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人类与生态环境系统分析报告内容摘要 人类的生存和社会的发展依赖于自然，技术的起源和发展也离不开自然，随着人类进行的技术创新活动越多，自然资源的消耗就会日趋接近于极限，环境所受危害的程度也就越来越强。如何使人与自然和谐发展的问题成为焦点。本文着重人口与资源，介绍了人口与资源现状，并用可达矩阵构建人口结构模型，用成本/效用理论来约束和调整所有者、生产者和消费者的经济行为，实现自然资源的高效配置和良性循环，减少和防止经济发展过程中的资源浪费和环境破坏。关键词 人口爆炸；可达矩阵；生态危机；价值计量1.引言 随着人类生产水平的提高，人与自然的关系开始发生了转变，人类逐渐由“敬畏自然”的态度变为“征服自然”，自然成为人类改造的对象。农业社会以后，人类开始大规模改造自然，这样做虽然扩大了耕地面积，满足了日益增长的粮食需求，却破坏了森林、草原、湖面，不仅导致了水土流失、土质下降、沙漠化、盐碱化，而且进一步使生态失去平衡。工业文明的出现使得人类和自然的关系发生了根本性的改变：自然界完全不再具有以往的神秘和威力，人类再也无须像中世纪那样借助于上帝的权威来维持自己对自然的统治。但进入世纪以来，伴随着环境污染、能源危机和人口爆炸的威胁，人们越来越认识到科技的发展并未给社会带来真正的进步，反而使人类社会陷入了深深的不可摆脱的生态危机之中。正如恩格斯所警告的，“不要过分陶醉于我们对自然界的胜利，对于每一次这样的胜利，自然界都报复了我们”，人与自然的关系问题正式进入了人们的研究视野。实现人与自然的和谐发展，在当代已不再是一个理想的口号，它是我们基于全球性生态危机而提出来的关系到整个人类生存和发展的现实问题。本系统着重从人口和自然资源两方面构建系统，以求实现人类与生态环境的和谐发展。2.人口人类在地球上生活了几百万年。在开始的岁月里，人口发展非常缓慢。公元初年时，全世界总人口只有27亿，1830年世界人口才达到第一个10亿。从此以后人口猛增：1930年为20亿，1960年为30亿，1975年为40亿，1987年7月11日达到50亿。第二、三、四、五个10亿分别用了100年、30年、15年、13年。现在世界上每年增加7500万人，每天增加20多万人，每秒增加25人。 随着人口的激增和消费水平的提高，人类对地球资源的需要量也越来越多。有人认为，一个地域的承载能力是有限的，这限制了人口的数目的增长，人类对环境的压力与冲击就变得越来越大并且认为未受抑制的人口增长有可能导致马尔萨斯学说灾难。另一方面，人均耕地也将越来越少。世界人均耕地从1975年的3100平方米将下降到本世纪末的1500平方米；我国人均耕地也将从目前的1000平方米下降到本世纪末的800平方米。人类正面临着前所未有的危机。根据大量的资料和调查询问,我们首先确定出影响人口增长的11个具体因素如下:期望寿命医疗保健水平生育能力生育政策风俗习惯食物营养环境污染程度生活水平个人素质出生率死亡率总人口这些因素之间,存在着直接的或者间接的因果关系。如果设法改变这些因素的状况,可以影响人口的增长率。所以,人口控制系统中,应该将这些因素作为系统的控制因素。根据一般的分析判断出上列各因素之间有无因果关系,包括直接的或间接的关系。如果因为某个行元素能影响某个列元素,即行列之间存在因果关系,则该行该列的交叉点用“1”表示,如果不能,则用“0”。分析人口控制系统中40个元素之间的关系,可得到如表1所示的可达矩阵。表1 人口系统的可达矩阵123456789101112110000000001121110000000113001000000101400011000010150001100001016101001000111710000010001181011100101119000110001101100000000001011100000000001112000000000001对每个元素Pi,将它的可达元素组成的集合定义为Pi的可达集R(Pi),它是由可达矩阵中对应于Pi的行中所有元素为1的列所对应的元素组成。