基于物质流分析的京津冀区域物质代谢研究

戴铁军赵迪(北京工业大学，北京　100124)

基于物质流分析的京津冀区域物质代谢研究

戴铁军赵迪(北京工业大学，北京100124)

〔摘要〕本文研究运用物质流分析方法，以京津冀地区作为研究对象，构建区域物质代谢分析指标，实证分析了京津冀地区2005～2012年间的物质代谢规模、强度、效率。结果表明: (1)京津冀物质代谢规模呈上升趋势，河北省物质代谢规模明显大于北京和天津; (2)河北和天津物质代谢强度呈上升趋势，北京市物质代谢强度呈下降趋势，且整体上低于河北和天津; (3)京津冀物质生产力2012年相比2005年分别提高了114. 63%、74. 38%和14. 28%，环境效率分别提高了175. 48%、86. 65%、7. 21%。研究结果可为京津冀协同发展提供科学依据和指导，也为该区域可持续发展研究奠定了基础。

〔关键词〕物质代谢物质流分析京津冀可持续发展

人类的进步和社会经济的发展离不开物质环境，由资源开采、加工制造、产品消费、循环回用、废物处置等5个关键环节所构成的人类社会物质生产和消费过程，可称之为物质代谢［1］。随着经济社会的快速发展，资源消耗剧增，自然资源的有限性日益突出，环境问题也日益明显，直接制约了我国城市可持续发展进程，人们逐渐意识到物质代谢过程在现代经济社会中的重要性。

物质代谢研究旨在分析生态系统对各种资源的需求及排放的废弃物对于系统的压力［2，3］，而物质流分析方法能够对系统经济发展过程中的物质流动造成的资源投入和环境扰动进行分析，揭示系统内物质代谢特点，这种特征促使其广泛应用于物质代谢研究。专家学者运用物质流分析方法对物质代谢进行了大量研究，研究尺度涵盖国家［4－6］、区域［7，8］、企业［9－11］。徐明等运用物质流分析对我国经济系统1990～2002自然物质投入与GDP关系进行分析，提出实现经济发展的去物质化［5］;吴开亚等采用物质流方法，分析了1990～2007安徽省环境载荷变化趋势及减量化状态［7］;戴铁军定量研究企业内部、企业之间的物质循环问题，探索物质流动规律及其对资源环境的影响，为企业与区域节约资源、改善环境提供新的方法和思路［12］。目前，区域层面物质代谢研究是国内研究热点，主要集中于城市或省域的物质代谢活动［13］，但大多局限于一个城市或省域，较少以城市群为单位进行区域资源环境问题研究。京津冀地区位于我国环渤海地带［14］，是我国北方经济规模最大、最具有活力的核心地区，在其经济快速发展过程中，资源、环境、人口等压力倍增，协调经济发展与资源环境之间的关系，促进区域间的合作，实现优势互补成为一种必然选择。深入研究京津冀地区物质代谢特点，对实现京津冀地区协调和可持续发展具有重要的指导意义。本文将运用物质流分析方法，构建京津冀地区物质代谢分析指标，对京津冀地区的物质代谢规模、强度、效率进行定量分析和客观认知，为推动京津冀协同和可持续发展提供指导基础。

1. 1物质流分析原理

物质流分析作为物质代谢研究的重要方法，根据质量守恒定律，通过建立相应的指标体系，对特定时间和空间范围内的物质输入和输出进行量化分析［16］，并通过计算代谢的吞吐量来测度经济活动对环境的影响，分析评价经济发展、资源利用效率，为衡量工业经济的物质基础、环境影响和构建可持续发展指标提供有效的参考依据。

1. 2物质流分析框架

2001年欧盟统计局公布的《经济系统物质流分析方法导则》中指出，物质流分析的重点是经济系统的物质流分析，整个经济系统被看作为一个开放的系统，通过物质能量流动与外界环境发生联系，在宏观层面的物质流分析中，经济系统看作是一个整体，分析中只考虑通过该系统边界进入自然界或其它经济体的物质流而不对系统内部的物质流予以考虑。以欧盟导则中的分析框架为基础，结合区域物质代谢实际，区域物质流分析框架如图1所示。

