秸秆利用循环模式的能值效率和持续发展能力

用能值法分析了不同农业循环模式的能值效率和可持续发展能力,以期找到适合本地区发展的农业循环模式。以小麦玉米两熟农田、奶牛饲养系统和沼气发酵系统为研究对象,以常规施肥为对照模式(CK),设置玉米秸秆粉碎还田的农田循环模式、沼液还田的农沼循环模式和有机肥还田的农牧循环模式3种循环模式,用能值方法比较4种循环系统的能值效率和可持续发展能力。结果表明,4种模式的净能值产出率(EYR)都大于1,农田、农沼和农牧循环模式的EYR分别是对照模式的1.13倍、54.22%和50.2%,农田、农沼和农牧循环模式的能值投资率(EIR)分别是对照模式的80.88%、4.25倍和5.85倍,农田、农沼和农牧循环模式的环境负载率(ELR)分别是对照模式的78.95%、3.71倍和1.76倍,农田循环模式对环境的压力最小,农沼循环模式对环境的压力较大,4种模式的ELR都在可接受范围内。农牧循环模式的产品安全性指标(EIPS)为-0.015,最接近于0,其产品安全性最高,而对照模式的产品存在一定的安全隐患。种植模式中农田循环模式可持续发展能力优于对照模式,复合循环模式中农牧循环模式要优于农沼循环模式。综上所述,农牧循环模式的发展潜力最大,是最适合本地区的秸秆利用循环模式。     

桂西北典型喀斯特峰丛洼地退耕还林还草的固碳效益评价

退耕还林还草作为桂西北喀斯特地区主要的土地利用转变方式,对该区域产生了积极的生态效益。就退耕还林还草政策的实施对该区域土壤有机碳储量的影响进行评价。结果表明:1)将剖面碳密度与深度做对数拟合得到的参数进行协同克里格插值的方法能较准确估算研究区碳密度,R2为0.723;2)退耕还林还草措施对土壤有机碳(SOC)含量产生了显著的影响,耕地(19.3 g/kg)转变为牧草(23.5 g/kg,退耕近10a)和草地(34.6 g/kg,退耕30a)的SOC含量均有增加,转变为人工林(17.8 g/kg,退耕8a)的SOC含量略有下降;3)退耕还林还草工程实施后研究区土壤碳储量提高了23.43%,退耕后单位面积土壤碳储量为2938 t C/km~2;4)种植牧草兼顾固碳效益和经济效益,是一种较好的退耕模式。     

黄土高原半干旱区柴胡种植模式

采用大田试验,设计冬小麦收获后复播大豆、大豆套作柴胡(小麦-大豆/柴胡)和冬小麦收获后复播柴胡(小麦-柴胡)及玉米套作柴胡(玉米/柴胡)3种种植模式,探讨黄土高原半干旱区适宜柴胡的"粮药"栽培模式.结果表明:与玉米/柴胡和小麦-柴胡种植模式相比,小麦-大豆/柴胡种植模式经济产量最高,生态效益最好;不同柴胡品种中,万柴胡(原产地温度相对较高)产量最高,左柴胡(原产地温度相对较低)最低,表明柴胡适宜从高温地区引种到低温地区栽培,可提高产量.小麦-大豆/柴胡种植模式为最佳"粮药"栽培模式,其柴胡产量比玉米/柴胡和小麦-柴胡种植模式分别增产11.6%和16.8%.     

中国蚕桑生态系统能值分析

蚕桑生态系统是我国农业生态系统的重要组成部分.本文采用能值评估原理和方法,系统研究了中国蚕桑生态系统的内部结构及其与外界自然、环境、经济之间的关系,定量计算了反映中国蚕桑生态系统的能值指标,并与中国农业生态系统相比较.结果表明,中国蚕桑生态系统能值投入率(EIR)为3.78,能值产出率(EYR)为4.68,环境负载率(ELR)为0.18,系统能值可持续指标(ESI)为26.0,表明中国蚕桑生态系统环境压力小,生态效益良好,但需进一步提升科技水平,以降低劳动力投入,促进蚕桑资源综合利用.     

