基于系統演進特征的區域礦產資源可持續利用戰略選擇

摘要 礦產資源的可持續性是實現社會經濟可持續發展的基礎和保障，因而，礦產資源的可持續利用問題受到了人們的廣泛關注。在分析評介現有研究成果的同時，突出強調了礦產資源可持續利用的“發展”理念。運用系統科學的理論和思路，具體研究了礦產資源在其系統特征尺度范圍內的運行特征，以及系統臨界狀態分叉點的演進規律。提出了區域礦產資源系統特征尺度范圍內的精益戰略選擇和系統臨界狀態條件下的臨界戰略選擇，得出了實現區域礦產資源可持續利用的根本途徑在于適應社會經濟發展需求條件下精益戰略選擇和臨界戰略選擇的循環往復和有機結合。為合理規劃區域礦產資源的開發利用，實現礦產資源與社會經濟的可持續發展提供決策依據。

關鍵詞 礦產資源；系統特征尺度；精益戰略；臨界戰略；可持續發展

中圖分類號 F420 文獻標識碼 A 文章編號 1002-2104(2007)04-0144-05

作為世界上最大的發展中國家，中國目前正處于工業化進程的快速發展時期。改革開放以來經濟的持續快速增長，基本上是建立在粗放式的規模增長基礎之上，建立在對礦產資源的大規模消耗基礎之上。這種增長方式的結果，必然導致礦產資源供應的瓶頸約束和生態環境的嚴重破壞。當前，中國的社會經濟發展正處于重大的轉型時期，一是以技術進步為基礎的由資源消耗粗放型向集約型的轉變；二是以結構性調整為基礎的由初級產品生產向精深加工產品生產的產業結構高級化轉變。而要實現這一發展目標，對礦產資源的消費結構和數量都將發生重大的變化。如何審時度勢，確定科學合理的資源開發利用戰略，以適應社會經濟發展的資源需求，實現礦產資源的可持續利用，是一項重要的研究課題。

1 對礦產資源可持續利用內涵的理解

社會經濟的可持續發展是國際社會經過長期艱苦探索得到的經驗總結，是人類重新認識和審視自身發展與生態系統關系的結晶。目前，可持續發展的思想已被世界各國廣泛接受，相繼制定和開始實施符合本國或本地區特色的可持續發展戰略。然而，社會經濟的可持續發展是建立在礦產資源的可持續供應基礎之上的，而礦產資源又具有現實的可耗竭性和不可再生性，因而，如何實現礦產資源的可持續利用已成為社會經濟可持續發展的關鍵問題。

有關礦產資源的可持續利用問題，國內外眾多學者從各個方面、不同的角度和不同的層面開展了深入廣泛的研究［1］。但就如何實現礦產資源的可持續利用，現有的研究成果基本上可以劃分為兩種傾向。一種是側重于礦產資源的代際分配研究，探求礦產資源在當代人與后代人之間公平、合理的分配方式和途徑。這一方面的研究是基于國際環境與發展委員會在其出版的《我們共同的未來》報告中對可持續發展的定義。即“持續發展是既滿足當代人的需要，又不對后代人滿足其需要的能力構成危害的發展［2］?！睘榱藵M足后代人實現其發展對礦產資源的需求要求，這些研究成果或者追求礦產資源代際配置的社會福利最大化［3］，或者探求礦產資源耗減量與可更新資源補償量的動態平衡等［4］［5］，實質上都是解決有限資源在人類社會發展時間維度上的合理配置問題。第二種是側重于礦產資源的可持續供應研究。這一方面的研究是基于礦產資源對社會經濟發展的基礎支撐功能，探究不可再生的、有限的礦產資源如何實現持續供應，以保證經濟的可持續發展［6］［7］。解決的途徑或者是擴大供應范圍的開源模式(如全球資源戰略)，或者是集約高效利用現有資源的節流模式(如資源開發利用的集約化戰略)。筆者認為，上述兩個方面的研究存在著一個共同的局限性，那就是將礦產資源和社會經濟作為兩個獨立的對象來看待，立足于礦產資源的靜態有限性，來解決經濟發展的動態持續性問題。過多地關注于礦產資源的可耗竭性和不可再生性，忽視了礦產資源系統內涵和結構上的發展演變性。事實上，礦產資源的勘查、開發和利用，本身就是構成社會經濟發展的有機組成部分，是社會經濟大系統的一個子系統，社會經濟的可持續發展本身就包含了礦產資源勘查、開發和利用的可持續性。因而，與社會經濟可持續發展不同階段的礦產資源需求要求相適應，礦產資源系統的結構和內涵是在不斷地發展演變的(即礦產資源的發展屬性)，正是礦產資源系統在人類社會經濟發展時間緯度上的發展演變屬性，才使得人類的社會經濟發展存在可持續發展的可能性，也使得礦產資源系統本身存在著可持續性的可能性。因此，探究礦產資源的可持續利用問題，第一，必須緊密結合地區產業構成及其未來的發展態勢，不能就資源來談資源；第二，必須從動態發展的觀念來理解和考察礦產資源的構成和內涵的發展與變化，即必須強調發展的思想；第三，必須從系統科學的觀點和思想來認識礦產資源發展演變的客觀規律性。這樣，探究一定區域礦產資源的可持續性，實際上就是要在全面分析和研究地區礦產資源系統發展演變特征和規律的基礎上，研究地區礦產資源系統的穩定高效運行和更替升級問題。

