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。     

基于能值理论的循环复合农业生态系统发展评价——以福建省福清星源循环农业产业示范基地为例

循环农业是当前农业可持续发展理念的具体运作模式。对能值分析方法优化,使其更适合循环复合生态系统的应用上进行优化,并以福建省福清星源循环农业产业示范基地为例验证,评价复合生态系统的可持续发展程度和经济效益。结果表明改进的能值分析方法对循环复合农业生态系统的可持续发展评价更科学,复合系统的可持续发展指数比单纯的生猪养殖提高23.44%—33.86%,在4种组合的循环模式中以"生猪养殖-沼气工程-有机肥生产-种植业"循环复合生态系统整体效益最佳,其可持续发展指数最高,环境负载率最低,净能值产出率仅略低于"生猪养殖-沼气工程-种植业"复合系统。     

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.     

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.     

黄土高原中南部农果复合型生态农业生产力特征

以黄土高原中南部的西坡、飞马河和南沟3村为对象,研究了农果复合型生态农业的生产力特征.结果表明,(1)同一植物各器官的生产力果实最大,茎叶次之,根最小;(2)农果复合型生态农业中,农业子系统越发达,系统生物生产力越高,经济生产力越小,经济产值越低;果业子系统越发达,系统生物生产力越小,经济生产力越高,经济产值越高;(3)畜牧业子系统生产力均处于相对较低的水平,制约了系统总生产力的提高.     

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...     

河西走廊绿洲灌区循环模式"农田-食用菌"生产系统氮素流动特征

河西走廊绿洲灌区在农业产业化进程加快的同时,也带来了水资源和生态环境的压力.本文利用养分流动和模型分析的方法,分析河西走廊绿洲灌区典型“农田-食用菌”生产系统(农田-食用菌集约生产模式、农田-食用菌单户生产模式、农田单作)的氮元素流动特征.结果表明:农田作物秸秆通过食用菌体系还田使氮素利用率提高了10％左右,秸秆还田氮输入量(165.6kg· hm-2·a-1)占农田氮素总输入量的37.1％,使化肥氮输入量减少,因此秸秆氮的合理循环利用可作为减少化肥投入的有效途径.但农田氮素仍有盈余,单位面积氮盈余量高达217.0 kg·hm-2· a-1,未能实现循环模式内养分平衡的理想效果,因此优化氮素管理、确定合理的大田作物和食用菌面积、调整农业产业结构是解决该问题的关键.     

虾-鱼-贝-藻生态优化养殖及其水质生物调控技术研究

建立了一种虾、鱼、贝、藻多池循环水生态优化养殖模式及水质生物调控系统,包括对虾养殖、鱼类养殖、贝类养殖和大型海藻栽培等4个不同功能养殖区,1个水处理区以及1条应急排水渠。通过在封闭循环系统内不同池塘中放养生态位互补的经济动植物对虾池水环境进行生物调控。结果表明,循环水养殖系统内虾池水层悬浮物数量、COD值、氨态氮和硝酸态氮含量比对照组对虾单养池明显降低(P<0·01)。养殖排放水不处于富营养化状态(E<1)。对虾饲料产出对虾0.667kg·kg-1、罗非鱼0.037kg·kg-1、牡蛎0.738kg·kg-1、江蓠0.437kg·kg-1,净增产值2.01元。投入产出比由对虾单养的0.588降低为优化生态养殖的0.235。该养殖模式不仅实现了虾池水环境的生物调控与养殖用水的零排放,且显著提高了饲料利用率和经济效益,具有防病、环保、高效等优点。     

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。     

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.     

