基于能值理论的农田—畜禽生产系统可持续动态

为了解我国东南丘陵山区农业生产动态及其可持续性,以福建典型山区德化县为例,构建废弃物能值比例、环境污染能值负产出等指标,运用能值理论定量分析德化县2007—2016年农田—畜禽生产系统投入产出、环境负荷及可持续性的变化。结果表明：德化县农田—畜禽生产系统能值投入以购买能值为主,占能值总投入的68%~79%,水资源能值约占21%~31%;畜禽子系统能值产出占72%以上;能值密度在2.68×10¹²~3.33×10¹² sej·m^-2之间波动上升,净能值产出率下降40%,环境负荷明显加重,2015年以来有所减轻;可持续发展指数在2007—2010年短暂上升后快速下降,由1.14降至0.42。从构建的指标来看,系统废弃物能值比例有所下降,环境污染能值产出减少约22%,综合经济效益和废弃物利用情况,近年来可持续发展状况逐渐好转。德化县目前正处于农田—畜禽系统产出结构调整期,应增加系统内部反馈能值用量,控制化肥、饲料投入,提高废弃物利用率,以实现可持续发展。     

粮食主产区种植业生态经济系统投入产出能值空间差异与态势研究——以河北省为例

为了揭示粮食主产区种植业生态经济系统能值投入与产出的空间格局特征,促进传统农业向生态型农业转变,论文以国家粮食主产区河北省为研究区域,基于能值理论与空间分析技术,估算了河北省138个县种植业主要投入产出能值指标,从地理学视角上,重点探讨各项能值指标的空间格局差异与分布趋势。研究结果显示:①河北省种植业生态经济系统投入与产出各项能值指标具有明显的空间地域特征,其区域空间分布地理特征差异显著;②能值投入率(EIR)高值区主要分布在石家庄-唐山-秦皇岛地区,平均值15.81,区域差异相对较大;③能值产出率(EYR)高值区主要分布在邢台-邯郸的东南部地区;④县级层次上有机能能值(F_R)、能值投入功率(EmPower)、能值产出功率(IEmPower)等种植业投入产出指标在省域范围内呈现出"U"型、倒"U"型、一阶型等空间分布趋势。在科学分析区域植业生态经济系统投入产出能值空间差异特点的基础上,提出了规模化经营、种植业结构科学调整等提高能值利用效率的建议与措施。     

江苏省沿海地区耕地系统能值分析及高效持续利用评价

采用能值分析法,在对耕地资源高效持续利用内涵及评价指标界定的基础上,对江苏省沿海区域2000-2008年耕地生态经济系统的高效持续性水平进行了评价。研究结果表明:①2000-2008年江苏沿海地区耕地生态经济系统资源环境负载指数(A₁)呈上升趋势,由2000年的0.9上升至2008年的1.573。在时间序列上,系统生产要素投入能值具有较强的稳定性,而初级生产力稳定性较弱。②研究区域耕地生态经济系统具有经济效益,集约化水平不断提高。但生产要素投入结构不合理,存在集约不经济现象,且生产要素投入结构差异性呈上升趋势。2008年土地集约度(B₁)为1.85×10¹⁶sej/hm²,不可更新资源与不可更新工业辅助能值投入比例达61.13%,比2000年均有明显增长。而产出投入能效指数(B₂)则呈现下降趋势,2008年为1.036 4,比2000年降低了15.90%。③2000-2008年农民人均能值占有量保持逐年增长,2008年已达1.08×10¹⁶ sej/人,比2000年增长了92.81%,这说明农民生活水平(C₁)越来越高。但从历年环比增长率分析,存在一定的不稳定性。2000-2008年间,研究区域耕地生态经济系统能值产出密度较不稳定,总体呈现倒V字型,2005年以来研究区域耕地生态经济系统能值产出密度呈缓慢下降趋势并趋稳发展,粮食安全压力较大。     

