v i v a lr e s o u r c e s a n di so n en e w e c o n o m i cf o r mo fa d a p t i n gt h eo p t i m i z e dd a i r yi n d u s t r i a ls t r u c t u r e ，t h e r e s o u r c e su t i l i t yr e a s o n a b l y ，t h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n ，t h e d a i r ys u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t a d v a n c e m e n t w i t ht h ep r o b l e mo fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na n dw a s t eo fr e s o u r c e s b r o u g h t e db yd a i r yi n d u s t r y , t h ed e v e l o p m e n to fd a i r yi n d u s t r yc i r c u l a r e c o n o m yi s c o n s i d e r e da sac o m p l e xs y s t e m a c c o r d i n gt ot h es y s t e m d y n a m i c s m o d e l i n gs t e p s ，e s t a b l i s h e d a d a i r yr e c y c l i n ge c o n o m y d e v e l o p m e n tm o d e la n d b u i l d e di t ss y s t e md y n a m i c sm o d e l b a s e do nt h e e c o e n e r g yb i o g a se n g i n e e r i n gp r a c t i c e o fd a i r yc o ，l t d z h e n j i a n g y a n g t z er i v e r , p r e d i c t e dt h et r e n d s o fe c o n o m i ca n de n v i r o n m e n t a l b e n e f i t sw i t h i nt h es t a t i cp a y b a c kp e r i o d ；d e t e m i n e dt w od i f f e r e n t e c o n o m i cd e v e l o p m e n tp r o g r a m sb yu s i n gp o l i c ys i m u l a t i o ni nd a i r yt o s h o wt h ee f f e c t so nt h ee n v i r o n m e n t ；t h e np r o p o s e dt h es u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t o f d a i r yt e c h n o l o g y a p p r o a c h e s a n d p o l i c y r e c o m m e n d a t i o n s ( 1 ) b a s e do nt h es dm o d eo fd a i r yc i r c u l a re c o n o m ym o d e l ，t h ef i v e s u b s y s t e m st h r o u g hm u t u a lc a u s a lr e l a t i o n s h i pa n d t h em u l t i p l ef e e d b a c k s y s t e mo p t i m i z e dt h ed a