物質(zhì)流分析方法及應(yīng)用研究綜述

王天天，盧笛音，曹雅

（1.湖北文理學(xué)院，湖北襄陽441053；2.中國-東盟環(huán)境保護合作中心，北京100035；3.中華全國供銷合作總社天津再生資源研究所，天津300191）

物質(zhì)流分析方法及應(yīng)用研究綜述

王天天1，盧笛音2，曹雅3

（1.湖北文理學(xué)院，湖北襄陽441053；2.中國-東盟環(huán)境保護合作中心，北京100035；3.中華全國供銷合作總社天津再生資源研究所，天津300191）

作為循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展中資源、廢棄物和環(huán)境管理的重要決策支持工具，物質(zhì)流在方法學(xué)上為循環(huán)經(jīng)濟的評價與研究提供了思路和研究方法。根據(jù)物質(zhì)流分析方法的特點，通過對國家層面物質(zhì)流分析、區(qū)域?qū)用嫖镔|(zhì)流分析及產(chǎn)業(yè)部門物質(zhì)流分析的研究進展及應(yīng)用情況進行綜述，進一步提出了當(dāng)前循環(huán)發(fā)展過程中物質(zhì)流分析方法應(yīng)用的建議。

物質(zhì)流分析循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)共生

在我國經(jīng)濟社會發(fā)展過程中，過去粗放型的經(jīng)濟增長方式給資源環(huán)境帶來了嚴重壓力，要實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，必須轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的經(jīng)濟發(fā)展方式，建立符合生態(tài)文明要求的空間布局、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式和消費模式。推進綠色、循環(huán)、低碳發(fā)展是我國生態(tài)文明建設(shè)的基本途徑和方式。循環(huán)經(jīng)濟作為綠色發(fā)展的重要途徑，是我國破解資源環(huán)境壓力，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，推進生態(tài)文明建設(shè)的必由之路[1]。全面了解和認識物質(zhì)流分析方法及其運用，對于循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展具有重要的意義。

1 物質(zhì)流分析方法特點

區(qū)別于傳統(tǒng)經(jīng)濟理論，循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展不僅考慮價值循環(huán)，同時也考慮經(jīng)濟系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)之間的物質(zhì)循環(huán)，該“物質(zhì)循環(huán)”是在“經(jīng)濟”前提下的循環(huán)，因此開展循環(huán)經(jīng)濟物質(zhì)流動特征與流動規(guī)律研究，對于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論與現(xiàn)實意義[2]。在循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展過程中，通過開展物質(zhì)流分析，基于物質(zhì)流分析指標(biāo)體系及評價模型可對循環(huán)經(jīng)濟進行量化研究，進而正確測評循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r，從而服務(wù)于區(qū)域循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展與管理政策的制定[3]。

作為研究經(jīng)濟生產(chǎn)活動中物質(zhì)資源新陳代謝的一種基本方法，物質(zhì)流分析的思想萌發(fā)于一百多年前，而這個概念則在20世紀不同年代，相繼應(yīng)用于多個不同的研究領(lǐng)域之中[4]。例如在20世紀30年代，經(jīng)濟學(xué)家Leontief提出了輸入-輸出平衡表，提出投入產(chǎn)出分析方法[5]；在20世紀80年代后期，隨著環(huán)境學(xué)科的興起，人們逐漸認識到經(jīng)濟活動中的物質(zhì)流動與自然環(huán)境之間存在緊密聯(lián)系，經(jīng)濟系統(tǒng)中的物質(zhì)流動和生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)流動方式相類似,并且由于環(huán)境-經(jīng)濟系統(tǒng)的復(fù)雜性，僅通過建立模型對其進行分析獲得其變化的機理和結(jié)果較為困難[6]。

物質(zhì)流分析方法借助于投入-產(chǎn)出平衡表分析的基本原理，對進入和輸出經(jīng)濟系統(tǒng)的物質(zhì)總量進行分析，以研究系統(tǒng)物質(zhì)流動狀況，通過環(huán)境壓力和可持續(xù)發(fā)展程度等簡潔的示蹤指標(biāo)來體現(xiàn)系統(tǒng)運行情況[7]。物質(zhì)流指標(biāo)采用簡單的物理量為單位，彌補了貨幣單位難以對不同地區(qū)和不同時期進行可持續(xù)性程度比較的缺陷，建立科學(xué)的可持續(xù)性度量[8]。

