肖致遠

（江西心遠中學(xué)，江西 南昌 330006）

1.引言

在當(dāng)今社會，技術(shù)在不斷發(fā)展的同時，人們在生活的各個方面都需要以不同的方式去消耗環(huán)境資源。也就是說，人們在生產(chǎn)的過程中不可避免地利用到原料來制造工業(yè)產(chǎn)品及農(nóng)業(yè)產(chǎn)品，可視作為以環(huán)境惡化為代價來進行牟利。為了衡量過去20年水質(zhì)變化的程度，學(xué)者們將經(jīng)濟概念引入到環(huán)境領(lǐng)域之中，以達到量化過去的環(huán)境損失為未來的運營模式起到預(yù)測作用。

這篇論文也打算以這種的方式去衡量利弊，本文通過各種類型的水環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)，對近20年的水環(huán)境變化進行概要整合。在確定環(huán)境代價和經(jīng)濟利益之間的關(guān)系的過程中，人們建立了一個全新的學(xué)科，稱為環(huán)境經(jīng)濟學(xué)，它研究如何使企業(yè)保持盈利與環(huán)保之間的平衡去進行運營并致力于量化抽象的環(huán)境損失。實現(xiàn)綠色經(jīng)濟的過程中。我們需要去改變產(chǎn)品和生產(chǎn)的方式，并合理地以供需變化去應(yīng)對。在環(huán)境經(jīng)濟學(xué)中，人們把環(huán)境視為是商品的成本，試圖在環(huán)境與商業(yè)之間尋求平衡。

本次研究將選取五大湖作為研究對象。五大湖，又名北美五大湖，是位于北美中東部地區(qū)的一系列大型淡水湖泊，通過圣勞倫斯河與大西洋相連，占世界淡水總量的21%。五大湖分別是是蘇必利爾湖、密歇根湖、休倫湖、伊利湖和安大略湖，位于加拿大和美國的邊界。根據(jù)大量的研究，五大湖遭受著各種各樣的水污染。

本文深入探討了當(dāng)前水污染的程度與多年前的比較，以及緩解污染壓力的模式。污染通常以兩種不同的形式發(fā)生。在微觀層面上，水中滋生的微生物和藻類可能會影響水質(zhì)。另外，農(nóng)業(yè)和運輸可能會造成像水土流失或過度排放的問題。來自農(nóng)業(yè)或工業(yè)的數(shù)億噸污水連同化肥和殺蟲劑或工業(yè)生產(chǎn)過程中加工過的化學(xué)廢料流入湖泊或海洋。

技術(shù)和法律的進步也為解決水污染問題提供了條件。生產(chǎn)技術(shù)的改進有助于減輕污染源的壓力。許多地方選擇了生態(tài)高效的勞動方式，如噴灌、滴灌和合理使用化肥，而不是傳統(tǒng)的方式；同時，1972年頒布的《清潔水法》最早通過立法的形式了規(guī)定了水的排放規(guī)則，這為保護水提供了一個新的起點。此外，許多志愿者和市民自發(fā)組織起來，對預(yù)防水污染采取行動。

從經(jīng)濟學(xué)家的角度來看，環(huán)境利用應(yīng)被視為發(fā)展的一種代價。外部性問題是指發(fā)展過程中生產(chǎn)者所產(chǎn)生的成本或收益，而不是由該生產(chǎn)者自身承擔(dān)或獲得的，它不可避免地以環(huán)境損失為代價破壞環(huán)境。經(jīng)濟學(xué)家試圖以價格為單位去量化環(huán)境，以發(fā)現(xiàn)其與發(fā)展的關(guān)系。例如，在估算五大湖的水量時，他們不僅會測量水體的儲備，還會包括一些其他的方法。這種“使用”價值可能只是正確定義的經(jīng)濟價值的一小部分。而環(huán)保設(shè)施如交通或瀕危物種的“非使用”價值也應(yīng)該被考慮。因此，人們應(yīng)該把污染和發(fā)展聯(lián)系起來，權(quán)衡利弊。

