鐵物質(zhì)流研究綜述

聶 瑩,鐘維瓊，代 濤，李 丹

(1.北京師范大學(xué)經(jīng)濟(jì)與資源管理研究院新興市場研究院，北京 100875；2.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，北京 100037；3.中國地質(zhì)科學(xué)院全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究中心，北京 100037；4.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083)

鐵物質(zhì)流研究綜述

聶 瑩1,鐘維瓊2,3，代 濤2,3，李 丹4

(1.北京師范大學(xué)經(jīng)濟(jì)與資源管理研究院新興市場研究院，北京100875；2.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，北京100037；3.中國地質(zhì)科學(xué)院全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究中心，北京100037；4.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京100083)

近年來，將物質(zhì)流分析方法運用于鐵資源的研究大量涌現(xiàn)，本文從產(chǎn)業(yè)層面、國家層面和全球?qū)用娴蔫F元素物質(zhì)流研究，以及將物質(zhì)流方法與系統(tǒng)動力學(xué)模型和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型等其他分析方法相結(jié)合的研究，這兩個方面對目前的研究成果進(jìn)行了梳理。研究發(fā)現(xiàn)：在產(chǎn)業(yè)層面或單個國家內(nèi)部的鐵物質(zhì)流研究已經(jīng)較為成熟，將來主要的創(chuàng)新點是與其他分析方法的結(jié)合；在跨區(qū)域或全球?qū)用娴蔫F物質(zhì)流研究成果相對較少，與其他分析方法相結(jié)合的研究也不夠深入，未來的研究可以在這方面取得較多創(chuàng)新成果；由于鐵的最終產(chǎn)品種類繁多，對鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈終端產(chǎn)品的鐵物質(zhì)量進(jìn)行識別和統(tǒng)計，并納入鐵資源全生命周期研究，也是鐵物質(zhì)流研究未來取得突破的方向之一。

鐵資源；物質(zhì)流；研究成果；鋼鐵產(chǎn)業(yè)

0 引 言

鐵(Fe)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)性資源，廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、機(jī)械制造、車輛、生活用具等領(lǐng)域。對鐵資源在國民經(jīng)濟(jì)的各領(lǐng)域以及各產(chǎn)業(yè)鏈的不同環(huán)節(jié)的存量和流量信息的掌握，對制定科學(xué)的行業(yè)規(guī)劃和發(fā)展戰(zhàn)略具有重要的保障作用。物質(zhì)流分析方法為科學(xué)地研究資源在整個國民經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的流動提供了新的視角和工具。物質(zhì)流分析(Material Flow Analysis,MFA)以物質(zhì)守恒為理論基礎(chǔ)，是一種定量分析物質(zhì)在給定時間和空間邊界的系統(tǒng)內(nèi)存量和流量變化，進(jìn)而追蹤物質(zhì)在該系統(tǒng)中流動路徑和規(guī)律的方法，如果將物質(zhì)定義為某種元素，那么也可以稱為元素流分析(Substance Flow Analysis,SFA)[1-2]。

近年來，將物質(zhì)流分析方法運用于鐵資源的研究大量涌現(xiàn)，本文從兩個方面對這些研究成果進(jìn)行梳理：一個方面是基于物質(zhì)流方法的不同層面的鐵元素物質(zhì)流研究；另一個方面是將物質(zhì)流方法與其他分析方法相結(jié)合的鐵元素物質(zhì)流研究成果。

1 不同層面的鐵元素物質(zhì)流研究

國內(nèi)外學(xué)者使用物質(zhì)流方法，對鐵物質(zhì)和鋼鐵行業(yè)進(jìn)行了一系列研究，取得了一些成果。目前研究主要分為三個層面：產(chǎn)業(yè)層面、國家或地區(qū)層面、跨國家跨區(qū)域或全球?qū)用妗?/p>

