第四章 物质平衡理论 环境经济学

第四章物质平衡理论环境经济学第1页，共51页，2023年，2月20日，星期四第2页，共51页，2023年，2月20日，星期四第四章物质平衡理论

第一节物质平衡的概念模型第二节物质平衡一般均衡模型第三节环境管理模型第四节物质平衡理论的应用—循环经济第3页，共51页，2023年，2月20日，星期四第一节物质平衡的概念模型一、考察生产与消费的另一个视角：质量守恒定律在经济系统中，生产活动和消费活动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。严格说来，标准的经济学分配理论是关于服务的，而不是关于物质实体的。物质实体只是携带某种服务的载体。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。第4页，共51页，2023年，2月20日，星期四第一节物质平衡的概念模型二、物质平衡模型考察环境与经济系统的物质流动关系。令E为环境的物质储量，E*为环境对经济系统的物质投入，E^为经济系统向环境的排放的污染物，用K表示经济系统的物质沉淀（积累），则：第5页，共51页，2023年，2月20日，星期四第一节物质平衡的概念模型二、物质平衡模型如果生产和消费过程中不存在积累，即K=0时，E*=E^，投入的环境物质最终必然以污染物的形势返回环境。如果生产和消费过程中存在积累，即K>0时，E*=E^+K。污染物环境物质投入人类消费生产经济系统服务第6页，共51页，2023年，2月20日，星期四第一节物质平衡的概念模型二、物质平衡模型考虑循环利用人类消费生产经济系统污染物环境物质投入服务循环利用第7页，共51页，2023年，2月20日，星期四第一节物质平衡的概念模型二、物质平衡模型对传统的经济系统结构的改造（1）通常所说的经济系统只包括生产部门和消费部门。由于考虑到生产过程实际上只是对来自环境的物质进行了加工，在这一过程中，没有任何新的物质被“生产”出来，同时根据物质流动关系和功能不同，可以把生产部门分为能量转换和物质加工两个部门。（2）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。