2.相關(guān)文獻

在以往對湖泊污染的實驗和研究中，大學(xué)和政府都獲得了大量的數(shù)據(jù)和信息。Robert Howarth, Andrew Sharpley和Dan Walker計算出大約60%的河流和湖泊由于富營養(yǎng)化而嚴(yán)重退化。人類活動使氮、磷、鉀等化學(xué)元素在湖泊中大量存在，并造成了一些自然問題，如赤潮。并提出了一些解決問題的方法，如將地區(qū)里過剩的營養(yǎng)引入到更大范圍的生態(tài)中，而不是局限于單一的湖泊。

另一份由Lin Ma和Maryna Strokal撰寫的關(guān)于中國農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型和營養(yǎng)物質(zhì)污染的報告。本文著重介紹了農(nóng)業(yè)秸稈種植轉(zhuǎn)型前后水質(zhì)的變化情況。在中國，人們不習(xí)慣把牲畜的糞便和污水直接倒進河里。但近年來，人們開始把農(nóng)業(yè)殘留物直接放入水中。2010年以前，只有5%的養(yǎng)分能夠進入水體，而現(xiàn)在已經(jīng)超過了30%。養(yǎng)分的變化會對水質(zhì)產(chǎn)生影響。

在認識到環(huán)境帶來的重大環(huán)境破壞和社會破壞后，人們將目光轉(zhuǎn)向如何預(yù)防和修復(fù)這一現(xiàn)象。Claude Boyd試圖為人們找出一種實用的方法來去除水中過多的元素，如礦物質(zhì)元素所以他提出了一些方法，比如植被控制（通過控制當(dāng)?shù)氐闹脖粊黹g接控制排放），為環(huán)境選擇合適的物種，從廢水中去除營養(yǎng)（人們可以從污水中分離元素），并在水中種植一些植物來平衡湖泊中的元素（水生物如鳳眼蓮有助于凈化水）。

人們逐漸意識到生態(tài)政策帶來的收入。在David a .Keisera和Catherine L. Kling的研究中，政策開始帶來了低而不穩(wěn)定的利潤。1972年，《清潔水法》開始在清潔項目上投資超過19億美元，以及公眾捐贈的資金。他們意識到有限的投資忽略了一些潛在的經(jīng)濟利潤，過度關(guān)注損失。他們考慮到保護環(huán)境的價值，對農(nóng)業(yè)和漁業(yè)進行了一些改進。環(huán)境改善的真正好處不僅是直接的，同時也是間接的。

在Apoorva M. Sampat和Andrea Hicks的研究中，他們提出了一種方法來量化經(jīng)濟帶來的利潤，并將經(jīng)濟引入生態(tài)學(xué)之中。這樣，水資源和環(huán)境損耗就可以標(biāo)為商品來計算了。他們利用一個框架來估計HABS對Yahara牲畜廢物管理研究帶來的實際損失。他們的研究表明，利用協(xié)調(diào)的市場分析來證明這種經(jīng)濟影響對研究地區(qū)的營養(yǎng)和其他種類的污染。他們設(shè)法將利潤與政府調(diào)控的政策聯(lián)系起來。

3.案例背景

3.1 五大湖

3.1.1 地理位置

五大湖的地理位置五大湖是北美中東部上地區(qū)一系列相互連通的淡水湖，與大西洋相連。五大湖被命名為蘇必利爾湖、密歇根湖、休倫湖、伊利湖和安大略湖，位于美國和加拿大的邊界附近。湖泊中的水從西向東流過，從西蘇必利爾湖到東安大略。除了密歇根湖和休倫湖以外，每個湖的水位都隨著水流而下降。

3.1.2 五大湖的形成

五大湖是在一百萬年前的地質(zhì)運動中形成的。如今，五大湖位于因冰川侵蝕和崩塌而擴大的山谷中。陸地上的冰塊降低了河谷的高度，形成了幾米深的盆地。然后在第四紀(jì)，山谷中的冰川恢復(fù)了數(shù)千年，融化并填滿了山谷。數(shù)百萬噸的水流入湖泊，在湖泊之間形成小溪。之后，這些水將通過圣勞倫斯河流入大西洋。

