矿产资源开发的物质流分析

[摘要]在界定矿产资源开发物质代谢含义的基础上，从复杂性、可控性、连续性、差异性等方面分析了矿产资源开发物质代谢的特征。认为开展矿产资源开发的物质流分析可以为矿产资源开发环境压力分析提供依据、为矿业循环经济的发展提供支持。从矿产资源开发物质流分析原则出发，提出了矿产资源开发物质流分析的方法、构建了矿产资源开发物质流分析的账户体系及指标体系。

[关键词]矿产资源；物质代谢；物质流分析；账户体系；指标体系

[中图分类号] F407.1［文献标识码］ Ａ

[文章编号] １６７３－０４６１（２００8）０1－００36－０4

河北省软科学研究项目：“面向可持续发展的河北省国土资源安全战略研究”（03457205）。

矿产资源开发环境压力产生的原因之一就是资源在开发利用中存在着大量物质交换，即存在着巨量社会代谢规模。矿产资源开发的物质流分析通过测度资源开发过程中输入、输出社会-经济系统的物质流和留存在系统的物质量，为定量分析矿产资源的开发活动对环境造成的压力提供基础。

一、基于物质代谢的矿产资源开发分析

1.物质流核算概念的形成

随着科技的进步和劳动生产率的提高，人类社会的经济规模不断扩张，社会代谢的规模也不断扩大。工业革命以后，人类社会的经济活动对自然环境的巨大扰动和破坏，导致人类赖以生存的环境所提供资源和服务功能下降，与之相伴随的出现了如资源短缺、环境污染以及生态系统功能退化等关乎人类生存的问题。[1]社会代谢问题的研究也不局限于从定性角度研究人类社会经济活动与自然生态环境的关系，而是设法从定量角度研究社会经济系统与自然生态系统之间的物质和能量交换，使得社会代谢规模与经济增长和环境状态之间的关系有一个量化的分析结果。物质流核算与分析（Material Flow Accounting and Analysis，MFA）就是在这一过程中产生的定量研究社会代谢规模及其构成的主要方法。[2]

2.矿产资源开发物质代谢含义

矿产资源开发的物质代谢是指在矿产资源开发过程中各类原材料资源、水、空气等物质在社会经济系统与自然环境之间所发生的输入、转化、输出以及循环运动过程的总称。矿产资源的物质代谢涉及社会经济系统及自然环境系统两部分。矿产资源开发的物质代谢起始于资源的开采及物质的投入，其中一部分物质和能量作为库存储存起来，这一过程中产生的各类废弃物排放到大气、陆地和水系统中。矿产资源开发的物质代谢是社会经济系统“吞吐”物质的一种状态，也说明了矿产资源开发过程中资源的利用效率和废弃物的排放强度。可从以下几个方面理解矿产资源开发物质代谢：

（1）矿产资源开发物质代谢是社会经济活动的重要形式。社会经济活动是由生产、交换、分配和消费构成的有机整体，矿产资源及其相关产品是各个环节运转的基础，即区域社会经济活动需要矿产资源的开发利用作为物质基础。矿产资源开发提供的各类化石燃料、金属矿产、建材及非金属矿产等满足了本区域及区域外的需求，特别应注意的是向外输送矿产资源的区域更应分析研究矿产资源开发带来的环境压力。正是由于矿产资源开发活动不断进行物质代谢活动，区域经济保持了增长和社会的进步。

（2）矿产资源开发物质代谢水平是矿产资源开发利用水平的体现。低水平低质量的代谢主要表现为高投入、高消耗和高产出；与之相反，高水平、高质量的代谢则表现为低投入、低消耗和高产出。高水平、高质量的矿产资源代谢水平可以通过较低的资源环境代价获得较高的矿产资源原材料的产出，实现资源开发中的环境与经济同步。矿产资源的开发利用的方式决定其代谢水平，矿产资源开发的代谢水平也可以看作是矿产资源可持续开发利用的重要指标。

（3）矿产资源开发物质代谢水平是矿产资源开发环境问题的重要根源。矿产资源的开发促使社会经济系统和自然生态系统进行频繁的以物质的“吞吐”为表象的相互作用，自然环境系统既是矿产资源开发的原料供应站，又是其各类废弃物的堆放及处理场所。如果矿产资源开发规模和废弃物的排放在自然环境的允许范围内，可以认为矿产资源开发物质代谢活动保持良性循环；而物质代谢的规模及产生的废弃物排放超过了自然环境的容量则可能导致生态环境的恶化。矿产资源开发的物质代谢水平决定着区域环境质量。