1969年，Ayres等建立了物質(zhì)流分析的雛形，特別指出了應(yīng)當(dāng)注意低價值物質(zhì)對經(jīng)濟系統(tǒng)的影響[9]。1974年，Kneese等在物料平衡核算的基礎(chǔ)上對經(jīng)濟系統(tǒng)中的物質(zhì)流進行研究，認為要削減廢物產(chǎn)生量必須減少物質(zhì)輸入量[10]。自從20世紀90年代，物質(zhì)流分析的重點由側(cè)重于探究特定元素轉(zhuǎn)向到了考察整個經(jīng)濟系統(tǒng)的總的物質(zhì)通量[11]。1998年德國Wuppertal研究所（Wuppertal Institute）提出物質(zhì)流賬戶體系（Material Flow Accounts,MFA）作為基本工具定量測度經(jīng)濟系統(tǒng)運行中物質(zhì)使用量，同時提出生態(tài)包袱（EcologicalRucksacks，ER）的概念，即后來研究中的隱藏流(Hidden Flow，HF）[12]。Baccini等人核算了瑞士圣加侖市包括交通、飲食等多個主要行業(yè)活動在內(nèi)的物質(zhì)流情況[13]；Hendirks·C等人對瑞士和維也納的物質(zhì)流進行了核算，指出物質(zhì)流分析既可用于早期識別資源利用中效率問題，同時也有助于決策者制定有效的環(huán)境管理政策[14]。

因此，物質(zhì)流分析能夠從實物的質(zhì)量出發(fā)，通過物質(zhì)追蹤過程，獲得物質(zhì)在一定邊界內(nèi)的流動特征和轉(zhuǎn)化效率，找出在可持續(xù)發(fā)展過程中對環(huán)境產(chǎn)生影響的重要因素[15]。參考物質(zhì)流分析的結(jié)果，可以為循環(huán)經(jīng)濟建設(shè)政策的指定、實施過程及對循環(huán)經(jīng)濟進行評價。

2 物質(zhì)流分析方法研究與應(yīng)用概述

物質(zhì)流分析是一種廣泛使用的標(biāo)準化方法，用于核算一個系統(tǒng)的物質(zhì)投入產(chǎn)出以及評估物質(zhì)流動過程所伴隨的環(huán)境影響。隨著對物質(zhì)流分析研究的深入，其在應(yīng)用研究方面也不斷發(fā)展，主要表現(xiàn)為國家、區(qū)域和產(chǎn)業(yè)部門3個層面。

2.1 國家層面物質(zhì)流分析

從20世紀90年代初開始，國家層面宏觀物質(zhì)流分析開始在一些發(fā)達國家興起。1995年，德國聯(lián)邦統(tǒng)計局完成了世界上第一個國家層面上的全面、完整的經(jīng)濟系統(tǒng)物質(zhì)流分析工作[16]。2001年,歐盟統(tǒng)計局（Eurostat）第一次完成了經(jīng)濟物流核算的標(biāo)準化工作，并研究出版了可用于國家層面經(jīng)濟系統(tǒng)物質(zhì)流分析的研究方法手冊[17]。2004年,Paul H·B與Helmut R合作編寫了《物質(zhì)流分析實用手冊》，進一步系統(tǒng)地介紹了物質(zhì)流分析方法內(nèi)涵、發(fā)展歷程、應(yīng)用范圍以及研究目標(biāo)，并且詳細闡述了物質(zhì)流分析軟件應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫管理的具體操作方法，同時還列舉了很多物質(zhì)流分析與管理應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境保護、資源與廢棄物管理的典型案例。之后英國、法國、意大利、芬蘭、瑞典、捷克、澳大利亞和丹麥等都已經(jīng)對本國經(jīng)濟系統(tǒng)進行了完整的物質(zhì)流分析。此外，受益于歐洲等地區(qū)科研影響及資助，巴西、委內(nèi)瑞拉和玻利維亞等南美國家的物質(zhì)流分析結(jié)果已經(jīng)面世。越來越多發(fā)展中國家的國家經(jīng)濟系統(tǒng)物質(zhì)流分析也正在進行當(dāng)中。

