生态经济系统的一种整合评价方法:能值理论与分析方法

能值理论与分析方法是目前系统生态学和生态经济学发展的新成果，为复合生态系统开拓了一条定量研究途径，是连接生态学和经济学的桥梁。其理论研究与实践应用具有重要的科学意义和应用意义。文章论述了能值分析理论与分析方法的产生背景、过程、主要的基本概念、特点，指出了其需要解决的问题；并以种植业系统为例，简要介绍了能值分析的基本方法和步骤以及能值指标的计算。     

西藏生态经济系统的能值分析与可持续发展的政策建议

运用生态经济学的能值理论与方法，以能值作为价值的度量单位，对西藏主要自然资源的状况、可开发利用潜力及其与外界的交流进行了系统的分析，对能值用量、环境负菏率、能值/货币比率、能值自给率、能值功率密度等种指标，与其他国家或地区进行了比较研究，最后就西藏资源的合理开发和可持续发展问题，提出了一些政策建议。     

城市复合生态系统能值整合分析研究方法论

系统阐述了城市复合生态系统能值分析的基本概念原理与方法步骤,总结了城市可持续发展综合能值评价指标体系。在此基础上,从能值转换率的积累和统一、多尺度研究的整合与尺度推绎、城市功能流分析与空间结构分析的整合、能值成本价值论与使用(市场)价值论的整合等方面,讨论了能值研究方法在城市生态系统研究中的应用前景和发展方向。     

城市生态系统代谢的能值研究进展

城市环境问题的深层原因是城市代谢过程出现了问题.城市代谢研究,是分析城市在人类各种活动影响下,如何将取自生态系统的物质和能量进行转换、利用与处理的过程,成为评价城市可持续发展的重要依据.早在19世纪末,就有有关能量流分析社会代谢的概念;近期最具代表性的是HowardT.Odum.首先从城市代谢研究的兴起和发展出发,然后分环境评价、空间层面、动态模拟三方面,对Odum的能值方法在城市代谢分析中的应用进行了回顾.环境评价方面以生态经济学为理论基础,提出发展具有生物物理基础的能值方法,对城市代谢的生态评估更为恰当;空问层面结合景观生态学,为区域空间规划提供了参考,并指出土地利用变迁与社会代谢间的相关性研究为当前的核心问题;动态层面仍以系统生态学建立整合性系统模型为基础,但空间系统模拟方法的发展仍处于起步阶段.各个学科与方法的整合促进了城市代谢研究的进一步深化.最后,建议未来应用能值研究城市代谢的4个研究方向有:(1)城市代谢与可持续发展之间相互关系的研究;(2)城市代谢与土地利用变迁相互驱动的模型发展;(3)基于代谢过程的城市管理对策研究;(4)全球环境变迁对土地利用和城市代谢的影响.     

产业生态系统多尺度能值整合评价方法

能值分析方法为自然环境资源与人类社会、经济的统一评价提供了新的思路,但面对当今产业生态学发展的实践需求,在多尺度整合分析、动态模型构建等方面仍显薄弱,需要与经济学等其他学科相对成熟的分析方法与模型加以整合。文章以能值综合方法为核心介质,从成本分析与效果分析的整合、能值分析与区域经济分析的整合,以及能值分析表与投入-产出矩阵模型的整合三个方面进行了产业生态学的能值整合研究方法的具体构建,以促进能值理论方法与产业生态学研究需求的进一步耦合。     

基于能值方法的广东省农业系统分析

采用能值理论和方法对广东省农业系统的能值投入结构和产出特征进行分析,以期弥补单纯经济分析中出现的自然环境投入价值缺失的不足,并尝试加入农业基本建设投资和农业保险的计量,完善系统投入结构的能值计算。同时,引入Y*/Y指标使广东省农业系统的生产水平与全球平均水平相比较,以利于评价广东省农业系统的生产力及其发展水平,并为其优化发展提供理论依据和现实指导。研究结果:广东省农业系统2003年的能值投资率(3.12)、环境负载率(1.70)、能值/货币比率(4.26E 12sej.$-1)、净能值产出率(1.25)和Y*/Y(0.96)。上述结果与中国平均水平、中国其他省份以及一些发达国家(如意大利和日本)的相应指标比较,表明广东农业系统发展水平高于全国平均水平,低于发达国家。系统能值投入产出结构分析发现,不可更新的工业辅助能值占系统投入总能值的61.92%。为此,应进一步提高农业的可更新能值投入和优化投入结构。     