（4）矿产资源开发物质代谢水平与矿产资源开发利用方式、区域产业结构及消费能力有密切关系，也直接影响到了区域自然生态环境。实现矿产资源可持续开发利用的重要途径就是要控制矿产资源开发物质代谢水平，使其保持良性循环。研究矿产资源开发的环境压力就应从整体上研究矿产资源开发中物质代谢的规模和代谢的强度以及相应的环境影响，物质流分析的思路可以在这方面提供帮助，从而可以探索减物质化的途径。

3.矿产资源开发物质代谢的特征

强度大。采掘业是现代工业的基础，在矿产资源密集区内由于资源的开发集中了大量的生产力，物质和能量的转换率很高，区域物质代谢速度大大加快。另一方面，矿产资源采选区域与其作为原材料进行深加工的工业区域往往有一定的空间间隔，使得矿产资源的物质代谢时空跨度更大，物质代谢所造成的环境影响范围也更广，由于这些物质流的存在，矿产资源开发系统不断进行新陈代谢，保持矿产资源的供给满足经济系统的需要。

复杂性。矿产资源开发系统是一个涉及众多资源种类、采选冶技术类型的复杂系统，不同的矿产资源种类，通过不同的技术方式与自然环境之间进行着物质交换；矿产资源开发系统也与其它工业生产系统进行物质交换。不同的物质交换过程促使矿产资源开发系统的物质代谢持续进行。另外，矿产资源开发系统也是有着社会属性的复杂系统，政策、法律等信息流和人口流的存在增加了矿产资源物质代谢的复杂性。

可控性。在矿产资源开发系统中，作为代谢主体的仍发挥着重要作用。通过对矿产资源性质、作用的进一步认识，对矿产资源开发的方式和方法不断改进使其尽可能接近于科学的本质，即随着对矿产资源开发规律的不断深化认识，人类可以通过技术的、经济的、法律的、制度的等各种形式来调控矿产资源开发各种物质流的流向、流速和流量。因此，人们可以通过选择不同的矿产资源开发的方式和制定不同的矿产资源产业政策对矿产资源物质代谢过程进行干预，根据区域自然生态的容量和经济发展对矿产资源的需求程度，扩大或降低矿产资源开发规模。

连续性。矿产资源开发系统在其运行过程中，随时随地与自然生态系统进行着物资交换，如果这种以物质交换为前提的物质代谢作用一旦停止，矿产资源开发系统也就不会存在，矿产资源开发系统具有很强的连续性。随着矿产资源开发水平的不断提高、相关法律制度的逐步完善、区域产业结构的逐渐合理化，矿产资源开发的物质代谢会逐渐趋向于高效稳定的良性发展状态，矿产资源开发水平也迈向新的发展阶段。

差异性。由于矿产资源的形成受到地质构造、地层岩性的控制，矿产资源的空间分布表现出极大的空间差异性，有的地区多矿种共存，有的地区以单一矿种为主，另外一些地区矿产资源较为贫乏。上述这些差异性使得矿产资源开发的物质代谢在不同的地域所表现出来的规模和结构是不相同的，有明显的地域差异性；另外区域产业结构及经济发展阶段也对矿产资源的物质代谢有一定程度的影响。

二、矿产资源开发物质流分析的意义

1.为矿产资源开发环境压力分析提供依据

物质流分析将社会经济活动与自然生态环境的发展过程统一起来，并试图将物质流的平衡流动与经济的均衡结合在一起，是以物质量统计的模式分析社会经济系统运行过程。物质流分析通过“物质流”的定量测度来反映社会经济系统的减量化、再利用和资源化状况；通过物质投入、排放与GDP相互关系的比较，可以反映经济活动的资源生产率及对环境的损害程度。

我国是矿产资源生产大国，也是矿产资源消费大国。矿产资源开发利用为国民经济的发展提供了基础性原材料，保障了国民经济的持续发展；另一方面，从物质流的角度看，矿产资源开发利用过程中需要大量的物质投入、物质消费和物质排放，对生态环境带来了巨大冲击，如何定量研究矿产资源开发利用对生态环境的压力，物质流分析的理论和方法提供了一种很好的思路。选择典型区域进行矿产资源开发环境压力研究，可以为减压措施的制定提供有价值的参考依据。