緊隨發(fā)達國家的腳步，我國學(xué)者從21世紀初開始了對本國國家層面物質(zhì)流的分析研究工作。陳效逑等通過物質(zhì)流方法分析了1989—1996年間我國經(jīng)濟系統(tǒng)的物質(zhì)輸入，數(shù)據(jù)顯示，1994年我國人均國內(nèi)物資需求量是日本的1.5倍，荷蘭的1.1倍，我國經(jīng)濟系統(tǒng)的運行很大程度上依賴于資源的消耗；當(dāng)年我國單位物質(zhì)消耗量所創(chuàng)造的GNP僅為發(fā)達國家的2%～6%，資源利用效率較低。2001年，陳效逑等人對1990—1996年輸入輸出數(shù)據(jù)的研究進一步發(fā)現(xiàn)：隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，我國的物質(zhì)總需求（TMR）、直接物質(zhì)投入量（DMI）和物質(zhì)消耗強度呈穩(wěn)定增長趨勢，資源高消耗和利用效率低的問題依然存在[6]。2005年，劉敬智等以德國Wuppertal研究所提出的物質(zhì)流賬戶系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對1990—2002年我國經(jīng)濟系統(tǒng)的直接物質(zhì)投入進行了核算，通過國際比較和分析后同樣發(fā)現(xiàn)了中國經(jīng)濟發(fā)展過于依賴資源消耗，單位直接物質(zhì)投入創(chuàng)造的GDP過低的問題[18]。劉濱指出物質(zhì)流分析方法可以成為分析和評價我國經(jīng)濟系統(tǒng)中資源投入產(chǎn)出和使用效率的重要手段，在此基礎(chǔ)上進一步提出我國循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的研究和評價過程中的主要指標(biāo)[19]。周宏春等人計算了1994年和2000年我國的物質(zhì)輸入量，結(jié)果顯示，中國的物質(zhì)總需求已經(jīng)超過了美國,盡管我國人均物質(zhì)需求量遠低于發(fā)達國家，2000年中國消耗各種資源總量約為77億t，資源生產(chǎn)率僅為0.135美元GDP/kg，是發(fā)達工業(yè)國家的10%[20]。

2.2 區(qū)域?qū)用嫖镔|(zhì)流分析

在區(qū)域?qū)用嫖镔|(zhì)流分析中，國際上應(yīng)用MFA方法的第一個里程碑是由歐盟資助的 ConAccount（Bringezuetal.,1997；Kleijnetal.,1999）。之后世界資源學(xué)會（WRI）指導(dǎo)的國際合作項目對4個工業(yè)化國家進行了材料投入分析，并進行了資源投入的界定（Adriaanseetal.,1997）。Mattewestal等在材料輸出研究中引入了排放指標(biāo)。世界上首次完成經(jīng)濟物質(zhì)核算的標(biāo)準化工作組織MFA國際工作組出版發(fā)行了標(biāo)準化方法。歐盟國家兩次共同合作編制了物流平衡表，并將研究成果進行整理出版《物資流動》（1997）和《國家重量》（2000）。

Newcombe等[21]與Boyden等[22]對19世紀70年代香港的城市代謝情況進行了研究，Warren-Rhodes等在此研究基礎(chǔ)之上，對同一時期內(nèi)香港城市代謝的主要變化情況進行了研究，結(jié)果表明主要資源消耗指標(biāo)，如人均糧食、水和物質(zhì)消耗分別增長了20%，40%和149%，而相關(guān)環(huán)境影響物的指標(biāo)，如廢氣、二氧化碳、市政垃圾及污水的排放量分別增長了30%，250%，245%和153%[23]。Simon Jit Singh等[24]開展了印度島的物質(zhì)流分析發(fā)現(xiàn)，島上人均直接物質(zhì)輸入量為6．2 t，人均國內(nèi)物質(zhì)消費量為3．8 t，基礎(chǔ)設(shè)施存量增長率為10%[25]。Sahely Halla R等研究了從1987—1999年，加拿大多倫多地區(qū)的城市代謝情況，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)物質(zhì)輸入增加速度遠高于輸出增加速度[26]。Schulz對新加坡1962—2003年的物質(zhì)流變化情況進行了研究，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)內(nèi)部物質(zhì)消費量的增長速度是GDP的兩倍[27]。Samuel Niza基于多層次統(tǒng)計數(shù)據(jù)建立了城市物質(zhì)流分析方法框架，并且以此核算了2004年里斯本物質(zhì)流輸入輸出情況[28]。

我國現(xiàn)有的區(qū)域?qū)用鍹FA研究大多基于歐盟的導(dǎo)則框架。例如2004年，徐一劍等以該框架為基礎(chǔ)，將區(qū)域物質(zhì)流分析與貴陽市實際情況相結(jié)合，結(jié)合地區(qū)區(qū)域特征在原有的方法基礎(chǔ)之上作了必要改動，對2000年貴陽的整體物質(zhì)流平衡和1978—2002年城市資源的投入，污染物排放的總量、強度、結(jié)構(gòu)及人均規(guī)模變化趨勢進行了分析[29]。2006—2007年，黃和平[30]、劉偉[31]、黃曉芬[32]、王軍[33]等學(xué)者以歐盟導(dǎo)則為基礎(chǔ)分別對常州市武進區(qū)、天津市、上海市、青島市城陽區(qū)等地開展了物質(zhì)流分析研究。2008年，結(jié)合對城市數(shù)據(jù)統(tǒng)計資料的分析，石磊等在城市物質(zhì)投入產(chǎn)出核算中引入物質(zhì)流分析，建立了基于統(tǒng)計數(shù)據(jù)和特定元素分析結(jié)果的城市物質(zhì)流分析框架和測算方法體系，并通過該方法對邯鄲市1993—2005年物質(zhì)流進行了分析[34]，對城市現(xiàn)有統(tǒng)計體系的數(shù)據(jù)進行了探討。

