熵律_生态平衡与环境资源合理利用

熵律、生态平衡与环境资源合理利用南开大学经济学系　李慧明内容提要:人类对环境资源不合理的开发利用是产生环境问题的根本原因,而环境资源的合理利用既要遵从经济规律,又要遵从自然规律。

本文从制约环境资源状况的两个最基本的自然规律──滴律和生态平衡规律出发,探讨环境资源合理利用的理论依据,并在此基础上提出相关对策建议。

关键词:环境资源　熵律　生态平衡 在展开讨论之前,本文对环境资源作如下定义:环境资源是自然环境中人类可以用于生产、生活和净化废弃物的物质和能源的总称。

按照这样一个定义,环境资源可以分为三类:一类是取之不尽的恒定性资源,如太阳能和风能;第二类是可以更新或再生的可更新资源,如生物、水、土壤以及环境的自我净化能力等。

这类资源在被开发利用后能够自我恢复、再生、但其再生能力是有限的;第三类是不可更新或再生的不可更新资源,如各种矿物资源,因其很难再生,这类资源的供给是有限的。

严格说起来,土地和水界于后两类资源之间,局部土壤可以更新,整个土地面积是不可以增加的;一般地表水、浅层地下水可以更新,但深层地下水却如其它矿物资源一样,越来越少,难以更新。

可见,环境资源不仅包括直接进入经济生产过程的自然资源,还包括作为生产和人类生存条件的生态环境状况,环境自净能力等生态资源。

环境资源具有有限性。

自然界中不可更新资源的总量是有限的,随着人类消耗量的增加,这类资源的储量日益减少;可更新资源的更新(再生)能力是有限的,人们的利用量如果超出其再生能力,这类资源也会耗竭;环境的自净能力也是有限的,废弃物的排放量若超过环境自净能力,便会使其遭到破坏。

充分认识到环境资源的有限性,是合理利用环境资源的前提。

一、熵律与环境资源合理利用热力学是研究与热现象有关的能量转换规律的科学,它有两条定律来阐明能量转换规律。

热力学第一定律告诉我们,在自然界中,能量既不能消灭,也不能凭空产生。

能量可以从一种形式转变为另一种形式,在转换过程中能量守恒,能量守恒定律是物质不灭定律的能量表达方式。

然而,热力学第二定律却决定着能量的传递总是从高能位向低能位,由集中到分散、从有序到无序进行;在传递过程中不仅需要消耗一部分能量,而且总会有一部分成为无用能逸散到环境之中。

人类处于一定时空范围的生态经济系统中,这一系统的能流和物流是遵循热力学定律的,只有遵守和顺应规律,人类才能持续地取得丰富而又合乎需要的资源和能源,从而实现可持续发展。

用热力学第一定律重新审视人类的生产和消费过程,我们可以看出,在一个足够长的时期内,从自然界获取的物质必定基本等于排入自然界的物质。

从整个环境经济系统的角度来分析,自然环境向经济系统投入燃料、食物和原材料,在较短时期内,这些投入一部分转换成商品,一部分变成残余物排入环境,在较长时期内,除了作为储备的商品外,其余商品最终还是要进入残余物流。

在一个封闭的,没有物质净积累的经济系统中,排放量基本等于投入量加上氧。

在一个开放的、有物质积累的经济系统中,任何给定年的残余物量将少于基本投入。

在环境经济系统物质循环和能量流动的总过程中,“消费”也有了不同的含义。

通常所说的“消费”,只是指人们利用了商品的某种(或某些)效用,而不是指消费了商品的物质本身,商品在“被消费”之后物质实体依然存在,只是效用消失了。

从这个意义上说,消费过程只是商品的服务过程。

因此,如果从物质变换观点来看待现代生产和消费活动产生的残余物,就会出现现有市场和计划手段都不能解决的资源配置问题。

热力学第二定律又称熵律,在环境研究中具有特别重要的意义。

熵是热力学中的一个概念,指物质系统中的状态函数,用来表示物质系统的无序度。

熵越高,混乱度越强。

用熵作为一种能的量度,即表示有用能变成无用能(不能用来作功的能)的数量。

所以,熵也被称为“能趋疲”,即趋于疲弱的能量。

能趋疲现象是普遍存在的,就是说,在不可逆循环系统中,有用的能量总是在不断地变化为无用的能量,这种现象叫做“熵增”,揭示这一现象的内在联系的定律叫做熵增定律即熵律,也就是热力学第二定律。

