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1、利用物质和能量流核算框架监测社会-自然相互作用的可持续性Fridolin Krausmann 等(奥地利大学社会生态系)MEFA 是指物质和能量流核算(Material andEnergy Flow Accounting)。在 MEFA 框架下,社会)经济的物质和能量存量及流量的核算可以与土地利用及其对陆地生态系统中物质和能量存量及流量的影响联系起来。因此,MEFA 框架可以用作量度社会-自然相互作用的工具,借此评价社会经济发展的可持续性。本文通过奥地利的实例,来说明如何运用 MEFA 框架评价物质增长和经济增长之间以及社会-经济代谢机制与土地利用之间的关系。一、引 言社会-经济系统被描述为依
2、赖于不断投入的物质和能量的-物质经济.,这种过程通常被称为社会-经济代谢机制。这种机制是靠自然资产(一是可再生自然资源,与土地利用相关;二是非再生资源)来维系;与此同时,它还取决于生态系统吸收和排放废弃物的能力。土地利用与社会经济的物质和能量流的紧密关系表现在:(1)从环境中开采物质和能源需要土地面积;(2)基础设施的建设需要土地;(3)经济社会活动需要物质和能源的运输、储存、转换、消费以及废弃物的处置,所有这些活动都与土地相关。追踪社会-经济的物质和能量流可以帮助回答以下与可持续管理相关的关键问题:(1)物质经济运行状况如何?即社会-经济系统能量和物质消耗的数量、结构及流向随时间变化的情况如
3、何?(2)资源开采是在国内还是来自进口,来自何处?(3)资源的开采与土地利用的关系如何?(4)社会经济的变化(GDP)与物质和能量流以及土地利用的变化关系如何?经济增长与物质和能量消耗的关系如何?回答上述问题并提供定量数据是识别物质和能量增长以及土地利用变化的驱动力的关键所在。二、MEFA 框架:概念和方法论MEFA 框架方法(图 1)建立的基本原理是能量守恒定律。建立了社会-经济系统的物质和能量平衡表:系统的总输入=总输出+净累积量。MEFA 方法能够进行时间序列分析和跨国家/地区的比较。MEFA 框架中的主要指标包括(图 1):国内物质/能源消耗(DMC/DEC)、直接物质/能源输入(DM
4、I/DEI)、物质贸易平衡(PTB)、国内加工出口(DPO)以及净增加存量(NAS)。标准的物质流核算(MFA)的累加单位是公吨;而能量流核算(EFA)的累加单位是卡路里。利用 MEFA 方法可以识别出社会经济系统与自然系统之间物质和能量流分配和交换情况;也可以辨识出直接和隐藏的物质/能量流。隐藏的物质/能量流包括开采的但实际上并没有被经济社国土资源情报 资源可持续利用 2004 年第 9 期 31 会所利用的物质(如采矿覆盖物)以及与进口有关的上游资源。MEA 框架中一般将水和空气单独进行核算。EFA 核算区别于传统能源核算在于考虑社会经济系统中所有的 直接能量 输入,主要是生 物量(bio
5、mass)核算的差异。在传统能量平衡表中,仅当生物物质产生热能时才考虑此项;而当生物物质用于牲畜和人类营养等目的时并没有考虑此项。图 1 MEFA 框架 TMR/TER:总物质(能源)需要=DMI(DEI)+国内隐藏流+国外隐藏流DMI/DEI:直接的物质(能源)输入=国内开采+进口DMC/DEC:直接的物质(能源)消耗=DMI(DEI)-出口TDO:总的国内输出=DPO+国内隐藏流(仅对物质流有用)NAS:净增加存量=DMI-DPO-出口DPO:国内加工输出(针对空气、土地和水蒸气)=DM I-NAS-出口三、奥地利案例分析奥地利是位于欧洲中部的一个高度工业化国家。国土面积为 83 858
6、万平方公里,人口810万。森林和林地覆盖率为 47%,耕地为 16%,草地为15%。奥地利历年(1950 2000)土地利用和土地覆被变化情况见表 1。表 1 1950 2000 年期间奥地利土地利用和土地覆被变化年份奥地利总面积份额(%)与 1950 年相比面积百分比变化林地耕地草地城市林地耕地草地城市195041182021960411919204-7221970431818340-12461980441816360-1873199045171449-5-291142000461615511-13-27149与 1950 年相比地面 NPP 百分比变化与 1950 年相比单位面积商业收获量