i r ye c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，a n da c h i e v e dt h e 江苏大学硕士学位论文 e c o l o g i c a le n v i r o n m e n tc o m p r e h e n s i v ee f f e c t i v e n e s s ( 2 ) q u a n t i t a t i v ea n a l y s i s e dt h el a r g e - s c a l ed a i r yf a r m ss dm o d e lo f y a n g t z er i v e rd a i r y , t h e c o w - - b i o g a s - - - p l a n t i n g - - - - c o w s b e n i g n e c o l o g i c a lc y c l eh a sr e a c h e dac o m m o ne c o n o m i ca n de c o l o g i c a le f f e c t s ， t h es t a t i ci n v e s t m e n tr e c o v e r yp e r i o di s7 7 y e a r s ，c o n s i s t sw i t hd a i r y s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ( 3 ) t h ef e e d b a c kp r o c e s so fd a i r yr e c y c l i n ge c o n o m yd e v e l o p m e n t m o d e lo f c u l t u r e r e s o u r c e s - d a i r yp r o d u c t s - r e n e w a b l er e s o u r c e s ” a c h i e v e sal o we x t r a c t i o n ，h i g hu s e ，l o w e m i s s i o nr e q u i r e m e n t sa n dt h e p u r p o s eo fh i g ho u t p u ta n dl o wp o w e rc o n s u m p t i o n ；s c a l ed a i r yf a r m s c a l la c h i e v eu t i l i z a t i o no fb i o m a s s ，g e o t h e r m a la n ds o l a re n e r g yi nt h e f u t u r e ；d a i r ye n t e r p r i s es h o u l dp u tt h ef o u ra r e a so f ”c o n c e p ti n n o v a t i o n ， t e c h n o l o g i c a li n n o v a t i o n , i n s t i t u t i o n a li n n o v a t i o na n di n n o v a t i o ni n p r a c t i c e i np r a c t i c ea n de x p l o r e si t so w nd e v e l o p m e n tc y c l e i ns u m m a r y , t h ep r a c t i c eo fe n e r g ya n de c o l o g i c a ld a i r ye c o n o m i c c y c l em o d e lb r i n g sag o o ds o c i a lb e n e f i t s ，e n v i r o n m e n t a lb e n e f i t sa n d e c o n o m i cb e n e f i t s t h er e s u l t s p r o v i d e t h