经济系统物质流分析研究述评

作为研究经济系统物质代谢的重要方法,经济系统物质流分析方法近年来在资源与环境管理领域得到了广泛的应用,理论发展非常迅速。对经济系统物质流分析进行了系统综述,以期为更深入的理论研究提供参考。系统回顾了经济系统物质流分析的发展历史,介绍了其核算框架和指标体系。重点对经济系统物质流分析的研究现状进行了总结和述评,研究表明:(1)在经济系统物质流分析指标的核算研究方面:国家层面的核算研究多、方法较为成熟,而区域层面的核算研究尚未形成成熟的核算框架;针对直接流指标的核算研究多,而包含间接流或隐藏流的综合指标的核算方法研究不足;(2)在经济系统物质流分析指标的变化原因研究方面,目前的研究较少,研究方法包括分解分析法和回归分析法:前者多基于IPAT方程的直接分解法,难以考察经济系统内部的结构和技术的变化对经济系统物质流分析指标的影响,而后者则在所识别的经济系统物质流分析指标的影响因素方面具有较大差异。提出了经济系统物质流分析的未来研究方向。     

厦门市生态经济系统物质流分析

运用物质流分析(MFA)方法和STIRPAT模型,对1996～2007年厦门生态经济系统物质输入与输出进行分析,结果表明:(1)在不考虑水的情况下,物质输入与输出不断增加(年均增长率分别为11.48%、11.41%),但均小于GDP增长速度(15.94%),二者成正比;物质流增长集中表现在对金属、非金属矿物的需求及化石燃料燃烧废气、工业废气的排放.(2)用水量和废水排放量均不断增加,尤以生活污水排放量增长速度较快,加重了区域环境的压力.(3)物质输入与GDP、物质输出与GDP呈良好线性关系.厦门经济发展很大程度上依赖资源消耗.(4)单位GDP物质输入与输出均不断减小,表明资源利用率、处置率明显提高,区域逐步走向生态环境与社会经济的协调发展.(5)构建了厦门物质输入驱动机制的STIRPAT模型,得出人口数量、富裕程度、技术水平或经济结构每分别发生1%的变化,将引起输入量相应发生0.99%、0.98%、0.17%、0.31%的变化.提升技术水平和优化经济结构具有较大调控空间,将是厦门物质减量化战略的实施重点.     

基于物质流分析方法的生态海岛建设研究——以长海县为例

建设生态海岛是海岛生态经济系统实现可持续发展的重要途径。运用物质流分析方法对长海县的物质输入与输出状况进行计算,并用物质消耗强度、废物排放强度和环境负荷强度3个指标衡量了该海岛县生态效率的变化,分析了技术进步对海岛生态经济系统生态压力变化的贡献状况。结果表明,2003—2009年间,长海县物质输入总量、物质输出总量和环境负荷总量呈增长态势;生态效率明显提高;技术进步对减轻海岛生态经济系统生态压力的贡献没有抵消经济增长所产生的生态压力的增加量。为了减少物质输入和废物输出,减轻经济活动对海岛生态系统产生的压力,建立创新型管理机制有效促进技术进步,不断提高生态效率具有特别重要的作用。     

基于物质流和生态足迹的可持续发展指标体系构建——以安徽省铜陵市为例

将物质流分析方法和生态足迹模型相结合,构建可持续发展指标体系,利用因子分析法对安徽省铜陵市2000—2010年间的可持续发展状况进行了评价。结果表明:(1)铜陵市直接物质输入(DMI)总体呈增长趋势,2010年相比2000年增长2.65倍,进口比重有所下降,区域资源开采活动有所增强,但直接物质输入仍主要依赖于进口,区内加工排放(DPO)总体呈上升趋势,区域内隐藏流(DHF)成为环境压力的主要来源;(2)铜陵市物质生产力数据显示其在物质利用效益方面有了改善,但与同期国内平均水平相比,仍存在一定差距;(3)铜陵市人均生态足迹持续上升,2010年达到7 hm2/人,生态足迹与生态承载力之间的矛盾逐渐加大;(4)可持续发展指标体系评价表明,铜陵市可持续发展状况呈现下降趋势。铜陵市应从调整三次产业关系、转变经济运行方式等角度出发,实现真正意义上的可持续发展。     

