秦云虎，毛禮鑫*，朱士飛，趙 倩，吳 蒙，曹 泊

1.江蘇地質(zhì)礦產(chǎn)設(shè)計研究院，江蘇 徐州 221006；2.中國煤炭地質(zhì)總局煤系礦產(chǎn)資源重點實驗室，江蘇 徐州 221006；3.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇 南京 210007

農(nóng)用礦產(chǎn)主要用于制作化肥、農(nóng)藥，資源利用程度能反映國家農(nóng)業(yè)水平，其資源能否穩(wěn)定供給更是關(guān)乎糧食安全［1］。糧食安全是國家的生命線，農(nóng)用礦產(chǎn)資源是國家安全與社會穩(wěn)定的重要基礎(chǔ)［2］，“保糧食能源安全”具有基礎(chǔ)性和前提性的戰(zhàn)略意義。另一方面，種植戶購買化肥的費用占全部農(nóng)用物資費用的15%，此外在國家貿(mào)易上，2018年我國肥料進口金額達27億美元，嚴(yán)峻的國際形勢下大量的肥料進口將影響國家的安全穩(wěn)定［3］，因此早在21世紀(jì)初磷礦石被國家列為戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源［4］，并制定諸如化肥施用減量等規(guī)劃方案［5］。

磷是組成生物細胞不可或缺的元素，能夠增強農(nóng)作物御寒抗旱能力，其原料磷礦作為重要的農(nóng)用礦產(chǎn)資源之一，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有不可替代的作用。磷礦資源作為礦產(chǎn)的一種，具有不可再生性，隨著各國對磷礦等的出口限制，確保其安全穩(wěn)定供給的必要性愈發(fā)凸顯。盡管我國通過限制出口等政策保護國內(nèi)的磷資源，但是我國磷資源安全形勢依然非常嚴(yán)峻。我國磷礦儲量占全球儲量比值不到5%，靜態(tài)保障年限不足30年，然而我國磷礦石產(chǎn)量與全球產(chǎn)量占比一度達到50%以上［6］。此外，我國的磷礦消費呈現(xiàn)逐年增長的趨勢，研究表明我國農(nóng)業(yè)未來幾年對磷礦的需求將保持4.14%的增速［7］。

然而目前對于農(nóng)業(yè)礦產(chǎn)資源的研究多停留在礦產(chǎn)資源本身稟賦特征的層面［8］，也有學(xué)者對新型農(nóng)用礦產(chǎn)資源進行研究［9］，現(xiàn)有的評價較少與國家經(jīng)濟發(fā)展、社會需求、國家安全保障等聯(lián)系起來綜合分析，因此對包括磷礦資源在內(nèi)的農(nóng)用礦產(chǎn)安全評價研究具有重要的現(xiàn)實意義。江蘇省位于我國糧食主力生產(chǎn)區(qū)范圍，磷礦資源開發(fā)利用較早，農(nóng)業(yè)與農(nóng)用資源聯(lián)系緊密，是一個典型的研究區(qū)域。本文綜合其資源稟賦、功能戰(zhàn)略性和持續(xù)穩(wěn)定性三個方面建立農(nóng)用礦產(chǎn)資源安全評價的模型，結(jié)合江蘇省內(nèi)實際情況分析磷資源安全演化趨勢及其原因，并提出針對性建議，旨在為農(nóng)用礦產(chǎn)資源安全評價研究和相關(guān)政策的制定提供參考。

1 研究方法與模型建立

1.1 礦產(chǎn)資源安全研究

為保護大宗型礦產(chǎn)、能源型礦產(chǎn)的安全，各國政府都進行有效措施的探討，學(xué)者們也做過大量綜合研究，這些對農(nóng)用礦產(chǎn)資源的安全評價［10］及戰(zhàn)略措施［11］有充分的借鑒意義。學(xué)者們對影響資源安全的因素從國際市場競爭、國家政策保護、資源儲備建立、技術(shù)裝備升級等角度都進行了研究［12-13］，近年來環(huán)境問題日益突出，江蘇省也提出到2035年全面建成“美麗江蘇”，因此礦產(chǎn)資源安全評價中不得不考慮環(huán)境因素。由于影響因素眾多，部分指標(biāo)又難以實現(xiàn)量化，因此在資源安全綜合評價中選取合適有效的指標(biāo)顯得極為重要。

