《武汉工程大学学报》 2021年02期
213-218
出版日期：2021-04-30
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
江苏省磷资源安全评价与演化趋势
农用矿产主要用于制作化肥、农药，资源利用程度能反映国家农业水平，其资源能否稳定供给更是关乎粮食安全［1］。粮食安全是国家的生命线，农用矿产资源是国家安全与社会稳定的重要基础［2］，“保粮食能源安全”具有基础性和前提性的战略意义。另一方面，种植户购买化肥的费用占全部农用物资费用的15%，此外在国家贸易上，2018年我国肥料进口金额达27亿美元，严峻的国际形势下大量的肥料进口将影响国家的安全稳定［3］，因此早在21世纪初磷矿石被国家列为战略性矿产资源［4］，并制定诸如化肥施用减量等规划方案［5］。磷是组成生物细胞不可或缺的元素，能够增强农作物御寒抗旱能力，其原料磷矿作为重要的农用矿产资源之一，在农业生产中具有不可替代的作用。磷矿资源作为矿产的一种，具有不可再生性，随着各国对磷矿等的出口限制，确保其安全稳定供给的必要性愈发凸显。尽管我国通过限制出口等政策保护国内的磷资源，但是我国磷资源安全形势依然非常严峻。我国磷矿储量占全球储量比值不到5%，静态保障年限不足30年，然而我国磷矿石产量与全球产量占比一度达到50%以上［6］。此外，我国的磷矿消费呈现逐年增长的趋势，研究表明我国农业未来几年对磷矿的需求将保持4.14%的增速［7］。然而目前对于农业矿产资源的研究多停留在矿产资源本身禀赋特征的层面［8］，也有学者对新型农用矿产资源进行研究［9］，现有的评价较少与国家经济发展、社会需求、国家安全保障等联系起来综合分析，因此对包括磷矿资源在内的农用矿产安全评价研究具有重要的现实意义。江苏省位于我国粮食主力生产区范围，磷矿资源开发利用较早，农业与农用资源联系紧密，是一个典型的研究区域。本文综合其资源禀赋、功能战略性和持续稳定性三个方面建立农用矿产资源安全评价的模型，结合江苏省内实际情况分析磷资源安全演化趋势及其原因，并提出针对性建议，旨在为农用矿产资源安全评价研究和相关政策的制定提供参考。1 研究方法与模型建立1.1 矿产资源安全研究为保护大宗型矿产、能源型矿产的安全，各国政府都进行有效措施的探讨，学者们也做过大量综合研究，这些对农用矿产资源的安全评价［10］及战略措施［11］有充分的借鉴意义。学者们对影响资源安全的因素从国际市场竞争、国家政策保护、资源储备建立、技术装备升级等角度都进行了研究［12-13］，近年来环境问题日益突出，江苏省也提出到2035年全面建成“美丽江苏”，因此矿产资源安全评价中不得不考虑环境因素。由于影响因素众多，部分指标又难以实现量化，因此在资源安全综合评价中选取合适有效的指标显得极为重要。经过前人不断的完善，层次分析法被广泛应用于方案优选与综合评价之中，在解决诸如资源安全评价等难以量化的问题中［14］能通过相关领域专家的打分达到精准判断，具有明显的应用优势［15］。然而该方法主观性带来的偏差和一致性检验带来的困扰会影响评价的客观性和实用性［16］，为此学者们采用遗传算法、熵权法［17］、灰色关联分析法、因子分析法等优化层次分析法［18］。1.2 农用矿产资源评价模型不同于其他矿产，农用矿产资源有着保障粮食安全的特殊使命，对全省农用矿产资源安全性的准确评估有利于把握省内农业安全现状，对相关部门的规划制定有借鉴意义。然而对农用矿产进行安全评价是一个复杂的科学问题，仅仅知道省内相关资源的状况无法做出准确判断，还需要综合资源需求情况以及稳定供应能力。对于综合评价类的研究，影响因素的数值化和数据分析是关键，结合熵值法与层次分析法的优势互补能够有效解决问题。层次分析法能将复杂的问题通过专家的两两比较打分实现定性与定量的结合，然而不可避免主观打分带来的误差；而熵值法是基于已有客观数据做出的分析，根据指标自身的变异程度确定权重，这种方法能够改善层次分析法主观性太强的不足，据此建立了综合评价模型。如图1所示，层次分析法中准则层的确定需要全面分析影响因素，次准则层的选择则需要考虑指标的代表性、有效性、易得性，从而优选出能够精确全面地反映主因素的指标。客观修正中充分利用熵值法的优势，达到综合评价的目的。2 磷资源潜力与需求2.1 磷资源概况江苏省磷矿的勘探与开发利用工作起步早，为全国培养了大批化学矿山人才，为新中国的农业做出巨大贡献。目前省内主要发现6处矿床以及36处小规模的矿化点，分布于连云港市、宿迁市、徐州市等地区，其中4处达到勘探程度，2处为普查阶段。