生物能源行业研究(6篇)
时间：2024-06-28
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一、共生理论与物流产业集群共生发展模式
“共生”的概念最早由德国生物学家德贝里于1879年提出,指由于生存的需要,两种或多种生物之间必然按照某种模式相互依存、相互作用地生活在一起,形成共同生存、协同进化的共生关系。它们之间相互影响、相互作用,形成了一个相互依赖、相互调节的共同生存与协同进化的共生系统。目前,人们越来越接受“内共生是进化创新的重要来源”[7]的观点。如今,共生理论已经延伸到社会、经济等各个领域的研究中,成为探讨各类组织共生关系产生和发展规律、共生关系与共生环境相互作用、共生单元进化与创新作用的理论工具。
物流产业集群是在某一特定区域内,以物流需求为导向,以现代物流业为主导,由众多相关物流企业与机构组成的物流服务供应链的集聚,是以共生关系为本质特征的网络化产业组织形式和社会经济现象。因此,物流产业集群的本质是共生,通过集群内部产业链的分工与合作构成了共生网络,共生是物流产业集群形成的原动力,也是物流产业集群发展的一种有效模式。借助共生理论,本文认为,物流产业集群共生系统是指集群内企业与物流服务需求主体以及集群内企业间、企业与组织机构间在一定的区域、一定的共生环境中,依据一定的共生模式而形成的相互依存、竞争合作的关系,同时也是具有竞争优势的产业发展模式。与生物共生理论相似,物流产业集群共生系统也包括三个要素:共生单元、共生模式和共生环境。其中,共生单元是基础,共生环境是重要条件,共生模式是关键,三个要素相互影响,相互作用,共同反映着物流产业集群共生演化的方向和规律。因此,物流产业集群共生发展在一定程度上取决于集群共生系统对资源的集聚能力以及共生单元间的分工与合作,共生单元间通过良好的共生界面相互交换物质、能量、信息等“供需流”,进而实现专业化分工与协作,集群共生结构使集群内具有畅通的“供需流”交流渠道,为保持物流产业集群共生发展提供了动力,促进了物流产业集群的创新及共生能量的增加。
二、物流产业集群共生发展影响因素的理论假设
根据物流产业集群共生的本质特性,结合相关文献[8]、[9]、[10]和研究目的,本文从物流产业集群共生系统资源集聚能力、集群共生单元间的分工合作、集群共生系统资源共享水平三个方面揭示其与物流产业集群共生发展的关系,并借助实证的办法予以进一步的验证。
1.物流产业集群共生体资源集聚
所谓资源集聚,指集群共生系统内部企业和部门通过利用共生体特有的资源、环境和组织特征来实现对集群共生体外部资源的吸引。资源集聚的核心功能是把物流设施、资金、技术、人才、知识、信息等要素进行集聚并进行优化配置。一方面,通过集聚,能够克服物流供给与市场的诸多矛盾,创造物流市场,实现市场的扩大;另一方面,通过集聚,能够有效降低物流服务运营成本,提高集群内物流服务企业的响应速度,形成一体化物流服务体系,从而进一步提高共生效率,促进集群共生发展。基于此,我们提出以下假设:
H1:资源集聚对物流产业集群共生发展有显着正向影响。
2.物流产业集群共生体分工合作
物流产业集群共生体内的共生单元通过物流服务供应链的运作,彼此分工合作,共同为物流服务需求企业提供集成一体化的物流服务。从微观角度看,共生体内的每个企业、部门及机构只是处于物流服务供应链上的一个环节或仅仅提供部分物流功能和物流服务;从整个共生系统角度看,第四方物流(4PL)、第三方物流(3PL)以及仓储、运输、配送等功能性物流企业,通过物流服务供应链的协调与集成,为物流服务需求企业提供集成一体化的物流服务解决方案。因此,集群共生体内的共生单元间通过物流服务供应链基础上的专业化分工合作,能够提高市场竞争力及共生企业能力,增加共生体的共生能量。基于此,我们提出以下假设:
H2:分工合作水平对物流产业集群共生发展有显着正向影响。
3.物流产业集群共生体资源共享
现代物流的本质要求整合分散于各领域的物流资源,发挥物流的集成功能。鉴于物流资源的分散化和无序化,需要一种先进的产业组织形式或一个整合的载体与平台,来组织、开发、利用这些物流资源,而物流产业集群共生体恰恰适应了这种资源整合的需求,可以说物流资源共享在物流产业集群共生发展中具有核心地位。物流产业集群共生体可视为物流产业的众多相关企业和其他组织在某个地理区域上的“资源共享平台”,在此基础上促成了共生单元间的专业化分工合作与资源共享。这种资源共享的程度直接影响到集群共生体共生单元之间共生关系的稳定状态,资源共享程度越大,彼此间相互依赖的程度就越大,共生共享就越稳定。通过这种资源整合,不仅促进了“供需流”等要素在企业间的快速扩散,还有利于企业间合作创新物流服务,提高物流服务质量。基于此,我们提出如下假设:
H3:资源共享对物流产业集群共生发展有显着正向影响。
三、实证分析
1.问卷设计
在文献调研与分析的基础上,通过实地访谈和“头脑风暴”法对问卷的内容与形式进行讨论和修改,并借助召开物流园区发展研讨会的机会,对物流园区负责人、物流中高层管理人员和物流研究人员进行了试调查,并根据试调查的结果与反馈意见修改条款的内容与表达方式,形成正式问卷。每个影响因素变量设置了4~5个操作变量,每个操作变量采用李克特五级变量来测量答卷人对每个研究变量的信念,其中数字1代表“非常不同意”,数字5代表“非常同意”。对这些观测变量的描述性统计如表1所示。
问卷定稿之后,我们选择了浙江省11个地(市)具有一定规模的物流园区进行研究。考虑到是向大量的物流园区发放问卷,并且还要保证一定的回收率和有效率,保证问卷填写的时间和质量,课题组采取了多种问卷发放办法。第一,在选取浙江省传化物流基地、绍兴柯桥物流园区、宁波梅山保税港物流园区、嘉兴现代综合物流园区进行调研和访谈时,直接发放问卷,现场回收。第二,利用浙江籍学生的关系自行发放问卷,通过这些联系人与相关物流园区联系,由他们将问卷以电子邮件或纸质问卷的形式发放给物流园区(基地)的被调查者,请他们填写完毕后将问卷发给问卷联系人,然后再由联系人通过电子邮件发回或亲自将问卷交回。第三,课题组在浙江省物流供应链研讨会议上向物流园区参会企业家发放问卷,请调查者现场填写,现场回收。由于问卷的填写对象较有针对性,因此可以认为问卷的回答在一定程度上具有有效性。本次调研共发放问卷181份,收回151份,有效问卷146份,回收率为83.42%,问卷有效率为80.66%。
2.信度和效度检验
(1)信度检验。在研究模型之前,必须首先对数据进行信度和效度检验。信度检验指标通常采用克隆巴赫(Cronbach)α系数。克隆巴赫α系数越大,表示该变量各个题项的相关性越大,即内部一致性程度越高。沃策尔(Wortzel)[11]认为,克隆巴赫α系数介于0.7~0.98之间属于高信度,而处在0.35以下应拒绝使用。本研究采用SPSS18.0软件对问卷数据进行信度分析,信度检验结果见表2。从中可以发现,问卷处于高信度范围内,是适合的,这表明该问卷具有一定的内部一致性和稳定性,可靠程度高。
