基于物質流分析的山東省資源利用壓力動態評價

季小妹,石峰,周艾文,范琳

(1.齊魯工業大學(山東省科學院)，山東省科技發展戰略研究所，山東省科技創新軟科學研究基地，山東省科學院科學決策支持重點實驗室，山東 濟南 250014； 2. 青島科技大學環境與安全工程學院,山東 青島 266042)

資源利用壓力與效率是衡量資源利用可持續程度的重要指標，壓力表示在區域資源承載力范圍內不同層次經濟系統所消耗的生物資源、非生物資源、水、氣體等對資源系統的壓力大??；效率指單位物質消耗所創造的經濟產出[1]。物質流分析(material flow analysis)作為定量評價資源利用量的基本工具[2]，能夠有效而便捷地表征區域資源利用狀況[3]。當前物質流研究側重于資源利用效率的分析[4]，強調資源利用與經濟產出之間的相關性[5-8]，忽視了資源利用總量、結構與增長的壓力動態研究。

總體上國內對資源利用壓力的研究成果數量較少，主要集中于對水資源壓力的研究。例如，劉玉龍等[9]用人口數量、水資源數量、水環境、水資源技術、用水效益壓力等指標表示水資源壓力，構建壓力指標體系。路寧等[10]分析了城市水資源利用壓力指標與人均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中國平均值的比值之和作為水資源利用壓力指標。

當前山東省粗放型經濟發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踐指導意義。本文借用物理學概念，從壓力角度衡量山東省資源利用可持續狀況，可以針對區域資源利用本身，科學分析其總量、結構、增長等主要特征的變化，剝離資源利用效率的相對性，而強調絕對性。該研究可以豐富、完善資源利用評價指標體系內容，避免資源利用效率評價中經濟指標選取的不科學、不全面所帶來的研究結果偏差，為資源利用管理與調控提供更加有效的數據支撐。

1 研究方法

1.1 方法概述

借鑒相關文獻[4-10]方法，以物質流分析框架為基礎，首先建立山東省資源利用系統的物質輸入、物質輸出、物質消耗數據庫，然后從總量、結構與增長三個維度測算2005—2014年山東省資源利用的壓力變化，并分別構建綜合壓力模型，從物質流角度探討壓力變化的綜合特征。其中，資源利用壓力評價的關鍵在于壓力標準的確定，本研究考慮數據的可比性和一致性，以指標在研究時段內的高低變化為基礎，若指標數值越大，壓力越大，則選取指標在研究時段內的最低值為標準；反之，選取最高值為標準。

1.2 物質流分析數據收集與處理

為進行山東省2005—2014年經濟系統層面物質流分析，收集數據范圍與來源詳見表1。

表1 山東省2005 —2014年物質流分析數據來源及處理Table 1 Data source and processing of material flow analysis from 2005 to 2014 in Shandong province

注：《山東冶金統計年鑒》(2014)為山東省金屬學會內部收集整理資料。

1.3 研究過程

(1)總量壓力評價：分別選取直接物質輸入(DMI)、直接物質輸出(DMO)、區域內物質消耗(TMC)指標綜合反映山東省經濟系統在物質輸入、物質輸出、物質消耗方面的總量，計算公式為：

直接物質輸入量(DMI)=區域內物質開采量(DME)+物質進口量(I)；

直接物質輸出量(DMO)=區域內物質輸出量(DO)+出口(E)；

物質消耗總量(IMC)=物質需求總量(TMR)-出口及其隱藏流(EHF)；

物質需求總量(TMR)=直接物質投入量(DMI)+區域內隱藏流量(DHF)+進口物質隱藏流量 (IHF)。

確定壓力標準時，考慮指標數值越小，對環境的影響程度越小，壓力也越小，因而選取2005—2014年各指標的最低值(Xmin)作為壓力標準，按下列公式計算某一年份總量壓力(S)。

(1)

其中，i為第i項指標，n為總的指標數目。

(2)結構壓力評價：采用一次能源、主要金屬礦物、主要非金屬礦物等對環境影響程度較高的物質百分比之和作為物質輸入壓力系數(FI)，物質輸出中采用廢水、廢氣、固體廢物排放以及農藥化肥的流失等物質百分比之和作為物質輸出壓力系數(FO)，二者平均值作為結構壓力系數F。公式如下：

F=(FI+FO)/2。

(2)

(3)增長壓力評價：采用當年資源生產力(MP，單位物質消耗所創造的經濟產出)增長率gi1與增速最高值gmax的差值的絕對值和彈性指數gi2(單位經濟增長所引發的物質消耗增長)兩項指標構成，g1、g2分別表示效率增長壓力和物質消耗增長壓力，數值越大，壓力也越大。

(3)

