循環經濟的定量化評價方法研究

摘要 循環經濟的推行需要建立一套衡量物質在經濟系統中循環程度的指標體系。本文根據經濟系統內部物質流動的基本特征，建立了封閉和開放的經濟系統的物質流總量模型?；谶@兩個模型構建了評價循環經濟的指標：循環指數I1和循環指數I2。最后，運用這兩個指標分別對日本1987年和2000年的物質流動狀況進行了評價，并對評價結果進行了分析。

關鍵詞 循環經濟；定量化評價；循環指數

中圖分類號 F062．4

文獻標識碼 A

文章編號 1002-2104(2007)01-0033-05

循環經濟的思想淵源最早可以追溯到20世紀60年代鮑爾丁的宇宙飛船經濟理論，但是循環經濟受到廣泛關注則是在90年代，這是由于人們逐漸認識到傳統的直線型的經濟發展模式造成了經濟系統與自然環境系統之間物質流動的滯脹。因此，構建以經濟系統中物質要素的環狀流動為特征的循環經濟已成為實施可持續發展戰略的重要途徑。如何建立一套衡量經濟系統循環程度的指標體系對于循環經濟的理論研究與具體實施具有基礎性作用。

1 循環經濟的評價與物質流分析方法

當前，關于循環經濟評價方法的研究基本上可以分為兩類：一是評價循環經濟的綜合性指標體系，一般包括經濟類、資源類、生態環境類等若干類指標，每類指標又包括若干具體指標^[1-3]。這些評價指標體系一般包括若干體現3R原則的指標，但是綜合性指標體系固有的局限性，導致此類指標體系并沒有能很好地體現循環經濟的真正內涵。二是基于某些特定的分析方法的評價指標，例如史寶娟等基于能值分析方法構建了循環經濟的評價指標^{[4］，而更多的研究則是嘗試運用物質流分析（MFA，Material Flow Analysis）方法來評價循環經濟。MFA是測算經濟系統中物質消耗量的基本分析工具。繼1992年奧地利和日本各自建立整體物質流帳戶后，一些發達國家也建立了物質流賬戶。在國內，一些學者運用物質流分析方法就區域社會經濟系統的物質利用進行了研究，主要研究了經濟增長方式、經濟與環境之間的關系等方面的問題[5-9]。}

目前，國內的一些學者從物質流的角度對循環經濟的定量評價展開了初步研究。陸鐘武等針對鐵元素、鉛元素建立了生命周期分析模型并對其循環程度進行了評價^[10-11]。這些研究主要集中在某些元素的循環利用評價上，沒有擴展到對整個社會經濟系統的評價，也沒有考慮到與區域外的物質交換和系統中可能的物質沉淀。

2 社會經濟系統的物質流總量模型

社會經濟系統的物質流總量模型是從物質流動角度對一定時空范圍內社會經濟系統的抽象，這里的物質是對包括自然資源、物資產品、廢物、再資源化的資源等具體形態物質的抽象。為了分析上的方便，模型Ⅰ假定所研究的社會經濟系統與其他經濟系統之間沒有物質上的交換。根據物質在社會經濟系統內部流動的基本特征，將其流動過程概括為資源開采過程、產品生產過程、產品消費過程和廢物處理過程四個階段^[12]，見圖1，其中不包括虛線部分。

2.1 資源開采過程與產品生產過程

資源開采過程是社會經濟系統中物質流動的第一個環節，該過程從自然環境中開采自然資源以供社會經濟系統運行需要。設該過程輸入產品生產過程的物質流量為F(F0)。圖1 環境系統與社會經濟系統的物質流動模型

產品生產過程將輸入的資源轉化為產品和生產廢物輸出，假定該過程中沒有物質存留，即總輸入量等于總輸出量。其輸入總量包括從資源開采過程輸入的F和從廢物處理過程輸入的R，其輸出量中產品和生產廢物的流量分別為P和W。由物質質量守恒知：

王 奇等：循環經濟的定量化評價方法研究中國人口·資源與環境 2007年 第1期定義再資源比率α為再資源化的資源在總資源流量中的比例，即

2.2 產品消費過程

產品消費過程的輸入包括兩部分：一部分為產品生產過程輸入的產品P；另一部分為廢物處理過程輸入的再利用產品U。其輸出也包括兩部分：一部分為輸出到廢物處理過程的消費廢物V；另一部分為輸出到系統沉淀的S。這里的系統沉淀，是指由于產品的使用壽命與對社會經濟系統評價的時間范圍不一致而導致的暫時退出流動過程存留的部分產品。這就是說，經濟系統中的部分物質產品在所考察的時間段內不會變為消費廢物而積存到下一時間段；同樣，其前的時間階段留下來的物質產品可能會在該階段轉化為消費廢物。這里的S為產品消費過程對系統沉淀的凈輸出。這些物理量滿足：