江苏省磷矿资源以受变质型为主，成矿年代为中元古代-新元古代，其典型的矿床有锦屏磷矿、新浦磷矿、陶湾磷矿等；陆相火山岩型矿床在早白垩世成矿，资源量较少，典型的有南京泰山铁磷矿床，此外磷矿化点，分布在新沂、南京、徐州等地。众多矿床中只有锦屏磷矿和新浦磷矿被大规模开发利用过，其平均开采回采率为64.12%，低于国家平均水平75%~95%，按照其7.5×105 t/a的产量，江苏省宏观储采比仅为29 a。[安全评价][目标层][影响因素分析][主观评价][客观修正][因素A][因素B][因素C][因子a1][因子a2][因子b1][因子b2][因子c1][因子c2][数据标准化][计算熵值][变异系数i][熵值法][初始权重Wo][修正权重W=Wo×i][综合得分][结果与建议][方案层]图1 层次分析法流程图Fig. 1 Flowchart of analytic hierarchy process2.2 化肥施用与生产情况绝大多数的磷资源被应用于化学肥料的生产中，因此化肥的施用与生产能很好地反映磷矿的供给与需求［19］。据《中国化肥利用效率（肥耗）评价报告（2000-2015年）》显示我国化肥平均施用强度为445.5 kg/hm2，远超过国际公认的施肥上限（225 kg/hm2），而江苏省的化肥施用强度在638~734 kg/hm2之间（图2），近10年来虽然在国家合理施肥政策的引领下有所减少，但是降低幅度不明显，仍然为国际公认施肥量上限的2.8倍。从肥料进口费用来看，全省进口肥料的费用稳定增加，近5年年均耗资1亿美元。另一方面，省内化肥产量逐年减少，占全国比例减小趋势明显（图3），省内供给持续减少，相应对进口量的需求不断增加，对我省农业发展产生较大影响。3 影响因素与指标优选结合农用矿产资源的特殊性与前人针对矿产资源安全评价的影响因素认为，农用矿产资源的安全性主要受资源禀赋（资源供给端）、功能战略性（使用需求端）和持续稳定性（保障程度）三个方面的影响。资源禀赋主要针对资源供给端方面，包括农用矿产资源的储量和矿产资源的开发利用水平。充足的资源量是确保资源可供性的基础，同时还需要考虑人口因素。另一方面，较高的资源利用水平提高了资源的供给能力。功能战略性主要针对资源需求端方面，包括粮食需求压力与化肥施用习惯等。人口总数会直接影响对粮食的需求量，进而影响农用矿产资源的需求量，但是农村人口的相对数量与耕地面积容易被忽视，从业人数和种植面积的减少必然对化肥提出更高的要求。同时，化肥能否科学有效施用也能显著影响对农用矿产的需求。持续稳定性主要针对资源保障程度方面，包括勘探开发的投资和环境方面的保护。前者通过勘察手段和开发利用技术的提升，增加资源量、提高资源利用效率，后者则注重绿水青山的保护，强调长远发展对矿资源安全性的要求。为了量化影响农用矿产安全水平的因素，本研究从不同角度选择有效的指标。资源禀赋因素选择了新增资源量（a1）、人均拥有资源量（a2）、采矿损失率（a3）、出矿品位（a4）；功能战略性因素主要考虑农村人口比例（b1）、人均播种面积（b2）、化肥施用强度（b3）、肥料进出口费用比值（b4）；持续稳定性因素选择综合实力GDP（c1）、环境污染治理投资（c2）、从业人员数量（c3）、地质勘查投入（c4）。此外，以江苏省为研究对象不得不考虑国家层面的影响，因此a1、c2选择全国数据作为依据，前者反映国家相关农用矿产资源量的基础与潜力，后者能指示国家政策的支持力度。4 综合评价4.1 数据来源与处理研究数据来源于国家统计局、江苏省统计局、江苏省矿产资源年报，对于少量缺失数据采取相邻2个年份平均值代替。此外，指标中涉及到花费金额时都将其与当年全国GDP做比值，以减少不同经济水平的影响因素，然后将所有数据标准化以减少不同数量级的影响。4.2 计算结果按照上述建立的模型，根据层次分析和熵值法分别计算各指标权重，其中层次分析通过一致性检验，然后将熵值法的变异系数与层次分析法得到的权重结合得出综合权重，结果见表1。计算结果表明，经过熵值法变异系数修正的权重与原层次分析结果有较大不同，整体上增加了资源禀赋因素的权重，其他两个因素略有减少，各层次中具体指标也均有变化。例如，资源禀赋因素中a1、a4权重减少，a2、a3有所增加，这些修正是比较合理的，因为新增资源量与出矿品位每年变化不大，对资源安全度的影响相应地减小，而人均资源量的多少和采矿损失率则直接或者间接影响资源禀赋。