我国地质环境与社会经济的物质流分析.pdf

第23卷 第4期自 然 资 源 学 报Vol123 No14 2008年7月JOURNAL OF NATURAL RESOURCESJuly, 2008 收稿日期 2007- 08- 30;修订日期 2008- 03- 07。 基金项目国家自然科学基金项目40501010 ;中国地质调查局地质大调查项目1212010660204。 第一作者简介杨建锋1971- , 男,河北宁晋人,副研究员,博士,从事水文地质环境地质研究。E2mail jf . yang sohu. com 我国地质环境与社会经济的物质流分析 杨建锋 中国地质调查局发展研究中心,北京100083 摘要论文利用物质流分析方法对2000～2005年我国地质环境与社会经济的物质流进行了核 算与分析。结果表明近年我国社会经济发展从地质环境获取的物质需求总量呈增加态势, 2005年达到了439. 6108t,显著超过了国外主要发达国家,致使我国地质环境压力不断增大; 我国经济增长在依赖于地质资源的同时,物质生产力从240. 9元/t增长到416. 5元/t,但与主要 发达国家相比,我国经济发展仍属于资源消耗型,可持续发展能力较低;我国人均物质消耗量为 33. 6t,明显低于主要发达国家,按照发达国家人均物质消耗量开发地质资源将远远超过我国的 地质环境承载力,决定了我国只能走资源节约型的经济发展道路。 关 键 词地质环境;社会经济;物质流分析;物质生产力 中图分类号 X141; F06211 文献标识码 A 文章编号 1000 - 30372008 04 - 0553 - 07 1 引言 地质环境是指人类社会经济发展过程中所依托的由岩、 土及包含于其中的水、 油、 气等 自然要素组成的地壳表层地质系统 [1 ]。近几十年来 ,在日趋活跃的社会经济活动作用下, 我国地质环境发生了很大变化,并诱发了各种地质环境问题,甚至引发了地面沉降、 地裂缝、 滑坡等地质灾害,影响了我国社会经济的健康发展。这些问题促使人们思考如何度量社会 经济对地质环境开发、 扰动和污染的作用程度如何度量社会经济发展的地质环境成本 物质流分析作为评估社会经济对环境影响的有效方法,近年来得到了越来越多国家的 重视 [2, 3 ]。国家水平的物质流核算始于 20世纪90年代初, 1992年日本环境署首次公布国 家物质流帐户 [4 ] ,次年德国也发布了国家物质流分析结果 [5 ] ,物质流分析遂迅速成为环境 经济领域的研究热点。美国世界资源研究所、 德国Wuppertal研究所等4国研究机构系统提 出了物质流分析的框架与方法,于1997年和2000年联合发布了德国、 日本、 荷兰、 美国、 奥 地利等国的输入和输出物质流 [6, 7 ]。2001年欧盟统计局发布了物质流分析方法手册 ,规范 和指导各国物质流核算和分析 [8 ]。其后 ,丹麦、 芬兰、 匈牙利、 英国、 巴西、 菲律宾、 捷克等先 后开展了国家物质流核算 [9～13]。物质流分析开始在环境保护中发挥着越来越大的作用 ,已 经成为欧盟、 日本、 美国等国家制定环境政策的重要依据 [14, 15 ]。 地质环境是自然环境的重要组成部分,社会经济发展所需要的物质大部分来自于地质 环境,所排出的废弃物大部分也去向地质环境。Neuman2Mahlkau研究得出,全球社会经济 每年所搬运的岩石物质总量为35km 3 ,已经与外地质作用造成的岩石物质流37km 3 相 554 自 然 资 源 学 报23卷 当 [16 ]。牛文元等统计得出我国社会经济每年搬运的土壤和岩石约为 381. 710 8 t [17]。由此 可见,地质环境与社会经济的物质流已经达到前所未有的程度。但是,专门的地质环境与经 济系统物质流核算尚缺乏系统的研究。本文采用物质流分析方法对我国地质环境与经济社 会的物质流进行了初步核算,以期为我国加强地质环境管理提供决策依据。 2 理论与方法 社会经济通过物质流与地质环境发生联系图 1 。一方面,社会经济通过开发能源矿 产、 非能源矿产、 地下水等地质资源从地质环境输入所需要的物质资料;另一方面,社会经济 把生产和消费过程中产生的废水、 生活垃圾、 工业垃圾等废弃物输出到地质环境中。社会经 济从地质环境输入物质,必然要开发和扰动地质环境,不合理的开采开发活动会产生各种地 质环境问题,引起地质环境退化;社会经济向地质环境输出物质,各种废弃物通过各种途径 进入到地质环境中,处理或排泄不当会造成地质环境污染。 图1 区域地质环境与社会经济的物质流示意图 Fig . 1 Material flows from and to geo2environment for a regional socio2economy 按照物质流动方向,物 质流分为输入物质流和输出 物质流。对于特定区域,物 质流分为区域内物质流和区 域外物质流。输入物质流包 括直接物质输入和隐性物质 流。直接物质输入是指取自 地质环境并进入社会经济系 统的物质,包括化石能源、 金 属矿产、 工业矿物、 建筑材料 等。隐性物质流是指社会经 济在获取地质资源时所移动 的、 本身不进入社会经济的物 质,包括开采地质资源需要剥离或开挖的岩石、 经济活动造成的土壤流失、 基础设施建设过程 中挪移的地质物质等。隐性物质流没有实际经济效用,但是加重了环境负担。输出物质流包 括区域内物质输出、 区域外物质输出和隐性物质流。区域内物质输出是指社会经济在生产- 消费过程中排放到地质环境中的物质,包括工业垃圾、 生活垃圾、 化肥、 农药等。区域外物质输 出是出口到区域外的矿产品、 半成品或成品。由于区域外的物质流对本区域内的地质环境没 有直接影响,本文所统计的物质流不包括区域外隐性物质流和区域外物质输出流。 为了进行综合评价,本文采用以下指标① 直接物质输入量,为社会经济发展取自地质 环境的直接物质投入,包括进口的矿产物质;② 物质需求总量,为直接物质输入量和隐性物 质流的总和,不包括区域外隐性物质流和地下水输入量;③ 物质输出总量,为区域内物质输 出量不含废水和隐性物质流的总和;④ 物质消耗强度,为物质需求总量与人口数的比值; ⑤ 物质生产力,为国内生产总值与物质需求总量的比值。 