基于物質(zhì)流分析的山東省資源利用壓力動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)

季小妹,石峰,周艾文,范琳

(1.齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院)，山東省科技發(fā)展戰(zhàn)略研究所，山東省科技創(chuàng)新軟科學(xué)研究基地，山東省科學(xué)院科學(xué)決策支持重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250014； 2. 青島科技大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院,山東 青島 266042)

資源利用壓力與效率是衡量資源利用可持續(xù)程度的重要指標(biāo)，壓力表示在區(qū)域資源承載力范圍內(nèi)不同層次經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)所消耗的生物資源、非生物資源、水、氣體等對(duì)資源系統(tǒng)的壓力大??；效率指單位物質(zhì)消耗所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出[1]。物質(zhì)流分析(material flow analysis)作為定量評(píng)價(jià)資源利用量的基本工具[2]，能夠有效而便捷地表征區(qū)域資源利用狀況[3]。當(dāng)前物質(zhì)流研究側(cè)重于資源利用效率的分析[4]，強(qiáng)調(diào)資源利用與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出之間的相關(guān)性[5-8]，忽視了資源利用總量、結(jié)構(gòu)與增長(zhǎng)的壓力動(dòng)態(tài)研究。

總體上國(guó)內(nèi)對(duì)資源利用壓力的研究成果數(shù)量較少，主要集中于對(duì)水資源壓力的研究。例如，劉玉龍等[9]用人口數(shù)量、水資源數(shù)量、水環(huán)境、水資源技術(shù)、用水效益壓力等指標(biāo)表示水資源壓力，構(gòu)建壓力指標(biāo)體系。路寧等[10]分析了城市水資源利用壓力指標(biāo)與人均GDP 之間存在EKC 倒U 型曲線的基本特征，采用各城市水資源壓力、人均廢污水排放量與相應(yīng)中國(guó)平均值的比值之和作為水資源利用壓力指標(biāo)。

當(dāng)前山東省粗放型經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式并未根本改變，資源利用效率不高，人均資源不足，后備資源匱乏，資源可持續(xù)利用壓力較大，深度挖掘全省的資源利用壓力特征具有重要的實(shí)踐指導(dǎo)意義。本文借用物理學(xué)概念，從壓力角度衡量山東省資源利用可持續(xù)狀況，可以針對(duì)區(qū)域資源利用本身，科學(xué)分析其總量、結(jié)構(gòu)、增長(zhǎng)等主要特征的變化，剝離資源利用效率的相對(duì)性，而強(qiáng)調(diào)絕對(duì)性。該研究可以豐富、完善資源利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系內(nèi)容，避免資源利用效率評(píng)價(jià)中經(jīng)濟(jì)指標(biāo)選取的不科學(xué)、不全面所帶來(lái)的研究結(jié)果偏差，為資源利用管理與調(diào)控提供更加有效的數(shù)據(jù)支撐。

1 研究方法

1.1 方法概述

借鑒相關(guān)文獻(xiàn)[4-10]方法，以物質(zhì)流分析框架為基礎(chǔ)，首先建立山東省資源利用系統(tǒng)的物質(zhì)輸入、物質(zhì)輸出、物質(zhì)消耗數(shù)據(jù)庫(kù)，然后從總量、結(jié)構(gòu)與增長(zhǎng)三個(gè)維度測(cè)算2005—2014年山東省資源利用的壓力變化，并分別構(gòu)建綜合壓力模型，從物質(zhì)流角度探討壓力變化的綜合特征。其中，資源利用壓力評(píng)價(jià)的關(guān)鍵在于壓力標(biāo)準(zhǔn)的確定，本研究考慮數(shù)據(jù)的可比性和一致性，以指標(biāo)在研究時(shí)段內(nèi)的高低變化為基礎(chǔ)，若指標(biāo)數(shù)值越大，壓力越大，則選取指標(biāo)在研究時(shí)段內(nèi)的最低值為標(biāo)準(zhǔn)；反之，選取最高值為標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 物質(zhì)流分析數(shù)據(jù)收集與處理