3.1.3 五大湖的地質(zhì)特征

五大湖最深的地方，也是世界上第二深的地方，在蘇必利爾湖水深超過1000英寸。此外,五大湖是全世界最大的淡水資源儲存庫和最大的淡水湖，儲備了美國超過20%的淡水資源。

3.1.4 大湖的經(jīng)濟條件

在五大湖周圍的地區(qū)主要是工業(yè)區(qū)，依靠工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展。東北部的阿巴拉契亞山脈沿著五大湖分布著豐富的煤炭和鐵礦石。天然河流和運河形成了連接湖泊和海洋的水道，為航運提供了良好的條件。而且，東北大西洋沿岸有紐約、費城、波士頓、巴爾的摩等重要港口，對外交通十分便利。東北地區(qū)是世界上最發(fā)達的地區(qū)，有著百年工業(yè)基礎(chǔ)。

3.1.5 五大湖的環(huán)境污染

盡管五大湖占據(jù)了超過五分之一的地表水。然而，由于工業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)的污染，五大湖的水質(zhì)日益下降。在一些地區(qū)，由于汞和未經(jīng)處理的污水排放的增加，人們甚至不能喝除湖泊以外的一些地區(qū)的污染水。此外，流入湖泊的污水無法從湖泊排出，因為部分污水進入湖底，并將污水與凈水混合在一起，使水受到污染。

3.2 五大湖上的航運

這些湖泊占據(jù)了美國一半以上的內(nèi)陸航線，這些航線是連接五大湖地區(qū)和大西洋的動脈。連接伊利湖和安大略湖的韋蘭運河可以將船只抬高近100米。位于蘇必利爾湖和安大略湖邊界的大環(huán)可以容納船舶噸位超過60000噸的大型船舶。此外。伊利運河有助于連接五大湖和大西洋，并使其中的大型船只將不只是在孤立的地區(qū)通航。

3.2.1 五大湖航線數(shù)量的提升

五大湖的航線為生活在大西洋沿岸的人們提供了生活必需品，并將一些貨物出口到國外。寬闊的湖泊和運河為人們運輸貨物到其他地方提供了良好的環(huán)境。大量的礦石資源和森林資源出口到其他地方，需要大型的儲罐來運輸貨物。因此，越來越多的元材料需要從五大湖區(qū)域流出到大西洋沿岸城市。

3.2.2 湖泊過量船舶的負面影響

航線上超量船舶會造成一些環(huán)境問題。首先，聲學(xué)污染可能會影響生活在那里的生物。發(fā)動機發(fā)出的噪聲在水中可能會增大，影響到水生生物。這種聲音可能會干擾動物群內(nèi)部的正常交流和食物捕食。此外，運輸帶來的污染物導(dǎo)致水質(zhì)惡化，進一步破壞生態(tài)系統(tǒng)。

3.3 水質(zhì)的指示劑

3.3.1 光合有效輻射

太陽輻射中對植物光合作用有效的光譜成分稱為光合有效輻射。光譜成分范圍為380-710，與可見光近似一致。而光合作用則代表植物生命活動的能量來源、生物體的結(jié)合和生產(chǎn)的形成在不受其他環(huán)境限制的條件下，植物光合作用隨PAR的增加而增加。PAR通常隨季節(jié)和年份而變化，可由衛(wèi)星檢測到。

3.3.2 海表溫度

海水表面溫度是由太陽輻射能量吸收和釋放的對比決定的。這主要是由于地球上的太陽輻射不均勻，并根據(jù)地球的位置將溫度提高到不同的程度。

4.數(shù)據(jù)描述

4.1 葉綠素

4.1.1 定義

葉綠素是植物的綠色色素，能促進光合作用。葉綠素不穩(wěn)定，在酸性和堿性環(huán)境下容易轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)。因此，我們可以通過某些地方的葉綠素含量來判斷環(huán)境。光合作用是指葉綠素將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為氧氣的過程。光合作用的第一步是葉綠素電離。我們選擇葉綠素作為研究對象，因為它既容易觀察變化，又很重要。