er e l a t e db u s i n e s s e sa s u s t a i n a b l ed a i r yd e v e l o p m e n tm o d e lo fe n e r g ys a v i n g sa n dp o l l u t a n t r e d u c t i o n s ，i m p r o v i n ge f f i c i e n c ya n dt e c h n i c a lm e a n so fl i v e s t o c km a n u r e r e s o u r c e su s i n g k e y w o r d s ：d a i r yi n d u s t r y ，c i r c u l a re c o n o m yp a t t e m ，s u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t ，s y s t e md y n a m i c s ，b i o g a sf e r m e n t a t i o n 江苏大学硕士学位论文 目录 第一章绪论1 1 1 研究背景及意义1 1 2 国内外循环经济研究现状及发展趋势2 1 2 1 国内外循环经济模式的研究方法2 1 2 2 国内外循环经济模式的实践与应用3 1 3 研究内容5 1 4 技术路线6 1 5 创新之处8 第二章系统动力学的基本理论9 2 1 系统动力学的产生背景及应用1 0 2 1 1 系统动力学的产生背景1 0 2 1 2 系统动力学在畜牧业中的应用1 1 2 2 系统动力学基本观点1 3 2 3 系统动力学的特点1 4 2 4 系统动力学的基本概念1 4 2 4 1 系统动力学概论1 4 2 4 2 信息反馈系统1 5 2 4 3 主要变量1 5 2 5 系统动力学建模的基本原则1 6 2 6 系统动力学解决问题的主要步骤1 6 2 7 系统动力学专用的软件- v e n s i mp l e 软件介绍。1 7 第三章构建乳业循环经济的系统动力学模型1 9 3 1 乳业循环经济系统动力学模型的建模目的与前提条件1 9 3 1 1 建模的目的1 9 3 1 2 建模的前提条件1 9 3 2 乳业循环经济模式的系统动力学结构分析。2 0 3 2 1 系统边界的确定2 0 v 江苏大学硕士学位论文 3 2 2 系统变量的选择2 1 3 3 构建乳业循环经济的系统动力学模型2 2 3 3 1 乳品市场子系统2 3 3 3 2 收益子系统2 5 3 3 3 污染子系统2 7 3 3 4 再生产子系统2 8 3 3 5 沼气工程子系统3 0 第四章模型的运用和分析3 2 4 1 镇江市长江乳业有限公司依托工程概况3 2 4 2 沼气、沼渣、沼液利用方案3 2 4 3 长江乳业循环经济模式的构建3 3 4 4 长江乳业奶牛场养殖系统的s d 模型3 4 4 5 模型的基本输出3 8 4 6 模型行为检验：4 2 4 6 1 模型有效性检验4 2 4 6 2 模型灵敏度检验4 4 4 7 政策模拟4 8 4 8 技术途径和政策建议5 1 第五章基本结论与研究展望5 3 5 1 基本结论。5 3 5 2 研究展望。5 5 参考文献5 6 致谢6 1 攻读学位期间发表的学术论文目录6 2 v i 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 乳业作为我国的朝阳产业，近年来取得了快速的发展，乳制品占畜产品的比 重是衡量畜牧业发达与否的重要指标。到2 0 0 6 年底，奶牛存栏量从1 9 9 8 年的 4 2 6 5 万头增长到1 0 6 3 万头，增长1 4 9 ，年均增长1 6 4 ，包括牛奶和羊奶在 内的我国奶类产量达到2 3 6 8 万吨【1 1 。据预测，未来2 0 年内，中国乳业仍将处于 高速增长期。 乳业的发展，对优化农业产业结构、增加农民收入、提高城乡居民生活水平 起到了积极的推动作用。但是，奶牛既是变废为宝的生物转化器，同时也是向环 境中排放废弃物的污染源【2 1 。根据中国乳业协会最新的统计数据，每年我国由于 奶牛养殖产生粪污及垫料、饲料残渣等废弃物约1 8 亿吨【1 1 ，这种污染源若无法 消纳，将对水质、空气、土壤都带来严重污染，成为农村疾病增多和传染性疾病 流行的主要根源之一，也成为一些地区特别是大中城市郊区的主要污染源之一。 