為進(jìn)行山東省2005—2014年經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)層面物質(zhì)流分析，收集數(shù)據(jù)范圍與來(lái)源詳見(jiàn)表1。

表1 山東省2005 —2014年物質(zhì)流分析數(shù)據(jù)來(lái)源及處理Table 1 Data source and processing of material flow analysis from 2005 to 2014 in Shandong province

注：《山東冶金統(tǒng)計(jì)年鑒》(2014)為山東省金屬學(xué)會(huì)內(nèi)部收集整理資料。

1.3 研究過(guò)程

(1)總量壓力評(píng)價(jià)：分別選取直接物質(zhì)輸入(DMI)、直接物質(zhì)輸出(DMO)、區(qū)域內(nèi)物質(zhì)消耗(TMC)指標(biāo)綜合反映山東省經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)在物質(zhì)輸入、物質(zhì)輸出、物質(zhì)消耗方面的總量，計(jì)算公式為：

直接物質(zhì)輸入量(DMI)=區(qū)域內(nèi)物質(zhì)開(kāi)采量(DME)+物質(zhì)進(jìn)口量(I)；

直接物質(zhì)輸出量(DMO)=區(qū)域內(nèi)物質(zhì)輸出量(DO)+出口(E)；

物質(zhì)消耗總量(IMC)=物質(zhì)需求總量(TMR)-出口及其隱藏流(EHF)；

物質(zhì)需求總量(TMR)=直接物質(zhì)投入量(DMI)+區(qū)域內(nèi)隱藏流量(DHF)+進(jìn)口物質(zhì)隱藏流量 (IHF)。

確定壓力標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，考慮指標(biāo)數(shù)值越小，對(duì)環(huán)境的影響程度越小，壓力也越小，因而選取2005—2014年各指標(biāo)的最低值(Xmin)作為壓力標(biāo)準(zhǔn)，按下列公式計(jì)算某一年份總量壓力(S)。

(1)

其中，i為第i項(xiàng)指標(biāo)，n為總的指標(biāo)數(shù)目。

(2)結(jié)構(gòu)壓力評(píng)價(jià)：采用一次能源、主要金屬礦物、主要非金屬礦物等對(duì)環(huán)境影響程度較高的物質(zhì)百分比之和作為物質(zhì)輸入壓力系數(shù)(FI)，物質(zhì)輸出中采用廢水、廢氣、固體廢物排放以及農(nóng)藥化肥的流失等物質(zhì)百分比之和作為物質(zhì)輸出壓力系數(shù)(FO)，二者平均值作為結(jié)構(gòu)壓力系數(shù)F。公式如下：

F=(FI+FO)/2。

(2)

(3)增長(zhǎng)壓力評(píng)價(jià)：采用當(dāng)年資源生產(chǎn)力(MP，單位物質(zhì)消耗所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出)增長(zhǎng)率gi1與增速最高值gmax的差值的絕對(duì)值和彈性指數(shù)gi2(單位經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)所引發(fā)的物質(zhì)消耗增長(zhǎng))兩項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成，g1、g2分別表示效率增長(zhǎng)壓力和物質(zhì)消耗增長(zhǎng)壓力，數(shù)值越大，壓力也越大。

(3)

(4)綜合壓力評(píng)價(jià)：將上述三方面評(píng)價(jià)結(jié)果加權(quán)平均。

C= (S+F+G)/3。

(4)