2 礦產資源的系統特征尺度及臨界演進規律

系統是由相互聯系、相互依賴、相互作用的事物或過程組成的具有整體功能和綜合行為的統一體，它反映了客觀事物存在和發展的本質特征，不同的事物表現出不同的系統屬性。系統特征尺度是系統的一個基本特征，是特征時間尺度和特征空間尺度的統稱。所謂特征時間尺度，是指能夠體現系統本質變化的最短時間跨度；與特征時間尺度相對應的空間范圍被稱為特征空間尺度。系統特征尺度定義中的關鍵是“本質特征”，這一“本質”是一事物區別于其他事物的標志，系統特征尺度反映了系統在保持其特定本質特征狀態下的時空范圍。同時，系統又是在不斷發展演變的，當客觀事物的發展演化發生了質變時，標志著事物性質的根本變化，表現為系統特征的根本變化，即系統的臨界狀態變化?！芭R界”的概念最早源于物理學，意思是說，對于一個物理系統，其性質隨著物理參數的變化而變化，當物理參數達到或超過某一閥值時，物理性質將發生突變，超導現象就是典型的臨界行為。諾貝爾獎獲得者普里高津(Prigogine)在研究非線性熱力學系統時發展出了一套從混沌到有序的科學理論，其核心思想之一就是系統在臨界分叉點上的選擇［8］。

為社會經濟發展提供基礎保障的礦產資源具有明顯的系統特征。研究表明，一國家或一定區域隨著工業化發展的不同進程，對礦產資源的消費和需求強度表現出明顯的周期性變化規律，即礦產資源的系統特征時間尺度。在某一特定的特征時間尺度范圍內，礦產資源的消費呈現出一種倒“Ｕ”字型分布，其變化過程由初始、增長、成熟和衰落四個階段組成。這種對礦產資源消費強度的階段劃分與地區工業化發展過程的初期、中期和后期三個階段大體相適應(見圖1)。礦產資源消費需求的這一發展變化特征，表現出礦產資源系統在保持其特定資源消費結構狀態下，一個完整的系統特征尺度范圍內的發展演化過程［9］。

區域礦產資源系統不僅表現為特定系統性質特征時間尺度范圍內的消費需求變化規律，從更長的時間尺度上來考察，礦產資源系統表現出明顯的非線性和非平衡特征。當控制參數達到某一閥值λ0時，系統將發生分叉，系統在分叉點上所面臨的選擇可能很多，但總體上可以劃分為新資源結構(機會型或可持續性分支)、混合資源結構(波動性分支)和原資源結構(危機型或不可持續性分支)(見圖2)。礦產資源系統在分叉點上具體選擇哪一個分支取決于系統所掌握的知識、信息、偏好和對未來的預期。

上述礦產資源系統通過臨界點選擇實現的系統更替與演進規律，已被世界各國工業化發展過程中礦產資源消費結構的現實演變過程所證實。根據世界上不同地區工業化發展對礦產資源投入大規模開發的先后，區域工業化發展不同階段的礦產資源消費結構大體上劃分為三大基本類型，每一種類型都有各自的主導礦種。具體類型劃分及代表金屬與能源礦種為：①傳統類型-主導礦種有煤、鐵、銅、鉛、錫等礦種；②現代類型-主導礦種有石油及天然氣、鋁、鉻、錳、鎳、釩等礦種；③新型類型-主導礦種有鈾、鈷、鍺、鉑、稀土元素以及鈦等礦種。由此形成了傳統礦產資源系統、現代礦產資源系統和新型礦產資源系統在社會經濟發展時間維度上的依次疊瓦狀更替與演進規律(見圖3)。

