南开新闻网讯（通讯员 曹植）近日，南开大学环境科学与工程学院教授曹植和副教授楚春礼团队与奥地利国际应用系统分析研究所、荷兰莱顿大学及英国牛津大学的国际知名学者合作，在Cell旗下期刊One Earth发表题为“Closing the global sand circularity gap needs a systems approach”的综述论文。该论文系统阐述了全球砂石资源代谢的历史演变、当前现状、面临挑战及潜在解决方案，为全球砂石资源的可持续管理提供了重要的科学依据和实践指导。
采砂问题日益严峻，砂石资源循环利用刻不容缓
砂石作为全球开采量最大的固体矿产资源，在建筑、填海造地和工业生产等领域发挥着重要作用。自2011年以来，全球每年混凝土用砂石消耗量已突破200亿吨，占非金属资源开采总量的近50%。随着全球人口增长、经济水平提升和城市化进程加速，这一数字预计将持续攀升。然而，砂石资源具有有限性，当前开采速度已远超其自然再生能力。
虽然从全球范围来看尚未出现砂石资源枯竭的危机，但其开采已引发严重的区域性问题。在生态环境方面，砂石开采导致海岸线与河岸侵蚀加剧、三角洲面积缩减、土地利用格局改变等一系列负面影响，对生态系统和人类生存环境构成了严峻挑战。在社会治理层面，由于监管体系不完善，非法采砂活动猖獗，滋生了暴力威胁、腐败等一系列社会问题，导致部分社区被迫迁移，采砂工人的健康与安全也面临严重威胁。环境退化、经济发展需求与地缘政治因素相互作用，形成了一个复杂的系统性难题。解决这一问题需要采取兼顾供给与需求的综合治理方案，推动砂石资源的闭环循环。
尽管现有研究已对各国材料代谢及其环境影响进行了追踪，但对于缩小砂石循环利用差距的潜力仍缺乏系统性认知。为此，研究团队深入评估全球砂石资源的供需平衡，系统梳理解决砂石资源循环缺口的技术与政策措施，探讨各类措施实施过程中所面临的技术、经济、政策和社会挑战，探索砂石资源可持续利用的潜在路径。
砂石资源循环缺口显著，未来需求与再生供应失衡
“砂石资源循环缺口”是指砂石总需求量与再生砂石供应量之间的差异（图1A）。这一指标作为简化的度量工具，可用于评估砂石资源在社会经济系统中的生产、使用和循环效率。研究团队从区域层面和最终产品类型层面，系统重构了1950年至2018年间混凝土用砂石的消费变化趋势。研究发现，这一时期混凝土用砂石消费呈现“大加速”现象，年均消耗量约240亿吨，主要驱动力来自建筑业（图1B）。这一显著增长主要集中于以中国为代表的亚洲新兴经济体。相比之下，北美、欧洲、亚洲发达国家和大洋洲等更发达地区的消费趋于平稳。中东和非洲地区的消费虽保持增长，但增速有所放缓。与此同时，混凝土用砂石的类型也随消费增长发生了显著演变（图1C）。研究团队通过整合模型研究的定量分析结果，进一步考察了2019年至2060年全球不同地区混凝土用砂石的消费变化趋势，以及不同类型混凝土用砂石的消费动态（图1D和图1E）。研究表明，随着各地区人均混凝土存量逐步趋于饱和，全球在用混凝土存量将持续增长并最终达到稳定状态。然而，由于混凝土建筑使用寿命所导致的“需求与拆除之间的时间延迟”，这种稳定将引发未来几十年全球混凝土用砂石需求的周期性波动。
图1全球混凝土用砂石需求的历史变化与未来预测
由于全球需求的持续增长，预计到2060年，全球混凝土用砂石的拆除量将增加近5倍。然而，即便如此，全球范围内混凝土用砂石的拆除量仍远低于其需求量，缺口高达114亿吨。这一供需缺口将在未来几十年内持续存在，尤其是在低收入地区，问题尤为突出。研究表明，通过物质效率策略的优化实施，这一缺口有望得到显著缓解。例如，通过提高建筑密度、延长建筑物使用寿命、采用轻量化设计、推广木框架结构、重复利用混凝土以及使用替代骨料等措施，可以有效减少混凝土用砂石的需求量，并将循环差距缩小近一半。研究团队强调，通过进一步强化现有策略或引入其他创新措施，可以更有效地缩小砂石资源的循环缺口。为此，本综述系统梳理了砂石资源在生命周期各阶段（包括开采、加工、设计、制造、建造、使用、回收和再利用）中可采取的缩小循环缺口的策略或措施，并重点分析了各阶段涉及的关键利益相关者及其角色（图2）。
图2砂石资源循环缺口的全生命周期管理策略
协同利益相关者优势，推进砂石资源可持续利用
研究团队发现，仅依靠单一策略或措施难以全面应对砂石资源循环的巨大挑战。要实现砂石资源的可持续管理，亟需对材料生产商、建筑工程师与设计师、建筑企业与开发商、研究机构与学术界、废物管理人员与回收者、政府与政策制定者、公众与社会组织等所有利益相关者采取统一的系统方法。通过整合各方优势，协同推进可持续实践，才能有效提升建筑部门的资源利用效率（图3）。研究呼吁全球范围内共同推动砂石资源的可持续利用，为建筑行业、政策制定者、环境研究人员及社会各界弥合砂石循环差距提供了重要的科学依据和实践指导。
图3砂石资源各生命周期阶段的利益相关者及其潜在关联
该综述以“Closing the global sand circularity gap needs a systems approach”为题于2025年2月21日在One Earth杂志在线发表。曹植和楚春礼为共同第一作者，Xiaoyang Zhong研究员（荷兰莱顿大学和奥地利国际应用系统分析研究所）为通讯作者，刘嘉（南开大学）、苏小珂（南开大学）和Paul Behrens教授（莱顿大学和英国牛津大学）为共同作者。该成果得到了国家自然科学基金和南开大学百青计划等的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.oneear.2025.101199
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