物质流分析方法及应用研究综述

王天天，卢笛音，曹雅

（1.湖北文理学院，湖北襄阳441053；2.中国-东盟环境保护合作中心，北京100035；3.中华全国供销合作总社天津再生资源研究所，天津300191）

物质流分析方法及应用研究综述

王天天1，卢笛音2，曹雅3

（1.湖北文理学院，湖北襄阳441053；2.中国-东盟环境保护合作中心，北京100035；3.中华全国供销合作总社天津再生资源研究所，天津300191）

作为循环经济发展中资源、废弃物和环境管理的重要决策支持工具，物质流在方法学上为循环经济的评价与研究提供了思路和研究方法。根据物质流分析方法的特点，通过对国家层面物质流分析、区域层面物质流分析及产业部门物质流分析的研究进展及应用情况进行综述，进一步提出了当前循环发展过程中物质流分析方法应用的建议。

物质流分析循环经济产业共生

在我国经济社会发展过程中，过去粗放型的经济增长方式给资源环境带来了严重压力，要实现经济社会的可持续发展，必须转变传统的经济发展方式，建立符合生态文明要求的空间布局、产业结构、生产方式和消费模式。推进绿色、循环、低碳发展是我国生态文明建设的基本途径和方式。循环经济作为绿色发展的重要途径，是我国破解资源环境压力，转变经济发展方式，调整产业结构，推进生态文明建设的必由之路[1]。全面了解和认识物质流分析方法及其运用，对于循环经济发展具有重要的意义。

1 物质流分析方法特点

区别于传统经济理论，循环经济的发展不仅考虑价值循环，同时也考虑经济系统与环境系统之间的物质循环，该“物质循环”是在“经济”前提下的循环，因此开展循环经济物质流动特征与流动规律研究，对于实现可持续发展具有重要的理论与现实意义[2]。在循环经济发展过程中，通过开展物质流分析，基于物质流分析指标体系及评价模型可对循环经济进行量化研究，进而正确测评循环经济发展状况，从而服务于区域循环经济发展与管理政策的制定[3]。

作为研究经济生产活动中物质资源新陈代谢的一种基本方法，物质流分析的思想萌发于一百多年前，而这个概念则在20世纪不同年代，相继应用于多个不同的研究领域之中[4]。例如在20世纪30年代，经济学家Leontief提出了输入-输出平衡表，提出投入产出分析方法[5]；在20世纪80年代后期，随着环境学科的兴起，人们逐渐认识到经济活动中的物质流动与自然环境之间存在紧密联系，经济系统中的物质流动和生态系统中的物质流动方式相类似,并且由于环境-经济系统的复杂性，仅通过建立模型对其进行分析获得其变化的机理和结果较为困难[6]。

物质流分析方法借助于投入-产出平衡表分析的基本原理，对进入和输出经济系统的物质总量进行分析，以研究系统物质流动状况，通过环境压力和可持续发展程度等简洁的示踪指标来体现系统运行情况[7]。物质流指标采用简单的物理量为单位，弥补了货币单位难以对不同地区和不同时期进行可持续性程度比较的缺陷，建立科学的可持续性度量[8]。

1969年，Ayres等建立了物质流分析的雏形，特别指出了应当注意低价值物质对经济系统的影响[9]。1974年，Kneese等在物料平衡核算的基础上对经济系统中的物质流进行研究，认为要削减废物产生量必须减少物质输入量[10]。自从20世纪90年代，物质流分析的重点由侧重于探究特定元素转向到了考察整个经济系统的总的物质通量[11]。1998年德国Wuppertal研究所（Wuppertal Institute）提出物质流账户体系（Material Flow Accounts,MFA）作为基本工具定量测度经济系统运行中物质使用量，同时提出生态包袱（EcologicalRucksacks，ER）的概念，即后来研究中的隐藏流(Hidden Flow，HF）[12]。Baccini等人核算了瑞士圣加仑市包括交通、饮食等多个主要行业活动在内的物质流情况[13]；Hendirks·C等人对瑞士和维也纳的物质流进行了核算，指出物质流分析既可用于早期识别资源利用中效率问题，同时也有助于决策者制定有效的环境管理政策[14]。