熵律告诉我们,环境经济系统不仅要遵守热力学第一定律,即能量守恒定律,而且要遵守热力学第二定律,即熵增定律。

环境经济系统作为非平衡态的自组织系统,它通过系统的结构、功能和功能涨落之间的相互运动,以突变的方式来实现自身的发展演化。

在这种情况下,能量在系统内外部的流动数量和速度也随之加快,总能量的消耗也在加速。

据有人计算,人类工业时期只占人类历史的0. 2%,这一时期生活过的人口总数却占人类历史总人口的80%,消耗的能量是这以前人类历史总能量消耗的99%以上,生物等再生能源和石油等非再生能源的消耗相当于地球在过去30多亿年内对太阳能吸收的积累总和。

人类的工业时期,加剧了地球生物圈系统的熵增,造成这一状况的原因主要有两点:第一,经济增长的取得以高产出为目标,而高产出又是以高能耗物耗作为代价的。

经济生产的目标是价值的增殖。

在线性的非循环生产过程中,生产过程越多,变化工序越多,创造的价值就越多,能源资源消耗和产生的废弃物也相应地越多。

一个简单的例子可以说明这个道理。

日本从我国大量进口一次性卫生筷子,选用上好的原木做成筷子原料时,有60%以上的原木变成了废渣,筷子原料再做成筷子又丢掉60%以上的废渣,总共丢弃的废弃物达原料的80%以上,成为污染源排入环境中。

问题还不止于此,大量生产卫生筷子的结果,使我国相关林木资源迅速减少,严重影响了资源再生能力,危及了生态平衡。

第二,人类对自然生态系统的不适当干预,引起系统熵增大。

当今世界,环境资源被破坏的事例不胜枚举。

人类对环境资源不合理的开发利用使生态环境要素和生物种群从数量上、质量上都发生了蜕变,资源再生能力下降,人类可利用的能源、资源减少,从而减少了抑制熵增加的负反馈力量,导致熵增加。

例如森林草场锐减使地球净初级产量①减少,不但影响到后续生产量,还大大降低了环境自净能力。

那么,人类有没有办法减少熵增加呢?从理论上讲,在绝对封闭的可逆循环系统中,系统的熵变等于零,而这样的系统至少在目前是不存在的。

但是,在可逆循环系统中,系统的熵增加可以减少。

针对上述熵增加剧的两点原因,我们可以从两个方面努力,以减少熵增。

首先,可以通过提高系统的可逆循环程度减少熵增。

经济活动要提高可逆程度,就要增加系统自身的负反馈机制,及时对无序状态进行调整,以达到新的有序。

通过采用先进的科学技术和科学管理就能够在增加产成品的同时减少废弃物,使废弃物资源化、少量化、无害化。

比如,多采用可更新资源,尽量少采用不可更新资源;提高资源综合利用程度;发展少污染、低消耗、高回收的闭路循环工艺(生态工艺、生态农场)等,都可以使同一环境容量承受较大的经济增长。

