中国经济持续发展水平的能值分析，本文主要内容关键词为：中国经济论文,持续发展论文,水平论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：F062.2
文献标识码：A
近年来，国内外学术界和决策部门对于区域可持续发展水平的综合测度工作进行了大量的探索，研究成果日渐丰厚。归纳起来，国际上可持续发展水平的测度途径有三大类[1]：一是以物质流作为测度单位的经济系统的物质流核算体系(MFA)方法；二是以货币作为测度单位环境经济系统的综合核算体系(SEEA)方法；三是能量作为测度单位的环境经济系统的能量核算体系(EbA)方法。应当指出，这三种评估方法各具优势与不足。MFA途径利用经济系统的物质流转路径和强度作为可持续发展水平的判据，避免了环境和资源价值币值化过程中的主观性和随意性，但不能真实反映对环境、资源的外部性及其对经济发展和社会福利的影响；SEEA途径试图将环境纳入国民经济核算体系，其特定目标是将传统帐户中与环境有关的流量与存量项目分项表列，将实物资源核算与货币化环境核算以及资产负债核算相联系，对传统收入、产值指标加以环境调整。实施SEEA途径仍有许多难题需要解决，其中环境成本的币值化方法尚待完善；EbA途径将环境、经济系统的过程和产品统一折算成能量单位，分析其在各个环节上的分配和流转，藉以诊断和判定系统的现实状态与演化态势。EbA途径中包含多种方法和技术，其中以能值分析(e-mergy analysis,EMA)影响较大。
本文以EMA方法作为理论支撑，提出基于能值分析的区域可持续发展度量方法和评价指数，并以中国为例，计算了20年来的可持续发展水平指数，对其变化趋势作了简要分析。
1 能值分析的理论基础
能值分析是美国著名生态学家奥德姆(H.T.Odum)创立的以能量为核心的系统分析方法。能值分析以能值作为基准，把不同种类、不可比较的能量转换成统一标准来进行比较。能值分析常用太阳能值(solar em-ergy)来衡量某一能量的能值大小[2]。任何流动的或贮存状态的能量所包含的太阳能的量，即为该能量的太阳能值。
不论是自然生态系统还是社会经济系统，都是由多个节点联结而成的网状或链状系统，物质循环、能量和信息流动是两类系统的基本特征。就能量流动而言，处于不同层次上的节点的能量质量（能质）是不同的。通常，低层次上节点的能质较低，高层次上节点的能质较高。以森林生态系统为例，假设1000000J的太阳光能参与光合作用，其中一部分来自直接照射的太阳光，另一部分太阳能量则通过蒸发作用，形成雨水降落到森林。森林接收利用的能量有1%左右经过森林生产者转化为植物生产量。也就是说，每年产生的新树木和其它植物含有10000J能量，其余999000J能量则在森林生产过程中以热能方式耗散，太阳光能的利用率仅为1%。在一个发育较为完善的森林生态系统中，一年中供给森林的1000000J太阳能有10000J转化为森林生物量，其中1000J为生产者输出给一级消费者的能量；以100J的能量由一级消费者输出给二级消费者；以10J的能量由二级消费者输出给三级消费者；最终，三级消费者提供的能量仅有1J了。食物链（网）前端营养级上使用多量焦耳的能量，才转换成末端营养级上少量焦耳的能量，因此，末端营养级上的能量具有较高能质。产生1g鹿肉比产生1g木材需要更多的能量，故鹿肉的能质高于木材。能量沿着食物链营养级逐级转化，每转化一次，能质提高一次。
由此可见，处于较高层次上的营养级需要利用大量低质量的能量（如太阳能），才能形成高质量的能量。因此，欲比较不同形式的能量，必须进行计算。通常以太阳能量的焦耳数为起点，确定形成另一资源究竟需要多少太阳能的焦耳。奥德姆使用能值(emergy)这个词来表达制造（形成）某一产品应用的太阳能之量。以太阳能焦耳（solar emjoules，缩写为sej）为单位来表示。例如1g雨水的能值为75000sej。能值分析中常用太阳能值转换率(solar transformity)作为各种物质或能量的转换单位。单位能量或物质所含有的太阳能值量即为太阳能值转换（单位为：sej/J或sej/g）率，其表达式为：
A种能量的太阳能值转换率＝应用的太阳能J/1JA种能量
不同的能量或物质具有不同的太阳能值转换率。一般而言，处于自然生态系统和社会经济系统较高层次上的产品或生产过程具有较大的能值转换率。人类的劳动、高科技产品和复杂的生化物质等均属高能质，具有高能值转换率。
2 基于能值分析的区域可持续发展水平判定
2.1 经济系统的能值透视
