基于生态能量视角的我国小水电可持续性分析

我国的小水电开发经历了以解决农村地区用电短缺到当前以促进节能减排、清洁能源建设为目的的转变。运用生态能量分析的方法之一——能值分析方法,选取贵州省安龙县红岩二级水电站为案例,对其建设与运行的可持续性进行了系统分析,并与国内外大水电的相关指标进行了平行对比。结果表明:该水电站2010年电力产出的能值转换率为1.03×105sej/J,其可再生性比例为52.01%,在能值产出率、环境负载率和可持续能力等方面的表现均好于大水电。但其能值交换率为0.58,表明2010年水电上网价格偏低。小水电的不稳定运行也使其系统能值指标呈现波动变化,当实际发电量为设计发电量的50%时,水电的能值转换率接近于湄公河上大坝生产水电的能值转换率,可持续性指标的值从6.12急剧降到3.01。系统评估水电资源,作好流域小水电总体开发规划,保证小水电系统稳定运行是提高其可持续性的关键之一。     

水坝对河流生态系统服务功能影响评价

客观评价水坝对河流生态系统服务功能的影响问题,对完善我国水利工程环境影响评价和保护河流生态系统具有重要意义。根据水坝对河流生态系统服务功能影响的特点,建立了评价指标体系,以2002年为评价基准年份,对全国水坝对河流生态系统服务功能影响进行了评估。结果表明,防洪和水力发电是水坝的主要功能,两者分别占其正面影响的53．94％和26．77％;供水、减少有害气体排放和内陆航运等,也是水坝的重要功能。水库泥沙淤积的负面影响最大,年损失值为-508．63×10^8元;其次是水库淹没,从生态系统的角度进行核算,年损失值为-56．65×10^8元;水坝对河流生态系统的占据也是其重要的负面影响,年损失值为-10．43× 10^8元。     

香溪河河流生态系统服务功能评价

河流作为水资源的重要载体,在水资源危机日益严峻的我国,有特别重要的意义。尤其是近年来国内对水电开发的强度不断上升,如何科学地评价河流在不同情况下给人类带来的效益,进而有效地开发与管理河流生态系统,是生态学家面临的重大任务和挑战。香溪河是三峡水库湖北段的最大支流,其生态系统服务功能的正常发挥与否会影响河流沿岸居民的生产生活,也会影响其自身和相关生态系统的稳定,其河流的状况将直接影响到三峡水库。在对河流生态系统服务功能分类的基础上,结合数据的可获得性,对部分河段生态系统服务功能进行初步评价。研究结果表明,所研究河段生态系统服务功能总价值可达8.41×108元.a-1,各种功能的价值量排序为贮水功能>发电>旅游>调蓄洪水>水供给>水产品>输沙>净化>大气组分调节>控制侵蚀。经分析所研究河段的水电开发和旅游功能是其核心服务功能,提出在河流管理中既要考虑到核心功能的发挥,又要保证其它功能的支持作用得以实现的管理策略。     

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.     

城市化流域生态系统服务价值时空分异特征及其对土地利用程度的响应

以南京市九乡河流域为研究区域,以2003与2009年2景QuickBird影像数据为基本信息源,应用空间自相关模型,结合GIS空间分析技术,定量探讨了城市化流域生态系统服务价值时空分异特征,以及土地利用程度对生态服务价值空间分异的影响.结果表明:2003-2009年,九乡河流域生态系统服务总价值减少了2.59％,而流域生态系统服务价值的空间聚集性增强;生态服务价值的高-高区域主要集中在流域上游,低-低区域主要集中在流域下游的仙林大学城一带;九乡河流域生态系统服务价值空间分异发生了明显变化,下游仙林大学城一带低-低分布区快速扩张,而高-高分布区仅在九乡河源头及下游的局部区域有所增加;流域生态服务价值空间自相关表现出明显的尺度效应,随着研究尺度增大,生态服务价值的空间自相关性逐渐增强;九乡河流域生态服务价值的空间分异及其变化主要是由土地开发利用引起,流域土地利用程度对生态服务价值存在明显的负效应.     