(4)綜合壓力評價：將上述三方面評價結果加權平均。

C= (S+F+G)/3。

(4)

2 資源利用壓力評價結果

2.1 總量壓力

表2顯示出山東省資源利用總量壓力S呈現快速上升趨勢，2014年相對于2005年平均增長率為13.5%。S逐年增速呈現波動增長、“兩高一低”的特征，2005—2008、2008—2011和2011—2014分別為3個波段，每個波段逐年增速均表現出先增高后降低的特征，并且第二個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，受各年份國內外經濟形勢影響，2008—2011年為資源利用壓力的低值區，但這一低值區并非資源利用效率提升的結果，而主要受該時期金融風波影響，經濟處于低谷期，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

續表2

年份總量/萬噸DMIDMOTMC總量壓力系數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，會對其他資源的輸入產生影響，因此均不統計水輸入量。

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 結構壓力

物質流分析中，輸入、輸出物質的類型不同，對環境的影響程度也不同。表3顯示結構壓力系數呈現出與總量壓力相反的特征，除2008年和2009年該值升高以外，其他年份呈現遞減趨勢，物質輸入結構以一次能源消費量的降低較為明顯，物質輸出結構中除廢水中COD、氨氮排放量百分比上升以外，其他物質均表現出快速的下降趨勢，2014年相對于2005年廢氣中煙塵與SO2排放量、CO2排放量、農藥及化肥流失量、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快速的上升趨勢，是資源利用結構調整的重點。

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

注：增率為2014年相對于2005平均增長率。

2.3 增長壓力

增長壓力衡量山東省資源利用效率增長動力的高低，是表征未來發展潛力的重要指標。表4顯示增長壓力呈現振蕩式上升趨勢，2011年以前，增長壓力不高，系數值在0.6左右浮動，表明這一時期全省資源利用效率的壓力和彈性指數的壓力在低位運行，全省資源利用處于向好態勢；但2011年以后，這種狀況發生改變，增長壓力系數突然增高，2012年增長至1.41，是上一年的兩倍有余，資源生產力增速明顯降低，彈性指數明顯增高，全省資源利用效率面臨增長瓶頸。2012年以后增長壓力指數以較快速度下降，資源利用增長壓力趨于緩和。

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

注：GDP統一換算成2005年可比值。因研究時段為2005—2014年，2005年相對于2014年的增長率數據缺少，這里未列出。

2.4 綜合壓力

山東省資源利用存在總量、結構和增長三重壓力，通過趨勢分析得到，總量壓力保持上升態勢，結構壓力趨于緩慢下降趨勢，而增長壓力呈振蕩上升態勢。三者加權平均后發現，綜合壓力整體上緩慢上升，由2005年的0.46增長至2014年的1.08，年平均增長率為15%，2011年以后突然升高，資源利用壓力指數加大，見圖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、經濟、科技因素的相關性，探討資源利用變化的動因，將資源利用綜合壓力(C)和山東省年末總人口數(P)、地區生產總值指數(IGDP)、R&D經費支出情況(E)分別做偏相關分析，結果如表5～6所示。C的變化與IGDP偏相關系數最高，高于與R&D經費支出E和總人口的偏相關性(partial correlation)，由此可知全省資源利用變化的主導因素仍然是經濟因素，科技因素與資源利用壓力的變化相關性已經高于人口因素，科技因素對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的相關性分析Table 6 The correlation analysis between C and P、I、E

注：相關性小于0.01，說明相關性水平極顯著。

4 結論

山東省資源利用壓力2005—2014年間表現出以下特征：(1)總量壓力呈現快速上升趨勢，且逐年增速呈現波動增長、“兩高一低”的特征，2008—2011年為資源利用壓力的低值區。(2)結構壓力呈現出與總量壓力相反的特征，總體遞減，輸入物質以一次能源消費量的降低較為明顯，輸出物質以固體廢棄物和煙塵、SO2排放量降速突出。(3)增長壓力呈現振蕩式上升趨勢，2011年以前系數值在0.6左右浮動，2011年以后系數值突然增高至1.4，資源生產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增長至2014年的1.08，年平均增長率為15%，環境影響程度加大。(5)經濟因素對于全省資源利用綜合壓力的變化仍具有主導作用，科技因素、人口因素的作用次之，科技因素的作用在不斷強化。

總體上，全省資源利用壓力隨著時間的變化而變化，速率呈現波動式增長，但壓力增加是主要趨勢，壓力調控的重點在資源利用總量和增長動力上。資源利用壓力受外部經濟約束較大，二者存在正向變化關系。經濟形勢好資源利用壓力就高，反之就低，這說明全省資源與經濟之間存在緊密的相互聯系，資源仍然是全省經濟的發展要素，依靠資源消耗實現經濟發展的模式仍待轉變。

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