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中国经济—环境系统的物质流分析

陈效逑 乔立佳

（北京大学 城市与环境学系，北京100871）

提　要　利用物质流的理论和方法分析了 1989～1996 年间我国经济系统的物质需求总量、物质消耗强度和物质生产力。研究结果表明：①我国经济发展的资源与生态环境代价是巨大的，1994 年物质需求总量是与我国国土面积大致相当的美国的 1.6 倍；②我国经济系统的运行主要依赖于国内的资源消耗，1994 年人均国内物质需求量是荷兰的 1.1 倍和日本的 1.5 倍；③我国的资源利用效率仍然很低，1994 年单位物质消耗量所创造的 GNP 仅为发达国家的约 2%～6%。在上述分析的基础上，以我国目前的物质生产力为起始点，提出了到 2025 年和 2050 年将资源利用效率分别提高 4 倍和 10 倍的中、长期目标，以便与全球可持续发展对资源消耗的总控制目标相适应。

关键词　物质需求总量；物质消耗强度；物质生产力；可持续性；中国

中图分类号　F062.1

文献标识码　A

文章编号　1000－3037(2000)01－0017－07

1 研究背景

　　在可持续发展的研究领域，一个人们关注的核心问题是可持续性的度量标准，它既涉及到可持续发展理论的建立，也关系到实现可持续发展的目标确定与手段选择。一些学者根据自然资本的概念提出强可持续性与弱可持续性的度量标准，其主旨是维持自然资本存量的恒定[1、2]。在自然资本的计算方面，多采用货币的方式，据此估算了作为地球生命支持系统的世界生态系统“服务”和自然资本的价值[3]。这里存在两个不易解决的问题：一是维持自然资本存量的恒定几乎无法实现；二是确定未经市场交易的自然资本存量价值的科学基础薄弱，难以令人信服。因此，这种可持续性的度量标准及其估算方法不能提供实现可持续发展的目标与手段。

　　由于经济—环境系统是一个多相的非线性系统，其行为很难预测，因此，穷其变化的结果（如自然资本的当前存量）和机理（如影响自然资本存量变化的因素）的研究是挂一漏万的。人类避免这个系统的功能迅速退化的办法之一是减少经济子系统动用自然物质的数量。初步估计表明，目前人类每年搬运的物质总量已超过自然过程搬运物质的总量，这种对自然界进化过程的快速扰动，必将会产生对经济—环境系统短期的或长期的负面效应，从而危及人类的生存和可持续发展。因此，可以利用进入经济子系统的物质流作为环境压力和可持续发展程度的一种示踪指标[4、5]。这种指标采用物理量作为单位，弥补了使用某种货币单位不易进行不同地区和不同时期可持续性程度比较的缺陷，使可持续性度量建立在自然科学分析的基础上。物质通过经济系统的流动包括输入量、输出量和储存量 3 个部分。根据质量守恒定律，一定时期内经济系统的物质输入量应等于物质输出量与储存量之和。在储存量变化不大的情况下，物质输入量越大，则废物产生量就越多，用于废物处理的物质（能量）消耗相应增加；物质输入量越小，则废物产生量就越少，用于废物处理的物质（能量）消耗则相应减少。可见，物质输入量是衡量经济系统运行可持续性的基本指标，用它可以定量地确定一个区域或国家在不同阶段的可持续发展目标。根据近年来的研究和实践，欧美学者提出了以目前全球物质消耗总量的削减比率作为逐步实现可持续发展奋斗目标的观点，并对在大约 50 年之后将全球的物质与资源利用效率提高 4 倍或 10 倍的可行性及其相应的政策、技术与管理措施进行了科学的论证[6、7]。