4.1.2 葉綠素與養(yǎng)分污染

與土壤一樣，水體中也含有大量的養(yǎng)分物質(zhì)，如磷，氮、鉀等。這些物質(zhì)為依賴它們的動植物提供了重要的能量和營養(yǎng)，但另一方面，土地變硬，水體富營養(yǎng)化也會導(dǎo)致一些問題。這些元素可能來自洗衣和農(nóng)業(yè)活動，人們會將未經(jīng)處理的污水直接排放到湖里，導(dǎo)致破壞。過量的養(yǎng)分將為藻類提供足夠的資源基礎(chǔ)。當(dāng)藻類數(shù)量大量增加并照亮湖面時，留給水平面以下動物的生存空間就所剩無幾了。藻類在湖泊中消耗大量的能量，并逐漸降低河流中的氧氣含量，導(dǎo)致浮游生物和魚類的死亡。所以一些水生動物死于食物和氧氣。因此，保持良好的平衡應(yīng)該是保護環(huán)境的重要組成部分。

4.1.3 營養(yǎng)污染的嚴(yán)峻

近年來，過度挖掘和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)加重了五大湖地區(qū)的負擔(dān)。營養(yǎng)污染主要來自農(nóng)業(yè)和工業(yè)污水中的營養(yǎng)過量。隨著農(nóng)村和市中心地區(qū)的規(guī)模和人口的發(fā)展，生活所需的更多的東西不可避免地停止了對湖泊的破壞。這些污染物覆蓋了湖泊環(huán)境，并導(dǎo)致長期的環(huán)境惡化。從數(shù)據(jù)中，我們得出結(jié)論，加拿大近25%的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和美國7%的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)生在五大湖。為了防止養(yǎng)分污染而停止污水排放是不可避免的，也是不現(xiàn)實的。

當(dāng)我們分析收集到的五大湖葉綠素濃度數(shù)據(jù)時。我們發(fā)現(xiàn)葉綠素濃度高的地方通常位于湖濱，特別是在一些先進的工農(nóng)業(yè)中。因此，更合理的說法是，根據(jù)葉綠素濃度的變化，工業(yè)制造和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在一定程度上導(dǎo)致了環(huán)境的惡化。在大多數(shù)地區(qū)，葉綠素濃度約為0.5 - 1mg /m3，但在一些地區(qū)含量超過10 mg/m3。流入伊利湖和安大略湖的水含有大量的沉積物，如葉綠素和一些被污染的造成富營養(yǎng)化的物質(zhì)

4.2 溫度

在五大湖地區(qū)搜索的溫度數(shù)據(jù)表明，自1970年以來，五大湖地區(qū)的溫度逐漸上升。相關(guān)研究表明，凍結(jié)面積每10年減少約5%。過去，五大湖的冰凍期是從12月到明年5月。而在2021年，五大湖在同一個月凍結(jié)和解凍。由于比熱容高，像五大湖這樣的地方與其他地方相比氣候變化少。

與其他沿湖地區(qū)相比，湖泊中心的水溫變化差別較小。在湖的一些地方，由于工業(yè)和農(nóng)業(yè)的影響，溫度變化很大。在一些地區(qū)，由于熱島效應(yīng)，溫度非常高。這些區(qū)域通?？拷鞘校抢镆恍┟芗慕ㄖ^(qū)域會吸收更多的熱量，比湖泊的比熱比低。此外，深水區(qū)溫度低于清潔區(qū)溫度?？偟膩碚f，五大湖地區(qū)的溫度略有上升。這種變化在一些工業(yè)地區(qū)是很明顯的。

4.3 輻射

太陽的輻射為地球的運動提供了至關(guān)重要的能量。在五大湖中，潮汐的流向、溫度和許多其他生態(tài)條件都直接或間接地與太陽輻射有關(guān)。太陽輻射中對植物光合作用有效的有效成分稱為光合有效輻射。PAR在一定程度上控制著光合作用的速率。