由區域礦產資源系統特征尺度及其臨界演進規律可知，區域礦產資源的可持續發展存在著兩種時間尺度上的含義。一種是某一特定礦產資源結構基礎上，在其系統特征尺度時間范圍內的可持續性；另一種是在更長的時間尺度上，建立在系統臨界點上及時科學的系統選擇與更替上的可持續性，礦產資源可持續利用的真正內涵是這兩種可持續性的綜合。因此，建立在上述礦產資源可持續利用內涵基礎上，研究區域未來一定時期礦產資源消費需求的發展變化趨勢，以及由此來規劃和確定本地區礦產資源開發利用的戰略和對策，必須首先準確判斷地區所處的系統特征狀態，是處于某一系統特征尺度內的緩慢演進狀態，還是處于系統發展演化的臨界狀態，才能對未來本地區礦產資源消費需求態勢做出一個較為準確的分析和判斷，從而確定不同的戰略規劃和對策，即礦產資源系統特征尺度內的精益戰略選擇和礦產資源系統的臨界戰略選擇。

3 基于系統特征尺度的礦產資源開發利用精益戰略選擇

當礦產資源系統演化處于遠離臨界點的穩定狀態時，區域社會經濟發展的礦產資源需求處于某一特定資源需求結構基礎上相對緩慢的量變過程。此時，如果從區域礦產資源系統特征時間尺度內某一時間點截面來觀察系統運行特征，區域礦產資源系統是地區空間范圍內，礦產資源勘查、開發、加工、利用等環節和過程構成的復雜大系統。按照其各組成部分的功能差異，又可進一步劃分為礦產資源勘查、礦產資源采選、礦產資源加工和礦產資源利用四個次一級的子系統，這四個子系統之間表現為相互影響、相互制約的作用關系(見圖4)。一方面，四個子系統相互依從，沒有前一個環節的作用，后一個環節將無法進行。隨著礦產資源勘查、采選、加工和利用的不斷深入，前一個環節構成了后一個環節的前提和基礎。區域礦產資源的現實可供量，是由其中最薄弱環節上的生產能力和水平決定的；另一方面，后一環節對前面的環節具有很強的反作用。如果后一環節的資源利用不合理，會造成資源浪費，加重以前環節的工作強度。正是區域礦產資源系統各環節的相互作用和相互影響，構成了整個區域礦產資源系統的整體功能和本質特征。

由圖中可以看出，在系統時間尺度范圍內的任一時間點上，區域礦產資源系統均表現為相同的系統作用要素構成，不同的是，在不同的時間點上，即系統發展變化的不同階段，各個作用要素的作用強度存在著明顯的差異性。在系統運行的初始期和增長期，表現為區域經濟發展對本地區現有資源儲量的大量消耗，其它作用因素影響程度較小；當系統逐步進入成熟期和衰退期時，隨著產業結構的調整、資源加工深度的加大、資源勘查、開發、利用等環節的技術進步，表現為礦產資源系統開源要素(包括：發現新的礦產資源、開發替代資源、非資源的資源化、礦產品進口、國外資源的開發利用等)和節流要素(包括：提高資源的加工深度、提高礦產資源的采選回收率、礦產資源的循環利用、綜合利用礦產資源、降低單位產品的資源消耗等)作用強度的增大，實現了對地區原有資源儲量消耗強度的降低，從而構成了區域礦產資源系統的波狀運行特征。在這種情況下，要實現區域礦產資源的可持續利用，則必須保證系統輸入和輸出的動態平衡。根本的選擇在于以技術進步為標志的礦產資源開發利用過程精益戰略的選擇與實施。通過礦產資源系統勘查、采選、加工和利用各個環節的技術進步，增加資源的有效存量和提高資源的利用率［10］［11］，從提高礦產資源開源與節流各個要素的精益程度來保證一定時期內，系統的輸入應大于或至少等于系統的輸出。鑒于發展中國家和地區社會經濟發展的實際，由于充分借鑒了發達國家和地區的發展經驗和教訓，以及發達國家資金、技術、管理等要素的輸入，目前發展中國家和地區工業化發展的速度和步伐在明顯加快，礦產資源系統特征時間尺度明顯變短，使得礦產資源消費強度的曲線分布區間變窄，對礦產資源需求強度的增長速度明顯加快，表現為短期內對礦產資源消耗需求量的大幅度增長，使得一定時期內資源需求的增長速度遠遠大于系統自身的供應能力和區域生態環境的承載能力，導致地區經濟發展過程中的資源供應和生態環境壓力增大(如我國目前出現的資源與環境問題)。因此，必須加快產業結構調整，加快資源勘查、加工、利用各個環節的技術進步，全面實施礦產資源開發利用的精益戰略，切實提高礦產資源的開發利用效率和技術貢獻率，才能實現資源供應、經濟發展和環境保護的協調，實現區域礦產資源的可持續利用。

