循环经济的定量化评价方法研究

摘要 循环经济的推行需要建立一套衡量物质在经济系统中循环程度的指标体系。本文根据经济系统内部物质流动的基本特征，建立了封闭和开放的经济系统的物质流总量模型。基于这两个模型构建了评价循环经济的指标：循环指数I1和循环指数I2。最后，运用这两个指标分别对日本1987年和2000年的物质流动状况进行了评价，并对评价结果进行了分析。

关键词 循环经济；定量化评价；循环指数

中图分类号 F062．4

文献标识码 A

文章编号 1002-2104(2007)01-0033-05

循环经济的思想渊源最早可以追溯到20世纪60年代鲍尔丁的宇宙飞船经济理论，但是循环经济受到广泛关注则是在90年代，这是由于人们逐渐认识到传统的直线型的经济发展模式造成了经济系统与自然环境系统之间物质流动的滞胀。因此，构建以经济系统中物质要素的环状流动为特征的循环经济已成为实施可持续发展战略的重要途径。如何建立一套衡量经济系统循环程度的指标体系对于循环经济的理论研究与具体实施具有基础性作用。

1 循环经济的评价与物质流分析方法

当前，关于循环经济评价方法的研究基本上可以分为两类：一是评价循环经济的综合性指标体系，一般包括经济类、资源类、生态环境类等若干类指标，每类指标又包括若干具体指标[1-3]。这些评价指标体系一般包括若干体现3R原则的指标，但是综合性指标体系固有的局限性，导致此类指标体系并没有能很好地体现循环经济的真正内涵。二是基于某些特定的分析方法的评价指标，例如史宝娟等基于能值分析方法构建了循环经济的评价指标[4］，而更多的研究则是尝试运用物质流分析（MFA，Material Flow Analysis）方法来评价循环经济。MFA是测算经济系统中物质消耗量的基本分析工具。继1992年奥地利和日本各自建立整体物质流帐户后，一些发达国家也建立了物质流账户。在国内，一些学者运用物质流分析方法就区域社会经济系统的物质利用进行了研究，主要研究了经济增长方式、经济与环境之间的关系等方面的问题[5-9]。

目前，国内的一些学者从物质流的角度对循环经济的定量评价展开了初步研究。陆钟武等针对铁元素、铅元素建立了生命周期分析模型并对其循环程度进行了评价[10-11]。这些研究主要集中在某些元素的循环利用评价上，没有扩展到对整个社会经济系统的评价，也没有考虑到与区域外的物质交换和系统中可能的物质沉淀。

2 社会经济系统的物质流总量模型

社会经济系统的物质流总量模型是从物质流动角度对一定时空范围内社会经济系统的抽象，这里的物质是对包括自然资源、物资产品、废物、再资源化的资源等具体形态物质的抽象。为了分析上的方便，模型Ⅰ假定所研究的社会经济系统与其他经济系统之间没有物质上的交换。根据物质在社会经济系统内部流动的基本特征，将其流动过程概括为资源开采过程、产品生产过程、产品消费过程和废物处理过程四个阶段[12]，见图1，其中不包括虚线部分。

2.1 资源开采过程与产品生产过程

资源开采过程是社会经济系统中物质流动的第一个环节，该过程从自然环境中开采自然资源以供社会经济系统运行需要。设该过程输入产品生产过程的物质流量为F(F0)。图1 环境系统与社会经济系统的物质流动模型

产品生产过程将输入的资源转化为产品和生产废物输出，假定该过程中没有物质存留，即总输入量等于总输出量。其输入总量包括从资源开采过程输入的F和从废物处理过程输入的R，其输出量中产品和生产废物的流量分别为P和W。由物质质量守恒知：