(2)效度检验。效度评价一般包括内容效度和构建效度两个效度。本研究使用的问卷项目及测量量表大部分来自过去很多学者的研究成果,经过大量的实证研究,得到了充分的确认。同时,在最终问卷确定之前,我们还向相关领域的专家进行了咨询,通过预试修正了问卷的部分提法、内容,因此问卷具有一定的内容效度。对于构建效度,本研究采用验证性因子分析来检验各变量的构建测度。各拟合指标的拟合要求卡方自由度比/df一般应该大于1小于3;规范拟合指数NFI、增值拟合指数IFI、比较拟合指数CFI的值大于0.9,越接近1越好;近似误差均方根RMSEA低于0.05表示非常好的拟合。验证性因子分析各项指标见表3,可见各指标均达到可接受的水平。
3.SEM模型的确立
SEM是综合运用多元回归分析、路径分析、肯证式因素分析而形成的一种数据分析工具。SEM可以对每个估计参数值的适合程度进行显着性检验,以及对该参数在自由估计情况下所导致的显着性改变与模型整体适合度的变化进行显着性检验,其中包括对能够解释若干组观测变量协方差的潜在变量的检验。在目前的管理研究中,特别是采用问卷法收集数据的情况下,SEM是针对传统回归分析弱点(变量观测性、多重共线性)开发出来并得到承认的数据分析方法。
在概念模型基础上,本研究设计了针对AMOS7.0软件的初始结构方程模型,图1为初始结构方程模型的路径图。初始模型有4个潜在变量,17个观测变量。其中,资源集聚、分工合作、资源共享为外生潜在变量,共生发展程度为内生变量。除此之外,还存在17个残差变量,残差变量的作用是保证模型的检验过程能够成立,因为从问卷得出的指标值难免会存在一定的误差,使指标值完全匹配于模型几乎是不可能的,为使路径能够得到验证,概念模型能够得到证明,必须引入残差变量。
4.结构模型拟合及假设检验
为从各方面评价结构模型能否解释原始样本数据,首先使用AMOS7.0软件对研究模型与实证数据进行拟合分析,拟合指标及检验值见表4。根据前面介绍的各拟合指标的拟合要求,从表4可以看出,/df小于3,规范拟合指数NFI、增值拟合指数IFI、比较拟合指数CFI的值均大于0.9,近似误差均方根RMSEA小于0.05,各指标拟合情况比较理想,模型拟合结果良好。
5.结果讨论
运用AMOS8.0软件,采用结构方程模型来检验物流产业集群共生发展程度与资源集聚、分工协作、资源共享之间的相关关系。程序运行结果见图2。根据图2的结构方程模型和路径系数,可得出三个研究假设的相关信息,见表5。
图1初始结构方程模型路径图
图2结构方程模型及路径系数
在结构方程模型中,路径系数是否显着异于零的标准是临界比例(CriticalRatio,简称CR,即t值),当t的绝对值大于等于2时,即可认定路径系数在显着水平0.05以下与零存在显着差异。根据路径系数的t值(见表5),可以判断资源集聚、分工合作水平、资源共享对物流产业集群共生发展的影响程度在95%的置信水平下是显着的。通过路径系数可以看出,从对物流产业集群共生发展的影响来看,资源共享的影响程度最大,其次是分工合作水平,最后是资源集聚。
关键词:生物质能源;产业现状;存在问题;对策措施;贵州
中图分类号:F127文献标志码:A文章编号:1673-291X(2010)28-0128-03
生物质能是植物通过光合作用将太阳能转换为化学能而固定下来并储存于生物质中的能量。主要包括植物、农林废弃物、有机废水和畜禽粪便等[1]。现代生物质能源的研究与利用主要指借助热化学、生物化学等手段通过先进的转换技术,生产出不同需求的固体、液体、气体等高品位的新能源来替代日期枯竭的化石能源。生物质能源目前已占世界能源消费的14%左右,排在化石能源煤、油、气之后而位居第四[1～2]。贵州是一个富煤缺油缺气的山区省份,长期欠开发、欠发达,充分利用优越的自然气候资源、丰富的生物资源,积极开发利用生物质能源,缓解能源短缺压力,是事关国家能源安全、生态安全,确保国民经济可持续发展和社会进步的重大研究课题,是国家能源发展战略的必然选择。发展生物质能源有利于探索能源替代新途径,缓解能源压力;有利于贵州喀斯特山区的石漠化治理,改善生态环境;有利于拓展农业生产功能,增加农民经济收入。有鉴于此,拟通过对贵州主要自然气候资源、能源植物资源及产业技术现状、存在问题和发展对策进行分析探讨,以期促进贵州生物质能源产业持续稳步发展。
一、贵州发展生物质能源的优势及条件
“十五”计划以来,随着中国《可再生能源法》的正式实施,生物质能源发展日益受到各级政府和全社会的密切关注。国家先后颁布了《中华人民共和国可再生能源法》,制定了《可再生能源中长期发展规划》、《可再生能源“十一五”规划》及《生物燃料和生物化工原料基地补贴办法》、《生物能源及生物化工非粮引导奖励资金管理暂行办法“财建[2007]282号”》、《秸秆能源化利用补助资金管理暂行办法“财建[2008]735号”》等相关政策及资金补助措施。根据中国经济社会发展需要和生物质能源利用技术状况,明确提出到2010年,增加非粮原料燃料乙醇年利用量200万t,生物柴油年利用量达到20万t;到2022年,生物燃料乙醇年利用量达到1000万t,生物柴油年利用量达到200万t,总体实现年替代约1000万t成品油的目标。农村沼气、燃料乙醇、生物柴油、致密成型固体燃料等广泛应用于生物质发电、汽车燃料、民用生活领域,能源植物筛选、高效节能技术一直被视为生物质能源研发的重点。贵州位于中国西南地区的东部,地处云贵高原向广西丘陵过度的斜坡地带,介于东经103°36′～109°35′、北纬24°37′～29°13′之间,平均海拔1100m左右,属亚热带季风湿润气候区,大部分地区年平均气温在15℃左右,日照时数在1200h～1400h之间,年均降水量在1100mm～1300mm之间,年相对湿度高达82%,立体气候明显、温暖湿润,生物资源种类繁多、富有特色,是全国重要的动植物种源地之一。
根据贵州省(2006―2050)喀斯特石漠化和小流域综合防治规划,贵州省现有200万hm2宜林荒山荒地,在喀斯特地貌的山区种植小油桐、黄连木、光皮树、乌桕、续随子、油桐、蓖麻、甘蔗、木薯、甘薯、芭蕉芋等能源植物资源,对推动山区农村产业结构调整,实现能源农业、能源林业产业化,生物质能源及其他农业废弃物十分丰富,开发应用基础好。按照国家发展生物质能源应坚持不与人争粮、不与粮争地、不破坏生态环境的“三不”原则,贵州发展生物质能源的自然基础条件较其他平原地区优越。
贵州自21世纪开始,已经启动从优势能源植物筛选、利用评价、良种培育、基地建设到加工生产技术工艺等系列基础试验示范工作,基本建立了以小油桐、乌桕、光皮树、芭蕉芋为主的优质高产栽培和良种繁育技术体系,掌握了高转化率的加工工艺和技术,为生物质能源产业进一步发展奠定了一定的基础。
二、贵州生物质能源发展现状及存在问题
