湖南省农业生态系统能值演变与趋势

应用能值分析方法,对1999-2008年湖南省农业生态系统的能值总量、投入和产出结构以及各能值指标的变化进行趋势分析.结果表明： 研究期间,湖南省农业生态系统总能值使用投入量基本保持平稳,但能值投入结构有变化,其中,不可更新工业辅助能值投入量由400E+22 sej增至5.53E+22 sej,可更新有机能值投入量由1.32E+23 sej降至1.20E+23 sej;系统能值产出总量和产出效率均有较大幅度的提高,2008年总能值产出达1.69E+23 sej,比1999年提高23.8%,净能值产出率由0.79升至0.96;由于环境负载率也呈不断上升的趋势（由1.12上升到1.79）,可持续发展指数呈缓慢下降趋势,由0.71降至0.54,说明湖南省农业总体属于高消费驱动型生态系统,具有较明显的粗放式发展特征.     

基于能值理论的吉林省农业生态系统分析

以吉林省为研究区进行了农业生态系统的能值动态分析.结果表明:1990-2007年,吉林省的总能值投入呈上升的趋势,源于经济系统的反馈能值占总投入能值的比例基本保持在85%以上,其中可更新的能值投入占总投入的80%以上(农业劳动力的能值投入占总投入的60%);总产出能值也呈逐年增加的趋势,从1990年的5.5×1022 sej增至2007年的13.61×1022 sej,增长了147%,其中产出能值以种植业和畜牧业为主;1990--2007年总体上吉林省净能值产出率较高,环境负载率比较低,可持续发展能值指标较高并且呈逐年上升的趋势(从1990年的2.64上升到2007年的4.98),但吉林省农业生态系统的社会经济反馈能值中工业辅助能值投入不足,总的来说吉林省的农业可持续发展潜力较大.     

山东省农业生态系统能值分析

为了更好地评价山东省农业种植业对太阳能资源的利用情况和山东省农业的可持续发展状况,用能值分析方法对山东省农业生态系统的能值投入产出状况、环境承载情况和生态系统运行效果进行了定量分析.结果表明:山东农业生态系统的能值投入中,无偿利用的环境能值贡献率、不可更新的工业辅助能值贡献率和可更新的有机能值贡献率分别为21.0%、54.5%和24.5%;净能值产出率为5.31,环境承载力为6.42,能值密度为7.22×1011sej·m-2;基于能值分析的可持续发展指数为1.52.经分析,山东省农业生态系统能值产出效率相对较高,整体运行状况处于较好水平,但仍处于石油农业发展阶段,应引起关注.为促进山东省农业的可持续发展,应调整能值投入结构,加大农业科技的研究和推广力度,逐步减少石化能源的投入比例.     

四川省农业生态系统能值评价及动态计量分析

农业生态系统是人类生存的最基本系统,对其结构和功能进行分析是破解农业生态环境问题的关键.本文应用能值分析理论并借助数据包络分析法、协整检验、误差修正模型等经济计量方法,对1997-2009年四川省及其21个地级市农业生态系统的运行动态、环境承载情况、运行效率、投入产出关系进行定量分析.结果表明： 研究期间,四川省处在由传统农业向现代农业过渡阶段,农业机械化水平不断提高,资源利用效率不断加强,结构优势度总体情况较好,而过度依赖经济能值的投入使系统可持续性能力逐年减弱;区域间农业生态系统发展状况的差异较大,成都平原区和川西高原区要么资源开发过度,要么资源利用不足,而四川丘陵地区农业生态系统富有活力和发展潜力,属于四川农业未来发展的重点区域;四川省农业生态系统总体运行效率较低,各地状况不一,既包括技术效率较低因素,也有规模不当的原因;四川省农业生态系统经济能值指标与产出能值之间存在长期均衡动态关系,但短期内的能值投入远未达到理想的产出状态.     

禁牧政策对宁夏盐池县农业生态系统服务影响的能值分析

农牧交错区农业可持续发展问题一直是我国区域农业研究的重要课题,以典型北方农牧交错区宁夏盐池县为例,利用农业生态系统能值分析框架,评估盐池县1991—2016年农业生态系统正反服务,揭示禁牧政策对农业可持续发展的影响。研究结果表明:(1) 1991—2016年盐池县农业投入能值和农业生态系统正反服务能值一直处于增长的趋势,禁牧政策实施以后增长速度高于禁牧之前,其中农业投入能值的增加主要是由于经济反馈能值投入的增加。(2)根据Pearson相关性分析,盐池县农业生态系统服务和反服务在0.01水平(双侧)呈显著的强正相关,农业生态系统服务和反服务具有相同的变化趋势。(3)生态环境的改善、经济反馈能值和农业灌溉面积的增加,可以增强北方农牧交错区农业抵御气候波动的能力。(4)盐池县农业可持续性高于全国和典型农区的平均水平,禁牧政策实施之前盐池县农业可持续性表现出稳定的下降趋势,而禁牧政策实施以后其可持续性表现为上升的趋势,禁牧政策的实施已初步实现农业生产的生态经济效益。     