第8页，共51页，2023年，2月20日，星期四第9页，共51页，2023年，2月20日，星期四第一节物质平衡的概念模型二、物质平衡模型结论（1）如果这个经济系统是封闭的（没有进口或出口）没有物质净积累，那么在一个时间段内，从经济系统排入自然环境的残余物的物质量必然大致等于从自然环境进入经济系统的物质量。 如果经济系统的排放量增大，则必然是对自然资源的开采增大，反之亦然。自然开发（生态破坏）和环境污染是紧密相关的。第10页，共51页，2023年，2月20日，星期四第一节物质平衡的概念模型二、物质平衡模型结论（2）减少污染物对环境的危害，除了对其进行回收利用外，还可以对其进行处理。但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。 只有当某种环境容量未被充分利用时，末端处理的方法才是有效的，否则，必然会造成某种形式的污染，而不能最终解决环境问题。相比之下，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。第11页，共51页，2023年，2月20日，星期四第一节物质平衡的概念模型二、物质平衡模型结论（3）经济系统保护环境最根本、最有效的途径就是提高系统内部资源的利用率，从而减少外部资源的利用量和污染物排放量。 提高内部资源的利用率有两条途径：一是靠技术进步。或是提高能源效率和资源利用率的技术进步；或是利用新资源、新能源。二是废弃物的资源化，即发展循环经济。第12页，共51页，2023年，2月20日，星期四第一节物质平衡的概念模型二、物质平衡模型意义当从环境与经济关系的角度全面考察生产和消费活动时，就会发现还有很多市场机制没有解决的问题。传统经济学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。这种认识造成了经济活动的两种无效率：一是与“外部性”相关的无效率——由于不考虑外部性的费用和效益而造成的无效率；二是与“使用者费用”相关的无效率——对环境资源利用的唯一制约是现行费用，而不是未来收益的机会成本。因此，在这种条件下得出的“帕累托最优”只是一种“次优”。第13页，共51页，2023年，2月20日，星期四第二节物质平衡的一般均衡模型一、瓦尔拉斯-卡塞尔模型变量R：资源和服务量V：资源价格X：产品或商品量P：产品价格Y：最终需求第14页，共51页，2023年，2月20日，星期四LeonWalrasandGustavCassel第15页，共51页，2023年，2月20日，星期四第二节物质平衡的一般均衡模型一、瓦尔拉斯-卡塞尔模型在n个部门分配m种资源第16页，共51页，2023年，2月20日，星期四第二节物质平衡的一般均衡模型一、瓦尔拉斯-卡塞尔模型在n个部门分配m种资源A：资源消耗矩阵aij：j部门单位产品消耗资源i的量第17页，共51页，2023年，2月20日，星期四第二节物质平衡的一般均衡模型一、瓦尔拉斯-卡塞尔模型投入产出关系C：列昂惕夫矩阵系数Iij：单位矩阵第18页，共51页，2023年，2月20日，星期四WassilyLeontief华西里·列昂惕夫是投入产出分析方法的创始人。1973年，列昂惕夫因发展了投入产出分析方法及这种方法在经济领域产生和重大作用，而备受西方经济学界的推崇并因此获得诺贝尔经济学奖。第19页，共51页，2023年，2月20日，星期四列昂惕夫矩阵系数一个假设的社会经济的投入-产出表产品生产产品去向⑴谷物⑵钢铁⑶运输⑷最终产品⑸总产品谷物（农业）250300504001000钢铁（工业）2501501506001150运输（服务业）8012050500750原始投入（劳动投入）4205805001500投入总价值100011507502900第20页，共51页，2023年，2月20日，星期四列昂惕夫矩阵系数技术系数谷物钢铁运输谷物0.250.260.07钢铁0.250.130.20运输0.080.100.07劳动0.420.510.66合计1.001.001.00第21页，共51页，2023年，2月20日，星期四第二节物质平衡的一般均衡模型一、瓦尔拉斯-卡塞尔模型资源投入与最终需求第22页，共51页，2023年，2月20日，星期四第二节物质平衡的一般均衡模型一、瓦尔拉斯-卡塞尔模型资源价格与产品价格第23页，共51页，2023年，2月20日，星期四第二节物质平衡的一般均衡模型二、瓦尔拉斯-卡塞尔模型的修正及平衡分析 (一）修正引入环境部门（xe）和最终消费部门（xc）把R分为资源和服务两部分相应的价格为相应的消耗系数第24页，共51页，2023年，2月20日，星期四第二节物质平衡的一般均衡模型二、瓦尔拉斯-卡塞尔模型的修正及平衡分析 (一）修正第25页，共51页，2023年，2月20日，星期四第二节物质平衡的一般均衡模型二、瓦尔拉斯-卡塞尔模型的修正及平衡分析 (二）经济系统物质流动的平衡分析从环境部门流动到所有其他部门的物质流入和流出最终部门的物质也必须是平衡的第26页，共51页，2023年，2月20日，星期四第二节物质平衡的一般均衡模型二、瓦尔拉斯-卡塞尔模型的修正及平衡分析 (二）经济系统物质流动的平衡分析流入和流出中间产品部门的物质也是平衡的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第27页，共51页，2023年，2月20日，星期四第二节物质平衡的一般均衡模型二、瓦尔拉斯-卡塞尔模型的修正及平衡分析 (二）经济系统物质流动的平衡分析来自环境物质流减去再循环的产品，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来自环境的物质最终将以污染物的形式回到环境中第28页，共51页，2023年，2月20日，星期四第二节物质平衡的一般均衡模型三、结论 当环境资源变得稀缺时，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。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。从而使资源配置从“次优”逐步逼近“帕累托最优”状态。第29页，共51页，2023年，2月20日，星期四影子价格荷兰经济学家詹恩·丁伯根(J.Tinbergen)在上世纪30年代末首次提出的。影子价格是投资项目经济评价的重要参数，它是指社会处于某种最优状态下，能够反映社会劳动消耗、资源稀缺程度和最终产品需求状况的价格。影子价格是社会对产品真实价值的度量，只有在完善的市场条件下才会出现。然而这种完善的市场条件是不存在的，因此现成的影子价格也是不存在的，只有通过对现行价格的调整，才能求得它的近似值。相关文献周全.基于影子价格的城镇污水处理提标定价标准研究[D].中国环境科学研究院,2012.CarlosCasanova.碳交易：中国碳排放影子价格的研究[D].南京大学,2011.第30页，共51页，2023年，2月20日，星期四第三节环境管理模型一、基本模型建立一个环境管理机构，其基本功能就是对环境提供保护。具体方法包括： ①对利用环境容量处理污染物的行为收费（即排污收费）； ②对环境加以治理，增强环境对污染物的同化吸收能力，恢复环境的质量； ③监测生产和消费过程的污染物排放。第31页，共51页，2023年，2月20日，星期四第三节环境管理模型一、基本模型简化的物质平衡模型第32页，共51页，2023年，2月20日，星期四第三节环境管理模型一、基本模型简化的物质平衡模型生产框：获得来自环境框的不可再生资源M，这些资源被用作生产中的劳动对象；获得来自资本积累框的折旧D和资本服务流K，获得来自消费框的废弃物RH（作为生产原料重新利用）和劳动力LH1。同时，生产框向消费框提供消费品C，向环境框排放废弃物ZP，向环境管理框提供环境治理所需要的投资IP和排放需要治理的废弃物EP，向资本积累框提供投资GI；生产中产生的废弃物，一部分得到重复利用，用框中的圆圈表示。第33页，共51页，2023年，2月20日，星期四第三节环境管理模型一、基本模型简化的物质平衡模型消费框：获得生产框提供的消费品C和来自环境框的服务流Y。消费框产生的废弃物，或直接排入环境，以消费框指向环境框的箭头ZH表示；或者排入生产框，在那里得到回收利用，用RH表示；或者排入环境管理框，在那里得到处理，用EH表示。消费框同时要向生产框和环境管理框提供劳动力LH1和LH2。在这里假定消费框把污染物转给生产框时要付给一定的费用。

