城市物质流分析框架及其指标体系构建

借鉴国内外物质流分析的研究成果,结合我国城市物质代谢特点,建立了城市物质流分析的框架及指标体系。该框架以城市社会经济系统物质通量的变化为核心,增加了对城市社会经济系统可持续能力的考察以及对城市和区域循环经济贡献的关注。论文识别了城市物质流分析中系统边界界定等关键问题,并提出了解决方法;指标体系在借鉴国家层面物质流分析指标体系的基础上,注重对城市经济系统内部循环及不同城市经济系统间的物质循环的考察,增加了再生资源输入量、内部资源回收量、可回收废物输出量、新鲜水输入量、中水回用量等指标,用于表征城市可持续发展的能力及实践成果。     

武汉市造纸行业资源代谢分析

资源代谢问题是造成产业系统生态环境影响的主要原因.在分析武汉市造纸行业资源代谢的基础上从资源输入-资源使用-环境胁迫-系统循环共生4个方面构建武汉市造纸行业资源代谢分析指标体系.运用模糊综合评判法和问题树模型对2007年武汉市造纸业的原材料、水、能源等资源的代谢与全国造纸行业平均水平进行了比较分析.结果表明:(1)武汉市造纸业资源代谢水平总体上评价等级为优,但某些指标与全国平均水平比还略有差距;(2)从资源输入角度分析,原材料输入生态效率及水资源输入生态效率等级为优,能源输入生态效率等级为良;(3)从资源使用角度分析,单位产品的原材料消耗及单位产品的水资源消耗等级为优,单位产品的能源消耗等级为良;(4)从环境胁迫角度分析,单位污染物工业总产值及单位产品污染物排放等级均为优,污染物达标排放率等级为良;(5)从系统循环共生分析,企业清洁生产达标率等级为良,资源持续利用及污染物治理等级为优,而中水回用率等级为差.通过代谢分析可得,武汉市造纸行业能源输入生态效率、单位产品能源消耗与全国平均水平比还有一定距离,整个行业中企业清洁生产比例还具有提升的空间;中水回用方面较弱,需要特别加强.     

城市代谢效率研究的热点识别与综合效率实证研究

城市代谢是城市可持续发展研究的重要部分,其有序运行为城市发展与居民生活提供重要保障,代谢效率的提高有助于缓解资源利用与环境保护间的矛盾。通过分析国内外近30年的城市代谢效率的研究进展,整合代谢效率研究热点选取综合效率评估所需指标,并以深圳市为案例研究,结合数据包络分析（DEA）模型对城市物质代谢综合效率进行评估。结果表明：（1）近30年城市代谢研究处于蓬勃发展阶段,中国在相关研究领域中的影响力凸显,而城市代谢效率研究主要关注能源、水资源、碳氮元素及耐用物质（主要为建筑材料）等要素及其环境效应;（2）基于上述要素对深圳城市代谢的综合效率进行评估,其综合效率在2005-2017年间呈波动状态,多数年份城市代谢过程取得了高效运行（效率值大于1）,但仍存低效年份,包括2006（0.96）、2007（0.76）、2011（0.85）和2013（0.97）年,研究期间综合效率提高不明显。在资源投入与效益产出方面,深圳市在水资源利用效率方面需进一步提高;在当前资源消耗水平下经济效益仍有提高潜力;在减少碳氮元素的环境排放及建筑垃圾产生的效率方面有一定程度的提高。（3）通过城市代谢效率研究的热点识别,可明晰目前城市代谢综合效率评估所需涵盖的要素,由此建立评估体系可用于综合效率评估的实践,通过案例分析研究其反映城市资源利用效率动态的可行性,以期为城市可持续发展评估提供科学参考。     

基于能源代谢分析的南昌市能源消费碳排放综合生态效率研究

有关能源消费的代谢机理及生态效率研究是当前生态经济研究领域中的重点和难点,也是政府决策部门、相关行业及人群关注的热点。基于能源代谢分析理念,构建了基于相对变量的城市能源消费碳排放综合生态效率度量模型,对2000—2013年南昌市能源消费结构、碳排放量及其生态效率进行了测算与分析。结果表明:(1)南昌市在2000—2013年,能源消费量和碳排放量整体上呈"N"型曲线上升的一致性变化特征,主要经历了快速增长、短暂下降、恢复平稳增长3个阶段,且煤炭是南昌市能源消费和碳排放的主要来源,短时期内难以改变;(2)南昌市的能源消费效率和碳排放效率整体上在不断优化;(3)南昌市能源消费碳排放综合生态效率经历了较大的波动变化,整体上的生态效率分值并不高;仍需要加大节能减排力度,全面优化南昌市能源消费结构。     