基于能值和数据包络分析的城市复合生态系统生态效率评估

生态效率是定量分析生态系统中社会、环境、经济投入与产出关系的有效工具,对量化城市复合生态系统的可持续发展水平起着重要作用。本文综合能值分析和数据包络分析方法,构建新的能值评价指标和新的城市复合生态系统生态效率度量模型指标,并以沈阳为例,从城市能值流和生态效率角度分析城市系统资源、环境、经济的可持续发展情况。结果表明:2000—2010年,沈阳市生态效率呈现波动上升的变化,能值产出率呈波动下降后缓慢上升趋势;环境负载率上升趋势明显,城市发展面临的资源压力不断增大。沈阳市在今后的城市生态系统建设中,应着重优化能源利用结构,提高不可更新资源利用率,促进废弃物资源化利用,全面推动城市可持续发展。     

西溪国家湿地公园生态经济效益能值分析

应用生态经济系统能值分析理论和方法,定量分析了西溪湿地公园建立前后生态经济系统的物流和能流,并通过建立新的能值指标从生态环境和经济角度评价了系统的可持续发展能力和产出效率,以期为湿地公园保护模式研究提供借鉴.研究结果表明,西溪湿地公园建立以后,每年能值总投入增加到原来的1.6倍,能值总产出是原来的1.9倍;能值总产出中经济收入减少,但环境产出大幅度增加,其中有机物质产出和生态系统服务能值产出分别是原来的1.5倍和2.3倍.能值指标分析结果表明,湿地公园建立以后系统净环境效益提高,可持续发展能力增强,经济产出率有所降低.研究结果证明,建立湿地公园增加经济投入,改善生态环境,并适当发展湿地旅游增加经济收入,保障系统反馈,能够提高系统可持续发展能力,是湿地资源保护与合理开发利用的有效模式.     

顺德产业生态系统能值动态分析

虽然当前的产业生态学研究多集中于生产线、企业和产业生态园尺度,但城市无疑是产业系统基本组合单元,城市区域尺度的产业生态学研究是产业生态学研究尺度上推的必经阶段。我国产业生态系统及城市化进程的空间分布不均,以顺德等为代表的东南沿海市(县)产业生态系统的发展历程对中西部地区有拉动和借鉴的双重作用。以能值理论方法为基础,结合环境经济学和区域经济学方法,从系统开放性、本土性、闭路循环性和经济性4个方面,投入和产出端2个角度,对顺德市产业生态系统改革开放22a的发展动态进行分析研究。结果发现,22a系统能值总用量增加15.65倍,能值密度增加16.31倍,人均能值使用强度增加9.70倍,外部不可更新资源用量增加16.32倍。能值废弃率在20世纪80年代不断上升而在90年代迅速下降,但环境负载率则表现为无规律的波动状态。20世纪90年代,系统能值出口率上升至1978年的4.10倍,但能值交换率小于1。结果表明,改革开放22a,顺德产业生态系统自组织能力明显提高,土地资源利用率不断提高,但系统对周边负熵资源,尤其是不可更新资源的依赖性不断提高,人力资源生产力水平提高相对较慢。20世纪90年代污染物处理产业发展迅速,但在系统资料消耗端的绿色化方面则无显明进展。系统对不可更新资源的利用效率不高,产出商品在市场交换中处于表面繁荣背景下的生态经济不利地位。系统已到了向知识密集型发展道路转变的拐点域。能值理论方法与环境经济学和区域经济学分析的整合可以满足产业生态系统分析评价要求,针对产业生态系统特点,进行多尺度、多方面联立评价,实现系统发展现状、动态与动因的整合分析,对产业生态系统优化点的发现与优化方向的确定有直接的意义。     

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.     