中国、韩国1980～2006年能值足迹与能值承载力

根据基于能值分析理论改进的生态足迹计算模型——能值足迹和能值承载力模型,在空间尺度上从地区一级上升到国家尺度,探讨能值足迹和能值承载力在国家层面上若干年时间序列的变化趋势,并以中国和韩国为例,对两国在1980~2006年（韩国1980~2004年）期间的能值足迹和能值承载力进行了计算与分析,探讨中国和韩国的可持续发展状况.结果表明,中国人均能值承载力由1980年的2.7362hm2下降到2006年的2.0547hm2,同时,人均能值足迹却由1980年的1.7715hm2上升到2006年的5.7903hm2.中国自1987年以来出现能值足迹赤字,且赤字数额逐年增加,到2006年已达到-3.7356hm2.韩国人均能值承载力由1980年度3.1871 hm2下降到2004年度2.5271 hm2,人均能值足迹由1980的1.1339 hm2上升到2004年的4.2419 hm2,韩国自1992年出现能值足迹赤字,之后虽有小幅波动,但总体趋势与中国类似,赤字数额逐年上升,到2004年已达-1.7147hm2.目前,中国已不能满足基本可持续性的要求,而韩国能够满足这一要求.     

基于能值分析理论的生态足迹模型及应用——以江苏省为例

在对传统生态足迹模型进行简要分析的基础上,提出基于能值分析理论的生态足迹计算模型。该改进生态足迹模型通过将生态经济系统中的各种能量流换算成对应的生物生产性土地面积,并比较计算得到的生态足迹和生态承载力,从而衡量研究区域的环境可持续发展状况。论文以江苏省为例,应用改进生态足迹模型分析其2003年生态经济系统的环境状况,得到人均生态承载力为0.2997hm₂/人,人均生态足迹为4.7228hm₂/人,生态足迹超过生态承载力,与传统生态足迹模型的计算结果相一致。但与传统生态足迹模型相比,改进生态足迹模型的计算结果能更真实地反映生态经济系统的环境状况。     

农垦北安局农业生态经济系统能值分析及可持续发展对策

文章运用能值理论分析方法,对黑龙江省农垦北安局2001年-2008年农业生态经济系统发展现状进行研究分析。研究结果表明,系统能值投入和产出呈逐年增长的趋势,能值自给率、人口承载力和净能值产出率呈下降趋势,能值投资率、人均能值使用量和能值密度呈增加态势,环境压力逐年增加。根据能值指标分析结果和经济发展现状,提出农业生态系统可持续发展对策。     

Sustainability assessment of a farm in the Chianti area (Italy)

In the study of agricultural systems, where land fertility and environmental conditions are primary factors, it is essential to consider both the efficiency and the environmental sustainability of processes. Emergy analysis, introduced by H.T. Odum [Science 242 (1988) 1132], is an approach developed at the interface between thermodynamics systems ecology. It was here used to obtain sustainability indicators and to assess the efficiency of a complex agricultural system, a farm in the Chianti area.The results for different crops were compared with Italian averages to obtain an idea of the long-term sustainability of this agricultural system. The cultivation of all the crops on the farm, except grapes, was more efficient and had less impact on the environment than the Italian standards. The Chianti grapes were compared not only with the Italian average but also with grapes of similar high quality, ‘Brunello di Montalcino’ and ‘Nobile di Montepulciano’, both grown in the same region. The production of grapes in the Chianti vineyard was more efficient and had an intermediate environmental impact, in the emergy sense, with respect to the other two systems.The proportion of emergy inputs to the farm that are local or renewable is quite high. Thus the emergy analysis demonstrated that the Chianti farm has a relatively good long-term sustainability considering both the whole system, and its individual crops.     

基于能值的哈萨克斯坦可持续发展评价

运用能值方法分析2014—2018年哈萨克斯坦的资源利用和可持续发展状况。结果表明：哈萨克斯坦的总能值使用量约有89.94%依赖于本土不可更新资源,且直接出口大量粗加工原材料（如石油、矿产、金属等）。该国能值货币比率较低（9.50×10¹¹~1.22×10¹² sej/$）,单位货币所购买能值量较小;能值产出率在16.87~26.11范围内波动,从基于能值的可持续发展指数来看,2014年该指数为0.90,系统发展缺乏可持续性;2015—2018年,该指数高于1,系统发展是可持续的。此外,哈萨克斯坦环境负荷较高,主要由于对本土不可更新资源的开采及利用效率较低。对此,提出了加强可再生资源开发力度、提升资源利用效率、改善对外贸易结构等建议,以期为促进哈萨克斯坦的可持续发展提供科学依据。     

