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。     

秸秆利用循环模式的能值效率和持续发展能力

用能值法分析了不同农业循环模式的能值效率和可持续发展能力,以期找到适合本地区发展的农业循环模式。以小麦玉米两熟农田、奶牛饲养系统和沼气发酵系统为研究对象,以常规施肥为对照模式(CK),设置玉米秸秆粉碎还田的农田循环模式、沼液还田的农沼循环模式和有机肥还田的农牧循环模式3种循环模式,用能值方法比较4种循环系统的能值效率和可持续发展能力。结果表明,4种模式的净能值产出率(EYR)都大于1,农田、农沼和农牧循环模式的EYR分别是对照模式的1.13倍、54.22%和50.2%,农田、农沼和农牧循环模式的能值投资率(EIR)分别是对照模式的80.88%、4.25倍和5.85倍,农田、农沼和农牧循环模式的环境负载率(ELR)分别是对照模式的78.95%、3.71倍和1.76倍,农田循环模式对环境的压力最小,农沼循环模式对环境的压力较大,4种模式的ELR都在可接受范围内。农牧循环模式的产品安全性指标(EIPS)为-0.015,最接近于0,其产品安全性最高,而对照模式的产品存在一定的安全隐患。种植模式中农田循环模式可持续发展能力优于对照模式,复合循环模式中农牧循环模式要优于农沼循环模式。综上所述,农牧循环模式的发展潜力最大,是最适合本地区的秸秆利用循环模式。     

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.     

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.     

稻渔综合种养的科学范式

21世纪是渔业的世纪。中国和世界水产业历经数十年的发展为人类应对食品危机做出了巨大贡献。然而,我国传统的水产业对产量的片面追求导致养殖环境日趋恶化,养殖生态系统不断退化,养殖业的可持续发展受到限制。传统稻田其氮素的流失亦是导致农业面源污染的主要原因之一。我国当前的环境问题源于复合生态系统演化进程的缺陷,解决当前的环境问题,必须从优化复合生态系统演化进程着眼。采用优化的生态循环水产养殖模式,如综合水产养殖则可以大大提高氮、磷等养分物质的利用率。稻渔综合种养是一种科学的复合生态模式,可以概括为三种模式,一种是在我国传统稻田养鱼的基础上,逐步发展起来的一种稻渔共生模式,可采取稻鱼、稻蟹、稻虾等多种共作形式;二是稻田作为湿地用于处理水产养殖尾水的模式,属于异位处理形式;三是将稻渔共生和水产养殖相耦合的模式,尤其是与多种水产养殖形式结合或与复合水产养殖系统相结合,甚至是与农牧系统相结合。这第三种稻渔共作模式又称为陆基生态渔场,具有高产、高品质、高生态可持续性等特点,应加强对该创新养殖模式中有机碳、氮、磷等营养收支平衡和循环利用的相关机制以及复合生态系统对外源营养输入的整体响应机制开展研究。概括而言,尾水排放是传统池塘养殖中氮源的主要流失途径,颗粒物吸附沉降是池塘养殖中磷源的主要流失途径,而系统中的碳源则主要是通过鱼类等生物的呼吸作用进行消耗。基于生态循环的"稻渔共生-池塘复合生态系统"则恰好可以解决这三大类营养物质在生态系统中的高效保持和利用问题,实践业已证明该复合系统拥有较高的产量、品质和生态效益,是一种可持续的农业发展模式。稻渔复合生态系统的创新模式因其特有的生态循环机制及系统的高弹性、高缓冲性、高可持续性,将成为我国乃至世界应对农田、渔业生态系统的退化,复合高效解决渔业、农业或农牧业生态环境问题的典型范式。     

基于能值分析的无公害设施蔬菜生产系统效率和可持续性评价

发展无公害蔬菜是提高我国蔬菜品质和安全性、增强蔬菜产业竞争力的重要举措。针对蔬菜生产高投入、高产出的特点,采用能值分析方法对无公害设施蔬菜生产系统两种蔬菜栽培模式进行系统效率和可持续性评价,并与一般蔬菜生产模式进行对比。结果表明,无公害蔬菜生产模式能值利用效率、可更新比例、净能值产出率、食品安全性和可持续发展能力分别比一般蔬菜生产系统平均提高24.3%、24.9%、36.0%、98.2%和3.87倍,环境负载率平均下降64.7%,系统投入的能值货币价值平均降低20.0%。在此基础上,通过情景分析表明,如果进一步综合采用收集降雨用于棚内蔬菜灌溉、沼气发电供给蔬菜灌溉利用、通过标准化管理降低人力投入,可以使现有的无公害生产方式的能值利用效率提高3.4%—10.8%,可持续性提高1.2%—31.7%。该研究也表明,将无公害蔬菜生产纳入我国以沼气为纽带的循环农业发展模式中,实现适度的产业结合与规模化经营,能够较好的提高无公害蔬菜生产的生态经济效益和可持续发展能力。     

