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。     

太湖流域农田生产-畜禽养殖系统氮素流动特征

为应对太湖严峻的水体富营养化现状,从源头上降低面源污染负荷,基于物质流分析法与质量守恒原理,研究了常熟市辛庄镇农田生产-畜禽养殖系统的氮素流动通量、流动效率及环境负荷,并用实测值进行了参数校正. 结果表明:2000—2012年,辛庄镇农田生产子系统的单位面积氮素流动通量呈下降趋势,而畜禽养殖子系统的单位面积氮素流动通量则在42.5~50.9 kg/hm2范围内持续波动. 氮素利用率与氮素循环利用率均较低,氮素环境损失率较高,系统损失的氮素中有54.5%进入周围水体. 2000年以来,作物种植与畜禽养殖对辛庄镇环境氮负荷的贡献率分别在38.8%~50.2%与25.4%~35.8%之间波动. 辛庄镇农田施氮量为310.8 kg/hm2,人畜排泄氮量为61.1 kg/hm2,分别远高于全国平均值(197.2和18.6 kg/hm2). 过量施用化学氮肥与畜禽粪便的大量排放是辛庄镇环境氮负荷加重的主要原因. 辛庄镇高投入高产出的农业生产方式加大了太湖水环境修复的难度. 建议调整作物种植与畜禽养殖结构,推广科学施肥与生态养殖,将农田生产与畜禽养殖结合形成产业链,以此减轻氮素环境负荷.      

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。     

基于能值分析的农垦北安局农业生态系统现状研究

文章运用能值理论分析方法,对黑龙江省农垦北安局农业生态经济系统发展现状进行研究分析。研究结果表明,目前北安局农业生态系统投入的能值总量为2.76×1021sej,总能值产出为7.99×1021sej。能值可持续指数ESI值为1.02,为发展型经济,可持续性较好,但ESI接近1,说明系统发展对不可更新资源利用较大,还远未达到高产投比状态,具有较大的发展潜力。因此,应当在生态农业建设时,因地制宜,进一步进行农业结构调整,促进农业经济的可持续发展。     

近20年来广东省农业面源污染负荷时空变化与来源分析

广东省农业面源污染负荷产生量大,对区域生态环境造成严重影响.采用清单分析法分析了近20年(1999～2019年)广东省农业面源污染负荷时空变化特征,探讨了农业面源污染的来源情况,并分析了农业生产投入强度、农业面源污染负荷和农业面源污染指标的关系.结果表明,近20年广东省农业面源污染总负荷下降6.08%,其中化学需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)的污染负荷增幅分别为-11.88%、 4.99%和26.17%,耕地化肥和农药投入强度分别上升112.19%和60.38%.珠三角地区是广东省农业面源污染负荷最高的地区,其次分别是粤北、粤西和粤东地区.畜禽养殖是COD的主要来源,化肥和畜禽养殖是TN的主要来源,畜禽养殖和水产养殖是TP的主要来源,且水产养殖污染物排放占比呈现出明显上升趋势.不同区域的污染物来源存在一定差异,粤西、粤北和粤东地区COD和TP主要来源是畜禽养殖,TN的主要来源是化肥;珠三角地区水产养殖业成为TN和TP污染负荷的主要来源.广东省面源污染负荷总量下降主要源于城镇化水平的提高和农村人口比例减少.总体而言,广东省面源污染存在时间阶段性变化与空间差异,应当采取全面治理...     

安徽省畜禽粪便污染耕地、水体现状及其风险评价

以安徽省耕地、水体的环境保护为出发点,依据2001～2009年安徽省畜禽养殖数据,采用排泄系数法估算畜禽粪便量,在此基础上计算安徽省各地畜禽粪便耕地污染负荷及水体等标污染负荷指数,并对各地区畜禽粪便对耕地和水环境的污染现状进行风险评价.结果表明,2008～2009年安徽省平均产生0.67亿t粪便,畜禽粪便耕地污染负荷及纯N、纯P耕地负荷量平均值分别为16.2 t.hm-2、83.8 kg.hm-2和34.5 kg.hm-2;耕地污染指数为0.36,处于Ⅰ级预警级别范围;水环境等标污染负荷指数为7.03,各地区畜禽粪便对耕地和水环境污染存在较大差异.2008～2009年与2001～2002年相比污染状况有不同程度下降,但其中P素污染比例有上升的趋势;2008～2009年畜禽粪便对耕地、水体造成双重污染的地区为合肥、宿州、蚌埠,这些地区的环境问题应引起注意.     

