基于能值分析的城市生态系统健康评价——以包头市为例

城市生态系统健康是城市生态学界近年来的研究热点和前沿.采用能值评价方法,结合城市生态系统作为复合系统所具有的生态服务功能,明确提出基于能值进行城市生态系统健康评价的理论框架和技术路线,得出表征城市健康程度随时间的变化走向和比较意义.针对城市生态系统健康表征特性,采用4个要素,即活力(V)、组织结构(O)、恢复力(R)和服务功能维持(F), 构建了评价城市生态系统健康的新的能值指标--城市健康能值指标(EUEHI),并将EUEHI应用于包头城市生态系统健康评价中,并比较了其他5个城市的EUEHI.结果显示2000～2004年包头健康程度总体呈现上升状态,健康等级不断提高,但同中国其他城市之间尚有距离,健康程度仍处于较低水平.这说明近几年包头重视改变资源结构和利用效率,使得城市生态系统在生态系统服务功能维持方面得到不断改善.同时,包头作为老工业城市组织结构尚不完善,环境负荷大,生态系统承载力逐年降低,因此仍需从降低环境胁迫入手,逐步降低城市生态系统干扰,使其恢复力得以提高,增加系统反弹恢复的容量,使之恢复维持结构与格局的能力,实现城市健康和谐发展.     

基于投影寻踪的城市生态系统健康评价

掌握城市生态系统的健康水平,对城市实施可持续发展具有重要意义.采用一种新型的多指标数据处理方法-投影寻踪模型,选取典型指标,利用基于实数编码遗传算法优化求取最佳投影方向,对广州市2000年、2005年的城市生态系统健康状况进行评价.评价结果表明:2000年,广州市对应的等级值为2.95,处于亚健康状态,符合其客观状况,该结果与采用模糊综合评价法所得结论一致;2005年,广州市对应的等级值为3.48,仍处于亚健康状态,但其等级值大于2000年的数值,等级值在增大,表明经过5a的建设,广州市的生态系统健康状况在不断好转.此外,与模糊综合评价法相比,该模型能精确地刻画出生态系统的具体健康水平,具有较高的评价精度和区分度.     

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。     

城市生态系统健康综合评价

生态系统健康是生态学领域的研究热点之一.文中提出了对城市生态系统健康概念的理解; 从状态空间的角度, 解释了城市生态系统健康的内涵,并以此为基础,提出了目前研究中存在的不足; 从复合生态系统的角度,提出了一种新的城市生态系统健康评价方法——综合评价方法; 构建了城市生态系统健康综合评价模型,并将该方法应用于佛山市城市生态系统的健康评价.结果表明, 在研究时段内,佛山市城市生态系统健康水平逐年上升;综合评价方法不仅能反映城市整体健康状况,而且能辨别各子系统的相对健康水平,具有一定的理论价值和可操作性.     

基于能值分析的福州与厦门城市生态系统比较研究

能值分析方法(Emergy Analysis)为综合评价城市复合生态系统提供了新的手段和方法。以福州和厦门为研究对象,对其城市各种生态流进行计算和归类,建立了相应的城市复合生态系统与可持续发展能值指标,并对两城市复合生态系统中自然、经济、社会三大子系统进行了综合评价与对比分析。结果表明:厦门在经济发展水平和社会人均福利方面优于福州,在生态安全和可持续发展能力方面落后于福州。从能值角度出发,福州应加快城市基础设施建设,加强城郊地区能值反馈,科学引导人口转移;厦门应积极发展绿色产业,降低生产能耗物耗,提高废弃物循环利用率;两城市应加强区际资源互补和消除技术壁垒,促成两城市互补、互利、可持续发展。     

基于能值分析的煤炭矿区复合生态系统评价

煤炭矿区复合生态系统评价是对其进行有效管理及调控的手段之一。研究了煤炭矿区复合生态系统内涵,剖析了煤炭矿区复合生态系统的典型特征,论述了运用能值分析方法评价复合生态系统的特殊性;进而,构建了煤炭矿区复合生态系统及其子系统的能值评价指标。选择山东省龙口矿区北皂煤矿为研究对象,进行了实证研究。应用实际数据,测算了2006—2012年复合生态系统及子系统各个能值评价指标。研究结果表明,能值理论与能值分析是评价煤炭矿区复合生态系统的有效方法,各项指标变化反映了复合生态系统的演进趋势;不可再生煤炭资源的过度消耗、可再资源利用率低是这一系统的典型特征;能值评价指标的测算结果表征环境子系统负荷较小。研究结果可为实施有效的煤炭矿区复合生态系统管理提供智力支持和决策参考依据。     