再利用產品包括兩部分：一部分是指經濟系統運行過程中消費的產品所包括的再利用部分；另一部分是經廢物處理后重新進入產品消費過程的部分。為了表達的方便，模型中這兩部分都以經廢物處理過程輸入的形式來表示。定義產品再利用率β為再利用產品量占產品消費總量的比例：

2.3 廢物處理過程

廢物處理過程從產品生產過程輸入生產廢物W，從產品消費過程輸入消費廢物V；把這些廢物再資源化處理或無害化處理后全部輸出，一部分以資源形式輸入產品生產過程，流量為R，一部分以再利用產品的形式輸入產品消費過程，流量為U，最后一部分以環境無害的形式H返回自然生態系統。它們滿足：

2.4 開放的社會經濟系統

在模型Ⅰ中，假定經濟系統與其他的經濟系統沒有物質上的交換，而實際中的經濟系統往往與其它的經濟系統有著物質上的交換。鑒于此，將物質流模型擴展為模型Ⅱ。一個經濟系統與其他經濟系統的物質流關系主要包括自然資源與物質產品的交換（假定經濟系統間無廢物交換），定義所考察的社會經濟系統與其它經濟系統交換的自然資源凈輸入流量和物質產品的凈輸出流量分別為M，N（-F＜M＜+∞，-P＜N＜+∞），見圖1，其中模型Ⅱ包括了圖中虛線的部分。

3 循環經濟定量化評價指數

3.1 基于物質流模型Ⅰ的循環指數I1

循環經濟的基本特征是參與經濟活動的物質要素呈環狀流動狀態，具體包括產品生產過程中資源利用率的提高，產品消費過程中產品的再利用，生產廢物和消費廢物的再資源化等。經濟系統中，參與環狀流動的物質要素越多，那么其循環程度越高，即循環經濟的程度也越高。

循環指數I1的基本思想是：某一時期內參與環狀流動的資源流量在總的資源流量中的比例。其中，參與環狀流動的資源流量包括R和U1，總的資源流量包括R、U1和F。這里的U1是由再利用產品基于產品生產過程中產品與資源的比例不變這一假定按比例折算成的資源流量，其數學表達式是：

因此，基于物質流模型的循環指數I的數學表達式是：

零的時候，循環指數I1才為零；當二者之一等于1或者都等于1的時候，循環指數I1為1。這表明，如果經濟系統滿足該模型的基本假定，那么提高廢物再資源化的程度、提高產品再利用的程度都有利于循環經濟的構建。如果社會經濟系統的產品均來自再資源化而來的資源或者這些產品被完全再利用，那么該經濟系統既不需要再開采自然資源也不會產生任何廢物，實現了理想狀況下的循環經濟。

3.2 基于物質流模型Ⅱ的循環指數I2

模型Ⅱ考慮了經濟系統與其它經濟系統的物質流動上的交換關系。根據與循環指數I1同樣的原則，設計循環指數I2：

容易驗證，I2仍然滿足對α，β單調遞增的性質。3.3 循環指數與3R原則

當前關于循環經濟的基本原則已經達成共識，即“3R”原則：減量化（Reduce）、再利用（Reuse）和再循環（Recycle）?，F利用比較靜態分析研究循環指數I1與“3R”原則的關系。

減量化，是指在保證社會經濟系統物質需求的情況下，減少對自然資源的索取，從而減少人類的經濟活動對自然生態系統的負荷。在該物質流模型中，減量化意味著其他變量不變的情況下，減少F。易知I1對F的偏導數小于零，循環指數I1是F的單調減函數，隨著F的減少，循環指數逐漸增大。

在物質流模型Ⅰ中，再利用意味著在其他變量不變的情況下，增大再利用的產品物質流U。易知I1對U的偏導數大于零，循環指數I1是U的單調增函數，隨著U的增大，循環指數逐漸增大。

在物質流模型Ⅰ中，再循環意味著在其他變量不變的情況下，增大再資源化的物質流R。易知I對R的偏導數大于零，循環指數I1是R的單調增函數，隨著R的增大，循環指數逐漸增大。