稻鸭共作有机农业模式的能值评估

应用能值分析方法对稻鸭共作有机农业模式（模式Ⅰ）和对应的稻麦常规生产模式（模式Ⅱ）进行比较研究,并比较了两种模式的生态经济效益.结果表明,模式Ⅰ的能值效益高,自组织能力、可持续发展能力强,产品安全性高,净能值产出率（EYR）、系统产出能值反馈率（FYE）、能值可持续指标（ESI）分别是模式Ⅱ的1.57、14.1和8.71倍;基于能值的产品安全性指标（EIPS）模式Ⅰ为0,模式Ⅱ为-0.66;模式Ⅰ对环境的压力小于模式Ⅱ,能值投资率（EIR）,环境负载率（ELR）分别是模式Ⅱ的40.1%和18.3%;但模式Ⅰ的经济效益低于模式Ⅱ,其产出、毛收入和净效益分别低于模式Ⅱ15.7%、9.6%和29.6%;以能值 货币价值计算,模式Ⅰ的产投比、毛收入和净收入分别高于模式Ⅱ50%、102.6%和136.4%.随着生产系统的优化和市场对有机食品认知程度的提高,模式Ⅰ的经济效益具有提高的潜力.     

辽宁省生态经济系统能值分析

运用能值分析方法,对辽宁省生态经济系统1990—2005年的能值流量和由于资源输入、产出、消耗所带来的环境压力及其与可持续发展的关系进行了研究.结果表明,辽宁省总能值用量中有74%以上是不可更新资源,2005年实际人口超过可承载人口的326倍;研究期间,能值产出率从65.40减少到10.13,环境负荷率由2.72上升到7.18,可持续发展指数从24.03下降到1.41.支撑辽宁省经济较快增长的主要是不可更新资源的大量消耗,研究区经济发展对生态系统的压力越来越大,对外部资源的依赖逐渐增强,系统可持续发展能力不断下降.要实现区域可持续发展必须以减量化、再利用、资源化为准则,促进废物再利用和资源的闭合式良性循环,以实现废弃物的最小排放.     

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.     

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.     

Emergy evaluation of organic rice-duck mutualism system

Rice-duck mutualism is one form of ecological engineering which makes use of the symbiotic relationship between rice and ducks to more effectively utilize materials, reduce chemical fertilizer and pesticide inputs, increase product safety and overall productivity and decrease the pollutants discharged from rice-fields. This is becoming a popular mode for organic rice production in China and it can be used as one measure taken in the drainage area to assist in the ecological rehabilitation of lakes. This study applied the emergy evaluation method to analyze the resource use and environmental impact of organic rice-duck mutualism (mode 1) compared with the conventional wheat/rice rotation system (mode 2) in the same farm to evaluate its sustainability and ecological and economic benefits and provide suggestions for optimizing this system. The results showed that mode 1 produced greater emergy benefits, and had higher self-organization, lower environmental pressure and higher product safety. The net emergy yield ratio (EYR), feedback ratio of yield emergy (FYE) and emergy sustainable index (ESI) of mode 1 were 1.57 times, 14.10 times and 8.71 times those of mode 2, respectively, and the emergy index of product safety (PSI) was 0 in mode 1 and −0.66 in mode 2. The emergy investment ratio (EIR) and environmental loading ratio (ELR) were 40.1 and 18.3% of those of mode 2. The economic benefit of mode 1 was lower than mode 2. The economic output, gross income and net income of mode 1 were 15.7, 10.8 and 35.4% less than those of mode 2, respectively, but using Em$, the output, gross income and net income of mode 1 were 47.4, 161.2, 87.3% higher than mode 2. With the development of markets for organic foods, mode 1 has the potential to achieve better economic benefits.     

火电厂生态工业园的能值评估

提出了反映火电厂生态工业园特点的能值评价指标：能值产出率PEYR和能值投资率PEIR考虑了园区各成员的共同贡献,即PEYR=6∑（i=1)(Fi+Ri+Ni)／6∑（i=1)Fi和PEIR=6∑（i=1)Fi／6∑（i=1)(Ni+Ri);环境负荷率PELR和能值可持续指标PESI考虑了火电厂生态工业园节省的不可再生能源、可再生能源、投入能值和减少的环境负荷,即PELR=6∑（i=1)Fi／F’和PESI=PEYR／PELR．以朔州火电厂生态工业园为案例进行了能值分析,结果表明,该能值评价指标能全面度量火电厂生态工业园及其可持续性．