甘肃景电灌区枸杞与玉米生产模式的能值分析

灌区由于不合理的生产以及不完善的灌排设施,土地盐碱化成为普遍存在的现象,景电灌区治理盐碱地的典型代表村-红跃村在盐碱地种植枸杞取得了良好的生态效益和经济效益.应用能值分析法,对该村枸杞生产模式与原有的玉米生产模式进行了系统分析.枸杞生产模式与玉米生产模式的各项能值指标的比值是:能值投资率3.78 ,净能值产出率2.24 、环境负载率0.27 、能值可持续性指数8.19 .结果表明:枸杞生产模式使得红跃村落后、封闭的生态经济系统变得开放、活跃,增强了可持续发展的潜力.为进一步完善绿洲经济生态系统,应优化生产结构,加强绿洲防护林体系建设.     

稻鸭共作有机农业模式的能值评估

应用能值分析方法对稻鸭共作有机农业模式（模式Ⅰ）和对应的稻麦常规生产模式（模式Ⅱ）进行比较研究,并比较了两种模式的生态经济效益.结果表明,模式Ⅰ的能值效益高,自组织能力、可持续发展能力强,产品安全性高,净能值产出率（EYR）、系统产出能值反馈率（FYE）、能值可持续指标（ESI）分别是模式Ⅱ的1.57、14.1和8.71倍;基于能值的产品安全性指标（EIPS）模式Ⅰ为0,模式Ⅱ为-0.66;模式Ⅰ对环境的压力小于模式Ⅱ,能值投资率（EIR）,环境负载率（ELR）分别是模式Ⅱ的40.1%和18.3%;但模式Ⅰ的经济效益低于模式Ⅱ,其产出、毛收入和净效益分别低于模式Ⅱ15.7%、9.6%和29.6%;以能值 货币价值计算,模式Ⅰ的产投比、毛收入和净收入分别高于模式Ⅱ50%、102.6%和136.4%.随着生产系统的优化和市场对有机食品认知程度的提高,模式Ⅰ的经济效益具有提高的潜力.     

万寿菊再生体系的建立及优化

以40个不同基因型万寿菊(Tagetes erecta)叶片为外植体, 在相同条件下诱导不定芽分化, 获得最佳再生基因型; 然后分析不同激素组合、外植体切口方式、固化剂及蔗糖对万寿菊再生和玻璃化影响; 最后对不同类型的伸长培养基进行探索。结果表明, 最佳再生基因型为里程碑·黄色; 最佳再生培养基为MS+0.2 mg·L^‒1 TDZ+0.5 mg·L^‒1 IBA+8 g·L^‒1琼脂+40 g·L^‒1蔗糖, 再生率达70%, 玻璃化率降低至16%; 最适再生的小叶部位为全小叶; 最适伸长培养基为MS+8 g·L^‒1琼脂+30 g·L^‒1蔗糖, 伸长率达91.3%。该研究建立了高效稳定的万寿菊再生体系, 解决了万寿菊再生过程中严重的玻璃化问题, 可为万寿菊的遗传改良和基因功能研究奠定基础。     

红壤旱地多熟种植系统的综合效益评价

采用加权灰色关联聚类分析的方法,按生态效益、经济效益和社会效益的各项指标,对1984～2004年在江西农业大学农学试验站红壤旱地上进行的多元多熟种植系统定位对比试验中筛选出的23种多熟种植系统的综合效益进行了定量分析和聚类评价。结果表明：“白菜／马铃薯／玉米-芝麻”关联度值最大,灰色聚类为优;生态、经济、社会效益最高,明显优于其他种植系统。适合于大面积推广,是红壤旱地增产、增收、增效和维持农业可持续发展的优化模式;“油菜｜｜紫云英／玉米／玉米｜｜绿豆”次之。适合在劳动力相对充足的城郊红壤旱作区推广,以上两种种植模式对今后红壤旱作区种植业结构布局的调整和种植模式的优化具有积极意义。     

塔克拉玛干沙漠南缘9种禾本科牧草光系统Ⅱ特性

以新疆塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲边缘广泛种植的中间偃麦草、新燕麦、无芒雀麦、老芒麦、天山赖草、披碱草、矮生高羊茅、冰草和碱茅等9种牧草为试验对象,测定暗适应20 min后牧草叶片的快速叶绿素荧光诱导曲线,比较光系统Ⅱ(PSⅡ)的特性,分析各牧草对本地区环境的适应能力.结果表明： 天山赖草和披碱草的最大荧光(F_m)、PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)和单位面积反应中心的数量(RC/CS_o)的值均显著高于矮生高羊茅、冰草和碱茅,而初始荧光(F_o)、单位反应中心吸收的光能(ABC/RC)、单位反应中心捕获的能量(TR_o/RC)、单位反应中心耗散的能量(DI_o/RC)、荧光诱导曲线初始斜率(M_o)值则低于矮生高羊茅、冰草和碱茅;中间偃麦草、新燕麦、无芒雀麦和老芒麦的各值处于中间水平.9种牧草均受到恶劣气候条件的不同程度胁迫,PSⅡ反应中心的活性及电子传递受到抑制,其中,天山赖草和披碱草受到的影响较小,而矮生高羊茅、冰草和碱茅的PSⅡ结构和功能受到比较严重的影响,光合作用受抑制的程度较大.     

