（环境工程专业论文）湖北省磷矿资源开发中的生态包袱研究.pdf

r e s o u r c e se x p l o i t a t i o ni nh u b e ip r o v i n c e m a j o r：e n v i r o n m e n t a l e n g i n e e r i n g c a n d i d a t e ：s h e n x i a o y i n g s u p e r v i s o r ：p r o f c h e nw e i y a w u h a ni n s t i t u t eo f t e c h n o l o g y w u h a n ，h u b e i4 3 0 0 7 4 ，p r c h i n a m a y 2 0 1 0 摘要 摘要 磷矿既是制作磷肥、保障粮食安全的重要物资，又是精细磷化工的物 质基础。磷及磷化工产品涉及农业、工业、医药、军事、航空航天等诸 多领域，其基础及战略地位不容忽视。相比铁、铜等金属矿物而言，磷 矿自身具有不可回收的耗散性特点，因此更具稀缺性。随着磷矿资源开 采中暴露出的环境问题和磷危机的日益加剧，从而使得对磷矿开采的环 境问题的研究也日益变得紧迫。然而，国内目前对此问题的研究多从定 性角度分析，无法在理论及研究方法上获得突破。鉴于我国磷矿资源及 对磷矿开采研究的这种现状，本文首次尝试从定量分析的角度对磷矿开 采进行生态包袱研究，以取得理论上的突破并获得实际的应用价值。 本研究采用理论与实证相结合的方法，首次将物质流分析法、生态 包袱理论引入到磷矿开采单元过程中。在参考和借鉴国内对金属矿产资 源( 如金、铜、铁矿) 开采单元生态包袱系数研究的基础上，首次创建 了磷矿开采单元的物质流分析框架与物质流分析账户，以宜昌地区六个 磷矿区为实证研究，对其磷矿开采单元过程的生态包袱及生态包袱系数 进行了计算，根据计算结果分析比较了造成各个矿区生态包袱及系数不 同的原因，找出了磷矿开采单元的生态包袱影响因素，为进一步提出相 关对策提供了理论依据。 通过对宜昌磷矿区生态包袱的实证分析，本文得到了该地区生态包 袱系数均值在1 6 5 附近；磷矿开采生态包袱与各矿区的年产量( 即生产 规模) 正相关等基本结论。经进一步探讨后，分析得出了影响磷矿开采 生态包袱及生态包袱系数大小的主要因素为采矿量和水两项物质投入的 重要结论。 在研究过程中，本文还创造性地提出了物质投入系数概念及计算方 法，弥补了生态包袱分析中的不足，丰富和发展了生态包袱理论；此外， 建立了生态包袱系数计算与分析的一般模型，为湖北省、乃至全国磷矿 开采单元，为磷矿产业其它单元过程，以及其它矿产资源开采单元的生 态包袱研究提供了理论依据和参考价值。 武汉工程大学硕七学位论文 关键词：磷矿；物质流；生态包袱；物质投入系数 i i a b s t r a c t a b s t r a c t p h o s p h a t ei sa ni m p o r t a n tm a t e r i a lf o rp r o d u c i n gf e r t i l i z e r , a n dt h eb a s i s o ff i n ep h o s p h a t ec h e m i c a l s p h o s p h o r u sa n dp h o s p h o r u sc h e m i c a lp r o d u c t s r e l a t et oa g r i c u l t u r e ，i n d u s t r y ，m e d i c i n e ，m i l i t a r y ，a e r o s p a c ea n dm a n yo t h e r f i e l d s ，t h eb a s i ca n ds t r a t e g i cp o s i t i o nc a nn o tb ei g n o r e d c o m p a r e dw i t hi r o n ， c o p p e ra n do t h e rm e t a l l i cm i n e r a l s ，b e c a u s et h ep h o s p h a t ei t s e l fh a sn o t r e c o v e r e dd i s s i p a t i v ec h a r a c t e r ，s oi t sm u c hs c a r c e w i t ht h ee n v i r o n m e n t a l i s s u e sa n dp h o s p h o r u sc r i s i si ne x p l o i t a t i o no fp h o s p h