3 数据来源与处理 3. 1 基本数据来源 社会经济数据包括人口、GDP来源于中国统计年鉴。 4期杨建锋我国地质环境与社会经济的物质流分析555 能源矿产产量数据来源于中国能源统计年鉴。黑色金属产量数据来源于中国钢铁统计 年鉴、 中国矿业年鉴和中国国土资源年鉴。有色金属矿产产量数据来源于中国有色金属工 业年鉴。非金属矿产产量数据来源于中国矿业年鉴、 中国国土资源年鉴。建筑材料产量数 据来源于中国建筑材料工业年鉴、 中国国土资源年鉴。进口矿产数据来源于中国国土资源 年鉴。 水利建设数据包括水利工程建设土石方、 农田水利基本建设土石方等来源于中国水利 年鉴。交通数据包括公路里程、 铁路里程来源于中国统计年鉴和中国交通年鉴。房屋建设 数据来源于中国建筑业年鉴。 地下水开采量数据来自于中国水资源公报。对于人类活动下产生的水土流失,本文仅 包括农业活动造成的农田土壤流失,采用孙新章等人的研究成果 [18]。 废弃物排放数据包括工业固体废弃物、 城市生活垃圾、 废水等来源于中国环境统计年 鉴。农业化肥施用量来源于中国统计年鉴。 3. 2 矿产隐性物质流计算 原煤开采包括露天开采和地下开采两种方式,二者所剥离的岩石数量是不同的。我国 露天煤矿平均剥采比为2～7m 3 /t,本文采用5m 3 /t。地下开采隐流计算采用隐流比率方法。 铁矿石的隐流数据来源于中国矿业年鉴,有色金属的隐流数据来源于中国有色金属工业年 鉴。其它金属、 非金属、 建筑材料和原煤地下开采的隐流比率采用德国Wuppertal研究所物 质流数据库提供的数据。 3. 3 基础设施建设土石方计算 公路、 铁路建设需要挖方和填方。为简化计算,采用每km公路或铁路移动土石方进行 计算,高速公路、 一级公路和铁路为610 4m3 /km,二级公路为210 4m3 /km,其它为 8 000m 3 /km [6 ]。房屋建设也需要开挖或移动一定数量的土壤或岩石 ,为简化计算,采用每 m 2 竣工建筑面积移动3m 3 土石方进行计算 [6 ]。 3. 4 缺失数据处理 本文收集了2000～2005年的相关数据,有个别数据在某个年份缺失。为了保证计算的 连续,采用两种方法对缺失数据进行了估算。一种方法是根据历年产量变化趋势,对缺失年 内插或外推获得。另一种方法是建立其与相关指标的统计关系,例如建筑用砂缺失2004年 数据,则建立已知年份建筑用砂量和房屋建筑面积的统计关系获得缺失数据。 4 结果与分析 4. 1 物质需求总量与直接物质输入 表1列出了2000～2005年我国地质环境与社会经济的物质流核算结果。从表中可以 看出, 2000～2005年我国社会经济物质需求总量总体上呈增加趋势,由2001年的377. 0 10 8 t增长到2005年的439. 610 8 t。2000年由于农田水利基本建设完成土石方98. 8 10 8 t,高于其它年份2010 8 t以上,使得2000年物质需求总量高于2001年。这种趋势说 明,我国社会经济的快速发展,开采和消耗了越来越多的地质资源。 在物质需求总量中,隐性物质流在33010 8 t以上。虽然隐性物质流绝对数量也呈现 出逐年增长的趋势,但是隐性物质流占物质需求总量的比例是逐年下降的,由2000年的 88. 4下降到2005年的83. 1。由此可见,我国社会经济的高速增长是以地质环境的不 断恶化为代价的,但是我国地质环境保护的努力使得恶化的速度有所减缓。 556 自 然 资 源 学 报23卷 表1 我国地质环境与社会经济的物质流核算结果单位 104 t Table 1 Material flow data from and to geo2environment for the socio2economy of China unit 104 t 物质流分类2000年2001年2002年2003年2004年2005年 输 入 物 质 流 物 质 流 种 类 化石能源148 397134 898157 308191 960220 140242 552 隐流226 907214 047234 464266 296291 499311 313 金属矿石33 23932 72135 46040 09246 51858 831 隐流42 48238 31051 08058 23267 92496 081 工业矿物9 1569 65511 51711 18411 63512 573 隐流32 5963362135 84340 16338 49443 736 建筑材料267 856268358268 284335 024352 837377 825 隐流223 001230465250 321294 466313 095347 986 基础设施建设2 859 31625297012 546 0642 517 8932 553 5362 594 817 农田土壤流失257 912257912257 912257 912257 912257 912 地下水10 690 00010 970 00010 720 00010 160 00010 260 00010 390 000 进口矿产18 29420 16224 68132 14844 17152 054 综 合 指 标 直接物质输入476 942465 794497 249610 408675 300743 835 隐流总量3 642 2143 304 0573 375 6833 434 9613 522 4603 651 846 物质需求总量4 119 1563 769 8513 872 9334 045 3694 197 7604 395 681 物质消耗强度/ t/人32. 529. 530. 231. 332. 333. 6 物质生产力 / 元 /t 240. 9290. 9310. 7335. 7380. 9416. 