1.产业研究发现状
贵州省自2000年以来就开始关注并积极推动农村沼气、燃料乙醇、生物柴油等资源发掘及技术研发工作。在省委、省政府的重视支持下,相关部门先后从农村废弃物生产沼气,从芭蕉芋、马铃薯、甘薯、甘蔗、木薯制备燃料乙醇,从小油桐、光皮树、续随子、蓖麻、乌桕制备生物柴油等方面对贵州生物质能源产业发展进行了摸底调查和相关研究。已从资源评价、良种培育、配套栽培、加工工艺、综合利用及产业化技术等方面展开试验示范研究。2008年全省沼气用户超过149.6万户,实际利用141.5万户,年产气76682.6m3,秸秆生物气化产气集中供气点达二十余处[1～5]。在能源资源的调查及筛选评价中,已基本查清全省主要生物质能源植物资源种类、数量、分布区域及主要优势资源,完成30种贵州木本能源植物的种质资源迁地保育,繁育基地及5～10种主要造林树种轻基质容器育苗技术,特别在小油桐、芭蕉芋等的能源植物资源收集、新材料创制和良种繁育方面取得一定进展,已选育出并通过省级审定芭蕉芋品种两个。一是良种繁育技术体系基本建立。二是原料基地建设进展顺利。三是生产加工工艺比较成熟。特别是生物柴油化学生产技术已经形成比较完备的生产加工技术体系和方法,固体催化剂转化率达到99%,甲酯回收率大于95%,并获多项国家发明技术专利。
目前已建有小油桐产业示范基地1.6万hm2,芭蕉芋产业示范基地近1.5万hm2,甘薯产业示范基地近20万hm2,马铃薯产业示范基地50万hm2,甘蔗产业示范基地近2万hm2。油桐产业示范基地30万hm2,黄连木、光皮树、乌桕、蓖麻等还在研究积累初期[4～6]。已有贵州中水能源股份有限公司、贵州江南航天生物能源科技有限公司、贵州金桐福生物柴油产业有限公司、黔西南康达生物能源科技有限公司均建成了年产1万～3万t的生物柴油加工示范生产线,并将生物柴油作为新产业,逐步建设年产10万t以上的生产能力。按亩产300kg原料计算,目前能源油料种植面积要在2.5万hm2以上。乙醇生产方面:糖厂有现成的乙醇加工设备和技术,年需求原料甘蔗面积也在1.5万hm2左右[2～4]。贵州大学、贵州醇酒厂的淀粉干片发酵技术还在进一步研究中,不久也会有相应规模的生产线建成投产,加上其他产业的原料竞争,原料不足已导致企业3/4产能闲置,仅靠地沟油、泔水油生产生物柴油很难形成产业化。
虽然生物能源开发利用前景广阔,但生物质能源研发利用技术目前还没有实现关键性突破,在发展过程中还面临优势植物资源缺乏、生产成本高、原料供应不足、市场风险大、综合利用率低、产品标准不一、市场销售不畅等诸多问题。
2.存在问题
(1)对发展生物质能源产业的认识不足。从一个新兴产业的角度和自身发展规律来看,生物质能源产业仍然存在基础积累、市场发育、支撑体系、技术攻关等许多关键环节问题。许多企业或经营者首先想到的是抓基地、建厂房,争取国家的政策性补助。而在产业链的基础环节、市场培育和技术保障方面还存在一定的盲目性,产业体系未建立,导致许多基地经营水平低、示范效果差、农户持观望态度,对发展原料生产没有信心,原料供应严重不足。
(2)研究基础薄弱,原料成本较高。生物质能源产业是一项多学科联合的现代综合性产业,产业链较长,涉及多项技术工程,生物质液体燃料近期主要是生物柴油和燃料乙醇,未来主要技术是木质素和纤维素生产液体燃料。目前主要依赖于油料植物的产量和含油量,许多木本油料植物都呈野生或半野生状态,缺乏强有力的科技支撑是生物能源产业长期做不大的原因之一,产出率不高主要还是资源和技术的双重制约。由于研究时间短,技术基础薄弱,特别是专用原料植物的良种选育及配套生产技术还未真正破题,原料生产成本较高,据测算,13t甘蔗可生产1吨乙醇,需土地1400m2左右,按蔗价280元/t计算,原料成本价为3640元,7t木薯生产1吨乙醇,木薯原料成本价4000元左右,加工成本需500元～800元;按2吨植物油生产1t生物柴油计算,仅原料成本也在4000元～5000元之间。目前燃料乙醇销售价为5000元～6000元/t,生物柴油销售价为6000元～7000元/t,企业利润空间不大,农户种植收入较低。就拿炙手可热的小油桐来说,经历了近五年的研究,虽有规模化种植面积1.6万hm2,但大面积产量低而不稳,平均累计产量不足100kg/667m2[2～6]。所以,目前主要都采用地沟油、泔水油生产生物柴油,原料供应严重不足。
(3)主攻方向不明确,优势植物突破性小。通过前期研究,在优势物种选择、良种选育方面尽管取得一些成果,但研究领域狭窄,技术积累不够,在解决品种抗逆性、高产优质和规模化经营方面突破性不大,产量低,成本高。目前大多数能源植物的研究尚处于收集、引种、筛选、评价及试种栽培的探索阶段,原料结构单一、应用范围小,规模化和产业化程度还比较低。糖料作物、淀粉作物产量高,但转化利用成本较高,油脂植物转化利用成本低,但种植产量较低,农户种植积极性不高。不管是糖料能源、油料能源、淀粉能源还是其他,究竟发展能源酒精好还是发展生物柴油好目前也还没有准确定论,基地建设、产品加工、市场销售脱节,直接造成生产成本和管理成本过高,企业出现严重亏损,有碍于经济效益目标的实现,极大地限制了贵州生物能源产业的持续稳定发展。
三、贵州生物质发展建议
1.科学制定发展规划
生物质能源研发的范围十分广泛,从用途上来说,有生物质直接燃烧或混合燃烧发电,生产沼气或制成致密型燃料作民用燃料,生产燃料乙醇、生产生物柴油作机械动力燃料,还能作生物制氢等。根据用途的不同,其技术工艺和所需原料差别也很大。我们要根据市场和贵州经济社会发展的实际需求,结合能源结构特点确定一定时期内的生物质能源产业在经济结构中的地位、发展方向和任务目标,要根据生物质能源产业发展的学科取向、价值取向对相关产业进行系统科学的评估和论证,特别要在开发中的工矿区、非粮产区选择重点领域和重点植物进行研发。
根据贵州山区的能源植物分布比较零星分散、收集运输困难等特点,结合加工工艺比较成熟的实际,能够容易形成产业优势的就是车用燃料乙醇和生物柴油。目前应以车用液体燃料为重点,稳定小油桐、甘蔗、芭蕉芋、红薯、马铃薯生产,探索光皮树、黄连木、乌桕、续随子、木薯、蓖麻及其他纤维植物在喀斯特山区的适应性及发展潜力。贵州省粮食自给虽基本平衡,但随着粮食加工转化利用量的逐年增加,粮食供需缺口将继续存在,推行燃料乙醇必须慎重。结合喀斯特石漠化治理和“两江”流域区的生态屏障建设,重点应选择适应性好、抗逆性强的多年生木本能源植物进行研发。
2.加强科技攻关,突破核心技术
鉴于发展贵州生物质能源产业的关键在于保障原料供应、降低生产成本、保护生态环境和增加农户收入,一是针对喀斯特山区的地理气候环境,强化自主创新,重点利用先进育种手段和生物技术手段,选育速生丰产、抗旱耐瘠、抗病虫害的专用能源植物品种。二是研究速生丰产栽培、病虫害防治、矮化密植及配方施肥等适用技术和省力化技术。三是加快科技成果的引进和新技术研发集成、应用与推广,加速科技成果转化,大幅度提高其产量和品质。四是加强小油桐、黄连木、乌桕、续随子、芭蕉芋、甘薯等副产品的综合利用和技术研发,降低生物质能源生产的综合成本,提高综合效益。