2 資源利用壓力評(píng)價(jià)結(jié)果

2.1 總量壓力

表2顯示出山東省資源利用總量壓力S呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì)，2014年相對(duì)于2005年平均增長(zhǎng)率為13.5%。S逐年增速呈現(xiàn)波動(dòng)增長(zhǎng)、“兩高一低”的特征，2005—2008、2008—2011和2011—2014分別為3個(gè)波段，每個(gè)波段逐年增速均表現(xiàn)出先增高后降低的特征，并且第二個(gè)波段增速要明顯偏低(圖1)。表明2005—2014年間，山東省資源的利用總量盡管總體不斷上升，但不同年份上升的速度有所不同，受各年份國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)形勢(shì)影響，2008—2011年為資源利用壓力的低值區(qū)，但這一低值區(qū)并非資源利用效率提升的結(jié)果，而主要受該時(shí)期金融風(fēng)波影響，經(jīng)濟(jì)處于低谷期，資源利用量增速趨于下降。

表2 山東省2005—2014年資源利用總量壓力變化Table 2 The total pressure change of resource utilization from 2005 to 2014 in Shandong province

續(xù)表2

年份總量/萬(wàn)噸DMIDMOTMC總量壓力系數(shù)DMIDMOTMCSS逐年增速/%2010161382．1567785．831036347．931．201．202．011．478．822011163157．9172274．691165686．521．211．282．261．587．802012168621．5074164．961480574．951．251．312．881．8114．422013172432．0174273．001815515．111．281．323．532．0412．512014177909．2876963．902043186．041．321．363．972．228．67Xmin134886．6656451．96514938．72

注：因水量消耗較大，會(huì)對(duì)其他資源的輸入產(chǎn)生影響，因此均不統(tǒng)計(jì)水輸入量。

圖1 山東省2005—2014年資源利用總量壓力及增速變化Fig.1 The total pressure of resource utilization and its growth change from 2005 to 2014 in Shandong province

2.2 結(jié)構(gòu)壓力

物質(zhì)流分析中，輸入、輸出物質(zhì)的類型不同，對(duì)環(huán)境的影響程度也不同。表3顯示結(jié)構(gòu)壓力系數(shù)呈現(xiàn)出與總量壓力相反的特征，除2008年和2009年該值升高以外，其他年份呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，物質(zhì)輸入結(jié)構(gòu)以一次能源消費(fèi)量的降低較為明顯，物質(zhì)輸出結(jié)構(gòu)中除廢水中COD、氨氮排放量百分比上升以外，其他物質(zhì)均表現(xiàn)出快速的下降趨勢(shì)，2014年相對(duì)于2005年廢氣中煙塵與SO2排放量、CO2排放量、農(nóng)藥及化肥流失量、固體廢物排放平均降速依次為5.7%、3.7% 、5.6%、 6.3%。但主要金屬礦物鐵、銅、鋁的百分比仍然呈現(xiàn)快速的上升趨勢(shì)，是資源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整的重點(diǎn)。

表3 山東省2005—2014年資源利用結(jié)構(gòu)壓力變化(%)Table 3 Formation pressure change of resource utilization from 2005 to 2014 in Shandong province(%)

注：增率為2014年相對(duì)于2005平均增長(zhǎng)率。

2.3 增長(zhǎng)壓力

增長(zhǎng)壓力衡量山東省資源利用效率增長(zhǎng)動(dòng)力的高低，是表征未來(lái)發(fā)展?jié)摿Φ闹匾笜?biāo)。表4顯示增長(zhǎng)壓力呈現(xiàn)振蕩式上升趨勢(shì)，2011年以前，增長(zhǎng)壓力不高，系數(shù)值在0.6左右浮動(dòng)，表明這一時(shí)期全省資源利用效率的壓力和彈性指數(shù)的壓力在低位運(yùn)行，全省資源利用處于向好態(tài)勢(shì)；但2011年以后，這種狀況發(fā)生改變，增長(zhǎng)壓力系數(shù)突然增高，2012年增長(zhǎng)至1.41，是上一年的兩倍有余，資源生產(chǎn)力增速明顯降低，彈性指數(shù)明顯增高，全省資源利用效率面臨增長(zhǎng)瓶頸。2012年以后增長(zhǎng)壓力指數(shù)以較快速度下降，資源利用增長(zhǎng)壓力趨于緩和。

