中国经济—环境系统的物质代谢分析，本文主要内容关键词为：中国经济论文,物质论文,环境系统论文，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。
一、引言
借助Paul R Ehrlich提出的IPAT方程式分析表明，我国当前的环境和资源状况并不符合可持续发展的要求，经济产出的资源消耗与环境损害的代价极有可能是无法承受的[1-3]。为了实现兼顾经济增长与资源环境问题兼顾的可持续发展，我国把循环经济作为一种新的经济模式。自2004年循环经济的提法写进国务院政府工作报告和《上海宣言》公布后，循环经济迅速成为研究的热点[4]。考虑到经济系统与自然环境之间的物质和能量联系基础，追踪、估算经济—环境系统的物质输入、输出、贮存，找出经济系统内部物质流动以及与环境问题之间的量化关系，有助于建设具有较高资源效率和较低污染的循环经济，也可为评价和规范物质减量化和可持续发展提供依据。
本研究以中国经济系统为研究对象，采用物质流分析(MFA)方法，从宏观角度描述我国经济系统的物质循环结构，借助2005-2009年各类统计年鉴数据定量分析未来30年的生产、消费和废弃物还原物质存量的演化趋势，并针对数值分析反映的问题提出适当的政策建议。
二、相关研究评述
由于物质流核算的易操作性和诠释对自然系统的压力的直观性，物质流分析成为生态经济学的首选方法[5]。根据物质的类别不同，Udo de Haes等[6]把物质流分析划分为元素流分析(SFA)和物料流分析(Bulk-MFA)。Bulk-MFA研究的对象基本涵盖了国民经济核算常有的类别，主要用于反映国家或区域经济的物质规模和通量结构。欧洲委员会2001年出版的指导手册[7]详细介绍了该方法的使用，它一方面基于经济与环境界面的物质交流(TMRO)分析经济的物质动用规模以及由此产生的环境压力，另一方面通过实物投入产出表(PIOT)来分析经济系统内部的物质循环结构。在弱化PIOT部门分类的情况下，Bailey等人[8]分析了由生产、消费和废物处理构成的不同物质循环结构，Seiji Hashimoto和Yuichi Moriguchi[9]描述了更细致的国内经济系统物质循环结构，这类研究对物质循环结构的兴趣建立合理的物质循环度量指标，并不关心结构的演化问题。国内的研究方法与国外基本相同，国家层面的物质流分析一般把经济系统看作黑箱，主要分析经济物质的需求规模、物质生产力及系统排放和隐藏流形成的环境压力[10-11]。对循环经济结构的分析通过在投入产出表中加入表征循环经济再使用、资源化特征的产业部门[12]，而弱化产业部门分类的循环结构构建也主要为了设计循环指标[13]。SFA研究的对象单一化学物质或产品，主要使用系统控制方法分析元素或产品在生态经济系统的物质存量规模和路径，从而分析、预警环境污染[14]，控制、管理资源[15]或生产流程[16]。
由于结构分析基于投入产出理论，分析主要涉及的是流量问题，存量只考虑增量。但无论是生产还是消费，它们的正常运行不仅取决于每期的流量投入，还依赖于设施和设备的存量，所以本研究将生态循环与弱化部门分类的经济结构分析相结合构建经济—环境系统物质循环框架，在物质流分析的物质分类框架下，将投入产出的流量分析与元素流分析的存量分析相结合建立了循环结构的系统控制模型，以此分析我国经济系统的未来发展趋势。
三、物质循环结构模型
(一)系统边界
由于循环经济兼顾经济发展与环境保护，所以模型的边界要从两个方面界定。首先是经济与自然边界，一方面从自然界开挖基本物质(资源问题、环境问题)，一方面排泄到自然的物质(环境问题)[17]。其次是国与国之间的贸易边界，一般以行政区域为标准[18]，以及研究目的决定的经济内部子系统边界。前者决定了经济子系统对生态的依赖和影响，而后者决定了经济内部的物质流动结构和作用方式。
本文构造的经济系统自然边界为自然界所开挖的基本物质(原生的生物物质和非生物物质)以及排泄到自然的物质(三废)，为突出循环经济的生态相似性，经济系统内部类比生态系统的生产者、消费者和分解者三元构成划分为生产子系统、消费子系统以及废弃物还原子系统，子系统的边界由国家建设部颁布的城市用地分类与规划建设用地标准界定，系统间的物质流由该类用地中所包含的经济主体提供或消耗的物质量确定。
图1 循环经济物质循环分室模型
(二)分室模型
在上述确定的系统边界下，利用分室模型理论的语言[19]构建循环经济系统的物质循环模型如图1。
考虑到现实统计数据的离散性，假定系统满足直接消耗系数稳定性假设以及比例性假设[20]，则根据图1所示物质循环模型建立一年时滞的系统控制差分方程。
四、我国经济系统的情况