1.1 產(chǎn)業(yè)層面

產(chǎn)業(yè)層面的鐵物質(zhì)流研究主要集中在鋼鐵行業(yè)內(nèi)部的物質(zhì)流分析，或是其他某一行業(yè)當(dāng)中的鐵物質(zhì)流分析。例如Nakajima團(tuán)隊對日本近15年鋼鐵產(chǎn)業(yè)中涉及的各類金屬元素，包括鋁[3]、鉬[4]、銦[5]、鋅[6]、錳[7]、鎳[8]、鉻[8]等進(jìn)行了一系列的物質(zhì)流研究；同時，Nakajima團(tuán)隊也對汽車行業(yè)的鐵物質(zhì)流進(jìn)行了分析[9]；Hu等對中國住宅建筑中的鐵物質(zhì)流進(jìn)行了動態(tài)分析[10]；陸鐘武團(tuán)隊對中國鋼鐵生產(chǎn)中鐵物質(zhì)流動進(jìn)行了分析[11-14]；Dai對河北省鋼鐵產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了物質(zhì)流分析[15]。這些研究成果很好地揭示了行業(yè)內(nèi)部鐵物質(zhì)流的各個環(huán)節(jié)及其特點，為鐵物質(zhì)流全生命周期的框架提供了基礎(chǔ)，為鋼鐵行業(yè)或其他行業(yè)進(jìn)行資源優(yōu)化和循環(huán)利用等提供了參考。

1.2 國家或地區(qū)層面

國家或地區(qū)層面的物質(zhì)流研究主要是以國家或地區(qū)作為系統(tǒng)邊界，進(jìn)行物質(zhì)的流量和存量分析。例如徐明等對中國經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的整體物質(zhì)流進(jìn)行了建模和分析[16]，另外還對中國的化石燃料物質(zhì)流情況進(jìn)行了核算和分析[17]；陳偉強(qiáng)等對美國1900～2009年及中國1950～2009年的鋁物質(zhì)流進(jìn)行了動態(tài)分析[18-19]；高天明等對中國的水泥物質(zhì)流進(jìn)行了研究[20]。

關(guān)于鐵物質(zhì)流的國家或地區(qū)層面的分析主要有從全生命周期的角度研究英國[21-22]、瑞士[23]、歐洲[24]，以及澳大利亞、巴西和印度[25]等國家的鐵物質(zhì)流。同時，Wang等對中國的鐵物質(zhì)流進(jìn)行了全生命周期分析，并對歷史狀態(tài)和未來選擇進(jìn)行了討論[26]；燕凌羽等研究了中國鐵元素全生命周期中不同階段的物質(zhì)流動情況，并且將物質(zhì)流與價值流相結(jié)合進(jìn)行多角度分析，但是他們的研究沒有考慮鐵資源的進(jìn)出口情況[27-28]；而Guo等則考慮了鐵資源的庫存、進(jìn)出口和損失量，分析中國鐵物質(zhì)的生命周期特點[29]。這些研究將范圍擴(kuò)大至國家層面，其主要關(guān)注點為一個國家內(nèi)部的鐵物質(zhì)流動特點，而不注重國家與國家之間，或是區(qū)域與區(qū)域之間的鐵物質(zhì)流動情況。

1.3 跨國家、跨區(qū)域及全球?qū)用?/h3>

隨著物質(zhì)流研究的發(fā)展，研究的系統(tǒng)范圍也擴(kuò)大至區(qū)域及全球?qū)用?，關(guān)注隨著貿(mào)易活動而在國家之間產(chǎn)生的物質(zhì)流動。目前研究主要從兩個方面展開：一個是以某個國家為立足點，分析這個國家通過進(jìn)出口貿(mào)易與其他國家之間的物質(zhì)流動情況。例如Johnson等研究了美國進(jìn)出口貿(mào)易中的金屬物質(zhì)流[30]；Munoz等研究了巴西、智利等拉美國家在進(jìn)出口貿(mào)易中的原材料物質(zhì)流[31]；Nakajima團(tuán)隊分析了日本進(jìn)出口貿(mào)易中的金屬物質(zhì)流[32]；Schaffartzik等人揭示了奧地利進(jìn)出口貿(mào)易中的原材料流動情況[33]。另一個是分析多個國家兩兩之間、區(qū)域之間或是全球所有國家之間的物質(zhì)流動情況。國家之間或區(qū)域之間的研究包括，Munoz等在他們之前的研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了巴西、智利等拉美國家以及美國相互之間貿(mào)易當(dāng)中的物質(zhì)流動情況[34]；Tendall等對歐洲的鈾資源物質(zhì)流進(jìn)行了建模和情景分析[35]；Dong等對中國、日本和韓國這三個國家兩兩之間的物質(zhì)流動進(jìn)行了分析和刻畫[36]。在全球?qū)用嫔希琓ong等展示了全球銅資源的物質(zhì)流網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)[37]；劉剛等對全球鋁資源的物質(zhì)流動進(jìn)行了刻畫和分析[38]。