2.3 產(chǎn)業(yè)部門物質(zhì)流分析

產(chǎn)業(yè)生態(tài)強調(diào)物質(zhì)流和能流的可持續(xù)性，而企業(yè)間的物質(zhì)交換是構(gòu)成產(chǎn)業(yè)共生的基石。因此，將物質(zhì)流分析應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)共生中有其合理性和必要性，然而目前學(xué)術(shù)界，特別是在中國，相關(guān)的嘗試還比較少?，F(xiàn)有的此類研究主要關(guān)注原料的循環(huán)利用效率、廢物管理以及生態(tài)效益。Wernick提出了原生材料指數(shù)和循環(huán)率，分別計算總原料投入中原生材料所占比例和消耗的循環(huán)物料所占總消耗的比例[35]。Cristina Sendra等在MFA指標(biāo)的基礎(chǔ)上，添加了水和能源指標(biāo)，建立其評價產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)物質(zhì)與能源利用效率的指標(biāo)體系，并對加泰羅尼亞地區(qū)某生態(tài)園區(qū)進行研究，并可用于衡量企業(yè)的物質(zhì)利用效率[36]。Patsarporn等利用MFA分析方法研究了泰國廢物管理體系，追蹤了廢物從產(chǎn)生到處置的整個過程，研究發(fā)現(xiàn)，泰國2002—2004年產(chǎn)生廢物的83.6%被循環(huán)和重復(fù)利用[37]。Ariana Bain等利用物質(zhì)流分析方法對印度mysore地區(qū)某工業(yè)區(qū)產(chǎn)業(yè)共生集聚體廢物的產(chǎn)生、循環(huán)和再利用進行了量化研究。作者認為產(chǎn)業(yè)共生體系中廢物再利用主要有3種方式：（1）產(chǎn)廢企業(yè)內(nèi)部循環(huán)；（2）供應(yīng)給其他企業(yè)直接利用；（3）流通到非正式回收市場。研究表明該工業(yè)區(qū)每年產(chǎn)生的固廢中99.5%被重復(fù)利用，其中81%為該共生體主導(dǎo)企業(yè)的內(nèi)部循環(huán)，18%輸送給產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)20 km范圍以內(nèi)的企業(yè)或機構(gòu)利用[38]。

國內(nèi)的相關(guān)研究有：張艷秋利用物質(zhì)流分析工具，研究了金昌市社會經(jīng)濟活動中資源使用狀況，在此基礎(chǔ)上提出了城市工業(yè)的發(fā)展方向[39]。石 等在生態(tài)工業(yè)園區(qū)層面開展了工業(yè)區(qū)內(nèi)的企業(yè)及其構(gòu)成的工業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)的物質(zhì)核算和研究，并通過部門間實物型投入產(chǎn)出表改進了該尺度MFA的核算方法,構(gòu)建了EIPs-MFA模型及指標(biāo)體系[40]。

3 結(jié)論及建議

通過分析現(xiàn)有的國內(nèi)外研究可以發(fā)現(xiàn)：大多數(shù)物質(zhì)流分析都是研究地區(qū)或國家尺度上的物質(zhì)代謝，將分析對象當(dāng)作黑箱系統(tǒng)處理，重點關(guān)注系統(tǒng)邊界上的總體投入與產(chǎn)出數(shù)據(jù)，而忽略物質(zhì)在系統(tǒng)內(nèi)部的流動路徑和特點，無法了解系統(tǒng)內(nèi)部各個成員的特征和貢獻度，以及它們之間的相互關(guān)聯(lián)度，分析結(jié)果不能為提出進一步優(yōu)化系統(tǒng)服務(wù)。

傳統(tǒng)的物質(zhì)流分析缺乏量化環(huán)境與經(jīng)濟效益的指標(biāo)，不能反映環(huán)境與經(jīng)濟的聯(lián)系，分析結(jié)果不易引起重視或難以為決策服務(wù)。為了進一步實現(xiàn)物質(zhì)流分析技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)共生實踐之中，更好地服務(wù)于循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展，可著重注意以下幾點。