2.为区域矿业循环经济的发展提供支持

矿产资源开发对区域环境的影响的原因，除了资源消耗的绝对值增加过大以外，其它原因包括资源利用效率低和资源再生化率低，发展循环经济是实现矿产资源可持续开发利用的必然选择。从源头上实现减量化，提高资源的再生化率和循环效率是整个循环经济的核心。发展循环经济是一项复杂的系统工程，需要大量基础性的基础资料支撑，例如矿产资源开发中各类废弃物的产生、排放、综合利用的统计，区域生态环境的变化与矿产资源开发强度之间的关系，区域社会经济系统其它指标与矿产资源开发规模、强度之间的关系等的测算与评价须进行系统评价和分析。物质流分析思路就是以重量单位取代货币单位的计量，追踪物质从自然界进入社会经济系统中，经过经济活动改变原有的存在形式，将废弃物返回自然界的过程。这样的解决问题过程，尤其可以表达和追踪那些无货币价值却对自然环境影响较大的物质流动情况；也可以透过表象分析本地区矿产资源支撑本地区经济发展的情景，分析经济发展与资源使用效率时间的关系。物质流分析的逻辑过程在于社会经济过程的输入端和输出端进行重量的分析和核算，符合循环经济的分析“经济再生产过程”和“自然再生产过程”的过程。进行矿产资源物质流核算可以为矿业循环经济的发展提供基础数据。

三、矿产资源开发物质流核算的方法

1.矿产资源开发物质流核算的原则

如将矿产资源开发活动作为一个系统，其物质流也会经历由于开采活动产生物质输入、物质留存和物质输出等过程。相比较于国家层次、区域层次的物质流分析，区域层次的物质流分析只是在研究的对象、研究的范围有所缩小，相关的计算规则不改变。

矿产资源开发物质流的三大组成是固体物质、液态物质和气体物质。

矿产资源开发物质流研究的系统边界作如下几方面的定义：

（1）矿产资源开发的社会经济系统与自然环境系统之间的边界：从自然环境中开采的各类矿产资源原料，经过此边界进入开发矿产资源的社会经济系统进行物质存在形式的转换，把废弃的物质排放到大自然中。

（2）本区域与其它区域的行政边界：各类矿产资源的制成品、半制成品以及原料经由该系统的边界，由本区域出口到其它区域或由其它区域进口到本国。

2.矿产资源开发物质流核算的方法

本文的研究以欧盟统计局的MFA指导手册（Eurostat，2001：Economy-wide material flow accounts and derived indicator：A methodological guide）为基础，进行物质流的核算。[3]

由于地质]化历史不同，不同矿产资源富集的类型、富集的程度不同，这些差异可能导致区域物质流的差异。进行矿产资源开发物质流的核算时，可以针对不同情况区别对待。如可以分别核算每一种矿产资源开发的物质流情况，然后按一定的方式（如按能源矿产类、金属矿产类、非金属建材类；金属类矿产又可分为黑色金属、有色金属、贵金属等）加总，另外在数据允许的情况下，也可以一定类别的矿产资源为单位进行物质流分析。

考虑矿产资源开况，在进行矿产资源开发物质流分析时，将进入矿产资源开发活动系统的自然物质分为固体非生物物质、水和空气3类，将排出矿产资源开发活动系统的自然物质分为固体废弃物、废水、废气和其它气体物质3类（表1）。

物质投入的分类：①国内直接使用的开挖量：各类矿产资源的开采量和相关进口量。如能源类矿产中煤炭的开采量和进口量；金属矿产中的黑色金属矿石（铁矿石、铬铁矿等）、有色金属矿石（铜矿、铝土矿、铅锌矿、钼矿、钨矿、锡矿等）、贵金属矿石（金矿、银矿、铂族金属矿等），进口包括金属原料、半制成品、制成品及其它商品等；②非直接使用的国内开挖量：如地下开采矿产资源的巷道掘进量、露天开采矿产资源的剥离量等；③与进口有关的非直接流：进口商品的原料吨当量（如金属原料、建材非金属材料）、进口商品的未直接使用开挖量（如金属原料、建材非金属材料等）。

物质排放的分类：①污染物排放：与矿产资源开采过程有关的排放到大气中的物质（CO2、SO2）、表土上的废弃物（各种固体废弃物，如矿渣等）；②出口：各类矿产资源的制成品、半制成品等有关的出口；③国内未被使用开挖物的处置：各类矿石原料等未被使用的开挖量、与出口品相关的未使用开挖量。

存量物质分类：①存量总增加：建筑及基础设施（建筑材料、金属、其它）、机器及耐用材料（金属、其它材料）；②存量减少：建筑及基础设施的拆毁（建筑材料、金属、其它）；③存量净变化：建筑及基础设施库存净变化、其它净变化等。