第34页，共51页，2023年，2月20日，星期四第三节环境管理模型一、基本模型简化的物质平衡模型资本积累框：表示经济系统中的资本存量，这种资本存量提供用作生产要素的服务。资本积累框获得来自生产框的总投资GI。由于磨损和消耗，资本存量会贬值，因而从积累框到生产框有一个因折旧产生的废弃物流D。D有两个经济效应：第一，它意味着资本存量的减少；第二，它增加了经济运行过程中产生的废弃物流量。D作为原材料回到生产框，因而这种流量是可以再循环的。资本积累框还向生产框提供资本服务流K。第35页，共51页，2023年，2月20日，星期四第三节环境管理模型一、基本模型简化的物质平衡模型环境管理框：获得来自生产框和消费框的废弃物EP和EH，获得来自生产框的用于环境治理的投入IP和来自消费框的劳动力LH。治理后的废弃物ZE排入环境。环境框：环境框向生产框提供原材料M。环境是一种公共物品，它对消费框产生一个服务流Y。一般来说，这种服务流量将随污染物排放量的增加而减少，随环境的改善而增加。环境接受来自生产框、消费框和环境管理框的废弃物ZP、ZH和ZE。环境质量受废弃物排放和环境治理工作两方面的影响。第36页，共51页，2023年，2月20日，星期四第三节环境管理模型一、基本模型模型分析结论：来自环境的物质净流出量等于资本存量的净积累。生产平衡：消费平衡：环境管理：第37页，共51页，2023年，2月20日，星期四第三节环境管理模型一、基本模型模型分析意义表明不能作为资本积累的那部分原材料最终要归于环境。引申出一个结论：在给定资本积累的前提下，如果不存在某些刺激使排入环境的污染物保持低水平，那么自然资源的采出量将会相应提高，环境质量的恶化和自然资源的超量使用是密切相关的。第38页，共51页，2023年，2月20日，星期四第三节环境管理模型二、价值平衡和最优环境管理对策通过引入价格参数，由物质平衡向价值平衡转变。假设 ①所有生产者与消费者是价格接受者。 ②除环境质量以及使用环境处理废弃物的价格之外，所有商品和服务的价格都由市场决定。 ③环境质量的价格被看作为消费者对环境服务的需求价格。 ④使用环境处理废弃物的价格由环境管理机构确定。

第39页，共51页，2023年，2月20日，星期四第三节环境管理模型二、价值平衡和最优环境管理对策通过引入价格参数，由物质平衡向价值平衡转变。符号p——商品的价格；pM——自然资源的价格；qH——生产框以回收利用方式处理消费框废弃物的价格；pK——资本商品的价格；qD——生产框以回收利用方式处理资本积累框废弃物的价格；q——利用环境处理废弃物的价格（排污收费的价格）；第40页，共51页，2023年，2月20日，星期四第三节环境管理模型二、价值平衡和最优环境管理对策符号pE——投入环境治理的商品的价格；w——工资；π——资本收益率；v——环境管理框治理废弃物的价格；πP——生产框的利润；πK——资本积累框的利润；πE——环境管理框的利润；Z——排入环境的废弃物总量，Z=ZP＋ZH＋ZE；NS——消费者的储蓄。第41页，共51页，2023年，2月20日，星期四第三节环境管理模型二、价值平衡和最优环境管理对策价值平衡等式生产部门利润：资本积累利润：环境管理利润：预算约束：假定所有利润都转入家庭部门第42页，共51页，2023年，2月20日，星期四第三节环境管理模型二、价值平衡和最优环境管理对策价值平衡等式净储蓄等于净投资减去利用环境处理废弃物的费用。第43页，共51页，2023年，2月20日，星期四第三节环境管理模型二、价值平衡和最优环境管理对策环境治理和环境质量之间的关系（1）假定废弃物排放会对环境产生负的影响，而治理会产生正的影响Y0：初始环境质量Z：废弃物排放量E：治理量第44页，共51页，2023年，2月20日，星期四第三节环境管理模型二、价值平衡和最优环境管理对策环境治理和环境质量之间的关系（2）环境管理机构的费用效益

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（排污收费）。 净收益：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：排污收费的价格第45页，共51页，2023年，2月20日，星期四第三节环境管理模型二、价值平衡和最优环境管理对策环境管理机构的最优政策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。第46页，共51页，2023年，2月20日，星期四第四节物质平衡理论的应用

—循环经济一、循环经济思想的产生与实践起源1960年代，美国经济学家鲍尔丁（KennethE.Boulding）提出“宇宙飞船理论”。实践1980年代末，杜邦公司开始循环经济理念的实验，提出“3R制造法”。到1994年，该公司生产造成的废弃物减少了25%，空气污染物排放量减少了70%。德国于20世纪90年代颁布《包装废弃物处理办法》、《循环经济和废物