徐 鹤，李 君，王絮絮

（南开大学环境科学与工程学院，天津300071）

国外物质流分析研究进展

徐 鹤，李 君，王絮絮

（南开大学环境科学与工程学院，天津300071）

回顾了国外物质流分析研究的起源和发展，并对其主流研究方法作一概述；探讨了物质流分析研究框架及指标体系的发展及应用，对30余个国家的指标体系使用情况做一统计；总结了国外已研究物质流分析的主要国家物质流分析信息的应用情况；指出了国外物质流分析研究的不足之处。

物质流分析；分析方法；实践应用；物质流信息用途；回顾

物质是社会存在的基础，运动的物质主体及其运动的基本形式决定了社会经济的发展方式和发展水平，物质代谢是自然界存在和发展的基本形式，也是人类与自然界交流的基本途径。随着人类社会的发展，物质代谢形式和规模也在不断地发展。而人类活动产生的环境影响则在很大程度上取决于进入社会经济系统的自然资源和物质的数量和质量，以及排放到环境中的废弃物质的数量和质量。现在全世界越来越关注的环境问题，如全球变暖、沙漠化、臭氧层破坏等无不与物质的流动密切相关。而环境问题的根源是物质代谢的规模，代谢规模越大，人类对环境的扰动范围和程度就越大，造成的环境损害也越大。可以说，社会经济系统的物质吞吐量、物质的构成、排放方式和排放速率在一定程度上可以作为表征社会代谢的指标。

物质流分析是以质量守恒定律为基本研究原则，通过研究社会经济系统的物质的输入、贮存、分解、输出之间的关系，提示一定区域内的物质流动特征和转化效率，以便进行以物质为基础的优化管理，为政策制定提供决策支持。

矿产资源的日益枯竭，人均占有资源降低以及越来越严格的环境保护标准和法规也日益成为物质流研究的主要推动力。就研究机构而言，欧盟委员会统计局（EUROSTAT）、世界资源研究所（WRI）、德国 Wuppertal研究所、耶鲁大学主办的产业生态学杂志（JIE）（Journal of Industrial Economy）等开展了许多关于物质流研究的卓有成效的工作，有力地推动了世界范围内的物质流研究。

1 物质流分析的起源和发展

物质流分析从本质上来说，是物质循环理论的一个分支。物质流分析是从工业代谢基础上逐步发展起来的，因此，物质流分析也借鉴了工业代谢研究的一些研究手段和工具，包括投入产出分析等。就工业代谢分析研究而言，最早是1968年Robert U.Ayres发表的“产业代谢”，从20世纪80年代起，Robert U.Ayres和Pete Baccini一起提出了工业代谢的隐喻，也就是从这个时候起，开始出现了早期的物质流研究；在20世纪90年代初，奥地利、德国、日本等应用物质流分析方法对各自国家经济系统的自然资源和物质的流动状况进行了分析，但这一阶段的物质流研究由于缺乏统一规范的研究技术方法，各个国家的物质流研究数据可比性较差；在1996年，欧盟委员会组建了“ConAccount”平台，开始对物质流分析进行研究，而这成为了物质流分析国际合作的里程碑式的发展；从1997年开始，由WRI提供协助，美国、日本、奥地利、德国、荷兰、巴西、委内瑞拉、玻利维亚、丹麦、波兰、西班牙、瑞士、瑞典等国完成了国家层面的物质流研究；2001年，欧盟委员会统计局（EUROSTAT）出版了第一部经济系统的物质流分析研究方法手册，即“Economy-wide material flow accounts and derived indicators.A methodologicalguide”,欧盟导则发布以后，至今，绝大多数的物质流研究都是基于这个导则进行的，这个导则也成为了物质流研究领域最为重要的参考手册，继此之后，2007年欧盟委员会统计局（EUROSTAT）对研究方法手册进行了发展，发布了经济系统物质流账户编写手册，即Economy-wide Material Flow Accounting“A compilation guide”；2007年，耶鲁大学的JIE杂志展开了关于城市物质流分析的专题研究，这进一步推动了物质流研究从国家层面向城市、区域层面的拓展。值的一提是，美国的Eric Rodenburg,荷兰的 M.Bovenkerk和Rene Kleijn等无论是在理论研究还是在实践应用方面都走在了前面，对物质流分析的研究作出了较大的贡献。