7、百分比变化林地耕地草地林地耕地草地1960037311949471970063647699019800727632113100199018175821309820001a80a70a74103112 数据来源:Haberl等(2001);a 针对 1995 年,因为缺少 2000 年数据。资源可持续利用 国土资源情报32 2004 年第 9 期 (一)1950 2000 年期间奥地利经济发展的物质消耗 利用 MEFA 框架来评价(1)奥地利 19502000 年期间物质/能量的开采、进口、出口以及消费情况及其与土地利用的关系;(2)资量消耗与经济增长之间的关系(即物质/能量效率)。图 2a 和
8、 2b 分别示出了 1950 2000 年期间奥地利经济发展消耗的总物质量和总能量。图 2 1950 2000年期间奥地利经济的物质和能量消耗总量(a)为国内物质消耗量 DMC;(b)为国内能量消耗 DEC数据来源于:(a)Schandl 等(2000),Eurostat(2002);(b)Krausmann 和 Haberl(2002,2003)目前,奥地利国内物质消耗量(DMC)约为人均 1813 千吨/年,远远 低于 国内 物质 进口 量(DMI)-人均 22183 千吨/年。奥地利的人均DMC 大于 15 个欧盟国家的平均值-1516 千吨/年。在奥地利物质流消耗中,建筑材料占 DMI
9、 的最大份额,为 52%,生物物质占 25%,化石燃料物质占 16%,工业材料(如矿石)占 7%。这种物质消耗模式与 15 个欧盟国家的平均水平相当。奥地利目前能量消耗(DEC)约为人均 200 千焦耳/年。国内能量输入(DEI)为人均 250 千焦耳/年。由于缺少其他国家数据的缘故,在进行国家之间比较时仅考虑技术能量消耗 1,这部分能量消耗占 2000 年奥地利总能量消耗的 1/3 不到。奥地利的技术能量总消耗大约是世界平均值的 2倍,但比欧盟国家的均值少 8%左右,比美国少62%左右。2000 年奥地利的化石燃料占总 DEC的 55%,生物能占 35%,水电加上进口电力占10%。这些数据表
10、明,国家的化石能不能取代生物能,生物能在奥地利工业化进程中起着越来越重要的作用。化石能的利用、随后的大规模水电的开发利用以及面积依赖型生物能的利用,大大地改变了社会经济系统的土地利用功能。1950 2000 年期间奥地利能量流的增长稍微快于物质流的增长。这是因为生物能中含有高卡路里能量的作物(如油豆)的种植面积不断增加的缘故。上世纪 50 70 年代早期,石油消费快速增长,而后呈稳定水平,部分原因是 1973 年、80年代早期、90年代早期油价暴涨。在整个研究期内,天然气和水电(包括进口电力)大幅增长,煤的消费变化不大。在 1950 1980 年期间奥地利物质和能量消费年增长速率约为311%。
11、自 80 年代早期油价暴涨以来,总的 DMC 和 DEC 持续增长,但放慢了步伐,年增长率约为 014 111%(图 3)。与此同时,物质/能量的进出口却呈指数增长态势,19502000 期间的年均增长率为 1 7%。图 3a 表明国内物质开发在 90 年代早期达到峰值后呈稳定水平,而物质的进出口都呈指数增长趋势。图 3b 表明国内能量开发自 1970 以来呈平稳水平,而能量的进出口尽管受价格波动影响要比物质进出口大得多,但同样呈指数增长态势。奥地利于 1995 年加入欧盟后,其物质和能量出口增加。物质进口一直远远小于国内物质开发,这反映出建材通常没有被运输到很远的地方。能量进口远远高于国国土
12、资源情报 资源可持续利用 2004 年第 9 期 33 内能量开发,表明奥地利消费的化石能主要依赖于进口,而国内化石能的开采起着次要作用。图 3 奥地利物质(a)和能量(b)的国内开采、进口和出口;数据来源于图 3 生物物质的利用是土地利用的重要驱动力。图4a 表明了奥地利生物物质的国内消费和净贸易的情况。国内生物物质开采呈饱和趋势,整个时期的净生物物质贸易为零。然而,图 4b 则揭示出生物物质的进出口呈指数增长态势。奥地利自1995 年加入欧盟后,出口增加很快。历史上,奥地利在 20 世纪前半叶粮食和饲料依赖于进口,出口大约同数量级的木材(每年为 200 万 300 万吨)。然而,在最近几十
