第七章-物质平衡理论

第七章

物质平衡理论

资源与环境经济学第五章物质平衡理论第一节物质平衡的概念模型第二节一般均衡模型和环境管理模型第三节物质平衡理论的应用—循环经济第一节物质平衡的概念模型传统的经济系统模型：仅仅注重市场经济现象或者商品经济现象，没有考虑资源、环境与经济之间的相互作用和影响。商品市场要素市场家庭厂商商品需求商品供给消费支出销售收入要素收入成本支出要素供给要素需求广义的经济学，则将“人类和自然之间的物质代谢的全过程”作为经济学的分析领域。物质代谢论

——物质收支平衡分析方法1.产生背景：

1960年代后期到1970年代初，战后资本主义国家普遍面临了深刻的环境公害问题。这种情况下，英国著名经济学家Robinson，1971年提出传统的经济理论正面临着“第二次危机”，问题在于面对深刻的环境污染引起的公害问题，有必要对传统经济理论框架的有效性提出新的疑问。对于这一疑问，最早提出的就是物质收支平衡（MaterialBalance）分析方法。

2.理论基础：质量守恒定律三个守恒：化学反应前后各元素的原子个数守恒化学反应前后各元素的质量守恒化学反应前后各物质质量总和守恒

∑M(反应物)=∑M(生成物)3.基本思想物质收支平衡分析法超出了原来经济分析对象，即市场系统的范围，将人类的经济活动从包括生态系统的自然系统的联系的角度进行了重新定位，独立分析各种物质的流程和收支平衡的结构。从经济学角度看，自然资源是一种多功能的资产，为人类提供多种服务：

1）提供公共物品2）提供自然资源

3）接受废弃物4）位置空间

从质量守恒定律的角度看待经济的生产和消费过程经济系统中，生产和消费活动就是在进行一系列的物理反应和化学反应，遵从质量守恒定律。无论商品是被“生产”还是被“消费”，实际上只是提供了某些效用、功能和服务。其物质实体仍然存在，最终或者被重新利用，或者被排入自然环境中。考察环境与经济系统的物质流动关系设E为环境的物质储量，E*为环境对经济系统的物质投入，E0为经济系统向环境排放的污染物，K表示经济系统的物质沉淀（积累），物质平衡模型可表示为：E*=E0+K

