黄土高原-青藏高原过渡带农户生产系统的碳平衡

黄土高原-青藏高原过渡带是我国农业生产方式变化最剧烈、碳平衡效应最敏感的区域之一.本文分析了海拔梯度上通渭-渭源-夏河样带农业系统的碳平衡.结果表明: 随海拔增加,单位面积作物的碳排放、碳固定和碳汇能力逐渐降低,户均家畜碳排放与碳固定、碳源能力递增,综合生产系统由碳汇渐变为碳源,户均碳排放上升,碳固定变化趋势与之相反.黄土高原-青藏高原过渡带的农户占比随碳平衡的变化可用Logistic方程拟合,随海拔升高,在通渭、渭源与夏河3个区域农户占比50.0%拐点处,作物系统的碳排放和碳固定分别为1491、857、376 kg CE·household^-1和6187、3872、778 kg CE·household^-1,家畜系统碳排放和碳固定分别为2218、3725、49511 kg CE·household^-1和138、230、2706 kg CE·household^-1,综合系统碳排放和碳固定分别为3615、4583、49918 kg CE·household^-1和6289、4113、3819 kg CE·household^-1,这些是区域碳平衡调控的关键点.     

基于水足迹的作物生产生态效率评价——以陕西省为例

传统生产函数很少考虑农业生产中自然资源的要素功能，也无法表达化肥、农药的使用对环境产生的损害。研究将绿水、蓝水和灰水足迹，分别代表降水资源、灌溉水资源和作物生产的环境影响，引入农业生产函数，采用随机前沿方法测算陕西省作物生产生态效率，并分析其影响因素。结果表明：1）1985-2018年间陕西省作物生产总水足迹呈上升趋势，作物生产单位面积用水强度不断增强。单位面积水足迹及蓝、绿、灰水占比与气候、种植结构，灌溉条件和农业污染相关。2）研究期内，陕西省作物生产生态效率以2003年为分界点呈现先降后升趋势，陕西省作物生产生态效率的U型波动对应政府对耕地资源保护和农业污染管控政策变化。3）作物生产生态效率低下的区域集中在生产落后的农业区和农业条件差的工业区，农业耕地质量差，灌溉条件匮乏，低效率（产值角度）的灌溉和化肥农药施用以及落后农业生产方式是导致作物生产生态效率低下的主要原因。4）研究期内，陕西省作物生产经历了从规模报酬递增，到规模报酬递减2个阶段，与耕地面积的变化基本对应。短期内，考虑各投入要素的产出弹性调整种植结构和化肥农药施用量是提高作物生产生态效率的有效措施，而促进农业产业升级和技术革新是推动作物生产生态效率提升的根本路径。     

中国农业生态的能流能值分析

应用最新能值分析理论和方法,以能值为共同尺度,定量分析中国农业生态系统的能物流,包括自然环境资源、石化补助能和可更新有机能的能值投入,以及农牧渔业的产出能值;计算得出一系列反映生态与经济的能值综合指标体系,绘制了中国农业总体生产系统能流能值模型图;评估了国家农业环境资源基础、能投结构和能值产出,并与一些发达国家比较分析,评价了中国农业的生态经济效益,分析了农业总体结构、能投结构,为农业生产的持续、     

Energy Flow and Emergy Analysis of the Agroecosystems of China

应用最新能值（ｅｍｅｒｇｙ）分析理论和方法,以能值为共同尺度,定量分析中国农业生态系统的能物流,包括自然环境资源、石化补助能和可更新有机能的能值投入,以及农牧渔业的产出能值;计算得出一系列反映生态与经济的能值综合指标体系,绘制了中国农业总体生产系统能流能值模型图;评估了国家农业环境资源基础、能投结构和能值产出,并与一些发达国家比较分析,评价了中国农业的生态经济效益,分析了农业总体结构、能投结构,为农业生产的持续、稳定发展提供科学依据     

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.     

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.     