国际能值研究热点和前沿的可视化分析

能值用以表征一种流动或储存的能量所包含另一类别能量的数量,即产品或者劳务形成过程中消耗的总能量,常以太阳能为度量标准。能值作为生态经济学中的新概念,它的提出实现了物质流、能量流、经济流、人口流和信息流等的统一量化,架设了“环境与经济间的桥梁”,能值理论和应用目前已成为生态经济学研究的热点领域,能值分析方法正日益发展成为生态经济系统评价的基本工具。文章首先以Web of Science数据库中1998─2013年间收录主题为“emergy”的文献为基础数据,对能值研究的学科、时间、区域和机构等分布情况进行了统计分析,发现能值研究文献数量呈逐年上升趋势,主要分布在生态、环境及能源相关学科,中、美、意大利3国及锡耶纳大学、北京师范大学、北京大学、中国科学院和佛罗里达大学等研究机构表现出较强的研究实力。其次,利用CiteSpace软件绘制了能值研究文献的共被引知识图谱,对其知识基础及核心作者的影响力进行了探讨。图谱研究显示,Odum H T、Brown M T、Hau J L、Ulgiati S等学者及其代表作品对能值理论知识基础的构建及相关研究的推进奠定了坚实的基础。最后,通过对能值研究领域出现关键词及膨胀词的共词分析与词频分析,绘制出能值领域的研究热点演进脉络,并探测环境可持续性、可持续发展、生态系统服务、电力生产、能值核算、生命周期研究法等前沿命题,可见系统可持续发展及能值与其它理论方法的结合应用将成为能值研究的新热点。目前能值研究文献数量持续增长,但其理论研究速度落后于应用范围及领域的延伸速度,能值转换率及评价指标体系已无法满足小区域、微观小系统的研究需求,核心作者及代表作品较少,且欠缺与动态模型及仿真技术的结合应用。因此,未来能值研究     

海南省农业能值分析

应用ＯｄｕｍＨＴ创立的能值分析理论和方法,对海南省农业进行了分析和评价,结果表明：由于自然条件得天独厚,环境资源对农业的贡献很大,环境资源能值占能值利用率的３０％,高于全国平均值（１３％）;净能值产出率为１．２７,高于日本和意大利,可以作为一种能值来源;农牧渔业产品的宏观经济价值远大于市场价值,农业生产中有相当大一部分环境资源无偿投入;环境承载指标为２．４４,远低于日本和意大利,环境压力较小,发展潜力很大。进而提出促进农业持续发展的有关建议与设想。     

三水市农业生态系统经济能值投入产出分析

进行生态学与经济学系统分析方法的交叉探索,将能值这一全新的生态经济度量尺度引入经济学投入产出分析表,对广东省珠江三角洲三水市农业生态系统经济能值的直接消耗系统和完全消耗系统分析,弥补经济学分析中自然环境投入价值缺失的同时,为复合系统能值分析中各系统间互作分析的量化评价探索了新的途径。分析结果表明:三水市农业生态系统中种植业、渔业、畜牧业和林业之间存在经济能值的依存关系,有着直接的相互作用。种植业、渔业和畜牧业子系统间的经济能值交流网络较为发达。在种植业、渔业、畜牧业和林业中,渔业对种植业的完全消耗系数最大,达到3.461×10-2,畜牧业对种植业的完全消耗系数也最大,达到了8.423×10-2;种植业对渔业的完全消耗系数最大,达到了7.685×10-2。林业与种植业、渔业、畜牧业互相的完全消耗系数都比较小,林业和其它三个子系统的经济能值交流较弱。种植业子系统是整个三水市农业生态系统的基础,渔业和畜牧业在种植业的基础上发展,对物质和能量的再利用起了重要作用。林业子系统是三水市农业生态系统内部物质能量交流网络的薄弱环节。三水市农业生态系统的内部结构有待进一步调整,以加强各子系统间的互作,提高物质与能量的使用效率。     