厦门市城市能源代谢综合分析方法及应用

城市代谢理论目前被认为是系统解析城市病症结的重要切入点。能源是人类活动和城市发展的物质基础, 研究其代谢规律可以揭示城市能源利用过程中存在的问题及其代谢污染物的生态环境效应, 从而为城市能源规划与管理提供科学依据。文章在部门调研数据、统计年鉴数据和文献资料分析的基础上, 提出了一种基于能量流的城市能源代谢综合分析方法。该方法系统分析能源在城市内部的流动过程, 全面核算5 种主要代谢污染物的排放量, 并使用7 个指标对能源代谢进行评价, 进一步使用该方法系统研究了厦门市2009 年能源代谢情况, 结果表明: (1)厦门本地能源稀缺, 对外依存度高, 并且结构较为单一, 主要依赖煤炭和燃油, 分别占能源总量的61%和23%。(2)代谢污染物CO₂、NO₂ 和废热首要来自能源加工转化, SO₂ 和PM2.5 首要来自工业。(3)2009 年能源代谢总效率为0.43 tce·t^-1, 在各部门中服务业及其他的效率最高, 加工转化的效率最低, 代谢效率与能源结构关系密切。(4)文章提出的方法可为城市能源代谢研究提供方法参考。     

厦门市资源水与虚拟水耦合代谢效率评价

自然水循环与社会水循环的关联研究是制定系统性水代谢对策的前提。从水资源代谢过程与格局角度,用物质流分析法(MFA)剖析了亚热带季风气候雨影区缺水城市枯水年份资源水与虚拟水耦合代谢的路径、数量,提取代谢效率评价所需的过程与结构指标,以社会、经济、生态环境效益最优化为评价原则构建了城市水资源代谢效率评价指标体系,采用层次分析法赋权,评价了近10年来枯水年份厦门市资源水与虚拟水耦合代谢效率。结果表明,厦门水资源代谢效率呈加速提高趋势,主要由用水效率类和水代谢过程与结构类指标驱动。说明提高水资源代谢效率的根本对策在于用水行为和用水过程与结构的改善。采用情景分析法设计主导驱动指标不同组合下水资源代谢效率情景方案,提高了方案的可操作性,可基于这些指标制定水资源管理对策。基于MFA结果提取指标丰富了指标体系构建理论。     

长江经济带工业生态效率评价及区域差异研究

提高长江经济带工业生态效率,是促进工业向绿色转型升级的重要路径,更是促进区域经济与生态协调发展的重要选择。将工业生态系统分解为工业经济、环境、能源三个子系统,以2009—2013年9省2市的工业数据为基础,采用网络DEA模型对长江经济带9省2市的工业生态效率及三个子系统效率进行评价。结果显示:(1)长江经济带工业生态效率水平整体呈上升趋势,且自上游至下游效率水平依次递增。(2)长江经济带工业经济子系统效率水平相对稳定,区域内以下游最高、上游最低;环境子系统效率水平呈增长趋势,区域内以下游最高、中游最低;能源子系统效率水平呈增长趋势,区域内以下游最高、上游最低;(3)收敛性检验显示,长江经济带工业生态效率及各子系统效率呈收敛趋势,其中工业经济子系统效率呈相对稳定的状态。研究为长江经济带工业生态效率的改善提出了可操作性的政策建议。     

基于能值和物质流的吉林省生态效率研究

为探讨生态效率计算方法,结合能值分析和物质流分析构建了生态效率表达式,并对吉林省进行实证分析.结果表明:①生态效率在17a间提高了2.9倍;②生态效率的提高使环境压力降低了205.62%,对经济增长的贡献率达63.7%;③人口增长并非环境压力升高的主要原因,资源消耗对环境压力的影响比废弃物排放更大,但其脱钩现象却弱于废弃物排放;④2000年以后,生态效率对抑制环境压力升高、促进经济增长的作用都在下降,各指标的脱钩指数也均在减小,吉林省经济发展的不可持续性在增强.研究结果在理论上有助于深化生态效率研究方法,在实践上有助于深思我国环保政策存在的缺陷,对促进吉林省可持续发展也具有一定的借鉴意义.     