a t er e s o u r c e sh a v i n g b e c o m ei n c r e a s i n g l ys e r i o u s ，s oi tm a k e st h es t u d yt oe n v i r o n m e n t a li s s u e si n p h o s p h a t em i n i n gb e c o m ei n c r e a s i n g l yu r g e n t h o w e v e r ，o u rd o m e s t i cc u r r e n t r e s e a r c h e so nt h o s ei s s u e sj u s tf o c u so nq u a l i t a t i v ea n a l y s i s ，w h i c hh a v e n t a c h i e v e dab r e a k t h r o u g hb o t hi nt h et h e o r ya n d m e t h o d t a k i n gi n t oa c c o u n t t h es i t u a t i o nm e n t i o n e da b o v e ，t h i sa r t i c l ea t t e m p t st or e s e a r c ho ne c o l o g i c a l r u c k s a c kf o ro b t a i n i n gat h e o r e t i c a lb r e a k t h r o u g ha n dt h e p r a c t i c a lv a l u e w i t hac o m b i n a t i o no ft h e o r e t i c a la n d e m p i r i c a lm e t h o d ，t h i sa r t i c l eh a s i n t r o d u c e dm a t e r i a lf l o wa n a l y s i sa n de c o l o g i c a lr u c k s a c kt h e o r yi n t ot h e s t u d yo fp h o s p h a t em i n i n gu n i tf i r s tt i m e o nt h eb a s i so fr e f e r r i n gt ot h e e c o l o g i c a lr u c k s a c kr e s e a r c ho nm i n e r a lr e s o u r c e s ( s u c ha sg o l d ，c o p p e r ，i r o n o r e ) ，t h i sp a p e rh a sf i r s t l yc r e a t e dm a t e r i a lf l o wa n a l y s i sf r a m e w o r ka n d m a t e r i a lf l o wa n a l y s i sa c c o u n t si n p h o s p h a t em i n i n gu n i t t h ep a p e rh a s c a r d e do u ta ne m p i r i c a ls t u d yo ns i xp h o s p h a t em i n ei ny ic h a n g ，a n d c a l c u l a t e dt h ee c o l o g i c a lr u c k s a c ka n de c o l o g i c a lr u c k s a c kc o e f f i c i e n to f p h o s p h a t em i n i n gu n i t a c c o r d i n gt o c a l c u l a t i o nr e s u l t s ，t h e s t u d yh a s a n a l y z e da n dc o m p a r e dt h er e a s o nw h i c hl e a dt ot h ee c o l o g i c a lr u c k s a c ka n d e c o l o g i c a lr u c k s a c kc o e f f i c i e n tb e c o m ed i f f e r e n ta m o n gt h es i xp h o s p h a t e m i n e ，f o u n do u tt h