5 输 出 物 质 流 物 质 流 种 类 工业固体废弃物81 60888 84094 509100 428120 030134 449 城市生活垃圾11 81913 47013 65014 85715 50915 577 化肥施用4 1464 2544 3394 4124 6374 766 基础设施建设移动土方423 754512 920578 639644 842773 661836 882 农田土壤流失257 912257 912257 912257 912257 912257 912 矿产开采隐流1 206 6521 287 2751 408 2591 561 9101 742 5851 893 910 废水排放4 152 0004 329 0004 395 0004 593 0004 824 0005 245 000 综合 指标 物质输出总量1 985 8912 164 6712 357 3082 584 3602 914 3343 143 496 从物质需求总量的构成看,基础设施建设物质流高达251. 810 8 ～285. 910 8 t,占物 质需求总量的59. 0～69. 4。因此,在所有经济活动中,水利工程建设、 公路铁路建设、 房屋建设等基础设施建设对地质环境的影响最大。 我国直接物质输入不断增长,从2000年的47. 710 8 t增长到2005年的74. 410 8 t。 从图2可知, 2003年以前直接物质输入增速平缓, 2003年以后直接物质输入增速加快,社会 图2 2000～2005年我国直接物质 输入增长情况 Fig . 2 Variations of directmaterial from 2000 to 2005 in China 经济发展对化石能源和金属非金属矿产需求猛增。 2000～2005年,化石能源产量增长了1. 6倍,金属矿石产 量增长了1. 8倍,工业矿物产量增长了1. 4倍,建筑材 料产量增长了1. 4倍,进口矿产品数量增长了2. 8倍。 应当指出,地下水开采量高出其它物质总和1个数 量级。2000年以来,我国地下水开采规模基本保持稳 定。由于地下水是部分可更新的矿产资源,且开采量巨 大,与其它矿产加和易于掩盖其它地质环境变化驱动 力,因此在物质需求总量中没有计入地下水而将其 单列。 4期杨建锋我国地质环境与社会经济的物质流分析557 4. 2 物质消耗强度和物质生产力 图3 2000～2005年我国物质生产力变化 Fig . 3 Variations ofmaterial productivity from 2000 to 2005 in China 与物质需求总量变化趋势相似,人均物质消 耗强度从2001年的29. 5t增加到2005年的33. 6t。从地质环境输入社会经济的物质流有相当一 部分转化为各种产品,如汽车、 房屋、 公路等,增加 了全社会的物质财富。我国人均物质消耗强度的 增长说明我国的物质财富在逐年增长。 从图3可以看出,我国物质生产力也在逐年增 长,从2000年的240. 9元/t增长到2005年的416. 5 元/t。每t物质所创造的G DP在不断增加,说明我 国经济发展地质资源的利用效率在逐年提高。物质 消耗强度平均年增长率为2. 8,物质生产力平均年增长率为12. 2,物质生产力增长率大于 物质消耗强度增长率。由此可见,我国经济增长虽然依赖于资源的开发利用,但是资源开发对 经济增长的贡献率在减少,我国社会经济可持续发展能力在缓慢提高。 4. 3 与主要发达国家对比 图4 我国与主要发达国家直接物质输入对比 Fig . 4 Comparison of directmaterial in China with some developed countries 图4对我国和主要发达国家直接物 质输入进行了对比,国外数据主要为 2000年的核算结果。可以看出,与主要 发达国家相比,我国的直接物质输入是最 大的。这反映了我国经济发展更加依赖 于开发和消耗资源,发达国家的经济发展 已经从资源消耗型向非物质化转变。在 直接物质输入中,各个国家都有一部分是 进口的。从图5可以知道,我国进口物质所占比例是最低的,仅为7. 0。主要发达国家中 美国为10. 0 ,英国为23. 5 ,日本为33. 3 ,意大利为39. 0。在开采地质资源的过程 中会产生大量的隐性物质流,对地质环境具有巨大的负效应。主要发达国家从国外进口大 量的地质资源,实际上是把经济发展的地质环境代价转嫁到了其它国家,同时保护了本国的 地质环境。所以,我国属于地质资源自给型经济,地质环境所面临的压力前所未有。 图5 我国与主要发达国家进口物质占直接物质 输入比例对比 Fig . 5 Comparison of imports to directmaterial in China with some developed countries 对比物质消耗强度,我国人均物质消 耗量明显少于发达国家。从图6可以知 道,人均物质消耗量美国为85t,英国为 41t,德国为72t,意大利为40t,日本为 45t。我国人口数量大约是美国的4. 6 倍,如果人均物质消耗量按照美国计算, 所需要的资源量将是目前的2. 5倍,而2. 5倍于目前的资源开发量将大大超过我 国的地质环境承载能力。因此,我国的地 质资源基本国情决定我国只能走资源节 约型的经济发展道路。 558 自 然 资 源 学 报23卷 图6 我国与主要发达国家物质消耗强度对比 Fig . 6 Comparison of intensity ofmaterial consumption in China with some developed countries 5 结论 1 2000～2005年我国社会经济发展从地质环境获取的物质需求总量呈增加态势 ,显 著超过了国外主要发达国家,致使我国地质环境压力不断增大。 2我国经济增长在依赖于地质资源的同时,物质生产力在逐渐提高,但与主要发达国 家相比,我国经济发展仍属于资源消耗型,可持续发展能力较低。 3我国人均物质消耗量明显低于主要发达国家,按照发达国家人均物质消耗量开发 地质资源将远远超过我国地质环境承载力,决定了我国只能走资源节约型的经济发展道路。 参考文献 References [1] 张人权,梁杏,靳孟贵,等.地质环境系统的概念与特征[J ].