3.探索发展模式
发展生物质能源产业是一项产业化程度较高的系统工程,涉及政府、加工企业、科研单位、农户等诸多部门,目前没有现成的模式可循。市场是拉动生物质能源产业发展的前提,科学技术是确保该产业持续稳定发展的关键。特别在发展初期,由于中国能源生产还存在一定的行业垄断,没有稳定的市场,政府要加强领导和监管,切实调动社会各方面发展生物质能源的积极性,尽快建立起一定规模生物能源基地,组织协调好各方面的利益分配关系。建议有关部门应从国家能源发展战略和解决三农问题的高度出发,切实制定相应的扶持政策和措施,要将产品加工、原料种植、基地建设和退耕还林、生态工程、结构调整、石漠化治理、农民增收等结合起来,做好生物质能源作物种植规划和基地建设,以保证原料供给及降低原料成本。推广“公司+科研+基地+农户”的经营模式,明确各方的责、权、利,建设一定规模的产业化示范基地,共同争取国家的政策支持和资金补助,既满足了企业的原料供应,又保证了农民的经济收入,实现农户和企业之间利益共赢,确保此项工作的顺利开展。
参考文献:
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关键词：沼气；循环农业；资源利用；种养结合；能值分析
中D分类号：S216.4；S210.1文献标识码：ADOI编号：10.14025/ki.jlny.2017.02.001
1种养结合型循环农业系统能值分析定义
循环农业系统主要以再循环、再利用以及减量化为准则，而倡导资源循环运用及减量化运用，以沼气为链接的结合型循环农业系统是猪场粪水处理的有效措施之一，该系统能处理废弃沼液，促进污水生态排放达标，早期时则着重注意沼液肥料效果、污水排泄指标以及沼气工程工艺设计[1]。能值分析法主要是以生态自然价值为基础，将模式中各类经济流与生态流转换成能值，予以经济性活动及自然环境生产统一评估，定量研究生态经济效益、系统功能以及系统结构的一种方式。现阶段，已被广泛应用于城市生态、工业生态、区域生态、农业生态以及自然生态等系统可持续性发展的对比、评估及分析。
2研究区概况
此次研究区域为某畜牧场，距离市区14公里，研究系统总的占地面积为30.25公顷，种植面积约22.80公顷；研究区年均气温为19.50℃、年太阳辐射为30.20MJ/km2、年均降雨量为1697.5毫米、径流年均值为200毫米。研究区模式以生猪养殖为主要平台，干湿分离牲畜废弃物，而猪粪渣用于有机肥生产以及食用菌栽培，污水经研究区沼气工程厌氧发酵处理，污水厌氧后的沼气主要用于发电、产热，沼液与沼渣用于玉米、甘蓝以及牧草等浇灌，生成废弃物资源循环运用与物质多极化循环运用的复合循环性生态系统[2]。此次以生猪养殖、沼气工程、固废处理及沼液利用等循环农业系统为主要研究对象。
3循环农业系统的能值流研究
外界输入性系统方面的能值流主要包括购买能值与自然资源，其中反馈能值属于系统自产，于系统内部进行循环运用，而输出系统能值主要是总产出能值除去反馈能值（见图1）。研究区域的循环农业系统由固废处理、沼液运用、沼气工程以及生猪养殖等四部分组成，具体循环表现为：每年干湿分离牲畜废弃物后所产生的冲栏水、尿液以及猪粪便为1.31×1018sej与1.79×1017sej，其中29.5%的沼液能反馈至种植业，而70.5%的沼液滞留在系统中用于下季度再生产原料；73%沼渣、菌渣以及猪粪便反馈至有机肥系统中，而26%的猪粪便用于食用菌种养中，仅1%有机肥用于种植业系统。
注：1为沼液运用（D苹果种植、C玉米种植、B牧草种植、A甘蓝种植），2为生猪养殖、3为沼气工程、4为固废处理（G有机肥生产、E食用菌生产），N不可更新型自然资源能，R可更新型自然资源能，R/可更新型有机能，Y产出，F不可更新型工业辅助能。
4循环农业系统的经济效益研究
从循环系统的能值货币与现金价值计算年经济净收益、系统产投比，评估研究区与单纯生猪养殖的经济效益，净收益计算公式为：总产出-统外投资-弃物、产投比（总产出-废弃物）÷系统外投资，研究区与单纯生猪养殖的经济效益以净收益与产投比计公式进行计算（见表1）。从现金方面分析，研究区的产投比较单纯生猪养殖高，而且净收益较单纯生猪养殖高出18.96%，提示研究区的现金性经济收益明显高于单纯生猪养殖[3]。从能值货币方面分析，研究区的产投比较单纯生猪养殖略低2.47%，原因分析可能是，养殖业主要产出高值能品种，而种植业主要产出低值能品种，由两者结合所产生的种养结合型循环农业系统净能值性产出率可比单纯生猪养殖低，但是净收益较生猪养殖高9.01%，所以经研究分析发现，研究区的循环农业系统在增加沼液利用、固废处理以及沼气工程流程后，其总体效益较单纯生猪养殖高，因此采取种养结合型循环农业系统能显著提高经济收益与社会效益。
表1单纯生猪养殖与研究区系统经济收益分析
注：产出与投入针对系统外，不包括系统内部循环。
5结语
以单纯生猪养殖作对照，对研究区循环农业系统的经济效益、可持续性发展度、环境安全性以及资源减量率进行分析发现，循环农业系统通过资源循环运用后，购买能值率显著降低，而且外界资源投资逐渐减少，达到资源减量化的目的。此外，可持续性发展指数明显提高，环境负债率明显降低，而且经济收益与社会效益随之提高，进一步实现社会效益、经济收益以及生态效益的完整统一。
参考文献
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关键词：能源草；生物质能；沼气
中图分类号：S216.4文献标识号：A文章编号：1001-4942（2014）03-0135-05
AbstractAccordingtothecurrentutilizationsituationofenergyintheworld，thefeasibilityofproducingbiomassenergy，biogas，fromenergygrassesthroughanaerobicfermentationwasanalyzed.Andrelatedresearchprogressesathomeandabroadwereoverviewedfrom6aspectsofcollectionandbreedingofenergygrassresources，cultivationandharvestofenergygrasses，pretreatmentofrawmaterials，categoryofinoculatedmicroorganism，controllingoffermentationconditionandanalysisofgascomposition.Thedevelopmentprospectswereforecasted.
