全 文 ：第 34卷 第 6期 生 态 科 学 34(6): 118123
2015 年 11 月 Ecological Science Nov. 2015

收稿日期: 2014-09-20; 修订日期: 2015-03-25
基金项目: 国家自然科学基金(41261021)
作者简介: 李永红(1990—), 女, 宁夏彭阳人, 硕士研究生, 主要从事人文地理学与生态经济方面的研究, E-mail: nxdxliyh@163.com
*通信作者: 刘小鹏, 男(满族), 教授, 博士, 主要从事人文地理学与生态经济方面的研究, E-mail: nxdxlxp@163.com

李永红, 刘小鹏, 裴银宝, 等. 银川市城市生态经济系统的物质流分析[J]. 生态科学, 2015, 34(6): 118123.
LI Yonghong, LIU Xiaopeng, PEI Yinbao, et al. Material flow analysis on ecol-economic system of Yinchuan City[J]. Ecological
Science, 2015, 34(6): 118123.

银川市城市生态经济系统的物质流分析
李永红, 刘小鹏*, 裴银宝, 安琼, 韩文文
宁夏大学资源环境学院, 银川 750021

【摘要】 运用物质流分析法对银川市 2006—2012 年生态经济系统中的物质流进行分析。结果显示, (1)不含水的物质输入与
输出总量均呈先减后增的趋势。物质输入以气体和固体为主, 其中固体物质主要以化石燃料、矿物和建筑材料的增加最为
明显; 物质输出端主要以气体为主, 其中化石燃料燃烧废气排放量和工业废气(二氧化硫、工业烟粉尘)排放量在总气体排放
中所占的量最多。固体废弃物的增加, 也加大了研究区的环境压力。(2)水输入量波动下降, 水输出量不断上升。农业用水
和工业用水约占总用水量的 98%, 农业用水量在不断下降, 工业用水量和生态用水量在不断上升; 废水排放以工业污水为
主。(3)从整体来看, 物质利用强度和输出强度在缓慢降低, 银川市经济发展一方面依靠大量的资源投入, 另一方面, 环境污
染的压力在迅速减轻; 单位产值的物质消耗量在减少, 废弃物的输出效率明显提高, 银川市资源利用效率在稳定提高。

关键词：生态经济系统; 物质流分析法; 城市; 银川市
doi:10.14108/j.cnki.1008-8873.2015.06.019 中图分类号：F062.2; X196 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2015)06-118-06
Material flow analysis on ecol-economic system of Yinchuan City
LI Yonghong, LIU Xiaopeng*, PEI Yinbao, AN Qiong, HAN Wenwen
College of Resources and Environment, Ningxia University, Yinchuan 750021, China
Abstract: Material flow analysis (MFA) method was used to analyze the material flow of ecol-economic system in Yinchuan City
from 2006 to 2012. The results are as follows. (1) The input and output of substance except water first decreased and then increased.
Input was given priority to with gas and solid material, in which solid substances of fossil fuels, minerals and building materials
increased most pronounced. The output of the main substances was gas, and the emissions were fossil fuel combustion and industrial
emissions (sulfur dioxide, industrial smoke dust). Increasing in solid waste was also increased pressure on the environment of the
study area. (2) Water input wave decreased, and the output increased. Water was used in agriculture and industry (about 98% of the
total water use), agricultural water use was falling, and industrial water and ecological water consumption was rising. Waste water
discharge was given priority to with industrial waste water. (3) On the whole, the material utilization intensity and the output intensity
were slowly reduced; the development of study area relied on a lot of resources. The pressure of the pollution of the environment was
reduced. Material consumption per unit of output was reducing, waste output efficiency was increasing significantly, and the resource
utilization efficiency was in the stable.
Key words: ecol-economic system; material flow analysis; urban; Yinchuan City
1 前言
物质流分析(MFA)是指通过追踪环境—经济系
统中的相关物质和能源的投入和产出, 对物质和能
源输入、转化、消费、输出等过程进行核算, 以定
量分析系统中物质和能量通量的方法[12]。物质和能
6 期 李永红, 等. 银川市城市生态经济系统的物质流分析 119