海岸带生态系统健康评价中能质和生物多样性的差异——以江苏海岸带为例

生态系统健康评价是生态系统保护和监测研究的重要内容,该过程迫切需要综合性强、准确性高的指标,能质和生物多样性指标都是生态系统健康评估中的有效指标.以江苏省海岸带游泳和底栖生物群落为对象,沿海岸线从海州湾到长江入海口北岸选取15个站点,调查研究江苏省海岸带生态系统能质和生物多样性及其空间分布格局.结果表明:江苏海岸带除了中部地区能质和结构能质值较一致(都偏小)外,南北差异明显,生物多样性指数空间分布情况为南部Margalef指数略大于北部,中部较小,Shannon Wiener和Simpson指数空间分布都为南部＞中部＞北部;能质与生物多样性指标在高级生态系统中反映的生态系统健康状态一致,在中低级生态系统中差异明显;能质与生物多样性指标关联程度低,前者的测算侧重于生态系统中物种的等级,后者的测算侧重于物种的数量;总结能质和生物多样性指标在理论支撑、建立理论视角、与生态系统健康对应关系、应用模型以及局限性等方面的差异,研究结果在一定程度上可以丰富和完善生态系统健康评价研究理论与方法体系.     

基于能值分析的厦门城市代谢可持续性评估

生态城市建设是中国城市转型发展的关键节点,对中国生态文明和新型城镇化发展具有推动作用。研究以中国典型的生态城市厦门市为例,基于城市代谢框架结合能值分析法,对厦门市代谢系统进行各项能值流的核算,构建2010-2017年厦门市能值指标评估体系,选用可持续发展指数、可持续发展能值指标、城市健康水平能值指数3项指标综合评价其生态可持续性,选取部分能值指标与珠海市、深圳市进行对比分析,以期为中国生态城市的可持续发展提供科学参考。结果表明：（1）2010-2017年,厦门市总能值呈上升趋势,2017年的总能值为2.51×10²⁴ sej,是2010年总能值的1.65倍,货币流能值显著增加,废弃物流能值下降。能值自给率由98.30%逐渐递增至99.20%,能值产出率由8.30%逐渐递增至15.20%,环境承载率小于3,属于环境低负荷状态。（2）厦门市可持续发展指标处于1-10之间,表明其生态经济系统具有活力和发展潜力,可持续发展能值指标由2010年的3.67增加至2017年的7.76,表明厦门市的可持续发展性能愈来愈好,城市健康水平能值指数由2010年的6.21上升至2017年的25.80,表明厦门市生态系统处于健康可持续发展的状态。（3）厦门市与珠海市、深圳市的能值指标对比分析表明,厦门市与珠海市均处于富有经济活力与生态可持续发展潜力阶段,且厦门市代谢系统的可持续发展水平整体优于珠海市与深圳市。（4）总体来看,厦门城市代谢系统处于可持续发展阶段,生态城市的建设有利于厦门市实现生态经济的可持续发展,研究对同类型生态城市的建设与可持续发展具有理论参考价值。     

生态能质(eco-exergy)在水生生态系统建模和评价中的应用

生态能质(eco-exergy)是指系统从给定状态达到热力学平衡状态所做的功,可以度量生态系统的复杂生物化学组分及生态结构。系统具有的能质越大,有序化程度越高,稳定性也越强。生态能质和比生态能质(specific eco-exergy)指标能够评价水生生态系统健康状况,对水生生态系统演替阶段具有指示作用。本文阐述了生态能质的定义、生态学意义以及生态能质值和权重因子fi值的计算方法。对生态能质作为功能函数在水生生态系统结构动力学模型(structural dynamic models,SDMs)中以及作为生态指标在生态系统健康评价、生态恢复研究中的实际应用进行了总结。最后探讨了生态能质指标的局限性以及未来的发展。此外,文中建议将eco-exergy和specific eco-exergy统一翻译为生态能质和比生态能质。     

基于熵理论的城市生态系统服务流定量评估——以北京市为例

量化评价生态系统的服务功能是合理开发生态资源、实现可持续发展的重要前提.生态系统服务流能够为生态系统服务功能的量化评估提供解决方案.本文以四大生态系统服务类型为框架,构建了城市生态系统服务流评估体系;将生态系统服务流重新分类,引入熵理论,对指标及系统无序度、发展演变方向进行定量评价;并以北京市为研究对象,选择24个因子开展案例研究.结果表明:2004—2015年间,北京城市生态系统服务总熵值为0.794,总熵流为-0.024,系统无序度较大,濒临非健康状态;系统熵值3次取得极值,3个变化周期内系统熵值的年平均变化幅度逐渐增大,说明人为活动对城市生态系统干预强度增大;2007年熵流达到最小值,生态环境质量最高;北京市常住人口总数与城市生态系统熵流拟合函数的决定系数为0.921,说明人口数量与城市生态环境状态有很强的相关性.     