通州市快速工业化县域生态经济系统物质代谢演变

1996-2005年,通州市工业化得到了快速的发展,与此同时,资源环境压力也越来越大。本文采用区域系统物质代谢的方法,分析了通州市自然环境负荷的演变。结果表明：固体废弃物输出的增长率高于固体物质输入增长率;废气排放的增长率高于化石燃料输入的增长率;废水输出的增长率高于淡水输入的增长率;固定物质快速积累;通州市物质代谢效率不断提高;物质代谢的速率持续上升,环境冲击越来越大;在物质不断减少、环境得不到有效改善的情况下,提高物质代谢效率对于可持续发展具有更为重要的意义;在快速工业化条件下,为提高县域系统物质代谢效率,降低物质代谢脆弱性,需要建立合理的产业结构体系、提高物质循环利用水平以及建立物系管理体系等一系列措施。     

城市生活垃圾代谢的研究进展

城市代谢是导致城市发展、能量生产和废物排放的社会、经济和技术过程的总和。生活垃圾管理系统是一类典型的、具备社会、经济、自然要素的复杂系统,它不仅同管理体制、技术水平和居民素质有关,也贯穿生产、消费、流通、还原过程,更和水体、土壤、大气、生物、矿产等自然环境紧密联系。综述了近年来基于城市生态系统代谢思路,在生活垃圾碳、重金属、营养元素和能量的城市代谢等方面的研究进展,分析了未来该领域研究需重点关注的方向。生活垃圾在城市生态系统中的能量流动、物质循环、代谢效率等方面的研究,可为生活垃圾管理系统的评价、规划、工程、管理研究提供科学基础。     

Eco-efficiency of urban material metabolism: a case study in Shenzhen, China

The keys of studying urban sustainable development are material metabolism flux and efficiency. Metabolism flux of urban materials can only reflect the metabolism velocity, while its eco-efficiency can determine the metabolism capacity to support socio-economic development. The general model and the measure model of the eco-efficiency were set up, based on the source recycle (decreasing the consumption of crude resources) and the terminal recycle (decreasing the discharge of pollutants) of production and life. These models were employed to study material metabolism flux and efficiency in Shenzhen, China. Results showed that water, energy and waste metabolism fluxes have increased since 1998 with constant socio-economic development, and their eco-efficiencies have also increased rapidly. When GDP rose by 2.7 times, the metabolism fluxes of urban water and electricity rose by 1.5 and 3.0 times, respectively. When the added value of industry rose by 3.7 times, the metabolism fluxes of industrial water, electricity, energy and waste rose by 1.9, 3.5, 2.7 and 2.0 times, respectively. When population rose by 1.5 times, the metabolism fluxes of residential water and electricity rose by 1.8 and 1.7 times, respectively. During the period, the resource efficiency, environmental efficiency and eco-efficiency rose by 1.8, 3.7 and 2.3 times, respectively. Whereas the efficiency of material metabolism has been improved in Shenzhen, the scarcity of material resources has become more and more serious. Therefore, it is necessary to further improve the efficiency of material metabolism. The keys of improving the eco-efficiency of urban material metabolism are the increasing of resource and environmental efficiencies, and the establishing of the recycling chain of re-utilization of waste resources.     

Eco-efficiency of urban material metabolism: a case study in Shenzhen, China

The keys of studying urban sustainable development are material metabolism flux and efficiency. Metabolism flux of urban materials can only reflect the metabolism velocity, while its eco-efficiency can determine the metabolism capacity to support socio-economic development. The general model and the measure model of the eco-efficiency were set up, based on the source recycle (decreasing the consumption of crude resources) and the terminal recycle (decreasing the discharge of pollutants) of production and life. These models were employed to study material metabolism flux and efficiency in Shenzhen, China. Results showed that water, energy and waste metabolism fluxes have increased since 1998 with constant socio-economic development, and their eco-efficiencies have also increased rapidly. When GDP rose by 2.7 times, the metabolism fluxes of urban water and electricity rose by 1.5 and 3.0 times, respectively. When the added value of industry rose by 3.7 times, the metabolism fluxes of industrial water, electricity, energy and waste rose by 1.9, 3.5, 2.7 and 2.0 times, respectively. When population rose by 1.5 times, the metabolism fluxes of residential water and electricity rose by 1.8 and 1.7 times, respectively. During the period, the resource efficiency, environmental efficiency and eco-efficiency rose by 1.8, 3.7 and 2.3 times, respectively. Whereas the efficiency of material metabolism has been improved in Shenzhen, the scarcity of material resources has become more and more serious. Therefore, it is necessary to further improve the efficiency of material metabolism. The keys of improving the eco-efficiency of urban material metabolism are the increasing of resource and environmental efficiencies, and the establishing of the recycling chain of re-utilization of waste resources.     