在鐵物質(zhì)流方面，Dittrich等對全球貿(mào)易當(dāng)中的資源流動(包括鐵資源和煤炭資源等)進(jìn)行了核算和分析[39]；日本的Nakajima團(tuán)隊對全球貿(mào)易中的隱含鐵元素在兩兩國家之間的流動進(jìn)行了分析和計算[40]。這些研究有助于我們認(rèn)識在區(qū)域或全球尺度上的物質(zhì)流動情況，但是，前人的研究主要針對雙邊貿(mào)易，并沒有對全球格局進(jìn)行整體性的系統(tǒng)研究，因此所能揭示的整體流動格局有限。

2 物質(zhì)流研究與其他分析方法的結(jié)合

2.1 與系統(tǒng)動力學(xué)方法相結(jié)合

物質(zhì)流研究涉及的環(huán)節(jié)眾多，流量和流向復(fù)雜，構(gòu)成了一個復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)。而系統(tǒng)動力學(xué)研究方法可以對復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模，定量地分析物質(zhì)流各環(huán)節(jié)的動態(tài)變化。將物質(zhì)流研究與系統(tǒng)動力學(xué)方法相結(jié)合的研究成果主要有：Sverdrup等在物質(zhì)流研究的基礎(chǔ)上建立了鉑族金屬供應(yīng)，市場價格，可提取量消耗，礦石品位，回收利用和庫存使用的系統(tǒng)動力學(xué)模型[41]；Choi等利用動態(tài)物質(zhì)流方法分析不同能源和技術(shù)開發(fā)情景下銦的供需情況，并結(jié)合系統(tǒng)動力學(xué)模型分析五十年內(nèi)銦的庫存和流量[42]；Sverdrup等使用系統(tǒng)動力學(xué)模型探討了全球鋰供應(yīng)動態(tài)，市場價格和可用可提取量的持續(xù)時間[43]。

在鐵物質(zhì)流研究方面，黃寧寧等以物質(zhì)流研究方法為基礎(chǔ)，結(jié)合系統(tǒng)動力學(xué)方法對中國汽車行業(yè)鋼鐵物質(zhì)流動態(tài)代謝機(jī)制進(jìn)行了研究[44]；趙業(yè)清等基于區(qū)域鋼鐵產(chǎn)品生命周期體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)循環(huán)反饋關(guān)系創(chuàng)建了區(qū)域鋼鐵產(chǎn)品生命周期系統(tǒng)的動力學(xué)模型，動態(tài)地展示了整個區(qū)域鋼鐵產(chǎn)品生命周期中物質(zhì)流隨時間變化情況[45]。

2.2 與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析方法相結(jié)合

近年來，源于物理學(xué)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析方法在學(xué)術(shù)界掀起了復(fù)雜系統(tǒng)研究的熱潮，而國內(nèi)外將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析方法運用于國際貿(mào)易系統(tǒng)的研究也大量涌現(xiàn)。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法可以將整體聯(lián)系局部，分析全球范圍內(nèi)的資源流動格局[46-48]。建模方式通常是以國家為點，貿(mào)易關(guān)系為邊，貿(mào)易流向作為邊的方向，而貿(mào)易量作為邊的權(quán)重。然后將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的基本分析指標(biāo)運用于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的研究[49-50]。

在鐵的全球網(wǎng)絡(luò)方面，已經(jīng)有郝曉晴等不少學(xué)者對鐵礦石國際貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析[51-54],以及國家地位分析[55]等相關(guān)工作，并得到了許多基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析指標(biāo)才能揭示的鐵礦石國際貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)的新特點和格局演化規(guī)律。這些研究雖然只針對鐵礦石這一種商品在全球的貿(mào)易流動進(jìn)行研究，但也為鐵元素物質(zhì)流全球網(wǎng)絡(luò)的建立和分析提供了研究基礎(chǔ)。