源的输入产生对生态环境的扰动, 引起生态环境的
退化; 物质和能源的输出引起环境的污染(图 1)。近
年来, 物质流分析已成为研究区域生态经济系统物
质减量化和促进区域可持续发展的重要内容。20 世
纪 60 年代末, Ayres[3]等首次进行了国家层面的
MFA研究, 随后 MFA在欧美等发达国家得到了广
泛运用[4–6]。2000 年 MFA 的概念和理论由陈效逑[7]
引入我国, 形成国内物质流研究的热潮[8–17]。
通过专家学者们的研究可以看出, 物质流分析法
在城市生态经济系统物质输入—输出分析中的应用已
经成熟。长期以来, 由于银川市人口增长和经济发展
以及生产方式的粗放, 导致一系列生态环境问题, 环
境容量严重透支, 环境质量不容乐观。据此, 本文以
宁夏银川市为研究对象, 运用物质流分析法对银川
市生态经济系统中的物质、资源的输入—输出进行量
化分析, 以期为银川市可持续发展提供一定的借鉴。
2 研究区概况
银川市地处我国西北内陆地区, 下辖三区(兴庆
区、金凤区、西夏区)、两县(贺兰县、永宁县)、一
市(灵武市), 总面积 9491 km2, 其中城市建成区
148.6 km2。2012 年常住总人口为 204.63 ×104 人, 比
2011年末增长1.02%。2012年全市GDP为1150.93 ×108
元, 比 2011 年末增长 12.5%。近年来, 银川市着手
打造国家级现代能源化工产业基地和国家级生态纺
织示范基地[18]; 2012 年宁夏成为全国第一个内陆开
放型经济实验区, 并建立银川市综合保税区, 成为
深化中阿经贸交流、投资合作和友好往来的重要枢
纽[19]。随着经济的发展和人口的增长, 银川市经济
发展与生态环境间的矛盾日益突出, 对银川市生态
经济系统物质流进行分析具有重要的现实意义。
3 数据来源及研究方法
3.1 数据来源
基础数据来源于《银川市统计年鉴》、《银川

图 1 物质流分析结构示意图
Fig. 1 The frame of material flow analysis
市统计公报》以及相关职能部门的统计数据。对
没有统计数据的指标, 本文参考相关研究成果及
资料[2,20–21]进行计算。
(1) 本地空气物质输入指标中, 化石燃料燃烧
耗氧量用 CO2 和 SO2 排放量估算, 即按氧在其分子
中的质量比例推算, 将化石燃料燃烧排放的 CO2 乘
以 0.73 与 SO2 排放量的 0.5 倍相加。工业生产过程
耗氧相对较少且不易估算, 故略去。生物呼吸耗氧
量是用生物(包括人和动物, 后者主要指家畜如牛、
羊、猪等)的数量乘以相应类别生物年均呼吸耗氧量
求得。土壤呼吸耗氧量根据输出端土壤呼吸排放的
CO2 量推算(氧在 CO2 和 O2 分子中的物质量的比为
1)。植物光合作用消耗 CO2 量近似用农、林产品产
量乘以 1.47 求得。
(2) 废气物质输出指标中, 化石燃料燃烧排放
CO2, 采用碳排放系数法计算。公式如下:
ij i
ij
E C F 
式中: E 表示碳排放量; i 表示化石燃料燃烧种类; j
表示行业或经济部门; Cij 表示 j 行业对 i 种能源消
费的标准量; Fi 表示 i 类化石燃料消耗的碳排放系
数。本文只计算煤炭、石油和天然气的碳排放量,
其碳排放系数分别为 0.722 t(C)/t、0.567 t(C)/t、
0.427 t(C)/t。生物呼吸中人类呼吸排放的二氧化碳
量, 利用各年食物消耗总量乘以 0.338 求得, 动物和
土壤呼吸排放的二氧化碳量按 n(CO2)/n(O2)的比例
为 1, 分别由动物和土壤呼吸耗氧量推算。植物光合
作用排放的氧气量, 按 n(CO2)/n(O2)的比例为 1, 由
植物光合作用消耗的二氧化碳量推算。
3.2 研究方法
参考现有的研究成果[7 12], 将输入端和输出端物
质划分为 4 类(表 1), 其中输入端物质包括(1)水, 指
从环境中提取的天然水, 主要包括工业用水、农业
用水、生活用水和生态用水; (2)固体物质, 主要包括
生物物质和非生物物质, 其中生物物质包括第一性
和第二性生产者的生产量, 主要由农作物、经济作
物、林木、天然水产品和畜产品等组成; 非生物物
质包括化石燃料、金属矿、工业矿物和建筑矿物; (3)
空气, 指人类生产和消费活动中所消耗的空气。输
出端物质包括废水、废气、固体废弃物和水土流失
的物质。
120 生 态 科 学 34 卷