经济是人类文明所拥有的资源与能量的巨系统。论及一个国家或地区的经济，通常人们以金钱的多少作为标识。其实，从能值分析的角度来看，经济活动乃是如何开发利用资源和能量的问题。一个国家的经济系统就是利用环境资源的能量、信息、物质和劳务，生产各种产品供应消费者，人类消费者则为经济活动提供劳力。能量、信息、物质和劳务这些真正的财富，可用能值加以衡量。如果没有高能值的资源（如石油、矿藏）供经济生产所需，或者没有商品和劳务供购买，货币便失去其价值；另一方面，如果没有资金，经济活动则无法开展，只能处于简单的原始经济状态，资源也就不能有效地开发和利用。
能值流分析提供了一个对经济系统透视的新视野。传统的经济分析和评价方法重视货币的作用。由于市场的不完备性以及环境的外部性，GNP或GDP不能真正体现一个国家或地区经济发展实际水平。同时，货币并不能衡量自然界对于经济发展的贡献，而且由于通货膨胀而使币值经常变动。所以，用货币体现的国民生产总值并非衡量一个国家或地区经济的唯一标准。可以更好衡量一国或地区经济的标准是能值，即用于创造经济财富的太阳能值。实际上，货币只衡量了人的贡献，而能值分析则同时衡量人和环境对于经济发展的贡献。自然界的目标是最大化的能值流，而且这也应当是人类的目标。
人类的社会经济系统具有与自然生态系统相似的组织格局。人类社会经济系统中多样化资源、相互作用过程以及高能质服务形成的反馈环是控制能值流格局的基本动力。以能值分析的观点看，货币流与能值流在经济过程中呈反向循环。货币逆向流通形成一个闭合环，其通路受人类控制。货币流通使得经济系统达到最大功率值，但对于非人类活动组分，货币流很少触及。与货币流相比，能值流在经济系统各个组分间流动，范围和规模比货币流大。对于因竞争或稀缺引起的经济行为的调整，在微观尺度上，能值流起到推动作用；在宏观尺度上，通过由能值流与货币流关系决定的价格来调控。
能值分析重视体现在劳动中的能量。与其它的能量分析方法将人视为单纯消费者的理念不同，能值分析认为消费者提供了主要反馈控制使得经济系统得以完成复杂过程。人的劳动在能值分析中是能量最集中的项目，体现的比值很高。经济系统的大部分行为集中在人的服务上，因此，用能量与货币的平均比率乘以同质等价物的能量来估算人劳动的能量是一种合理的近似。
归根结底，从能值分析角度剖析经济系统，其运行的动力学基础在于能量流转方式、速度和强度，它决定了生产要素的配置、生产力的布局、经济发展速度、环境负载程度以及资源的耗竭速率。因此，把握了能量进入系统的通量密度和流转路径便可明晰系统的演化态势。
2.2 基于能值分析的可持续发展指数体系
能值分析建立在能量符号语言基础之上。图1是一个简化的社会、经济、资源和环境系统能值分析图解。可更新资源通过环境系统对社会经济系统产生作用(R)，不可更新资源(N)也是社会经济系统的基本输入之一。社会经济系统在运行过程中同时接收反馈输入(IMP)，最终产生输出(Y)。基于能值分析的可持续发展指数体系便是建立在输入、输出及反馈能值流间运算基础之上的。以下是一些常用的指数及计算方法[3-6]。
图1 社会经济环境系统能值分析简图
Fig.1 Emergy-based diagram for evaluating socioeconomic and environmental system
(1)净能值产出率(the net emergy yield ratio,NEYR)：为经济过程产生的能值量与来自经济过程的反馈输入能值的比值（反馈输入能值由燃料、劳务、货物等构成，常以进口总额与外资利用量、国际旅游收入和国外劳务输出收入相加替代），即
NEYR=(R+N+IMP)/IMP(1)
这个指数表征了经济过程是否满足向经济活动提供基础能源。通过比较净能值产出率，可以更好地了解某一种资源是否具有竞争力和经济效益的大小。如果NEYR小，则说明该种资源的竞争力较弱，开发时产生的回报效益较低；反之，竞争力较强，开发效益较高。
(2)能值投资率(the emergy investment ratio,EIR)：为来自经济活动的反馈能（构成同上）与本区域能值输入的比值，即
EIR=IMP/(R+N)
(2)
这个比率指数是衡量开发单位本地区资源而需要的能值投入。为了使生产过程更经济，开发中应当同其它竞争者具有相似的比率。如果经济系统的运行主要依赖于本地资源，则比率较小。当比其它竞争者无偿从环境中获取较多能量时，这一比值也会较低。然而，太低的能值投资率将不利于吸引域外资金，进而影响本地资源的开发。当这一比值较大时，几乎所有的投入都是有偿的，价格上涨，系统的竞争力较低。这一指数大小常受政治或社会经济因素的制约。
(3)环境负载率(the environmental loading ratio,ELR)：为购买的和非更新的本地能值与无偿的环境能值（可更新资源能值）之间的比值，即
ELR=(IMP+N)/R
(3)