KeywordsEnergygrass；Biomassenergy；Biogas
能源是人类社会生存的必要资源和重要战略物资，是国民经济的命脉。但是，按照目前的储存量和开采能力测算，世界上的煤炭、石油、天然气的可采年限分别是230、45、61年[1]。随着常规能源的日益枯竭以及大量利用化石能源所排放的二氧化硫和二氧化碳对人类生存环境的严重威胁，必须寻找可持续的能源道路，开发利用新能源无疑是出路之一。生物质能具有资源量大、无污染以及可再生等优点，有望解决世界能源短缺、环境污染等重大问题。能源植物是一种可再生的生物质资源，物种丰富，绿色清洁，种植面积大[2]。其中，草本能源植物被认为是最有发展前景的生物质原料之一[3]。
沼气热值高，是生物质能源中较具开发和利用前景的一类可再生能源。沼气是生物质在适宜的温度、湿度、酸碱度和厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而最终产生的一种可燃的混合气体，其主要成分是甲烷（50%～70%）和二氧化碳（30%～40%），其余气体为氢气、氮气、硫化氢等。沼气燃烧时释放出大量热量，热值为23027～25123kJ/m3。
能源草生物量大并且含有丰富的木质纤维素，如柳枝稷（Panicumvirgatum）生物产量可达20t/hm2以上[4]，细胞壁含纤维素37.1%、半纤维素32.1%、木质素17.2%[5]。目前厌氧发酵生产沼气是利用木质纤维素材料转化为生物能源的最有前景的方法之一[4]。
1研究进展
1.1能源草的资源收集及培育
寻找一种适合厌氧发酵生产沼气的草本能源植物，需要做大量的收集研究工作，还需利用育种和生物技术对目标植物进行改良，以提高生物质能的转化率和改善转化产品的质量。20世纪80年代，美国和欧洲就已经将多年生草本植物作为能源植物进行系统筛选与研究，培育出了专用型能源草品种，实现了规模化种植和开发利用。1984年，美国启动“能源草研究计划”，集中对35种草本植物进行筛选，获得了18种具有开发利用潜力的能源草[6]。欧洲对大约20种多年生草本植物进行研究，最终选择了芒（Miscanthussinensis）、草（Phalarisarundinacea）、柳枝稷（Panicumvirgatum）和芦竹（Arundodonax）4种能源草做更深层次的研究[7]。
我国地域广阔，植物丰富多样、分布广泛，草本能源植物种类繁多，在能源草种质资源收集筛选方面已经开展了大量的研究工作，并取得了重要的研究成果。中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所自“八五”期间开始对国产狼尾草（Pennisetumalopecuroicles）种质资源进行收集、鉴定和驯化栽培研究，总共收集到7种47份材料。近10年来，北京草业与环境研究发展中心收集包括柳枝稷、芒草、芦竹、芨芨草（Achnatherumsplendens）和杂交狼尾草（Pennisetumhybrid）等各类能源草资源208份[8]。鄢家俊等[9]通过对四川境内岷江流域、青衣江流域和沱江流域野生斑茅（Saccharumarundinaceum）的收集以及其生物学性状的观察，建议将斑茅作为能源植物进行开发利用。
如果能源植物细胞壁含有较高的木质素，将会影响其生物质能的转化效率。常瑞娜等[10]克隆得到了五节芒（Miscanthusfloridulus）木质素合成的关键酶基因CCoAOMT和4CL，这将有助于进一步改良能源植物。芒属能源草转化为生物质能是相对新型的产业，需要育种和生物技术的支撑[11]。对于柳枝稷来说，未来要做的工作就是增加高产杂交种的品种数和使用转基因技术提高产量和纤维素含量[12]。
1.2原料草种植及收获
能源草是所有可生产生物质能源的草类能源植物的统称，一般为越年或者多年生高大的草本植物或者灌木[13]。它具有以下特点：生长迅速，生物产量高；抗逆性强，种植成本低；无污染，生态效益好；可再生，经济效益高[14]。
能源草原料是影响产业发展的一大因素，目前很多国家都已经开始大量种植能源草。在爱尔兰超过90%的供农业生产的土地都种上了能源草[15]。芬兰的草芦种植面积到2006年时已经超过17000hm2[16]。美国计划到2030年，多年生能源植物所产生的生物质能将占所有生物可再生能源的35.2%[17]。
能源植物在不同时期收获后，经厌氧发酵产沼气的量不同，主要原因是植物的化学组成随生长时间而变化[18]。Lehtomki等研究了收获时期对洋姜（Helianthustuberosus）、梯牧草（Phleumpratense）-红三叶（Trifoliumpratense）混合以及草芦等多种能源植物沼气产量的影响，得出随着能源植物的成熟，大多数植物每吨湿重的沼气产量增加[19]。而Massé等研究了柳枝稷和草芦在中夏、晚夏和早秋三个时期收获，厌氧发酵后青贮草料所产生的沼气量变化，得出中夏时收获能源草发酵所产沼气量最高，延迟收获会降低沼气产量。在能源草的整个生长周期中哪些因素影响其沼气产量还需要更深入的研究[20]。
1.3原料预处理
由于木质纤维素原料具有较高的结晶度和聚合度，原料转化之前要进行预处理以提高产品的产出率。预处理的作用主要是改变天然纤维的结构，降低纤维素的聚合度和结晶度，破坏木质素、半纤维素的结合层，脱去木质素。预处理的方法主要有物理法、化学法及生物法等。
近年来，有关能源草发酵预处理的研究较多。邹星星等[21]对互花米草（Spartinaalterniflora）在厌氧发酵前进行蒸汽爆理，发酵实验结果表明，随着汽爆压力的增加，累积产气率呈下降趋势。Jackowiak等[22]研究了微波预处理的温度与处理时间对柳枝稷厌氧发酵率的影响，发现只有温度对其有明显的影响。Frigon等[23]研究了冬夏两季收获的柳枝稷经过温度、声波降解、碱化、高压等预处理后发酵产沼气的情况，最终结论为温度、声波降解、高压对冬季收获的柳枝稷发酵产沼气无明显影响，但能提高夏季收获的柳枝稷发酵产沼气量。李连华等[24]研究了蒸汽加热、超声波及冻融对华南地区多年生王草（Pennisetumpurpureum×P.americanum）厌氧发酵性能的影响，相比而言，蒸汽加热能够明显降低王草的结晶度，提高沼气产气率。Li等[25]采用热处理和微波对杂交狼尾草进行厌氧发酵预处理，结果表明热处理提高了其厌氧发酵的沼气产量，而微波处理却起到了相反的作用。肖正等[26]利用沼液对巨菌草（PennisetumsineseRoxb）进行堆沤处理，15天累积产气量为406ml/TS。
1.4微生物接种物类别
由于在厌氧发酵过程中微生物起到了至关重要的作用，而能源草本身所附着的微生物菌群数量较少，所以在进行能源草厌氧发酵产沼气时需要准备大量的接种物。产甲烷菌在大自然中分布较广，如新鲜的动物粪便、污水处理厂的污泥以及腐败的河泥都能满足能源草发酵产沼气的要求。宋立等[27]比较了羊粪、鸭粪和兔粪的厌氧发酵产沼气潜力，得出鸭粪最好，羊粪次之，兔粪最差。刘德江等[28]设定了3个牛粪发酵浓度梯度（总固体物质含量为6%、8%和10%）来研究其对厌氧发酵产沼气中甲烷和硫化氢含量的影响，结果表明8%为发酵最佳浓度。Xie等[29]设定了1∶0、3∶1、1∶1、1∶3和0∶1五个猪粪与青贮草混合比，来研究粪草比对厌氧发酵产沼气的影响，结果表明1∶1时沼气中甲烷含量最高。
1.5发酵条件控制