乳品企业的环境污染问题包括： ( 1 ) 水污染 据资料表明，一个千头奶牛场可日产粪尿5 0 t t s ，直接排放会使大量有害物质 流入水体，使水中的硝态氮、硬度和细菌总数超标【4 j 。据环保部门对养殖场粪水 的检测表明，c o d 超标5 0 - - 一一6 0 倍、b o d 超标7 0 - - 一8 0 倍、s s 超标1 2 2 0 倍，污染 十分严重【5 】。氮和磷含量过高使水体富营养化，大量滋生蚊蝇，鱼、虾等水生生 物因缺氧而死亡。据测定，当奶牛粪便污水流入池塘而使水中氨含量达到或超过 0 2 m g l 时，就会对鱼产生毒性i a l 。 ( 2 ) 空气污染 刚排放的禽畜粪便含有n h 3 、h z s 和胺等有害气体，在未能及时清除或清除 后不及时处理时臭味成倍增加，产生甲基硫醇、二甲二硫醚、甲硫醚、二甲胺及 低级脂肪酸等恶臭气体，对现场及周围人们的健康产生不良影响，引起奶牛精神 不振、烦躁、记忆力下降和心理状况不良，使禽畜的抗病力和生产力降低 6 1 。 ( 3 ) 土壤污染 奶牛粪便中含有大量的钠盐和钾盐，如果直接施于农田，过量的钠和钾通过 江苏大学硕士学位论文 反聚作用会造成某些土壤的微孔减少，使土壤的通气性降低，破坏土壤结构；奶 牛粪便中含有大量的氮和磷，在粪便堆放或流经的地点，有大量高浓度粪便水渗 入土壤，可造成植物一时疯长，或使植物根系受损伤，乃至引起植物死亡【6 1 。 乳品企业生产对环境的污染给人类健康和畜牧业的可持续发展造成巨大威 胁。乳品业的健康发展不能以牺牲环境作为代价，既要降低畜牧养殖造成的污染， 又要节约资源。由于技术和经济的原因，我国有相当数量的奶牛养殖场粪污没有 得到有效处理，污染问题已经严重影响了乳业的可持续发展，其综合治理迫在眉 睫。 由于奶牛粪便中含有大量有机质及丰富的n 、p 、k 等营养物，自古以来一直 被作为农作物宝贵的有机肥而利用同。当前的牛粪的利用途径主要有回田肥土、 加工成饲料，或有机肥生产沼气和发展生态农牧业等【8 l ，既能增加奶牛产业链条， 又减少了环境污染，所以说乳业生产废弃物也是一项不可浪费的资源。 循环经济是把清洁生产和废弃物的综合利用融为一体的生态经济，将传统的 经济增长方式由“资源一产品一废物排放”的开环模式转化为“资源一产品一废 物一再资源 的闭环模式。因此，发展循环经济是实现可持续发展的必然选择和 重要途径【9 】。如果将生态循环经济系统应用于奶牛养殖场，以可再生与循环能源 综合利用技术为支撑，贯穿牧草种植、饲草加工、奶牛养殖、养殖场粪便无害化 处理和资源化利用等各个环节，以达到固体废弃物处理的减量化、无害化、资源 化，一方面可使奶牛排放污染得以有效利用，减少或防止环境污染，构建奶业高 产、高效、安全、优质、生态生产的清洁生产模式【q ；另一方面通过多种措施“变 废为宝 ，真正实现经济发展和环境保护的双赢【1 0 l 。因此，将循环经济模式应用 于乳品企业生产是实现可持续发展的有效措施。 1 2 国内外循环经济研究现状及发展趋势 1 2 1 国内外循环经济模式的研究方法 目前，循环经济发展的量化评价方法国内外尚处在探索研究之中，也一直是 环境管理理论界探讨的重要问题之一【1 1 】。李健等人探讨了面向循环经济的企业评 价指标的特点、原则和层次，给出了面向循环经济的企业绩效评价指标体系的结 构及其评价方法，将模糊理论与层次分析法相结合，建立了模糊综合评价数学模 型，定量地对企业实行循环经济的经营成果和经营风险做出综合评价【1 2 1 。万伦来 2 江苏大学硕士学位论文 等人将循环技术的3 r 维度解剖为资源消耗、产品回用性、资源再开发和环保性 等四个层面，根据模糊层次评价理论建立了循环技术的“循环度 综合评价的定 量方法【1 0 l 。刘征等人提出了长三角循环经济的定量研究，用相关分析法分析了长 三角地区经济增长方式是资源消耗型、环境破坏型，提出要实施循环经济；接着 用回归分析法建立经济评估模型并对循环经济进行评估【1 2 】。迟春洁等人在国内外 对循环经济研究的基础上，提出了我国循环经济评价指标体系的构建思路，提出 评价指标体系应由多项基础要素、状态要素、支持系统和最终集成的综合结果所 组成，分为总体层、系统层、状态层和要素层四个等级【1 3 1 。