ei n f l u e n c i n gf a c t o r st oe c o l o g i c a lr u c k s a c ka n de c o l o g i c a l r u c k s a c kc o e f f i c i e n ti np h o s p h a t em i n i n gu n i t ，a n dp r o v i d e dat h e o r e t i c a l b a s i sf o rp r o p o s i n gf u r t h e rc o u n t e r m e a s u r e so nr e d u c i n ge c o l o g i c a lr u c k s a c k a n de c o l o g i c a lr u c k s a c kc o e f f i c i e n td i f f e r e n c e i i i 武汉工程大学硕士学位论文 b y t h em e t h o do fe m p i r i c a ls t u d yt op h o s p h a t em i n i n gi ny i c h a n g ，t h i s h a so b t a i n e das e r i e so fc o n c l u s i o n s ，s u c ha s ，t h em e a no fe c o l o g i c a l r u c k s a c kc o e f f i c i e n ti ny ic h a n gi sa b o u t1 6 5 ；t h ee c o l o g i c a lr u c k s a c ko f p h o s p h a t em i n ew i l li n c r e a s ew i t ht h ea n n u a lp r o d u c t i o n ( i e t h es c a l eo f p r o d u c t i o n ) i n c r e a s i n gi ny ic h a n g ；m i n i n gv o l u m ea n dw a t e ri n p u t sa r et w o k e yf a c t o r s t h a ta f f e c t e d e c o l o g i c a l r u c k s a c ka n de c o l o g i c a lr u c k s a c k c o e f f i c i e n ti ny ic h a n g i nt h ec o u r s eo ft h es t u d y ，t h i sp a p e rf i r s t l yp u t sf o r w a r dt h ec o n c e p ta n d c a l c u l a t i o nm e t h o do fm a t e r i a li n p u tc o e f f i c i e n t ，w h i c hh a sm a d eu pf o rt h e l a c ko fe c o l o g i c a lr u c k s a c kt h e o r yi nf u r t h e rs t u d y ，e n r i c h e da n dd e v e l o p e d t h ee c o l o g i c a lr u c k s a c kt h e o r y i na d d i t i o n ，i nt h ee n do ft h es t u d y ，t h ea u t h o r h a se s t a b l i s h e dt h eg e n e r a lm o d e lo fc a l c u l a t i o na n da n a l y s i sa b o u te c o l o g i c a l r u c k s a c kc o e f f i c i e n t ，w h i c hp r o v i d et h et h e o r e t i c a lb a s i sa n dr e f e r e n c ev a l u e f o re c o l o g i c a lr u c k s a c kc o e f f i c i e n tr e s e a r c hi nh u b e ip r o v i n c e ，e v e nt h e n a t i o n a lp h o s p h a t em i n i n gu n i t ，t h eo t h e rp