烟草废弃物快速堆肥过程中重金属Cd形态变化特征

以烟草废弃物为原料,活性土壤为载体建立堆体,研究重金属镉的形态变化,及堆肥过程中的动态变化规律。结果表明,烟草废弃物与活性土壤混合能快速腐熟。堆肥总质量下降,重金属镉含量相对增加。重金属镉的铁锰氧化态比例增加19%,有机结合态比例在堆肥升温阶段增加,腐熟后有所下降。残渣态比例大幅度上升,增加达到5倍,且在腐熟阶段增幅最大。说明堆肥处理有利于降低重金属镉的活性。     

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。     

庆阳市环境-经济耦合系统动态演变趋势分析:基于能值理论与计量经济分析模型

分析了1978～2007年庆阳市环境-经济系统的能值流量与能值效率的演变轨迹.并以环境负荷率(ELR)、能值废弃率(EWR)作为环境压力指标,运用协整检验、Granger因果检验和向量误差修正模型(VECM),通过分析人均GDP与环境压力指标变量之间在时序维度上的因果关系和相互影响程度,进一步阐述经济与环境系统的耦合关系及其动态特征.结果表明,庆阳市经济发展对不可更新资源的依赖度大,环境-经济系统的产出效率总体下降,但环境负荷不断上升.计量分析表明,经济增长与环境压力之间存在单向因果关系,且已形成"恶性循环圈",环境-经济耦合系统表现出不可持续的发展态势.     

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。     

基于能值分析的闽三角城市群代谢可持续性评估

城市群作为区域发展战略核心和经济建设的引擎,是城市间相互协同,发挥聚集效应一体化城市群体。城市代谢系统是城市发展过程中物质、能量、货币和人类劳动力综合协调的自组织系统。城市代谢系统失调被认为是导致城市人口负荷过载、城市环境污染严重和资源过渡消耗等城市可持续发展问题的主要原因,因而通过社会—经济—生态等多维度指标构建对城市群可持续发展评价尤为重要。本文以闽三角城市群为研究对象,基于能值分析方法结合城市代谢理论,从不同维度系统分析闽三角城市群能值代谢状况及可持续发展水平,并对不同城市群间和城市群内进行对比分析。研究发现：（1）2010—2017年闽三角城市群总能值总体呈现上升趋势,且不可更新资源能值比重增幅较大,表明经济发展以资源消耗为主,对城市群生态环境产生负面影响。同时,人口增长、土地空间限制和生态经济可持续发展之间存在一定矛盾。（2）从不同城市群之间对比来看,闽三角城市群与环太湖城市群在资源利用率和经济产出方面略有差距,但在能值货币比率和环境承载力等指标方面表现较好,反映出闽三角城市群社会经济与生态环境较为协调,生态文明建设取得较好效果。（3）从城市群内部结构对比来看,厦门、泉州、漳...     

基于生态效率的城市可持续性评价及应用研究

综合评价城市复合生态系统是实现区域可持续发展要面对的重要科学问题.城市生态效率反映了城市系统的资源环境与社会福利的投入产出关系,是将可持续发展的宏观目标融入城市发展规划与管理中的有效工具.综合生态足迹和人类发展指数的理论方法,构建了基于生态效率的城市可持续性评价模型.应用该模型对厦门市生态效率进行了时间序列分析:2000～2006年,厦门市生态效率呈现先平稳上升后陡然下降又小幅回升的波动性变化.厦门市人均生态足迹由4.279hm2增加至5.462hm2;人类发展指数由0.831增加至0.896;生态效率下降15.5%,资源效率下降15.7%,环境效率下降15.3%.研究表明,厦门市的可持续性经历了由可持续性次增强→可持续性增强→可持续性减弱→可持续性增强路径的转变,总体趋势仍是可持续性减弱.     

