铁物质流研究综述

聂 莹,钟维琼，代 涛，李 丹

(1.北京师范大学经济与资源管理研究院新兴市场研究院，北京 100875；2.中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京 100037；3.中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心，北京 100037；4.中国地质大学(北京)，北京 100083)

铁物质流研究综述

聂 莹1,钟维琼2,3，代 涛2,3，李 丹4

(1.北京师范大学经济与资源管理研究院新兴市场研究院，北京100875；2.中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京100037；3.中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心，北京100037；4.中国地质大学(北京)，北京100083)

近年来，将物质流分析方法运用于铁资源的研究大量涌现，本文从产业层面、国家层面和全球层面的铁元素物质流研究，以及将物质流方法与系统动力学模型和复杂网络模型等其他分析方法相结合的研究，这两个方面对目前的研究成果进行了梳理。研究发现：在产业层面或单个国家内部的铁物质流研究已经较为成熟，将来主要的创新点是与其他分析方法的结合；在跨区域或全球层面的铁物质流研究成果相对较少，与其他分析方法相结合的研究也不够深入，未来的研究可以在这方面取得较多创新成果；由于铁的最终产品种类繁多，对钢铁产业链终端产品的铁物质量进行识别和统计，并纳入铁资源全生命周期研究，也是铁物质流研究未来取得突破的方向之一。

铁资源；物质流；研究成果；钢铁产业

0 引 言

铁(Fe)是国民经济发展的基础性资源，广泛应用于建筑、桥梁、机械制造、车辆、生活用具等领域。对铁资源在国民经济的各领域以及各产业链的不同环节的存量和流量信息的掌握，对制定科学的行业规划和发展战略具有重要的保障作用。物质流分析方法为科学地研究资源在整个国民经济系统中的流动提供了新的视角和工具。物质流分析(Material Flow Analysis,MFA)以物质守恒为理论基础，是一种定量分析物质在给定时间和空间边界的系统内存量和流量变化，进而追踪物质在该系统中流动路径和规律的方法，如果将物质定义为某种元素，那么也可以称为元素流分析(Substance Flow Analysis,SFA)[1-2]。

近年来，将物质流分析方法运用于铁资源的研究大量涌现，本文从两个方面对这些研究成果进行梳理：一个方面是基于物质流方法的不同层面的铁元素物质流研究；另一个方面是将物质流方法与其他分析方法相结合的铁元素物质流研究成果。

1 不同层面的铁元素物质流研究

国内外学者使用物质流方法，对铁物质和钢铁行业进行了一系列研究，取得了一些成果。目前研究主要分为三个层面：产业层面、国家或地区层面、跨国家跨区域或全球层面。

1.1 产业层面

产业层面的铁物质流研究主要集中在钢铁行业内部的物质流分析，或是其他某一行业当中的铁物质流分析。例如Nakajima团队对日本近15年钢铁产业中涉及的各类金属元素，包括铝[3]、钼[4]、铟[5]、锌[6]、锰[7]、镍[8]、铬[8]等进行了一系列的物质流研究；同时，Nakajima团队也对汽车行业的铁物质流进行了分析[9]；Hu等对中国住宅建筑中的铁物质流进行了动态分析[10]；陆钟武团队对中国钢铁生产中铁物质流动进行了分析[11-14]；Dai对河北省钢铁产业进行了物质流分析[15]。这些研究成果很好地揭示了行业内部铁物质流的各个环节及其特点，为铁物质流全生命周期的框架提供了基础，为钢铁行业或其他行业进行资源优化和循环利用等提供了参考。

1.2 国家或地区层面

国家或地区层面的物质流研究主要是以国家或地区作为系统边界，进行物质的流量和存量分析。例如徐明等对中国经济系统中的整体物质流进行了建模和分析[16]，另外还对中国的化石燃料物质流情况进行了核算和分析[17]；陈伟强等对美国1900～2009年及中国1950～2009年的铝物质流进行了动态分析[18-19]；高天明等对中国的水泥物质流进行了研究[20]。