基于能值分析的黑龙江垦区农业生态经济系统可持续性

运用能值理论与分析方法,采用净能值产出率、环境负荷率、能值密度、人均能值用量、能值产投比及可持续性指数、系统稳定性指数及优势度指数等重要能值指标,对黑龙江垦区2002—2011年间农业生态经济系统的能值结构作了分析。结果表明:黑龙江垦区各项指标都维持在较高水平,工业辅助能投入大幅增加,农业生态系统的产能不断提高,垦区的经济发展水平和职工生活水平得到显著改善,但由此也产生了农业生态系统可持续性下降、种植结构不合理和能源利用效率低等问题,需要在今后的发展中亟待解决。     

基于能值的绿洲种植业系统可持续性及敏感性评价——以新疆渭干河流域为例

利用能值理论与方法对2000～2006年新疆渭干河流域种植业系统的可持续性与敏感性进行分析,研究结果表明:(1)种植业系统的能值总投入逐年上升,不可更新工业辅助能与可更新自然资源能是种植业系统主要的能值投入类型,地均能值投入在上、中、下游呈递增趋势;(2)种植业系统的能值总产出呈现逐年上升趋势,地均能值产出在上、中、下游依次增加,棉花是中游与下游重要的能值产出作物,玉米、小麦是上游主要的能值产出作物;(3)中游种植业系统的可持续发展指数较高,近年来基本处于稳定状态;上游与下游可持续发展能力偏低,并且表现为连续下降的趋势,形成上、下游可持续发展指数偏低的本质原因差别较大;(4)种植业系统对可更新自然资源能的变化响应较弱,对不可更新工业辅助能变化的响应最为明显;下游种植业系统在环境改善或恶化的情景下响应最为敏感,上游种植业系统对环境变化的响应较弱.     

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.     

Emergy synthesis of a combined food and energy production system compared to a conventional wheat (Triticum aestivum) production system

It is a major challenge to produce food and energy sustainably for the ever increasing world population as today's conventional food production and energy needs are met by the fossil based resources, causing enormous environmental load. A novel, combined food and energy (CFE) agro-ecosystem, was designed for sustainable production of food, fodder and energy without chemical inputs (fertiliser, herbicide and fungicide). The objective was an emergy synthesis of the CFE system compared to a conventional wheat (Triticum aestivum) production system to assess resource use efficiency. The emergy indices, used to assess the environmental performance and sustainability, exhibited contrasting differences between the two production systems in terms of outputs (Y), total emergy use, solar transformity, relative use of local renewable resources, environmental loading ratio (ELR), emergy yield ratio (EYR) and emergy sustainability index (ESI). The Y in the CFE consisted of grain, straw, fodder and woodchip production of 4020, 3580, 6100 and 10,000 kg/ha/yr respectively whereas Y in the conventional wheat consisted of 7250 and 3770 kg grain and straw/ha/yr respectively. The Y in the CFE was 81% (2.80E+11 J/ha/yr) higher with 13.5 times (6.40E+03 seJ/J) lower solar transformity compared to the Y (1.54E+11 J/ha/yr) and solar transformity (8.63E+04 seJ/J) in the conventional wheat, exhibiting highly resource intensive production in conventional wheat. The local renewables constituted 19.2% and 2.6% of the total emergy input in the CFE and the conventional wheat respectively with a corresponding lower ELR (4.21) and 22.5% higher EYR (1.26) in CFE compared to conventional wheat. CFE was more reliant on local renewable emergy flows and compatible with the local environment with higher ESI (0.30) compared to conventional wheat (0.03), where 64.5% of the total emergy input constituted chemical inputs. The study demonstrated that the innovative agro-ecosystem, exemplified by CFE, is considerably less resource demanding and more amenable to sustainable production, whether defined in terms of outputs, solar transformity, relative use of local renewable resources, EYR, ELR or ESI.     

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。     

基于能值分析的环太湖城市群生态经济系统可持续发展研究

采用能值理论与分析方法,研究2015年环太湖城市群生态经济系统的能值流量,并构建多维度的生态经济系统指标体系,综合评价环太湖城市群可持续发展程度和健康水平。研究结果表明：（1）可更新资源利用不足,在能值利用总量中占比最大值仅为7.95%;（2）不可更新资源消耗过度,在能值利用总量中占比最小值达到56.95%;（3）（除苏州市外）可更新资源产品中肉类与水产品占比最小值已达63.08%,急需对传统的农业结构进行调整;（4）不可更新资源产品均以水泥和钢铁为主,占比最小值已达88.02%,应该加快传统的工业转型升级;（5）输入能值占比最大值仅为36.27%,商品进出口呈现贸易顺差,对外经济开放仍有发展空间;（6）废弃物与可更新能值比率最大值仅为12.8%,废弃物能值比最小值仅为0.19%,废弃物排放和利用水平有待提高;（7）湖州市可持续指标ESI和能值可持续发展指标EISD为1.59和2.99,在环太湖城市群中更具可持续发展潜力;（8）苏州市健康能值指数EUEHI和改进的健康能值指数EUEHI''为8.22和1.65,在环太湖城市群中健康水平较低。据此结果提出了有助于环太湖城市群经济社会发展与自然生态环境和谐共赢的可持续发展对策。     