厌氧发酵系统的温度、初始pH值以及系统中原料的浓度等因素一直是厌氧发酵产沼气所研究的领域。一般情况下，厌氧发酵反应在较高温度下能够较快地进行，因为此时微生物新陈代谢较快，但高温时反应系统稳定性较差。刘荣厚等[30]以猪粪为发酵原料，研究了室温、中温（37℃）和高温（52℃）对其厌氧发酵产沼气的影响，结果表明，在发酵初、中期，室温和高温实验组微生物的活性受到影响进而抑制了甲烷化反应，发酵后期高温实验组的日产气量明显高于另两组。朱洪光等[31]设置中温组（35±2）℃和室温组为15～33℃研究互花米草产沼气情况，发现互花米草适合作为生产沼气的原料，中温组日平均产气率为4.58ml/（g・d），常温组日平均产气率为2.54ml/（g・d），差别十分明显。赵洪等[32]设定了7个pH值梯度（5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5），分析了pH值对新鲜猪粪厌氧发酵产气量和产气特性的影响，研究发现pH值6.5组启动最快，pH值7.0组和pH值6.5组的总产气量最高，pH值7.0组的甲烷含量最高，得出发酵体系的pH值为6.5～7.0时可促进厌氧发酵的启动，提高沼气的质量。王晓曼[33]以早熟禾（PoaannuaL.）、佛手瓜（Sechiumedule）茎叶和番茄（Solanumlycopersicum）茎叶为发酵原料，研究了3种原料的产气潜力，得出早熟禾累积产气量最高，影响产气量的主因素排序为接种量>发酵浓度>碳氮比，影响甲烷含量的主因素排序为接种量>碳氮比>发酵浓度。
1.6气体成分分析
沼气中甲烷及二氧化碳的含量是反映厌氧发酵过程运行状况的重要参数。目前，沼气成分检测的主要方法有奥氏气体分析方法、气相色谱GC分析方法、热催化元件检测方法和红外检测方法等。在测量甲烷量程上，热催化元件检测法为0～5%，其余3种的测量量程为0～100%；气体成分分析时，奥氏气体分析方法和气相色谱GC分析方法还可测定二氧化碳和氧气的含量，红外检测方法除了可以测定二氧化碳和氧气的含量外，还可测定硫化氢的含量，而热催化元件检测法则只能测定甲烷的含量；4种分析方法的气体分析时间分别为1h、30min、30s、5s；在设备及药品的购买价格上，红外检测方法和气相色谱GC分析方法比奥氏气体分析方法和热催化元件检测方法高10倍以上[34]。因此，4种分析方法各有利弊。另外，还可通过利用氢氧化钠、氢氧化钾或者其他强碱性溶液吸收沼气中的二氧化碳和硫化氢，测定沼气中甲烷和二氧化碳的含量[35]。粗略估算时可以通过观察沼气燃烧的火焰颜色来确定气体中甲烷的含量[36]。
2展望
世界能源问题日益突出，迫使各国开发和利用新能源以缓解国内能源的短缺。生物质能的利用是解决能源问题的一条重要途径。然而，目前能源草的研究工作并不成熟，仍需研究工作者的继续努力。
2.1能源草的资源收集及培育
在能源草的资源收集方面，我国已经做了很多研究，但还要在此基础上开展更加广泛的能源草野生种植资源的调查工作，进而丰富可利用能源草的多样性。此外，还要建立良好的能源草资源评价体系，以筛选出适应性好、生物产量高、植物化学成分优异的能源草本植物。育种工作者应进行有针对性的育种研究，如要在边际土地上种植能源草，就应以耐干旱、耐盐碱、耐贫瘠为育种目标进行研究。
2.2原料草种植及收获
对于具有利用潜力的能源草，应该先进行栽培管理试验，研究并掌握大面积种植时所需要的栽培、管理、生产以及运输等一系列技术，进而为生物质能源生产提供更多的、优质的原料。结合我国国情，发展能源草种植应该遵循“三不一充分”方针，即不争粮，不争耕地，不争（食用）油、糖，充分利用边际土地[37]。资料显示，我国共有各类宜能边际土地3420万公顷，其中宜能荒地约2680万公顷[38]。如果这些土地都种上能源草，不仅能解决能源草转化生物质能源的原料问题，还会发挥很大的生态效益。但是，边际土地的生态环境比较恶劣，难以满足大多数作物直接播种时对土壤条件的要求，所以以后的研究方向应该放在采用何种技术能够使播施的种子顺利完成种子萌发和早期幼苗阶段的生长，例如可以尝试采用种子包衣来提高种子的发芽率和保苗率。
确定能源草的收获时期对于能源草转化生物质能源的研究工作至关重要，目前这方面的研究较少，将成为以后的研究重点。能源草收获后，如果贮藏方式不恰当将会导致微生物容易利用的糖类、蛋白质等营养的流失，可以采取青贮保存能源草以避免此现象的发生。青贮过程草料暴露时间较少，几乎不受日晒、雨淋等天气条件的影响，并且青贮的微生物发酵过程会降解一部分纤维素，改善转化生物质能过程中纤维素难降解的问题。
2.3原料预处理
预处理能够加速纤维素的分解，有效地提高能源草转化沼气的效率，缩短产气周期。但是，能源草的原料预处理也存在一些问题，诸如增加了一定的费用，并且化学处理还会出现二次污染现象。所以应在原有的基础上，加强对生物法预处理的研究工作，以找到成本低、高效的生物酶和微生物等。
2.4微生物接种物类别
能源草厌氧发酵过程需要微生物的参与，不同的微生物接种物会直接导致微生物菌群类型和数量的差异，进而会影响能源草厌氧发酵系统的启动和运行，所以应该寻找到适合能源草厌氧发酵的微生物接种物。能源草具有饲用价值，例如柳枝稷[39]，可以尝试将采食能源草的动物所排泄的粪便作为微生物接种物进行沼气发酵试验，并评价经动物自身选择后的消化道微生物区系对发酵试验的影响。
2.5发酵条件控制
为使厌氧发酵过程获得最大的生产效率，整个生产过程必须处于最优化的运行参数和环境条件下。影响沼气发酵的重要工艺条件有温度、酸碱度、浓度等，其中温度较难受到控制，因为其直接影响到微生物菌群的稳定，所以在以后的研究中应将确定适合能源草厌氧发酵系统的温度范围作为重点。
3结语
生物质能作为可再生能源的研究开发始于20世纪70年代初的“石油危机”，发展至今有些国家已经获得了成功。我国的研究工作也在进行，能源草转化的研究工作还处于起步阶段，研究尚不系统，仍需加强能源草资源的开发及转化技术的研究，依靠国家政策推广种植能源草，实现能源草转化产业化，为社会主义新农村建设和国家能源安全做出贡献。
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一、固化技术
能量密度小是生物质能源利用上的主要问题，此问题使得生物质常占用大量空间，储藏与运输成本高。为了解决这个难题，生物质固化技术应运而生；在一定压力与温度下，将生物质原料干燥并粉碎，之后压合成燃烧效率与燃烧性能较高的高密度规则固体，大幅度降低了储藏与运输费用，为生物质燃料的工业生产以及广泛引用提供了可能。生物质固化的方式有许多种，热压成型技术设备成本低，工艺简单操作方便，成为了应用最普遍的生物质固化处理手段。有以针对大豆和玉米秸秆为原料的固体燃料研究表明，用热压成型法处理秸秆时，在含水率10%左右，成型率较高。生物质固体燃料在使用时也会出现诸多问题，其中最为突出的是其燃烧时的结焦现象，严重影响了固体生物质燃料的大规模应用。现今，对固体燃料的燃烧结焦的研究还非常少，故此问题很难解决，随着研究的深入和科技的进步生物质固体燃料的发展一定会有新的契机。
二、液化技术
生物质的液化是在高温高升温速率的条件下实现原料的热裂解气化，之后裂解气在很短时间内冷凝获得生物质液体油，这种生物质液体油清洁高效、绿色环保是一种优质液体燃料。生物质液体油的生产设备趋于小型，工艺较为简单，相对其他高温高压工艺成本较低；然而由于对热裂解的机理方面的研究有限，其生产效率还比较低，故至今没能大规模应用于工业生产。生物质液态油的物理性质以及组分含量与其燃烧效率和燃烧性能密切相关，现今众多专家学者正对生物质热裂解液态油的物理以及化学性质开展深入研究，并开发了多种新型液化技术。在众多新型生物质液化加工法中，基于超临界流体卓越的扩散性与溶解性开发的超临界液化技术效果最为显著，但其设备成本较高，工艺复杂工业应用较为困难，但在实验室技术的层面上受到了广泛关注。有研究者以大豆秸秆为原料研究了其在水与乙醇超临界体系中的液化过程，并考察了乙醇组分含量对生物质液态油转化率的影响。实验表明，在中等乙醇摩尔分数的条件下，产物油分含量最大。
三、气化技术