　　对美国、德国、日本和荷兰物质输入量的计算结果表明[8]，目前这些发达国家经济系统每年人均物质需求量介于 45～84t 之间，以日本的数值最小。每创造 100 美元的 GDP 所消耗的自然物质平均为 300kg。如果按照资源利用效率 4 倍和 10 倍跃进的目标削减物质消耗总量，到下个世纪中叶，这些国家每创造 100 美元 GDP 所消耗的自然物质量可望分别减少到 75kg 和 30kg。由此可见，国家尺度物质输入量的计算对于认识经济活动与环境退化之间的关系和制订提高自然资源利用效率的政策与法规具有十分重要的意义。有鉴于此，本文尝试利用这一方法对近年来我国经济高速发展的物质和资源代价予以考察，以便认识我国当前发展阶段的物质消耗特点，为制订国家跨世纪的经济—社会—环境可持续发展规划，提供一些基础性的定量分析结果。

2 分析方法

2.1 物质类型的划分

　　根据文献 5，本文将进入经济系统的物质分为 4 种类型：

　　①非生物物质，包括各种矿产和建筑材料等，其中气态和液态的化石燃料均以其质量计入；②生物物质，包括第一性和第二性生产者的生产量；③水，指从环境中提取的天然水；④土地的搬运，指在经济生产活动中移动的表土量和引起的水土流失量等。其中①～③类物质作为商品进入经济系统，又称为直接物质输入；第④类物质虽然并未进入经济系统，没有体现在 GDP 中，但它是获得前三种物质过程中人类动用的环境物质，其数量巨大且环境负面影响十分显著，称为隐流或生态包袱；直接物质输入与生态包袱之和称为物质需求总量[8]。需要指出的是，直接物质输入和生态包袱又分为国内和进口两部分，物质需求总量实际上是来自国土范围内的物质需求总量与由国外进口的物质需求总量之和，其中进口物质的生态包袱虽然对出口国产生环境压力，但仍计入进口国的物质需求总量之中，这样，物质需求总量便是一个国家的经济系统动用整个自然界物质总量的指标。

2.2 统计资料与方法

　　本文的研究时段为 1989～1996 年，正值我国经济迅速增长的时期，揭示这期间经济发展与物质需求的关系，对处于快速经济增长阶段的发展中国家来说，具有一定的代表性。直接物质输入的数据分别取自各种公开出版的统计年鉴[9-11]。这里有几点需要说明：

　　（1）非生物物质中的建筑材料数量本应取粘土、砂和各种石料的开采量，但由于我国没有这方面的统计资料，本文暂以主要由石灰岩生产的水泥产量代替。

　　（2）生物物质中包括农作物、林产品、水产品和畜产品产量，为了避免重复计算，凡人工饲养的，且以农产品为饲料的水产品和畜产品均未计入。

　　（3）增加了文献[8]中未计入的水资源一项，以逐年自来水的供应量为指标，从而强调了水对于经济系统运行的重要性。

　　由于我国尚没有开采单位质量金属与非金属矿物、化石燃料和建筑材料，动用自然界物质（如表土、岩石等）数量方面的实测数据，本文采用德国伍珀塔尔研究所（Wuppertal Institute）提供的全球生态包袱平均比率[4]，估计我国矿产资源和建筑材料开采的生态包袱数值，如原煤的生态包袱比率为 1∶6，即每开采 1t 煤平均要动用 6t 的自然界物质，金的生态包袱比率为 1∶350000，即每开采 1t 金平均要动用 350000t 的自然界物质。基础设施建设的表土移动主要包括房屋、交通及水利设施等的工程挖方量。由于我国尚没有单位面积房屋和单位长度道路建设挖方量的数据，所以暂采用荷兰的计算标准作为近似值[12]。水利工程挖方量的估算采用《中国水利年鉴》[11]上的挖方量数据和水利部提供的农田水利挖方量数据。水土流失量采用 1993 年全国遥感普查的数据[13]。

　　利用上述资料，本文计算了如下 3 个衡量经济系统物质消耗的指数：

　　①物质需求总量 =（国内直接物质输入＋生态包袱）＋（进口直接物质输入＋生态包袱），它是衡量经济系统某一年资源消耗总量的指标；②物质消耗强度 = 物质需求总量÷人口数，是衡量经济系统某一年人均资源消耗量的指标；③物质生产力 = 国内生产总值÷物质需求总量，是衡量经济系统某一年资源利用效率的指标。