陕北生态脆弱区小尺度生态恢复的生态经济承载力研究

为了研究生态恢复过程中复合承载力变化,以陕北县南沟小流域的生态恢复试验为例,应用能值方法揭示了该流域的动态可持续性.同时,应用情景模拟方法研究了在不同能值生活标准下的承载力变化,探讨了生态恢复对承载力的影响.结果显示,2002~2005年流域环境负载率（ELR）总体上有所下降,持续性指数（ESI）有所增加.流域可更新资源承载力、中国1996年生活标准下以及全球1999年生活标准下的人口承载力分别为938人（下限）、10853人和3020人（上限）.根据基于面积的承载力计算方法,流域可更新资源承载力和中国1996年生活标准下承载力分别为17844hm2和6572hm2,分别为流域面积的3倍和1.1倍.上述结果表明,生态恢复提高了流域资源利用和转换效率,环境负载率下降,流域现有人口及其生产规模基本在其承载力范围内,但已经接近上限.鉴于当前较低的生活标准,流域的承载力有待进一步提高.     

Sustainability assessment of a giant bamboo plantation in Brazil: exploring the influence of labour,time and space

Bamboo presents physical and mechanical characteristics, which turn it an alternative option for product development, replacing native or reforested wood. The sustainability assessment of a Dendrocalamus Giganteus species plantation in Brazil through the emergy methodology evidences a great weight of renewable (30% sej/sej) and human labour contributions (33% sej/sej). These contributions account for the great interface with environment and to the intensive work, respectively. The transformity value of bamboo production is 2.42E + 04 sej/J. The influence human labour has on the total emergy flow and on indicators is evaluated by taking into account different country locations (Brazil, Australia and China). Thus, a different transformity value for labour is assumed for each country. A ranking based on emergy sustainability index (ESI) values shows that bamboo production in China was the first placed, followed by Brazil and Australia (values of 1.18, 0.50 and 0.09, respectively). The insertion of indirect renewability embedded in labour results in the ranking modification, leading to plantation in Brazil in the first place, followed by the Australian and Chinese ones. The relative position of the bamboo systems is visualized in the ternary diagram expressed in terms of emergy. In an attempt to explore the relationship between sustainability and time, a graphic of ESI vs. global productivity is discussed in terms of a prospective evaluation. Indirect support areas of the bamboo production are calculated as a way to evaluate the sustainability-space relationship.     

不同资源环境梯度下吉林西部生态经济系统能值分析

利用能值方法,从东南-西北方向选取吉林西部长岭、乾安、大安、镇赉四县市进行不同资源环境梯度下生态经济系统演变的对比分析。结果表明1989-2001年研究区多项能值指标差异明显:①系统稳定性方面,降水相对较多的长岭和乾安稳定性强于镇赉和大安。能值密度及能值投入率为长岭>乾安>大安>镇赉。能值产出以及能值积累量呈增大趋势,增幅长岭>乾安>大安>镇赉;②系统产出结构变化显著,虽然种植业比例有所下降,但一直是长岭、乾安的主导产业,镇赉、大安畜牧业超过种植业成为主导产业,系统平均能值产出率为长岭(1.89)<乾安(1.96)<大安(1.99)<镇赉(2.29);③环境负载率长岭<乾安<大安<镇赉,可持续发展指数则相反;④资源环境条件尤其是降水是该区生态经济系统状态的重要影响因素。     

农业经营规模化发展对环境效率的影响——基于地块层面的实证分析

为探析农业规模化经营与农业环境可持续性之间的关系,对农业经营规模对农业环境效率的影响进行理论分析,并在此基础上构建了物料平衡原则下农业环境效率测算模型和农业环境效率影响模型.基于2004~2016年浙江省农户水稻种植地块层面的面板数据,实证检验了土地面积、劳动投入、资本投入和农业产出等农业经营规模指标对农业环境效率的影响.结果显示,农业规模化发展将因投入和产出的扩张以多种方式影响其环境效率,其中土地面积规模与农业环境效率之间呈倒U型关系,劳动投入和资本投入对农业生产环境效率均有负向的影响,而农业产出规模的增加将促进农业环境效率的提升.     