物质流分析（SFA）方法及研究进展

物质流分析(substance flow analysis,SFA)通过追踪经济-环境系统特定物质的输入、输出、贮存等过程,量化经济系统中物质流动与资源利用、环境效应之间的关系,为资源环境优化管理提供科学依据.系统阐述了SFA的内涵及发展历程,介绍了SFA方法体系,在此基础上对SFA研究现状进行了评述.分析表明,SFA是产业生态学领域内一种重要的产业代谢分析方法,它在污染物迁移路径追踪及环境影响分析、战略性资源生命周期代谢分析、物质社会存量分析等方面具有十分重要的应用价值.提出了SFA的未来应用领域和发展趋势.     

磷元素物质流分析研究进展

磷是重要的营养元素,也是不可再生的重要非金属矿物资源。为了分析人类活动对磷流动的扰动,国内外开展了大量磷元素的物质流分析和模拟。综述了磷元素物质流分析的最新研究进展,分析了国内外磷元素物质流研究的特点和不足,并展望了未来相关研究的研究热点和发展方向。从研究尺度看,现有磷元素的物质流研究以全球尺度和国家尺度为主,区域和城市尺度以及企业和产品尺度的研究较少。从研究问题看,现阶段研究主要关注农业或者食品生产和消费对磷流动的影响,对林业、钢铁和能源部门略有涉及。从模型特征看,现有研究以分析流量变化的静态模型为主,考虑存量变化的动态模拟较少。从研究的发展方向看,未来磷物质流的相关分析将关注五大问题:(1)考虑不同驱动力和存量变化的动态模拟;(2)不同层次和尺度的磷足迹研究;(3)磷与其他元素相比对社会经济的重要性;(4)全球变化背景下不同部门磷依赖的脆弱性;(5)磷和其他元素的耦合研究。为了适应未来的研究需求,磷的物质流模拟重点在于开发动态模型,并将物质流分析与多种手段结合,以预测全球变化、社会经济发展、技术变化以及其他重要变化对磷流动的扰动及其相应的环境影响。     

基于物质流分析的废纸回收利用体系生态成本研究

废弃物回收利用在一定程度上对缓解资源和环境危机起到积极的作用,已经成为可持续发展的重要举措,但生产过程中消耗的资源、能源,排放的污染物同样也会对自然环境产生负面影响。为解决此问题,以废纸回收利用体系为例,基于物质流分析方法构建了生态成本核算模型,为废弃物回收利用体系优化提供基础。在对生态成本相关研究归纳总结的基础上,定义了生态成本的概念,界定了生态成本的研究内容,并分析基于物质流核算生态成本的可行性。生态成本是对生态负荷的价值化,主要分为资源耗减成本、污染产生和环境保护成本以及生态环境损害成本3部分。污染产生和环境保护成本可以通过将总成本按比例分配给正、负产品的方式求得,资源耗减成本和环境损害成本借助LIME方法核算,总生态成本是回收利用体系内部各项生态成本的总和。生态成本核算是评价生态负荷的重要手段,在废纸回收利用体系物质流动图的基础上,分析各生产流程生态成本的构成情况。提出的生态成本核算模型不仅适用于废纸回收利用体系,其他废弃物也同样适用。通过生态成本的核算,寻找到对生态环境影响较大的工序、流程,为废弃物回收利用体系经济与环境的双赢提供理论与实践指导。     