r o c e s su n i t so fp h o s p h a t ei n d u s t r y ， a n do t h e rm i n e r a lr e s o u r c e se x p l o i t a t i o nu n i t k e y w o r d s ：p h o s p h a t em i n e ；m a t e r i a lf l o w ；e c o l o g i c a lr u c k s a c k s ； m a t e r i a li n p u tc o e m c i e n t i v 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 目录v 第l 章绪论1 1 1 研究背景及意义1 1 1 1 研究背景1 1 1 2 研究意义4 1 2 研究主要内容及技术路线。5 1 2 1 研究主要内容。5 1 2 2 研究技术路线9 1 3 研究的难点及创新点1 l 1 - 3 1 研究的难点1 1 1 3 2 研究的创新点1 1 第2 章研究的理论基础1 3 2 1 物质流分析方法13 2 1 1 基本观点。1 3 2 1 2 物质流分析的框架1 4 2 1 3 物质流分析的指标1 5 2 2 生态包袱一物质流帐户中的隐藏流19 2 2 1 基本概念19 2 2 2 计算方法2 0 2 3 生态包袱系数21 2 3 1 基本概念2 1 2 3 2 计算方法2 2 2 4 物质流及生态包袱理论的国内外研究进展2 2 2 4 1 物质流及生态包袱理论的国外研究进展2 2 v 武汉工程大学硕士学位论文 2 4 2 物质流及生态包袱理论的国内研究进展2 3 第3 章宜昌地区磷矿开采生态包袱与生态包袱系数的计算2 7 3 1 理论探讨2 7 3 2 湖北省磷矿资源状况概述2 8 3 3 宜昌地区生态包袱的计算方法3 0 3 4 物质流分析框架。3 1 3 4 1 研究系统与系统边界的确定3 1 3 4 2 磷资源开采单元系统物质流分析框架3 2 3 5 磷矿开采单元物质流帐户及物质投入类型3 4 3 5 1 磷矿开采单元物质流帐户的建立3 4 3 5 2 磷矿开采单元物质投入类型的划分3 4 3 6 数据的采集和处理3 5 3 6 1 数据的采集3 5 3 6 2 数据的处理3 7 3 7 磷矿开采投入账户主要分析指标的计算3 8 3 7 1 直接物质投入的计算3 8 3 7 2 隐藏物质投入的计算3 8 3 7 3 物质投入总量的计算4 2 3 8 生态包袱及生态包袱系数的计算。4 3 3 8 1 生态包袱的计算4 3 3 8 2 生态包袱系数的计算4 4 3 9 对生态包袱及生态包袱系数计算结果的分析。4 6 3 9 1 对生态包袱计算结果的分析4 6 3 9 2 对生态包袱系数计算结果的分析4 7 第4 章宜昌地区磷矿开采生态包袱系数的分析与研究。4 9 4 1 生态包袱及生态包袱系数分析4 9 4 1 1 各矿区生态包袱及生态包袱系数的分析与研究4 9 4 1 2 各矿区物质投入系数的分析与研究5 2 v i 目录 4 1 3 宜昌地区生态包袱系数的分析与研究5 7 4 2 生态包袱及生态包袱系数反映出的生态环境意义5 7 4 3 对策及建议5 8 第5 章生态包袱系数计算与研究的一般模型6 1 5 1 建立一般模型的意义6 1 5 2 一般模型的建立6 1 5 2 1 基本理论及概念引入6 1 5 2 2 研究思路及计算公式“ 5 2 3 数据来源及处理6 5 5 2 4 生态包袱、生态包袱系数及物质投入系数的计算及分析6 5 第6 章结论与展望6 7 6 1 结论6 7 6 2 展望。6 8 参考文献71 附图一：湖北省磷矿资源分布图7 5 附录一：攻读学位期间发表论文目录7 5 致 射。7 7 v h 亟堡三堡奎堂堡主堂垡笙塞 一 _ _ _ _ _ _ _ _ l _ _ - - _ - i _ _ l _ _ - - i - _ _ - _ _ _ _ _ - - - _ - _ 一 v i i i 第1 章绪论 1 1 研究背景及意义 1 1 1 研究背景 第1 章绪论 我国是一个矿产资源大国，矿产资源总量丰富。改革开放3 0 多年来， 随着我国经济的快速发展，工农业生产对矿产资源的需求也与日俱增。 如今，我国矿产资源的开发总规模庞大，已位居世界前列。矿产开采业 的发展支撑着我国经济的振兴和社会的发展。反之，我国经济的振兴和 社会的发展又形成了对矿产资源的巨大需求，极大地推动了矿产开采业 的发展和繁荣。 但是，在矿产开采业发展与繁荣的背后，产生的生态环境问题也日益 变得尖锐。事实表明，矿产资源的开发，在很大程度上改变了当地的生 态环境，甚至造成了不可修复的破坏性。