　　一般来说，物质需求总量和物质消耗强度的数值越大，经济系统越背离可持续发展的目标；数值越小，则越趋近可持续发展的目标。与此相反，物质生产力的数值越大，经济系统越趋近可持续发展的目标；数值越小，则越背离可持续发展的目标。

3 结果与讨论

3.1 物质需求总量与直接物质输入

　　按照上述 4 个物质类型的划分，将逐年前三类物质中每种原材料的开采量进行加和，即可得到该年直接物质输入的数值；在此基础上再加上第四类的物质移动量（生态包袱），便得到该年物质需求总量的数值（表 1）。

表 1　我国经济系统的物质需求
Table 1 Material requirements of the Chinese economic system(Unit: 10 4t)

年份 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996
国内：化石燃料 119930 123017 124345 127434 130823 139969 152396 156992
　　　生态包袱 631493 649502 655535 673543 691582 745597 817640 839929
　　　金属和工业矿物 10804 10681 11791 13338 14590 16015 17181 17119
　　　生态包袱 117433 137832 146333 162468 182724 201512 229772 232410
　　　建筑材料（水泥） 21029 20971 25261 30822 36788 42118 47560 49119
　　　生态包袱 210290 209710 252610 308220 367880 421180 475600 491190
　　　基础设施建设挖方量 1015981 1297061 1099160 1259490 1362728 1419355 1956712 2220843
　　　生物产量 54069 59653 60360 61920 62925 62255 66097 70763
　　　水土流失量 500000 500000 500000 500000 500000 500000 500000 500000
　　　自来水供应量 3930000 3820000 4080000 4300000 4500000 4890000 4960000 4660000
进口：非生物物质 2520 2086 2377 3493 6558 6188 5842 6481
　　　生态包袱 20533 11770 14248 32322 65037 45154 37458 46009
　　　其它物质 4420 4033 4272 4157 2765 3597 5647 4791
　　　直接物质输入（不含水） 212772 220441 228406 241164 254449 270142 294723 305265
　　　生态包袱总量 2495730 2805875 2667886 2936043 3169951 3332798 4017182 4330381
　　　物质需求总量（不含水） 2708502 3026316 2896292 3177207 3424400 3602940 4311905 4635646
　　　总人口数（万人） 112704 114333 115823 117171 118517 119850 121121 122389
　　　物质消耗强度（t/人） 24.0 26.5 25.0 27.1 28.9 30.1 35.6 37.9
　　　国内生产总值（万元） 98394315 102562030 111912208 127640802 144384144 162613367 177254731 194541688
　　　物质生产力（元/t） 36.3 33.9 38.6 40.2 42.2 45.1 41.1 42.0

　　从变化趋势方面分析，在统计的 8 年中，年直接物质输入量和物质需求总量均呈显著递增的趋势。1996 年的直接物质输入量和物质需求总量分别达到约 30.5亿t 和 463亿t，是 1989 年相应量的 1.4 倍和 1.7 倍（不含水资源消耗），平均年递增 1.2亿t 和 24.1亿t。如果加上自来水的供应量，1996 年的物质需求总量则增加 1 倍，达到 929.6亿t（表 1）。相比之下，在与我国国土面积大致相当的美国，直接物质输入量和物质需求总量的变化一直比较平稳（图 1、图 2）。这和我国正处于经济高速发展阶段且自然资源大量消耗，而美国经济发展则处于从资源消耗型向非物质中心化（Dematerialization）[14]转化阶段的实际情况是相符合的。

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图 1 中国和美国物质需求总量的比较
Fig.1 Comparison of the TMR between
China and the USA

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图 2 中国和美国直接物质输入的比较
Fig.2 Comparison of direct material input
between China and the USA