王 奇等：循环经济的定量化评价方法研究中国人口・资源与环境 2007年 第1期定义再资源比率α为再资源化的资源在总资源流量中的比例，即

2.2 产品消费过程

产品消费过程的输入包括两部分：一部分为产品生产过程输入的产品P；另一部分为废物处理过程输入的再利用产品U。其输出也包括两部分：一部分为输出到废物处理过程的消费废物V；另一部分为输出到系统沉淀的S。这里的系统沉淀，是指由于产品的使用寿命与对社会经济系统评价的时间范围不一致而导致的暂时退出流动过程存留的部分产品。这就是说，经济系统中的部分物质产品在所考察的时间段内不会变为消费废物而积存到下一时间段；同样，其前的时间阶段留下来的物质产品可能会在该阶段转化为消费废物。这里的S为产品消费过程对系统沉淀的净输出。这些物理量满足：

再利用产品包括两部分：一部分是指经济系统运行过程中消费的产品所包括的再利用部分；另一部分是经废物处理后重新进入产品消费过程的部分。为了表达的方便，模型中这两部分都以经废物处理过程输入的形式来表示。定义产品再利用率β为再利用产品量占产品消费总量的比例：

2.3 废物处理过程

废物处理过程从产品生产过程输入生产废物W，从产品消费过程输入消费废物V；把这些废物再资源化处理或无害化处理后全部输出，一部分以资源形式输入产品生产过程，流量为R，一部分以再利用产品的形式输入产品消费过程，流量为U，最后一部分以环境无害的形式H返回自然生态系统。它们满足：

2.4 开放的社会经济系统

在模型Ⅰ中，假定经济系统与其他的经济系统没有物质上的交换，而实际中的经济系统往往与其它的经济系统有着物质上的交换。鉴于此，将物质流模型扩展为模型Ⅱ。一个经济系统与其他经济系统的物质流关系主要包括自然资源与物质产品的交换（假定经济系统间无废物交换），定义所考察的社会经济系统与其它经济系统交换的自然资源净输入流量和物质产品的净输出流量分别为M，N（-F＜M＜+∞，-P＜N＜+∞），见图1，其中模型Ⅱ包括了图中虚线的部分。

3 循环经济定量化评价指数

3.1 基于物质流模型Ⅰ的循环指数I1

循环经济的基本特征是参与经济活动的物质要素呈环状流动状态，具体包括产品生产过程中资源利用率的提高，产品消费过程中产品的再利用，生产废物和消费废物的再资源化等。经济系统中，参与环状流动的物质要素越多，那么其循环程度越高，即循环经济的程度也越高。

循环指数I1的基本思想是：某一时期内参与环状流动的资源流量在总的资源流量中的比例。其中，参与环状流动的资源流量包括R和U1，总的资源流量包括R、U1和F。这里的U1是由再利用产品基于产品生产过程中产品与资源的比例不变这一假定按比例折算成的资源流量，其数学表达式是：

因此，基于物质流模型的循环指数I的数学表达式是：

零的时候，循环指数I1才为零；当二者之一等于1或者都等于1的时候，循环指数I1为1。这表明，如果经济系统满足该模型的基本假定，那么提高废物再资源化的程度、提高产品再利用的程度都有利于循环经济的构建。如果社会经济系统的产品均来自再资源化而来的资源或者这些产品被完全再利用，那么该经济系统既不需要再开采自然资源也不会产生任何废物，实现了理想状况下的循环经济。

3.2 基于物质流模型Ⅱ的循环指数I2

模型Ⅱ考虑了经济系统与其它经济系统的物质流动上的交换关系。根据与循环指数I1同样的原则，设计循环指数I2：

容易验证，I2仍然满足对α，β单调递增的性质。3.3 循环指数与3R原则

当前关于循环经济的基本原则已经达成共识，即“3R”原则：减量化（Reduce）、再利用（Reuse）和再循环（Recycle）。现利用比较静态分析研究循环指数I1与“3R”原则的关系。

减量化，是指在保证社会经济系统物质需求的情况下，减少对自然资源的索取，从而减少人类的经济活动对自然生态系统的负荷。在该物质流模型中，减量化意味着其他变量不变的情况下，减少F。易知I1对F的偏导数小于零，循环指数I1是F的单调减函数，随着F的减少，循环指数逐渐增大。