农业经营规模化发展对环境效率的影响——基于地块层面的实证分析

为探析农业规模化经营与农业环境可持续性之间的关系,对农业经营规模对农业环境效率的影响进行理论分析,并在此基础上构建了物料平衡原则下农业环境效率测算模型和农业环境效率影响模型.基于2004~2016年浙江省农户水稻种植地块层面的面板数据,实证检验了土地面积、劳动投入、资本投入和农业产出等农业经营规模指标对农业环境效率的影响.结果显示,农业规模化发展将因投入和产出的扩张以多种方式影响其环境效率,其中土地面积规模与农业环境效率之间呈倒U型关系,劳动投入和资本投入对农业生产环境效率均有负向的影响,而农业产出规模的增加将促进农业环境效率的提升.     

论中国农业持续发展研究中的若干问题

“持续农业的研究对象”、“农牧结合问题”、“粮食问题”“农业生产布局”以及“中国农业生产效率”一直是我国学术界与政策决策阶层争论与关注的热点。五大“热点”不仅影响我国农业生产的正确决策,也影响着我国农业研究的方向。作者根据近年研究实践,结合国内外的大量研究成果,从理论与实践２个方面对上述问题进行了实事求是的分析、论述。①“持续农业”是学术术语,并不是农业替代模式,持续农业的研究对象则是促进农业持续发展的技术体系与管理战略,以此促进农业向环境健康与安全的方向发展,并不是“创造”一种新的农业生产模式完全替代常规农业；②我国农牧结合研究依然停留在古时期“种植业提供饲料,畜牧业提供畜粪还田培肥地力”这一传统观念阶段。农牧结合研究应该在我国农、牧生产专业化进一步深化的基础上,从饲料能量蛋白质供给与消费平衡这一深层次上优化和把握农牧结合强度及其协调性,同时要高度重视我国畜牧业生产专业化可能引发的农、牧“分离”及其潜在的环境问题；③有计划地节制食物消费的增长速度、引导膳食结构的转变与合理引导并积极寻找粮食替代资源,是解决我国粮食生产在经济高速增长前提下粮食供需缺口不断扩张的主要途径；④我国种植业生产发展空间格局的重心应摆     

江苏省粮食生产时空变化及影响因素分析

为了研究江苏省农用地粮食生产的时空变化及其影响因素,论文分析了2000年和2006年江苏省农用地粮食单产和总产的空间格局及其变化情况,同时,分析了人为影响因素和气象因素对江苏省农用地粮食单产的影响。结果表明:江苏省农用地粮食单产空间分布差异表现为由南往北不断减少的格局,这个格局2006年与2000年相比没有发生改变,但是,随着近年表现出苏北和苏中粮食单产增加大于苏南的趋势,苏南地区的粮食单产优势在渐渐消失,苏中地区成为江苏省粮食单产的另一个高值区,局部地区接近苏南的单产水平。2000年粮食总产分布表现为高值区多中心的格局,高值区主要分布在苏中和苏北地区,但到2006年后粮食总产高值区在苏北和苏中连片,其他地方的高值区消失。从论文分析结果来看,人为影响因素和降水变化是江苏省近年农用地粮食生产空间格局变化的主要影响因素。粮食生产格局的时空变化需要引起有关部门的注意,其结论可以为相关部门提供决策参考。     

Emergy evaluation of Sicilian red orange production. A comparison between organic and conventional farming

This study examines, by using emergy analysis, the production of red orange in Sicily in order to evaluate resource use, productivity, environmental impact and overall sustainability. Four different sicilian farms were studied in order to compare conventional with organic production. Several indices derived from the emergy evaluation were used: the emergy yield ratio (EYR); the environmental loading ratio (ELR); the index of sustainability (SI). Organic orange production appears to use more renewable resources and less purchased energy and materials.     

