区域环境-经济系统物质流与能流分析方法及实证研究

物质和能量流动是环境-经济系统正常运行的基本条件,研究原料、能源转化为产品和废弃物的代谢过程及环境影响,对于提高资源生产力,从根本上解决资源环境问题至关重要。参考区域物质流分析和能流分析方法,提出了区域物质流与能流分析的概念和研究框架,并对天津市1998-2007年间的物质流和能量流进行了实证研究。结果显示:2007年天津市物质消耗为97.25×10⁶ t,能源消耗为47.15×10⁶ tce,年均增长率分别超过10%和8%;外部调入物质约占直接物质输入量的46%,其中煤炭占了约40%,且完全依赖外部调入;资源消耗强度较高、产出率较低,导致资源大量消耗、污染物排放总量持续增长,这对区域资源环境产生了较大压力,环境容量总体处于饱和状态。最后针对存在的问题提出了相应措施与建议。     

广东省环境经济系统的物质流分析

运用物质流分析(MFA)方法.对广东省经济系统在1990～2005年间的物质输入与输出进行系统地分析,探讨了广东省经济发展与环境压力的关系.研究结果表明:①在不考虑水的情况下.物质输入与输出量均在不断增加(年均分别为4.50%和3.87%),但均小于GDP的增长速度(14.62%),二者成正比,物质消耗强度和物质输出强度也在逐渐上升,说明区域社会经济的发展带动了人们物质消费的增长,从而导致输出的增加;②水输入输出量以及废水排放强度均在不断增加,尤其是生活污水排放量及排放强度的增长速度较快,加重了对区域水环境的压力;③单位GDP的物质输入与输出均在不断降低,表明区域资源综合利用效率和废弃物输出效率得到明显提高;④物质输入输出与GDP回归分析表明.区域物质输入与GDP、区域物质输出与GDP呈良好的线性关系;⑤IPAT模型分析表明,区域过程排放(RPO)受到技术水平提高的限制,但由于国民福利与人口增长的压力,使得RPO仍以年均2.67%的速度增长.但远小于GDP的增长速度,表明区域经济和环境处在相对解耦状态,广东省正逐步走向区域环境与经济的协调发展.     

城市食物代谢的动态过程及其水-碳足迹响应——以北京市为例

食物代谢是城市物质能量代谢的基础性过程之一。论文系统分析了1978—2015年北京市城市食物代谢通量、结构和效率的动态变化过程,并核算其水-碳足迹,提出优化城市食物代谢的有效途径。结果表明:1)2015年北京市食物代谢通量为881.4万t,比1978年增加了3.3倍,其中植物源食物增加了2.5倍,动物源食物增加了12.0倍,由此引发的水-碳足迹分别增加了6.1倍和4.4倍;2)北京市食物代谢的通量结构和水-碳足迹结构均呈现出主食为主转向主副食替代、植物源食物为主转向动植物源食物并重的演变特征;3)"过度饮食"特别是高比例肉类消费,不但影响了城市居民健康水平,也显著扩大了城市人均环境足迹,导致食物代谢的生态效率指标从1.27降低至0.32;4)降低城市食物代谢的足迹影响需要优化产业链供应,倡导绿色健康消费模式。     

城市食物代谢的动态过程及其水-碳足迹响应——以北京市为例

食物代谢是城市物质能量代谢的基础性过程之一。论文系统分析了1978—2015年北京市城市食物代谢通量、结构和效率的动态变化过程,并核算其水-碳足迹,提出优化城市食物代谢的有效途径。结果表明： 1）2015年北京市食物代谢通量为881.4万t,比1978年增加了3.3倍,其中植物源食物增加了2.5倍,动物源食物增加了12.0倍,由此引发的水-碳足迹分别增加了6.1倍和4.4倍; 2）北京市食物代谢的通量结构和水-碳足迹结构均呈现出主食为主转向主副食替代、植物源食物为主转向动植物源食物并重的演变特征; 3）“过度饮食”特别是高比例肉类消费,不但影响了城市居民健康水平,也显著扩大了城市人均环境足迹,导致食物代谢的生态效率指标从1.27降低至0.32; 4）降低城市食物代谢的足迹影响需要优化产业链供应,倡导绿色健康消费模式。     