例如，在金、铁、磷矿的开采中， 一般都要占用大量的土地；会改变矿区原有的地形和地貌，诱发多种地 质灾害；会使得矿区附近的生态系统遭到破坏和污染：此外，矿山开采产 生的废弃物还会成为影响周围环境的新的污染源，等等。如此一些环境 问题变得越来越突出。然而，在矿产资源开采中，不仅仅存在上述有目 共睹的生态环境问题，一些不为人察觉，但对生态环境有更深远影响的 问题也是存在的，这就需要我们进行更深入的研究和讨论，去找到解决 此类问题的方法和规律。 值得庆幸的是，矿产资源开采的环境负面效应，已经受到了世界范 围的重视。这不仅体现在环保人士的奔走呼告，游行示威，更体现在广 大环境学者为此而展开的深入且富有成效的科学研究中。在所有研究矿 产资源开发与环境破坏性关系的理论中，最具影响力的当属g w e m i c k 并l l a u s h e l 提出的物质流分析框架以及w e i z s a e c k e r 提出的生态包袱理论。物质 流分析框架研究的是封闭的社会经济系统，通过分析边界输入与输出两 端的物质使用情况，定量描述了人类在开采，制造和使用过程中物质的 流动状况，并分析了物质的这种流动状况对生态环境的影响以及破坏程 武汉丁程大学硕士学位论文 度。生态包袱理论则指的是人类在社会经济活动中，为了获得有用物质 ( 或产品) 而动用的但最终并没有直接进入交易以及生产过程的物料， 它从输入端全面揭示了获得一定的产品对自然资源的消耗水平以及对生 态环境的冲击程度，生态包袱理论目前已经成为国际上表征和衡量这种 冲击程度和影响水平的综合量化指标。 物质流分析框架及生态包袱理论以数学的计算方法量化地反映了矿 产开采过程对环境的破坏程度，在学术界得到了极大地认可和广泛的应 用。目前，国内一些学者，已尝试将这种分析方法和理论应用到我国矿 产开发对环境影响的分析评价中。在作者查阅的相关文献中，已见用物 质流分析框架及生态包袱理论对我国金矿、铁矿、铜矿的开采进行了相 关的分析和研究。 瞿泓滢等通过进行物质流框架分析，确定出我国金矿开采中的物质 投入，并详细阐述了我国金矿开采单元中非生物性物质生态包袱系数的 计算方法。通过计算1 9 9 0 2 0 0 1 年1 1 年间我国金矿的生态包袱系数，得出 了生态包袱系数的变化趋势及主要取决因素，以及由此反映的对生态环 境破坏性的关系等一系列重要结论心3 。 王青等在“教育部优秀中青年教师基金资助项目 中国铁矿资源开 发中的生态包袱研究的研究中，利用生态包袱的计算方法，首次计算 了1 9 9 1 , - - 2 0 0 0 年1 0 年间中国铁矿石原矿、精矿与成品矿的生态包袱及生态 包袱系数，这对于定量研究矿产资源开发造成的生态压力、计算钢铁相 关产品的生态包袱与生态包袱系数，以及我国社会经济系统物质的总需 求都有极大的实用价值呤3 。 丁一等则用同样的方法对我国铜矿的开采进行了研究，并撰写了中 国铜资源开发利用中的物质投入一文，定量地分析了我国铜矿生产的 物质投入和生态包袱h ，。 从上述文献中我们可以看到，虽然国内一些学者已开始开展我国矿 产资源开采对生态环境影响方面的研究，但是，这种研究还是初步的、 局部的，且主要集中在对金、铁、，铜等金属矿产开采的研究范围，在笔 者所查阅的文献中，对于磷矿等重要非金属矿产的类似研究，并未查见。 第1 章绪论 例如，贵州大学陈立平只从磷矿开采给环境带来的塌陷、崩裂与滑坡等 地质灾害，以及产生的有害元素出发，定性地阐述了磷矿开采对生态环 境系统的破害，并在此基础上提出了相关对策和改进措施，。 彭三国等人在湖北磷矿资源的保护一文中，从保护磷矿资源角 度出发，描述了湖北省磷矿资源开发的概况，分析了湖北省近年来磷矿 产业的发展情况，指出了磷矿开采中出现了诸如采富弃贫、乱采滥挖、 开采方式粗放以及矿企之间竞争无序等一系列问题，并在此基础上提出 了若干项有针对性的改进对策和建议阳 。 赵敏慧等在抚仙湖流域磷矿开采对生态环境的影响研究一文的 实证分析中，从磷矿开采对地表的破坏、对矿区植被、动物和水环境的 影响等方面，以实际数据和案例定性地分析了云南抚仙湖流域磷矿开采 对生态环境的影响，但该文没有通过更进一步计算定量地揭示出这种影 响的大小，以及产生这种影响的主要来源口3 。 磷矿作为社会经济发展的一项重要基础资源，它既是制作磷肥、保 障农业生产的重要物资，也是磷化工的物质基础，其地位不可替代，重要 性不容忽视。同时，磷矿又是一项战略性资源，磷化工产品涉及农业、 工业、航空航天等诸多领域，战略地位不容低估畸1 。 虽然磷矿与金、银、铜、铁等金属矿同属不可再生资源。但不同的 是，由金、银、铜、铁等金属矿经冶炼制成各类金属产品后，在需要的 情况下仍可比较容易地将这些金属产品回收，进行加工再利用，如回收 废铜、废铁回炉再冶炼，重复使用。磷则不同，磷矿经化学加工制成磷 化工产品后，不像金属产品那样容易回收，基本不能重复使用，如磷肥 进入农田就是单向不可逆过程。