經(jīng)過前人不斷的完善，層次分析法被廣泛應(yīng)用于方案優(yōu)選與綜合評價之中，在解決諸如資源安全評價等難以量化的問題中［14］能通過相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业拇蚍诌_到精準(zhǔn)判斷，具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢［15］。然而該方法主觀性帶來的偏差和一致性檢驗帶來的困擾會影響評價的客觀性和實用性［16］，為此學(xué)者們采用遺傳算法、熵權(quán)法［17］、灰色關(guān)聯(lián)分析法、因子分析法等優(yōu)化層次分析法［18］。

1.2 農(nóng)用礦產(chǎn)資源評價模型

不同于其他礦產(chǎn)，農(nóng)用礦產(chǎn)資源有著保障糧食安全的特殊使命，對全省農(nóng)用礦產(chǎn)資源安全性的準(zhǔn)確評估有利于把握省內(nèi)農(nóng)業(yè)安全現(xiàn)狀，對相關(guān)部門的規(guī)劃制定有借鑒意義。然而對農(nóng)用礦產(chǎn)進行安全評價是一個復(fù)雜的科學(xué)問題，僅僅知道省內(nèi)相關(guān)資源的狀況無法做出準(zhǔn)確判斷，還需要綜合資源需求情況以及穩(wěn)定供應(yīng)能力。

對于綜合評價類的研究，影響因素的數(shù)值化和數(shù)據(jù)分析是關(guān)鍵，結(jié)合熵值法與層次分析法的優(yōu)勢互補能夠有效解決問題。層次分析法能將復(fù)雜的問題通過專家的兩兩比較打分實現(xiàn)定性與定量的結(jié)合，然而不可避免主觀打分帶來的誤差；而熵值法是基于已有客觀數(shù)據(jù)做出的分析，根據(jù)指標(biāo)自身的變異程度確定權(quán)重，這種方法能夠改善層次分析法主觀性太強的不足，據(jù)此建立了綜合評價模型。如圖1所示，層次分析法中準(zhǔn)則層的確定需要全面分析影響因素，次準(zhǔn)則層的選擇則需要考慮指標(biāo)的代表性、有效性、易得性，從而優(yōu)選出能夠精確全面地反映主因素的指標(biāo)。客觀修正中充分利用熵值法的優(yōu)勢，達到綜合評價的目的。

圖1 層次分析法流程圖Fig.1 Flowchart of analytic hierarchy process

2 磷資源潛力與需求

2.1 磷資源概況

江蘇省磷礦的勘探與開發(fā)利用工作起步早，為全國培養(yǎng)了大批化學(xué)礦山人才，為新中國的農(nóng)業(yè)做出巨大貢獻。目前省內(nèi)主要發(fā)現(xiàn)6處礦床以及36處小規(guī)模的礦化點，分布于連云港市、宿遷市、徐州市等地區(qū)，其中4處達到勘探程度，2處為普查階段。江蘇省磷礦資源以受變質(zhì)型為主，成礦年代為中元古代-新元古代，其典型的礦床有錦屏磷礦、新浦磷礦、陶灣磷礦等；陸相火山巖型礦床在早白堊世成礦，資源量較少，典型的有南京泰山鐵磷礦床，此外磷礦化點，分布在新沂、南京、徐州等地。眾多礦床中只有錦屏磷礦和新浦磷礦被大規(guī)模開發(fā)利用過，其平均開采回采率為64.12%，低于國家平均水平75%～95%，按照其7.5×105t/a的產(chǎn)量，江蘇省宏觀儲采比僅為29 a。