关于铁物质流的国家或地区层面的分析主要有从全生命周期的角度研究英国[21-22]、瑞士[23]、欧洲[24]，以及澳大利亚、巴西和印度[25]等国家的铁物质流。同时，Wang等对中国的铁物质流进行了全生命周期分析，并对历史状态和未来选择进行了讨论[26]；燕凌羽等研究了中国铁元素全生命周期中不同阶段的物质流动情况，并且将物质流与价值流相结合进行多角度分析，但是他们的研究没有考虑铁资源的进出口情况[27-28]；而Guo等则考虑了铁资源的库存、进出口和损失量，分析中国铁物质的生命周期特点[29]。这些研究将范围扩大至国家层面，其主要关注点为一个国家内部的铁物质流动特点，而不注重国家与国家之间，或是区域与区域之间的铁物质流动情况。

1.3 跨国家、跨区域及全球层面

随着物质流研究的发展，研究的系统范围也扩大至区域及全球层面，关注随着贸易活动而在国家之间产生的物质流动。目前研究主要从两个方面展开：一个是以某个国家为立足点，分析这个国家通过进出口贸易与其他国家之间的物质流动情况。例如Johnson等研究了美国进出口贸易中的金属物质流[30]；Munoz等研究了巴西、智利等拉美国家在进出口贸易中的原材料物质流[31]；Nakajima团队分析了日本进出口贸易中的金属物质流[32]；Schaffartzik等人揭示了奥地利进出口贸易中的原材料流动情况[33]。另一个是分析多个国家两两之间、区域之间或是全球所有国家之间的物质流动情况。国家之间或区域之间的研究包括，Munoz等在他们之前的研究基础上，进一步研究了巴西、智利等拉美国家以及美国相互之间贸易当中的物质流动情况[34]；Tendall等对欧洲的铀资源物质流进行了建模和情景分析[35]；Dong等对中国、日本和韩国这三个国家两两之间的物质流动进行了分析和刻画[36]。在全球层面上，Tong等展示了全球铜资源的物质流网络的结构[37]；刘刚等对全球铝资源的物质流动进行了刻画和分析[38]。

在铁物质流方面，Dittrich等对全球贸易当中的资源流动(包括铁资源和煤炭资源等)进行了核算和分析[39]；日本的Nakajima团队对全球贸易中的隐含铁元素在两两国家之间的流动进行了分析和计算[40]。这些研究有助于我们认识在区域或全球尺度上的物质流动情况，但是，前人的研究主要针对双边贸易，并没有对全球格局进行整体性的系统研究，因此所能揭示的整体流动格局有限。

2 物质流研究与其他分析方法的结合

2.1 与系统动力学方法相结合

物质流研究涉及的环节众多，流量和流向复杂，构成了一个复杂的动态系统。而系统动力学研究方法可以对复杂的动态系统进行建模，定量地分析物质流各环节的动态变化。将物质流研究与系统动力学方法相结合的研究成果主要有：Sverdrup等在物质流研究的基础上建立了铂族金属供应，市场价格，可提取量消耗，矿石品位，回收利用和库存使用的系统动力学模型[41]；Choi等利用动态物质流方法分析不同能源和技术开发情景下铟的供需情况，并结合系统动力学模型分析五十年内铟的库存和流量[42]；Sverdrup等使用系统动力学模型探讨了全球锂供应动态，市场价格和可用可提取量的持续时间[43]。

在铁物质流研究方面，黄宁宁等以物质流研究方法为基础，结合系统动力学方法对中国汽车行业钢铁物质流动态代谢机制进行了研究[44]；赵业清等基于区域钢铁产品生命周期体系结构和系统循环反馈关系创建了区域钢铁产品生命周期系统的动力学模型，动态地展示了整个区域钢铁产品生命周期中物质流随时间变化情况[45]。

2.2 与复杂网络分析方法相结合

近年来，源于物理学的复杂网络分析方法在学术界掀起了复杂系统研究的热潮，而国内外将复杂网络分析方法运用于国际贸易系统的研究也大量涌现。复杂网络方法可以将整体联系局部，分析全球范围内的资源流动格局[46-48]。建模方式通常是以国家为点，贸易关系为边，贸易流向作为边的方向，而贸易量作为边的权重。然后将复杂网络的基本分析指标运用于网络结构的研究[49-50]。