Relative Urban Ecosystem Health Assessment: A Method Integrating Comprehensive Evaluation and Detailed Analysis

Regarding the basic roles of urban ecosystem health assessment (i.e., discovering the comprehensive health status, and diagnosing the limiting factors of urban ecosystems), the general framework integrating comprehensive evaluation and detailed analysis is established, from both bottom-up and top-down directions. Emergy-based health indicators are established to reflect the urban ecosystem health status from a biophysical viewpoint. Considering the intrinsic uncertainty and relativity of urban ecosystem health, set pair analysis is combined with the emergy-based indicators to fill the general framework and evaluate the relative health level of urban ecosystems. These techniques are favorable for understanding the overall urban ecosystem health status and confirming the limiting factors of concerned urban ecosystems from biophysical perspective. Moreover, clustering analysis is applied by combining the health status with spatial geographical conditions. Choosing 26 typical Chinese cities in 2005, relative comprehensive urban ecosystem health levels were evaluated. The higher health levels of Xiamen, Qingdao, Shenzhen, and Zhuhai are in particular contrast to those of Wuhan, Beijing, Yinchuan, and Harbin, which are relatively poor. In addition, the conditions of each factor and related indicators are investigated through set pair analysis, from which the critical limiting factors of Beijing are confirmed. According to clustering analysis results, the urban ecosystems studied are divided into four groups. It is concluded that the proposed framework of urban ecosystem health assessment, which integrates comprehensive evaluation and detailed analysis and is fulfilled by emergy synthesis and set pair analysis, can serve as a useful tool to conduct diagnosis of urban ecosystem health.     

旅游生态系统能值研究进展

能值分析是以能值为基准,通过能值转换率,有效测度与评价生态系统及经济系统中不同类型的物质流、能量流、货币流及其相互关系的方法。旅游生态系统是特殊类型的人地关系地域系统,是以旅游活动为中心的"自然、经济、社会、旅游"复合系统,利用能值方法进行旅游能值研究可以为旅游可持续发展提供科学建议。通过对国内外相关研究重要文献的梳理,从旅游能值研究尺度与类型角度,分析了国内外相关研究进展,并通过与农业、工业系统的能值研究对比分析,目前研究在理论推进、要素选择、指标构建、方法集成等4个方面,旅游生态系统能值研究存在特殊性,并从理论、方法、内容等3个角度,提出了今后旅游能值研究的方向,以期推动旅游系统能值研究的深入。     

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.     

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。     

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。     

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.     

京津唐城市生态系统能值比较

运用能值(emergy)分析方法,以京津冀地区的北京、天津、唐山为研究对象,建立了复合生态系统与可持续发展的能值指标,对3个城市1991～2005年自然环境与社会经济可持续发展状况进行了比较分析.研究结果表明:1991～2005年期间,由于北京、天津的本地资源能值对经济发展的驱动力不足,城市发展对外部输入能值的依赖程度越来越高;北京、天津、唐山社会子系统的能值指标均呈上升趋势,城市居民生活水平和经济发展水平不断提高;北京经济子系统的各项指标均优于天津和唐山,但环境子系统和能值可持续指标体现出,北京的环境压力最大、可持续发展能力低于天津和唐山.在此分析基础上,对北京、天津、唐山的可持续发展提出了几点建议,为制定城市发展策略和产业调整提供科学依据.     

长江中游城市群生态系统健康时空演变特征分析

城市群地区生态系统健康状况关乎城市群的可持续发展,科学测度城市群地区生态系统健康水平对城市群地区生态系统健康宏观调控政策制定具有重要的实践意义,然而当前生态系统健康评价仍存在不足之处。生态系统服务是反映生态系统健康状况的重要组成部分,如何把生态系统服务纳入生态系统健康评估框架中,成为了当前研究讨论的热点话题。拟把基于InVEST模型评估的生态系统服务纳入生态系统健康评估框架中,构建了基于"生态系统活力-生态系统组织力-生态系统弹性-生态系统服务"的评估框架,结合多源数据对1995—2015年长江中游城市群生态系统健康水平时空特征进行测度。结果显示:(1)研究期间长江中游城市群地区生态系统健康状况总体有所恶化,恶化区域主要分布在城市群的核心地区;(2)研究期间长江中游城市群地区生态系统健康存在显著的空间依赖性,生态系统健康高值区主要分布在周边山区以及中部的罗霄山脉,生态系统健康低值区主要分布在平原地区、大城市周边地区以及主要的交通线路沿线地区。本研究结果可以为其他地区生态系统健康评估以及长江中游城市群地区生态系统健康保护政策制定提供科学借鉴。     

基于属性理论的城市生态系统健康评价——以重庆市北部新区为例

确定了城市生态系统健康评价指标体系,提出了基于属性理论的城市生态系统健康评价模型及评价方法。以重庆北部新区为对象,运用该模型和方法对重庆北部新区生态系统健康现状进行了评价。结果表明:重庆北部新区城市生态系统现状属于一般健康类;基于评价结果识别健康限制因素,提出了生态系统健康调控措施。