类似地,将到达Pi的元素所组成的集合定义为Pi的前因集A(Pi),它是由Pi列中所有元素为1的行所对应的元素组成。若Pi在最高级中,则A(Pi)和R(Pi)的交集与R(Pi)相同,即R(Pi) =R(Pi)A(Pi)。找出最高级元素后,将它们去掉,再求剩下的子图的最高级元素。依此类推,可找出各级中所包括的元素,若用L1、L2、Ll表示从上到下的各级,则级划分l(P)可写成l(P) =L1、L2、Ll（其中l为级数）。若定义0级为空集,则级划分的迭代公式如下:LjPiP-L0-L1-Lj-1 Rj-1(Pi) =Rj-1(Pi)Aj-1(Pi)其中Rj-1(Pi)和Aj-1(Pi)是对由P-L0-L1Lj-1中的元素组成的子图求得的可达集和前因集。依照上述算法,图1的级划分结果如下:第一级:元素12第二级:元素11、10第三级:元素1、3、4第四级:元素2、6、7、8、9表2 按级划分的人口系统可达矩阵12101134179268121000000000010110000000001110100000000311010000000411001000000110000100000710000110000911001001000210010100100611010100010811111100001对可达矩阵进行级划分之后,可将每一级Lk内的元素分成两部分:不连通子集1和强连通子集S,表示d(Lk) = I;S。在每一级元素确定之后,对该级来说,若Pi的可达集是它本身,满足Pi=Rlk(Pi),则该元素包括在不连通子集I中,否则在S中。再从强连通子集中划分回路集,回路集中每一个元素可从每一个其他元素到达,并可到达每一个其他元素。此时，可以画出系统结构模型如图1。341251268911107图1 结构模型在此基础上加入各种可行措施后可以构造出层次分析图,然后用层次分析法计算出各种措施对于解决人口过快增长这个问题的权值,最后根据权值大小提出解决人口过快增长的最佳方案。3.自然资源一项国际研究表明，人类过度利用自然资源所导致的生态危机远比现在的经济危机更加严重。世界自然基金会（WWF）日前发布的活力星球报告警告，人类每年消耗掉的自然资源要多于地球本身再生资源的30%，由此造成毁林、土壤退化、空气和水污染、鱼类和其他物种明显减少。其结果是每年的生态债务高达4万亿4.5万亿美元，估计生态危机造成的损失是全球金融危机损失的2倍。由于人口和消费增加快于自然界的生产及技术发展，该报告预测，如果到2030年情况依然如此，维持人类生计将需要2个地球。这个数字还是保守的，因为它还没有包括突发的风险及连锁反应，例如气候变化加速。随着生产力潜在的永久丧失，过度承载时间越长，生态服务的压力就越大，生态系统崩溃的风险就会增加。而在20世纪60年代，大多数国家能够依赖于生态学资源生存，但到近期世界上3/4的本国人口消费超过了其当地能够提供的资源。自然资源归纳起来具有以下几个特点：（1）自然性。自然资源是天然物品，与人工合成品具有本质区别。（2）历史性。多数自然资源是经过漫长的自然历史过程形成的。例如石油的形成需要数万年或更长的时间。（3）稀缺性。地球上自然资源的储量是有限的。对非生态资源而言，随着人类消耗量的增加，资源储量会逐渐减少直至完全耗尽（如石油）；对生态资源而言，如果人类的利用速度超过其更新速度，也会导致枯竭（如森林）。（4）整体性。各类自然资源都不是孤立存在的，在时空上往往交互重叠、互相依存，共同构成完整的资源系统，对任何一种资源的开发利用必然对其它资源产生影响，并进而导致整个资源系统的变化。