王良健根据建立循环 经济评估指标体系建立了经济发展指标、循环经济特征指标、生态环保指标及绿 色管理指标等作为一级指标，2 8 项因子作为评估因子的循环经济评价指标体系， 并采用专家判断法和层次分析法确定各指标权重，用多目标线性加权函数法即常 用的综合评分法对循环经济发展作综合评估【1 4 1 。马其芳等人用b p e i r 概念模型及 特尔菲法选择区域农业循环经济发展评价指标体系，并通过层次分析法，对 1 9 8 5 - 2 0 0 3 年江苏省农业循环经济发展水平进行综合评价；并对2 0 0 3 年影响江苏 省农业循环经济发展的障碍因素进行诊断，找出主要限制因素【1 5 】。 综上所述，目前循环经济的研究主要聚焦在循环经济理论定性研究上，缺乏 定量的分析，循环经济链条也是理论上循环起来就行，没有在各个环节上都定量 化，从而降低了循环经济模式的实际应用价值。以区域为例，将定量研究的理念 和方法贯穿于整个循环经济研究过程和每个链条中，将每一个环节都定量化，建 立循环经济定量模式将是循环经济定量化研究的一个大方向。 1 2 2 国内外循环经济模式的实践与应用 国内外循环经济的实施模式主要有三种：小循环、中循环和大循环模式。小 循环是在企业层次上实行循环经济，美国杜邦公司是最典型的代表，通过循环经 济和3 r 制造法的实践，该公司1 9 9 4 年生产造成的塑料废弃物和排放的大气污染 物，相对8 0 年代末分别减少了2 5 和7 0 1 1 6 l ；山东九发食用菌股份有限公司、山 东鲁北化工股份有限公司等实行清洁生产和循环经济后【1 7 1 ，也取得了很好的效 益。中循环是在区域层次上实行循环经济，即通过企业间的代谢和共生关系，形 成生态园区，最为典型的是丹麦卡伦堡生态工业园区，该园区通过贸易方式把一 家企业的废弃物作为另一家企业的原料，建立了工业横生和代谢生态链关系，不 仅降低了治理污染的费用，而且企业也获得了可观的经济效益【1 8 】；我国第一个国 3 江苏大学硕士学位论文 家级的生态工业园区广西贵港生态工业示范园区于2 0 0 1 年正式启动，同年，广东 南海国家生态工业示范园区也启动，为全国树立了能够体现循环经济理念的生态 工业园区示范【1 7 1 。大循环是在整个国家层次上实行循环经济，德国双元系统模式 是在社会层面上实施循环经济的典型代表，它是一种针对消费后排放的循环经 济，d s d 体系的运转使人均包装材料消耗量由9 7 4 千克降低至j 8 2 千克，降低了 1 3 4 t 1 7 1 ，日本在建立循环型社会方面也取得了很大的成绩；2 0 0 2 年辽宁省被国 家环保总局正式确定为循环经济的试点省份，标志着我国大循环的正式开始。 近些年，随着农业的发展，畜禽养殖业污染日益严重，人们开始探索其循环 经济发展模式。中国矿业大学环境与测绘学院刘红侠指出我国未来的规模化养殖 业污染治理必须以发展循环经济为指导思想和根本出发点，这是2 1 世纪的大趋 势，并指出养殖业的全过程污染防治措施1 1 9 1 。河南省唐河县用秸秆养牛催化“循 环经济链 ，每年可产生直接经济效益3 8 0 0 万元，跨入了百强县之列刚。石武乙 研究了海门市畜禽发展现状并提出循环经济模式：海门市兴旺种猪场循环经济流 程和海门市京海肉鸡集团循环经济流程，推动了海门市规模化养殖向循环经济和 可持续发展模式迈进1 2 。在广西的恭城县和江西的赣南地区广泛应用的“猪、沼、 果”模式是实现生态农业较好的模式【2 2 】。“四位一体 是辽宁省首创的以沼气为 纽带的能源生态综合工程，该工程将沼气池、畜( 禽) 舍、厕所和日光温室有机组 合，实现产气、积肥同步，种植、养殖并举，取得能流、物流和社会诸方面的综 合效益。“四位一体以其投资少、风险小、效益高，农产品无污染、无公害， 能够节水、节能等特点，在辽宁农村发展庭院经济、调整产业结构、增加农民收 入、实现脱贫致富的过程中发挥了重大作用【2 3 j 。蒙牛集团循环经济工业园率先在 国内建设现代化大型牧场循环经济的试点工作，把种植一养殖一奶牛一繁殖一乳 业牲畜粪便，污水沼气发电一余热回收有机肥生产形成一个建设生态文明循 环经济产业链。并与入驻的太原经济的联合啤酒企业形成了“酒糟一养牛一乳业 上下游产业链，形成了市场拉动工厂、工厂带动养殖、养殖促进种草、饲草转化 为原奶、原奶转化为产品、产品投向市场的良性闭路循环。