图1　区域物质流分析框架［17，18］

1. 3物质类型划分

根据欧盟统计局的物质流分析手册，将物质流分析涉及的输入输出物质划分为以下几种类型，如表1所示。

表1　物质流分析输入输出物质分类［17－19］

2. 1指标体系

本文以京津冀地区作为研究对象，从物质代谢规模、强度和效率3个角度出发构建物质代谢指标体系(见表2)。物质代谢规模从输入和输出两方面采用物质代谢量来表示，输入端用DMI表示进入区域生产活动的实物量，用TMR表示区域生产活动所动用的资源总量;输出端选取DPO表示区域内生产过程排放量，用TMO表示将出口物质考虑在内的区域物质总排放。人口增长和经济发展是影响物质代谢的重要因素，通过经济、人口与物质输入输出相关联指标来表示人均物质代谢强度及资源环境压力，加入固体废物综合利用率来表征物质循环利用效率，从而衡量区域物质代谢强度与效率。指标可较为全面的真实反映物质代谢水平，便于地区之间进行对比分析。

表2　京津冀地区物质代谢研究指标

2. 2数据来源

分析数据主要来自《北京市统计年鉴》《天津市统计年鉴》《河北经济年鉴》，其中生物质类物质数据参考《中国农业统计年鉴》，化石燃料数据参考《中国能源统计年鉴》，工业活动相关物质输入输出参考《中国工业经济统计年鉴》《中国矿业统计年鉴》，废弃物排放与处理参考《中国环境年鉴》，耗散性物质参考《中国农村统计年鉴》，进出口核算数据参考《中国港口年鉴》，选用已知物质隐藏流系数计算区域隐藏流［20，21］。

2. 3结果分析

本文选取京津冀地区2005～2012年的数据进行研究，通过对京津冀区域经济环境系统中的物质流进行分析，认知各地区当前发展阶段的物质代谢特点，为京津冀区域经济一体化发展提供基础性定量分析。

2. 3. 1物质代谢规模指标分析

(1)输入端物质代谢规模

直接物质输入量(DMI)是指直接进入经济体供人类使用的物质量，由区域内开采和区域外进口两个部分组成;物质需求总量(TMR)在DMI的基础上把区域内物质开采过程中产生的隐藏流和进口物质隐藏流考虑在内，是指区域经济系统资源消耗总量［22］。

图2　2005～2012京津冀地区物质流输入结构

如图2所示，京津冀三地的直接物质输入量(DMI)呈逐年递增状态。北京DMI由2005年14898. 15万吨增加到2012年22483. 11万吨，增长了51%，年均增长率为6. 06%;天津DMI由2005年19143. 88万吨增加到2012年42019. 52，增长了1. 19倍，年均增长率为11. 89%;河北DMI由2005年58002. 49万吨增加到2012年139021. 25万吨，增长了1. 39倍，年均增长率为13. 30%。

表3　2005～2012京津冀物质需求总量

从表3中可知，2005～2012年京津冀物质各地需求总量不断增加，北京市TMR从2005年的33038. 5万吨增长到2012年的39489. 66万吨，增长19. 53%;天津市TMR由2005年35471. 15万吨增长到2012年67152. 58万吨，增长89. 32%;河北省TMR远大于北京和天津，由2005年的167120. 7万吨增长到2012年388147. 91万吨，增长1. 32倍。2005～2012年间，河北省TMR增长最快，年均增长率达到12. 79%，约为北京的5 倍;天津TMR增长速度居中，年均增长率为9. 55%;北京TMR增长最为缓慢，年均增长率为2. 58%，在京津冀一体化背景下，三地面临城市功能的转换，产业结构进一步调整，河北省承接京津产业转移，改造壮大第二产业，使得资源投入量不断增加。