广州与上海城市生态系统能值的分析比较

利用能值分析理论和方法,从自然—社会—经济复合生态观角度对广州和上海的各种生态流进行比较研究。结果表明上海的经济发达程度、居民的能值福利和环境压力都比广州的高,广州在自然可更新资源和人口承载量方面明显优于上海,具有更大的可持续发展潜力。从能值理论和可持续发展角度分析,广州应加强科技力量和提高自然资源的利用效率,上海应在控制人口的基础上探讨更合理的发展模式。     

烟台市生态经济系统的能值分析

利用能值分析方法分析了2013年烟台市生态经济系统的能值流动状况,并提出了相应的能值利用调控对策。2013年烟台市生态经济系统的能值总用量为2.630×1023 sej,人均能值用量为4.044×10^16 sej,能值自给率为22.6%,能值密度为19.14×10^12sej/m^2,能值货币比率为2.848×10^12sej/,电力能值占能值总用量的比例为5.6%,由可更新资源及其产品支持的人口承载力为16.19×10^4人,由可更新资源及其产品、进口产品及技术共同支持的人口承载量为518.6×10^4人,能值可持续指标值为4.986。将上述计算结果与其它国家和地区进行比较表明：虽然目前烟台市经济较发达,能值利用效率和人民生活水平较高,生态经济系统的能值使用总体上符合区域可持续发展的要求,但系统能值自给率较低,生态环境比较脆弱,经济增长对外部输入的能源和资源依赖性较强。据此,提出了调整产业结构、转变经济增长方式、加强电力资源开发、发展科学教育事业等能值利用的调控对策。     

北京城市生态系统的能值动态分析

采用能值理论与分析方法,对北京市1990~2001年间的能值结构动态进行了分析,并采用人均能值、能值密度、生态功能潜力、人口基本承载力、能值自给率、能值货币比率、环境负载率、输入能值比等重要能值指标对该时期北京市城市生态系统的能值状况作了详细分析。研究表明,北京城市生态系统正处于较高发展水平,已基本跨入发达国家水平的行列;但高强度、快速发展给本市带来了巨大的生态环境压力,未来北京的可持续能力建设已势在必行。文章也提出了北京城市生态系统可持续发展能力建设的基本方向。     

The solar transformity of petroleum fuels

Petroleum fuels are the primary energy basis for transportation and industry. They are almost always an important input to the economic and social activities of humanity. Emergy analyses require accurate estimates with specified uncertainty for the transformities of major energy and material inputs to economic and environmental systems. In this study, the oil refining processes in Italy and the United States were examined to estimate the transformity and specific emergy of petroleum derivatives. Based on our assumptions that petroleum derivatives are splits of a complex hydrocarbon mixture and that the emergy is split based on the fraction of energy in a product, we estimated that the transformity of petroleum derivatives is 65,826 sej/J ± 1.4% relative to the 9.26E+24 sej/year planetary baseline. Estimates of the specific emergies of the various liquid fuels from Italian and U.S. refineries are within 2% of one another and the relationship of particular values varies with the refinery design. Our average transformity is only 1.7% larger than the current estimate for petroleum fuels determined by back calculation, confirming the accuracy of this transformity in existing emergy analyses. The model uncertainty between using energy or mass to determine how emergy is split was less that 2% in the estimate of both the transformity and specific emergy of liquid fuels, but larger for solid and gaseous products. This study is a contribution to strengthen the emergy methodology, providing data that can be useful in the analysis of many human activities.     

