物质流分析生态环境论文范文

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1系统边界的界定

本文研究的西安市物质流主要涉及2个系统边界：第一个是西安市的自然环境边界，即西安市在本地开采物质资源以及排出废物的范围；第二个是西安市的行政边界，包括九区（新城、碑林、莲湖、雁塔、未央、灞桥、阎良、临潼、长安）四县（周至、蓝田、户县、高陵）。这种界定方式主要是基于以下2点考虑：其一，本地开采物质资源是对自然资源的消耗，对环境产生影响，而向自然环境排放废物则会对环境造成污染；其二，物质的调入与调出是相对于行政区划而言的，是指西安与周边地区进行的物质流通。

2数据统计

2.1输入端

输入端包括物质调入和本地开采2个部分，细分为生物物质、建筑材料、化石能源、金属矿物和非金属矿物。中间部分为西安生态系统自身进行新陈代谢活动消耗的物质资源和城市物质资源的净存量。输入端中本地开采部分分为生物物质和非生物物质。其中，生物物质包含农（蔬菜、水果、蜂蜜、禽蛋、粮食、棉花和油料）、林（生漆、核桃、板栗、花椒、木耳）、牧（肉和奶的产量）、渔（所有水产品）；非生物物质包括化石燃料（原煤、原油、天然气）、金属矿物（铁矿石成品矿和有色金属矿石）、工业矿物（碳化钙和氢氧化钠）和建筑材料（水泥）。需要说明的是：牧产品本应计算牧草产量，但西安并无大型牧场，且缺乏相关饲料的数据，本文以肉和奶的产量表示牧产品产量；化石燃料为原煤、原油、天然气，但西安市并没有生产能源，故该项为0；工业矿物用碳化钙和氢氧化钠的量来表示；由于历年统计类目不同，建筑材料只计入水泥。

2.2输出端

输出端除物质调出外，主要有污染物和耗散性物质。污染物包括固体废弃物、大气污染物和水体污染物；固体废弃物包括城市垃圾和工业固体废弃物，其中城市垃圾没有直接统计数据，本文取清扫垃圾量与清扫粪便量之和（清扫面积逐年扩大，但总量较少，本文忽略此差异）；大气污染物包括工业生产中产生的SO2、烟尘、粉尘，城市生活中产生的SO2和烟尘，其中2001－2003年的统计数据中缺乏对城市生活中产生的SO2和烟尘的统计，本文根据2004－2010年的数据，通过线性回归方法，利用Excel软件对缺失的数据进行预测；水体污染物包括水体中的COD、汞、镉、铅、六价铬、砷、氰化物、石油类、酚和铵氮，其中2001－2003年的统计数据中缺乏对生活污水中铵氮排放量的统计，考虑到生活污水中的铵氮的排放量与人口正相关，本文以人口为自变量、铵氮排放量为因变量，通过线形回归方法，利用Excel软件对缺失的数据进行预测。耗散性物质是指农药化肥的流失，本文参考国内已有的农业面源污染研究成果，进行了以下估算：氮肥、磷肥、钾肥的利用率分别按30％，15％，40％计，其他肥料的利用率平均按30％计，农药的利用率按30％计，在化肥和农药施用量中扣除二者的利用量，即为二者的流失量［7－9］。

3数据分析

本文选取的物质流分析指标主要包括资源投入量、污染物排出量、物质消耗强度、污染物排放强度、物质生产力、资源效率、环境效率以及生态效率。将西安市2001－2010年的物质流数据进行纵向比较，研究西安市近些年的发展状况与趋势，为西安市的生态城市建设提供数据基础。

3.1西安市2010年物质流全景

在上述分析研究的基础上绘制了2010年物质流全景图，如图2所示。图中以2010年为例，西安市的物质投入总量为1859．73万t，其中能源投入占51％，生物物质投入占35％，建筑材料占13％；污染物排放总量为315．79万t，固体废弃物占78％，耗散性物质占17％，大气污染物占4％。输入部分的能源和输出部分的固体废弃物仍然在各部分占有最大比重。相较于2009年，如图3资源投入量中的能源部分有所降低，预计在未来几年内，还会有下降趋势；固体废弃物的排放量不断增长而且所占比例继续上升，将来可能会继续升高，这一方面说明人们的物质生活条件不断提高，另一方面又说明现在人的生活习惯还不够环保，包装物质过多，隐藏流系数较大。

3.2资源投入量

资源投入量表示西安市在发展过程中所消耗的物质资源的量，用以衡量西安市的发展对自然环境的影响，2001－2010年西安市物质资源投入量情况图3所示。西安市的物质资源投入总量总体上呈逐年递增趋势，从2001年的973．90万t增长到2010年的1859．73万t，2009年达到2070．42万t的峰值水平，如图3所示，平均年增长率为10．11％。能源的投入量从2001年的396．23万t增长到了2010年的951．26万t，平均年增长率为15．56％，高于资源投入总量的平均年增长量5．45个百分点。尽管金属矿物的平均年增长率高达27．26％，但其总量较少，对西安资源投入总量的影响较小。由图3资源投入结构图不难看出，西安近些年的发展更大程度上是依赖于能源。西安市的能源都是从外部调入的，因此，西安市的发展对自身的环境资源破坏较小，对物质调入的依赖程度较高。