五大湖區(qū)域瞬時光合有效輻射(PAR)的空間分布存在顯著差異，總體特征為東南環(huán)湖、中心高;各數(shù)值變化25%，范圍約為0.15 - 0.20 m2s。冬季平均PAR在第1期顯著減少的區(qū)域主要集中在西部湖泊，冬季平均PAR顯著增加的區(qū)域主要集中在東部湖泊。

4.4 降水

由于五大湖地區(qū)位于冷熱氣流的交匯處，而且中部地區(qū)沒有高山阻擋南下的冷空氣，因此冬季降雨量較高。由于五大湖系統(tǒng)水汽充足，氣候比同緯度地區(qū)濕潤，年降水量的季節(jié)變化相對較小。

4.5 人口統(tǒng)計

我們獲得了2010年到2020年居住在密歇根州和美國的人口的GDP和失業(yè)率的數(shù)據(jù)并去進行比較。通過搜索這樣的數(shù)據(jù)，我們想找到就業(yè)方面的信息，并將其進行比較，找出差異的原因。圖表顯示，密歇根的人均GDP約為0.9 104，這意味著生活在這些地區(qū)的人的工作收入遠低于其他地區(qū)。這個州選擇了一種相對守舊的重工業(yè)盈利方式。

其次，密歇根在GDP增長率在美國各州中排名第36位。這些環(huán)繞五大湖的州主要從事工業(yè)和農(nóng)業(yè)，而不從事高科技產(chǎn)業(yè)。這些州優(yōu)越的地理位置為傳統(tǒng)工農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了最佳的地質(zhì)條件。這些國家?guī)装倌陙淼陌l(fā)展是以環(huán)境破壞為代價的。

此外，在失業(yè)率調(diào)查中，研究表明，從2010年到2018年，兩者的失業(yè)率都有所下降，但密歇根的失業(yè)率一直穩(wěn)定高于美國的失業(yè)率。也就是說，人們不太可能像美國的其他地區(qū)一樣被雇用。

5，研究方法

5.1 環(huán)境經(jīng)濟學(xué)

人們利用環(huán)境經(jīng)濟將環(huán)境價值與經(jīng)濟聯(lián)系起來，量化環(huán)境惡化所帶來的損失。人們通常只關(guān)注直接的經(jīng)濟效益，而忽略了對生態(tài)的進一步影響。例如，人們最初為了從森林和山脈中尋找原材料而破壞環(huán)境。通過捕獵動物，定量地砍伐樹木，人們在犧牲未來自然環(huán)境資源的同時獲得了利益。從大自然獲得的資源大大超過了大自然的再生能力，向環(huán)境排放的廢物大大超過了環(huán)境的再生能力，造成了全球資源的枯竭和嚴(yán)重的環(huán)境污染和破壞。由于未來經(jīng)濟的損失，人們設(shè)計了一門新的學(xué)科——環(huán)境經(jīng)濟學(xué)來計算發(fā)展的損失。這個課題有助于實現(xiàn)發(fā)展與環(huán)境保護之間的平衡。

5.2 阻止環(huán)境污染的方法

經(jīng)濟體通過稅收、金融和信貸等經(jīng)濟杠桿調(diào)整經(jīng)濟活動和環(huán)境保護之間的關(guān)系，以及污染者和污染者之間的關(guān)系，以促進和誘導(dǎo)經(jīng)濟單位和個人的生產(chǎn)和消費活動，以滿足國家保護環(huán)境和維持生態(tài)平衡的要求。通常的方法有:資源稅、排污費、意外排放罰款、綜合利用對垃圾、財政補貼和優(yōu)惠貸款建設(shè)垃圾處理設(shè)施等。

