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。     

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。     

基于能值的生态足迹模型及其在资源型城市的应用

为衡量和评价区域发展的可持续状况,针对传统生态足迹模型以土地生产力为基础的不足,结合能值理论和方法,运用能值转换率和能值密度对模型进行改进,建立基于能值的生态足迹模型。改进的模型重点在采用区域能值密度,更加全面真实地反映区域生态承载力的大小以及区域发展模式下生态足迹的需求。能值-生态承载力的计算主要考虑区域可更新自然资源和生物生产性土地的可更新部分;能值-生态足迹计算人民生活需求资源消费量和区域经济发展的资源出口量。模型应用的结果为:资源型城市徐州市2006年人均能值-生态承载力1.03hm2,人均能值-生态足迹37.76hm2,分别是其他改进模型计算结果的4.4倍和4.3倍。如果不进行能值转换率的全球能值基准转换,能值-生态承载力将是2.6倍。生物生产性土地的可更新部分在徐州生态承载力中占有很大比重;当地承载了其他地区发展所需要的大量能值-生态足迹(出口资源)。可持续性评价指数为0.97,表明在为其他地区发展做出巨大生态贡献的同时,徐州的可持续发展状况十分堪忧。适度控制资源开采规模,延长产业链,增加出口产品附加值;开发利用可再生能源是资源型城市兼顾社会经济发展和生态环境持续的发展策略。     

麻风果油为原料的生物柴油生产全过程能值分析

生物柴油作为石油的替代能源之一,已在我国开始了产业化应用。采用能值分析方法对以麻风果油为原料的生物柴油生产全过程,包括麻风树的种植、麻风果实的运输、麻风果油的榨取、果油酯化4个过程以及废水的处理进行了评价,从可更新资源、不可更新资源和购买资源入手构建了能值评价指标体系,并与大豆油为原料的生物柴油、小麦为原料的生物乙醇进行了比较。结果表明麻风果油生物柴油的能值转换率是1.67×1013sej/kg,能值产出率是1.85,环境负载率是6.84,可持续发展指数是0.271。比较得出,麻风果油能值转换率是大豆油的3倍,是生物乙醇的2倍;相同经济能值的投入,麻风果油能值产出率最高,但对环境的依赖程度也更强;可持续发展指数三者相差不大。原料的非食用性方面,与大豆生物柴油、生物乙醇相比,麻风果油有很大的优势,具有发展潜力。     

农田生态条件下玉米秸杆腐解过程腐解物的热解变化特征

用热分析法研究了农田生态条件下玉米秸杆腐解过程腐解物的热解变化特征 ,并探讨了腐解物中不同组分对腐解物热解特征的影响。结果表明 ,腐解物 DTA曲线的 2 80℃、3 3 0℃、4 50℃放热峰 ,DTG曲线的第二失重峰和 h330℃ /h4 50℃ 值可作为表征腐解进程的特征峰和特征值。由腐解物 DTA、DTG所得能量各参数 ( ΔH,E)与文献 [3 ]所述腐解物能态 ( Qv)呈现波动起伏 ,趋于稳定 2个阶段相符 ,二者相互印证 ,显示热分析方法用于植物残体腐解进程研究的可行性。 DTA的2 80℃放热峰主要由苯 -醇溶性物、水溶性物引起。苯 -醇溶性物、水溶性物和纤维素、半纤维素是影响腐解物热解及其能态变化特征的主要物质组分。木质素组分对腐解后期腐解物的热解及其能态特征趋于稳定具有重要作用     