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。     

沱江流域总氮面源污染负荷时空演变

根据四川省沱江流域水环境受总氮（TN）面源严重污染的现状,采用排污系数法估算2007~2017年该流域来自各面源污染源的TN污染负荷,并利用空间重心统计法和空间分析技术揭示沱江流域TN污染负荷时空分布特征及转移趋势,以期为相关部门精准防控和预警沱江流域面源污染提供理论依据.结果表明,2007~2017年畜禽养殖污染源对整个流域的TN污染负荷贡献率每年均在45%以上,是TN面源污染的主要污染源.农村生活和农村生活垃圾污染源的贡献率呈逐年减少趋势,农田固废和农田径流污染源的贡献率则呈增加趋势.TN总污染负荷总体呈下降趋势,2010年污染负荷最大,达到5.7×10⁴ t,2017年最小,为4.69×10⁴ t.污染负荷在空间上的异质性变化及降雨径流的不均匀分布驱使畜禽养殖、农田固废类和农田径流污染源的TN污染负荷重心由西北向东南方向移动,流域东南部是畜禽养殖、农田固废类和农田径流TN污染的重点防控区域.东南部各区县的农业人口大量向城市人口转化,进而驱动农村生活和农村生活垃圾污染源的TN污染负荷重心由东南向西北方向转移,其转移范围高达66.35 km²,由此确定的最小边界圆是污染源污染负荷变化的重点识别区域,沱江流域西北部则是农村生活和农村生活垃圾TN污染的重点防控区域.本研究拓展了环境科学领域对流域污染负荷时空演变的探究方法,对于改善水环境质量,促进流域经济可持续发展具有重要意义.     

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。     

中国北方某流域不同污染源污染贡献分析研究

研究了中国北方某流域不同污染源的污染贡献,结果表明：COD贡献量点源为719.21 t,农业面源污染为7 488.02 t,农业面源污染是该流域水环境污染的主要来源.农业面源污染物等标污染负荷总量为8 359.44×106 m3/a.不同污染源污染贡献比例：农田化肥占49.24％、畜禽养殖占35.10％、农村生活占14.69％、农作物秸秆仅占0.97％.污染物贡献量比例.TN占56.46％、TP占39.06％、COD仅占4.48％.     

中国食物生产消费系统碳素动态变化及其环境负荷

基于物质流原理,分析了1995~2016年中国食物生产消费系统的变化情况,测算并评价了食物生产消费系统碳素流动变化及食物碳消费导致的碳素环境负荷变化.结果表明：食物农业生产系统中碳汇和碳排总量整体均呈上升趋势,且碳汇增速明显高于碳排增速;食物生产系统碳素环境负荷中畜禽养殖产生的碳素环境负荷呈下降趋势,农用物资、农业活动及食物加工运输相关产生的碳环境负荷呈快速上升趋势.食物消费系统中,居民食物碳消费发生变化,居民碳消费结构从“以粮食碳消费为主”的饮食结构转变为“以粮食、肉类、食用植物油碳消费为主”的多元饮食结构,农村居民人均食物碳消费量由95.24kg/（人×a）降低至71.62kg/（人×a）,城镇居民人均食物碳消费量由52.06kg/（人×a）升至65.16kg/（人×a）.分析食物消费系统碳素环境负荷,进入大气的碳素环境负荷占主体地位,其次是土壤和水体,近年来进入土壤和水体的碳素比例增加.分析表明减少食物生产消费系统碳素环境负荷的措施,包括引导居民优化饮食结构,减少生活污水与厨余垃圾产生量,提高厨余垃圾与粪便还田比例,将系统中产生的废弃物内部循环利用等.     

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。     

阿什河流域农业非点源污染负荷及现状评价

阿什河流域农业非点源污染物等标污染负荷总量为5 572.96×106m3/a。不同污染源污染贡献比例:农田化肥占49.24%、畜禽养殖占35.10%、农村生活占14.69%、农作物秸秆仅占14.69%0.97%。污染物贡献量比例:TN占56.46%、TP占39.06%、COD仅占4.48%。对农业非点源污染的等标污染负荷量进行聚类分析,结果表明:阿什河流域按区域污染贡献大小可分为四类区域。     

太行山前平原农牧结构模式评价与配套技术体系

农牧结构生产模式是太行山前平原农业生产的重要模式。苜蓿具有明显的经济效益、水分效益和土壤培肥作用。种植-畜牧模式农田亚系统可节约灌溉35%、具有显著的经济效益和能效,苜蓿氮、磷产出投入率远高于小麦-玉米两熟制和棉花;畜牧亚系统氮素327%、磷素259%可归还农田亚系统,实行一定程度的养分循环。农牧结构优化模式的配套技术体系体现在制定合理的农牧比例、农田亚系统高效管理、调整畜牧结构、秸秆饲用处理、饲料作物和牧草种植技术以及农牧物质循环技术,其中制定合理的农牧比例、调整畜牧结构是关键。综合协调应用这些技术,最终能够实现提高农牧结构优化模式农业资源综合利用效率20%～30%的目标。