表 1 生态经济系统的输入与输出物质类目及量定指标
Tab. 1 The input and output material category and quantity index in ecol-economic system
类目 本地水输入 用水量
生物物质
本地固体物质输入
非生物物质
植物光合作用、湖泊湿地消耗的二氧化碳量
本地气体物质输入
化石燃料燃烧、工业过程、生物、土壤呼吸耗氧量
物质输入
进口物质 原材料进口
本地废水输出 工业和生活废水排放
化石燃料燃烧废气排放量
工业废气(二氧化硫、工业烟粉尘)排放量
生物和土壤呼吸排放的二氧化碳量
本地气体物质输出
植物光合作用排放的氧气量
工业和生活固体废弃物排放量
本地固体废弃物输出
农药化肥流失量
物质输出
出口物质 原材料出口

4 结果与分析
2006—2012 年银川市生态经济系统物质输入与
输出见表 2, 其中考虑到经济会受到通货膨胀或紧
缩的影响, 故 GDP 数据按不变价计算。由于水输入
与输出量比其他物质量高出很多, 为避免大的物质
流冲淡物质流指标描述物质流动状况的清晰度, 本
研究将分成不考虑水情况下的物质输入输出与水物
质输入输出两种情况进行分析。
表 2 银川市生态经济系统中物质输入与输出统计表
Tab. 2 The statistics of material input and output of ecol-economic system in Yinchuan City
年份
指标(104t·a–1)
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
人口基数/万人 144.68 148.79 165.43 170.18 200.45 202.57 204.63
GDP/万元 3353087 4257453.91 5141139 6442422.00 7926139.88 9866760.92 11509343.67
人均 GDP/(万元·a1) 2.32 2.86 3.11 3.79 3.95 4.87 5.62
用水量 782600 606000 711000 748000 746000 679000 713000
生物物质量 112.07 122.39 135.85 138.06 138.54 141.18 141.26
非生物物质量 3346.38 3953.02 4453.4 5739.06 6836.71 8269.65 9005.3
植物光合作用、湖泊湿地消耗的二氧化碳量 2065.36 2524.16 2995.32 3352.97 4404.39 5033.29 5407.22
化石燃料燃烧、工业过程、生物、土壤呼吸耗氧量 7317.41 5528.77 3794.83 3176.33 2796.65 2086.11 1702.71
原材料进口量 28.44 33.86 39.97 19.49 36.26 37.73 28.88
工业和生活废水排放量 13219.15 14504.22 15052.6 16779.25 16416.6 17327.1 19669.73
工业和生活固体废弃物排放量 108.22 130.44 160.86 190.08 223.7 657.35 769.79
土壤、农药、化肥年流失量 32.85 32.85 32.24 32.77 32.07 32.86 32.96
化石燃料燃烧废气排放量 2240.21 2751.71 3699.37 4210.22 5035.12 7349.34 9734.77
工业废气(二氧化硫、工业烟粉尘)排放量 606.74 429.13 498.02 581.24 1562.24 1751.99 2063.45
生物和土壤呼吸排放的二氧化碳量 1799.82 1799.22 1797.61 1796.76 1796.7 1797.11 1796.73
植物光合作用排放的氧气量 65.36 524.16 995.32 1352.97 2404.39 1033.29 1407.22
原材料出口量 60.83 75.15 82.38 46.96 69.89 99.72 109.75