4 礦產資源系統演變狀態的臨界戰略選擇

礦產資源的可持續利用既包含系統特征尺度范圍內量變意義上的持續性，又包含不同資源消費結構系統演化質變意義上的持續性，是通過系統不斷量變和質變的循環往復演化過程來實現區域礦產資源的可持續性，而這一過程的另一關鍵點就在于系統遠離平衡態時臨界戰略的正確選擇。

礦產資源系統的臨界狀態和分叉點類型與控制參數密切相關。在構建礦產資源系統模型時，環境對系統的影響就表現為參數。礦產資源系統的環境發生變化(不同工業化發展階段地區產業結構對礦產資源的消費構成發生了變化)就導致控制參數發生變化。環境對礦產資源系統的非平衡約束能夠使隱藏在系統非線性特征之中的復雜動力學行為充分展現出來，使礦產資源系統遠離平衡態，出現臨界狀態和分叉行為。此時，對于礦產資源系統發展的戰略選擇來說，客觀上存在著三種類型的戰略選擇。第一類是新資源結構戰略，即機會型或可持續性戰略。這一戰略選擇隨著地區工業化進程的不斷發展，適時地實現了礦產資源構成結構的轉變，由傳統類型的資源結構轉移到現代類型的資源結構，再到新型類型的資源結構等，從而保證了地區社會經濟的可持續發展，也實現了礦產資源的可持續發展(見圖5)。如在人類社會發展過程中，能源消費不但在數量上不斷增加，而且在能源結構上也發生了變化，先后經歷了柴薪為主階段、煤炭為主階段、石油和天然氣為主階段，以及未來的核電為主階段、太陽能及風能為主階段等。能源系統結構的演變與更替，向人們展示了礦產資源可持續利用的現實遠景。第二類是混合資源結構戰略，即波動性分支戰略。本戰略選擇基于地區的資源基礎特征，采用了舊資源結構與部分新資源結構的結合，由于區域資源與經濟結構的不適應，造成經濟發展受到資源供應的制約，表現出區域經濟發展的資源代價增大。第三類是原有資源結構戰略，即危機型或不可持續性分支戰略。本戰略選擇往往過分地強調本地區原有的資源優勢，沒有及時地實現資源結構隨著產業結構的升級而轉換，基于特定類型資源自身的有限性和不可再生性，表現出地區礦產資源系統資源供應能力的不足。

5 結 論

區域礦產資源的可持續利用，其關鍵的問題在于“發展”，在于地區礦產資源系統的結構和內涵隨著社會經濟發展的要求和需要不斷地演變和更新。這一可持續發展過程依賴于系統特征尺度范圍內礦產資源供應和消費產業鏈運行中以技術進步為特征的精益戰略選擇和實施?？赏ㄟ^礦產資源系統勘查、采選、加工和利用各個環節的技術進步，增加資源的有效存量和提高資源的利用率，從提高礦產資源開源與節流各個要素的精益程度來保證一定時期內，系統的輸入應大于或至少等于系統的輸出。這一可持續發展過程還取決于礦產資源系統演化更替過程中臨界戰略的及時選擇與正確實現。礦產資源系統的臨界狀態和分叉點類型與控制參數密切相關，對于礦產資源系統發展的戰略選擇來說，客觀上存在著三種類型：第一類是新資源結構戰略，是機會型或可持續性戰略；第二類是混合資源結構戰略，是波動性分支戰略；第三類是原有資源結構戰略，是危機型或不可持續性分支戰略。當前我國面臨的資源短缺和環境污染問題，根本的原因不是資源的供應能力不足，而是產業技術落后及資源低水平利用造成的需求壓力和環境負荷?，F實的解決途徑是加快產業結構調整，提高資源開發利用的技術進步。因此，實現區域礦產資源可持續利用的根本途徑在于適應社會經濟發展需求條件下精益戰略選擇和臨界戰略選擇的循環往復和有機結合?？v向上實現資源供應與社會經濟發展的需求相適應，橫向上滿足礦產資源開發和利用不突破生態環境的承載水平，并隨著工業化發展的進程要求，及時地完成資源結構的更替與變遷，從而實現礦產資源的可持續利用和資源、環境、經濟的協調發展。

(編輯：李 琪)

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