2 物质流分析方法概述

物质流分析在不同层次水平上有不同的研究手段和工具。到目前为此，物质流分析的研究领域涵盖了不同实体水平、不同系统边界的资源和物质流分析，包括从整个社会经济领域的物质流分析到特定元素或特定产品的投入产出分析。图1是物质流分析在不同层次的分析工具,从图1中可以看出经济领域的物质流分析，在层次上，既包括整个社会经济领域的物质流账户构建及结合环境账户的国家会计核算，包括行业或部门的、整个的投入产出分析表及特定元素的元素流分析，也包括企业或产品的生命周期分析等。他们之间的关系见图1。

就已有的物质流研究中，应用的方法主要集中在总物质需求和输出、实物投入产出表、物质流分析、生态足迹分析、生命周期评价、环境空间、单位服务的物质强度等，详述如下。

2.1 总物质需求和输出

总物质需求和输出（Total Material Requirement and Output，TMRO）是一种物质流核算方法，能够对国家经济系统和环境系统的物质交换和积累进行量化研究。在最初的研究中，国家的总物质需求只考虑了从环境的获取，并没有完全接受物质平衡的概念。而在现在的研究中，有了更多的延伸，不仅包括了世界其他经济体的物质输出，也包含了向环境的排放，注重物质守衡原则。TMRO从整体的层面对经济活动进行考量，涵盖了国内资源开采、进口、国内物质排放、出口等指标，并综合考虑物质的整个生命周期，融入了没有直接经济价值的“隐藏流”或“生态包袱”等指标。（具有代表性的例子：见Adriaanse，1997[1]；Matthews等，2000[2]）

2.2 实物投入产出表

实物投入产出表（Physical Input-Output Tables，PIOT）能够进行国家层面的物质流分析，它是在常规的投入产出方法的基础上，结合环境资源和废物排放进行拓展得到的。PIOT方法能够就经济系统和自然环境系统的物质和产品进行度量，涵盖了由经济活动产生的与环境相关的绝大部分的物质（或元素、化学品等）流动。PIOT方法对自然资源怎么进入、怎么处理加工、怎么作为商品在经济领域进行流通、消费并最终作为废物排放到环境中这一整个过程进行跟踪分析，并评估由此积累的环境负担（包括直接或间接的影响）。（具有代表性的例子：Graedel，1998[3]；Stahmer等，1997[4]）

2.3 物质流分析

物质流分析（Substance Flow Analysis，SFA）是对预先设定的某一地理区域，在其众多的相关代谢物质中，关注其中一种或几种物质的组合，或者化学中元素的运动状况，其中尤以元素流和化合物分析研究为多。已有的研究成果，主要集中在铬、汞、铅等重金属，以及氮、磷、碳、水和氯化物等。（具有代表性例子：Voet，E.van der 1996）。瑞典的集中于核心物质研究的以物质为基础的“物质通量分析方法”也可以考虑作为SFA方法的一种主要形式。（具有代表性例子：Baccini and Brunner 1991[5]）

2.4 生态足迹分析

生态足迹分析（Ecological Footprint Analysis，EFA）作为一个可持续发展的指标，是用来描述地球剩余自然容量能够提供的资源与经济发展的关系的，在数值上它可以考虑为地球陆地的总承载力。它显示在现有技术条件下，指定的人口单位内（一个人、一个城市、一个国家或全人类）需要多少具备生态生产力的土地和水域，来生产所需资源和吸纳所衍生的废物。并将所需要的领域与区域、国家、全球的所有的生态生产力的地区进行比较，探讨可持续性能力。现有的研究通常被限制在陆地区域的潜在的生态资源输出上。（具有代表性的例子：Wackernagel and Rees，1996[6]）

2.5 生命周期评价

生命周期可通俗地理解为“从摇篮到坟墓”的整个过程。对于某个产品而言，就是从自然中来回到自然中去的全过程，也就是既包括制造产品所需要的原材料的采集、加工等生产过程，也包括产品贮存、运输等流通过程，还包括产品的使用过程以及产品报废或处置等废弃物回到自然过程，这个过程构成了一个完整的产品生命周期。作为新的环境管理工具和预防性环境保护手段，生命周期评价（Life-Cycle Assessment，LCA）主要应用在通过确定和定量化研究能量和物质利用及废弃物的环境排放来评估一种产品、工序和生产活动造成的环境负载；评价能源材料利用和废弃物排放的影响以及评价环境改善的方法。（具有代表性的 例 子 ：Maclean and Lave，1998[7]，Saouter and Van Hoof，2002[8]）