13、年,奥地利的木材加工业对来自 Scandinavia 半岛和东欧的进口原木依存度越来越大,与此同时,出口大量的木材制品。由于农业的机械化,奥地利从一个粮食进口国转变为一个农产品出口国,但没有减少农产品的主要进口。图 4 奥地利经济的生物物质流,(a)生物物质的国内消费和净贸易;(b)生物物质的进出口。数据来源于 Krausmann 等(2001b,2003b)研究表明,许多工业化国家,如德国、荷兰和英国,都与奥地利的物质/能量消耗模式类似。因此,可以推断奥地利的资源消耗模式适用于大多数高度工业化国家。追踪生产、贸易和消费的物质/能量流对于提高可持续发展能力研究至关重要,因为它可以测度工业化国家
14、物质经济的程度。贸易的全球化使得国家发展对国内生物生产力依赖程度越来越小,而对贸易流的依存度越来越大,当然,其前提是交通运输成本相对较低,运输效率较高。就是说,贸易有可能建立工业化经济。这就引发了另一个重要问题,即工业化国家从发展中国家大量获取物质/能量的/国家外在化0问题。尽管奥地利物质/能量消费取决于本土开发的程度萎缩,但社会经济代谢系统的变化使奥地利的土地面积利用格局发生了变化。这不仅反映在国家水平上耕地、草地、森林、城市和定居的面积等的变化上,还反映在土地利用模式的变化上。利用MEFA 框架分析可以发现,奥地利已经过渡到一个化石燃料依赖的工业化能量系统。这种过渡始于19世纪初期。完成了
15、这种过渡并不意味着减少了源于国内土地利用的面积依赖型的生物物质的利用。相反,奥地利对生物物质(能)的生产大幅增 资源可持续利用 国土资源情报34 2004 年第 9 期 长。化石燃料完全改变了土地利用的社会-经济功能。一方面,物质和能量的国内开发保持在平稳状态,另一方面它们的进出口呈持续的指数增长态势。(二)1950 2000 年期间奥地利的物质消耗与经济增长 将经济增长的物质/能量投入与货币收入关联起来,分析它们之间的关联性对于可持续发展具有重要意义。如果经济增长不是大量依赖于物质/能量投入,则说明经济发展促进可持续发展。图 5a 表明 GDP 的增长大大高于国内能量消费(DEC)。真实 G
16、DP(1990 年不变价格,OECD,2002)在整个期间增长约 6 倍,而 DEC 的增长为172%,人口仅增长 17%。图 5b 显示出因人口增长不大而使人均 DMC 和人均 DEC 在 80 年代以来基本保持不变。但总的来说,图 5b 表明,DEC和 DMC 的增长呈相同模式,尽管这两个指标测定的是完全不同的东西。图 5(a)1950 2000 年期间奥地利的真实 GDP 增长(1990年不变价格)、人口、国内物质/能量消耗(DMC/DEC)(指数,1960=100%);(b)1950 2000年期间奥地利人均 DMC和 DEC数据来源:GDP-OECD(2002);人口-奥地利统计局,
17、2002;DMC 和 DEC-图 3 图 6b 分析了真实 GDP 与能量利用的三个指标)DEI(直接能量输入)、DEC(国内能量消耗)以及 FEC(最终能量消耗)之间的关系。它表明在 1950 年以来奥地利经济的能量效率大大增加。DEC 的效率增长了 2 倍多。1950 年单位DEC 的 GDP 产出为 60$/GJ,而在 2000 年上升为 120$/GJ。在整个期间的年增长率保持在116%左右(表 2)。FEC 效率也持续增长,但增长速率较慢,1960 2000 年期间其增长率(FEC/GDP)为 113%,平均增长率为 017%。DEI 和DEC 的效率增长率则分别为 113%和 11
18、6%。图 6 1950 2000 期间奥地利经济的物质和货币关系(a)直接的能量输入(DEI)、国内能量消耗(DEC)和最终能量消耗(FEC);(b)DEI、DEC和 FEC与 GDP 之间的关系国土资源情报 资源可持续利用 2004 年第 9 期 35 表 2 1950 2000 年奥地利 GDP 和能量效率的年均增长率(即单位 DEI、DEC、DMC、FEC的 GDP)时间年均增长率GDP(%)GDP/DEI(%)GDP/DEC(%)GDP/FEC(%)GDP/DMC(%)1950 1960610214213无数据无数据1960 1970415014018-0170191970 19803