值得注意的是，b4、c1变量权重分别增加、降低是有联系的，两者都与贸易相关，近几年江苏省磷资源逐渐停产，对外依耐性增大，因此b4指标权重较大，并且调整后有所增加；而江苏省的综合实力对国际贸易影响较小，更多的是国家层面的实力才会决定国际贸易，因而c1指标权重较小，且修正之后变得更小。4.3 演化趋势分析图4显示了3种方法所得到的结果，整体来看变化趋势一致，提高了研究的可信度，不同的是修正后的不同时期的得分差异性更加明显。具体表现为综合评价的结果使高值更大、低值更小，这是各指标修正之后的权重差距变大造成的，能显著发现安全度变化趋势的阶段性，根据变化趋势将江苏省磷资源安全性演化分为4个阶段。I勘探发现阶段（2000-2004年）：该阶段安全度变化较大，主要受勘探成果和前期开发水平影响。江苏省2000年以前在锦屏、大浦、新浦、陶湾等地的磷矿勘探中取得重大成果，安全度较高；21世纪初锦屏磷矿由于开采时间长，品位、产量等有所下降，直至2004年破产，对安全度产生负面影响。II稳定开发阶段（2005-2010年）：该阶段安全度较高，且变化较为稳定，主要与产能提高有关。2005年太和磷矿的勘探发现在一定程度上增加江苏省磷资源安全的底气，更重要的是锦屏磷矿在此期间经历破产重组，提高了江苏省的资源供给能力，安全度持续保持较高水平。III较不安全阶段（2011-2016年）和IV警惕阶段（2017-2018年）：这两个阶段安全度明显降低，且还有继续下降的趋势。其中2010年以后锦屏磷矿的停采造成安全度下降幅度大，到2016年新浦磷矿关闭时，造成省内磷资源供给能力显著下降。此外，农村人口比例（b1）、人均播种面积（b2）、从业人数（c3）、地质勘查投入（c4）等都略有减少，进一步降低了江苏省农用矿产资源安全度。4.4 原因探讨与建议根据最大最小标准化法对三个因素的得分进行处理，如图5所示，前两个阶段资源禀赋因素（因素A）的数值较大，综合结果较为安全；后两个阶段尽管功能战略性得分较高（因素B），即施肥强度有所降低，但是无法弥补资源禀赋以及持续稳定性相关参数（因素C）减小造成的整体安全度下降，尤其是资源禀赋因素，其变化趋势与总体得分保持一致。充分说明资源禀赋因素带来的供给能力不足给农用矿产安全带来的影响，并且未来短时间内难以改变其他因素。[2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018年份][1.21.00.80.60.40.20][相对得分][因素A][Ⅰ（2000-2004）][Ⅱ（2005-2010）][Ⅲ（2011-2016）][Ⅳ（2017-2018）][因素B][因素C]图5 影响安全度不同因素得分相对高低图Fig. 5 Relative scores of different factors affecting degree of safety综上所述，农用矿产的资源禀赋是影响其得分的主要因素，功能战略性与持续稳定性是次要原因，因此为了提高农用矿产资源安全、进而保障农业稳定发展，从以下3个方面提出建议：一是开拓市场，确保稳定供给。高效利用省内资源的同时，从邻近磷资源丰富的省份（如湖北省）或者海外市场引进资源，这是基于资源禀赋提出的，也是最重要的一项。二是科学施肥，综合高效利用。省内施肥超标问题近来虽有所改善但是远远不够，需要有关部门从科学的角度根据不同的土地状况予以施肥指导。三是保护环境，保障长远发展。绿水青山是我们最大的财富，农用矿产资源的开发不能通过破坏环境达到获取资源的目的，在施用中也应减少对土壤和水质的损害。5 结 论（1）结合农用矿产资源的独特性建立安全评价模型，从资源禀赋、功能战略性和持续稳定性三个方面总结了影响农用矿产资源安全的因素，以改进的层次分析法获得的权重减少人为主观性的影响，更加科学合理，对类似研究有参考意义。（2）江苏省磷矿以受变质型资源为主，受环保政策影响和矿山自身原因开发利用程度不高，造成省内资源供给能力较低；化肥施用强度超标、肥料进口费用持续增长，对本省农业发展产生较大影响。（3）评价结果表明江苏省磷资源安全演化整体呈下降趋势，结合省内情况可分为4个阶段。根据不同演化阶段三个方面的得分情况可知，资源禀赋是影响农用矿产安全的主要因素，现阶段的安全状况短时间内改变其他因素也难以有所改善，这需要引起警觉。（4）现阶段的主要问题是磷资源供应不足，其次是消费量增大、勘查资金投入减少等。据此强调开拓市场、科学施肥、保护环境，进而达到资源的稳定供给和高效利用，为社会经济健康发展和粮食安全保驾护航提供有力保障。