因此，物质流分析能够从实物的质量出发，通过物质追踪过程，获得物质在一定边界内的流动特征和转化效率，找出在可持续发展过程中对环境产生影响的重要因素[15]。参考物质流分析的结果，可以为循环经济建设政策的指定、实施过程及对循环经济进行评价。

2 物质流分析方法研究与应用概述

物质流分析是一种广泛使用的标准化方法，用于核算一个系统的物质投入产出以及评估物质流动过程所伴随的环境影响。随着对物质流分析研究的深入，其在应用研究方面也不断发展，主要表现为国家、区域和产业部门3个层面。

2.1 国家层面物质流分析

从20世纪90年代初开始，国家层面宏观物质流分析开始在一些发达国家兴起。1995年，德国联邦统计局完成了世界上第一个国家层面上的全面、完整的经济系统物质流分析工作[16]。2001年,欧盟统计局（Eurostat）第一次完成了经济物流核算的标准化工作，并研究出版了可用于国家层面经济系统物质流分析的研究方法手册[17]。2004年,Paul H·B与Helmut R合作编写了《物质流分析实用手册》，进一步系统地介绍了物质流分析方法内涵、发展历程、应用范围以及研究目标，并且详细阐述了物质流分析软件应用和数据库管理的具体操作方法，同时还列举了很多物质流分析与管理应用于生态环境保护、资源与废弃物管理的典型案例。之后英国、法国、意大利、芬兰、瑞典、捷克、澳大利亚和丹麦等都已经对本国经济系统进行了完整的物质流分析。此外，受益于欧洲等地区科研影响及资助，巴西、委内瑞拉和玻利维亚等南美国家的物质流分析结果已经面世。越来越多发展中国家的国家经济系统物质流分析也正在进行当中。

紧随发达国家的脚步，我国学者从21世纪初开始了对本国国家层面物质流的分析研究工作。陈效逑等通过物质流方法分析了1989—1996年间我国经济系统的物质输入，数据显示，1994年我国人均国内物资需求量是日本的1.5倍，荷兰的1.1倍，我国经济系统的运行很大程度上依赖于资源的消耗；当年我国单位物质消耗量所创造的GNP仅为发达国家的2%～6%，资源利用效率较低。2001年，陈效逑等人对1990—1996年输入输出数据的研究进一步发现：随着社会经济的发展，我国的物质总需求（TMR）、直接物质投入量（DMI）和物质消耗强度呈稳定增长趋势，资源高消耗和利用效率低的问题依然存在[6]。2005年，刘敬智等以德国Wuppertal研究所提出的物质流账户系统为基础，对1990—2002年我国经济系统的直接物质投入进行了核算，通过国际比较和分析后同样发现了中国经济发展过于依赖资源消耗，单位直接物质投入创造的GDP过低的问题[18]。刘滨指出物质流分析方法可以成为分析和评价我国经济系统中资源投入产出和使用效率的重要手段，在此基础上进一步提出我国循环经济发展的研究和评价过程中的主要指标[19]。周宏春等人计算了1994年和2000年我国的物质输入量，结果显示，中国的物质总需求已经超过了美国,尽管我国人均物质需求量远低于发达国家，2000年中国消耗各种资源总量约为77亿t，资源生产率仅为0.135美元GDP/kg，是发达工业国家的10%[20]。

2.2 区域层面物质流分析

在区域层面物质流分析中，国际上应用MFA方法的第一个里程碑是由欧盟资助的 ConAccount（Bringezuetal.,1997；Kleijnetal.,1999）。之后世界资源学会（WRI）指导的国际合作项目对4个工业化国家进行了材料投入分析，并进行了资源投入的界定（Adriaanseetal.,1997）。Mattewestal等在材料输出研究中引入了排放指标。世界上首次完成经济物质核算的标准化工作组织MFA国际工作组出版发行了标准化方法。欧盟国家两次共同合作编制了物流平衡表，并将研究成果进行整理出版《物资流动》（1997）和《国家重量》（2000）。