城市物质流分析框架及其指标体系构建

借鉴国内外物质流分析的研究成果,结合我国城市物质代谢特点,建立了城市物质流分析的框架及指标体系。该框架以城市社会经济系统物质通量的变化为核心,增加了对城市社会经济系统可持续能力的考察以及对城市和区域循环经济贡献的关注。论文识别了城市物质流分析中系统边界界定等关键问题,并提出了解决方法;指标体系在借鉴国家层面物质流分析指标体系的基础上,注重对城市经济系统内部循环及不同城市经济系统间的物质循环的考察,增加了再生资源输入量、内部资源回收量、可回收废物输出量、新鲜水输入量、中水回用量等指标,用于表征城市可持续发展的能力及实践成果。     

银川市城市生态经济系统的物质流分析

运用物质流分析法对银川市2006-2012 年生态经济系统中的物质流进行分析。结果显示, (1)不含水的物质输入与输出总量均呈先减后增的趋势。物质输入以气体和固体为主, 其中固体物质主要以化石燃料、矿物和建筑材料的增加最为明显; 物质输出端主要以气体为主, 其中化石燃料燃烧废气排放量和工业废气(二氧化硫、工业烟粉尘)排放量在总气体排放中所占的量最多。固体废弃物的增加, 也加大了研究区的环境压力。(2)水输入量波动下降, 水输出量不断上升。农业用水和工业用水约占总用水量的98%, 农业用水量在不断下降, 工业用水量和生态用水量在不断上升; 废水排放以工业污水为主。(3)从整体来看, 物质利用强度和输出强度在缓慢降低, 银川市经济发展一方面依靠大量的资源投入, 另一方面, 环境污染的压力在迅速减轻; 单位产值的物质消耗量在减少, 废弃物的输出效率明显提高, 银川市资源利用效率在稳定提高。     

基于物质流分析和数据包络分析的区域生态效率评价——以江苏省为例

区域生态效率(eco-efficiency)评价是考量区域可持发展的重要内容.基于物质流分析(material flow analysis, MFA)构建区域生态效率评价指标体系,并将污染物排放作为一种非期望输入引入到数据包络分析(data envelopment analysis, DEA)模型中,以江苏省(1990～2005年)为例进行生态效率分析评价.结果表明,江苏省的区域生态效率在1990～2005年期间呈现逐步上升的趋势.但是,同期的总物质投入(total material input, TMI)、物质需求总量(total material requirement, TMR)和污染物排放量也呈上升趋势.因此,江苏省社会经济发展和环境影响总体上呈现"弱脱钩(weak de-link)".     

区域生态经济系统的物质输入与输出分析——以常州市武进区为例

运用物质流分析（MFA）方法,对江苏省常州市武进区生态经济系统中物质输入与输出进行了系统的分析,结果表明：（1）随着社会经济发展和人口增长,武进区物质输入总量及人均物质输入量也在增加,但递增速率均远小于GDP增长速率,而物质输出总量及人均物质输出量则呈现递减趋势;（2）在不考虑水的因素情况下,武进区物质输入量保持较快的上升速度,其中固体物质的增长速率远远大于气体物质的增长速率;物质输出量则呈总体下降趋势,其中以气体物质输出量的贡献最大,对环境造成污染的物质以气体特别是以化石燃料燃烧排放的废气和工业废气为主;（3）排除占大部分比例农业用水的上升,工业用水、城镇生活用水和地下水总量及人均利用强度都在减少;同时,总的废水排放量及人均排放量在减少,其中又以生活废水排放量的减少最快,其次是工业废水;（4）单位GDP物质输入量的变化处于波动状态,同期的单位GDP物质输出量则呈递减趋势,单位GDP用水量和单位GDP废水排放量则有相同的递减趋势,表征了武进区资源利用效率的稳步提高,区域经济增长和环境压力也在逐步脱钩。上述结果体现了武进区近年来循环经济发展模式的优势,但还存在较多问题,说明武进区在调整物质利用强度和提高资源利用效率方面还需下更大的功夫,并采取相关措施,以期提高实施循环经济战略与建设节约型社会的地位和意义。文章最后结合研究区实际情况就区域环境一经济的协调发展进行了展望,指出了物质流分析方法在应用中的一些缺陷,为今后该领域的进一步研究提供了借鉴。     