6 期 李永红, 等. 银川市城市生态经济系统的物质流分析 121

4.1 物质输入与输出的趋势分析
2006—2012 年银川市物质输入与输出总量均呈
先减后增的趋势(图 2)。在不考虑水的情况下, 2012
年物质输入与输出量分别达 54304.71×104 t、
13282.57×104 t, 是 2006 年相应量的 1.41 倍和 1.48
倍。物质输入与输出年均增长率分别为 5.49%、
6.48%, 均大于 GDP 年均增长率。2012 年水输入与
输出量分别为 713000×104 t 和 19669.73×104 t, 是
2006 年的年相应量的 0.91 倍和 1.49 倍。水输入量
年均递减率为 0.61%, 水输出量年均递增率为 5.98%。
银川市物质流动速度增加, 经济系统的快速运转给
生态系统带来的物质输入与输出压力较大, 生态环
境容量透支严重。
4.2 物质输入与输出结构分析
4.2.1 不含水的物质输入与输出结构分析
在不考虑水的情况下, 物质输入构成如图 3 所
示。研究期间, 固体、气体、进口物质输入量分别
占总量的 41.31%、58.56%、0.13%。从时间上来看,
三者均呈波动上升的趋势, 固体物质输入量从 2006
年的 3428.5×104 t上升到 2012年的 9103×104 t, 年均
递增 15.29%; 气体物质输入量从 2006 年的
3898.43×104 t上升到2012年的12886.73×104 t, 年均
增长 19%; 进口物质输入量从 2006 年的 28.44×104 t
波动上升到 2012 年的 28.88×104 t, 增幅很小。从上
述情况来看, 随着社会经济的发展, 银川市物质输
入总量在不断增加, 又集中表现为以气体和固体物
质输入为主, 其中固体物质主要以化石燃料、矿物
和建筑材料的增加最为明显。2006 年化石燃料、矿
物和建筑材料的输入量为 3346.38×104 t, 占物质输
入总量的 26.00%, 2012 年矿物和建筑材料的输入量
为 9005.3×104 t, 占物质输入总量的 55.3%。说明物
质的需求量随着社会经济的发展在不断增加, 而化
石燃料、矿物和建筑材料需求的增加对生态环境产
生的压力在进一步加大。
在不考虑水的情况下, 物质输出构成如图 3 所
示。研究期间, 固体、气体、出口物质输出量分别
占总量的 5.81%、93.36%、0.83%。物质输出端主要
以气体为主, 其中化石燃料燃烧废气排放量和工业
废气(二氧化硫、工业烟粉尘)排放量在气体排放中
所占的量最多。从时间上来看, 各类输出物质年均
递增速度排序为 : 气体物质 (41.37%)>固体物质
(15.72% )>出口物质(13.11% )。这说明造成银川市环
境污染的物质主要以气体为主, 其中主要以化石燃
料燃烧和工业过程释放的废气为主, 其排放量从
2006 年的 2846.95×104 t 上升到 2012 年的 11798.22×
104 t, 年均增长率为 20.81%; 同时, 固体废弃物的
增加, 也加重了研究区的环境压力。
4.2.2 水物质输入与输出结构分析
水量输入构成中, 研究期间, 银川市主要以农
业用水和工业用水为主, 占总用水量的 98.00%左右,
农业用水量在不断下降, 工业用水量和生态用水量
在不断上升。水输出量构成中, 研究期间工业废水

图 2 2006—2012 年银川市生态经济系统物质输入与输出总量
Fig. 2 The total material input and output of ecol- economic system in Yinchuan City from 2006 to 2012

图 3 银川市生态经济系统物质输入与输出结构(不含水)
Fig. 3 Material input and output amount of ecol-economic system in Yinchuan City (without water )
122 生 态 科 学 34 卷


图 4 银川市生态经济系统水输入和输出结构
Fig. 4 Water input and output of the ecol-economic system in Yinchuan City