水电开发对河岸植被影响研究进展

河岸植被是河流生态系统的重要组成部分, 在维持河流生态系统完整性和河岸生物多样性保护方面具有重要作用。目前, 水电开发影响下河岸植被的物种组成、多样性、种间关联等几方面日益受到关注, 是河流生态学研究中的重要热点。文章阐述了水电开发后河流水文、河岸生境、繁殖体扩散、外来物种入侵等影响下河岸植被的响应机制。探讨了河岸植被与生态环境的相关性, 提出了今后河岸植被与水电开发相互作用机制, 及水电开发的正负生态效应综合影响研究。     

河流生态系统服务功能及水坝对其影响

河流生态系统服务功能是指河流生态系统与河流生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用,包括河流生态系统产品与河流生态系统服务两个方面。文中分析了河流生态系统的15项服务功能,其中包括供水、水产品生产、内陆航运、水力发电、休闲娱乐和文化美学等6项河流生态系统产品与调蓄洪水、河流输送、蓄积水分、土壤持留、净化环境、固定CO2、养分循环、提供生境和维持生物多样性等9项河流生态系统服务;同时又分析了修建水坝对这此服务功能的影响。研究表明,使河流生态系统服务功能得到正常发挥,是水坝建设决策中应考虑的必要因素。     

水利工程对河流生态系统服务功能的影响评价方法初探

通过分析水利工程对河流生态系统服务功能的影响,建立了评价指标体系和定量化的评价方法．评价指标体系包括建立评价指标的原则、对河流生态系统服务功能的分类和指标确定等．本文将河流生态系统的服务功能分为四类即供水及与供水量相关的航运和水电功能、生态支持功能、调节控制功能和文化美学功能．依据不同的功能类型,应用以前的研究成果,针对水利工程产生的生态效应如生物多样性的变化和河流净化功能的变化,确定了不同的调度指标,并建立了相应的数量化评价方法,主要包括指效法和BOD-DO模型方法,这些方法特有助于对水利工程的生态环境效应进行深入的分析与评价。     

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。     

基于系统保护理念的弹性生态保护空间划定——以广东省茂名市为例

有效识别生态保护空间对维护区域生物多样性,提升生态系统服务具有重要作用。考虑山水林田湖草系统保护战略需求以及既往弹性生态保护研究不足,基于可持续发展目标下生态保护概念内涵,系统解析弹性生态保护空间的内在要求;立足生态系统服务视角,以沿海特色发展区——广东省茂名市为研究区,在考虑传统重要生态功能的基础上,基于区域特点选取气候调节功能、粮食供给功能、生物保护功能、水源涵养功能、土壤保护功能5项生态系统服务作为保护对象;通过改进的MARXAN模型提取弹性生态保护空间,并对相关结果的有效性进行了验证。研究结果表明：①茂名市各项生态系统服务空间分布存在差异,综合生态系统服务高值区主要分布在北部山区,低值区主要集中在南部城镇建设区;②考虑限制条件和保护成本的系统保护规划方法在生态保护空间划定上具有一定优势,系统保护规划结果与生态保护红线重叠面积1505.02 km²,占生态保护红线面积的83.43%,其余区域主要由林草地类、园地类、耕地类组成,占比分别为45.92%、19.71%、22.24%;③在未来生态保护建设中,应针对系统保护规划内生态红线核心区、一般保护区、基本农田区分别开展生态保护加强管理、生态系统服务综合提升、生态农业建设等多样化整治策略。     

两种典型养鸡模式的能值分析

畜禽养殖的有机化过程被认为是实现养殖业持续发展与保障食品安全的重要途径.运用能值分析方法对两种典型养鸡模式——家庭有机饲养和林地散养进行了系统分析,并结合Castellini等人对意大利所做的同类研究(工业规模化笼养和草地散养)进行了横向对比.结果表明,林地散养生产系统的能值产出率为1.11,与家庭有机饲养系统相近,而在环境负载率和可持续发展能力方面的表现,均差于家庭有机饲养生产系统,说明林地散养模式尽管通过提高系统生产空间,理论上接近畜禽养殖的有机化理念,但由于大量的禽舍建筑、医药及其饲料等方面的外部资源输入,反而使得系统的环境负载率提高,可持续性大大下降.与意大利的结果比较发现,我国两个养殖系统的社会经济成本高、对外部不可再生资源的依赖程度较高,有机化目标并没有很好的实现.因此,我国现有的有机化畜禽养殖方式和外部制度都有待进一步改进和创新.     