(一)数据的收集与整理
我国在2004年将循环经济写入国务院政府工作报告与《上海宣言》后，循环经济作为一种经济发展模式才提高到国家战略的高度，有关循环经济的试点才形成一定的规模，因而将2004年作为研究我国循环经济数据采集的初始年份(k=0)。
通过各种统计年鉴(中国统计年鉴、中国国土资源统计年鉴、中国农业统计年鉴、中国建筑业统计年鉴、中国环境统计年鉴)、环境报告书以及网络统计数据库(世界银行宏观数据库等)，收集国家物质流数据。物质的分类同欧洲委员会指导手册[7]，按照物质输入、物质输出、物质进口、物质出口四类对经济与环境交互物质的数据进行流量统计，按照材料设备输入、废弃物输出、材料设备存量增加三类对经济子系统的数据进行流量统计，按照每年新增建设用地面积和建筑材料使用量以及年末建成区面积，每年新增设备和设备材料使用量以及年末设备存量两方面对经济子系统的数据进行存量估计。
对于流量统计，为了避免重复计算，凡是人工饲养的，且以农产品为饲料的水产品和牲畜产量应视为物质储存，不应作为物质输入；为避免因水的比重过大而冲淡其他物质流对结构的影响，数据不包含水的重量，物质的重量是以干物质的净重来计算；一些以体积来统计的物质(如天然气、木材等)需转换为质量；非生物质中的建筑材料数量取每年建筑业统计的主要消耗建筑材料以及国土统计年鉴中的黏土、砂和各种石料的开采量；房屋建设挖方量采用当年的竣工面积测算，因为只有竣工房屋的价值才被计入到当年的GDP；根据陈效述等人[10]对空气的处理方法去除了废气排放中的氧气重量；我国没有隐藏流系数的本土资料[11]，且本文主要关注经济物质的循环结构，故所列数据不包含隐藏流；为去除通货膨胀或通货紧缩因素的影响，以2005年不变价格修正文中涉及的货币计量的经济数据；将二手建筑、二手设备和二手耐用消费品等每期物质流量作为再使用品与响应分室产生的废弃物流合并计量，并在下一期以虚拟回流的形式供给原流出分室，由于缺乏这方面的统计数据，其重量均按该类物品当前存量的2％进行估计。
对于存量估算，依据建设部城市用地分类与规划建设用地标准，将系统划分为具有生产、消费和还原功能的三个子系统，选取的生产子系统的基础设施包括工业用地、仓储用地和对外交通用地，涉及的设备包括工业机械设备、建筑机械设备、货用运输交通设备、农业机械设备以及存栏农业牲畜；消费子系统主要为居住性基础设施，包括城乡居住用地、公共设施用地和道路广场用地，涉及的设备包括客用运输交通工具和城市农村家庭主要耐用品；废弃物还原性子系统的基础设施包括市政公用设施用地，涉及的设备包括废水处理设备、废弃处理设备以及无害化处理厂设备。基础设施物质存量的估算方法是先利用2004-2008年建筑材料(木材、钢材、铝材、水泥、玻璃、沙、石、砖用黏土)的年使用量和每年城乡新增建成区面积分别求出城镇和农村每平方米建材占用量，再乘以年末建成区面积。设备(耐用品)存量的计算根据可获数据的类型不同有两种方法：一是若已知物品年末拥有量，则对现在销售的同类型物品重量进行算术平均得出单位重量，再乘以总数进行估计；二是若已知物品年购置资本或年末净值，则利用设备制造业物质生产力(设备制造业总产值除以设备制造业主要材料投入)实现货币价值到物质量的转换。所列存量数据均为年末统计值；且根据物质守恒定律对各分室以及系统整体进行了平衡，所列数据包含平衡项。
依据上述数据来源和统计、估算方式整理得到我国经济系统在2005-2008年的物质循环情况如表1。
(二)数值分析结果与评述
按照
换算公式计算可得经济系统的物质循环结构系数，根据年系数总和变化不超过10％将系统结构划分为2005-2006结构和2007-2008结构。同时这也表明：一方面，每期流量相对于各分室存量具有一定的稳定性，因而可以利用一定时期(如我国的五年计划周期)的数据平均确定经济系统的运行结构；另一方面，社会结构具有阶段性变迁性，可以根据国家新出台的规划性政策调整物质流量以增强新一期的结构演化预测的准确性。
2005-2006、2007-2008结构分别结合2004年和2006年的初始存量，利用Matlab编程模拟生产、消费、废弃物还原分室在未来30年的存量需求变迁如图2、3、4，以及经济系统对自然环境的总排泄物质量变化如图5。
图2～5表明尽管各个领域的人造物质资本存量呈指数型增长，但仍能够反映出我国在推行循环经济模式过程中取得的成绩。