2.2 化肥施用與生產(chǎn)情況

絕大多數(shù)的磷資源被應(yīng)用于化學(xué)肥料的生產(chǎn)中，因此化肥的施用與生產(chǎn)能很好地反映磷礦的供給與需求［19］。據(jù)《中國化肥利用效率（肥耗）評價報告（2000-2015年）》顯示我國化肥平均施用強度為445.5 kg/hm2，遠超過國際公認的施肥上限（225 kg/hm2），而江蘇省的化肥施用強度在638～734 kg/hm2之間（圖2），近10年來雖然在國家合理施肥政策的引領(lǐng)下有所減少，但是降低幅度不明顯，仍然為國際公認施肥量上限的2.8倍。從肥料進口費用來看，全省進口肥料的費用穩(wěn)定增加，近5年年均耗資1億美元。另一方面，省內(nèi)化肥產(chǎn)量逐年減少，占全國比例減小趨勢明顯（圖3），省內(nèi)供給持續(xù)減少，相應(yīng)對進口量的需求不斷增加，對我省農(nóng)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生較大影響。

圖2 江蘇省化肥進口費用與化肥施用強度Fig.2 Fertilizer import expense and fertilizer application intensity in Jiangsu Province

圖3 江蘇省化肥生產(chǎn)供給情況Fig.3 Fertilizer production capacity in Jiangsu Province

3 影響因素與指標(biāo)優(yōu)選

結(jié)合農(nóng)用礦產(chǎn)資源的特殊性與前人針對礦產(chǎn)資源安全評價的影響因素認為，農(nóng)用礦產(chǎn)資源的安全性主要受資源稟賦（資源供給端）、功能戰(zhàn)略性（使用需求端）和持續(xù)穩(wěn)定性（保障程度）三個方面的影響。

資源稟賦主要針對資源供給端方面，包括農(nóng)用礦產(chǎn)資源的儲量和礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用水平。充足的資源量是確保資源可供性的基礎(chǔ)，同時還需要考慮人口因素。另一方面，較高的資源利用水平提高了資源的供給能力。功能戰(zhàn)略性主要針對資源需求端方面，包括糧食需求壓力與化肥施用習(xí)慣等。人口總數(shù)會直接影響對糧食的需求量，進而影響農(nóng)用礦產(chǎn)資源的需求量，但是農(nóng)村人口的相對數(shù)量與耕地面積容易被忽視，從業(yè)人數(shù)和種植面積的減少必然對化肥提出更高的要求。同時，化肥能否科學(xué)有效施用也能顯著影響對農(nóng)用礦產(chǎn)的需求。持續(xù)穩(wěn)定性主要針對資源保障程度方面，包括勘探開發(fā)的投資和環(huán)境方面的保護。前者通過勘察手段和開發(fā)利用技術(shù)的提升，增加資源量、提高資源利用效率，后者則注重綠水青山的保護，強調(diào)長遠發(fā)展對礦資源安全性的要求。

為了量化影響農(nóng)用礦產(chǎn)安全水平的因素，本研究從不同角度選擇有效的指標(biāo)。資源稟賦因素選擇了新增資源量（a1）、人均擁有資源量（a2）、采礦損失率（a3）、出礦品位（a4）；功能戰(zhàn)略性因素主要考慮農(nóng)村人口比例（b1）、人均播種面積（b2）、化肥施用強度（b3）、肥料進出口費用比值（b4）；持續(xù)穩(wěn)定性因素選擇綜合實力GDP（c1）、環(huán)境污染治理投資（c2）、從業(yè)人員數(shù)量（c3）、地質(zhì)勘查投入（c4）。此外，以江蘇省為研究對象不得不考慮國家層面的影響，因此a1、c2選擇全國數(shù)據(jù)作為依據(jù)，前者反映國家相關(guān)農(nóng)用礦產(chǎn)資源量的基礎(chǔ)與潛力，后者能指示國家政策的支持力度。