中国经济持续发展水平的能值分析

在对现行可持续发展水平度量方法进行简要评述的基础上,提出了以能值分析(EMA)为理论支撑的区域性可持续发展评价指数。作为案例研究,计算了中国1978～1998年经济系统的可持续发展指数(ESI)。中国经济系统的ESI从高到低的变化历程表明,以经济系统能值流来衡量,中国经济发展的可持续性处于下降态势,表征为前期下降剧烈,目前趋于平缓。具体表现为对资源特别是能源的过度消耗以及对环境的持续强大压力。     

1990—2014年中国煤炭运输网络的时空特征研究

煤炭资源在中国能源生产和消费中起到举足轻重的地位,“北富南贫、西多东少”的煤炭资源区域分布特征促成了煤炭运输网络的形成和演化。论文基于1990—2014年中国31个省（市、区,香港、澳门、台湾缺少数据,未包含）的煤炭输出输入矩阵数据,采用社会网络分析方法,分析了中国煤炭运输网络的整体时空演变特征,以及各网络节点在煤炭运输网络中的地位作用。研究结果表明：1）中国煤炭运输网络密度呈现波动状态,经历1990—2000年的快速提升、2000—2010年的先减速后加速与2010—2014年的缓速增长,局部波动原因与煤炭政策变化、煤炭产能过剩、海外进口增多等相关。2）煤炭网络外向中心势显著大于内向中心势,煤炭调出集中控制在少数省区,而煤炭调入具有普遍需求性。3）基于网络凝聚子群分析,中国煤炭运输网络可以分为东北-华北地区、中南地区、东南地区、西南地区和西北地区5个子群,各子群之间的网络联系差异较大。4）基于对31个省（市、区）程度中心性、接近中心性、中间中心性的分析,煤炭运输网络核心节点发生了较大变化,山西的网络控制力有所下滑,内蒙古和陕西影响力近年显著上升甚至超过山西,贵州、河北、湖南、辽宁的控制作用提升成为核心节点,河南、四川、宁夏、山东、江苏、甘肃等核心作用明显跌落。     

基于能值分析的小型港口可持续发展评价:以海阳港为例

运用能值分析构建小型港口发展可持续性评价模型和指标体系,以中国山东省烟台市海阳港为研究对象,利用2015年数据分析和评价了该港口生态经济系统的特征和可持续性。研究结果表明:（1）2015年海阳港生态经济系统的能值总投入为2.91×1021 sej,不可更新工业辅助能占主体地位;（2）能值自给率、集疏运稳定性、净能值产出率、单位吞吐量能值消耗、能值生态承载力和可持续发展能力指标均低于同行业或同地区平均水平,废弃物能值比率、环境负荷率、能值交换率和能值密度指标处于较高水平;（3）存在对可更新自然资源利用少、来自外部购买能值比例过高和对污水、固体废物缺乏有效的综合利用的问题;（4）有必要在节约能源、设备降耗、利用可再生能源、水资源循环利用和构筑物造价控制5个方面采取有效措施,增强港口可持续发展能力。     

Assessments on emergy and greenhouse gas emissions of internal combustion engine automobiles and electric automobiles in the USA

Increasing energy consumption in the transportation sector results in challenging greenhouse gas (GHG) emissions and environmental problems. This paper involved integrated assessments on GHG emissions and emergy of the life cycle for the internal combustion engine (ICE) and electric automobiles in the USA over the entire assumed fifteen-year lifetime. The hotspots of GHG emissions as well as emergy indices for the major processes of automobile life cycle within the defined system boundaries have been investigated. The potential strategies for reducing GHG emissions and emergy in the life cycle of both ICE and electric automobiles were further proposed. Based on the current results, the total GHG emissions from the life cycle of ICE automobiles are 4.48E + 07 kg CO₂-e which is 320 times higher than that of the electric automobiles. The hotspot area of the GHG emissions from ICE and electric automobiles are operation phase and manufacturing process, respectively. Interesting results were observed that comparable total emergy of the ICE automobiles and electric automobiles have been calculated which were 1.54E + 17 and 2.20E + 17 sej, respectively. Analysis on emergy index evidenced a better environmental sustainability of electric automobiles than ICE automobiles over the life cycle due to its higher ESI. To the authors’ knowledge, it is the first time to integrate the analysis of GHG emissions together with emergy in industrial area of automobile engineering. It is expected that the integration of emergy and GHG emissions analysis may provide a comprehensive perspective on eco-industrial sustainability of automobile engineering.