河西走廊山地-荒漠-绿洲复合生态系统耦合模式及耦合宏观经济价值分析——以肃南山地-张掖北山地区荒漠-临泽绿洲为例

应用合作对策理论提出河西走廊山地 -荒漠 -绿洲复合生态系统的 4个可行的耦合模式 ,在现有能值投入水平和科学管理力度下 ,4种耦合模式分别增加肃南山地 -张掖北山荒漠 -临泽绿洲动物生产系统和绿洲植物生产系统的宏观经济价值 3.6 7、4 .0 2、1.0 3和 4 .6倍。用能值概念和度量标准 ,以耦合后新增宏观经济价值为对策论中合作对策的特征函数 ,筛选出模式 是 4种耦合模式中的最佳策略组合即最优的耦合模式。该模式下 ,家畜对高山草地的压力减小 ,退化的山地子系统得以恢复 ,脆弱的荒漠子系统得到保护 ,绿洲种植业系统也因为家畜的加入、系统多样性提高 ,系统稳定性加强。研究方法避免了传统的纯货币评价分析方法对耦合产出所含环境资源评价的缺失 ,使得对耦合效应的评价值较为客观真实     

中国四川旱坡地植物篱农作系统能流特征

关于农业生态系统能流特征的研究很多,但关于植物篱农作系统能流特征的研究很少。在四川盆地雨养丘陵农区,2/3的耕地土壤侵蚀严重,为了控制土壤侵蚀和提高耕地生产力,该区域大量栽种了植物篱。该研究通过了解作物与植物篱之间的能流交付作用,通过系统能量投入水平提高与结构优化,建立环境友好的农作系统,最终实现坡地农业的可持续。通过两年田间小区试验,详细记录所有劳力投入、化肥投入、农药投入、农事管理活动以及落叶的数量并折算为标准能量单位。作物收获后所有生物产量的能量根据其各部分的转换值折算为标准能量。系统能流特征及效率通过统计分析完成。通过研究主要获得了以下3个结论:1)“作物-植物篱”系统产出能和输入能的数量和结构变化主要受植物篱子系统类型的影响。与大面积旱坡地传统农作物生产系统比较,植物篱农作系统能有效提高系统光能利用率、人工输入能效率,耕地单位面积总产出能也会增加,坡度越大,相对增幅亦越大;由于能极显著减少无机能施入量,这有利于降低化肥农药使用量,减少对环境的污染和破坏。2)“作物-果树类植物篱”系统输入能总量和有机能输入量大幅度增加,因此有利于优化输入能结构,促进坡地生态系统良性循环和集约高效农业发展。3)“作物-草本植物篱”系统人工辅助能的输入量大幅度下降,由于它所需投入能少,有机能耗和无机能耗均低,人工输入能效率很高而生物产量也较高,并且它们提高了与其间作的其它作物的能量产投比,因此提升了整个系统能量产投比率;由于保水固土的生态功能显著,使它能在四川广大山地、丘陵区退耕还林还草工程中发挥重要作用。     

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.     

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。     

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.     

An emergy evaluation of the sustainability of Chinese crop production system during 2000–2010

Crop production systems are the basis of human survival and development because they can produce grain and industrial raw materials. As one of the largest agricultural countries in the world, the sustainability of China's crop production system is being concerned widely with its economic development and increasing population. This study adopted emergy analysis to explore the comprehensive performance of this system. A set of emergy based indicator system was used to investigate its economic benefit, environmental pressure and sustainability from 2000 to 2010. The study results show that the purchased nonrenewable input makes the largest contribution to the total input (average value 60.73% of the total input), which mainly derived from agricultural mechanic equipments and chemical fertilizer; on the average, beans has the largest share (20.20%) to the total emergy output, next from rape seed (18.36%), then from peanuts (15.85%), fruits (15.74%), wheat (8.26%), rice (8.07%), corn (7.66%) and cotton (4.60%) accordingly, and the other four categories crops just have a contribution of 1.28%; the production efficiency of China's crop production system has been raised by 11.54% with decrease of the indicator unit emergy value of product (UEVP) from 1.82E09 sej/g to 1.61E09 sej/g, the dependence of this system on economic market has increased by 24.92% with growth of the indicator EIR from 6.22 to 7.77, its economic benefit has been reduced by 0.59% with decline of the indicator EYR from 1.69 to 1.68, and its environmental loading has raised by 57.89% with growth of the indicator ELR from 1.33 to 2.10; the sustainability of China's crop production system is reduced by 37.01% with decrease of the index ESI from 1.27 to 0.80, during this study period. Based on these study results, the following measures should be emphasized in future, including raising the efficiency of purchased non-renewable resources (especially agricultural mechanical equipments and chemical fertilizer), using other methods of cultivation inherently more sustainable (e.g. replacing chemical fertilizer with organic fertilizer, recycling organic wastes, biological control of agricultural pests, use of local renewable energy, and more), strengthening supervision of the related industrial processes and further promoting agricultural environmental protection.     