紫色土区坡耕地不同种植模式对土壤渗透性的影响

以裸地为对照,研究紫色土区坡耕地不同种植模式对土壤渗透性的影响.结果表明:6种种植模式土壤渗透性表现为枇杷＞柠檬＞香根草植物篱+玉米＞新银合欢植物篱+玉米＞黄花＞玉米＞裸地;各种植模式土壤渗透性均随土壤深度的增加而降低,土壤入渗特征值均表现为初始入渗率＞平均渗透率＞稳定入渗率;土壤渗透性与土壤非毛管孔隙、总孔隙度、初始含水率、有机质含量和土壤持水量呈显著正相关,与土壤容重呈显著负相关;通用经验模型对各种植模式土壤入渗过程的拟合效果最好,而Kostiakov方程不适于描述该流域土壤水分的入渗过程.     

Emergy evaluation of organic rice-duck mutualism system

Rice-duck mutualism is one form of ecological engineering which makes use of the symbiotic relationship between rice and ducks to more effectively utilize materials, reduce chemical fertilizer and pesticide inputs, increase product safety and overall productivity and decrease the pollutants discharged from rice-fields. This is becoming a popular mode for organic rice production in China and it can be used as one measure taken in the drainage area to assist in the ecological rehabilitation of lakes. This study applied the emergy evaluation method to analyze the resource use and environmental impact of organic rice-duck mutualism (mode 1) compared with the conventional wheat/rice rotation system (mode 2) in the same farm to evaluate its sustainability and ecological and economic benefits and provide suggestions for optimizing this system. The results showed that mode 1 produced greater emergy benefits, and had higher self-organization, lower environmental pressure and higher product safety. The net emergy yield ratio (EYR), feedback ratio of yield emergy (FYE) and emergy sustainable index (ESI) of mode 1 were 1.57 times, 14.10 times and 8.71 times those of mode 2, respectively, and the emergy index of product safety (PSI) was 0 in mode 1 and −0.66 in mode 2. The emergy investment ratio (EIR) and environmental loading ratio (ELR) were 40.1 and 18.3% of those of mode 2. The economic benefit of mode 1 was lower than mode 2. The economic output, gross income and net income of mode 1 were 15.7, 10.8 and 35.4% less than those of mode 2, respectively, but using Em$, the output, gross income and net income of mode 1 were 47.4, 161.2, 87.3% higher than mode 2. With the development of markets for organic foods, mode 1 has the potential to achieve better economic benefits.     

福建欠发达山区沼气运营特征及生态效应

在问卷调查获取福建欠发达山区6种典型沼气运营模式基础上,分别应用能值分析法、温室气体减排量计算及成本效益分析法,比较6种模式沼气运营系统的能值投入与产出结构、系统功能和生态效应差异。结果显示:(1)在系统结构上,集中供气型主要利用不可再生购买能值的大量投入,取得高效的生产效率和经济效益,而自建自用型则以可再生购买能值的大量投入,对自然资源利用率高,环境负荷小;在系统性能上,因净能值产出率和能值交换率高,集中供气型比自建自用型的系统可持续发展性能更佳,其中销售型尤其突出。(2)在生态效益上,以养殖为主的集中供气型和纯养殖型的温室气体减排效应非常突出,而传统种养型、特色种植型和半工半农型的减排作用不明显。(3)在政府补贴下的财务特征上,集中供气型及纯养殖型虽有高效的生态效益但不符合农户财务投资标准;相反,特色种植型与半工半农型则因系统的低生态效益而不能满足政府补贴的社会经济预期,经济预期,仅传统种养型农户完全满足社会经济角度与农户角度的投资标准。针对养殖规模化发展趋势和欠发达山区能源利用现状,对沼气工程正确运营模式的选择提出相应的建议。     