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。     

21世纪以来闽三角城市群人类景观开发强度的时空演变——基于能值-GIS方法

在快速的城市化进程中,城市群作为城市发展到成熟阶段的高级空间组织形式,其在推进城市群区域社会经济一体化的同时,也在一定程度上加剧了城市群的人地关系矛盾和景观开发强度。为量化城市群的人类景观开发强度,揭示自然环境对人类资源消耗过程的压力响应机制,选取闽三角城市群在2000、2005和2013年的夜间灯光数据(DMSP/OLS)作为刻画人类经济活动范围的基础数据,通过能值分析理论,耦合可更新能源(太阳能、风能、地热能和降雨化学能等)与基于统计数据的不可更新能源进行能值核算,并进一步描述人类景观开发强度(Landscape development intensity,LDI)的时空演变特征,基于人类活动对自然生态系统的干扰程度划分为5级进行空间展示与分析。结果表明:(1)在时间尺度上,闽三角城市群的年可更新能值密度均值在2000、2005和2013年,分别为9.42×10~(16) sej/hm~2、7.25×10~(16) sej/hm~2和7.88×10~(16) sej/hm~2,呈现出先减后增的趋势,在空间尺度上,闽三角城市群可更新资源由环海湾地带向内陆地区呈环形逐层增加,其中在2000年表现尤为明显;(2)在不可更新资源的利用上,闽三角城市群的本地不可更新能源能值投入在2000、2005和2013年,分别为4.64×10~(24) sej、4.63×10~(24) sej和4.66×10~(24) sej,只出现轻微浮动,而外部输入能源的能值投入则在2000、2005和2013年,分别为1.41×10~(24) sej、3.18×10~(24) sej和5.71×10~(24) sej呈现逐年上升趋势,且其中对原煤的需求表现最高,占比高达90%;(3)LDI在空间分布上,自内陆至沿海干扰等级逐渐上升,其中,强度干扰与剧烈干扰主要覆盖厦门市、龙海市、晋江市和石狮市;在时间分布上,呈现出强度干扰和剧烈干扰逐渐增大的趋势。研究有助于政府对不同干扰等级区域的城乡建设与规划管理提供决策依据,为实现城市群可持续发展提供数据参考。     

基于化肥施用控制的稻田生态补偿标准研究——以南京市溧水区为例

农田生态补偿作为一种控制化肥用量与面源污染的公共政策工具,其补偿标准将决定政策内化外部效应的实际效果。以南京市溧水区水稻种植户为对象,综合运用成本收益法、能值分析法和双边界二分式CVM法,测定基于政府和农户双重视角下的稻田化肥减施生态补偿标准。研究结果表明:化肥污染环境成本量化视角下南京市水稻种植过程中的折纯化肥投入参考值为268.75 kg hm~(-2)a~(-1),相比2017年南京市的实际化肥用量312.48 kg hm~(-2)a~(-1)仍有约14%的下降空间;绝大多数种植户愿意在接受平均补偿标准为882.49元hm~(-2)a~(-1)的前提之下减少化肥投入至参考用量;受教育程度越高、家中务农人数越多、化肥投入成本越高的稻农更倾向于接受生态补偿,而种植面积较大的农户以及年长男性种植户对减施化肥持更谨慎的态度。研究结果为南京市农业面源污染防治和稻田生态补偿标准制定提供了一定的理论支撑,在实际补偿发放过程中,单一的补偿标准无法保障公平公正,需建立与作物种植类型、化肥减施成效相挂钩的分级生态补偿制度,从而激励农户尽可能减少化肥投入。     

有机碳化合物对鱼腥藻7120生长的影响

在培养基中添加多种有机碳化合物对鱼腥藻7120进行培养。结果表明,葡萄糖的存在能明显地促进细胞的生长,但细胞仅能有限地利用葡萄糖;细胞混合营养生长的饱和光强约为80μEm^-2s^-1。乙酸、蔗糖、乙醇和甘油对细胞生长的影响不很显著,乳酸、柠檬酸、谷氨酸和甘氨酸表现出明显的抑制作用。鱼腥藻7120不能利用葡萄糖进行化能异养生长和光激活的化能异养生长,但有轻微的光异养现象。     

锰矿修复区植物生态系统自由能与化学势分析

基于热力学理论建立了生态系统Gibbs自由能方程,用以计算湘潭锰矿生态修复区植被系统的自由能(G)和物种化学势(μ)。生态修复区(及对照区)以泡桐(Paulownia fortunei)和栾树(Koelreuteria bipinnata)作为建群植物,总面积为4 hm~2,修复区泡桐和栾树的根际施用了含有自试验点废弃矿渣中筛选出的耐性菌株的有机菌肥,目的是为植物生长提供必要养分和降低根际土壤重金属毒性,对照区泡桐和栾树的根际施用了等量的化肥。泡桐和栾树种植后5 a期间,修复区与对照区均自然萌发生长了许多本土植物种类。试验结果表明,修复区植物种类数达到48,为对照区的3.7倍;修复区的总生物量、锰吸收量分别达到23324 kg/hm~2和4280 g/hm~2,为对照区对应值的20.6和2.6倍;修复区系统自由能G远远大于对照区的值,说明有机菌肥具有显著的改良污染土壤根际环境的效果。修复区和对照区植物种类之间的化学势μ均存在显著差异(P0.001),μ值差异范围分别为-3.79—6.76和-3.42—3.59,该一差异反映不同物种适应和修复锰污染环境的能力。G和μ值包含了生态系统生产力、生物多样性,植物种类生长势、重金属富集能力、生态学行为等综合信息,能反映生态系统与立地环境的关系和修复植物的生态学特性,可作为重金属污染区植被修复效果评价和修复植物筛选的重要指标。