Closing the loop on platinum from catalytic converters: Contributions from material flow analysis and circularity indicators

In this study, material flow analysis (MFA) is applied to quantify and reduce the obstacles for advancing a circular economy (CE) of platinum (Pt) from catalytic converters (CC) in Europe. First, the value chain and related stakeholders are mapped out in an MFA‐like model to both facilitate the assessment of stocks and flows, and get a comprehensive view of potential action levers and resources to close‐the‐loop. Then, through the cross analysis of numerous data sources, two MFA are completed: (i) one general MFA, and (ii) one sector‐specific MFA, drawing a distinction between the fate of Pt from (a) light‐duty vehicles, under the European Union's End of Life Vehicle Directive 2000/EC/53, and (b) heavy‐duty and off‐road vehicles. Key findings reveal a leakage of around 15 tons of Pt outside the European market in 2017. Although approximately one quarter of the losses are due to in‐use dissipation, 65% are attributed to insufficient collection and unregulated exports. Comparing the environmental impact between primary and secondary production, it has been estimated that halving the leakage of Pt during usage and collection could prevent the energetic consumption of 1.3 × 10³ TJ and the greenhouse gases emission of 2.5 × 10² kt CO₂ eq. Through the lens of circularity indicators, activating appropriate action levers to enhance the CE performance of Pt in Europe is of utmost importance in order to secure future production of new generations of CC and fuel cells. Moreover, the growing stockpile of Pt from CC in use indicates the need for better collection mechanisms. Also, the CC attrition during use and associated Pt emissions in the environment appears non‐negligible. Based on the scarce and dated publications in this regard, we encourage further research for a sound understanding of this phenomenon that can negatively impact human health.     

Material flow analysis (MFA) of an eco-economic system: a case study of Wujin District, Changzhou, China

The economic and ecological aspects of a social system are coherently linked and can be examined by its material and energy flows. In this study, we used the material flow analysis (MFA) to model the material input and output of the Wujin District of Changzhou City, Jiangsu Province in China. It was revealed that: (1) total material input and material input per capita increased with economic development, while the total material output and material output per capita decreased consistently; (2) except for water, the total material input continued to increase. Input of solid materials grew faster than that of gaseous materials, while the total material output declined. The gas output accounted for the largest proportion of the output resulting in primary environmental pollution as burned fossil fuel; (3) water use in agriculture continued with an increasing trend while that in industrial and residential sectors decreased per capita. The total wastewater discharge and wastewater discharge per capita decreased with a faster decreasing rate of residential wastewater discharge followed by industrial wastewater discharge; (4) material input per unit GDP fluctuated and material output per unit GDP decreased. A decreasing trend in both water use and wastewater discharge per unit GDP was disclosed. These results suggest that the efficiency of resource use in the Wujin District has improved. This weakened the direct link between economic development and environmental deterioration. Additionally, we discussed the harmonic development between environment and economy. Potential limitations of MFA’s application were also discussed. It is suggested that effective measures should be taken for the enforcement of circular economic strategies and the construction of a resource-saving economy __________ Translated from Acta Ecologica Sinica, 2006, (8): 2578–2586 [译自:生态学报]     

Material flow analysis (MFA) of an eco-economic system:a case study of Wujin District,Changzhou,China