火电厂生态工业园的能值评估

提出了反映火电厂生态工业园特点的能值评价指标：能值产出率PEYR和能值投资率PEIR考虑了园区各成员的共同贡献,即PEYR=6∑（i=1)(Fi+Ri+Ni)／6∑（i=1)Fi和PEIR=6∑（i=1)Fi／6∑（i=1)(Ni+Ri);环境负荷率PELR和能值可持续指标PESI考虑了火电厂生态工业园节省的不可再生能源、可再生能源、投入能值和减少的环境负荷,即PELR=6∑（i=1)Fi／F’和PESI=PEYR／PELR．以朔州火电厂生态工业园为案例进行了能值分析,结果表明,该能值评价指标能全面度量火电厂生态工业园及其可持续性．     

辽宁省朝阳市农业生态经济系统能值分析

应用能值分析的方法,研究了以辽宁省朝阳市为代表的辽西半干旱区农业生态经济系统的能值投入及产出结构,并通过计算、对比能值评价指标,分析了朝阳市农业生态经济系统的发展现状。结果表明,对自然资源的过度利用造成了当地生态环境条件的恶化,由此产生不可更新自然资源的流失以及产出能值的损失;对可更新有机能的不充分利用也是造成当地资源浪费和环境破坏的重要原因。     

黄土高原典型流域种植业发展模式的能值分析

为客观评估和比较退耕还林后黄土高原典型小流域不同种植业发展模式的稳定性和可持续性,本研究通过能值分析方法,定量分析了粮食和果树兼作、粮食生产为主和果树种植为主3种典型流域种植业系统的能值投入和产出情况,建立能值分析指标体系,在自然资源压力、社会和经济发展水平方面进行比较,进而对3种模式的系统可持续性进行评估.结果表明: 黄土高原典型流域不同类型种植业系统外部辅助能值均占总能值投入的75%以上,且其中不可更新能值所占比例远大于可更新能值,由此造成了能值自给率低而环境承载率高的特点;流域粮食种植业生产具有高投入、低产出的特点,而水果种植和粮果兼作具有高投入、高产出的特点,3种模式能值密度均达到全国农业经济系统平均水平2倍以上,其中,粮食生产为主的模式净能值产出率最低而粮果兼作型最高;流域种植业能值可持续发展指数均<1,能值/环境可持续指标均远低于全国农业系统平均水平,可持续发展能力较低,以粮食和果树兼作的模式可持续发展指数最高.3种模式比较发现,粮果兼作发展模式在流域种植业发展中具有相对较好的发展能力和较高的系统稳定性,能值生产效率适中且可持续性最高,因此黄土高原地区以流域为单元的农业发展应该更加偏向于考虑多产业综合的复合结构生产方式.     

The emergy of metabolism in different ecosystems under the same environmental conditions in the agro-pastoral ecotone of northern China

The sustainability of ecosystem productivity and rules governing ecosystem development are important topics of scientific research. The emergy approach is an effective method for investigating these topics, especially when used to evaluate systems that have developed under the same environmental conditions, such as climate and soil. In this paper, emergy differences between terrestrial ecosystems were studied in Guyuan County, a region representative of the agro-pastoral ecotone in Hebei Province, China. A combination of field tests and a questionnaire survey were carried out between June and August 2015. The ecosystems studied included natural grassland, artificial grassland, field crops and commercial crops. These four ecosystems were further subdivided into a total of ten ecosystems. Natural grassland was divided into free-grazing and mowed ecosystems; artificial grassland consisted of oat, Chinese leymus and corn silage; field crops included naked oats, flax and wheat; and commercial crops consisted of cabbage and potatoes. The results showed that the rain input of 4.78 × 10¹⁴ seJ/ha/yr constituted the highest renewable natural resource emergy and that the purchased emergy inputs of the ten ecosystems ranged from 3.53 to 147.67 × 10¹⁴ seJ/ha/yr. Natural resource emergy input was the basic power to maintain the ecosystem, and purchased emergy input was the direct cause of the development of the ecosystems. Groundwater was the most important non-renewable purchased energy for the production of economic crops. The emergy investment ratios (EIR) for potatoes (27.81) and cabbage (19.03) were higher than those of the other ecosystems, but mowed and artificial Chinese leymus grassland had the higher emergy self-sufficiency rates (ESR). Natural grassland, artificial Chinese leymus grassland and traditional grain crops had a low environmental load and high sustainability, whereas potatoes and cabbage had a high environmental load and low sustainability. Overall, rain-fed artificial grassland has a high development potential from the perspective of environment and productivity.