Newcombe等[21]与Boyden等[22]对19世纪70年代香港的城市代谢情况进行了研究，Warren-Rhodes等在此研究基础之上，对同一时期内香港城市代谢的主要变化情况进行了研究，结果表明主要资源消耗指标，如人均粮食、水和物质消耗分别增长了20%，40%和149%，而相关环境影响物的指标，如废气、二氧化碳、市政垃圾及污水的排放量分别增长了30%，250%，245%和153%[23]。Simon Jit Singh等[24]开展了印度岛的物质流分析发现，岛上人均直接物质输入量为6．2 t，人均国内物质消费量为3．8 t，基础设施存量增长率为10%[25]。Sahely Halla R等研究了从1987—1999年，加拿大多伦多地区的城市代谢情况，发现该地区物质输入增加速度远高于输出增加速度[26]。Schulz对新加坡1962—2003年的物质流变化情况进行了研究，发现该地区内部物质消费量的增长速度是GDP的两倍[27]。Samuel Niza基于多层次统计数据建立了城市物质流分析方法框架，并且以此核算了2004年里斯本物质流输入输出情况[28]。

我国现有的区域层面MFA研究大多基于欧盟的导则框架。例如2004年，徐一剑等以该框架为基础，将区域物质流分析与贵阳市实际情况相结合，结合地区区域特征在原有的方法基础之上作了必要改动，对2000年贵阳的整体物质流平衡和1978—2002年城市资源的投入，污染物排放的总量、强度、结构及人均规模变化趋势进行了分析[29]。2006—2007年，黄和平[30]、刘伟[31]、黄晓芬[32]、王军[33]等学者以欧盟导则为基础分别对常州市武进区、天津市、上海市、青岛市城阳区等地开展了物质流分析研究。2008年，结合对城市数据统计资料的分析，石磊等在城市物质投入产出核算中引入物质流分析，建立了基于统计数据和特定元素分析结果的城市物质流分析框架和测算方法体系，并通过该方法对邯郸市1993—2005年物质流进行了分析[34]，对城市现有统计体系的数据进行了探讨。

2.3 产业部门物质流分析

产业生态强调物质流和能流的可持续性，而企业间的物质交换是构成产业共生的基石。因此，将物质流分析应用到产业共生中有其合理性和必要性，然而目前学术界，特别是在中国，相关的尝试还比较少。现有的此类研究主要关注原料的循环利用效率、废物管理以及生态效益。Wernick提出了原生材料指数和循环率，分别计算总原料投入中原生材料所占比例和消耗的循环物料所占总消耗的比例[35]。Cristina Sendra等在MFA指标的基础上，添加了水和能源指标，建立其评价产业集聚区物质与能源利用效率的指标体系，并对加泰罗尼亚地区某生态园区进行研究，并可用于衡量企业的物质利用效率[36]。Patsarporn等利用MFA分析方法研究了泰国废物管理体系，追踪了废物从产生到处置的整个过程，研究发现，泰国2002—2004年产生废物的83.6%被循环和重复利用[37]。Ariana Bain等利用物质流分析方法对印度mysore地区某工业区产业共生集聚体废物的产生、循环和再利用进行了量化研究。作者认为产业共生体系中废物再利用主要有3种方式：（1）产废企业内部循环；（2）供应给其他企业直接利用；（3）流通到非正式回收市场。研究表明该工业区每年产生的固废中99.5%被重复利用，其中81%为该共生体主导企业的内部循环，18%输送给产业集聚区20 km范围以内的企业或机构利用[38]。

国内的相关研究有：张艳秋利用物质流分析工具，研究了金昌市社会经济活动中资源使用状况，在此基础上提出了城市工业的发展方向[39]。石 等在生态工业园区层面开展了工业区内的企业及其构成的工业共生网络的物质核算和研究，并通过部门间实物型投入产出表改进了该尺度MFA的核算方法,构建了EIPs-MFA模型及指标体系[40]。