19、160191150180161980 19902110191180171181990 20002120141170161171950 2000317113116017116四、讨论和结论 (一)社会-经济代谢系统与国家本土土地利用 分析表明,如果化石能量的可得性不成问题的话,依赖于化石能量系统的经济发展将不会受到多大限制。因为一方面能量的获得可通过大量的进口,最终将依靠化石燃料动力技术;而另一方面,通过化石能输入到农业-生态系统使农业产量大幅度增加。从农业社会向工业化社会的转变基本上改变了农业的社会-经济功能:农业(包括林业)是农业社会初级能量中最重要的资源,关系着任何农业社会的生存;而工业社
20、会则不然,从农业中所获得的能量可以少于其投入。然而,关于/用可再生的生物能量替代化石能量以促进可持续发展0的主张是值得警惕的,因为生产更多的生物物质受到土地生产面积的限制。例如,奥地利即使最大限度地生产国内生物能量,其对国家的技术初级能量的贡献率仅会从现在的 12%增加到15%,还远远不能满足国家社会经济发展对能量的总需求;另外,这种战略将会大大增加土地占用,从而导致陆地植被对 CO2吸收能力的降低。景观生态学研究表明,中等强度的土地利用在生态方面是最适宜的。因此,可持续发展战略的目标仅是简单地提高生物物质的利用而不考虑生态质量准则看来是有问题的。(二)经济增长与可持续性MEFA 框架可用来测
21、试有关可持续发展的一些重要问题,如生态可持续性准则是否限制经济增长,或经济增长和可持续发展是否能够协调等问题。Weizscker(1997)提出了/4 倍效率增长0,即经济活动增长翻一番而物质消耗减半。如果在30年内实现这个目标,就意味着 GDP 年均增长率约为 214%,物质/能量消耗量年均减少 214%,使年效率(GDP/物质消耗量)增长约 418%,比至今为止奥地利年效率值(在 1 2%之间,表 2)高出 2 5 倍。有证据表明,对于一些产品可以实现 4倍增长的目标,但对于整个经济来说,采取什么样的政策来实现这个目标,实施政策过程中是否会得到公众的支持都还不清楚。目前奥地利的人均物质和能
22、量消耗高于全球可持续发展水平,因此实现经济发展和物质/能量消耗之间的脱耦关系(即经济增长但物质能量消耗降低)是实现可持续发展的前提。效率改善是实现可持续发展的原则。耦合的生态-社会经济模型可以将物质和货币流有机联系起来,用以分析政策或生活方式的变化对 GDP、能量和物质流及其排放的影响,识别出降低资源使用的社会经济可持续发展的有效途径。MEFA 框架为这种模型提供了基础,即它可将经济流(经济核算 SNA中的货币流)与社会经济的物质和能量流有机地联系在一起,用物质和经济数据来分析社会经济系统的运行情况,描述生态系统中物质/能量或碳流及其储量的变化情况。随着有关物质和能量流数据的不断完善,MEFA
23、 方法会更加可靠。一旦全面的核算数据建立起来,就可将物质输入输出模型与资源和能量的消耗与经济各部门及其相应的货币流链接起来。德国已经建立了物质输入-输入表(PIOT),这是利用MEFA框架建立耦合的(下转第 56页)资源可持续利用 国土资源情报36 2004 年第 9 期 图 LME 库存量和 3 个月现金期货差价资料来源:汇丰银行 由于供应严重紧缺,欧洲和美国的消费者都将不得不支付比中国人更高的价钱来购买铜矿。汇丰银行专家的结论是,铜价将上涨;由于供应紧张,LME 拖延交货的情况将加剧。(丁晓红译自 Mining Journal,March 19,2004)(上接第 36 页)生态-社会经济
24、模型的基础。利用 MEFA 方法对奥地利社会经济代谢系统的研究表明,在经济增长的同时,国内资源消耗稳定,物质和能量进出口流呈指数增长。因此,这种新的 MEFA 方法可以用来分析贸易与可持续发展的关系。工业化国家的效率增长是其国家可持续发展的前提和原则,但实际上这种可持续发展是建立在将资源开发转移到发展中国家的基础上。由此产生了-资源外部化.问题,如何分析这种问题,需要跨多个区域的核算和模型工具,包括不同区域之间的资源贸易平衡表数据。(张丽君摘编自 Resources flows and land usein Austria 1950-2000:Using the MEFA frame-work to monitor society-nature interaction forsustainability,Land Use Policy 21(2004)215-23011 根据 IEA,技术能量消耗被定义为总初级能源供应(www1iea1org),不包括人类和动物劳动力,也不包括粮食和饲料21Scandinavia 是瑞典、挪威、丹麦和冰岛的泛称)信息快报 国土资源情报56 2004 年第 9 期