因此，从这个意义上说，与这几种金属 矿物相比，磷矿更具耗散性，磷资源相比金属矿产更加稀缺，这是磷矿 与前述几种金属矿物的主要差别。 据专家分析及预测，相对于金、铜、铁矿的资源危机而言，我国的 磷矿资源危机更严重，磷危机的出现和加剧，必将影响我国经济的持续 快速发展，对磷矿资源的浪费和破坏，必将影响到我国经济、生态整个 系统的稳定性和可持续发展。 武汉工程大学硕士学位论文 正是因为磷矿资源自身特性和不可替代性，以及在我国国民经济发展 中的重要地位，才决定了对磷矿的巨大需求，也才形成了对磷矿开采的 巨大动力和推动作用，由此，也不可避免地产生了磷矿开采过程中对环 境影响和破坏的不容忽视的问题。然而，从前述文献可知，国内学者对 金、铜、铁矿生态包袱的研究，不约而同地都是从可回收资源入手，而 对不可回收的可耗竭资源的生态包袱研究却都未涉及。虽然国内也有学 者对磷矿资源开采进行了研究，但无人从生态包袱角度入手，目前对于 磷矿开采的研究也并不深入，其研究结论对于研究磷矿开采与生态环境 保护方面的关系并不具有切实的指导意义，其提出的对策和措施并不能 从根本上改变我国磷矿开采中出现的种种环境问题。 鉴于此种背景和情形，深入开展磷矿开采过程中生态包袱与生态环 境关系的分析和研究工作，就显得极为必要和迫切了，这正是本文研究 的背景及初衷。 我们知道，我国磷矿虽总量丰富，但分布却极不平衡，且整体品位 不高，多为中低品位矿藏。从分布上看，我国磷矿主要储藏在南方地区， 具体而言，尤其集中在中西部的云南、贵州及湖北等省份，这一带磷矿 品位接近，磷矿开采技术水平趋同。根据湖北省国土资源厅的数据显示， 截至2 0 0 9 年1 2 月，湖北省的磷矿资源保有量已达至l j 3 0 3 9 亿吨，占全国的 约1 8 ，排名从原来的全国第三位上升到第二位。湖北省具有先天的磷矿 资源优势，在我国磷矿开采及磷相关产品的生产中的地位举足轻重，这 已成不争的事实。而湖北省宜昌市作为我国优质磷资源产地之一，其储 量占到了湖北省总储量的5 0 以上。因此，对湖北省，尤其是对宜昌的磷 矿开采与生态环境的关系做深入的研究分析，其研究结论具有一般性， 具有指导性，对于开展全省、乃至全国层面的类似研究具有重要的参考 和借鉴意义。 1 1 2 研究意义 只要细心观察我们的日常生活就会发现，我们使用的绝大多数产品， 都是通过开采得到的各种矿产资源转化而来的，既包括金属矿物，也包 第l 章绪论 括各种非金属矿物。我们的生活对矿产资源的开发产生了巨大的依赖， 在对矿产资源索取和开发的同时，也对生态环境产生了巨大的破坏，这 已是一个普遍的共识，并日益引起了人们的重视。 各种矿产资源的开采都不同程度地对生态环境产生了影响。磷矿开 采对环境的影响和破坏，与金、铁、铜矿等金属矿产的开采过程相比， 既具有共性，又有特殊性。本文在借鉴国内对金、铜、铁矿生态包袱研究 的经验的同时，也从磷矿自身特点出发，将生态包袱理论引入磷矿开采 的环境分析中，这在国内同类研究中还是首次。生态包袱理论的研究方 法，从磷矿开采的物质投入端通过数学计算，定量地分析了磷矿开采对 环境的破坏程度，具有研究方法的创新意义。此外，本文的研究还兼具 实用意义和经济意义，将宜昌地区的磷矿开采作为研究对象，其研究结 论及成果不仅对于宜昌地区处理磷矿开采与环境关系，具有直接的实用 意义，同时对于研究湖北省及全国磷矿开采与环境的关系，也具有重要 的参考价值。本文选择宜昌矿区作为典型案例分析，并计算出该地区磷 矿开采的生态包袱及生态包袱系数，对于后续研究湖北省磷矿开采具有 研究方法上的借鉴意义；同时对于研究磷产业链后续环节的研究也具有 重要的指导意义。 1 2 研究主要内容及技术路线 1 2 1 研究主要内容 本研究范围为图1 1 的虚线包围部分，将生态包袱理论和物质流分析 方法引入到磷矿开采环节中分析，通过选取湖北省宜昌地区的典型矿区 进行实证研究。经过大量的资料整理和实地调研，计算地下开采方式下 湖北省宜昌地区的典型矿区磷矿开采过程生态包袱与生态包袱系数，根 据计算结果可以进一步定量分析典型矿区磷矿开采过程对资源的损耗和 对自然环境的影响，结合典型矿区的特点，找出对环境压力的来源和成 因，提出减少磷矿开采生态包袱和降低生态包袱系数的途径与对策。 本文的主要研究内容包括以下几个方面： 武汉工程大学硕七学位论文 ( 1 ) 简要阐述物质流分析方法及生态包袱理论 引入物质流分析方法和生态包袱理论的基本观点，介绍了本研究内 容的主要理论基础，即物质流分析的框架、物质流帐户的分析指标、生 态包袱理论和计算方法； ( 2 ) 确定出宜昌地区磷矿开采环节的物质投入类别 根据物质流帐户分析指标体系，结合磷矿开采环节投入的物质情况， 确定出宜昌地区磷矿开采环节的物质投入分类，即直接物质投入和隐藏 物质投入分别具体包含哪些物质，尤其是隐藏物质投入分类的确定。