3 结论及建议

通过分析现有的国内外研究可以发现：大多数物质流分析都是研究地区或国家尺度上的物质代谢，将分析对象当作黑箱系统处理，重点关注系统边界上的总体投入与产出数据，而忽略物质在系统内部的流动路径和特点，无法了解系统内部各个成员的特征和贡献度，以及它们之间的相互关联度，分析结果不能为提出进一步优化系统服务。

传统的物质流分析缺乏量化环境与经济效益的指标，不能反映环境与经济的联系，分析结果不易引起重视或难以为决策服务。为了进一步实现物质流分析技术应用到产业共生实践之中，更好地服务于循环经济发展，可着重注意以下几点。

（1）一般而言，物质流分析重点关注外界与目标系统进行物质交换的种类与数量，即物质输入端和输出端的情况。这种分析方法把目标系统视为“黑箱”，忽略了物质在系统内部的流动情况。可是对于微观的产业共生系统来说，如果只研究系统边界上的物料进出，不关心系统成员之间的合作关系，是无法了解共生系统运行机理、效率和潜力，也无法得到有意义的分析结果为决策服务。这样就失去了对产业共生进行研究的意义。因此，利用物质流分析方法研究产业共生系统就需要把“黑箱”打开，捋顺物料衔接脉络，研究资源综合利用情况，分析环境与经济效益。在此基础上建立分析框架与指标体系。

（2）产业生态系统要求物质流和能流的可持续性，而企业间的物质交换是构成产业共生的基石。因此，将物质流分析应用到产业共生中有其合理性和必要性。然而目前学术界，特别是在中国，建立起物质流分析与产业共生联系，特别是定量分析共生体系经济环境效益的相关尝试非常少。无论是物质流分析还是产业共生效率研究，国内外的评价指标体系的研究很多。在已有研究的基础之上，应具体分析物质流应用于产业共生层次上的有效性与不足之处，并结合产业共生体系的特点，根据分析目标、原则和标准，本着简便、易行、突出重点的原则，吸收并优化物质流分析中关联性较大的指标，同时剔除弱相关或无关指标，然后建立产业共生体系分析框架与指标体系。

（3）产业共生作为循环经济发展的重要模式，有多种类型、多种结构、多种组织方式，涉及到多种不同产业类别。共生体系或大或小，或简单或复杂，在应用物质流分析的过程中应该根据产业共生体系特点确定科学的确定研究的时空界限以，同时应该根据产业共生体系特点选择性确定关键物质流，即生产过程中消耗的主要资源种类，包括能源、矿产、水等重要资源，同时为了进一步降低环境影响，减少废弃物产生和排放，加强废弃物综合利用，应加强关注废弃物的流动情况及危险废物、有毒有害物质和污染物的排放情况。

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A review ofmaterial flow analysismethods and application

WANG Tiantian1,LU Diyin2,CAO Ya3
（1.HubeiUniversity of Arts and Science,Xiangyang,441053,China; 2.China-ASEAN Environmental Cooperation Center,Beijing,100035,China; 3.Tianjin Recyclable Resources Institute,All China Federation of Supply and Marketing Cooperatives,Tianjin 300191,China）

M aterial flow analysis provides a m ethodological decision support tool for resource,w aste and environm entalm anagem ent,and also provides ideas and m ethods for the evaluation and research of circular econom y. Based on the characteristics of m aterial flow analysis m ethod,this paper com prehensively introduces the research progress and app lication of the m aterial flow analysis m ethod through the analysis of m aterial flow analysis at the national level,the m aterial flow analysis at the regional level and the m aterial flow analysis in the industrial sector,and puts forw ard the current application recomm endations ofm aterial flow analysism ethod.

m aterial flow analysis;circular econom y;industry sym biosis

F062.2；X196

A

1674-0912（2017）08-0009-04

2017－06－05）

王天天（1988-），女，博士，讲师，研究方向：生态文明、循环发展。