如果生产和消费过程中不存在积累，即

K=0时，E*=E0投入的环境物质最终必然以污染物的形式返回环境。在这个物质流动过程中，环境物质投入的唯一功用就是为人类提供服务（虚线箭头）如果现实经济中，生产和消费过程都存在积累，即K>0时，E*=E0+K表明：在一个足够长的时期，制造出来的产品质量，加上生产和消费过程中产生的污染物的质量，必然大致等于最初从自然界获取的质量如果污染物不直接排入环境，而是进行循环利用，污染物就有可能重新返回生产过程，成为原材料的一部分，再次被利用。物质的使用过程，实质是一种能转化为另一种能的过程，任何能的转化都不可能是全效的，损耗是必然的；新物质的投入可以随着能量转换、物质利用效率、以及污染物回收效率的提高而减少；三部门经济系统生产部门分为能量转换和物质加工两个部门；考虑到污染物处理已经成为现代经济系统的基本功能，因此，在经济系统内部还应当设立污染物处理部门；表明：在一个封闭的、没有物质净积累的经济系统中，即K=0时，E*=E0，排入自然环境中的污染物量必然大致等于进入经济系统的食物、原材料加上从大气中获得的氧；处理污染物并不能使污染物消失，而只是改变了污染物存在的形式；所以提高污染物循环利用水平和采用清洁生产工艺，才是更为有效的办法，最终解决环境问题。传统经济学家假定环境不论作为资源还是作为污染物的倾倒场，只是一种没有价值的公共物品。这种认识造成经济活动的两种无效率：一是与“外部性”相关的无效率二是与“使用者费用”相关的无效率积极意义第一、传统经济学中，人类经济活动的几个重要过程（特别是废弃物处理）基本上没有涉及。它的提出，至少可以把原来失落的过程可以用一种明确的形式进行分析，为这种分析提供了一个基本框架；第二、明确了人类的经济活动，并不是独立于自然生态系统的，而是与自然生态系统有着紧密的联系，并受到这一联系结构的制约的事实。第二节物质平衡与一般均衡模型物质平衡与投入产出一般均衡模型通过数学的分析方法和手段，研究整个经济系统的要素和服务投入与产品产出之间的关系。2.1投入与产出传统经济学中的投入和产出:投入是生产某种产品过程中所必须的生产消耗：最初投入是各种生产要素的投入，包括劳动者报酬、生产税净额、固定资产折旧等；中间投入是生产过程中消耗的物质和服务，包括原材料、半成品、动力、其他辅助材料，及支付劳务部门的各种费用，如运输邮电费、金融服务费、保险费、广告费等；总投入为最初投入与中间投入之和。产出指各产业部门生产的产品和劳务的数量及其分配使用的去向；中间产出即中间产品，与中间投入相对应，当某种产品被用作中间投入时，它也就是中间产品；最终产出即最终产品，是用作最终使用的产品，包括消费品、投资品和净出口。总产出是中间产出和最终产出之和。几个基本平衡关系：最初投入+中间投入=总投入中间产出+最终产出=总产出每个部门的总投入=该部门的总产出环境经济学中的投入产出：投入要素包括传统经济学研究没有或较少涉及的各类来源于自然的资源环境：物质资源∶

矿物资源＝矿物、岩石、沙生物资源＝大气、水、陆地、土中生存的所有生物流入资源＝日照、水循环、风、海洋的潮流环境资源∶状态资源＝空气、水、土壤、空间产出不仅只考虑生产出的产品和服务，还要考虑生产、消费过程中不可避免所产生的、最终以各种形式排入环境的各种废弃物和污染物。环境污染与治理投入产出表Xij：第j个部门消耗的第i部门产品的数量Pij：第j部门产生的第i种污染物的数量Fij：第i个消除污染部门本身产生的第i种污染物的数量dj：生产部门j产生的固定资产折旧Ri最终需求领域产生的第i种污染物数量Qi第i种污染物的总量yi：生产部门i的最终产出Eij：第j个消除污染部门在消除污染过程中消耗的第i部门产品的数量xi：生产部门i的总产出ˉ：第

j个消除污染部门产生的固定资产折旧djvi：生产部门j的劳动报酬ˉ：第j个消除污染部门的劳动报酬vjSj：第j个消除污染部门消除污染物的总消除量mj：第j个部门创造的社会纯收入ˉ：第j个消除污染部门创造的社会纯收入mj2.2瓦尔拉-卡塞尔模型式中：R—资源和服务量；

V—资源价格；

X—总产品或总商品量；

P—产品价格；

Y—最终需求(最终产品)变量：式中：A——资源消耗矩阵；

aij——j部门单位产品消耗资源i的量

r1=a11x1

+a12x2

+…+a1nxnr2=a21x1

+a22x2

+…+a2nxn……rm=am1x1+am2x2+…+amnxn在n个部门中分配m种资源:

R=A×X中间产品+最终产品＝商品生产

CX+Y=X

X=BY

其中:

C:列昂惕夫系数矩阵；CX:中间产品；B=(I-C)-1，投入产出逆阵，也称列昂惕夫逆矩阵；I:单位矩阵瓦尔拉-卡塞尔模型的修正引入两个新部门：环境部门和最终消费部门把R分为资源Rz和服务Rs两部分：经济系统物质流动的平衡分析