在物质流模型Ⅰ中，再利用意味着在其他变量不变的情况下，增大再利用的产品物质流U。易知I1对U的偏导数大于零，循环指数I1是U的单调增函数，随着U的增大，循环指数逐渐增大。

在物质流模型Ⅰ中，再循环意味着在其他变量不变的情况下，增大再资源化的物质流R。易知I对R的偏导数大于零，循环指数I1是R的单调增函数，随着R的增大，循环指数逐渐增大。

通过上述分析可知，循环指数I1的变化与循环经济的“3R”原则是一致的，“3R”原则的实施可以使得循环指数I的数值增大。

对循环指数I2同样的分析表明，I2的变化与循环经济的“3R”原则也是一致的。但是，与循环指数I1相比，I2考虑了经济系统与其它经济系统的物质交换。易知，I2对M（N）的偏导数均小于零，即随着M（N）的增大，I2会不断降低。这意味着在其他条件不变的情况下，如果某经济系统提高了从其他经济系统输入的资源流量，那么其循环经济的程度就会降低，因为该经济系统需要更多的资源来支撑起运行；如果在其他条件不变的情况下，提高了产品的输出流量，这些产品将彻底退出该经济系统的运行，降低了产品再利用的流量，从而也降低了该经济系统循环经济的程度。

4 案例研究：日本社会经济系统1987年和2000年的循环程度评价

运用构建的社会经济系统的物质流模型和循环指数对日本社会经济系统1987年和2000年的物质流动状况进行了案例分析。图2是日本1987年和2000年的物质总量流动平衡图[13，14]，它描述了1987年和2000年日本的人均资源输入、产品生产、产品消费与废弃物处理或处置状况。

可见，日本的经济系统与其它经济系统有物质上的交换，可以计算循环指数I2；现假定日本1987和2000年的经济系统与其它经济系统没有物质上的交换，而其他数据保持不变，据此计算循环指数I1。计算结果见表1。

可见，1987年和2000年日本经济系统的I2值都比I1值低，这反映了国际贸易对日本经济系统的影响。如果不考虑国际贸易，忽略日本经济系统与外界在资源与产品等方面的联系，而仅仅评价日本经济系统的运行状况，那么其循环指数I1数值高；如果考虑输入资源和输出产品对日本经济系统运行状况的影响，那么循环指数I2数值要低于I1。这就是说，日本经济系统表面上看来较好的循环经济水平（对应于较高的I1值）某种程度上依赖于其国际贸易中对资源的输入和对产品的输出。

从时间来比较，1987年和2000年的循环指数I1相等，这说明日本经济系统表面的循环程度基本没有改变；而循环指数I2则明显降低，这说明日本经济系统的循环程度实际上有所降低，同时也说明其较高的表面的循环程度的维持依赖于更多地资源输入或产品输出。

5 结论与展望

根据经济系统中物质流动的特征，将物质在系统内的运动分作了资源开采过程、产品生产过程、产品消费过程和废物处理过程，建立了经济系统的物质流模型。在此基础上设计了评价经济系统物质运动循环程度的循环指数I1和循环指数I2。I1和I2都是再资源化资源在资源总量中的比例和再利用产品在产品总量中的比例的单调递增函数，二者的取值区间均为［０,１］，而且数值越大，表征所考察系统的物质循环程度越高。分析还表明，循环指数I1和I2的变化都与循环经济的“3[WTBZ]R”原[WTBX]则相一致。特别地，循环指数I2反映了经济系统与其它经济系统物质交换对其循环程度的影响。

对同一个社会经济系统而言，I1值与I2值的差别反映了与外界的物质交换对其发展状况的影响程度。如果某经济系统不受其他经济系统的影响，即不存在物质交换，那么I2＝I1；如果所考察的经济系统需要从其他经济系统输入自然资源或输出物质产品，那么I2＜ I1；如果所考察的经济系统向其他经济系统输出了自然资源或输入物质产品，那么I2＞ I1。

当然，循环指数I1和I2也有一定的局限性。该评价方法需要有较为系统的物质流数据基础，而实际统计中这方面的数据较为缺乏，这在一定程度上限制着该方法的应用与发展前景。

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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：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”