（5）种类与功能多样性。自然资源的种类是多种多样的，仅已被开发利用的矿产资源就有2000多种。一种自然资源的功能也是多样的，比如森林既可以提供木材、林木等副产品，还具有涵养水源、调节气候、净化空气等多重生态功能。（6）可更新性与不可更新性。多数自然资源具有自我更新或再生的能力，通过不断的更新保持数量和质量平衡，但其自然更新速度是有差别的。一些自然资源不能自我更新，会越用越少（如石油）。（7）空间分布不均衡性。由于地带性因素的影响，同类自然资源的分布是不均衡的，类型、储量、质量也有很大差别。（8）国界性。自然资源按国界进行划分，和人一样具有国别。但也不完全如此，如大气资源不受国界限制、国境线上的地下矿产资源可能引起国际纠纷、某些动物自由游动可以“改变国籍”等。（9）公共性。自然资源是全社会、全人类共有的财富，其中的相当一部分原则上不能限制任何人享受其所提供的生态、社会服务，任何人对某些资源的享受也不会影响他人的享受。同时，不少自然资源从物质形态上也是不可割裂的，如巨大的水体、奔腾的江河、广阔的海洋、无法固定的环流大气等，因此，自然资源本身在很大程度上具有公共物品的属性。（10）不可替代性。随着科学技术的不断进步，大多数自然资源产品可由人工合成品代替，但几乎所有替代品的原材料仍来自于自然资源或其衍生物，在本质上仍然是自然资源。同时，也有一些自然资源在一定的时间和技术水平下是完全不能由人工产品替代的。自然资源的价值一方面来源于自然资源本身对人类所具有和提供的有用性，另一方面来源于人类认识自然、改造自然和保护自然所花费的劳动耗费，前者决定于自然资源满足人类需要的程度大小，后者取决于人类与自然资源相关的劳动耗费的多少。前者意味着自然资源的价值要远远高于人们改造、利用或生产自然资源的成本和耗费，因而也远远高于现期自然资源的经济价值或市场价格；后者则意味着人类取用自然资源的难易程度也是影响自然资源价值的重要因素。所以，自然资源价值的来源和决定与我们前文分析过的其他商品的价值来源和决定具有同一性，即也表现为生产费用对效用的关系。自然资源的生产费用，一是人类认识自然的劳动耗费，我们称之为C1。很多自然资源如矿产资源埋藏在地下或赋存于地表，在进入社会经济循环被人类利用之前，需要进行研究和全面认识，才能不断弄清它的具体使用价值。人类在认识自然资源的有用性、探测方法以及怎样才能创造利用它的条件等方面，已经付出了大量劳动。这种认识自然的前期劳动耗费应是构成资源价值实体的组成部分。二是人类改造、利用自然资源的劳动耗费，如勘察、改造、采集、交通运输等方面的费用，我们称之为C2。三是人类保护自然资源的劳动耗费，包括维持自然资源数量和质量以及消除经济外部性等方面的费用，我们称之为C3。四是因为所有权垄断等原因人类必须分配于自然资源上的劳动消耗，我们称之为C4。即有：自然资源的生产费用(C )=C1 +C2 +C3 +C4 =C其中，每种费用都是由当期的社会必要劳动时间决定的。一种或多种劳动消耗可以等于0，但不能同时为0。当然，这里的劳动耗费并不仅仅是当期的活劳动，还应该包括工具和原料、燃料等物化劳动消耗。所以，从另外的角度来说，“C”就是人类与自然资源相关的全部成本，即马克思所说的C+V。自然资源的效用包括以下几个方面：一是经济效用（U1）。二是生态效用或环境效用（U2）。三是社会效用（U3）。主要指与自然资源相关的，提供就业保障、粮食安全、维护社会稳定等方面的效用。四是选择效用（U4）。主要指自然资源的潜在效用，包括当前自然资源利用者对未来自然资源利用的潜在效用、后代人利用该自然资源的潜在效用和其他人利用该自然资源的潜在效用。由于自然资源利用者对当前自然资源的某些不可逆利用，使得他本人、其他人及其后代难以将自然资源用于其他潜在用途。五是精神效用（U5），包括认识效用、道德效用和审美效用。