基于投入产出表的北京市产业生态效率

提高生态效率对协调经济发展与环境保护的关系至关重要。为了了解北京市产业转型过程中各产业部门生态效率的变化趋势,识别提高影响北京市产业生态效率的关键部门,基于北京市投入产出表,运用指标体系法,选取水资源效率,以及废水、二氧化硫、工业固体废弃物的环境效率作为生态效率的衡量指标,核算了北京市2007、2010和2012年各部门的水资源效率以及2005、2007和2010年各部门的环境效率,并比较分析了各部门的水资源的完全用水系数以及污染物的完全排放系数,计算各部门之间完全排放量的相互贡献比例,识别了提高生态效率的关键部门。研究结果:(1)2007—2012年,北京市各部门水资源效率和2005—2010年废水、二氧化硫(SO_2)、工业固体废弃物的环境效率整体呈波动上升趋势。(2)农林牧渔业和废品废料部门是提高水资源效率的关键部门。(3)水的生产和供应业、化学工业、食品制造及烟草加工业、纺织业和造纸印刷及文教体育用品制造业是提高废水环境效率的关键部门。(4)石油加工、炼焦及核燃料加工业、非金属矿物制品业、金属冶炼及压延加工业、电力及热力的生产和供应业是提高SO_2环境效率的关键部门。(5)煤炭开采和洗选业、金属矿采选业、木材加工及家具制造业、非金属矿物制品业、金属冶炼及压延加工业、电力及热力的生产和供应业、水的生产和供应业是提高工业固体废弃物环境效率的关键部门。     

The metabolism of U.S. cities 2.0

In the fifty years since Abel Wolman first published an estimate of U.S. urban metabolism, the field of urban metabolism has begun to thrive, with cities outside the United States being much of the focus. As cities attempt to meet local and international sustainability goals, it is time to revisit the metabolism of cities within the United States. Using existing empirical databases for material flows (the Freight Analysis Framework) and a published database on urban water flux, we provide a revised estimate of urban metabolism for the typical U.S. city. We estimate median values of metabolism for a city of one million people, considering water resources, food, fuel, and construction materials. Food consumption and waste production increased substantially to 3,800 metric tons per day and 4,900 metric tons per day, respectively. To facilitate a second generation of urban metabolism, we extend traditional analyses to include the embedded energy required to facilitate material consumption with important implications in determining sustainable urban metabolism. We estimate that a city of one million people requires nearly 4,000 gigajoules of primary energy per day to facilitate its metabolism. Our results show high heterogeneity of urban metabolism across the United States. As a result of the study, we conclude that there is a distinct need to promote policies at the regional or city scale that collect data for urban metabolism studies. Urban metabolism is an important educational and decision‐making tool that, with an increase in data availability, can provide important information for cities and their sustainability goals.     

基于生态效率的江西省循环经济发展模式

循环经济发展模式的研究是当今可持续发展研究及政府相关决策的核心内容,生态效率则是循环经济的合适测度,它是资源能源效率和环境效率的综合表征指标。基于生态效率度量模型和循环经济发展模式的判别模型,以江西省为例,分析其在2000-2010年间循环经济发展模式的变化轨迹。结果表明:(1) 能源消耗与经济发展表现出同步增长的趋势;(2) 各种资源和环境效率均有所上升,其环境效率总体上大于资源效率,按效率增加快慢的排序为:固体废弃物排放效率 > 建设用地效率 > COD排放效率 > 水资源效率 > SO₂排放效率 > 能源效率;(3) 江西省循环经济发展走的是一条由传统线性经济模式到末端治理模式再到循环经济模式的发展道路,符合环境库兹尼茨曲线发展规律,即无害化→减量化→资源化。对研究方法的创新性进行了谨慎的探讨,对区域循环经济发展所应注意的问题提出的建议。     

