物質流分析生態環境論文范文

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1系統邊界的界定

本文研究的西安市物質流主要涉及2個系統邊界：第一個是西安市的自然環境邊界，即西安市在本地開采物質資源以及排出廢物的范圍；第二個是西安市的行政邊界，包括九區（新城、碑林、蓮湖、雁塔、未央、灞橋、閻良、臨潼、長安）四縣（周至、藍田、戶縣、高陵）。這種界定方式主要是基于以下2點考慮：其一，本地開采物質資源是對自然資源的消耗，對環境產生影響，而向自然環境排放廢物則會對環境造成污染；其二，物質的調入與調出是相對于行政區劃而言的，是指西安與周邊地區進行的物質流通。

2數據統計

2.1輸入端

輸入端包括物質調入和本地開采2個部分，細分為生物物質、建筑材料、化石能源、金屬礦物和非金屬礦物。中間部分為西安生態系統自身進行新陳代謝活動消耗的物質資源和城市物質資源的凈存量。輸入端中本地開采部分分為生物物質和非生物物質。其中，生物物質包含農（蔬菜、水果、蜂蜜、禽蛋、糧食、棉花和油料）、林（生漆、核桃、板栗、花椒、木耳）、牧（肉和奶的產量）、漁（所有水產品）；非生物物質包括化石燃料（原煤、原油、天然氣）、金屬礦物（鐵礦石成品礦和有色金屬礦石）、工業礦物（碳化鈣和氫氧化鈉）和建筑材料（水泥）。需要說明的是：牧產品本應計算牧草產量，但西安并無大型牧場，且缺乏相關飼料的數據，本文以肉和奶的產量表示牧產品產量；化石燃料為原煤、原油、天然氣，但西安市并沒有生產能源，故該項為0；工業礦物用碳化鈣和氫氧化鈉的量來表示；由于歷年統計類目不同，建筑材料只計入水泥。

2.2輸出端

輸出端除物質調出外，主要有污染物和耗散性物質。污染物包括固體廢棄物、大氣污染物和水體污染物；固體廢棄物包括城市垃圾和工業固體廢棄物，其中城市垃圾沒有直接統計數據，本文取清掃垃圾量與清掃糞便量之和（清掃面積逐年擴大，但總量較少，本文忽略此差異）；大氣污染物包括工業生產中產生的SO2、煙塵、粉塵，城市生活中產生的SO2和煙塵，其中2001－2003年的統計數據中缺乏對城市生活中產生的SO2和煙塵的統計，本文根據2004－2010年的數據，通過線性回歸方法，利用Excel軟件對缺失的數據進行預測；水體污染物包括水體中的COD、汞、鎘、鉛、六價鉻、砷、氰化物、石油類、酚和銨氮，其中2001－2003年的統計數據中缺乏對生活污水中銨氮排放量的統計，考慮到生活污水中的銨氮的排放量與人口正相關，本文以人口為自變量、銨氮排放量為因變量，通過線形回歸方法，利用Excel軟件對缺失的數據進行預測。耗散性物質是指農藥化肥的流失，本文參考國內已有的農業面源污染研究成果，進行了以下估算：氮肥、磷肥、鉀肥的利用率分別按30％，15％，40％計，其他肥料的利用率平均按30％計，農藥的利用率按30％計，在化肥和農藥施用量中扣除二者的利用量，即為二者的流失量［7－9］。

3數據分析

本文選取的物質流分析指標主要包括資源投入量、污染物排出量、物質消耗強度、污染物排放強度、物質生產力、資源效率、環境效率以及生態效率。將西安市2001－2010年的物質流數據進行縱向比較，研究西安市近些年的發展狀況與趨勢，為西安市的生態城市建設提供數據基礎。

3.1西安市2010年物質流全景

在上述分析研究的基礎上繪制了2010年物質流全景圖，如圖2所示。圖中以2010年為例，西安市的物質投入總量為1859．73萬t，其中能源投入占51％，生物物質投入占35％，建筑材料占13％；污染物排放總量為315．79萬t，固體廢棄物占78％，耗散性物質占17％，大氣污染物占4％。輸入部分的能源和輸出部分的固體廢棄物仍然在各部分占有最大比重。相較于2009年，如圖3資源投入量中的能源部分有所降低，預計在未來幾年內，還會有下降趨勢；固體廢棄物的排放量不斷增長而且所占比例繼續上升，將來可能會繼續升高，這一方面說明人們的物質生活條件不斷提高，另一方面又說明現在人的生活習慣還不夠環保，包裝物質過多，隱藏流系數較大。

3.2資源投入量

資源投入量表示西安市在發展過程中所消耗的物質資源的量，用以衡量西安市的發展對自然環境的影響，2001－2010年西安市物質資源投入量情況圖3所示。西安市的物質資源投入總量總體上呈逐年遞增趨勢，從2001年的973．90萬t增長到2010年的1859．73萬t，2009年達到2070．42萬t的峰值水平，如圖3所示，平均年增長率為10．11％。能源的投入量從2001年的396．23萬t增長到了2010年的951．26萬t，平均年增長率為15．56％，高于資源投入總量的平均年增長量5．45個百分點。盡管金屬礦物的平均年增長率高達27．26％，但其總量較少，對西安資源投入總量的影響較小。由圖3資源投入結構圖不難看出，西安近些年的發展更大程度上是依賴于能源。西安市的能源都是從外部調入的，因此，西安市的發展對自身的環境資源破壞較小，對物質調入的依賴程度較高。

