物质流分析研究述评

物质流分析方法近年来在循环经济和可持续发展研究领域发展迅速。阐述了物质流分析的定义及其与自然生态系统物质流的区别,着重回顾了该研究方法的发展历程,阐明了物质流分析的主要观点、理论基础、研究思路及研究框架,详细阐译和对比分析了物质流分析的六大类指标及分析方法,并在物质流分析框架的基础上,建立循环经济及可持续发展的评价指标体系,并对物质流分析指标体系和方法学的研究意义及其在环境经济学中的地位进行了客观的评价,进而指出了物质流分析方法的不足之处。对物质流分析在不同层次的应用研究也进行了充分的阐述和分析。对物质流分析今后相关领域的进一步研究予以了讨论和展望。     

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。     

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。     

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.     

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.     

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。     

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)".     

基于能值和物质流的吉林省生态效率研究

为探讨生态效率计算方法,结合能值分析和物质流分析构建了生态效率表达式,并对吉林省进行实证分析.结果表明:①生态效率在17a间提高了2.9倍;②生态效率的提高使环境压力降低了205.62%,对经济增长的贡献率达63.7%;③人口增长并非环境压力升高的主要原因,资源消耗对环境压力的影响比废弃物排放更大,但其脱钩现象却弱于废弃物排放;④2000年以后,生态效率对抑制环境压力升高、促进经济增长的作用都在下降,各指标的脱钩指数也均在减小,吉林省经济发展的不可持续性在增强.研究结果在理论上有助于深化生态效率研究方法,在实践上有助于深思我国环保政策存在的缺陷,对促进吉林省可持续发展也具有一定的借鉴意义.     

社会经济系统磷物质流分析--以安徽省含山县为例

氮、磷等营养物质过量输入是造成我国湖泊富营养化问题日益严重的根源,磷作为水体富营养化过程关键限制元素,主要来自流域社会经济系统中的人类活动排放,因此,定量刻画社会经济系统内的磷流动路径是追踪水体外源磷来源和进行有效控制磷排放量的前提。以巢湖流域的安徽省含山县为例,构建社会经济系统磷流分析框架,建立磷流核算模型,并在实地调查和数据统计分析的基础上定量刻画了含山县2008年度社会经济系统磷流路径。结果表明,2008年含山县社会经济系统向水体排放的磷总量为1592t,其中农业种植子系统的排放所占比例最大(77%),该子系统的磷利用效率也较低(45%)。因此,含山县富营养化治理的重点是优化农业种植系统的磷流路径,主要措施包括合理施肥、科学排灌等。     

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。     

A review of methods to trace material flows into final products in dynamic material flow analysis: Comparative application of six methods to the United States and EXIOBASE3 regions,Part 2

Modeling pathways toward sustainable production and consumption requires improved spatio-temporal and material coverage of end-use product stocks. Momentarily, studies on inflow-driven, dynamic material flow analysis (dMFA) extrapolate scarce information on material end-use shares (i.e., ratios that split economy-wide material consumption to different end-use products) for single countries and years across longer time periods and global regions. Therefore, in part 1 of this work, we reviewed five methods to derive material end-use shares which use industry shipment data in physical units and monetary input–output tables (MIOTs). Herein, we comparatively apply these methods to the United States, drawing on detailed national data, as well as the multi-regional input–output model EXIOBASE3. To better match MIOT and dMFA system definitions, we propose the end-use transfer method, which re-routes specific intermediate outputs to final demand in MIOTs. In closing, we conclude on 12 points for improved end-use shares. We find mixed results regarding the fit between end-use shares derived from industry shipments and MIOTs: for detailed national data, we find good fit for some materials (e.g., aluminum), while others deviate strongly (e.g., steel). In many cases, the temporal trend of MIOT-derived end-use shares roughly agrees with industry shipments. For EXIOBASE3, we find good fit for some countries and materials, but substantial mismatches for others. Despite mixed results, combining MIOT-based end-use shares with industry shipments and auxiliary country-level data could enable improved temporal, geographical, and end-use resolution. However, the scarcity, documentation, and quality of input data are key limitations for more accurate and detailed end-use shares. This article met the requirements for a gold-gold data openness badge described at http://jie.click/badges .      