而其建成的装机容量 为1 3 6 兆瓦的蒙牛澳亚示范牧场大型沼气发电项目是中国乳品行业首个畜禽类 粪便处理综合项目，具有很强的示范价值与经济利用价值。蒙牛如今的生态系统 形成了“牛粪来发电，废水可养鱼 的模式，实施以牧场为核心的集种植、养殖、 生产、生物质能发电、有机肥良性循环为一体的绿色循环经济，实现了牧场粪便 4 江苏大学硕士学位论文 污水无公害、无污染、零排放，形成牧场种植、奶牛养殖、产品加工良性循环的 经济体系，对于乳品企业实行循环经济模式具有很强的指导示范作用，实现了企 业和农民的双赢。 国外在乳业循环经济的技术措施上有所研究，但是大范围的完整地实施乳业 循环经济还未见报道。目前，国内外循环经济的研究多借助知识和经验定性说明 区域循环经济发展水平和主要的障碍因素，由此主观地提出循环经济发展措施和 模型，主要聚焦在循环经济理论定性研究上，缺乏定量的分析，循环经济链条也 是理论上循环起来就行，没有在各个环节上都定量化，从而降低了循环经济模式 的实际应用价值。 基于此，本文试着从定量结合定性的方式上，结合乳业发展现状以及相关乳 品企业背景，遵循乳业循环经济的内部循环和外部循环规律，建立相应的综合利 用模式，用系统动力学的方法建立乳业循环经济模式的系统动力学模型，通过输 入不同的经济参数和不同的政策因素模型所表现的行为和趋势，形成乳业生产系 统的良性生态循环。因此，以某一乳品企业为例研究其循环经济发展模式具有重 要的现实意义，这对于生产工艺明确、生产流程清楚的企业或行业，是一种较为 简便的判定方法，由此提出的循环经济模式也具有一定的实践意义。 1 3 研究内容 针对乳业快速发展带来的环境污染和资源浪费问题，视乳业循环经济的发展 为一个复杂系统，通过系统动力学原理确立市场、收益、污染、再生产、沼气工 程等五个子系统结构，构建了乳业循环经济发展模式的s d 模型；以镇江市长江 乳业有限公司大型奶牛养殖场能源生态型沼气工程为基础，定量分析乳业循环经 济发展模式的s d 模型，预测该企业在静态投资回收时期内的经济效益和环境效 益趋势；制定两种不同乳业经济发展方案，利用政策模拟探讨不同发展模式对环 境的影响效应；遵循乳品企业循环经济规律，提出相应具体可实施的乳业可持续 发展的技术途径和政策建议。这对于探讨乳品企业如何建立循环经济模式并提出 相关策略，具有较大的实践意义。 研究具体内容包括： ( 1 ) 乳业循环经济发展模式s d 模型的构建 依据系统动力学原理确定乳业循环经济系统结构的边界，选取主要系统变量 5 江苏大学硕士学位论文 和影响因子，找出乳业经济系统的问题和系统内部的反馈结构与其动态行为的关 系，把可测度的动态变化趋势和数据与不完全可测的系统内部关系联系起来，构 建了乳业循环经济发展模式的s d 模型。 ( 2 ) 以长江乳业大型奶牛养殖场为基础，建立乳业循环经济发展模式的s d 定 量模型 基于长江乳业大型奶牛养殖场“奶牛一沼气一种植一奶牛 的良性生态循环， 通过具体数据分析乳业循环经济发展模式，建立了s d 定量模型，预测该企业在 静态投资回收时期内的经济效益和环境效益趋势。 ( 3 ) 制定不同政策模拟探讨不同乳业发展模式对环境的影响效应 通过政策模拟实施传统乳业的过程末端治理污染发展模式和乳业循环经济 发展模式两种不同方案，探讨不同发展模式对环境的影响效应，定量评价发展乳 业循环经济的优势。 ( 4 ) 探讨乳业可持续发展的技术途径和政策建议 探讨生产系统内部问题和整个消费系统的关系，遵循乳品企业循环经济规 律，将乳业资源、产品、养殖场粪便无害化处理和资源化利用等反馈结构与乳品 市场动态行为联系起来，提出相应具体可实施的乳业可持续发展技术途径和政策 建议。 1 4 技术路线 技术路线见图1 1 。 6 江苏大学硕士学位论文 乳业经济存在问题及发展趋势研究 系统动力学仿真模拟方法介绍 乳业循环经济发展 模式边界的确定 乳业循环系统主要变 量及影响冈子的选取 乳业循环经济发展模式s d 模型的构建 长江乳业大型奶牛养殖场的定量s d 模型 两种不同经济发展模式的政策模拟 提出乳业可持续发展的技术途径和政策建议 图1 1 论文研究的技术路线 f i g 1 1 ：t h et h e s i st e c h n i c a lr o u t e 论文研究了乳业循环经济模式的系统动力学模型及其应用，技术路线见图 1 1 。