表4 山東省2005—2014年資源利用增長(zhǎng)壓力變化Table 4 Growth pressure change of resource utilization from 2005 to 2014 in Shandong province

注：GDP統(tǒng)一換算成2005年可比值。因研究時(shí)段為2005—2014年，2005年相對(duì)于2014年的增長(zhǎng)率數(shù)據(jù)缺少，這里未列出。

2.4 綜合壓力

山東省資源利用存在總量、結(jié)構(gòu)和增長(zhǎng)三重壓力，通過(guò)趨勢(shì)分析得到，總量壓力保持上升態(tài)勢(shì)，結(jié)構(gòu)壓力趨于緩慢下降趨勢(shì)，而增長(zhǎng)壓力呈振蕩上升態(tài)勢(shì)。三者加權(quán)平均后發(fā)現(xiàn)，綜合壓力整體上緩慢上升，由2005年的0.46增長(zhǎng)至2014年的1.08，年平均增長(zhǎng)率為15%，2011年以后突然升高，資源利用壓力指數(shù)加大，見(jiàn)圖2。

圖2 山東省2005—2014年資源利用綜合壓力變化Fig.2 Compound pressure change of resource utilization from 2005 to 2014 in Shandong province

3 資源利用壓力變化的因素分析

為分析山東省資源利用壓力變化與人口、經(jīng)濟(jì)、科技因素的相關(guān)性，探討資源利用變化的動(dòng)因，將資源利用綜合壓力(C)和山東省年末總?cè)丝跀?shù)(P)、地區(qū)生產(chǎn)總值指數(shù)(IGDP)、R&D經(jīng)費(fèi)支出情況(E)分別做偏相關(guān)分析，結(jié)果如表5～6所示。C的變化與IGDP偏相關(guān)系數(shù)最高，高于與R&D經(jīng)費(fèi)支出E和總?cè)丝诘钠嚓P(guān)性(partial correlation)，由此可知全省資源利用變化的主導(dǎo)因素仍然是經(jīng)濟(jì)因素，科技因素與資源利用壓力的變化相關(guān)性已經(jīng)高于人口因素，科技因素對(duì)于資源利用的作用逐漸加大。

表5 山東省2005—2014年資源利用綜合壓力變化的主要因素Table 2 Factors on compound pressure change of resource utilization from 2005 to 2014 in Shandong province

表6 C與P、I、E的相關(guān)性分析Table 6 The correlation analysis between C and P、I、E

注：相關(guān)性小于0.01，說(shuō)明相關(guān)性水平極顯著。

4 結(jié)論

山東省資源利用壓力2005—2014年間表現(xiàn)出以下特征：(1)總量壓力呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì)，且逐年增速呈現(xiàn)波動(dòng)增長(zhǎng)、“兩高一低”的特征，2008—2011年為資源利用壓力的低值區(qū)。(2)結(jié)構(gòu)壓力呈現(xiàn)出與總量壓力相反的特征，總體遞減，輸入物質(zhì)以一次能源消費(fèi)量的降低較為明顯，輸出物質(zhì)以固體廢棄物和煙塵、SO2排放量降速突出。(3)增長(zhǎng)壓力呈現(xiàn)振蕩式上升趨勢(shì)，2011年以前系數(shù)值在0.6左右浮動(dòng)，2011年以后系數(shù)值突然增高至1.4，資源生產(chǎn)力增速明顯降低是主要原因。(4)綜合壓力整體緩慢上升，由2005年的0.46增長(zhǎng)至2014年的1.08，年平均增長(zhǎng)率為15%，環(huán)境影響程度加大。(5)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)于全省資源利用綜合壓力的變化仍具有主導(dǎo)作用，科技因素、人口因素的作用次之，科技因素的作用在不斷強(qiáng)化。