通過上述分析可知，循環指數I1的變化與循環經濟的“3R”原則是一致的，“3R”原則的實施可以使得循環指數I的數值增大。

對循環指數I2同樣的分析表明，I2的變化與循環經濟的“3R”原則也是一致的。但是，與循環指數I1相比，I2考慮了經濟系統與其它經濟系統的物質交換。易知，I2對M（N）的偏導數均小于零，即隨著M（N）的增大，I2會不斷降低。這意味著在其他條件不變的情況下，如果某經濟系統提高了從其他經濟系統輸入的資源流量，那么其循環經濟的程度就會降低，因為該經濟系統需要更多的資源來支撐起運行；如果在其他條件不變的情況下，提高了產品的輸出流量，這些產品將徹底退出該經濟系統的運行，降低了產品再利用的流量，從而也降低了該經濟系統循環經濟的程度。

4 案例研究：日本社會經濟系統1987年和2000年的循環程度評價

運用構建的社會經濟系統的物質流模型和循環指數對日本社會經濟系統1987年和2000年的物質流動狀況進行了案例分析。圖2是日本1987年和2000年的物質總量流動平衡圖^[13，14]，它描述了1987年和2000年日本的人均資源輸入、產品生產、產品消費與廢棄物處理或處置狀況。

可見，日本的經濟系統與其它經濟系統有物質上的交換，可以計算循環指數I2；現假定日本1987和2000年的經濟系統與其它經濟系統沒有物質上的交換，而其他數據保持不變，據此計算循環指數I1。計算結果見表1。

可見，1987年和2000年日本經濟系統的I2值都比I1值低，這反映了國際貿易對日本經濟系統的影響。如果不考慮國際貿易，忽略日本經濟系統與外界在資源與產品等方面的聯系，而僅僅評價日本經濟系統的運行狀況，那么其循環指數I1數值高；如果考慮輸入資源和輸出產品對日本經濟系統運行狀況的影響，那么循環指數I2數值要低于I1。這就是說，日本經濟系統表面上看來較好的循環經濟水平（對應于較高的I1值）某種程度上依賴于其國際貿易中對資源的輸入和對產品的輸出。

從時間來比較，1987年和2000年的循環指數I1相等，這說明日本經濟系統表面的循環程度基本沒有改變；而循環指數I2則明顯降低，這說明日本經濟系統的循環程度實際上有所降低，同時也說明其較高的表面的循環程度的維持依賴于更多地資源輸入或產品輸出。

5 結論與展望

根據經濟系統中物質流動的特征，將物質在系統內的運動分作了資源開采過程、產品生產過程、產品消費過程和廢物處理過程，建立了經濟系統的物質流模型。在此基礎上設計了評價經濟系統物質運動循環程度的循環指數I1和循環指數I2。I1和I2都是再資源化資源在資源總量中的比例和再利用產品在產品總量中的比例的單調遞增函數，二者的取值區間均為［０，１］，而且數值越大，表征所考察系統的物質循環程度越高。分析還表明，循環指數I1和I2的變化都與循環經濟的“3[WTBZ]R”原[WTBX]則相一致。特別地，循環指數I2反映了經濟系統與其它經濟系統物質交換對其循環程度的影響。

對同一個社會經濟系統而言，I1值與I2值的差別反映了與外界的物質交換對其發展狀況的影響程度。如果某經濟系統不受其他經濟系統的影響，即不存在物質交換，那么I2＝I1；如果所考察的經濟系統需要從其他經濟系統輸入自然資源或輸出物質產品，那么I2＜ I1；如果所考察的經濟系統向其他經濟系統輸出了自然資源或輸入物質產品，那么I2＞ I1。

當然，循環指數I1和I2也有一定的局限性。該評價方法需要有較為系統的物質流數據基礎，而實際統計中這方面的數據較為缺乏，這在一定程度上限制著該方法的應用與發展前景。

(編輯：徐天祥)

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Study in Quantitative Evaluating of Circalar Economy

WANG Qi WANG Hui

(College of Environmental Sciences，Peking University， Beijing 100871， China)

Abstract It is necessary to build an evaluation indicator system to assess the recycling

materials in the economic system when the strategy of circular economy is emphasised. Based on the characteristics of the material flow in the economic system， two material flow models are built. One of which is for an open system and the other is for a closed one. Then two circular indices (I1 I2) are designed to evaluate circular economy. At the end， a case study is carried out on the economic system in Japan.

Key words circular economy; quantitative evaluating; circular indices

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”