其次,通过人类有目的的能量供给和能量转化途径,用正反馈机制增加系统中的负熵流。

系统内部的熵流以及系统同外部进行能量、物质交换过程中输入的负熵(有用的能源、资源)共同构成了系统的熵。

当熵值为负时,系统处于有序状态;而当熵值为大于零的正值时,系统则处于无序状态。

这就是说系统的能流、物流、价值流、信息流畅通,便可以使系统运动处于有序状态,整个系统保持动态平衡。

上述两种减少熵增的途径是以资源的合理开发利用为基础的。

合理开发,可以使生态系统相对稳定,资源供给与利用相协调;合理利用,则可以使资源利用量增加,废弃物量减少,从而达到对资源适度、充分利用的目的。

二、生态平衡与环境资源合理利用对生态环境问题广泛、深入的研究,已经使得“生态平衡”概念为人们所熟悉。

生态平衡是指生态系统的相对稳定状态。

它包括生物群落的种群结构、个体数量的稳定,物质循环的稳定,能量流动的稳定和一定程度的自我恢复平衡机制。

但是,在强调生态平衡的同时,也出现了一些对于生态平衡的片面理解。

一些人片面强调维护和保持自然的生态平衡目标,忽视社会经济的需要和平衡。

这种离开经济目标奢谈生态环境问题的结果,只能使自然生态平衡被偶像化,使人类在大自然面前无所作为。

另有一种观点则认为,在人类社会发展过程中,原有的生态平衡必然要被打破,生态环境问题的产生是必然的,因此我们不能激烈地反对一切环境问题。

笔者认为,对于生态平衡与环境资源合理开发利用的关系,应该有这样几点基本的认识:1.生态平衡中的“平衡”,只是一个相对的概念。

从辩证唯物主义的基本观点出发,如同一切事物的运动规律一样,生态运动是绝对的,静止是相对的;生态的不平衡是绝对的、经常的,平衡是相对的、有条件的;平衡只是生态运动整个链条中的一环。

地球自有生命以来,历经沧桑巨变,自然生态系统本身也发生了很大变化。

事实上,地球上绝大多数地区已经从纯粹的自然生态系统演化成为人工、半人工生态系统,生态平衡因此具有了新的含义──生态系统和经济系统复合形成的生态经济系统(也可以叫做环境经济系统)的平衡。

所以笼统地提保持生态平衡,不能表达保持的是什么样的生态平衡,没有明确的实际内容。

　①“净初级生产”是全球生物量通过光合作用变成有用的有机质的过程,其产量则为“净初级产量”(net Primar y Product)。

2.自然生态平衡并不等于经济目标的必然增益性。

人类为了实现自己的经济目标,为了满足日益增长的需要,就必须要开发利用环境资源,发展生产,对自然界不触动是根本不可能的。

因而,保持生态平衡绝不能被误解为不允许触动或改造自然界,永远保持原始状况。

但是,自然生态环境对外力的承受能力是有一定限度的,人类对环境施加的压力不能超过这个限度,否则就会引起生态平衡的破坏,使人类的发展失去基础保障。

在这里,关键是要尊重自然规律,在认识自然规律的基础上去改造客观世界,追求一种符合人类可持续发展目标的、良性的生态平衡。

人工生态系统的社会和自然双重属性决定了它既服从自然生态规律,又服从社会经济规律,它的良性发展要遵从下列生态调控原则①。

第一,循环再生原则。

生物圈中的物质是有限的,原料、产品和废物的多重利用和循环再生是生态系统长期生存并不断发展的基本条件。

为此,生态系统内部必须形成一套完善的生态工艺流程。

其中,每一组分既是下一组分的“源”,又是上一组分的“汇”,物质在其中循环往复、充分利用。

环境污染、资源短缺问题的重要原因就在于系统内部缺乏物质和产品的这种循环再生机制,而把环境资源当做无尽的源和无底的汇来处理,致使资源利用效率和环境效益都不高。

循环论的思想是认识论的一个重大突破。

它要求我们在城乡建设中抛弃传统的有始有终、有因有果、有源有汇的单目标线性思维方法,采用善待自然环境的循环经济模式。

第二,协调共生原则。

协同学的创始人哈根(Harmann Haken)指出,一个由大量子系统组成的系统,在一定条件下,由于子系统间的相互作用和协作,这个系统就会形成具有一定功能的自组织结构。

共生是不同种的有机体或子系统合作共存、互惠互利的现象。