總體上，全省資源利用壓力隨著時(shí)間的變化而變化，速率呈現(xiàn)波動(dòng)式增長(zhǎng)，但壓力增加是主要趨勢(shì)，壓力調(diào)控的重點(diǎn)在資源利用總量和增長(zhǎng)動(dòng)力上。資源利用壓力受外部經(jīng)濟(jì)約束較大，二者存在正向變化關(guān)系。經(jīng)濟(jì)形勢(shì)好資源利用壓力就高，反之就低，這說(shuō)明全省資源與經(jīng)濟(jì)之間存在緊密的相互聯(lián)系，資源仍然是全省經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要素，依靠資源消耗實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的模式仍待轉(zhuǎn)變。

[1]陳效逑,喬立佳.中國(guó)經(jīng)濟(jì)—環(huán)境系統(tǒng)的物質(zhì)流分析[J].自然資源學(xué)報(bào),2000,15(1):17-23.

[2]徐一劍,張?zhí)熘?石磊，等.貴陽(yáng)市物質(zhì)流分析[J]. 清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004,44(12):1688-16921.

[3]黃和平,畢軍,張炳,等. 物質(zhì)流分析研究述評(píng)[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2007,27(1):368-379.

[4]彭煥龍,董家華,曾思遠(yuǎn)，等. 區(qū)域物質(zhì)流的資源環(huán)境效率分析評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用研究——以廣州市南沙區(qū)為例[J]. 生態(tài)經(jīng)濟(jì),2017,33(1):38-42.

[5]肖序,陳翔. 企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)物質(zhì)流-價(jià)值流原理與優(yōu)化研究[J]. 山東社會(huì)科學(xué),2017(5):153-159.

[6]谷平華,劉志成. 基于物質(zhì)流分析的區(qū)域工業(yè)生態(tài)效率評(píng)價(jià)——以湖南省為例[J]. 經(jīng)濟(jì)地理,2017,37(4):141-148.

[7]費(fèi)威,劉心,楊晨. 基于MFA和DEA的區(qū)域經(jīng)濟(jì)環(huán)境效率評(píng)價(jià)——以遼寧省為例[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(11):3797-3807.

[8]湯樂(lè),姚建,彭艷. 基于物質(zhì)流的四川省生態(tài)經(jīng)濟(jì)特征分析[J]. 環(huán)境污染與防治,2014,36(1):102-108.

[9]劉玉龍,楊麗.區(qū)域水資源利用壓力分析評(píng)價(jià)[J].水利水電技術(shù),2009,40(11):1-4

[10]路寧,周海光.中國(guó)城市經(jīng)濟(jì)與水資源利用壓力的關(guān)系研究[J].中國(guó)人口·資源與環(huán)境,2010,20(5):48-50.

[11]王桂巖,王彥,李善文,等. 13種楊樹(shù)木材物理力學(xué)性質(zhì)的研究[J]. 山東林業(yè)科技,2001(2): 1-11.

[12]中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局.中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒[M].北京：中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，2006-2015.

[13]山東省統(tǒng)計(jì)局,國(guó)家統(tǒng)計(jì)局山東調(diào)查總隊(duì).山東統(tǒng)計(jì)年鑒[M].北京：中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，2006-2015.

[14]AYRES R U, KNEESE A V. Production, consumption and externalities [J]. American Economic Review, 1969, 59(3): 282-297.

[15]MATTHEWS W,AMANN C, BRINGEZU S. The weight of nations: Material out flows from industrial economies [M]. Washington D C,US: World Resource Institute, 2000:1-38.

[16]王青,丁一,顧曉薇，等. 中國(guó)鐵礦資源開(kāi)發(fā)中的生態(tài)包袱[J]. 資源科學(xué),2005,27(1): 2-7.

[17]丁一. 金屬生產(chǎn)的物質(zhì)投入研究[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué), 2004:17-26.

[18]姚星期.基于物質(zhì)流核算的浙江省循環(huán)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題研究[D]. 北京：北京林業(yè)大學(xué), 2009: 81.