对比DMI与TMR发现，京津冀区域DMI与TMR变化规律一致，各地区DMI占TMR比例不尽相同。以2012年为例，北京市DMI占TMR比例为57%，天津市DMI占TMR比例为62%，河北省DMI占TMR比例仅为35%，说明除直接物质输入量外，隐藏流对区域整体物质代谢规模的影响较大，其中以河北省尤为明显，隐藏流每年占TMR比例均高达60%以上。随着工业迅速发展和经济快速增长，环境系统需不断为区域经济系统提供自然资源，与此同时，也会引起不容忽视的自然环境生态包袱，以满足其发展的需求。

(2)输出端物质代谢规模

废弃物排放总量(DPO)是指生产消费过程中所产生的各种废物的总量;物质输出总量(TMO)包括区域内废弃物排放、出口物质及经济活动所造成的隐藏流。

表4　2005～2012京津冀废弃物排放总量

如表4中2005～2012年废弃物排放总量(DPO)，京津冀三地DPO均呈持续下降趋势，北京市DPO由2005年的145. 11万吨下降到2012年的94. 44万吨，降幅为34. 92%，年均下降率为5. 95%;天津市DPO由2005年的140. 92万吨下降到2012年的114. 87万吨，降幅为18. 49%，年均下降率为2. 88%;河北省DPO由2005年的1185. 36万吨下降到2012年的886. 95万吨，降幅为25. 18%，年均下降率为4. 06%。工业固体废物每年产生量巨大，2005年以前固体废弃物的排放量一直占据DPO的主要位置，京津冀各地自2005年以来，依靠固体废物处理、循环利用技术，加强对工业固体废物的处理，基本已达到零排放。各地生活垃圾及粪便的无害化处理率也在逐年升高，其中北京市生活垃圾无害化处理率已达到99%以上。工业固体废物综合利用率、贮存量以及生活垃圾无害化处理率的不断上升，使得3个地区的DPO在2005～2012年间大幅下降。

表5　2005～2012京津冀物质输出总量

续表

由表5可知，2005～2012年间，河北TMO呈快速增长，从2005年的79662. 37万吨增加到2012年197228. 01万吨，净增117565. 60万吨，增幅为147. 58%，年均增长率为13. 83%，但可以看出2011～2012年间，河北省物质输出总量已出现下降趋势;天津TMO由2005年的13148. 01万吨增长到2012年的23255. 67万吨，净增长10107. 66万吨，增幅为76. 88%，年均增长率为8. 49%;与津冀地区不同，北京市2005～2012年间物质输出总量基本保持在同一水平上，说明自2005年以来，北京市越来越意识到物质输入与输出对于环境的影响的重要性，在废弃物排放量、资源投入总量等方面进行总体调控，逐步进行产业结构调整，已取得一定的效果。

图3　2005～2012京津冀地区TMO构成变化

津、冀2005～2012年DPO变化趋势与TMO相反，这与各地TMO构成比例有关，如图3所示，各地DPO占TMO比例很小，仅为1%左右。河北省隐藏流每年所占TMO比例达90%以上，对输出端物质代谢规模影响非常大，这进一步说明在资源开采和废弃物排放过程中，其对环境引起的干扰和破坏需要得到重视;天津市作为港口城市，出口物质对输出端物质代谢规模影响较大，每年占TMO比例70%以上;北京市2005～2012 年DPO与TMO均呈下降趋势，近几年来，北京市基于城市功能定位进行产业结构调整，第三产业逐渐取代第二产业占主导地位，重工业产业进行转移，寻求资源配置的高效率，使得本地资源开采量减少，废物排放量减少，循环利用量升高，在一定程度上消除了一些环境损害。

2. 3. 2物质代谢强度指标分析

(1)输入端物质代谢强度

表6　2005～2012京津冀地区输入端物质代谢强度

从表6中可知，2005～2012年间，京津冀各地的人均DMI与津冀地区人均TMR呈增长趋势，随着各地人口数量的上升，其生活水平不断提高，各地开采更多地物质资源以满足消费需求。北京市人均TMR呈下降趋势，年均下降率为1. 67%，此期间北京市TMR趋势相反，说明北京市人口增长速度对物质代谢强度产生较大影响。