The economic and ecological aspects of a social system are coherently linked and can be examined by its material and energy flows.In this study,we used the material flow analysis (MFA) to model the material input and output of the Wujin District of Changzhou City,Jiangsu Province in China.It was revealed that:(1) total material input and material input per capita increased with economic development,while the total material out-put and material output per capita decreased consistently;(2) except for water,the total material input continued to increase.Input of solid materials grew faster than that of gaseous materials,while the total material output declined.The gas output accounted for the largest pro-portion of the output resulting in primary environmental pollution as burned fossil fuel; (3) water use in agriculture continued with an increasing trend while that in industrial and residential sectors decreased per capita.The total wastewater discharge and wastewater discharge per capita decreased with a faster decreasing rate of residential was-tewater discharge followed by industrial wastewater dis-charge; (4) material input per unit GDP fluctuated and material output per unit GDP decreased.A decreasing trend in both water use and wastewater discharge per unit GDP was disclosed.These results suggest that the effi-ciency of resource use in the Wujin District has improved.This weakened the direct link between economic develop-ment and environmental deterioration.Additionally,we discussed the harmonic development between environ-ment and economy.Potential limitations of MFA's application were also discussed.It is suggested that effec-tive measures should be taken for the enforcement of cir-cular economic strategies and the construction of a resource-saving economy     

The Physical Economy of the United States of America

The United States is not only the world's largest economy, but it is also one of the world's largest consumers of natural resources. The country, which is inhabited by some 5% of the world's population, uses roughly one‐fifth of the global primary energy supply and 15% of all extracted materials. This article explores long‐term trends and patterns of material use in the United States. Based on a material flow account (MFA) that is fully consistent with current standards of economy‐wide MFAs and covers domestic extraction, imports, and exports of materials for a 135‐year period, we investigated the evolution of the U.S. industrial metabolism. This process was characterized by an 18‐fold increase in material consumption, a multiplication of material use per capita, and a shift from renewable biomass toward mineral and fossil resources. In spite of considerable improvements in material intensity, no dematerialization has happened so far; in contrast to other high‐income countries, material use has not stabilized since the 1970s, but has continued to grow. This article compares patterns and trends of material use in the United States with those in Japan and the United Kingdom and discusses the factors underlying the disproportionately high level of U.S. per capita resource consumption.     

降水量变化对蒙古栎落叶分解过程的间接影响

分析了在4种不同降水量条件下蒙古栎叶凋落物基质质量的变化,并应用分解袋法研究其凋落物在蒙古栎次生林内的分解过程.结果表明：与对照相比,降水量减少条件下,蒙古栎叶凋落物的初始N、P、K浓度显著升高,初始木质素浓度显著降低,凋落物分解速率大,N、P、K矿化率高,N和P固持时间缩短;降水量增加情况下,其凋落物初始N浓度显著降低、木质素浓度显著升高,N、P、K矿化率低,N和P固持时间延长.4种类型叶片凋落物的质量损失过程均符合指数降解模型,分解速率可以由凋落物木质素/N来预测.相关性分析显示,木质素浓度高、N浓度低的两种凋落物的分解速率与N浓度相关性最大;而木质素浓度低、N浓度高的两种凋落物的分解速率与木质素浓度相关性最大.说明降水量的变化显著地改变了蒙古栎叶凋落物的基质质量,进而间接地改变了凋落物的分解过程.     

基于MFA和DEA的区域经济环境效率评价-以辽宁省为例

对经济与环境效率的科学评价是实现区域可持续发展的前提。运用物质流分析将辽宁省经济系统中数据进行物质化处理,再利用改进的数据包络分析模型对环境和经济效率进行综合评价。结果表明:辽宁省物资消费不主要依赖于进口,向其它地区物质输出量大;环境效率评价的综合效率主要受规模因素影响而显著低于纯技术效率,而整体经济的综合效率却主要受纯技术效率影响而下降。第二产业比重依然偏大的产业结构特征是导致上述结果的主因。进一步改造提升传统产业,发展战略性新兴产业,提高第三产业发展水平,扩大环保规模,促进居民生活质量水平全面提升,将是辽宁省以及与之相似的资源依赖型区域可持续发展的方向。