基于物质流分析的山东省资源利用压力动态评价

季小妹,石峰,周艾文,范琳

(1.齐鲁工业大学(山东省科学院)，山东省科技发展战略研究所，山东省科技创新软科学研究基地，山东省科学院科学决策支持重点实验室，山东 济南 250014； 2. 青岛科技大学环境与安全工程学院,山东 青岛 266042)

资源利用压力与效率是衡量资源利用可持续程度的重要指标，压力表示在区域资源承载力范围内不同层次经济系统所消耗的生物资源、非生物资源、水、气体等对资源系统的压力大小；效率指单位物质消耗所创造的经济产出[1]。物质流分析(material flow analysis)作为定量评价资源利用量的基本工具[2]，能够有效而便捷地表征区域资源利用状况[3]。当前物质流研究侧重于资源利用效率的分析[4]，强调资源利用与经济产出之间的相关性[5-8]，忽视了资源利用总量、结构与增长的压力动态研究。

总体上国内对资源利用压力的研究成果数量较少，主要集中于对水资源压力的研究。例如，刘玉龙等[9]用人口数量、水资源数量、水环境、水资源技术、用水效益压力等指标表示水资源压力，构建压力指标体系。路宁等[10]分析了城市水资源利用压力指标与人均GDP 之间存在EKC 倒U 型曲线的基本特征，采用各城市水资源压力、人均废污水排放量与相应中国平均值的比值之和作为水资源利用压力指标。

当前山东省粗放型经济发展方式并未根本改变，资源利用效率不高，人均资源不足，后备资源匮乏，资源可持续利用压力较大，深度挖掘全省的资源利用压力特征具有重要的实践指导意义。本文借用物理学概念，从压力角度衡量山东省资源利用可持续状况，可以针对区域资源利用本身，科学分析其总量、结构、增长等主要特征的变化，剥离资源利用效率的相对性，而强调绝对性。该研究可以丰富、完善资源利用评价指标体系内容，避免资源利用效率评价中经济指标选取的不科学、不全面所带来的研究结果偏差，为资源利用管理与调控提供更加有效的数据支撑。

1 研究方法

1.1 方法概述

借鉴相关文献[4-10]方法，以物质流分析框架为基础，首先建立山东省资源利用系统的物质输入、物质输出、物质消耗数据库，然后从总量、结构与增长三个维度测算2005—2014年山东省资源利用的压力变化，并分别构建综合压力模型，从物质流角度探讨压力变化的综合特征。其中，资源利用压力评价的关键在于压力标准的确定，本研究考虑数据的可比性和一致性，以指标在研究时段内的高低变化为基础，若指标数值越大，压力越大，则选取指标在研究时段内的最低值为标准；反之，选取最高值为标准。

1.2 物质流分析数据收集与处理

为进行山东省2005—2014年经济系统层面物质流分析，收集数据范围与来源详见表1。

表1 山东省2005 —2014年物质流分析数据来源及处理Table 1 Data source and processing of material flow analysis from 2005 to 2014 in Shandong province

注：《山东冶金统计年鉴》(2014)为山东省金属学会内部收集整理资料。

1.3 研究过程

(1)总量压力评价：分别选取直接物质输入(DMI)、直接物质输出(DMO)、区域内物质消耗(TMC)指标综合反映山东省经济系统在物质输入、物质输出、物质消耗方面的总量，计算公式为：

直接物质输入量(DMI)=区域内物质开采量(DME)+物质进口量(I)；

直接物质输出量(DMO)=区域内物质输出量(DO)+出口(E)；

物质消耗总量(IMC)=物质需求总量(TMR)-出口及其隐藏流(EHF)；

物质需求总量(TMR)=直接物质投入量(DMI)+区域内隐藏流量(DHF)+进口物质隐藏流量 (IHF)。

确定压力标准时，考虑指标数值越小，对环境的影响程度越小，压力也越小，因而选取2005—2014年各指标的最低值(Xmin)作为压力标准，按下列公式计算某一年份总量压力(S)。

(1)

其中，i为第i项指标，n为总的指标数目。

(2)结构压力评价：采用一次能源、主要金属矿物、主要非金属矿物等对环境影响程度较高的物质百分比之和作为物质输入压力系数(FI)，物质输出中采用废水、废气、固体废物排放以及农药化肥的流失等物质百分比之和作为物质输出压力系数(FO)，二者平均值作为结构压力系数F。公式如下：

F=(FI+FO)/2。

(2)

(3)增长压力评价：采用当年资源生产力(MP，单位物质消耗所创造的经济产出)增长率gi1与增速最高值gmax的差值的绝对值和弹性指数gi2(单位经济增长所引发的物质消耗增长)两项指标构成，g1、g2分别表示效率增长压力和物质消耗增长压力，数值越大，压力也越大。

(3)

(4)综合压力评价：将上述三方面评价结果加权平均。

C= (S+F+G)/3。

(4)

2 资源利用压力评价结果

2.1 总量压力

表2显示出山东省资源利用总量压力S呈现快速上升趋势，2014年相对于2005年平均增长率为13.5%。S逐年增速呈现波动增长、“两高一低”的特征，2005—2008、2008—2011和2011—2014分别为3个波段，每个波段逐年增速均表现出先增高后降低的特征，并且第二个波段增速要明显偏低(图1)。表明2005—2014年间，山东省资源的利用总量尽管总体不断上升，但不同年份上升的速度有所不同，受各年份国内外经济形势影响，2008—2011年为资源利用压力的低值区，但这一低值区并非资源利用效率提升的结果，而主要受该时期金融风波影响，经济处于低谷期，资源利用量增速趋于下降。