3.3污染物排出量

污染物排出量是人们在生产生活中，由于不能充分利用的物质资源，排放到自然环境中的一些有害的剩余。为了分析污染物排放量中各种污染物所占比重及变化趋势，绘制西安市2001－2010年污染物排出量结构如图4。图4中大气污染物、水体污染物、农药化肥的耗散所占比重较少，且变化起伏不大，固体废弃物在所有污染物排放量中所占比重较大，且决定了污染物排放总量的变化趋势，固体废弃物由70．9％上升到77．6％。大气污染物由7．1％降到3．6％。耗散性物质由20．5％降到17．2％。水污染基本保持在1．5％左右。此处并不能说明对西安市环境影响最大的为固体废弃物，因为部分大气染污物、水污染物的含量虽小，却能对环境造成较大影响。对西安市污染物的排放量与资源的投入量进行对比分析，如图5。经相关性分析，污染物的排放量和资源投入量的变化并没有明显的相关性，其中资源投入量呈明显的上升趋势，而污染物的排放量并没有相应的起伏，这说明西安市在污染物的综合利用和治理方面情况良好，而物质净存量的增长在一定程度上延缓或减轻了环境压力。

3.4物质消耗强度和污染物排放强度

根据物质消耗强度的计算方法（物质消耗强度＝资源投入量／人口数）和污染物排放强度的计算方法（污染物排放强度＝污染物排放量／人口数），计算西安市2001－2010年的物质消耗强度和污染物排放强度，绘制二者相关曲线如图6所示，西安市的物质消耗强度和污染物排放强度不断增长。西安市2001年的人口数为694．8万人，2010年的人口数为782．7万人，平均年增长率为1．41％；2001年的物质消耗强度为1．402t／人，2010年的物质消耗强度为2．376t／人，平均年增长率为7．72％；2001年的污染物排放强度为0．339t／人，2010年的污染物排放强度为0．403t／人，平均年增长率为2．10％。物质消耗强度增长最快，人口和污染物排放强度则相对增长较缓。这表明在西安市的发展过程中，对物质资源的利用强度越来越大，对自然资源的需求越来越多，而污染物方面给环境带来的压力并无明显增大。

3.5物质生产力

物质生产力（materialproductivity，MP）等于国内生产总值除以物质总需求，表示单位物质消耗所创造的经济价值，是衡量经济系统年度资源利用效率的指标。主要与一个国家或地区的生产力水平有关，另外也受经济结构的影响。物质生产力常以每投入1t物质量所创造的GDP予以表示，是衡量物质利用效率的指标。根据物质生产力的计算方法（物质生产力＝GDP／资源投入量），西安市2001－2010年的物质生产力变化如图7所示。西安市的物质生产力由2001年的0．755亿元／万t增长到了2010年的1．743亿元／万t，呈较为平稳的上升趋势，平均年增长率为14．54％，表明西安市的物质生产力增长较快，物质利用效率不断提高。图7为西安市2010－2010年物质生产力与物质消耗强度的关系，可以看出随着消耗强度的增加物质生产力增加，发展态势良好。

3.6资源效率与环境效率

资源效率与环境效率是城市物能代谢生态效率中的2项指标，表示单位资源消耗和污染负荷所能提供的社会服务量［12］。现有的资源效率研究多是分不同类型的资源进行的，如土地资源的效率、矿产资源的效率、水资源的效率。但只有从整体上考虑，才能洞悉西安市整体的资源效率情况，本文研究的资源效率将建立在总的资源投入量上。相应的，本文的环境效率也是建立在总体污染物排出量之上的。根据资源效率和环境效率的计算方法（资源效率＝GDP变化倍数／资源投入量变化倍数；环境效率＝GDP变化倍数／污染物排出量变化倍数），计算结果如表2。需要说明的是，表2中的数据并没有以某一年为基准，而是将2001－2010年分为9个年度，每个年度都是以前一年为基准，数值表示后一年相对于前一年的变化系数，这样便能观察西安2001－2010年资源效率和环境效率的变化趋势。数值为1时，说明资源效率和环境效率并没有发展，停留在原来水平；数值大于1，说明社会服务量的增长所需的资源减少或排出的污染物减少，效率提高；数值小于1，则反之。从资源效率上来看，除了2003－2004年度，其他年度的数值都大于1，说明总体上西安的资源效率还是呈提高趋势的，但数值较小，资源效率提高不是很明显，西安尚未实现GDP的增长与资源投入量的“解耦”。从环境效率来看，总体上还是不断提高的，但2009－2010年度有所下降，环境压力依然不容忽视。

4结论

物质流分析是建设生态城市的重要手段，但城市层面物质流数据的获取一直是研究的难点，此外还有隐藏流数据的地区差异性问题，这导致很多城市的物质流研究难以真正地跟国家层面的物质流研究相结合、比较，缺乏横向的可比性，也就很难对一个城市物能代谢的水平进行评估。本文在分析宏观层面和微观层面物质流分析的基础上，建立了城市层面的物质流分析方法。并结合西安市的具体可调研数据，对西安市2001－2010年的物质流状况进行纵向分析，得出西安市物质资源效率与环境效率在研究期间增长较为缓慢，这说明西安的产业结构在生态城市建设中还需要进一步调整，合理、优化的产业结构将带来一个更好、更快的效率增长速率，将促进西安良性有序的发展。西安生态城市的建设中需要达到“低投入、低排污”的目标，西安市的发展有待进一步改进。本研究由于统计数据的缺失，没有与发达国家城市、我国部分大城市进行对比，还不能精确定位西安的物质生产力处于一个什么样的水平，需做进一步分析研究。

作者：沈丽娜马俊杰单位：西北大学城市与环境学院