其中，认识效用是指人类通过实践总结和科学研究获得的对自然资源的认识，包括自然资源的性能、生产利用方式等，获得这些认识本身就是一种精神上的享受，即认识效用的享受效用，同时这些认识能够反过来指导人类更好地利用自然资源，从而获得自然资源认识效用的生产效用；道德效用指自然资源给予人类的道德启示，比如把大地比作母亲对人类的无私奉献等，这些道德启示本身构成了道德效用的享受效用，同时由于精神的能动作用，能够直接指导生产活动，从而获得了自然资源道德效用的生产效用。审美效用是由于自然资源本身构成一种自然和人文的综合景观，它能给人以美学的享受，即审美效用的享受效用，同时这种享受效用可以直接转化成生产效用，比如自然景观是乡村旅游的重要资源，能够直接带来经济收益，从而获得了自然资源审美效用的生产效用。六是存在效用（U6）。自然生态系统对人类的存在具有特殊意义，一旦失去就将不复存在。这种效用独立于物质效用和精神效用之外，体现为二者的综合。在生命支持能力的意义上，这种效用的受益者是地球的全部生物，而不只是人类。在资源持续能力的意义上，这种效用的受益者是从过去到未来的整个人类，而不只是当代人类。综上所述有：自然资源的总效用(U )=U1 +U2 +U3 +U4 +U5 +U6 =U其中，一种或几种效用可以等于0，但不能都等于0；不同种类的效用之间可能存在包容关系，并且一种效用的获得可能会影响其他效用的存在和获得，所以，效用最大化需要不同效用的合理组合。当然，不同效用类型的评价尺度也是不同的，自然资源效用关系和评价方法可以大致用表1来说明：表1 自然资源的效用类型根据主体需要性质分类具体的自然资源效用类型可用货币衡量的效用不能用货币衡量的效用具有直接市场价值的效用没有直接市场价值的效用自然资源总效用物质效用经济效用生态效用社会效用选择效用精神效用认识效用的生产效用认识效用的生产效用道德效用的生产效用道德效用的生产效用审美效用的生产效用审美效用的生产效用存在效用存在效用如果我们把自然资源看作一个具有特定功能的系统，那么，再生产这种作为系统的自然资源不仅包含再生产自然资源本身的社会必要劳动时间，而且还包括再生产系统整体所耗费的社会必要劳动时间。当然，我们这里所讲的效用再生产，主要不是指自然资源的具体物质形态，而是指它的功能和效用。自然物的具体物质形态是天然造就的，许多时候是非人力所能及的，如煤，消耗一点就少一点，消耗尽了，也就完了。但就其功能和效用而言，则是可以再生产的，或者说是可以再生产具有同样功能和效用的东西来代替的。如作为燃料的煤可以用汽油代替，汽油可以用由海水分解的氢代替等。此外，一些自然资源的效用虽然难以计量，但如果失去这些效用而产生的损失却是可以计量的。比如，大气污染会影响身体健康，这种损失可以用增长的医疗费用来计算。按照这种思路，自然资源的效用就可以用替代成本（TC）、外部成本（WC）、机会成本（JC）、重置成本（CC）、代际成本（DC）等来表示。即：自然资源效用U =TC +WC +JC +CC +DC =C其中，一种或多种成本可以为0，不同成本之间可能存在一定的替代交叉关系。关于这些成本的具体计算方法，资源经济学或环境经济学进行了大量研究，如影子价格法、边际机会成本法、一般均衡法、市场估价法、能量转化法等，可以参考表2。表2 目前尝试使用的主要资源效用费用评价法类型特点主要方法具体应用市场价值法根据市场价格来确定环境与资源的价格生产率变动法用生产率的变动来评价环境状况变动的影响疾病成本法计算所有由疾病引起的成本，如缺勤造成的收入损失和医疗费用人力资本法用收入的损失去估算过早死亡的成本机会成本法用所牺牲的替代用途的收入来估算资源使用的成本预防性支出法假定人们会用支付货币的方法来避免危险并保护自己，则可以用其支出来预测他们对危害的主观评价。