物质流分析视角下北京市物质代谢研究

作为"重大国家战略"的"京津冀一体化"日益引起社会各界的高度重视,推动其进程的加快,首先要解决的就是该区域的资源环境问题,而北京作为该经济圈的核心,其资源环境问题的解决更是起着关键性的作用.在提高城市环境质量、改善人们生存环境方面,北京市仍任重而道远.运用物质流分析方法(EW-MFA)可以深入探讨社会经济发展与资源消耗及环境污染之间的关系,从而为社会经济发展过程中资源环境问题的解决提供科学依据.因此,本文采用欧盟物质流核算框架(EW-MFA)建立了北京市"吞吐"状态的物质代谢模型.结果表明:1992—2014年北京市的物质输入与输出总体呈上升趋势,矿物和化石燃料是北京市物质输入的主要组成部分;受社会经济发展水平的影响,北京市的物质投入强度表现出先上升后下降的趋势;研究期间内物质代谢效率不断提高.针对北京市的资源环境问题,应转变传统发展理念,不能一味地追求物质财富的增加而忽略生态环境的影响,且不断推动技术的革新和产业结构的调整应成为实现社会经济可持续发展的有效路径.     

海岛生态经济系统的物质输入与输出分析——以长海县为例

运用物质流分析方法对长海县的物质输入与输出状况进行了分析,并用物质消耗强度、物质输出强度和环境负荷强度三个指标衡量了该海岛县生态效率的变化。研究结果表明,2003～2009年间,长海县物质输入总量、废物输出总量和环境负荷总量呈增长态势;生态效率有了比较明显的提高。为了减少物质输入和废物输出,减轻经济活动对生态系统产生的压力,利用技术进步不断提高生态效率具有特别重要的作用。     

中国造纸业物质代谢演化特征

造纸业是与国民经济和社会发展关系密切并具有可持续发展特点的重要基础原材料产业.为了解中国造纸业资源消耗及环境污染变化趋势,基于经济系统造纸业物质流分析（EW-MFA）方法原理,建立了中国造纸业物质代谢分析模型,定量分析2005~2017年中国造纸业物质输入/输出、代谢强度和循环利用率等演化特征.结果表明,2005~2017年中国造纸业的物质输入与输出总体呈下降趋势,水的贡献占比高达90%以上.近年来,随着造纸业原料结构的不断优化,非木材制浆的比例从42%下降至13%,主要被废纸制浆为主,木材制浆为辅的方式所取代,单位纸产品的资源消耗量得以大幅降低.2017年吨纸及纸板直接物质输入为26 t,较2005年的79 t下降了67%,其中新鲜水消耗量下降了约69%.水资源循环利用率大幅上升,2017年水循环率高达77%.目前,纸及纸板的生产越来越依赖于国内废纸和进口木材的投入,两者占比分别由2005年的21%和9%上升至2017年的60%和31%.然而,国内废纸回收率仍处于较低水平,需通过加强回收体系建设、提高居民回收意识等措施以缓解限制废纸进口造成的原料供应紧缺.     

中国经济-环境系统的物质流分析

利用物质流的理论和方法分析了1989～1996年间我国经济系统的物质需求总量、物质消耗强度和物质生产力。研究结果表明 :①我国经济发展的资源与生态环境代价是巨大的 ,1994年物质需求总量是与我国国土面积大致相当的美国的1 6倍 ;②我国经济系统的运行主要依赖于国内的资源消耗 ,1994年人均国内物质需求量是荷兰的1 1倍和日本的1 5倍 ;③我国的资源利用效率仍然很低 ,1994年单位物质消耗量所创造的GNP仅为发达国家的约2 %～6 %。在上述分析的基础上 ,以我国目前的物质生产力为起始点 ,提出了到2025年和2050年将资源利用效率分别提高4倍和10倍的中、长期目标 ,以便与全球可持续发展对资源消耗的总控制目标相适应。     