3 物质流分析研究框架及指标体系的发展应用

从20世纪70年代起，国际上开展了对全社会经济综合物质流平衡核算的研究。并初步建立了核算指标体系，为描述整个社会经济全部的物资和能源的活动提供了一个综合的图景。20世纪90年代起，奥地利、日本、荷兰、德国、美国共同合作，发展并完善了物质流核算体系。1997年由世界资源研究所（WRI）牵头，这些国家合作发表了《国家的重量》（The Weight of Nations）的研究报告，在这个研究报告中提出了直接物质输入、国内过程输出等一些用于表征一个国家实物流的指标。2001年由欧盟委员会统计局发表了关于物质流研究的“欧盟导则”，这个导则为欧盟成员国编制各国全经济范围的物资流的核算和综合平衡，提出了总体框架和实际编制的指南，并提出了相对成熟的指标体系，既包括用于表征一个国家或地区全社会经济范围物资的输入、消费、国内过程输出等描述实物流的指标体系，也包括表征环境影响等的隐藏流等指标体系。从“欧盟导则”发布以后，世界上所有的关于物质流研究的总体框架和指标体系都是基于这个导则进行的。世界物质流分析的研究一般框架总体是按图2进行的。

图2 物质流研究的一般框架

据不完全统计，全世界将近30个国家已经计算或使用了上述经济领域物质流指标中的一个或部分指标。这些指标大致描述了经济领域的物质使用强度等情况，如资源生产率，生态效率等。大部分指标被用来跟踪并监测物质使用的整体情况和趋势，也有少数的国家计算并使用一些特定的指标去关注特定元素或物质（6个国家）、产品（两个国家）或行业（7个国家）等的物质流动情况。从表2可以看出，基本的经济领域物质流指标使用最多的是 DE，IMP，EXP，DMI，DMC，PTB等，有25个国家进行了计算和使用，TMR有12个国家进行了计算和使用，NAS有9个国家计算和使用，RME有2个国家计算和使用，而对于RMI，RMC，TMC，DMO，TMO，TDO等指标则很少有国家或没有国家对其进行计算或使用。各种指标及其具体使用情况和计算方法见表2。

表1 基本的经济领域物质流指标的使用情况概况

4 物质流分析的应用

MFA的研究通常分为3个层次——宏观、中观及微观。宏观层次指国家级的物质流核算NMFA（National Material Flow Accounting）；中观层次指区域或城市的物质流核算LMFA（Local Material Flow Accounting），同时也指国家或行业特定元素或化学物质的物质流研究；微观层次的物质流核算针对具体企业或者具体企业的特定产品进行研究，比较成熟的方法就是生命周期评价（LCA）。目前的研究大多集中在宏观和微观的MFA，完成国家级MFA研究的国家有澳大利亚、德国、奥地利、比利时-卢森堡、捷克、丹麦、芬兰、法国、希腊、匈牙利、爱尔兰、意大利、日本、韩国、荷兰、挪威、波兰、葡萄牙、斯诺伐克、瑞典、智利 、美国、中国、玻利维亚、哥伦比亚、巴西、委内瑞拉等。就应用情况而言，主要分为信息支持和跟踪监视两方面。信息支持方面包括政策分析、构建社会活动的全景图、决策制定三部分；跟踪监视方面包括物质使用的可持续性、废物管理、资源使用效率、物质使用的环境影响、物质使用的生态影响、贸易影响、供给安全等部分。表2是物质流分析信息在一些国家的应用情况。