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.     

Calculation of the"Net Additions to Stock" Indicator for the Czech Republic Using a Direct Method

Abstract: Net additions to stock (NAS) are an indicator based on economy-wide material flow accounting and analysis. NAS, a measure of the physical growth rate of an economy, can be used for estimates of future waste flows. It is calculated using two methods: The indirect method of calculation is a simple difference between all input and output flows, whereas the direct method involves measuring the amounts of materials added to particular categories of physical stock and the amounts of waste flows from these stocks.
The study described in this article had one leading objective: to make available direct NAS data for the Czech Republic, which could later be used for predicting future waste flows. Two additional objectives emerged from the first: (1) to develop a method for direct NAS calculation from data availability in the Czech Republic; (2) to calculate NAS directly, compare the results with those achieved in indirect NAS calculation, and discuss the identified differences.
The NAS for the Czech Republic calculated by the direct method is equal to approximately 65 million tonnes on average in 2000–2002 and is approximately 27% lower than the NAS acquired by the indirect method of calculation. The actual values of directly calculated NAS and its uncertainties suggest that the indirect NAS is more likely to be an overestimation than an underestimation. Durables account for about 2% of the total direct NAS, whereas the rest is attributed to infrastructure and buildings. The direct NAS is dominated by nonmetal construction commodities such as building stone and bricks, which equal approximately 89% of the total direct NAS.
Calculation of NAS by the direct method has been proved to be feasible in the Czech Republic. Moreover, uncertainties related to direct NAS are lower than those related to indirectly acquired NAS.     

Assessing Socioeconomic Metabolism Through Hybrid Life Cycle Assessment

This article applies a combined input−output and life cycle inventory (LCI) method to the calculation of emissions and material requirements of the Czech economy in 2003. The main focus is on materials and emissions embodied in the international trade of the Czech Republic. Emissions and material extraction avoided due to imports are calculated according to an input−output approach that assumes the same production technology for imports as for domestic production. Because not all products are provided by the domestic economy, the LCI data are incorporated into the monetary input−output model.
The results show that incorporating the LCI data into an input−output model is reasonable. The emissions embodied in the international trade of the Czech Republic are comparable to the domestic emissions. We compare the economy-wide material flow indicators, such as direct material input, domestic material consumption, and physical trade balance, to their raw material equivalents. The results of our calculation show that the Czech Republic exerts environmental pressure on the environment in other countries through international trade.
We argue that raw material equivalents should be used to express the flows across national boundaries. Furthermore, we recommend a raw material consumption indicator for international comparisons.     

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。     

基于物质流分析方法的唐山市经济与环境关系的协整检验和分解

利用物质流分析方法(MFA)建立物质流账户,分析唐山市在经济 环境系统运行中物质投入量与产出量的阶段特征及物质投入和产出强度对经济发展的影响程度;使用计量经济学模型,分别对国内生产总值(GDP)、直接物质投入(DMI)和直接废弃物排放(DPO)进行单位根检验、Johansen协整检验、向量误差修正分析、脉冲响应和方差分解分析,探索了各指标之间的双向作用机制和长期关系.结果表明: 1992—2011年,唐山市DMI和DPO 均呈增长趋势,DMI的增幅高于DPO.DMI投入强度呈增长趋势,DPO产出强度呈波动下降趋势.GDP与DMI、DPO之间存在着长期稳定协整关系,指标间的作用关系经历了由波动到逐步平稳的过程.DMI与DPO在短期内会对经济发展起到较强的正向冲击作用,但是经济-环境系统会逐步消化这些影响,并对系统内外指标进行短期的动态调整,最终使系统表现出一种长期的均衡关系;经济发展受到经济规模效应的影响逐步增加.将各指标对GDP的贡献度予以分解,其中,DMI的贡献度上升,GDP的贡献度下降,DPO的贡献度变化不大.总体上,唐山市的经济发展遵循了资源型城市的传统生产轨迹,较大程度上依赖于物质投入,高能源消耗又加剧了环境污染.