区域物质流规模结构分析评价方法及应用研究

生态经济体系中环境的引导和调控作用是经济系统物质代谢的重要组成部分.为了更为完善地分析评价经济发展和环境压力的关系,在输入端、输出端物质流规模和结构分析中侧重于物质隐藏流的综合计算,并以广州市南沙区为例进行实证研究.研究结果表明:南沙区域出口与出口物质隐藏流呈逐步上升趋势;南沙区的区内生产过程排放呈现"先降后增、总体递增"的趋势,今后南沙区应加强对工业生产过程中工业固废和二氧化硫排放的监控.     

邯郸市物质流分析

利用邯郸市统计年鉴数据和实地调研资料,采用城市物质流分析框架研究邯郸市2005年物质流全景和1993─2005年物质输入和输出结构的时间序列变化.结果表明:13年间邯郸市地区生产总值增长3.4倍,物质输入增长1.1倍,物质生产力增长1.1倍,由1993年的151.8元/t上升至2005年的320.9元/t,反映了邯郸市前期经济发展与资源投入具有明显的“脱钩"现象;另一方面,邯郸市仍然遵循着“高投入、高排放"的发展模式,2005年物质净存量仅占全年物质通量的12.2%,大部分物质在开采当年并不进入经济系统而直接排放到生态系统中;同时,邯郸市经济发展的对外依存度逐年升高,从该市外调入的物质量所占比例由1993年的10.2%上升至2005年的39.2%,表明邯郸市经济发展将面临更大的资源      

区域土地利用变化的物质代谢响应初步研究

文章在描述相关研究进展的基础上,认为在物质资源不断减少的情形下,物质代谢效率提高对于人类社会发展具有更为重要的意义。并在此基础上,分析了土地利用方式、土地利用强度、土地利用布局等土地利用变化过程对于物质代谢变化的影响机理。以江苏省为例进行实证分析,构建区域土地利用变化的物质代谢驱动力模型。结果表明,随着1989年以来江苏省土地利用强度的不断提高,物质代谢通量快速增长。土地利用强度越高,物质代谢通量值越大,土地利用强度提高10%,则物质代谢通量将提高5.62%,因此,资源利用量与污染物排放量越多,带来的环境冲击也就越大;但土地利用强度越高,物质代谢效率值就越小,土地利用强度每提高10%,物质代谢效率就提高5.03%,因而单位GD P的资源利用量与污染物排放量也就越少。虽然物质代谢效率在提高,但是物质资源日益稀缺,物质代谢效率需进一步提升。最后提出了区域土地利用变化物质代谢效应响应的研究方向。     

Energy flow through an organic agroecosystem in China

The energy flow in a traditional organic agroecosystem located in Hailun county of Northeastern China was analyzed for the years 1952–1954. For this energy analysis of the Hailun agroecosystem and human society, energy production was divided into 3 systems: crops, livestock and forestry.In terms of energy, this agroecosystem was self-sustaining. Human and horse power provided the major energy inputs. In the crop system, the energy input/output ratio was about 1:2. Fossil energy input into the total agroecosystem was less than 2% of the total. Based on only fossil energy inputs and crop outputs, the ratio was 1:107. The sources of food and household energy for human society came from the crop, livestock and forestry systems. The crop system provided more than 80% of the energy for this society.In addition to natural additions of N and P, legumes, other crop rotations and the application of human and livestock wastes to the land provided the nutrients for crop production. However, the agroecosystem was not self-sustaining in terms of some soil nutrients. Quantities of both nitrogen and phosphorus were calculated to be declining because of losses due to composting, storage, burning crop residues, exporting some harvests and soil erosion.     