（1）一般而言，物質(zhì)流分析重點關(guān)注外界與目標(biāo)系統(tǒng)進行物質(zhì)交換的種類與數(shù)量，即物質(zhì)輸入端和輸出端的情況。這種分析方法把目標(biāo)系統(tǒng)視為“黑箱”，忽略了物質(zhì)在系統(tǒng)內(nèi)部的流動情況?？墒菍τ谖⒂^的產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)來說，如果只研究系統(tǒng)邊界上的物料進出，不關(guān)心系統(tǒng)成員之間的合作關(guān)系，是無法了解共生系統(tǒng)運行機理、效率和潛力，也無法得到有意義的分析結(jié)果為決策服務(wù)。這樣就失去了對產(chǎn)業(yè)共生進行研究的意義。因此，利用物質(zhì)流分析方法研究產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)就需要把“黑箱”打開，捋順物料銜接脈絡(luò)，研究資源綜合利用情況，分析環(huán)境與經(jīng)濟效益。在此基礎(chǔ)上建立分析框架與指標(biāo)體系。

（2）產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)要求物質(zhì)流和能流的可持續(xù)性，而企業(yè)間的物質(zhì)交換是構(gòu)成產(chǎn)業(yè)共生的基石。因此，將物質(zhì)流分析應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)共生中有其合理性和必要性。然而目前學(xué)術(shù)界，特別是在中國，建立起物質(zhì)流分析與產(chǎn)業(yè)共生聯(lián)系，特別是定量分析共生體系經(jīng)濟環(huán)境效益的相關(guān)嘗試非常少。無論是物質(zhì)流分析還是產(chǎn)業(yè)共生效率研究，國內(nèi)外的評價指標(biāo)體系的研究很多。在已有研究的基礎(chǔ)之上，應(yīng)具體分析物質(zhì)流應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)共生層次上的有效性與不足之處，并結(jié)合產(chǎn)業(yè)共生體系的特點，根據(jù)分析目標(biāo)、原則和標(biāo)準，本著簡便、易行、突出重點的原則，吸收并優(yōu)化物質(zhì)流分析中關(guān)聯(lián)性較大的指標(biāo)，同時剔除弱相關(guān)或無關(guān)指標(biāo)，然后建立產(chǎn)業(yè)共生體系分析框架與指標(biāo)體系。

（3）產(chǎn)業(yè)共生作為循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的重要模式，有多種類型、多種結(jié)構(gòu)、多種組織方式，涉及到多種不同產(chǎn)業(yè)類別。共生體系或大或小，或簡單或復(fù)雜，在應(yīng)用物質(zhì)流分析的過程中應(yīng)該根據(jù)產(chǎn)業(yè)共生體系特點確定科學(xué)的確定研究的時空界限以，同時應(yīng)該根據(jù)產(chǎn)業(yè)共生體系特點選擇性確定關(guān)鍵物質(zhì)流，即生產(chǎn)過程中消耗的主要資源種類，包括能源、礦產(chǎn)、水等重要資源，同時為了進一步降低環(huán)境影響，減少廢棄物產(chǎn)生和排放，加強廢棄物綜合利用，應(yīng)加強關(guān)注廢棄物的流動情況及危險廢物、有毒有害物質(zhì)和污染物的排放情況。

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A review ofmaterial flow analysismethods and application

WANG Tiantian1,LU Diyin2,CAO Ya3
（1.HubeiUniversity of Arts and Science,Xiangyang,441053,China; 2.China-ASEAN Environmental Cooperation Center,Beijing,100035,China; 3.Tianjin Recyclable Resources Institute,All China Federation of Supply and Marketing Cooperatives,Tianjin 300191,China）

M aterial flow analysis provides a m ethodological decision support tool for resource,w aste and environm entalm anagem ent,and also provides ideas and m ethods for the evaluation and research of circular econom y. Based on the characteristics of m aterial flow analysis m ethod,this paper com prehensively introduces the research progress and app lication of the m aterial flow analysis m ethod through the analysis of m aterial flow analysis at the national level,the m aterial flow analysis at the regional level and the m aterial flow analysis in the industrial sector,and puts forw ard the current application recomm endations ofm aterial flow analysism ethod.

m aterial flow analysis;circular econom y;industry sym biosis

F062.2；X196

A

1674-0912（2017）08-0009-04

2017－06－05）

王天天（1988-），女，博士，講師，研究方向：生態(tài)文明、循環(huán)發(fā)展。