3.3污染物排出量

污染物排出量是人們在生產生活中，由于不能充分利用的物質資源，排放到自然環境中的一些有害的剩余。為了分析污染物排放量中各種污染物所占比重及變化趨勢，繪制西安市2001－2010年污染物排出量結構如圖4。圖4中大氣污染物、水體污染物、農藥化肥的耗散所占比重較少，且變化起伏不大，固體廢棄物在所有污染物排放量中所占比重較大，且決定了污染物排放總量的變化趨勢，固體廢棄物由70．9％上升到77．6％。大氣污染物由7．1％降到3．6％。耗散性物質由20．5％降到17．2％。水污染基本保持在1．5％左右。此處并不能說明對西安市環境影響最大的為固體廢棄物，因為部分大氣染污物、水污染物的含量雖小，卻能對環境造成較大影響。對西安市污染物的排放量與資源的投入量進行對比分析，如圖5。經相關性分析，污染物的排放量和資源投入量的變化并沒有明顯的相關性，其中資源投入量呈明顯的上升趨勢，而污染物的排放量并沒有相應的起伏，這說明西安市在污染物的綜合利用和治理方面情況良好，而物質凈存量的增長在一定程度上延緩或減輕了環境壓力。

3.4物質消耗強度和污染物排放強度

根據物質消耗強度的計算方法（物質消耗強度＝資源投入量／人口數）和污染物排放強度的計算方法（污染物排放強度＝污染物排放量／人口數），計算西安市2001－2010年的物質消耗強度和污染物排放強度，繪制二者相關曲線如圖6所示，西安市的物質消耗強度和污染物排放強度不斷增長。西安市2001年的人口數為694．8萬人，2010年的人口數為782．7萬人，平均年增長率為1．41％；2001年的物質消耗強度為1．402t／人，2010年的物質消耗強度為2．376t／人，平均年增長率為7．72％；2001年的污染物排放強度為0．339t／人，2010年的污染物排放強度為0．403t／人，平均年增長率為2．10％。物質消耗強度增長最快，人口和污染物排放強度則相對增長較緩。這表明在西安市的發展過程中，對物質資源的利用強度越來越大，對自然資源的需求越來越多，而污染物方面給環境帶來的壓力并無明顯增大。

3.5物質生產力

物質生產力（materialproductivity，MP）等于國內生產總值除以物質總需求，表示單位物質消耗所創造的經濟價值，是衡量經濟系統年度資源利用效率的指標。主要與一個國家或地區的生產力水平有關，另外也受經濟結構的影響。物質生產力常以每投入1t物質量所創造的GDP予以表示，是衡量物質利用效率的指標。根據物質生產力的計算方法（物質生產力＝GDP／資源投入量），西安市2001－2010年的物質生產力變化如圖7所示。西安市的物質生產力由2001年的0．755億元／萬t增長到了2010年的1．743億元／萬t，呈較為平穩的上升趨勢，平均年增長率為14．54％，表明西安市的物質生產力增長較快，物質利用效率不斷提高。圖7為西安市2010－2010年物質生產力與物質消耗強度的關系，可以看出隨著消耗強度的增加物質生產力增加，發展態勢良好。

3.6資源效率與環境效率

資源效率與環境效率是城市物能代謝生態效率中的2項指標，表示單位資源消耗和污染負荷所能提供的社會服務量［12］。現有的資源效率研究多是分不同類型的資源進行的，如土地資源的效率、礦產資源的效率、水資源的效率。但只有從整體上考慮，才能洞悉西安市整體的資源效率情況，本文研究的資源效率將建立在總的資源投入量上。相應的，本文的環境效率也是建立在總體污染物排出量之上的。根據資源效率和環境效率的計算方法（資源效率＝GDP變化倍數／資源投入量變化倍數；環境效率＝GDP變化倍數／污染物排出量變化倍數），計算結果如表2。需要說明的是，表2中的數據并沒有以某一年為基準，而是將2001－2010年分為9個年度，每個年度都是以前一年為基準，數值表示后一年相對于前一年的變化系數，這樣便能觀察西安2001－2010年資源效率和環境效率的變化趨勢。數值為1時，說明資源效率和環境效率并沒有發展，停留在原來水平；數值大于1，說明社會服務量的增長所需的資源減少或排出的污染物減少，效率提高；數值小于1，則反之。從資源效率上來看，除了2003－2004年度，其他年度的數值都大于1，說明總體上西安的資源效率還是呈提高趨勢的，但數值較小，資源效率提高不是很明顯，西安尚未實現GDP的增長與資源投入量的“解耦”。從環境效率來看，總體上還是不斷提高的，但2009－2010年度有所下降，環境壓力依然不容忽視。

4結論

物質流分析是建設生態城市的重要手段，但城市層面物質流數據的獲取一直是研究的難點，此外還有隱藏流數據的地區差異性問題，這導致很多城市的物質流研究難以真正地跟國家層面的物質流研究相結合、比較，缺乏橫向的可比性，也就很難對一個城市物能代謝的水平進行評估。本文在分析宏觀層面和微觀層面物質流分析的基礎上，建立了城市層面的物質流分析方法。并結合西安市的具體可調研數據，對西安市2001－2010年的物質流狀況進行縱向分析，得出西安市物質資源效率與環境效率在研究期間增長較為緩慢，這說明西安的產業結構在生態城市建設中還需要進一步調整，合理、優化的產業結構將帶來一個更好、更快的效率增長速率，將促進西安良性有序的發展。西安生態城市的建設中需要達到“低投入、低排污”的目標，西安市的發展有待進一步改進。本研究由于統計數據的缺失，沒有與發達國家城市、我國部分大城市進行對比，還不能精確定位西安的物質生產力處于一個什么樣的水平，需做進一步分析研究。

作者：沈麗娜馬俊杰單位：西北大學城市與環境學院