4 綜合評價

4.1 數(shù)據(jù)來源與處理

研究數(shù)據(jù)來源于國家統(tǒng)計局、江蘇省統(tǒng)計局、江蘇省礦產(chǎn)資源年報，對于少量缺失數(shù)據(jù)采取相鄰2個年份平均值代替。此外，指標(biāo)中涉及到花費金額時都將其與當(dāng)年全國GDP做比值，以減少不同經(jīng)濟水平的影響因素，然后將所有數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化以減少不同數(shù)量級的影響。

4.2 計算結(jié)果

按照上述建立的模型，根據(jù)層次分析和熵值法分別計算各指標(biāo)權(quán)重，其中層次分析通過一致性檢驗，然后將熵值法的變異系數(shù)與層次分析法得到的權(quán)重結(jié)合得出綜合權(quán)重，結(jié)果見表1。

表1 農(nóng)用礦產(chǎn)資源安全評價指標(biāo)權(quán)重Tab.1 Weights of safety evaluation indicators for agricultural mineral resources %

計算結(jié)果表明，經(jīng)過熵值法變異系數(shù)修正的權(quán)重與原層次分析結(jié)果有較大不同，整體上增加了資源稟賦因素的權(quán)重，其他兩個因素略有減少，各層次中具體指標(biāo)也均有變化。例如，資源稟賦因素中a1、a4權(quán)重減少，a2、a3有所增加，這些修正是比較合理的，因為新增資源量與出礦品位每年變化不大，對資源安全度的影響相應(yīng)地減小，而人均資源量的多少和采礦損失率則直接或者間接影響資源稟賦。值得注意的是，b4、c1變量權(quán)重分別增加、降低是有聯(lián)系的，兩者都與貿(mào)易相關(guān)，近幾年江蘇省磷資源逐漸停產(chǎn)，對外依耐性增大，因此b4指標(biāo)權(quán)重較大，并且調(diào)整后有所增加；而江蘇省的綜合實力對國際貿(mào)易影響較小，更多的是國家層面的實力才會決定國際貿(mào)易，因而c1指標(biāo)權(quán)重較小，且修正之后變得更小。

4.3 演化趨勢分析

圖4顯示了3種方法所得到的結(jié)果，整體來看變化趨勢一致，提高了研究的可信度，不同的是修正后的不同時期的得分差異性更加明顯。具體表現(xiàn)為綜合評價的結(jié)果使高值更大、低值更小，這是各指標(biāo)修正之后的權(quán)重差距變大造成的，能顯著發(fā)現(xiàn)安全度變化趨勢的階段性，根據(jù)變化趨勢將江蘇省磷資源安全性演化分為4個階段。

圖4 江蘇省磷資源安全評價結(jié)果圖Fig.4 Results diagram of safety evaluation of phosphate resources in Jiangsu province

I勘探發(fā)現(xiàn)階段（2000-2004年）：該階段安全度變化較大，主要受勘探成果和前期開發(fā)水平影響。江蘇省2000年以前在錦屏、大浦、新浦、陶灣等地的磷礦勘探中取得重大成果，安全度較高；21世紀(jì)初錦屏磷礦由于開采時間長，品位、產(chǎn)量等有所下降，直至2004年破產(chǎn)，對安全度產(chǎn)生負面影響。

II穩(wěn)定開發(fā)階段（2005-2010年）：該階段安全度較高，且變化較為穩(wěn)定，主要與產(chǎn)能提高有關(guān)。2005年太和磷礦的勘探發(fā)現(xiàn)在一定程度上增加江蘇省磷資源安全的底氣，更重要的是錦屏磷礦在此期間經(jīng)歷破產(chǎn)重組，提高了江蘇省的資源供給能力，安全度持續(xù)保持較高水平。