西部欠发达地区生态经济系统能值分析——以青海省海西蒙古族藏族自治州为例

青海省海西蒙古族藏族自治州（简称海西州）生态环境脆弱,快速发展的工业活动对当地生态环境造成严重破坏。海西州地处青藏高原东北部,是我国重要的生态安全屏障之一,在全国生态建设中处于特殊地位。能值分析法是一种基于热力学理论的环境核算方法。利用能值分析法对海西州生态经济系统运行现状进行评估;并应用能值指标评价海西州生态经济系统的可持续发展水平;通过对能值指标的时间序列分析揭示海西州生态经济系统的发展趋势,以期为海西州生态经济系统的可持续发展提供参考依据。研究结果表明,2016年支撑海西州生态经济系统运行的总能值投入量为6.69×10²⁴ sej,是2010年总能值投入量的1.94倍。在2010-2016年的7年内,不可更新资源的能值投入占当年总能值投入量的比例均超过90%,而可更新资源能值投入量与从系统外输入到海西州的能值量占比均较低。基于能值的指标分析显示：海西州的人均能值使用量、能值密度、能值货币比率、环境负载率分别从2010年的8.84×10¹⁸ sej/人、1.15×10¹³ sej/m²、3.05×10¹⁴ sej/US$、103.02增加到2016年的1.65×10¹⁹ sej/人、2.22×10¹³ sej/m²、9.12×10¹⁴ sej/US$、213.47;而相应的能值产出率、能值可持续发展指数则分别从2010年的2.66×10³和25.84降低到2016年的1.23×10³和5.74。研究结果表明虽然海西州经济得到发展、人民生活质量得到提高,而经济发展对当地不可再生资源依赖较大,给环境造成的压力不断增加。为从长远角度实现海西州的可持续发展,亟需转变经济发展方式,降低对不可更新能源的过度开发。此外,研究结果显示,海西州的能值交换率小于1,这说明研究时间范围内,海西州在对外贸易过程中处于不利地位,因此需增加单位产品的附加值以促进能值流的合理流动。     

舟山市东极大黄鱼养殖系统能值评估

以能值理论为基础,选择浙江省舟山市东极大黄鱼养殖系统为研究对象,在定量分析大黄鱼养殖系统的物流和能流基础上,通过建立能值评价指标体系,综合评价了东极大黄鱼养殖系统对环境的影响及其可持续性.结果表明:东极大黄鱼养殖系统的太阳能值转换率TR为1.46× 106 sej/J,环境承载力ELR为91.10,能值投入的生产效率PEEl为6.91× 10-7,能值持续性指数ESI为0.011.东极大黄鱼养殖系统虽然生产效率较高,但是过分依赖于外部购买资源,并且系统对环境的压力较大,环境的持续性也较差.另外,与广东珠江口3个不同鱼种养殖系统的有关指标进行了对比,提出了大黄鱼养殖系统的可持续性发展建议.     

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.     

基于能值的沼气农业生态系统可持续发展水平综合评价——以恭城县为例

近年来,农村传统的粗放式发展模式对资源和环境造成了巨大的压力,严重阻碍农村的可持续发展进程,为此,国家在农村大力推行以沼气为重点的农村生态建设,加快建立以沼气为纽带的可持续农业发展模式。因此,对沼气农业生态系统的可持续性进行评价对农村能源生态建设和沼气工程的推广具有重要意义。本文选取广西恭城瑶族自治县沼气农业生态系统作为案例,将种植业、养殖业和生态旅游业作为一个复合生态系统,应用能值分析方法将不同能质的能量折算为统一的能值单位,分析了复合农业生态经济系统的可持续发展现状,通过能值分析发现案例区域恭城县沼气农业生态系统具有以下特点:(1)与传统农业生态系统相比,有机肥所占比重较大;(2)水果生产为当地主导产业,生态旅游业有了初步发展;(3)农业的快速发展使人民具有较高物质生活水平;(4)科技水平相对落后,生产率低;(5)沼气替代传统能源,大大减小了环境压力。通过对恭城县农业生态系统发展中的问题进行识别,提出相应政策建议,能够对其未来的发展模式提供参考,对沼气农业生态系统的推广具有重要意义。     