在铁的全球网络方面，已经有郝晓晴等不少学者对铁矿石国际贸易网络进行了结构分析[51-54],以及国家地位分析[55]等相关工作，并得到了许多基于复杂网络分析指标才能揭示的铁矿石国际贸易网络的新特点和格局演化规律。这些研究虽然只针对铁矿石这一种商品在全球的贸易流动进行研究，但也为铁元素物质流全球网络的建立和分析提供了研究基础。

目前，将物质流分析与复杂网络方法相结合的研究较少，已知的有Tong等在2007年进行了铜物质流全生命周期分析，并分析了网络的树型结构等，揭示了全球铜的流量和存量格局；刘刚等在2013年对全球铝物质流网络进行分析，并对铝产业链全生命周期不同环节的资源全球流量和流向进行了计算和分析，发现了在全球格局中起关键作用的国家以及铝资源循环利用的潜力。这些研究成果都是对全球物质流网络构建与分析的较好尝试，但是，他们的研究范围并没有在真正意义上做到全球，因为在模型中都只包含了50多个国家，同时也都偏重于物质流分析，而复杂网络分析指标和技术手段使用得并不深入。

3 总 结

经过近几十年的发展，铁物质流研究在产业层面、国家层面和全球层面都取得了丰富的成果，同时，将物质流研究方法与系统动力学模型和复杂网络模型等分析工具相结合的研究在近年来也取得了较好的进展。经过对这些研究成果的梳理和总结，本文得出以下结论。

在产业层面或单个国家内部的铁物质流研究已经较为成熟，将来主要的创新点是与其他分析方法的结合。例如，与系统动力学模型相结合分析产业内部或国家内部的铁物质流动，对未来铁物质的流量和存量进行预测，从而得到比单纯的物质流分析更进一步的研究成果。

在跨区域或全球层面的铁物质流研究成果相对较少，与其他分析方法相结合的研究也不够深入。利用国际贸易数据进行的铁物质流研究多为国家之间的双边贸易分析，基于复杂网络模型的全球铁物质流分析目前也偏重于流量分析，基于网络指标的全球格局分析并不深入，未来的研究可以在这方面取得较多创新成果。

另外，由于铁的最终产品种类繁多，进行识别和统计的工作量巨大，因此无论是在国家层面还是全球层面，大多数学者的研究对象都只涵盖从铁矿石到钢材这几个产业链中上游环节，包含了钢材之后的最终产品环节的全生命周期铁物质流研究成果较少。因此，对钢铁产业链终端产品的铁物质量进行识别和统计，并纳入铁资源全生命周期研究，也是铁物质流研究未来取得突破的方向之一。

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Summaryofstudiesonironmaterialflow

NIE Ying1,ZHONG Weiqiong2,3,DAI Tao2,3,LI Dan4

(1.Emerging Markets Institute, School of Economics and Resource Management,Beijing Normal University, Beijing100875,China;2.Ministry of Land and Resources Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Resource Assessment Institute of Mineral Resources,Chinese Academy Geological Sciences,Beijing100037,China;3.Research Center for Strategy of Global Mineral Resources,Chinese Academy Geological Sciences,Beijing100037,China;4.China University of Geosciences(Beijing),Beijing100083,China)

In recent years,the material flow analysis method has been applied to the study of iron resources.This paper studies the research results from two aspects:the industrial level,the national level and the global level;and the combination of material flow method and other research methods such as system dynamics model and complex network model.We found that the study of iron material flow at the industrial level or in a single country is already mature,and the main innovation in the future is the combination with other analytical methods.The research on iron material flow at the trans-regional or global level is relatively less,the research combined with other analytical methods is not deep enough,and future research can achieve more innovative achievements in this field.Because of the wide range of iron products,it is difficult to identify and statistics the final products in the industry chain,and introduce final products into the whole life cycle research of iron resources is also one of the future breakthrough direction.

iron resource;material flow analysis;research results;iron and steel industry

F407.32

A

1004-4051(2017)12-0123-05