奥德姆声称，这个比率很像电路上的负荷。一个较大的比率数值表明在经济系统中存在高强度的能值利用，同时对环境系统保持着较大压力。ELR是对经济系统的一种警示，若系统长期处于较高的环境负载率，将产生不可逆转的功能退化或丧失。从能值分析角度来看，外界大量的能值输入以及过度开发本地非更新资源是引起环境系统恶化的主要原因。
(4)能值货币比率(sej/
)：是一个国家或地区单位时间内（一年）使用的总能值与GNP的比例。总能值包括了可更新的环境资源、已用的不可更新的资源（如燃料储备和土壤中的有机质等），同时还包括输入本区域的资源、货物和劳务等。发展中国家具有较高的比率，因为在这些国家或地区，大部分环境资源是无偿使用的。由于快速的货币回笼、GNP基数较大以及从外部购买资源，发达国家的这一比值通常较低。
(5)宏观经济价值（macroeconomic value，有时称emdollar）：是指某种资源或产品的能值相当于多少流动的货币，它可以被视作资源或产品本身的影子价格。宏观经济价值等于某种资源或产品的能值与总能值的比值乘以该区域的GNP。某一资源或产品宏观经济价值较高时，表明它对经济的贡献率较大。
(6)基于能值分析的可持续发展指数(emergy-based sustainability index,ESI)
ESI=NEYR/ELR[7]
(4)
ESI是对能值产出率与环境负载率的相对比较。很显然，如果一个国家或地区的经济系统能值产出率高而环境负载率又相对较低，则它是可持续的，反之是不可持续的。但并不是ESI值越大，可持续性越高。ESI值在1和10之间表明经济系统富有活力和发展潜力，ESI＞10则是经济不发达的象征。Ulgiati认为[7]，当ESI＜1时，为消费型经济系统。
3 中国经济持续发展态势的能值分析
除1981、1989和1990年外，从1978年至1998年中国经济一直保持着较快的发展速度，GDP年增长率都在7%以上。二十余年间，经济总量也大幅度增长，国家综合经济实力明显增强，人民生活显著改善。以现行的指标体系衡量，中国这一时段的可持续发展指数显然为正增长。然而，经济的强势增长是以资源的过度消耗和环境的恶化为代价的。也就是说，现行的可持续发展指标体系不能充分反映经济增长对于资源和环境系统的负面影响。从这个意义上说，建立基于能值分析的可持续发展评判体系显得尤为重要。
3.1 中国经济系统能值指数计算及分析
本文所用的有关中国社会、经济、人口、资源和环境的原始数据来自《中国统计年鉴》、《中国经济年鉴》、《中国对外贸易年鉴》以及《中国能源年鉴》。所有统计资料均不包括香港和澳门特别行政区及台湾省。表1和表2是根据1996年原始数据计算得到的各种能值分析的指数。需要说明的是，表1中的能值转换率是奥德姆给定的。因篇幅限制，具体的计算过程略去（若需要可向作者咨询或索要）。
从表1和表2列举的各项指数可以看出，1996年中国可更新资源中以雨水及其形成的势能的能值量最大，两项合计可达125.5×10[22]sej。可更新资源产品中，以畜产品和农产品的能值量为大，分别为210.45×10[22]sej和126.5×10[22]sej。在不可更新资源应用中，能值量最大的是煤炭，为162.95×10[22]sej，占不可更新资源与产品消耗能值总量的37.6%。可以说，煤炭是驱动中国经济系统运行的主要能源。
1996年中国经济系统资源能值总量的90%来自国内，表明中国经济系统的运行以本国的资源为基础。这与发达国家有着显著差别，意大利和美国都低于40%。能值与GNP的比率为6.54×10[12]sej/，而同期的美国、德国、日本、意大利和荷兰等国比值均在2.50×10[12]sej/以下。较高的能值/GNP比率，一方面说明中国经济总量还不够大，同时也表明我国经济发展中应用的资源能值有很大部分来自本国环境和资源系统。
虽然1996年中国经济系统的能值应用总量达到533.81×10[22]sej（不包括货币流和废物流），但由于人口数量庞大，人均能值量较少，仅为4.38×10[15]sej，为人均能值量贫乏的国家。
1996年中国的环境负载率为10.54，同期世界平均仅为1.50。与发达国家比，高于澳大利亚(0.86)、美国(7.06)、西班牙(7.20)、瑞典(9.03)和意大利(9.47)等国，而低于荷兰(15.90)、德国(20.5)等国[8]；中国的环境负载率普遍比发展中国家为高，如泰国为1.15，而印度只有1.02。
从以上分析可知，中国目前的经济系统仍属于资源消耗型，且资源基础立足于国内。这种情形一方面说明中国经济对于外部的依赖性较低，经济发展的资源基础较为雄厚，经济的安全性较高；但另一方面，由于人口众多，人均占有能值量较低，且生产和管理过程的科技含量较低，存在着资源的浪费和破坏，经济系统对于环境的压力较大。