目前，將物質(zhì)流分析與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法相結(jié)合的研究較少，已知的有Tong等在2007年進(jìn)行了銅物質(zhì)流全生命周期分析，并分析了網(wǎng)絡(luò)的樹型結(jié)構(gòu)等，揭示了全球銅的流量和存量格局；劉剛等在2013年對全球鋁物質(zhì)流網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，并對鋁產(chǎn)業(yè)鏈全生命周期不同環(huán)節(jié)的資源全球流量和流向進(jìn)行了計算和分析，發(fā)現(xiàn)了在全球格局中起關(guān)鍵作用的國家以及鋁資源循環(huán)利用的潛力。這些研究成果都是對全球物質(zhì)流網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與分析的較好嘗試，但是，他們的研究范圍并沒有在真正意義上做到全球，因為在模型中都只包含了50多個國家，同時也都偏重于物質(zhì)流分析，而復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析指標(biāo)和技術(shù)手段使用得并不深入。

3 總 結(jié)

經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，鐵物質(zhì)流研究在產(chǎn)業(yè)層面、國家層面和全球?qū)用娑既〉昧素S富的成果，同時，將物質(zhì)流研究方法與系統(tǒng)動力學(xué)模型和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型等分析工具相結(jié)合的研究在近年來也取得了較好的進(jìn)展。經(jīng)過對這些研究成果的梳理和總結(jié)，本文得出以下結(jié)論。

在產(chǎn)業(yè)層面或單個國家內(nèi)部的鐵物質(zhì)流研究已經(jīng)較為成熟，將來主要的創(chuàng)新點是與其他分析方法的結(jié)合。例如，與系統(tǒng)動力學(xué)模型相結(jié)合分析產(chǎn)業(yè)內(nèi)部或國家內(nèi)部的鐵物質(zhì)流動，對未來鐵物質(zhì)的流量和存量進(jìn)行預(yù)測，從而得到比單純的物質(zhì)流分析更進(jìn)一步的研究成果。

在跨區(qū)域或全球?qū)用娴蔫F物質(zhì)流研究成果相對較少，與其他分析方法相結(jié)合的研究也不夠深入。利用國際貿(mào)易數(shù)據(jù)進(jìn)行的鐵物質(zhì)流研究多為國家之間的雙邊貿(mào)易分析，基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型的全球鐵物質(zhì)流分析目前也偏重于流量分析，基于網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的全球格局分析并不深入，未來的研究可以在這方面取得較多創(chuàng)新成果。

另外，由于鐵的最終產(chǎn)品種類繁多，進(jìn)行識別和統(tǒng)計的工作量巨大，因此無論是在國家層面還是全球?qū)用?，大多?shù)學(xué)者的研究對象都只涵蓋從鐵礦石到鋼材這幾個產(chǎn)業(yè)鏈中上游環(huán)節(jié)，包含了鋼材之后的最終產(chǎn)品環(huán)節(jié)的全生命周期鐵物質(zhì)流研究成果較少。因此，對鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈終端產(chǎn)品的鐵物質(zhì)量進(jìn)行識別和統(tǒng)計，并納入鐵資源全生命周期研究，也是鐵物質(zhì)流研究未來取得突破的方向之一。

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Summaryofstudiesonironmaterialflow

NIE Ying1,ZHONG Weiqiong2,3,DAI Tao2,3,LI Dan4

(1.Emerging Markets Institute, School of Economics and Resource Management,Beijing Normal University, Beijing100875,China;2.Ministry of Land and Resources Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Resource Assessment Institute of Mineral Resources,Chinese Academy Geological Sciences,Beijing100037,China;3.Research Center for Strategy of Global Mineral Resources,Chinese Academy Geological Sciences,Beijing100037,China;4.China University of Geosciences(Beijing),Beijing100083,China)

In recent years,the material flow analysis method has been applied to the study of iron resources.This paper studies the research results from two aspects:the industrial level,the national level and the global level;and the combination of material flow method and other research methods such as system dynamics model and complex network model.We found that the study of iron material flow at the industrial level or in a single country is already mature,and the main innovation in the future is the combination with other analytical methods.The research on iron material flow at the trans-regional or global level is relatively less,the research combined with other analytical methods is not deep enough,and future research can achieve more innovative achievements in this field.Because of the wide range of iron products,it is difficult to identify and statistics the final products in the industry chain,and introduce final products into the whole life cycle research of iron resources is also one of the future breakthrough direction.

iron resource;material flow analysis;research results;iron and steel industry

F407.32

A

1004-4051(2017)12-0123-05