5.3 外部性

外部性是一種溢出效應(yīng)，它對產(chǎn)品產(chǎn)生影響的原因是超出產(chǎn)品本身。經(jīng)濟實體進行的經(jīng)濟活動間接影響了不參與這些活動的其他人的利益。其他無關(guān)事件的人在過程中承擔(dān)損失和損害。在這種情況下，生產(chǎn)帶來的環(huán)境惡化可能危及公眾的利潤。因此，政府為生產(chǎn)商品的公司和個人設(shè)立了標(biāo)準(zhǔn)。政府會徵收及訂定排放標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)濟實體必須遵守標(biāo)準(zhǔn)，否則將受到懲罰。

6.提高環(huán)境質(zhì)量的辦法

6.1 理性使用資源

加強工業(yè)生產(chǎn)管理，將環(huán)境保護納入企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理的軌道。節(jié)能降耗，減少物料損耗，回收生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品和廢物。同時，還應(yīng)改進燃煤技術(shù)，提高燃燒效率，優(yōu)先供應(yīng)低硫優(yōu)質(zhì)煤炭清潔生產(chǎn)。

6.2 清潔生產(chǎn)

清潔生產(chǎn)是指使用無毒或低毒、雜質(zhì)低的原材料，改造生產(chǎn)工藝或更新設(shè)備。研究開發(fā)無污染、低污染的生產(chǎn)技術(shù)，開發(fā)綠色產(chǎn)品，減少單位產(chǎn)量廢物排放。宏觀調(diào)控產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，對高消費、低效率、重污染的工業(yè)企業(yè)采取關(guān)停、兼并、轉(zhuǎn)移、搬遷等調(diào)整措施。開發(fā)和使用低能耗或清潔能源的交通工具，淘汰和限制使用落后的交通工具。政府應(yīng)該擁有監(jiān)督企業(yè)能源和資源使用的權(quán)利，并為產(chǎn)品的生產(chǎn)制定具體的標(biāo)準(zhǔn)。生產(chǎn)所帶來的浪費和污染可以限制在一定的價值或由相關(guān)的政府機關(guān)處罰。

6.3 法律和政策制定

美國政府確實為五大湖的環(huán)境治理制定了幾項法律或登記。甚至他們還與加拿大政府合作，規(guī)定了每年排放到湖里的污染物的限制。例如，1970年制定的《清潔水法》首先注意到五大湖的污染，并試圖保護它。到目前為止，為了保護環(huán)境，人們制定了數(shù)以百計的法律，如《能源政策法》(2005)、《污染預(yù)防法》(1990)盡管如此，所有這些法律和登記都有一個嚴(yán)重的問題:大多數(shù)法律沒有足夠的細節(jié)來付諸實施。由于沒有具體的法律懲罰，執(zhí)行者無法對犯罪進行判斷。更糟糕的是，一些法律沒有被國家機構(gòu)執(zhí)行，這使得法律的效力減少。

7.總結(jié)

五大湖流域?qū)υ摰貐^(qū)的經(jīng)濟有著重要的影響，但也遭受著商業(yè)活動和生產(chǎn)生產(chǎn)的不節(jié)制所帶來的污染。這些生產(chǎn)或活動把環(huán)境變成財富。但在轉(zhuǎn)換的過程中，一些企業(yè)過度利用環(huán)境，停止了不可逆轉(zhuǎn)的影響。在這種情況下，人們應(yīng)該找到發(fā)展和環(huán)保之間的平衡保護。制定環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的方法之一是通過環(huán)境經(jīng)濟學(xué)。人們過度利用自然資源導(dǎo)致了幾個嚴(yán)重的環(huán)境問題:富營養(yǎng)化，汞，磷。這些污染進一步擠壓了生態(tài)系統(tǒng)中生物的生存空間。這樣，我們就可以用兩種截然不同的方式來解決問題。首先，我們應(yīng)該找出發(fā)展的外部性所帶來的環(huán)境損失，并對企業(yè)進行限制。這樣，公司才會更認真地考慮他們的污染問題。其次，雖然政府已經(jīng)制定了保護生態(tài)系統(tǒng)的法律，但很多法律都不夠詳細，無法付諸實施。政府應(yīng)完善法律法規(guī)，包括相應(yīng)的處罰，確保司法公正。