表1 中国社会、经济和环境系统能值评价（1996年）
Table 1 Emergy evaluation for Chinese socio-economic and environmental system
3.2 中国经济系统演进的ESI态势
为了从动态角度分析中国经济发展的可持续性，依据式(2)、式(3)和式(4)计算了1978～1998年中国经济系统的可持续发展指数（图2）。
从图2反映的变化趋势看，1978～1998年的NEYR曲线整体为一非匀速的下降序列。其中存在两个下降幅度较大的时段（1978～1985年、1990～1993年）和一个小幅上升的时段(1988～1990)。从经济发展的实践看，造成NEYR下降的原因主要是进入中国经济系统的反馈输入能（外资利用和资源进口）大量增加。1978～1998年的ELR曲线为一平稳增长序列，表明这一时段中国环境和资源系统的负载率持续增大，直至20世纪末，环境负载率增长趋势才变缓。造成这种状况的原因除了外部能量反馈进入国内系统外，国内经济发展过程中对于环境资源的无偿和过度占用也是影响因素。受NEYR和ELR变化趋势的制约，1978～1998年的ESI曲线亦为一非匀速下降序列，走势和幅度与NEYR基本相似。
从上述3个指数，特别是ESI的走势看，中国经济系统的可持续性在1978～1998年时段内呈下降态势。整体上可分两个阶段，1978～1985年下降较快，1985年下降幅度减缓，至近期呈现出回升趋势。
4 结论
本文以奥德姆能量分析(EMA)为理论支撑，通过定义和计算若干个基于能值流的指数，表征和度量了经济系统的运行特征和发展的可持续性。作为案例研究，计算和图解了中国1978～1998年经济发展的三种能值指数。结果表明：
表2 中国社会、经济和环境系统能值分析指数摘要表（1996年）
Table 2 Summary flows and overview indices for Chinese s-ocio-economic and environmental system
(1)EMA分析提供了一种对经济系统演进可持续性判定的新途径。EMA分析的优点在于：①通过将环境要素纳入能值计算范畴，在评判指数中体现了环境及其服务功能对于经济发展的贡献；②通过将各个经济要素、资源要素、环境要素换算成统一的太阳能值单位，避免了传统可持续发展分析中各指标量纲不一，难以计算和比较的缺陷；③充分重视人的作用，拓展了人是经济活动单纯消费者的理念，将人的劳动纳入能值计算过程。
图2 中国20年来经济系统的能值指数（NEYR、ELR和ESI）变化趋势
Fig.2 Trend of emergy-based indices in Chinese economic system from 1978 to 1998
(2)1996年中国经济系统的资源能值总量的90%来自国内，表明中国经济系统的运行以本国的资源为基础。1996年一年中使用的能值量为533.81×10[22]sej，总量较大。但由于人口数量大，人均能值量较低。1996年中国的环境负载率为10.54，高于世界上大多数发展中国家和部分发达国家，远远高于世界平均值(1.50)。这表明，中国经济整体上仍然属本土资源型，其特点是对资源依赖性强，对环境压力大。
(3)ESI提供了对经济系统可持续发展的多维测定。经济的可持续发展是可更新能值流的函数，受制于反馈输入到系统的能值和对区域内非更新能值的利用程度。1978～1998年ESI值由高到低的历程表明，中国经济系统前20年经济发展虽然仍建立在主要依靠本国资源基础之上，然而外部能值的大量进入以及对本国非更新资源的过度消耗，是造成环境负载率居高不下的主要原因。按照能值分析理论，若真正实现经济系统的可持续发展，必须使系统输出功率最大化而又不破坏环境，一个可行的做法是提高本区域可更新资源的利用率，适当限制外部反馈能值的输入。
(4)下一步工作是拓展EMA及其ESI的应用范围。譬如，按照系统生态学的理论，ESI指数可以检测系统的振荡，预测系统的行为。这样，通过调控系统的组织和结构，我们有可能逼迫系统进入较低的转换率和较高的ESI，进而实现可持续发展。
(5)作为一种新的评价途径，能值分析也并非完美，有许多问题亟待解决。例如，在经济系统异质性普遍存在的情况下，对于许多资源或产品使用单一的转换率是不准确的。经济的可持续发展经常受到限制因子的制约，而能值分析对限制因子关注不够。另外，EMA在处理经济动态变化时显得束手无策。
收稿日期：2001-02-06；修订日期：2001-04-18。
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