地学前缘, 2001, 8 1 59～65. [ ZHANG Ren2quan, L I2 ANG Xing, JI N Meng2gui,et al. Concept and characteristics of geo2environmental systems .Earth Science Frontiers, 2001, 81 59 - 65. ] [ 2] Weisz H, Krausmann F, Amann C,et al. The physical economyof the European Union Cross2country comparison and de2 terminants ofmaterial consumption[J ].Ecological Econom ics, 2006, 58 4 676 - 698. [3] BehrensA, Giljum S, Kovanda J,et al.The material basis of the global economy[ J ].Ecological Econom ics, 2007, 64 2 444 - 453. [4] Environment Agency Japan. Quality of the Environment in Japan 1992 [ R ].Tokyo Environment Agency Japan, 1992. 1 - 85. [5] Schtz H, Bringezu S . MajorMaterial Flows in Germany[J ].Fresenius EnvironmentalBulletin, 1993, 28 443 - 448. [6] Adriaanse A, Bringezu S, Hammond A,et al. Resource flows The material basis of industrial economies[R ]. Washing2 ton, DC. World Resources Institute Report, 1997. 1 - 60. [7] Matthews E, Bringezu S, Fischer2KowalskiM,et al.The weight of nations Material outflows from industrial economies [R ]. WashingD C World Resources Institute, 2000. 1 - 123. [8] EUROSTAT .Economy2wide Material Flow Accounts and Derived Indicators Edition 2000 A ological Guide [M ]. Luxembourg European Communities, 2001. 1 - 92. [ 9] Pedersen O G . DM Iand T MR forDenmark 1981, 1990, 1997An assessmentof the material requirementsof theDanish economy[R ].StatisticsDenmark, 2002. [10] Menp I, Juutinen A. Materials flows in Finland Resource use in a small open economy[J ].Journal of Industrial E2 cology, 2001, 5 33 - 48. [11] HammerM, Hubacek K . Material flows and economic development, material flow analysisof the Hungarian economy[R ]. Laxenburg II ASA Interim Report IR - 02 - 057, 2003. [12] Rapera C L.SoutheastAsia in TransitionThe Case of the Philippines 1981 to 2000 Part 1[M ]. Laguna SEARCA Publishing, 2004. [13] ScasnyM, Kovanda J, Hak T . Material flow accounts, balances and derived indicators for the Czech Republic during the 1990s Results and recommendations ethodological improvements[J ].Ecological Econom ics, 2003, 451 41 - 57. 4期杨建锋我国地质环境与社会经济的物质流分析559 [14] European Environment Agency .Sustainable use and management of natural resources[ R ]. Luxembourg EEA report, 2005. 1 - 68. [15] Wernick I K, Ir win F H. Material flows accounts A tool aking environmental policy[R ]. Washington D C World Resources Institute Report,2005. 1 - 43. [16] Neumann2Mahlkau P. Anthropogenic material flowA geologic factor[A ].第30届国际地质大会论文集第2卷 [C].北京地质出版社, 1999. 