粤港澳大湾区NO2污染的时空特征及影响因素分析

利用Aura卫星搭载的臭氧观测仪（OMI）反演的对流层NO₂柱密度数据,分析了自2005年以来粤港澳大湾区（GBA）对流层NO₂柱密度的空间分布特征、时间变化趋势及其影响因素.研究结果表明GBA对流层NO₂柱密度从2005~2018年呈减少的趋势,每年递减约为2.8%.小波系数显示时间演化过程中存在9个月的主振荡周期,冬季浓度较高,夏季较低.人为排放和各种自然因素,导致了GBA对流层NO₂柱浓度月变化在时间和空间上存在明显差异,最小值和最大值分别出现在6和12月,多年平均值分别为3.9665×10¹⁵和12.3423×10¹⁵molec/cm².NO₂在空间分布上呈现明显的空间分异特征,冬季12月最明显.NO₂污染严重的高值区主要出现在中部地区,如广州市、佛山市和中山市,最大的对流层NO₂柱密度可达18.8306×10¹⁵molec/cm²,大约是周边地区的3 倍,且高污染区域向四周逐渐扩散,连成一片.低值区主要在北部的肇庆市和东部的惠州市,多年平均的对流层NO₂柱密度约为7.1400×10¹⁵molec/cm².对流层NO₂柱密度的增长率在不同区域的变化趋势呈现明显的差异,变化范围为-15×10¹⁵~6×10¹⁵molec/cm²,增长率百分比范围为-65%~65%.出现增长的地区主要是肇庆市北部和惠州市东部的低值区;对流层NO₂出现明显减少的区域集中在中部的高值区,减少量最大的地区为广州市、佛山市和中山市交界处.     

基于生态账户的农田生态补偿空间转移研究——以武汉城市圈48个县(市、区)为例

论文以区域农田生态服务价值为基础,以经济发展程度、区域农田生态赤字/盈余与区域提供的生态承载力比值为调节系数,建立农田生态补偿空间转移模型,基于农田生态账户的概念从县(市、区)级层面对武汉城市圈48个县(市、区)的农田生态补偿空间转移额度进行测算。结果显示:1武汉城市圈农田生态系统服务总价值为75.00×108元,涉及农田生态补偿空间转移额2.31×108元。2 48个县(市、区)中,24个为农田生态支付区,支付区中武昌区的支付量最大,达到5 967.92×104元,最小为14.94×104元(铁山区);24个受偿区中最大受偿额为238.91×104元(黄陂区),最小为5.14×104元(英山县)。3农田生态补偿空间转移量占地方当年财政收入的比例在0.07%~5.24%之间波动。论文提出的农田生态补偿空间转移模型简单、可行,也适用于其他更高或更低的尺度上有农田分布的地区进行农田生态补偿空间转移额度的核算。     

餐厨垃圾堆肥理化特性变化规律研究

餐厨垃圾主要包括厨余和泔脚,二者的化学组成、物料结构以及初始微生物量均存在差异. 对厨余和泔脚分别与相同质量比的木屑混合堆制的一次好氧堆肥过程进行了比较研究. 结果表明,在相同好氧堆肥条件下,二者的特性变化不同:与厨余堆肥系统相比,泔脚堆肥系统初始水溶性w(C)/w(N)高,堆肥pH较低,高温持续时间长,CO₂释放率高,NH₃挥发少,氮素损失低,堆制后堆肥含氮量升高; 但泔脚一次堆肥所需时间偏长,应采取有效方法加速其堆肥进程. 厨余堆肥系统升温快,堆肥周期短, 但生物可利用碳的短缺造成系统氮素损失量大,可采用在厨余堆肥中添加适当碳源等措施来减少氮素损失.      

Material flow analysis adapted to an industrial area

Material flow analysis (MFA) has become a useful tool for industrial ecology (IE) to analyze the metabolism of social systems, such as countries and regions. This paper proposes to use the indicators derived from MFA, complemented with water and energy indicators, to analyze the efficiency and the materialization ranks of industrial areas. The methodology is applied to a case study of an industrial area located in Catalonia (Spain). Despite the heterogeneity of the area, by using simple data the indicators detect companies with high consumption or inefficiency. These companies have many opportunities to improve on these aspects and the indicators can measure and reflect their evolution. In addition, the results show the importance that some flows such as water inputs (1.5 times higher than material inputs) and indirect flows associated with imports, which often are omitted, can have in some study cases.     