旅游地生态效率测度的SBM-DEA模型及实证分析

旅游地是典型的人地关系相互作用的特殊区域,旅游地的生态效率研究是其制定与实施包容性、持续性发展政策与措施的基础。采用基于时间序列、包含非期望产出的SBM-DEA模型方法,构建旅游地生态效率测度模型及评价指标体系,以黄山风景区为例,利用1981—2014年的投入产出数据,测度旅游地复合系统的生态效率,分析其演化特征和阶段,并利用Tobit回归模型对其影响因素进行实证检验。结果表明:(1)34年来,黄山风景区旅游生态效率(综合效率)不断提升,且具较大发展潜力,在分解效率中,技术效率较高,规模效率次之,规模效率是决定综合效率的关键因素;(2)旅游生态效率的演化经历了初期低效、快速成长、成熟高效、下行风险四个阶段,不同阶段效率的特征不同,影响因素也存在差异;(3)旅游生态效率完成了由规模报酬递增向递减的过渡,资源要素的投入冗余已成为现阶段阻碍生态效率的进一步提高的关键因素;(4)旅游发展水平、产业结构和技术水平对生态效率产生显著的正向影响,投资水平产生显著的负向影响,以废弃物末端治理为表征的环保规制对生态效率的提升作用并不显著。文章最后提出,在山岳型风景区发展初期,应尽可能扩大资源要素投入规模,进入成熟阶段后,则转向逐渐控制投入规模,改善技术能力和资源配置能力,摒弃过度依靠资源消耗和环境污染的粗放式发展模式,走精细化、可持续的发展道路。     

社会经济代谢研究:内涵、发现和展望

社会经济代谢是指由于人类活动导致的物质和能量在社会经济系统内部和边界上的迁移和转换。社会经济代谢研究已经成为产业生态学的核心领域。本文结合典型案例介绍了社会经济代谢研究的内涵和基本步骤,总结了社会经济代谢研究的主要发现:提供了追踪物质在社会经济系统的来源、去向和流动路径的方法与模型;揭示了物质材料及其社会经济代谢过程对现代化生产和生活方式的支撑作用;阐明了人类活动驱动与物质代谢相关的生态环境问题的机制;提供了评估资源利用效率、资源供需趋势和城市矿产开发潜力的模型与基础数据。最后指出了社会经济代谢研究的发展方向:增加研究对象并深化对每种对象的研究精度;拓展或细化研究系统的时空边界;引入并融合新的数据来源和研究方法;将社会经济代谢中的物质流对接到与其相关的生态环境影响;建立可共享、可拓展、可累积的数据平台。     

长白山次生针阔混交林叶凋落物中有机物分解与碳、氮和磷释放的关系

采用分解袋法,研究了长白山次生针阔混交林内9种树种叶凋落物34个月的分解过程.结果表明:在次生针阔混交林中,不同树种叶凋落物的初始N和P浓度存在很大差异,叶凋落物分解速率(k)与初始N浓度和C/N显著相关.有机物剩余百分率与C剩余百分率呈显著的线性正相关关系,与N和P剩余百分率之间呈显著的二项式回归关系. N和P剩余百分率在初期阶段随有机物分解而增加,达到峰值后逐渐降低. 随着有机物剩余百分率的下降,C/N和C/P均呈逐渐降低趋势,各种叶凋落物之间C/N和C/P的差异逐渐减小,分解末期分别趋近于23和350. 随有机物剩余百分率的降低, N/P变化不明显,当有机物剩余百分率低于25%时,不同树种叶凋落物之间N/P差异显著下降. 有机物剩余百分率可用来预测C、N和P的剩余百分率.      

产业生态系统资源代谢分析方法

产业生态系统是由企业群、资源及环境组成的社会-经济-环境复合生态系统。资源代谢是其功能运行的重要保障。资源代谢在时间和空间尺度上的耗竭及阻滞是造成严重生态环境问题的主要原因。根据生态学原理,运用物质流分析手段解析了产业生态系统的物质流、能流及资金流结构,构建了产业生态系统资源代谢分析模型,提出了资源输入-使用-输出-循环共生四方面的资源代谢分析指标体系和基于模糊综合分析的资源代谢问题树分析方法。在此基础上提出了基于循环共生网络结构模型的生态管理模式。以期为产业资源的生态管理提供方法支撑。