江西省主要作物(稻、棉、油)生态经济系统综合分析评价

基于成本收益分析和能值分析理论,构建经济效益指标和生态经济效益指标,对江西省水稻(早稻和晚稻)、棉花、油菜种植系统的经济效益、生态经济综合效益进行分析和评价。经济效益方面,分析比较了单位面积作物成本构成,构建了净利润(Rev)和净利润率(Prof)两个经济效益指标;生态经济方面,分析比较了单位面积能值投入产出构成,构建了能值投入率、能值产出率、环境负载率、宏观经济能值等四个能值评价指标。计算结果表明江西省水稻、棉花和油菜等作物的生产成本占主导地位,价格因素是影响种植成本最重要的因素。水稻主要是以生产物资费用为主,而棉花和油菜以人工费用为主。从产值和收益来看,Rev大小为棉花>晚稻>早稻>油菜,Prof大小为晚稻>棉花>早稻>油菜。水稻、棉花和油菜种植系统对自然更新资源的依靠程度较低,系统的维系主要依赖于外部购买能值的投入,其构成与生产成本构成是一致的。水稻、棉花和油菜等作物的种植系统能值投入率比较高,大小为棉花>早稻>晚稻>油菜,能值产出率:油菜>棉花>晚稻>早稻,造成生态环境压力为晚稻>早稻>油菜>棉花,宏观经济能值大小为油菜>棉花>晚稻>早稻。结果表明,江西省水稻、棉花、油菜种植系统是高度开放的系统,主要依赖购买能值,但是系统产出率不高,其环境压力也不大。研究结果可为深入认识江西水稻、棉花和油菜等主要作物种植系统提供一个新的视角,并为种植业可持续发展提供一定的参考价值。     

基于能值分析的深圳市三个小型农业生态经济系统研究

应用能值分析方法,通过能值转换率,把深圳市3个农场生态经济系统的能量流、物质流、货币流和信息流转化为统一量纲———能值。在绘制能值系统概图和编制能值分析表的基础上,建立能值评价指标体系对3个系统的能值输入结构、生产效率、环境负载和可持续发展状况等进行分析和比较。此外,比较经济指标与能值分析结果,并采用情景分析对农场未来发展做出预测。能值分析方法不仅考虑环境及其服务功能对经济生产的贡献,同时能值交换率和能值产出率把系统经济流入和产出纳入分析过程,结合环境和经济评价,可用于综合分析农场生态效益和经济效益。研究结果表明:西丽果场是可持续发展能力最高的农场,碧岭现代农业科技园次之,而山海农场的可持续发展能力最低。都市农场应该大比例利用可更新资源,努力发展农业生产,并且积极提升农业的技术含量。在此基础上,控制规模合理地发展旅游经济,走高科技农业生态旅游之路。     

基于能值分析的我国小水电生态影响研究

如何系统定量地评价小水电开发过程所引起的景观变化、河流局部断流等生态影响,是平息争议、进行合理规划与开发小水电前提之一。运用能值分析方法,以贵州省赤水市观音岩水电站为例,将小水电建设、运行的资源投入,以及河道中水流的时空改变所导致生态服务功能的损失纳入核算体系,对其生态影响进行综合定量评估。从2010年的实际结果来看,由于河流断流,导致水坝下游生态系统服务功能的能值损失为2.77×1018sej,占到了系统建设运行总投入的44.84%,其中重点保护鱼种在影响河段的生境破坏是最大的能值损失。若不考虑下游生态系统服务功能损失,系统的环境负载率为1.92,可持续性指标为1.22;而考虑下游生态影响之后,系统环境负载率增大至4.26,可持续性指标减小为0.34。研究表明,小水电的开发必须遵循适度开发、规划优先,保障河流最基本的生态需水底线,是协调小水电开发和河流健康矛盾、追求小水电持续发展的刚性要求。     

种养系统可持续发展指数的空间格局及其演变趋势——以山东省为例

农业生产专业化、集约化背景下,种养分离越发严重,畜禽粪便排放与环境之间矛盾日益突出,农业可持续发展面临重大挑战.本研究以山东省为例,基于1999-2015年种养系统投入产出资料,利用能值的方法,定量分析了山东省域及市域种养系统可持续发展指数的空间格局及其演变趋势.结果表明:1999-2015年,山东省种养系统的可持续性减弱.可持续发展指数呈极显著下降趋势,2015年较1999年下降了22.0%;净能值产出率和环境负载率均呈极显著增加趋势,单位经济投入获得的利益显著增加,同时种养生产对环境的压力明显加大,这主要与电力、复合肥、农业机械等工业资源投入量的增加密切相关.山东省各地市种养系统可持续发展水平具有差异.大部分地市种养系统的可持续发展指数较高,而沿海地区(威海、烟台)和工业城市(淄博)则较低.同时,各地市种养系统的可持续发展态势也具有差异.鲁中和鲁南地区可持续性逐年减弱,鲁北地区可持续性逐年增强.以2015年为本底数据进行情景分析,发现种养高度结合(100%粪便有机肥替代化肥)情景的可持续发展指数可达8.4,是种养结合现状(30%粪便有机肥替代化肥)的2.6倍.     