武威绿洲农业水足迹变化及其驱动机制研究

农业活动通过改变绿洲赖以生存的水生态系统而影响着绿洲的稳定性。1950-2007年武威绿洲农业水足迹上涨了近7倍,而农业水足迹效率仅提高1.75倍;粮食作物水足迹比例过大,57 a间平均达74.32%,其中,2002年以前粮食作物水足迹比例呈下降趋势,但在2002年达到最低点58.63%之后开始出现反弹。人口增长和人民生活需求所驱动的以粮食生产为主体的农业规模扩大和农业开发强度加大,是农业水足迹增长的主要原因。适当压缩农业规模,加快农业内部结构调整,加大政府对农业节水灌溉工程的投入和农业节水技术的推广,是控制武威绿洲农业水足迹增长过快,维护绿洲生态系统稳定的有效方式。     

不同微波能量输入条件下污泥中碳、氮、磷的释放特性

考察了城市污水处理厂污泥在54kJ和108kJ的微波能量输入条件下碳、氮、磷的释放情况,处理后混合液终温约为56℃、90℃.结果表明,相同污泥浓度条件下,增加微波输入能量后污泥上清液的总碳、有机碳、总氮及总磷浓度明显升高,污泥中总碳、总氮、总磷的释放率提高近1倍,最高分别可达5.26%、22.06%和33.15%,但无机碳、氨氮、正磷酸盐浓度均有不同程度下降.统计分析表明,污泥浓度对总有机碳、总碳、氨氮、总氮、正磷酸盐及总磷的释放具有显著影响,而微波功率仅与污泥中无机碳的释放关联显著.污泥中碳、氮、磷释放的归一化分析结果表明,总磷释放对微波输入能量的利用效率最高,无机碳释放对能量利用率最低.在微波输入能量提高后,污泥浓度相同的样品的无机碳、氨氮及正磷酸盐的归一化指标P(X)平均降低了约67%、73%和56%.     

脱氮菌剂在低溶解氧黑臭水体中氮代谢特征

研究在低溶解氧浓度下氨化细菌、硝化细菌、反硝化细菌氮代谢能力,明确不同菌剂脱氮效率和氮转化关系,为大湾区黑臭水体治理提供理论依据.通过不同菌剂浓度和不同底物浓度,检测筛选出的氨化细菌(Staphylococcus sp. Ay)、硝化细菌(Microbacterium sp. Xw)和反硝化细菌(Arthrobacter sp. Fy)制成的菌剂在污水处理厂排放的水中的氮代谢特征;然后在低溶解氧条件下,研究不同Ay、Xw和Fy菌剂浓度在同浓度黑臭水体中氮代谢变化情况、以及相同菌剂浓度在不同浓度黑臭水体中的氮代谢特征.结果表明:Ay菌剂细菌浓度增加3倍,氨化效率没有成倍增加,说明增加氨化细菌浓度不是增加氨化速率的最佳方法; Xw菌剂对硝态氮浓度变化影响显著,低菌剂浓度条件下60 h硝态氮浓度增加180%,高菌剂浓度为231%,Fy反硝化效率较高,在较低浓度下能很快去除硝态氮.总氮浓度的适当提高可以增加Ay菌剂的氨化效率,过高会抑制Ay菌剂的氮氮代谢效率.Xw菌剂硝态氮的生成率在总氮浓度25 mg·L~(-1)条件下达到最好效果,浓度提高3 736%; Fy菌剂对氨氮去除效果不明显.总氮浓度为25 mg·L~(-1)时,Fy菌剂对硝态氮的去除达到最好效果.得出:氨化细菌和反硝化细菌原菌剂直接投加,氮代谢速率较高,硝化细菌菌剂浓度增加,可以提高硝态氮生成速率.在一定范围内,增加底物浓度可以增加菌剂氮代谢效率,浓度过高将抑制氮代谢效果,可为大湾区黑臭水体问题的解决提供数据支持.