物 质类别的确定关系到相关数据的采集，以及生态包袱和生态包袱系数的 计算； ( 3 ) 数据的采集与处理 本研究采用实地调研的方式获取大量的磷矿物质数据资料，经过整 理、筛选出计算所需的所有投入物质的相关数据；并通过查阅国外有关 生态包袱研究方面的文献，寻找与本研究投入物质相关的物质隐藏流系 数，参考同类研究中的数据处理方法，对采集的数据进行处理； ( 4 ) 计算宜昌地区典型矿区的磷矿开采生态包袱及生态包袱系数 在前面研究工作的基础上，根据磷矿开采物质流投入指标及其计算 公式，计算宜昌地区典型矿区的直接物质投入指标、隐藏物质投入指标、 物质投入总量指标。然后根据生态包袱理论及生态包袱和生态包袱系数 的计算方法，计算宜昌地区典型矿区的磷矿开采生态包袱及生态包袱系 数； ( 5 ) 对计算出的生态包袱及生态包袱系数进行分析与说明 根据计算出的生态包袱及生态包袱系数分析了矿产资源开采给生态 系统带来的影响程度和压力大小，同时也以具体数据说明了对自然资源 的消耗程度和索取代价。然后通过各磷矿区的生态包袱与生态包袱系数 柱状图比较，试图找出会对自然环境造成影响的因子；同时由于宜昌地 区作为湖北省磷资源最丰富的地区，本研究所选取的六个磷矿区在宜昌 地区又具有典型性，因此需要说明根据这六个磷矿区计算得出的生态包 袱及生态包袱系数均值对于宜昌地区，及整个湖北省的磷矿开采的生态 第l 章绪论 包袱研究有何积极作用； ( 6 ) 物质投入系数概念的提出与分析 在利用计算出的生态包袱和生态包袱系数试图找出会对自然环境造 成影响的因子的过程中，发现单单凭借生态包袱和生态包袱系数无法看 出究竟是哪一种或哪几种物质对自然资源的消耗最多，对生态系统的影 响程度和压力最大。因此，本研究引入物质投入系数的概念，对其进行 了定义，并给出了计算公式。在计算出物质投入系数的基础上，进一步 分析矿产资源开采给生态系统带来的环境压力的主要来源和成因，并提 出了降低生态包袱，解决环境压力的对策与建议； ( 7 ) 磷矿开采生态包袱研究一般模型的建立 在前面的计算、分析、验证、再分析、提出方案一系列工作的基础 上，本研究构建了磷矿开采生态包袱研究一般模型。它包括了基本理论 及概念引入、研究思路及计算公式、数据来源及处理、生态包袱和生态 包袱系数及物质投入系数的计算及分析等四个环节和步骤。 此模型的建立，不仅适用于对其它地区磷矿开采的生态包袱研究， 还可以为磷矿产业其它环节的生态包袱研究提供理论依据，同时对其它 矿产资源的生态包袱研究起到借鉴作用。 盈2暑08笛3霜蛊dso置l8。2山ib=葛j弓置一一i 2昌叫菡 匝氍爆爿钆黔取奄鼙ii匝 议秘翠扑千隧扑k骥h塔饭 第1 章绪论 1 2 2 研究技术路线 本文主要采用理论研究与实证研究相结合的方法，选取湖北省宜昌 地区的六个磷矿采矿区进行磷矿地下开采单元过程的生态包袱研究初 探。研究内容目前国内尚无人尝试，因此本文属于探索性研究，填补了 国内对于非金属矿生态包袱研究的空白。 首先，根据物质流分析理论，引入经济系统的物质流分析框架，结 合磷矿开采环节的物质流动特征，构建了磷矿开采环节的物质流分析框 架；通过资料搜集，选择将湖北省宜昌地区的六个磷矿区作为分析研究 的对象；在物质流投入帐户主要指标体系的理论基础上，确定了所选矿 区的物质投入类型；针对所有的物质投入类型，通过实地调研方式采集 相关物质投入的数据，并查阅国外文献确定物质隐藏系数；接下来根据 主要分析指标公式分别对各个磷矿区的物质投入指标进行计算，从而计 算出六个磷矿区的生态包袱及生态包袱系数；根据计算出的结果，对宜 昌地区、乃至湖北省磷矿开采过程中资源的破坏和生态环境的影响程度 进行定量的分析；在分析过程中发现生态包袱和系数不能完全反映出环 境压力的主要来源，通过分析提出了物质投入系数的概念，并进行更深 入的分析和研究；最后，把对宜昌地区磷矿开采的研究思路和方法整理 后创建了生态包袱研究的一般模型。 本论文的技术路线如图1 2 所示。 武汉工程大学硕士学位论文 选择研究方法 ( 理论与实证相结合) 物质流分析理论 根据物质流分析框架 确定研究边界 ：- 收集资料 筛选 一 选取研究对象 ( 湖北省宜昌市六个矿区) 引入物质流投入账户分析指标 建立物质流分析帐户 对投入物质进行分类 数据的采集及处理 直接物质投入的计算 ： 实地调研 筛选 蔓赢釜面 区域物质隐藏流的计算 物质隐藏流 系数的确定 物质投入账户分析指标的计算公式 物质投入总量的计算 生态包袱理论及计算方法 宜昌地区磷矿开采 生态包袱与生态包袱系数的计算 定性与定量相结合 找出生态压力的主要影响因 素，提出相应解决对策 建市磷矿开采 生态包袱研究的一般模型 分析比较各矿区磷 矿开采对资源的损 耗及对环境的影响 发现生态包袱分析 的不足，提出物质 投入系数的概念， 并对其进行计算 图1 2 技术路线图 f i g u r e l 2t e c h n o l o g yr o a d m a p 1 0 第1 章绪论 1 3 研究的难点及创新点 1 3 1 研究的难点 本研究的难点主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 在本研究之前，国内还没有开展过对磷矿开采的类似研究，因此 并无相关可借鉴的经验。