Emergy analysis of cassava chips-suitable feedstock for fuel ethanol in China

The theory and indices of Odum's concept of emergy are explained. The environmental and economic inputs and sustainability of cassava chips production system are evaluated by emergy methodology. The emergy indices of cassava chips production system were calculated as follows: Tr (transformity) was 6.85E + 11 sej/kg, EYR (emergy yield ratio) was 1.11, ELR (environmental loading ratio) was 1.75, EIR (emergy investment ratio) was 9.33, and ESI (emergy sustainability indice) was 0.63. The emergy indices of four kinds of feedstock for fuel ethanol—corn, wheat, sugarcane, and cassava chips—were compared. Least solar energy was consumed when taking cassava chips as feedstock for fuel ethanol. According to the emergy indices, using cassava chips as the feedstock of fuel ethanol is helpful for sustainable development in China.     

Emergy analysis of biogas production and electricity generation from small-scale agricultural digesters

An emergy analysis was performed to assess the relative sustainability and environmental impact of small-scale energy production using Taiwanese model plug-flow anaerobic digesters to treat livestock manure in Costa Rica. Emergy analysis quantifies all inputs to a system by converting them to solar energy equivalents, thus allowing for direct comparison of the diverse inputs of renewable energies, human labor and economic goods needed to construct and maintain anaerobic digestion systems. The digesters were located on the campus of EARTH University, Costa Rica, and the biogas was utilized to power a 40 kW generator that supplies electricity for farm operations. Separate emergy analyses were performed for the biogas production and the combination of biogas production and generation of electricity. Manure was the largest input in both analyses, accounting for 85.3% of the annual emergy input for biogas production and 66.9% for electricity generation from the biogas. The fraction of emergy inputs from renewable sources (ΦR) was 66% for biogas production and 52% for electricity generation from the biogas. The transformities of biogas and electricity generation from the biogas were 5.23E+04 sej/J and 1.01E+06 sej/J respectively. The emergy yield ratios (EYR) were 2.93 for biogas production and 2.07 for electricity generation indicating that these digesters efficiently match purchased resources and renewable energies to produce energy from livestock manure. The generation of electricity from the biogas resulted in a decrease in the emergy sustainability index (ESI) from 5.67 to 2.22 and an increase in the environmental loading ratio (ELR) from 0.52 to 0.93. Using a generator to convert the biogas to electricity does decrease the sustainability of the system, largely due to the high emergy value associated with the electrical generation equipment and machinery, but these results demonstrate that the production of biogas and the generation of electricity from Taiwanese model digesters in Costa Rica are environmentally sustainable processes that result in the production of energy that is largely dependent on renewable and recycled energies.     

Economic analysis of planting dates to manage European corn borer (Lepidoptera: Crambidae) with Bt corn

Planting dates of transgenic Bacillus thuringiensis Berliner (Bt) corn were adjusted to determine the utility in managing European corn borer, Ostrinia nubilalis (Hübner). Transgenic Bt (events 176 and Bt11) corn and non-Bt corn were planted at three different times to use the early- and late- planted corn as a potential trap crop for ovipositing European corn borer moths. Grain moisture and yields were recorded to determine the economic benefits of Bt corn planted on the different dates, based on European corn borer populations and corn damage data collected before harvest. Data were recorded from three locations in southwestern, central, and northeastern Iowa for three summers (1996-1998). Economic benefits are discussed in relation to EILs and yield results. Adjusting the planting dates of Bt and non-Bt corn provided variable economic differences among planting dates in northern Iowa; however, greater economic benefits were realized when Bt corn was planted late during the planting sequence in central and southwestern Iowa. These results suggest that planting corn should be conducted in a timely manner and, if delayed or required to plant late, planting Bt corn would likely provide greater economic benefits. Although yield and economic variability were high, using Bt corn in combination with planting date adjustments may be a viable option for managing European corn borer.