5 物质流分析的方法学评价及前景

由于经济-环境系统是一个非常复杂的系统，涉及到方方面面，其行为很难通过建立模型进行分析并预测其变化的趋势和结果。物质流分析则以物质的重量作为基本的单位，对经济系统的物质输入、输出、贮存状况进行分析。近年来，国际上的物质流研究更加强调了隐藏流的概念，并将环境影响一并纳入分析研究中。物质流分析的核心是对社会经济活动中物质流动进行定量分析，了解和掌握整个社会经济体系中物质的流向、流量，并综合考虑所带来的资源消耗、污染排放等环境影响。其优点可以分为几个方面：（1）MFA能够提供整个经济领域的代谢概况，并对其数量和结构的动态变化进行回顾性分析；（2）经济领域物质流分析能够通过一些指标，或者从输出端（如排放量），或者从输入端（如总物质需求），将经济领域的经济活动与环境影响联系在一块；（3）基于指标的输入和输出端的量化有助于对基本物质（包括能源消费）的总需求量进行理解和解释；（4）近年来开展的城市物质流分析研究能够更加客观地评价区域物质经济代谢状况；（5）基于物质流分析信息的使用，能够更好地为政策、决策的制定服务并对物质、能源、环境、安全等进行跟踪监视，实时掌握社会-经济-环境系统状况；（6）物质流分析作为循环经济研究的一个重要方向，资源再生率是研究中一个重要的指标。通过物质流分析，可以对一个区域的资源再生情况有一个详细的了解，并将其反映在研究结果中，通过影响政策的制定进而促进资源的再生利用。

表2 物质流分析信息的应用

当然现在的物质流研究也有其不足之处，也是后面的研究需要加强的，主要体现在以下方面：（1）就整体而言，物质流分析研究或多或少存在统计数据的不完整，统计数据有效性不强，各国之间的数据及研究结果可比性较差；（2）因为各国的社会经济水平发展不平衡，技术水平存在差异，所以各国的隐藏流系数应有所不同，然而现在大部分国家没有自己的隐藏流系数，这方面的研究还有待加强；（3）在经济领域物质流分析研究中，突出地体现在不能包括所有的物质流动；（4）对于区域物质流分析研究，还没有像国家物质流分析研究类似的统一的研究框架，且指标体系也相对不完善，这也导致城市之间数据及研究结果可比性较差；（5）物质流分析信息的应用并不充分，且与其他的研究，如能流、信息流分析的整合性还有待加强。

[1] Adriaanse A，S Bringezu，A Hammond，etal.Resource flows：The material basis of industrial economies[M].Joint project with Wuppertal Institute，Netherlands MHSPE，andJapan’s NIES. World Resources Institute report.Washington，DC：World Resources Institute.1997.

[2]Matthews E，C Amann，S Bringezu，etal.The weight of nations：Material outflows from industrial economies[M].Washington，DC：World Resources Institute.2000.

[3]Graedel T E，B R Allenby.Industrial ecology and the automobile[M].Upper Saddle River，NJ：Prentice Hall.1998.

[4]Stahmer C，M Kuhn，N Braun.Physical input-output tablesforGermany[M].ReportpreparedforDG XI and Eurostat.Luxembourg：Eurostat Directorate B，Unit B6.1997.

[5] Baccini P，P Brunner.Metabolism of the anthroposphere[M].Berlin：Springer-Verlag.1991.

[6] Wackernagel M，W Rees.Our ecological footprint[M].Gabriola Island，BC：New Society Publishers.1996.

[7] Maclean H，L Lave.Life-cycle ofan automobile[J].Environmental Science and Technology ，1998，32(13)：322A-328A.

[8] Saouter R，G.van Hoof.A database for the life-cycle assessment of Proctor and Gamble laundry detergents[J].International Journal of Life Cycle Assessment，2002，7(2)：103-114.

Review of foreign material flow analysis

XU He，LI Jun，WANG Xuxu
（College of Environmental Science and Engineering，Nankai University，Tianjin 300071，China）

Comprehensively introduced the definition of MFA and fully reviews the history of MFA and discribes its theoretical fundamentals,main viewpoints,research routes and framework.The most widely used categories of indicators and the analytic methods by which they are employed in MFA are presented in detail and compared among most of the countries.Practical applications of MFA and related information have progressed in many countries,mainly in areas where the demand for information on resource and material flows is clearly identified and linked to specific policy questions and/or to associated indicator development,the paper analysizes main uses of MFA information in those countries and draws a table to describe the details.At last,the paper gives the strengths and limitations of MFA and the derived indicators.

material flow analysis;analytic methods;practical applications;uses of MFA information;review

X24

A

1674-0912（2010）02-0029-06

2009－12－21）

天津市科技计划项目：低碳生态城规划建设的关键技术及实证研究（09ZCGHHZ00700）

徐 鹤（1971-），男，博士，教授，研究方向：循环经济与战略环评等。