1)从环境流向其他各部门的物质等于生产投入的所有原材料：

2)流入和流出最终部门的物质必须是平衡的：

4)流入环境的全部污染物等于中间产品和最终消费部门流出的污染物

3)流入和流出中间产品部门的物质是平衡的：

5)来自环境物质流减去连续再循环的产品，等于来自中间产品部门的污染物流加上最终消费产出的污染物流；6)来自环境的物质最终将以污染物的形式回到环境中。结论模型表明，当环境（公共财产）资源变得稀缺时，与生产消费和环境之间的作用关系相关的外部性是“普遍存在”的，且通常表现为非市场的;原则上，通过引入一些影子价格，市场影响可以模拟到基本近似的程度。2.3环境管理模型模型分析与结论对生产框有：M＋RH＋D=C＋GI＋IP＋ZP＋EP

对消费框有：

C=RH＋ZH＋EH

对环境管理框有：

IP＋EP＋EH=ZE

合并以上式子，得出：

M+D＝GI+ZP+ZE+ZH

或者M-（ZP＋ZE＋ZH）＝GI-D=NI(净投资)

由此得出：

来自环境的物质净流出量等于资本存量的净积累。价值平衡和最优环境管理对策把价格引入上述物质平衡模型中，赋予每一物流因子以真实价格，则在价格的调节下，整个物流系统的资源配置将会是有效率的，避免了“市场失灵”或是“政策失效”；通过引入价格参数，可实现由物质平衡向价值平衡的转变；三部门的利润生产πp=pC+pKGI+qHRH

+qDD+pEIP-wLH1-pMM-πK-qZP-vEP

资本积累πK=πK-pKD-qDD

环境管理πE=vEP+vEH-pEIP-qZE-wLH2储蓄－投资恒等式NS+pC+qHRH+qZH+vEH=w（LH1+LH2）+pMM+∏P+∏

K+∏

ENS=pKGI-pKD-qZP-qZH-qZE=pK（GI-D）-qZ=pKNI-qZ净储蓄NS等于净投资减去利用环境处理废弃物的费用;通过引入价格参数，实现了由物质平衡向价值平衡的转变;环境治理和环境质量之间的关系

Y0-Y=F（Z，E）Y0——初始环境质量；Z——废弃物排放质量；E——治理量。假定废弃物排放会对环境产生负的影响，而治理会对环境产生正的影响，则：

环境管理机构的费用效益

δ——环境服务的需求价格

v——环境管理框治理废弃物的价格

q——排污收费的价格则环境服务的总价值为δY，

由污染物排放引起的环境损害的价值为δ（Y0-Y），

环境管理部门治理废弃物的费用vE。

排放废弃物的总机会成本为vE＋δ（Y0-Y）。

利用环境处理废弃物的效益是qZ（排污费）。

净效益为：

NB=qZ-vE-δ（Y0-Y）

环境管理机构的最优政策

NB=qZ-vE-δ（Y0-Y）令上两式为零，环境管理机构的最优政策为：排污收费价格：q＝δF1环境管理部门治理费用：v＝-δF2环境管理机构应允许污染物倾倒，直至每多倾倒一单位废弃物所产生的社会效益与其所需的社会边际成本相等，同时该机构应治理环境，直至社会边际效益等于环境治理的社会成本。参考书：徐建华.现代地理学中的数学方法，2004:181~202;第三节物质平衡理论的应用—循环经济一、循环经济的背景、概念和理论基础循环经济本质上是一种生态经济，它要求运用生态规律而不是机械规律来指导人类社会的经济活动。理论基础是工业生态学循环经济是与线形经济相对的，以物质资源的循环使用为特征的；以资源的高效利用和循环利用为核心；循环经济的3R原则：减量化、再使用、再循环以低消耗、低排放、高效率为基本特征；实质是以尽可能少的资源消耗和尽可能小的环境代价实现最大的发展效益；资源输入、末端治理、循环利用的完整体系二、循环经济的特点提高科学技术，减少生产和消费中的物质和能量流量减量化原则多次或尽可能多种方式的使用已生产的产品再利用原则尽可能多地对资源再利用也即资源化资源化原则循环经济的原则