III較不安全階段（2011-2016年）和IV警惕階段（2017-2018年）：這兩個階段安全度明顯降低，且還有繼續(xù)下降的趨勢。其中2010年以后錦屏磷礦的停采造成安全度下降幅度大，到2016年新浦磷礦關(guān)閉時，造成省內(nèi)磷資源供給能力顯著下降。此外，農(nóng)村人口比例（b1）、人均播種面積（b2）、從業(yè)人數(shù)（c3）、地質(zhì)勘查投入（c4）等都略有減少，進一步降低了江蘇省農(nóng)用礦產(chǎn)資源安全度。

4.4 原因探討與建議

根據(jù)最大最小標(biāo)準(zhǔn)化法對三個因素的得分進行處理，如圖5所示，前兩個階段資源稟賦因素（因素A）的數(shù)值較大，綜合結(jié)果較為安全；后兩個階段盡管功能戰(zhàn)略性得分較高（因素B），即施肥強度有所降低，但是無法彌補資源稟賦以及持續(xù)穩(wěn)定性相關(guān)參數(shù)（因素C）減小造成的整體安全度下降，尤其是資源稟賦因素，其變化趨勢與總體得分保持一致。充分說明資源稟賦因素帶來的供給能力不足給農(nóng)用礦產(chǎn)安全帶來的影響，并且未來短時間內(nèi)難以改變其他因素。

圖5 影響安全度不同因素得分相對高低圖Fig.5 Relative scores of different factors affecting degree of safety

綜上所述，農(nóng)用礦產(chǎn)的資源稟賦是影響其得分的主要因素，功能戰(zhàn)略性與持續(xù)穩(wěn)定性是次要原因，因此為了提高農(nóng)用礦產(chǎn)資源安全、進而保障農(nóng)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，從以下3個方面提出建議：一是開拓市場，確保穩(wěn)定供給。高效利用省內(nèi)資源的同時，從鄰近磷資源豐富的省份（如湖北?。┗蛘吆Ｍ馐袌鲆M資源，這是基于資源稟賦提出的，也是最重要的一項。二是科學(xué)施肥，綜合高效利用。省內(nèi)施肥超標(biāo)問題近來雖有所改善但是遠遠不夠，需要有關(guān)部門從科學(xué)的角度根據(jù)不同的土地狀況予以施肥指導(dǎo)。三是保護環(huán)境，保障長遠發(fā)展。綠水青山是我們最大的財富，農(nóng)用礦產(chǎn)資源的開發(fā)不能通過破壞環(huán)境達到獲取資源的目的，在施用中也應(yīng)減少對土壤和水質(zhì)的損害。

5 結(jié) 論

（1）結(jié)合農(nóng)用礦產(chǎn)資源的獨特性建立安全評價模型，從資源稟賦、功能戰(zhàn)略性和持續(xù)穩(wěn)定性三個方面總結(jié)了影響農(nóng)用礦產(chǎn)資源安全的因素，以改進的層次分析法獲得的權(quán)重減少人為主觀性的影響，更加科學(xué)合理，對類似研究有參考意義。

（2）江蘇省磷礦以受變質(zhì)型資源為主，受環(huán)保政策影響和礦山自身原因開發(fā)利用程度不高，造成省內(nèi)資源供給能力較低；化肥施用強度超標(biāo)、肥料進口費用持續(xù)增長，對本省農(nóng)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生較大影響。

（3）評價結(jié)果表明江蘇省磷資源安全演化整體呈下降趨勢，結(jié)合省內(nèi)情況可分為4個階段。根據(jù)不同演化階段三個方面的得分情況可知，資源稟賦是影響農(nóng)用礦產(chǎn)安全的主要因素，現(xiàn)階段的安全狀況短時間內(nèi)改變其他因素也難以有所改善，這需要引起警覺。

（4）現(xiàn)階段的主要問題是磷資源供應(yīng)不足，其次是消費量增大、勘查資金投入減少等。據(jù)此強調(diào)開拓市場、科學(xué)施肥、保護環(huán)境，進而達到資源的穩(wěn)定供給和高效利用，為社會經(jīng)濟健康發(fā)展和糧食安全保駕護航提供有力保障。