山西省农业生态经济系统能值分析

采用能值分析方法对2005年山西省农业生态经济系统的投入产出状况、运行效率和环境负荷进行了系统分析.结果表明：2005年,山西省农业生态系统仍处于主要依赖人力有机能和环境资源的传统农业阶段;研究区系统能值投资率（EIR）为1.07,能值产出率（EYR）为0.99,环境负载率（ELR）为6.55;在农业结构调整方面,畜牧业取得了长足发展,而小杂粮、蔬菜和干鲜果的能值产出仍较小,远未成为优势产业;研究区农业生态系统整体的回报效率较低,承受的压力较大.山西省今后应继续转移农业剩余劳动力、控制人口增长,同时加大农业科技辅助能值投入、提高环境资源的利用效率,使系统能值的投入产出向高水平发展.     

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。     

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。     

基于能值分析评估现代农牧循环系统的构建与优化

发展现代循环农业有助于推动农业生产方式高质量转型，是实现农业可持续发展的重要路径之一。但生产经营者在构建循环农业系统的过程中，因缺乏精确的参数测算，常存在投入产出不明、循环效率偏低、整体评估缺乏等问题，导致现代循环农业系统的物能高效运转面临阻碍。以江苏省太仓市东林村的现代农牧循环系统为对象，在四维时空尺度上界定系统边界并绘制能流图，全面梳理了案例系统全年运转过程中的投入与产出项目。现代“草-羊-田”农牧循环全系统由粮食种植、饲料加工、湖羊养殖与羊粪堆肥4个亚系统构成。通过模拟亚系统逐步结合、系统循环与优化调控的演进过程，采用能值分析方法对农牧系统不同构建阶段的亚系统与全系统的能值投入产出和结构进行定量评估与对比研究。结果表明，在农牧系统产业链逐步构建直至循环生产的过程中，全系统的总能值投入随各亚系统的扩增而有明显增加，系统的物能内部流通率逐渐升高。随后，以废弃物的系统内部消纳为目标，通过强化亚系统间的耦合对现状循环进行优化调控，系统所需的总能值投入有大幅减少，且各亚系统对本地资源的利用程度有明显提升。实证研究定量评估了现代农牧循环系统构建与优化过程中的能值投入与资源利用状况，为系统的高...     

Provincial level-based emergy evaluation of crop production system and development modes in China

This paper presented a multi-objective indicator system for the performance evaluation of crop production system based on emergy method. Eight emergy indicators were selected to analyze the crop production system in the 31 provinces of mainland China to compare intensive use, scale management, investment density, environmental pressure, output benefit, output density, output per capita, and economic benefit. This paper conducted a comparison of each indicator in different provinces, and divided the 31 provinces into 10 groups by cluster analysis. The results show that: the crop production system among provinces has a significant difference and it is summarized into 10 development modes; with the development of modern agriculture, Chinese crop production system still complies with the input–output balance; the majority of provinces cannot achieve win-win between economic investment and environmental health; most of the underdeveloped provinces with high productivity may not be able to obtain good economic benefit; there is a significant positive correlation between the scale management degree and emergy output per capita in the crop production system; 10 development modes and policy suggestions are deduced. It is concluded that emergy-based multi-objective indicators can serve as an effective method in the evaluation of crop production system.     

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.     

黄土高原沟壑区粮食生产中的生态成本

以黄土高原沟壑区的陕西省长武县为研究对象,应用生态学和经济学方法,对粮食生产生态成本进行了初步研究.结果表明： 2008年该区粮食生产生态损失总价值相当于当年种植业总产值的7.2%;小麦和玉米生态成本已分别达到2.42和2.12元·kg^-1,而出售单价分别为1.70和1.28元·kg^-1,高成本低收益的情况对该区域生态经济可持续发展产生不利影响;利用灰色关联对粮食生产生态成本中各因素进行分析,单位产量、播种面积和农业机械费用是影响生态成本的重要因素,化肥费用和有机肥费用对其影响不大;在当前生产力水平下,适当加大科学技术投入水平,提高粮食产量,扩大家庭种植规模,可以降低生产单位粮食的生态成本.