因此用避免危险的最小成本来计算支出成本转换成本法用由于环境危害而损失的物质资产和重新购置费用来估算消除这一环境危害所带来的效益更新选址成本法为转换成本法的变种。用由于环境质量的变化而重新安置某一物质设备的地理位置的实际成本来估价环境保护的潜在效益替代市场法没有市场价格直接度量时，寻找替代市场价格施行费用法用旅行费用作为替代物来衡量人们对旅游景点或其他娱乐物品的评价资产价值法利用物品特性的潜在价值去估价空气污染对房地产的影响假想市场法既无市场，又无替代市场作为参照系时，人为创造假想市场意愿调查法直接通过询问来得到人们对资源环境的评价此外，并不是所有具有效用并凝结了人类劳动的物质都有价值。如空气和阳光，具有很高的使用价值和效用性，但目前人们普遍认为它们没有价值，原因是空气和阳光在目前还可以被认为是取之不尽、用之不竭的，不具备稀缺性。稀缺性是自然资源价值的基础，也是市场形成的根本条件，只有稀缺的东西才会具有经济学意义上的价值，才会在市场上有价格。自然之所以成为资源，是因为其稀缺，是不可再生自然资源，或者可再生自然资源的再生能力满足不了人类开发利用的需要。但自然资源的稀缺性又是一个相对的概念，在某个地区或某一时代稀缺的物种，在不同的地区和时间可能并不稀缺，这样就可能导致自然资源价值量的不同。自然资源价值中的费用和效用都与自然资源的稀缺性成正比，因此，稀缺性与自然资源价值也成正比。但稀缺性在不同时间、不同条件以及不同资源上，对其效用和费用的影响程度又不相同，因此它不仅影响自然资源价值的大小而且还影响自然资源价值中效用与费用因素发生作用的权重和比例。自然资源的稀缺性与可替代性也密切相关。如果可替代性强，则稀缺性比较低，反之，则比较高。例如，金属铜被铝及其它合金替代，导致铜矿资源需求量下降，从而铜矿资源价值下降；以煤为燃料的热电被核电替代，导致煤炭资源的价值下降。稀缺性对自然资源价值和价格的影响，体现为供给弹性和需求弹性的变化。综上所述，自然资源价值表现为生产费用与效用的函数，与稀缺性成正比，并受供求关系的影响。即：式中，V为自然资源价值，U为效用综合，C为生产费用总和，r是自然资源丰度，其值一般为1，也可以无限大，或小于1。如果表达式中的U或C任一值为0，则V=0；如果表达式中的U或C任一值为负数，则V0。如果r为时，V=0。自然资源价值还会受到自然丰度及地理位置、供求关系和时间因素的影响。如果考虑这些因素，则自然资源的价值为：其中：为弹性系数，其数值在01之间，用于修正计算偏差及其潜在因素的影响；自然资源的需求量为Qd，供给量为Qs，供给弹性系数为Es，需求弹性系数为Ed；i是贴现利率，t为自然资源开采的年度。下面是人与自然核心发展的4个方案：方案定义共同点侧重点突破口核心循环经济通过资源循环利用使社会生产投入自然资源最少、向环境中排放的废弃物最少、对环境的危害或破坏最小的经济发展模式。在考虑自然资源时，不仅视为可利用的资源，而且是需要维持良性循环的生态系统；在考虑科学技术时，不仅考虑其对自然的开发能力，而且要充分考虑到它对生态系统的维系和修复能力，使之成为有益于环境的技术；在考虑人自身发展时，不仅考虑人对自然的改造能力，而且更重视人与自然和谐相处的能力，促进人的全面发展。以绿色科技和生态经济伦理为支撑点。对物质转化的全过程采取战略性、综合性、预防性措施，降低经济活动对资源环境的过度使用及对人类所造成的负面影响，使每个企业在生产过程中少投入、少排放、高利用，达到废物最小化、资源化、无害化。用生态链条把工业与农业、生产与消费、城区与郊区、行业与行业有机结合起来，从自然-经济大系统出发，使人类经济社会循环与自然循环更好地融合起来。侧重整个社会的物质循环，强调在经济活动中如何利用“3R”原则以实现资源节约和环境保护，提倡在生产、流通、消费全过程的资源节约和充分利用；通过资源的有效利用和生存环境的改善来体现;核心是物质的循环，使各种物质循环利用起来，以提高资源效