而且，通过物质流分析法及计算生态包袱系数 来研究矿产资源开发的情况，在国内也不多见，加之通过笔者的阅读， 发现这些仅有的研究中，其研究方法也有值得推敲之处，且研究也缺乏 深度，泛泛而谈。因此，本研究只能通过对物质流分析法及生态包袱系 数的深入理解，对相关数据的实地调研，并结合宜昌地区磷矿开采的实 际情况，来探索出一条合理并能对今后的研究提供参考的研究方法来。 ( 2 ) 由于磷矿开采相关统计数据不全，给本文在数据的获得上带来了 不小的难度，因此，计算所需数据的实地调研是一项困难而艰巨的工作。 在通过统计部门及网站、图书馆、数据库等途径无法获得数据时，笔者 考虑通过选择对宜昌地区具有代表性的多个矿区进行调研的方式来获得 数据，以解决数据无法获得的难题。 1 3 2 研究的创新点 本研究的创新点主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 本文首次将物质流分析法、生态包袱及生态包袱系数的研究方法 运用到磷矿开采中，由于是首次尝试，这既是本文的难度所在，同时也 是本文的创新之处。通过阅读国内关于磷矿开采与生态环境关系的文章， 笔者深刻体会到目前的研究现状存在空泛而不具体，定性分析而不定量 分析，肤浅描述而不深入探究的情况。对此，本研究尝试从磷矿开采这 一具体环节出发，通过物质流分析框架建立磷矿开采环节的物质流帐户， 根据生态包袱及生态包袱系数的概念及公式，定量计算并分析了磷矿开 采与生态环境的关系。 ( 2 ) 为了弥补生态包袱系数本身研究的局限性及分析问题的不足，本 文提出了物质投入系数的概念，在此基础上对其进行了定义，并给出了 加 弥环更仅态法 不生方，与究出采研提开的 的矿文数磷本 系对得入得使投使也 质 ， ， 物足时。不同 方的 ， 地中力 h v c 旺慨的析服新分说 0 1 1 ，j 专 创步具 论一 更理进和究做入 研在深本数得 是系变这袱系。包关式态的公生问算了之 计补境 在的以 第2 章研究的理论基础 2 1 物质流分析方法 第2 章研究的理论基础 资源开发与环境保护是一对矛盾，随着这一矛盾的日益尖锐，环境 保护问题逐渐成为一个既热门，且同时又迫切需要解决的问题。纵观以 前对资源开采与环境保护这一问题的相关研究，或是事前预防、事中控 制、事后改进，都只是从某一环节出发，具有一定的片面性，缺少对资 源开采与环境保护的系统分析。近年来，随着将物质流分析方法引入到 资源开采与生态环境关系的研究中后，对于这一问题的研究才变得系统 化。 物质流分析不只是产业生态学与循环经济学两个学科的重要研究领 域，同时也是在社会经济活动中，对物质流动情况进行定量分析的重要 工具。通过对物质流的分析，既能够了解社会经济系统中物质的流向问 题，也能掌握物质的流量状况，还有利于认识当前社会经济发展阶段的 物质消耗特点，从而为该区可持续发展战略的制定、产业结构的优化与 调整等提供定量的分析方法，这对于促进区域的可持续发展问题具有重 要的意义吲。 2 1 1 基本观点 物质流分析方法借用了工程热力学中的热力学第一定律概念，并将 这一概念引入到社会一经济一环境系统的分析中来。它将社会经济系统当 作研究对象，通过确定其与环境的边界，以分析进出边界的物质流的质 量平衡为方法，来研究这种物质流的活动对环境有怎样的影响，以及这 种影响怎样量化的问题。 武汉工程大学硕士学位论文 图2 1 社会一经跻环境系统的物质流 f i g u r e2 1m a t e r i a l st h r o u g h o u ts o c i e t y e c o n o m y - e n v i r o n m e n ts y s t e m 1 9 9 5 年，a u s h e l 与g w e m i c k 首次提出了国家物质流分析框架 ( m f a ) ，在此基础之上，a d r i a a n s e 于1 9 9 7 年将m f a 首次运用到工业 经济系统中，紧接着，m a t t e w s 于2 0 0 0 年将m f a 在美国、德国和荷兰等 国家进行了实践，这使得该理论的应用得到了极大地推广。物质流分析 以封闭的社会一经济系统作为研究对象，通过分析输入与输出边界两端的 物质使用情况，定量描述了人类开采、制造和使用物质的流动状况，并 据此分析这种物质的流动状况对生态环境的影响水平和破坏程度。根据 a u s h e