以氧气为助剂，利用生物质不完全燃烧的特性将生物质变为CH4、CO、H2等可燃性气体的过程称之生物质的气化。在所有生物质利用手段之中，气化技术是应用最广泛的一种，20世纪末日本能源学家吉川邦夫提出了生物质高温气化的思想，并在东京工业大学进行了实验。我国郭建维利用制备的诸多Ni基催化剂利用流化床反应设备进行了生物质气化技术的研究，并对各种催化剂的效果进行了评价。生物质气体中存在大量焦油，对生物质气体的净化是提高产品质量的关键工段。工业上新兴的去焦油技术是催化裂解法，在高温下（一般在800℃以上）将焦油催化分解变为小分子气体并入燃气之中，既省去了传统洗焦水污染严重的问题又增加了生物质燃气的燃烧组分，前景广阔。
四、前景展望
到21世纪中叶，世界人口将接近九十亿，为了满足人民生活需求，粮食作物的种植规模必将持续扩大，从而产生大量的庄稼秸秆，为生物质能源产业提供了充分的原料，这也为生物质能源产业发展奠定了基础。此外，化石燃料使用后严重的污染问题近年来也备受关注，我国也出台相关政策限制化石燃料的使用。例如，在一些城市实行“摇号申领私家车牌照”和“私家车单双号出行”等规定，这都十分有利于生物质能源产业的发展。同时，生物质能源产业也面临诸多挑战，现在国内的生物质能源生产企业规模还十分有限，资金缺乏，生产工艺落后，科研创新能力较差。此外，生物质能源的产品销路狭窄、产业链结构不合理等诸多因素制约着生物质能源产业的发展。然而随着政府对生物质能源的关注程度的不断加大与资金投入的不断增加，许多问题都会逐渐得以解决，生物质能源产业将会迎来新的生机。
五、小结
我国缺乏石油资源，且煤炭资源因为近年来的过度开发，各地煤矿也出现余量不足的情况。生物质能源的原料种类多样，转化形势不一，用途广泛，另外其清洁环保，二氧化碳排放少，前景广阔。此外我国是农业和人口大国，生物质资源丰富，农村剩余劳动力众多，在此得天独厚的环境下，政府应出台相关政策鼓励各地在乡村大力开发生物质资源，缓解城市能源短缺并实现农民增收。与发达国家比较，我国的生物质资源技术还十分落后，产品转化率不高，造成了大量的原料浪费，针对此问题政府应划拨经费支持生物质利用的技术创新，增加优质生物燃料的产量，支撑我国能源战略。
（作者单位为河南工业大学）
[作者简介：张驰（1989―），男，河南新乡人，研究生，研究方向：负载型催化剂在酯交换反应中的应用。]
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关键词经济增长；资源消费；协整；物质流分析；江苏
中图分类号F205；17062.2文献标识码A文章编号1002-2104(2010)06-0047-06
基于对区域经济发展和资源利用可持续性的关注，近30年来探求资源消费和经济增长二者间关系引起了广泛讨论，然而关于二者关系的实证研究却很缺乏。随着近年来，时间序列分析方法以及物质流分析(MaterialFlowAnalysis，MFA)方法的发展，使得我们有可能通过格兰杰(Granger)因果检验技术来揭示二者的因果发生关系和类型。基于物质流分析方法特点以及应用的成熟性，本文试图结合MFA方法和Granger因果关系检验方法以江苏为例来揭示资源消费与区域经济增长之间内在的因果发生关系和类型，研究将有助于区域资源保护与利用政策制定。
1文献综述
资源消费和经济增长相互关系的研究最早可追溯到1978年Kraft对美国GNP和能源消费因果关系的探讨。随后，其他工业国家包括英国、德国、意大利、加拿大、法国、日本和希腊也开展了相应的实证研究。近年来，双变量和多变量的协整和误差修正模型(VectorErrorCorrectionModel，VECM)逐步应用到二者因果关系的讨论中。综合已有的实证研究，可以发现经济增长与能源消费之间存在四种不同类型的因果发生关系。表1详细列出了这四类因果发生关系及其政策涵义。
现有实证研究仍仅限于能源消费与经济增长关系探讨，并没有扩展到整个资源消费与区域经济增长因果关系的分析，这主要是由于缺乏衡量社会经济系统中物质消费的统计和核算方法。本文试图引入物质流分析方法在这方面做一尝试。物质流分析是用来追踪和衡量资源在系统内外流动和利用状况的方法，包括了流经经济系统开采、加工、生产、使用和作为废弃物处置回到环境中各环节内自然资源的流向和通量。1995年，WRI的Wemiek和Aushel首先提出了国家尺度的物质流分析框架；2001年，欧洲统计局总结了物质流分析的研究进展，提出了更全面的物质流分析框架和技术指南，并用于计算欧盟(EU－15)及其成员国的物质投入研究。我国学者从20世纪90年代末开始对我国经济系统物质输入输出开展了相关分析，获得了许多有价值的研究成果。
2研究区域和研究方法
2.1研究区域概况
本文将以我国江苏省为例，分析其1990～2007年间资源利用与经济增长之间的关系。江苏省位于中国东部，长江沿岸，全省面积102600km2，人口约7600万。江苏省是我国经济强省，至2007年底，江苏省GDP已达25560亿元，占全国总量的10.3％。但江苏省也是资源消费大省，全省能源消费总量占全国的7.6％，人均消费能源2.48t标准煤，是全国平均水平的1.33倍。全省能源消费中原煤使用量的约85％和原油使用量的约90％依赖省外进口。资源短缺和环境污染加剧，已成为其可持续发展的最大制约。因此，研究江苏省经济增长与资源消费之间存在的关系，将为江苏省制定科学合理的资源利用和经济发展战略提供理论和方法指导。
2.2研究方法和数据
2.2.1物质流分析方法
根据欧盟导则，物质流分析提供了一系列指标来描述和量化经济和环境系统之间的物质流动，其中最重要的物质输入指标包括：直接物质投入(DirectMaterialInput，DMI)是指所有直接进入人类经济系统的能用货币衡量的物质，包括研究区域内的本地采掘(DomesticExtraction，DE)和从其他经济系统进口(Imports)的物质。本地采掘包括化石燃料(煤、石油、天然气等)、矿物(金属矿物、工业非金属矿物、建材矿物等)、生物量(农业、林业、渔业等)。进口物质包括区域以外进入本区域的化石能源，金属，工业矿产品以及对外经济贸易的成品和半成品。物质需求总量(TotalMaterialRequirement，TMR)是衡量一个区域的经济系统动用整个自然界物质总量的指标，它包括DMI，以及在系统内无法衡量其经济价值的隐藏流(HiddenFlow，HF)。隐藏流是指开采化石能源、开采提炼矿物、生物收获过程中非直接使用的物质的量，如开采化石能源和矿物时的土壤和岩石挖掘、生物收获后不能使用的部分等。以上指标的数据来源于江苏省统计年鉴及环境统计资料并根据欧盟导则进行核算。综合计算后，本文以江苏省物质需求总量来表征江苏省资源消费指标。
2.2.2平稳性、协整和误差修正模型
恩格尔和葛兰杰指出两个或两个以上单整是同阶的不平稳时间序列的线性组合可能是平稳的。这样一个平稳线性组合若存在，序列将被视为存在协整关系。相应地，我们可以通过构建误差修正模型来检验序列之间短期动态变化和长期均衡中的因果发生关系。本文将试图引入误差修正模型(VectorErrorCorrectionModel，VECM)检验江苏省实际GDP和资源消费(TMR)之间的因果关系。
建立误差修正模型的步骤如下：首先，对GDP和TMR序列进行单位根检验，进行单根检验主要有ADF(AugumentDickey-Fuller)，pp[31](Dickey-FuUer)和KPSS检验法。若GDP和TMR序列都是同阶单整，我们就可以对其进行Johensen协整检验分析。若二者存在协整关系，就可以引入误差项，建立误差修正模型来揭示二者短期动态变化和长期均衡关系：
y1=a2+β2ECT1-1+∑az1(i)yt-i+∑a22(i)xt-i+ε2t(1)