　　从物质需求总量的构成方面分析，我国生态包袱所占比例很高，1996 年达到物质需求总量的 93.4%。1994 年我国的物质需求总量是美国的 1.6 倍
（360亿t/219亿t），其中直接物质输入不及美国的一半，而生态包袱竟达到美国的 2 倍。由此可见，这期间我国经济的高速增长是以自然环境的显著退化为代价的，并且这种对自然环境的破坏在不断地加剧。

　　各种物质消耗在物质需求总量中所占比重最大的是基础设施建设，包括交通、房屋、水利等建设工程的挖方量。以 1996 年为例，基础设施建设的挖方量占了该年度物质需求总量的 47.9%，其中水利工程（包括农田水利建设）挖方量占了基础设施建设挖方总量的 94.8%，达 210.5亿t。

　　原煤、原油和天然气等化石燃料及其生态包袱的数量是物质需求总量的第二大贡献者，1996 年该项物质需求量占了年度物质需求总量的 21.5%，其中原煤产量和生态包袱竟占了该项物质需求量的 98%

　　建筑材料（水泥）及其生态包袱的数量是物质需求总量的第三大贡献者，1996 年占到该年度物质需求总量的 11.7%。

　　在我国，作为生物资源、非生物资源获取和基础设施建设等改造自然活动共同生态包袱的水土流失十分严重，成为物质需求总量的第四大贡献者，1996 年全国水土流失量占了该年度物质需求总量的 10.8%。而 1994 年我国水土流失量是同年美国水土流失量的 1.5 倍（50亿t/34亿t）。

　　其余各项物质消耗仍以 1996 年为例，金属矿物与工业矿物开采量及其生态包袱占物质需求总量的 5.4%，其中铁的开采量及其生态包袱占该项物质需求量的 64.5%；生物产量占物质需求总量的 1.5%，其中粮食产量占该项物质需求量的 71.3%；进口物质及其生态包袱占物质需求总量的 1.2%（图 3）。如果纳入水资源的开发量作为物质输入的一部分，我国自来水的供应量就占了物质需求总量的 50% 以上（表 1）。

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图 3 中国物质需求总量的构成（1996 年）
Fig.3 Composition of the TMR of China(1996)

　　综上所述，在我国目前的经济发展阶段，原煤、建筑材料、铁、粮食和淡水是经济系统最基本的物质需求，水利工程建设挖方量是对自然环境最强烈的扰动力量，水土流失是生态环境退化的最显著标志。

3.2 物质消耗强度

　　物质消耗强度的变化趋势与物质需求总量十分相似，从 1989 年的 24.0t 增加到 1996 年的 37.9t，平均每年增加 1.7t，年增长率为 7.1%，明显大于同期人口的年增长率（1.1%）。从年际波动上看，我国人均物质需求量增长迅速，而美、日、德、荷四国的人均物质需求量则变化平缓，其中美国甚至出现了缓慢减少的趋势
（图 4），这从另一方面表明，美国经济正开始向非物质中心化方向转化，而我国的经济发展仍主要是以增加的资源消耗和环境破坏为代价，并且随着人口的增长，资源消耗和环境破坏有加剧增长的趋势。

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图 4 中国和美国人均物质需求量的比较
Fig.4 Comparison of the TMR per capita
between China and the USA

　　从绝对数量方面比较，我国人均物质需求量明显少于发达国家，1994 年为美国的 35.8%（30.1t/84t），德国的 39.6%（30.1t/76t），荷兰的 44.9%（30.1t/67t）和日本的 66.6%（30.1t/45.2t）。尽管如此，由于我国人口数量是美国的 4.6 倍，在大致相当的国土面积上，我国的环境压力仍然大于美国。此外，如果以人均国内物质需求量进行比较，则我国的数值分别为美国的 35.8%（29.6t/82.6t），德国的 63.0%（29.6t/47t），荷兰的 1.1 倍 (29.6t/26t) 和日本的 1.5 倍（29.6t/19.9t），说明我国的经济增长主要依赖于国内资源的供给。从经济与资源的关系上，我国仍属于资源自给型的经济，而荷兰和日本则属于资源依赖进口型的经济。