基于生态足迹的大型水电工程建设生态补偿标准评价模型——以三峡工程为例

生态足迹作为重要的生态环境指标,已被广泛应用于可持续性分析中,但在生态补偿领域应用的较少。运用生态足迹思想,构建了6类大型水电工程建设的生态供给足迹与生态需求足迹模型,以此为基础,确立了大型水电工程建设的生态补偿标准评价模型;并进行了三峡工程案例研究。结果表明:(1)三峡工程建设6项正面影响的生态供给足迹为949.96×104hm2/a,换算成总经济价值为619.18×108元/a;三峡工程建设9项负面影响的生态需求足迹为188.98×104hm2/a,换算成总经济损失为123.18×108元/a。(2)发电产品、调蓄洪水和发电环境效益是三峡工程的主要正面影响,三者经济价值占总经济价值的95.06%;水库泥沙淤积和水库淹没是三峡工程的主要负面影响,两者经济损失占总经济损失的85.56%。(3)三峡工程建设的生态补偿标准为123.18×108元/a,水电开发业主、中央政府和地方政府是主要的生态补偿主体,两者承担了95.06%的生态补偿标准额度;河流生态系统和移民是主要的生态补偿对象,两者获得了91.39%的生态补偿额度。通过对比分析发现,构建的模型在三峡工程案例中得到了很好的验证。     

An environmental sustainability assessment of China’s cement industry based on emergy

As one of important building materials, the sustainability of cement production is widely concerned in the world. This research evaluated the sustainability of China’s cement industry in 2010 using emergy analysis. Several emergy based indicators were adopted to describe the comprehensive performance of this system from different angles, including Percentage of renewability (%R), Unit emergy value (UEV), Emergy yield ratio (EYR), Emergy exchange ratio (EER), Environmental load ratio (ELR) and Emergy sustainable index (ESI). The research results show that (1) Mineral resources have absolute contribution to China’s cement production; (2) Coal is the main energy source for China’s cement industry; (3) China’s cement industry has relatively weak competition ability due to relatively high ratio of purchased inputs; (4) China’s other industries have benefited greatly from this industry by exchanges; (5) China’s cement industry cannot keep sustainable in the long run due to its high environmental load; (6) the UEV of Chinese cement in 2010 is 3.64E15 sej/t (based on the emergy baseline 15.83E24 sej/yr). Finally, the related policy implications are proposed from four aspects, including (1) Accelerating the adjustment of process structure and technical innovation; (2) Promoting the substitution of raw materials or fuels; (3) Raising the price of cement products; (4) Decreasing the export of cement products.     

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.     

基于能值分析的中国海洋生态经济可持续发展评价

海洋生态经济可持续发展的研究既是生态经济研究的重要领域,也是海洋经济研究的重点领域。运用能值分析构建中国海洋生态经济系统能值分析模型和指标体系,以中国沿海地区及其附近海域为研究区域,利用2013年的数据对中国海洋生态经济系统的可持续发展水平进行能值测度。研究表明:(1)2013年,中国沿海各省的海洋生态经济总能值为1.70×10~(24)sej,可更新资源能值占主体地位。(2)受沿海各省海洋经济发展水平不同和区域海洋资源储量影响,中国沿海地区海洋生态经济能值密度分布差异较大,能值货币比率以上海为界,南高北低,高中低3种能值产出率结构并存且以中能值产出率结构为主。(3)中国海洋生态经济系统的生态承载力以高承载力和较高承载力为主,但局部地区海洋生态承载力偏低影响区域海洋生态系统平衡。中国海洋生态经济系统环境负载率较大,环境负载率高的地区与我国海洋经济发达地区高度耦合。(4)从可持续发展指数来看,中国海洋生态经济发展的整体可持续性较好,局部地区环境负载率过大和生态承载力偏低严重制约着区域海洋生态经济的可持续发展。