xt=a1+β1ECTt-1+∑a11(i)yt-i+∑a12(i)xt-i+εit(2)
这里，yt，xt分别表示实际GDP和TMR的自然对数值，相应的，yt，xt分别表示二者差分值，其反应了变量
的短期波动；ECTt-1是误差修正因子，表示了变量间的长期均衡关系。
2.2.3数据说明
本文主要使用时间序列数据对1990～2007年间江苏省实际国内生产总值GDP和资源消费(由物质流分析中TMR指标量化得到)进行了实证分析。名义GDP和相关TMR账户数据均来自江苏统计年鉴(1991～2008)。本文中，实际GDP由名义GDP通过GDP平减指数(以1990年为基准年)计算得到，同时依据欧盟物质流分析导则计算了物质消费TMR账户。
3江苏省资源消费分析
本节主要应用物质流分析方法对江苏省1990―2007年资源投入和消费情况进行分析。重点研究了江苏省物质需求总量TMR指标。自1990年起江苏省物质需求总量TMR呈逐步上升的趋势，至2007年已达4.44×109t，是1990年的5倍左右(见图1)。期间直接物质输入DMI、区内隐藏流DHF和进口隐藏流IHF三个组成部分均呈逐年增长趋势。其中，进口隐藏流增幅最大，达10.5倍，占物质需求总量的比重也从1990年的31％迅速上升至2007年的70％；直接物质输入量增长了约3.6倍，占物质需求总量的比重则从11％下降至10％；区内隐藏流增幅相对较小，为82％，其占物质需求总量的比重也从58％显著下降到20％。以上数据表明18年来江苏省资源消费的数量和结构均发生了明显的变化，区外物质在江苏省社会经济发展中作用日益显著，其中能源和成品进口量的增加是关键因素，说明随着江苏省经济规模的扩大和居民消费能力的提高，自然资源相对贫乏的江苏省在经济发展过程中对省外生产和生活物质资源的依赖程度显著增加。
4实证分析结果与讨论
4.1单位根检验
为了对GDP和TMR时间序列进行协整分析，首先要对各个时间序列对数值进行平稳性检验，本文采用了ADF，PP，KPSS检验确定各时间序列的单整性，结果如表2所示。
ADF和PP检验结果表明GDP和TMR序列，不能拒绝的原假设，即存在单位根；两序列一阶差分则拒绝原假设，即不存在单位根，说明GDP和TMR一阶差分序列是平稳的。同样，KPSS检验结果表明GDP和TMR两序列一阶差分不能拒绝原假设，即一阶差分序列是平稳的。因此，无论从ADF，PP和KPSS检验结果都表明时间序列GDP和TMR都是单整的I(1)过程。
4.2协整检验
对于服从I(1)过程的变量的协整检验，从检验的手段可以采用基于回归系数的Johamen检验。Johamen和Juselius提出了一种在VAR系统下用极大似然估计来检验多变量间协整关系的方法，即Johamen协整检验。
单位根检验结果可知，1990～2007的时间段中GDP和TMR都是单整的，(1)过程，因此我们对该时间段中的序列作协整检验。在运用Johansen协整分析方法来检验GDP和TMR之间是否存在协整关系之前，还要确定VAR模型的最优滞后期。考虑到研究数据时间段范围，本文设定最大滞后期为2，进一步根据AIC和Sc信息准则来确定最优滞后期。研究发现，当滞后期为1时，MC和Sc的数值最小，因此，这里的VAR模型的最佳滞后期为1。表3表示出了GDP和TMR序列Johansen协整检验结果。迹检验结果和最大特征值检验结果都一致显示出在1％的显著性水平下拒绝了并不存在协整方程的原假设而接受了存在一个协整方程的原假设。这表明GDP和TMR在1％的显著性水平上存在一个协整方程，说明它们之间存在着长期稳定的均衡关系；并且从标准化的协整系数符号中可以看出，它们之间存在着正方向关系，这与常理比较相符。
4.3因果关系检验
从上述协整检验的结果中可以知道，实际GDP和资源消费TMR之间存在着显著的正方向变动的关系，即它们之间存在着长期稳定的相互依赖关系。因此，我们可以进一步研究它们之间的因果联系，这里本文采用当前被广泛使用的基于误差修正模型的格兰杰因果关系检验。基于前文3.2节提出的GDP和TMR的误差修正模型，我们可以揭示：①短期因果关系(short－nmcausality)，主要通过Wald检验每个解释变量滞后项整体显著性来反映；②长期因果关系(long－runcausality)，主要通过t－检验误差修正因子ECT显著性来反映；③整体因果关系(strongcausality)，主要通过Wald检验解释变量全体滞后项与误差修正因子ECT的联合显著性来反映。
因果关系检验结果如表4所示，我们得出如下检验结论：①在GDP的误差修正模型中，误差修正因子ECT的系数在1％的显著性水平下异于0。这表明ECT小的扰动，序列TMR和GDP可以相互作用重新回复长期均衡关系。TMR滞后项与误差修正因子ECT的系数联合显著性检验也达到1％的显著性水平。这表明从长期来看，TMR的变动是GDP变动的Granger原因，系统如果受到一个小的波动，TMR通过短期调整使整个系统重新建立长期均衡关系。②相反地，在TMR的误差修正模型中，相关的检验均不显著。这表明无论从短期还是从长期来看，GDP的变动都不是TMR变动的Granger原因。
5结论与建议
本文主要应用向量误差修正模型尝试对江苏省1990～2007年期间经济增长和资源消费的动态关系开展了实证分析。首先应用物质流分析方法考察了江苏省1990～2007年间物质投入和消费，重点分析了衡量区域资源消费的关键指标――TMR，以及其组成和结构。在协整检验的基础上，通过误差修正模型揭示经济增长和资源消费之间的各类因果关系。研究结果表明经济增长和资源消费之间存在长期稳定的均衡关系，二者之间有着正向的关系。研究有力支撑了资源是经济增长的关键因素这一观点，即从长期而言，资源利用和消费对江苏的经济增长有着正向的因果影响。
研究发现存在着资源消费对经济增长长期的单向格兰杰因果关系，表明了当前江苏是个资源依赖型的经济体。这点我们可以从江苏的经济结构和资源消费结构得以解释。自20世纪80年代以来，江苏省正经历快速工业化和城市化进程，区域经济发展主要依赖工业的增长。“十五”以来，江苏省工业化发展进程进一步加速，重化工业特征日益凸显，重工业在工业总产值的比重由2600的57.0％上升到2006年的67.2％。资源需求强度也随之增大，能源消费总量呈现快速增长，工业能耗比重不断加大，“十五”以来工业能耗年均增长14.79％，2006年工业能耗占全省总能耗的比重高达82.2％。这样一个经济结构和资源消费分配结构反映出资源消费拉动工业产值增加，进而推动区域的经济发展。一旦，资源供应出现紧张将减缓和抑制工业产值和区域经济增长。另一方面，资源消费增长不但受到GDP以及工业产值增长的影响，同时还会受到工业结构以及资源利用效率等因素的影响。因此，研究未发现从经济增长到资源消费的格兰杰因果关系。
本文关于资源消费与区域经济增长因果关系的研究结论对江苏省乃至同样正在经历快速工业化和城市化的华东地区的经济增长和资源保护战略均具有重要政策的指导。资源消费到经济增长的单向因果关系表明，保持现有的经济结构，本地资源供应的短缺将会一定程度阻碍区域经济产出。而保障资源供给是保持区域当前经济增长的必要条件，为此，江苏省应当保持资源进口增长，以维持区域经济的稳定发展。另一方面，区域经济产出不单关系到资源等要素投入量，同时还关系到资源等要素的生产率。从这点上，江苏省应当在冶金、化工、建材、电力、纺织等五大重点耗能行业进一步推行清洁生产、物质循环利用、余热余压综合利用、能量系统优化等措施提高资源能源的利用效率。同时加快发展核电、风电，积极开发利用太阳能和生物质能等新能源、可再生能源和替代能源，调整和优化能源供给结构。
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