(2)输出端物质代谢强度

表7　2005～2012京津冀地区输出端物质代谢强度

如表7所示，2005～2012年京津冀各地人均DPO呈持续下降趋势，这与各地DPO变化趋势相一致，近几年环境问题日益突出，各省市加大了环境监管，提倡废物循环利用，有效地降低了污染物的排放。

北京人均TMO呈下降趋势，与其人均DPO

变化趋势相同;津、冀人均TMO呈增长趋势，与人均DPO变换趋势相反，由于人均TMO等于人均DPO、人均出口量和人均隐藏流之和，在2005 ～2012年间后两者的增长幅度大于人均DPO的下降幅度，主导了人均TMR的变化趋势。

2. 3. 3物质代谢效率指标分析

物质生产力表示单位物质消耗所创造的经济价值，是衡量区域经济系统资源利用效率的指标;环境效率表示单位物质输出所创造的经济价值，是衡量经济系统年度物质输出效率的指标［19］。

图4　2005～2012年京津冀地区物质生产力和环境效率

图4所示，京津冀地区的物质生产力和环境效率在2005～2012年间变化各具特点。北京市物质生产力呈持续快速增长趋势，从2005年2109. 52 元/吨提高到了2012年的4527. 62元/吨，增长了1. 14倍，年均增长率为11. 53%;天津市物质生产力在2005～2012年间总体上也有较大提升，从2005年的1101. 08元/吨提高到2012年的1920. 09元/吨，增幅为74. 38%，年均增长率为8. 27%;河北省物质生产力在2005～2012年间缓慢增长，从2005年的599. 09元/吨增长到2012年的684. 66元/吨，增幅为14. 28%，年均增长率仅为1. 93%。与京津相比，河北省2005～2012 年TMR快速增长且资源利用技术水平低，导致河北省物质生产力增长缓慢。

环境效率方面，北京市在2005～2012年间环境效率获得了快速提升，从2005年的6577. 51元/吨提高到2012年的18119. 56元/吨，提高了1. 75倍;天津市环境效率在2005～2012年间也有所提高，从2005年的2970. 52元/吨提高到2012年的5544. 40元/吨，增幅为86. 65%;与京津相比，河北省环境效率在2005～2012年间增长缓慢，由2005年的1256. 82元/吨提高到1347，43元/吨，增幅仅为7. 21%。2005～2012河北省由资源投入引起的物质隐藏流质量持续增高，所占TMO比重达90%，对该地区环境扰动巨大，使得其环境效率低下。

表8　2005～2012京津冀地区固体废物综合利用率　%

京津冀各地固体废物综合利用率如表8所示，2005～2012年间，天津市固体废物综合利用率最高，平均值高达99%，北京市固体废物综合利用率平均值为75%，河北省固体废物综合利用率最低，均值仅为56%。

所选研究时期是国家社会经济高速发展时期，各地不可避免的增大物质代谢规模。北京市在扩大物质代谢规模的同时，能够基本保持原有物质代谢强度，并大幅增高物质生产力和环境效率，说明其在节能减排、倡导循环经济的发展等方面取得了良好的成效，相比之下，河北省和天津市物质代谢效率落后于北京市，其中河北省的物质代谢效率及固体废物综合利用率最低，说明河北省在资源的高效配置及综合利用上需得到足够的重视，逐步缩小与其他地区的差距。

2. 3. 4区域整体分析

上述研究说明北京、天津、河北各地越来越注重资源环境问题，在资源投入量不断增长的同时，积极采取各种监管和技术措施，摒弃依靠物质投入的增加来获得经济增长的粗放式增长方式，逐步改善区域环境质量，使得京津冀地区的废弃物排放量分别下降了34. 92%、18. 49%、25. 18%，环境效率得到提升;在经济增长的同时，通过调整产业结构，重点发展节能环保产业，提高资源的有效配置，使得京津冀各地物质生产力有所升高，在一定程度上为促进区域间的协同发展打下了基础。