首先探讨了乳业循环经济模式的作用和意义，介绍系统动力学的研究方法， 通过确定乳业循环经济发展模式的边界和选取主要系统变量和影响因子，构建乳 业循环经济发展模式的s d 模型；然后以长江乳业大型奶牛养殖场为例，建立定 量s d 模型并预测未来发展趋势；制定两种方案进行政策模拟不同经济发展模式 对环境的影响效应；最后提出乳业可持续发展的技术途径和政策建议，为相关乳 品企业实践应用循环经济模式提供理论参考。 7 江苏大学硕士学位论文 1 5 创新之处 目前，循环经济的研究主要聚焦在对循环经济理论进行定性研究，由于缺乏 定量研究，降低了循环经济模式的实际应用价值。论文以长江乳业奶牛养殖场为 例，将定量研究的理念和方法贯穿于整个研究过程和每一项研究内容中，建立了 乳业循环经济定量模式。以乳品企业个体为研究单元，提出循环经济定量模式的 研究在国内外还不多见。 8 江苏大学硕士学位论文 第二章系统动力学的基本理论 循环经济( c i r c u l a re c o n o m y ) 一词是对物质闭环流动性经济、资源循环经济 的简称，是以资源的高效利用和循环利用为目标，以物质、能量梯次和闭路循环 使用为特征，按照自然生态系统物质循环和能量流动方式运行的经济模式【冽。 循环经济把清洁生产和废弃物的综合利用融为一体，它既要求物质在经济体 系内多次重复利用，进入系统的所有物质和能源在不断进行的循环过程中得到合 理和持续的利用，达到生产和消费的“非物质化 ，尽量减少对物质特别是自然 资源的消耗；又要求经济体系排放到环境中的废物可以为环境同化，并且排放总 量不超过环境的自狰能力。循环经济是以最优生产、最优消费、最少废弃为特征 的，是以“资源一产品一再生资源 为社会运行模式和物流模式，见图2 1 。 图2 1 循环经济运行模式 f i g 2 1 ：t h er u n n i n gp a t t e mo fc i r c u l a re c o n o m y 循环经济具有其特有的运行原则，它是建立在“减量化、再利用、资源化 三原则基础上的，三个原则对循环经济的成功实施都是必不可少的。减量化或减 物质化( r e d u c i n g ) 原则属于输入端方法，旨在减少进入生产和消费流程的物质 和能源的量，换句话说，对废弃物的产生，是通过预防的方式而不是末端治理的 方式来加以避免。再利用或反复利用原则( r e u s i n g ) 属于过程性方法，目的是 尽可能多次利用或以多种形态利用资源，避免物品过早地成为垃圾。资源化或再 循环原则( r e c y c l i n g ) 是输出端方法，通过把废弃物再次变成资源以减少最终处 理量，也就是我们通常所说的废物的回收利用和资源化。 9 江苏大学硕士学位论文 循环经济一般包括3 个不同而又有序衔接的层面，即小循环、中循环、大循 环。企业层面上的小循环，即企业按照清洁生产的要求，采用新的设计和技术， 将单位产品的各项消耗和污染物的排放量限定在先进标准许可的范围之内；区域 层面上的中循环，即工业园区按照生态产业链发展的要求，将一系列彼此关联的 生态产业链组合在一起，通过企业和产业间的废物交换、循环利用和清洁生产， 减少或杜绝废弃物的排放；社会层面上的大循环，即整个社会按照循环经济的要 求，制定相关法律、规则，实现清洁生产、干净消费、资源循环、环境净化【2 5 1 。 在企业层面上，就是在科学发展观的正确指导下，改变“原料产品废物 的模式，促进工业增长方式由粗放型向集约型转变，大力推行清洁生产，积极创 建“零排放 企业，建设循环经济示范企业，努力使企业单位产品能耗、物耗、 水耗达到最低，使污染物排放逐步为零，提高企业运行的质量和效益。 循环经济系统是一个复杂的系统，其规模庞大、结构复杂，系统内部因素相 互作用、相互影响、相互渗透，呈现出复杂的运动规律。传统的系统方法论对它 的研究已经显得无能为力【2 6 】。循环经济强调最有效地利用资源和保护环境，表现 为“资源产品再生资源”的持续循环增长方式。究其实质是一种反馈， 是通过“资源产品再生资源 的环状反馈式循环过程，最终实现最优生 产、最适消费与最少废弃。这与系统动力学的内部机理不谋而合，因为系统动力 学正是运用系统内部的反馈作用机制来建立系统模型并对系统进行长期、动态分 析的【刎。 