表2 山东省2005—2014年资源利用总量压力变化Table 2 The total pressure change of resource utilization from 2005 to 2014 in Shandong province

续表2

年份总量/万吨DMIDMOTMC总量压力系数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：因水量消耗较大，会对其他资源的输入产生影响，因此均不统计水输入量。

图1 山东省2005—2014年资源利用总量压力及增速变化Fig.1 The total pressure of resource utilization and its growth change from 2005 to 2014 in Shandong province

2.2 结构压力

物质流分析中，输入、输出物质的类型不同，对环境的影响程度也不同。表3显示结构压力系数呈现出与总量压力相反的特征，除2008年和2009年该值升高以外，其他年份呈现递减趋势，物质输入结构以一次能源消费量的降低较为明显，物质输出结构中除废水中COD、氨氮排放量百分比上升以外，其他物质均表现出快速的下降趋势，2014年相对于2005年废气中烟尘与SO2排放量、CO2排放量、农药及化肥流失量、固体废物排放平均降速依次为5.7%、3.7% 、5.6%、 6.3%。但主要金属矿物铁、铜、铝的百分比仍然呈现快速的上升趋势，是资源利用结构调整的重点。

表3 山东省2005—2014年资源利用结构压力变化(%)Table 3 Formation pressure change of resource utilization from 2005 to 2014 in Shandong province(%)

注：增率为2014年相对于2005平均增长率。

2.3 增长压力

增长压力衡量山东省资源利用效率增长动力的高低，是表征未来发展潜力的重要指标。表4显示增长压力呈现振荡式上升趋势，2011年以前，增长压力不高，系数值在0.6左右浮动，表明这一时期全省资源利用效率的压力和弹性指数的压力在低位运行，全省资源利用处于向好态势；但2011年以后，这种状况发生改变，增长压力系数突然增高，2012年增长至1.41，是上一年的两倍有余，资源生产力增速明显降低，弹性指数明显增高，全省资源利用效率面临增长瓶颈。2012年以后增长压力指数以较快速度下降，资源利用增长压力趋于缓和。

表4 山东省2005—2014年资源利用增长压力变化Table 4 Growth pressure change of resource utilization from 2005 to 2014 in Shandong province

注：GDP统一换算成2005年可比值。因研究时段为2005—2014年，2005年相对于2014年的增长率数据缺少，这里未列出。

2.4 综合压力

山东省资源利用存在总量、结构和增长三重压力，通过趋势分析得到，总量压力保持上升态势，结构压力趋于缓慢下降趋势，而增长压力呈振荡上升态势。三者加权平均后发现，综合压力整体上缓慢上升，由2005年的0.46增长至2014年的1.08，年平均增长率为15%，2011年以后突然升高，资源利用压力指数加大，见图2。

图2 山东省2005—2014年资源利用综合压力变化Fig.2 Compound pressure change of resource utilization from 2005 to 2014 in Shandong province

3 资源利用压力变化的因素分析

为分析山东省资源利用压力变化与人口、经济、科技因素的相关性，探讨资源利用变化的动因，将资源利用综合压力(C)和山东省年末总人口数(P)、地区生产总值指数(IGDP)、R&D经费支出情况(E)分别做偏相关分析，结果如表5～6所示。C的变化与IGDP偏相关系数最高，高于与R&D经费支出E和总人口的偏相关性(partial correlation)，由此可知全省资源利用变化的主导因素仍然是经济因素，科技因素与资源利用压力的变化相关性已经高于人口因素，科技因素对于资源利用的作用逐渐加大。

表5 山东省2005—2014年资源利用综合压力变化的主要因素Table 2 Factors on compound pressure change of resource utilization from 2005 to 2014 in Shandong province

表6 C与P、I、E的相关性分析Table 6 The correlation analysis between C and P、I、E

注：相关性小于0.01，说明相关性水平极显著。

4 结论

山东省资源利用压力2005—2014年间表现出以下特征：(1)总量压力呈现快速上升趋势，且逐年增速呈现波动增长、“两高一低”的特征，2008—2011年为资源利用压力的低值区。(2)结构压力呈现出与总量压力相反的特征，总体递减，输入物质以一次能源消费量的降低较为明显，输出物质以固体废弃物和烟尘、SO2排放量降速突出。(3)增长压力呈现振荡式上升趋势，2011年以前系数值在0.6左右浮动，2011年以后系数值突然增高至1.4，资源生产力增速明显降低是主要原因。(4)综合压力整体缓慢上升，由2005年的0.46增长至2014年的1.08，年平均增长率为15%，环境影响程度加大。(5)经济因素对于全省资源利用综合压力的变化仍具有主导作用，科技因素、人口因素的作用次之，科技因素的作用在不断强化。

总体上，全省资源利用压力随着时间的变化而变化，速率呈现波动式增长，但压力增加是主要趋势，压力调控的重点在资源利用总量和增长动力上。资源利用压力受外部经济约束较大，二者存在正向变化关系。经济形势好资源利用压力就高，反之就低，这说明全省资源与经济之间存在紧密的相互联系，资源仍然是全省经济的发展要素，依靠资源消耗实现经济发展的模式仍待转变。

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