3.3 物质生产力

　　物质生产力以每投入 1t 物质量所创造的 GDP 予以表示，为了便于比较，GDP 按 1978 年的可比价格计算[9]。统计结果表明，1990 年为一谷值，达到
33.9 元/t，其后物质生产力呈上升趋势，1994 年出现一峰值，为 45.1 元/t，增长率达 33%，说明这一期间我国经济增长的速度超过物质消耗增长的速度，资源利用效率有所提高，其中产业结构（第一、第二和第三产业的比重）的变化对物质生产力的提高也有一定的作用。然而，从总体上来看，我国的资源利用效率仍然是相当低的。以 1994 年为例，采用每投入 1t 物质量所获得的国民生产总值（GNP）的美元数[15]为指标进行比较，我国的物质生产力水平大大低于发达国家，分别相当于美国的 5.7%，日本的 2.3%，德国的 4.9% 和荷兰的 5.3%（表 2）。相当于我国每创造 100 美元 GNP 消耗约 5717kg 的自然界物质。

表 2　不同国家物质生产力的比较（1994 年）
Table 2 Comparison of material productivity of different countries(1994)

项目 中国 美国 日本 德国 荷兰
国民生产总值（亿美元） 6302 67374 43211 20755 3381
物质需求总量（亿 t） 360.29 219.47 56.57 57.54 10.31
物质生产力（美元/t） 17.5 307.0 763.9 360.7 327.9

4 余论

　　本文利用物质流的理论和方法，首次分析了我国经济系统的物质资源基础，弥补了发展中国家物质流研究方面的空白。将我国经济系统的资源消耗特征及其年际变化与一些发达国家类似分析结果进行的比较表明：

　　（1）我国物质需求总量已显著超过与我国国土面积大致相当的、最大的发达国家美国，说明相对于美国而言，我国经济系统的物质资源投入超量，生态环境压力很大。

　　（2）我国人均物质需求量虽然低于发达国家，但人均国内物质需求量已经超过荷兰和日本，说明经济系统的运行主要依赖于国内资源的消耗。

　　（3）我国单位物质投入所创造的 GNP 数额明显低于发达国家，说明我国资源开发粗放，且利用效率低下。

　　应该指出，由于我国统计资料的不甚完备，物质需求总量的数值仅只代表了经济系统物质消耗量的一个比较低的估计值，然而，这已经足以揭示我国高速经济发展的高额生态环境代价特征。在上述物质消耗定量估计的基础上，我们以目前的物质消耗量为起点，参照有关学者制定的全球可持续发展物质消耗目标[6、7]，规划出我国逐步实现可持续发展战略的中、远期目标：①设想到 2025 年实现我国资源利用效率的 4 倍跃进，则每创造 100 美元 GNP 的物质消耗量将减少到大约 1429kg。②设想到 2050 年实现我国资源利用效率的 10 倍跃进，则每创造 100 美元 GNP 的物质消耗量将减少到大约 572kg。这一数值仍然分别是 1994 年美国、日本、德国、荷兰每创造 100 美元 GNP 物质消耗量的 1.8 倍、4.4 倍、2.1 倍和 1.9 倍。

　　这样，在大约 50 年之后，我国的经济发展可望逐步与资源的超量消耗脱钩，开始步入非物质中心化发展阶段，相应的生态环境质量也将显著提高。当然，为了实现上述目标，我们必须进一步加强资源与环境的立法、管理和规划，在保证经济较快增长的同时，积极推广清洁生产工艺、高效能源利用与能源替代技术和资源节约技术等，尤其要稳步地大力推进生态环境建设，使我国自然资源开发、利用过程中产生的巨大生态包袱逐步“卸”下来。

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第一作者简介

陈效逑 (1958－)，男，北京市人，副教授，博士，研究方向为自然地理学和自然资源管理。

基金项目：欧洲联盟 INCO－DC 国际合作项目资助 (ERBIC18CT960128)。
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