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。     

基塘农业生态工程模式的能值评估

应用能值分析方法及最新推出的评价系统可持续发展能力的能值指标(EISD),分别对珠江三角洲三水市的3种基塘农业生态工程模式进行了系统层和子系统层的能值比较研究。结果表明,模Ⅲ的可持续发展性能最强,其EISD比模式Ⅰ、Ⅱ分别高出58．3％和29．7％;种植业子系统经济效益好,但环境压力大。是模式内可持续发展性最差的子系统;畜牧业子系统生产环效果不佳,但增益环效果明显;渔业子系统经济效益好,环境压力小。是系统内可持续发展性最强的子系统。引入翘嘴鳜的生态经济边际效益显著。     

基于沼肥不同利用情景的秸秆沼气工程能值分析——以河北省青县耿官屯为例

对沼肥不同处理方式的秸秆沼气集中供气系统进行能值分析,评价其生态经济性和可持续发展能力。以河北省沧州市青县耿官屯秸秆沼气集中供气工程为例,按照沼肥不同利用方式,设定为常规情景(情景1)、现实情景(情景2)和假设情景(情景3),进而对3种不同情景的沼气工程能值投入、产出及其能值评价指标进行比较分析。结果表明:情景1、情景2和情景3的能值产出率分别为1.0023、1.0020和1.0029,能值投资率分别为441.45、497.93和341.61,能值可持续发展指数分别为1.08、0.80和0.61;秸秆沼气工程在能源生产、农作物秸秆处理方面均具有一定生态经济效益;随着有机肥生产规模的扩大,工程对购买能值资源的依赖性加强,可持续性下降;系统的经济再生产特性不断加强,向高投入、高产出的方向发展。     

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     

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...     

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。     

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。     

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.     

京郊农业生物循环系统生态经济能值评估——以密云尖岩村为例

国内外学术界和决策者对于循环农业给予了相当关注,但关于循环农业研究,从产业经济角度进行定量分析目前仍处于相对匮乏状态.以京郊典型的尖岩村农业生物循环农业范式为案例,采用能值方法,以翔实的数据描述了从种植、养殖到食用菌生产的各个阶段能量输入与输出,通过能值评估指标体系判断在整个循环产业链条中,各生产环节对环境经济产生的影响,结果显示:(1)农业生物循环系统的能值投资率(2.57)较养殖(116.23)、食用菌子系统(158.73)低;环境负荷率(1.40)也较养殖子系统(7.24)、食用菌子系统(13)低,表明,该循环模式可减少对自然资源和外来经济投入的依赖,能够获得自身的资源补偿.(2)农业生物循环系统的净能值产出率和可持续发展指数较高,说明,该模式有较强的获利性,是较理想的产业系统,在北京郊区推广价值较高.     

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。     

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.     

Sustainability evaluation of e-waste treatment based on emergy analysis and the LCA method: A case study of a trial project in Macau

Electrical and electronic waste (e-waste) has become one of the fastest growing waste streams in the world, and many countries have established e-waste treatment enterprises to solve their e-waste problems. Because of the potential environmental pollution from e-waste, evaluating the overall sustainability of e-waste enterprises is critical to both nations and cities, although a great challenge academically. In this study, a combined approach of emergy analysis and life cycle assessment (LCA) was undertaken, to quantitatively investigate the effectiveness of an e-waste treatment trial project in Macau. In the emergy analysis, we also introduced two new indices (emergy recovery and technical efficiency) in order to evaluate the technical level of e-waste treatment in Macau. The research results show that the trial project has low competitive ability, due to high input emergy and low economic benefits. The emergy environmental efficiency analysis and LCA analysis together indicated that the trial project will indeed produce a low impact on the local environment, and because of the recovery of some resources in the e-waste treatment process, can even generate some environmental benefits. The analysis on the emergy recovery efficiency and technical efficiency shows that trial project has a relatively higher emergy recovery rate (52.78%) and technical level (72.36%) than the e-waste treatment enterprises in mainland China. However, based on both the emergy sustainability index (ESI) and the emergy–LCA sustainability index, it was found that the e-waste treatment trial project is not sustainable over the long term, due to low economic efficiency. Compared to ESI, the emergy–LCA sustainability index is more intuitive and easier to understand. Relevant results and data from this study could provide decision support to enterprise managers and government sectors, so that they could implement appropriate policies on e-waste treatment, to promote sustainable development and improved e-waste processing technologies.