但由于三地属于不同行政区域，环境、经济等各方面政策及措施的实行力度和范围不同，各地的发展规划更多地考虑本地的实际情况，而忽略构建区域内有效的协作机制，使得京津冀地区在同一时间段内各地区物质代谢发展水平表现出不同的状态，2005～2012年间北京物质生产力和环境效率分别增长了1. 14和1. 75倍，河北增长幅度14. 28%和7. 21%;天津固体废物综合利用率平均值99%，河北仅为56%。北京市产业结构以第三产业为主，天津市高新技术等新兴工业发展迅速，京津产业发展集中，未对周边地区产生带动作用，制约了整个区域的发展;而河北省传统工业比重大，新兴产业起步晚、规模小，导致京津的产业结构水平、技术水平要高于河北，造成京津冀区域“中心发达、腹地落后”两极分化的现象，河北在经济与环境方面的相对滞后也会制约京津的发展。说明京津冀地区应明确各区域功能地位，进一步加强沟通合作，整合产业结构，构建区域协调与保障机制，将整个区域的技术水平提高起来，逐步走向京津冀区域均衡发展。

京津冀区域协同发展已经上升到国家发展战略的高度，相关的可持续发展研究是迫切需要的。运用物质流分析方法进行京津冀区域物质代谢研究对促进该区域协同与可持续发展具有积极意义。本文从时间与空间角度对京津冀区域物质代谢进行实证分析，结果表明，2005～2012年间京津冀地区的物质代谢水平呈现出非均衡的状态:

(1)各地DMI与TMR呈增长趋势，DPO呈下降趋势，北京TMO基本保持同一水平，河北TMO和天津TMO呈上升趋势，且河北省的物质代谢规模明显大于北京和天津。

(2)各地物质代谢强度变化趋势不同，北京市物质代谢强度呈波动下降趋势，且整体上低于河北和天津物质代谢强度，天津和河北物质代谢强度呈上升趋势。

(3)各地的物质代谢效率均有不同程度的升高，其中北京市物质生产力和环境效率水平高于河北和天津，且增长速率最高;河北省物质生产力和环境效率水平都处于三地中最低水平。

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(责任编辑:史琳)

Research on Material Metabolism of Beijing－Tianjin－Hebei Region Based on Material Flow Analysis

Dai Tiejun Zhao Di(Beijing University of Technology，Beijing 100124，China)

〔Abstract〕Research on the use of material flow analysis，taking Beijing－Tianjin－Hebei region as the object，this paper constructs the regional material metabolism analysis index and empirical analyzes the material metabolism scale，intensity and efficiency of Beijing－Tianjin－Hebei region in 2005－2012．The results show that: (1) the scale of Beijing－Tianjin－Hebei shows an upward trend，and the scale of Hebei is larger than the scale of Beijing－Tianjin; (2) the intensity of Hebei and Tianjin is rising．The intensity of Beijing is decreasing and lower than Hebei and Tianjin; (3) Beijing－Tianjin－Hebei material productivity in 2012 increase by 114. 63%，74. 38% and 14. 28%，compared to 2005 and environmental efficiency improve 175. 48%，86. 65%，7. 21% respectively．The results can provide scientific basis and guidance for the coordinated development of Beijing－Tianjin－Hebei region and laid the foundation for the sustainable development of the region．

〔Key words〕material metabolism; material flow analysis; Beijing－Tianjin－Hebei Region; sustainable development

作者简介:戴铁军，北京工业大学循环经济研究院教授，博士。研究方向:生态工业研究与评价、资源节约与循环利用。赵迪，北京工业大学循环经济研究院硕士。研究方向:环境可持续发展。

收稿日期:2016—01—25

〔中图分类号〕F259. 2

〔文献标识码〕A

DOI:10．3969/j．issn．1004－910X．2016．04．016