广东省农业现代化科技示范区的能值分析与评价指标研究

为了从生态经济学角度揭示农业现代化示范区园区的生态经济运行质量,探索一条能更客观、更简单地评价农业科技园区的新途径,文章运用能值理论和方法,分析和评价了广东省农业现代化科技示范区的能值投资率、能值产出率、能值密度、人均能值用量、环境负载率、能值生产率、每万元产值消耗能值和基于能值分析的可持续发展指数等指标,并从中筛选出其能值评价的主要指标。主要结果如下,(1)从2000—2004年,广东省农业现代化科技示范区的总投入能值和总产出能值呈现快速增加的趋势,能值密度和环境负载率持续增加,人均能值使用量,能值投资率和能值生产率呈波动增加的趋势,而能值产出率,可持续发展指数和每万元产值消耗能值呈波动下降的趋势。这说明该示范区总体上呈现快速发展的趋势,经济实力和科技竞争力不断增加。(2)本研究运用主成分分析法、因子分析法和实证对比研究法提出评价农业现代化科技示范区的最佳指标是人均能值使用量和环境负载率。     

“奶牛-沼气-牧草”循环型农业系统的能值分析

为探讨“奶牛-沼气-牧草”循环型农业模式（模式I）的结构功能和生态经济效益,应用能值分析方法对其进行研究,并与单一奶牛养殖模式（模式Ⅱ）进行比较。结果表明：模式Ⅰ的净能值产出率（4．06）比模式Ⅱ（4．13）低;模式Ⅰ能值可持续发展指标值为10．27,模式Ⅱ为9．57,模式Ⅰ具有更高的可持续发展能力;模式Ⅰ的环境负载率（0．11）低于模式Ⅱ（0．12）,并且模式Ⅱ能值废弃率为21．72％,模式I为0,因此模式Ⅰ对环境的压力小;模式Ⅰ产出能值反馈率达到30．63％,系统自组织能力强。模式Ⅰ的净效益是模式Ⅱ的1．13倍,但产投比是模式Ⅱ的97．64％。以能值-货币价值计算的生态经济效益分析结果与实际经济效益分析结果基本一致。因此,模式Ⅰ具有环境压力小、自组织能力强、可持续发展能力较强的特征,但仍需进一步优化系统内部结构,提高生产效率。     

"奶牛-沼气-牧草"循环型农业系统的能值分析

为探讨奶牛-沼气-牧草循环型农业模式(模式Ⅰ)的结构功能和生态经济效益,应用能值分析方法对其进行研究,并与单一奶牛养殖模式(模式Ⅱ)进行比较。结果表明:模式Ⅰ的净能值产出率(4.06)比模式Ⅱ(4.13)低;模式Ⅰ能值可持续发展指标值为10.27,模式Ⅱ为9.57,模式Ⅰ具有更高的可持续发展能力;模式Ⅰ的环境负载率(0.11)低于模式Ⅱ(0.12),并且模式Ⅱ能值废弃率为21.72%,模式Ⅰ为0,因此模式Ⅰ对环境的压力小;模式Ⅰ产出能值反馈率达到30.63%,系统自组织能力强。模式Ⅰ的净效益是模式Ⅱ的1.13倍,但产投比是模式Ⅱ的97.64%。以能值-货币价值计算的生态经济效益分析结果与实际经济效益分析结果基本一致。因此,模式Ⅰ具有环境压力小、自组织能力强、可持续发展能力较强的特征,但仍需进一步优化系统内部结构,提高生产效率。     

Sustainability indicators for environmental performance and sustainability assessment of the productions of four fine Italian wines

Increased awareness of the importance of environmental protection and the introduction of international standards like ISO 14001 stimulated development of environmental sustainability indicators as a means to measure systems environmental performance. Here, a thermodynamic approach, emergy analysis (Odum, 1988) was used to obtain sustainability indicators able to analyse and quantify the productive and ecological performance of four famous Italian wine productions: Chianti, Brunello di Montalcino, Nobile di Montepulciano, and Barbera d'hti. The application to agricultural production was motivated by the growing need for productive and environmentally sound development in modern agriculture, in which the resource base, the environment, is preserved. The choice of wines, more precisely, grape production, is due to their importance for Italian agriculture and the economy. All the wines demonstrated a good long-term environmental sustainability, especially in view of their high quality and in comparison with the average Italian wine production. Emergy analysis proved a powerful tool for assessing environmental performance of these systems, and its use could easily be extended to other wine productions to obtain a form of environmental performance classification of this product. Systematic use of emergy analysis to assess environmental performance of different processes and products, not necessarily in agriculture, could be useful for environmental certification.