多年来的实践使人们认识到，对于像乳业循环经济系统这样的复杂系统而 言，己无法使用传统的、对待工程系统那样的建立精确物理定量模型来进行设计、 分析和预测，认为这类系统的定量方法只能是半经验半理论的，提出经验性假设、 猜想或判断是建立复杂系统模型的出发点。这些经验性假设没有科学方法证明， 但需要用经验性数据对其确实性进行检验。本文从经验性假设出发，选择了系统 动力学的方法来对此系统进行研究，获得结论。 2 1 系统动力学的产生背景及应用 2 1 1 系统动力学的产生背景 系统动力学( s y s t e md y n a m i c s 简称s d ，也称“系统动态学 ) 出现于1 9 5 6 年， 是由美国福莱斯特( w f o r e s t e r ) 教授率先倡导的，5 0 年代后期，逐步发展成为 1 0 江苏大学硕士学位论文 一个新的领域【2 3 1 。系统动力学早期主要应用于工业生产过程中库存的波动，劳动 力的不确定以及市场股票下跌等问题，因此被称为“工业动力学 。7 0 年代初， 系统动力学模型被用于研究世界发展模型并获得了空前的成功，揭开了一些经济 学中长期存在的谜团，如“长波”现象形成的原因。目前系统动力学广泛运用于 研究城市经济发展、企业经营管理、宏观经济规划、区域经济、科技管理、能源 规划、医学，甚至工程系统等许多领域f 2 刀。 我国于8 0 年代初引进系统动力学后，不仅在理论上进行了研究，而且从国家、 城市、地区、其他专题层次上，在社会经济系统分析( 宏观、区域、县乡) 、可 持续发展战略和经济、社会发展总体规划、城市生态系统研究、资源配置与土地 承载能力、农林牧副渔动态调节与控制、环境影响评价以及预警方法等方面都进 行了广泛研究与运用阳。随着计算机技术的飞速发展，系统动力学的仿真软件也 在快速更新。2 0 世纪8 0 年代以前，系统动力学的仿真软件主要有在d o s 环境下运 行的d y n a m oi i 、d y n a l v l o m 、d y n a m o i v 。2 0 世纪8 0 年代中后期，在原有 仿真软件的基础上，又研制出了p 时l u s ( p r o f e s s i o n a ld y n a m o - - p l u s ) 、d y s m _ a p 等系列。2 0 世纪9 0 年代出现了可在w i n d o w s 环境下运行的仿真软件，主要有 m o d e l m a k e r 3 0 2 、v e n s i m 等，它们将绘制流图和编程这两步繁杂的工作融为 一体，编程过程可视性很强闭。进入2 1 世纪以后，又出现了操作更加简便的仿真 软件i t h i n k 。仿真软件操作的简易性对促进系统动力学的广泛应用起到了不容忽 视的作用陶。 2 1 2 系统动力学在畜牧业中的应用 随着养殖规模的扩大，规模效应将呈现上升，养殖收益同步提高，而养殖收 益的提高又将进一步促进规模养殖，进而得到规模养殖效应增长环路。但是，伴 随着养殖规模的扩大，对坏境的压力也r 益增加，对环境造成的污染程度增大， 进而污染损失( 包括畜禽产品的品质下降，由于环境恶化造成畜禽病害上升，产 品数量下降，对环境污染造成他人损失的赔付和罚款等，即系统中存在增长上限 基模1 上升，进而抑制规律养殖的发展。即在上述规模养殖效应增长反馈环中存 在抑制环路1 2 8 】。 a e c ( a ge d u c a t i o n & c o n s u l t i n g ，u q 认为系统动力学在畜牧业中的应用主 要分为以下两个方面：一方面是从生产方面来看，系统动力学可以帮助经营者更 好地了解该系统，以便于建立完整的畜牧生产管理系统，另一方面是从经济效益 江苏大学硕士学位论文 来看，经营者可以利用系统动力学有效地预测政策改变对经济效益的影响，或能 更好地制定出提高经济效益的方案和政剩2 9 l 。 在2 0 世纪8 0 年代末，人们初步探讨了系统动力学在畜牧业中的应用【3 0 1 。刘中 源【3 1 】构建了黑龙江省畜牧业系统动态仿真模型。宋嗣宏【3 2 】用系统仿真方法研究 了大庆三环公司畜牧业发展战略。进入9 0 年代以后，系统动力学在畜牧业中的应 用日益增多。在制定国家、区域和地区畜牧业发展规划中，系统动力学发挥了积 极的作用。王济副3 3 】利用系统动力学，建立了我国畜牧业发