63～67. [Neumann2Mahlkau P. Anthropogenic material flowA geologic factor .In Proceedings of the 30th International Geological Congress Volume 2. Beijing Geology Press, 1999. 63 - 67. ] [17] NiuW, HarrisW M. China The forecast of its environmental situation in the 21st century[J ].Journal of Environmental M anagement, 1996, 47 101 - 114. [18] 孙新章,谢高地,成升魁,等.中国农田生产系统土壤保持功能及其经济价值[J ].水土保持学报, 2005, 19 4 156 ～159. [ Sun Xin2zhang, XIE Gao2di, CHENG Sheng2kui,et al.Services for soil conservation and its monetary value of Chinese cropping system.Journal of Soil and W ater Conservation, 2005, 194 156 - 159. ] Material Flow Analysis from and to Its Geo2environment for the National Economy in China YANG Jian2feng Development Research Center, China Geological Survey, Beijing 100083, China Abstract This paper introduced the relations bet ween geo2environment and regional economy, and classified thematerial flows from and to the geo2environment for a regional economy . W ith the ai m to provide a useful and comprehensive understanding for decision2making in geo2environmen2 talmanagement, this paper estimated material flow data from and to its geo2environment for the socio2economy in China from 2000 to 2005 using the ofmaterial flow analysis . During the six years, the totalmaterial requirementof the socio2economy from the geo2environment rose up to 43957 million tons in 2005, much higher than those in the main developed countries such as USA, Germany, Japan, etc. Direct material from the geo2environment increased to 7438 million tons in 2005, up from 4769 million tons in 2000. Material flow caused by infrastructure construction ranged 25178 - 28593 million tons, accounting for 59. 0 - 69. 4 of the totalma2 terial requirement, which became the greatest driving force for the geo2environmental degenera2 tion.The huge material rted a greater pressure on domestic geo2environment than in any comparable period before.Although material productivity increased from 240. 9yuan/t to 416. 5yuan/t, the growth of the economic development in China greatly depended on the exploitation and development of its geological resources, and its sustainability was much lower than the main developed countries .The average material consumption per capita was 33. 6 t in 2005, obviously much lower than those in the developed countries .The carrying capacity of domestic geo2environ2 ment determined that China can not follow the industrialization patternswhich developed countries experienced and must adopt resources2saving strategies to attain a sustainable development pat2 tern. Key words geological environment; socio2economy; material flow analysis; materialproductivity