排放量呈波动上升趋势, 从 2006 年的 7600.59×104 t
上升到 2012 年的 13706.55×104 t, 年均增长率为
9.39%; 生活污水排放量呈波动下降趋势, 从 2006
年的 5618.56×104 t 下降到 2008 年的 4934.98×104 t
后, 又快速上升到 2011 年的 6078.19×104 t, 2012
年又呈下降趋势, 年均递减率为 1.46%。废水排放
以工业污水为主。工业污水是区域水环境压力的
主要来源, 应作为银川市物质减量化战略的重点
内容之一。
4.3 物质输入输出强度与效率分析
为了衡量经济系统物质输入与输出的强度和效
率, 分别计算单位人口和万元国内生产总值(GDP)
的物质输入与输出量(图 5), 其中国内生产总值按不
变价格计算。
2006—2008 年, 人均物质输入量呈上升趋势,
2006年为11.24 t·人–1, 2008年为14.49 t·人–1, 年均增长率
为 11.85%, 明显大于同期的人口年均增长率(6.39‰)。
2009—2012 年, 人均物质输入量呈下降趋势, 年均
递减率为 3.71%, 也大于同期人口年均增长率
(6.63‰); 研究期间, 人均物质输出量呈快速下降的
趋势, 2006 年为 29.44 t·人1, 2012 年为 17.69 t·人–1,
年均递减率为 9.08%。这表明物质利用强度和输出
强度在缓慢降低, 研究区发展一方面依靠大量的资
源投入, 另一方面, 环境污染的压力在迅速减轻。
研究期间, 单位 GDP 物质输入量和输出量都呈
波动下降的趋势。单位 GDP 物质输入量 2006 年为
3.84 t·万元–1, 2012 年为 1.41 t·万元–1, 年均递减率为
19%, 同期单位 GDP 物质输出量年均递减率为
28%。说明单位产值的物质消耗量在减少, 废弃物
的输出效率明显提高, 研究区资源利用效率在稳定
提高。
从图上(图 6)可以看出, 2006—2012 年银川市人
均用水量呈现出波动下降趋势, 人均废水排放量呈
现波动上升趋势; 单位 GDP 用水量也明显下降, 单
位 GDP 废水排放量波动上升。这说明银川市经济和
社会发展过程中用水效率在缓慢提高, 但对废水的
处理效率还有待加强。
5 结论与讨论
通过上述分析可以得出以下几个结论:
(1) 银川市不含水物质输入总量和物质输出总
量都呈先减后增的态势。水输入量年均递减率为
0.61%, 水输出量年均递增率为 5.98%。(2)在不考虑
水的情况下, 银川市物质需求量随着社会经济的发
展在不断增加, 化石燃料、矿物和建筑材料需求的
增加对了生态环境产生重要影响; 银川市环境污染

图 5 银川市物质输入和输出强度和效率(不包括水)
Fig. 5 Intensity and efficiency of material input and output in the ecol-economic system of Yinchuan City (without water)
6 期 李永红, 等. 银川市城市生态经济系统的物质流分析 123


图 6 银川市水输入和输出强度和效率
Fig. 6 Intensity and efficiency of water input and output in the ecol-economic system of Yinchuan
的物质主要以气体为主, 其中主要以化石燃料燃烧和
工业过程释放的废气为主; 固体废弃物的增加, 也加
大了研究区的环境压力。(3)水量输入构成中, 研究期
间银川市主要以农业用水和工业用水为主, 工业用水
逐年增多, 农业用水逐年下降; 废水排放中以工业污
水为主。(4)随着人口的增加和社会经济的发展, 银川
市物质利用强度和输出强度在缓慢降低, 单位GDP物
质输入量和输出量都呈波动下降的趋势。表征了银川
市资源投入量大, 但资源利用效率在稳定提高。
在城市社会经济发展的过程中, 城市生态系统
与经济系统根本不可能实现脱钩。本文以银川市为
研究对象, 运用物质流分析方法系统的对银川市生
态经济系统中的物质输入量和输出量进行分析。与
其他区域相比[2,7,9], 化石燃料、矿物和建筑材料需求
的增加对银川市生态环境产生的压力在加大; 化石
燃料燃烧和工业过程释放的废气, 导致银川市生态
环境压力较大。由于各部门统计数据的标准和口径
不同, 导致数据存在一定的偏差, 本文采用了级别
高一级的统计数据。本文的物质输入与输出量都是
按其重量计算的, 仅仅反应物质输入输出量的大小,
不能直观显示出不同物质对环境影响的差异性。
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