图2表明我国通过积极的产业结构调整和工业/产业生态园区建设取得了经济发展结构的优化，虽然短期内的物质减量化效果见效慢，但这种结构性的作用随着时间推移会日趋扩大物质减量化的效果。以2005-2006年结构发展到2020年生产性物质存量需求为1069.528亿吨，是2008年282.381亿吨的3.788倍，而以2007-2008年结构发展到2020年生产性物质存量需求为620.067亿吨，仅为2008年的2.196倍。2008年的GDP为251951.700亿元，若以1978-2008年均9.800％的经济增长率计算，到2020年我国的GDP总量为773651.504亿元，以2007-2008年结构计算的生产性存量物质的生产率为1247.690元/吨，相比以2005-2006年结构计算所得723.358元/吨提高72.486％，而比2008年892.240 元/吨进一步提高39.838％，图3反映了我国为保证GDP的增长采取的消费刺激政策的对消费性物质存量的影响，相比2005-2006的物质流结构，这种影响从当前直到2029年(陈卫[21]预测的我国人口峰值年份)都会表现为存量物质的增量化。而即使按照2007-2008年的物质循环结构，2029年末消费耐用品的人均存量也将达到153.574万吨/人，为2008年末44.389万吨/人的3.460倍。若商品拥有量可以完全度量人民的福利，无疑人民的生活水平会获得较大的改善，但消费物质需求的增加导致投入的同步增加，2029年的物质总投入为2008年投入的3.661倍，自然资源的需求压力进一步增大。
图4所能直接反映的问题是资源还原类物质的投入不足。虽然2007-2008年的经济结构允许这类物质的投入减少，但实际的投入仍然少于结构要求的数量。统计年鉴中每年提高的废弃物利用比率和资本投入实际上掩盖了经济建设过程中对于废旧物还原部门的投入不足。结合图2和图5，我们可以了解到更多的问题。从2005-2006年和2007-2008年结构的开口大小来看，我国集中发展了生产领域的物质减量化，这与注重解决经济发展的资源压力和工业生态园区的建设现状是吻合的，但从经济系统的总体废弃物排放量来看，倡导的清洁生产并没有过多改善环境的压力。在2007-2008年结构下，到2020年的废弃物排放为51.790亿，虽然比2005-2006年结构下的90.373亿吨减少了42.693％，但总量仍是2008年25.466亿吨的2.034倍，考虑到自然投入伴生的生态包袱(隐藏流)，对自然环境的影响更加严重。
五、政策建议
2007-2008年结构模型所表征的物质存量趋势确定了未来经济发展的物质需求上限，虽然在我国人口峰值到来之前的物质绝对减量化存在技术和提高人均福利方面的压力，但在对经济系统内部结构进一步优化的基础上，有望实现“C模式”[22]的发展。这一过程中需要注意的几点是：
(1)政府应该为启动传统经济向循环经济模式的转变提供初始动力。产品绿色化技术研发的风险性和收益不确定性使得市场生产主体(企业)缺乏主动偏离依靠提高产品数量创造效益的传统路径的激励；消费个体物品消耗与废弃物生成的少量性与对垃圾累计后形成的环境灾难的信息缺失不足以引起对自身消费减量化的反思；环境的公共属性使得废弃物还原过程缺乏积极有效的市场主体，这些方面需要政府根据世界银行推荐的管制性政策、市场性政策以及公众参与性政策做好整体的规划和宏观协调，加强生产者和消费者的危机意识，形成良好的共建循环经济的氛围。
(2)在生产领域，积极促进以数量提升保证经济产值向以功能性服务促进经济增长的转变。统计年鉴数据表明工业生产是三废产生的主要部门(
)，所以首先应该降低生产对环境的影响以保证支持未来经济可持续发展的可再生能源的供给，以清洁生产标准改进传统生产工艺，提高资源的生产率，同时减少生产过程的废弃物排放。通过产品的生命周期分析(LCA)延伸企业的生产者责任，使得生产企业更加关注产品源头的减量化和无害化设计，通过提高产品的技术含量以提高产品的耐用性和经济价值，形成以销售产品数量盈利的方式到提升附加价值、提供产品功能维护服务盈利的销售模式的转变，从而在实现生产资源投入需求的减量化和生产过程废弃物排放减量化的同时保证经济增长(GDP)的增长。
(3)在消费领域，促进以占有物质产品作为度量富裕的理念向获取功能服务满足质量和效用理念的转变。图3表明我国的物质循环结构使得消费有过度物质化的倾向，经济增长的动力仍寄托于物资性资产的大量消费。即使现阶段无法实现物质减量化，也应该将传统消费转变为环境友好的消费，从而保证未来的生态服务质量。政府应该首先从人民可以直观认识且与自身生活密切相关的环境问题入手，促进消费者针对生活垃圾进行分类收集和资源化处理，结合生产环保要求进一步稳定环境质量以强化未来可再生物质的供给，其次通过宣传和教育将减量化要求深入人民的生活理念，通过延长产品的使用寿命降低资源流动的速度，或通过扩大产品利用的公共性以减少分散占有导致的资源浪费，最终实现消费物质需求的减量化和生活垃圾排放减量化。