3.矿产资源开发物质流账户体系

根据以上矿产资源开发物质流的分类，就可以建立整体的矿产资源开发的物质流账户。根据欧盟《指导手册》中的推荐，考虑矿产资源开发的实际情况，矿产资源开发物质流账户应建立多个分账户来进行物质流的核算，如账户直接物质投入账户、国内物质消费账户、实物贸易平衡账户、国内生产排出账户、国内非直接使用开采账户、非直接物质流的贸易平衡账户、物质总需求账户、物质总消费账户等。每一类账户分左、右两栏，左栏为资源（Resources），右栏为使用（Uses），在各个账户中含等号的栏表示左栏的总和与右栏的综合相等。表2为物质总消费账户，物质总消费（Total Material Consumption）与矿产资源开发活动有关的生产、消费活动所引起的物质流量，它包括进口的非直接流（国外或区域外隐藏流，IF），但不包括出口和出口的非直接流（国内隐藏流，HF）。[4]

四、矿产资源开发的物质流指标

每一个物质流账户均衍生一个或多个物质流基础指标，这些基础指标与其它指标的结合还可构建一些新的指标。[5]

1.矿产资源开发的物质流基础指标

投入类指标：矿产资源开发的直接物质投入、矿产资源开发的物质总投入、矿产资源开发的物质总需求、矿产资源开发的国内物质总需求。

消耗类指标：矿产资源开发的国内物质消耗、矿产资源开发的物质总消耗。

排出类指标：矿产资源开发国内过程排出量、矿产资源开发的国内总排出量、矿产资源开发的物质直接排出量、矿产资源开发物质总排出量。

平衡类指标：矿产资源开发的实物贸易平衡。

2.矿产资源开发的物质流衍生指标

为了进一步研究矿产资源开发的强度、效率及对环境的影响等深层次问题，可以将矿产资源开发物质流的基础指标与GDP等指标结合，产生一些新的指标以反映矿产资源开发利用的强度和效率。

与物质投入有关的衍生指标：矿产资源生产力和矿产资源使用强度。矿产资源生产力是单位物质投入所产生的经济产出，矿产资源使用强度是单位经济产出所需的物质投入量，两者呈倒数关系。

与物质消耗有关的衍生指标：矿产资源开发物质消耗强度与矿产资源开发物质消耗产出率。矿产资源开发资源物质消耗强度是单位经济产出所消耗矿产资源物质量，矿产资源开发物质消耗产出率是单位物质消耗所创造的经济产出。

与物质排放有关的衍生指标：矿产资源开发物质排放强度与矿产资源开发物质排放产出率。矿产资源开发物质排放强度是单位经济产出所产生的废弃物排放量，矿产资源开发物质排放产出率是单位物质排放所产生的经济产出。

通过矿产资源开发物质流分析，可以了解矿产资源开发的物质流情景、矿产资源开发的生产力和使用效率、计算矿产资源开发的生态包袱及对区域环境的影响及冲击，为矿产资源的可持续开发利用和矿业循环经济的发展提供支持。

[参考文献]

[1]陶在朴.生态包袱与生态足迹――可持续发展的重量及面积观念[M].北京：经济科学出版社，2003.

[2]Claudia R. Binder, Christoph H ofer, et al. Transition towards improved regional wood flows by integrating material flux analysis and agent analysis: The case of Appenzell Ausserrhoden, Switzerland[J].Ecological Economics,2004,49:1-17.

[3]Helga Weisz, Christof Amann,et al. The physical economy of the European Union Cross～country comparison and determinants of material consumption [EB/OL]. www.省略/locate/ecolecon,

2006,3:12.

[4]陈效逑,乔立佳.中国经济――环境系统的物质流分析[J].自然资源学报,2000,15(1):17-23.

[5]陈效逑,赵婷婷.中国经济系统的物质输入与输出分析[J].北京大学学报(自然科学版),2003,7(4):538-547.

Material Flow of the Mineral Resource Development Du Qinjun1，2

（1.China University of Mining and Technology, Beijing 100812,China; 2. Shijiazhuang University of Economics, Shijiazhuang 050031, China）

Abstract: On the basis of the meaning of material metabolism of mineral resources development (MRD), its characteristics are analyzed, such as complexity, controllability, consecution, and difference. The material flow analysis on MRD can provide the basis in analyzing the environment pressure of mineral resources, and support for the circulation economy of mineral industry. The analytical method of the material flow analysis of MRD is put forward, and the account system and index system are set up.

Key words: mineral resources; material metabolism; material flow analysis; account system; index system