基于农户的农业生态系统能流分析

运用生态学原理和系统分析法,以新疆尉犁县达西村40个典型农户的农业生态系统为对象,分析了农田、果园和畜牧业等亚系统能量流动途径、人工辅助能投入、能量产出、能量结构偏差以及能量转化效率等能流特征。结果表明:农户生态系统是综合经营性的、既保留有传统农业精华又具有现代农业特点的系统。由于人工辅助能投入、有机能投入偏低,农田生态系统的光能利用率和产出水平都处于较低水平。增加人工辅助能投入、提高有机能投入比例能够提高能量转化效率、增加能量产出。初级生产系统和次级生产系统之间结构比例不协调、能流结构偏差很大,既造成初级生产提供的生物能流失和浪费严重,又使初级生产系统缺乏足够的有机肥源。扩大农户畜禽饲养规模,大力发展农区畜牧业,是优化农户生产结构、协调各亚系统之间关系的重要方向和有效途径。     

半干旱退化山区农村生态经济系统能流分析

能流是生态系统的基本功能,是系统结构和功能的综合反映。通过对半干旱退化山区彭阳县崾岘乡中庄村农村生态经济系统的能流进行分析研究,以期探讨出合理的农村生态经济系统结构。通过对中庄示范区具有代表性的5种生态模式进行分析研究,该区农业生态经济系统是以种植业为主的。有机能在系统的能投中占的比例较大,达到系统总投能的88%~94%,有机能的投入中主要以有机肥和饲料为主,有机能的投入远大于无机能,反映了该地区的农业生产水平低下、机械化程度较低。从种植业系统的能流分析来看,是一个能量低投入与高产出的系统,养殖业系统是一个能量高投入与低产出的系统。总体来看,中庄村的农业生态经济系统是一个能量投入大于产出的系统,而且,能量的投入和产出呈反比关系,说明该区农业生产的能量投入水平还很低。     

夏玉米干物质积累与气象因子的关系

玉米的生长是通过叶绿素的光合作用,把无机物转化为有机物,把太阳能转化为化学能的一个物质和能量的转化过程。征大田生产中,这个过程是在自然条件下进行的,受气象条件的影响很大。北方夏玉米产量不稳定的一个主要原因是这个过程所处的气象条件年际变化大,不同播期之间差异显著,因此研究干物质积累、分配与气象条件的关系,可以为栽培管理、农业气候资源分析、农业气象预报提供依据。     

坝地生产潜力开发途径

农业生态系统必须保持能量输入与输出的动态平衡，才能维持系统的稳定性和功能的充分发挥，坝地也不例外，虽然坝地水肥条件较好，但由于科技投入不足，不能发挥应有的生产水平，必须加大科技投入与能量投入，才能使坝地的潜在生产力转化为现实生产力，实现坝系农业的持续高产。     

发展农业循环经济 推进农村节能减排——洛阳市发展循环农业的现状与对策

农业循环经济是以循环经济理论来发展农业生产,通过调整和优化农业生态系统内部结构及产业结构,提高农业生态系统物质和能量的多级循环利用,严格控制外部有害物质的投入和农业废弃物的产生,达到农业和农村节能减排的目的,实现生态保护与农业发展良性循环的农业经济发展模式。本文通过对洛阳市发展农业循环经济的成效、做法和存在问题分析,指出农业循环经济对节能减排的作用,提出了今后农业循环经济发展对策。     

平板式太阳能供热与制冷联合循环的试验研究

该文提出一种全新的平板式太阳能供热与制冷联合循环新思路，并进行了实物样机制作。将传统太阳能集热器的吸热芯片插入太阳能吸附制冷吸附集热器内的吸附剂中间层，有效地解决太阳能吸附制冷循环过程中吸附床的散热问题，并可有效回收吸附床的显热及吸附热供用户使用。用石英碘钨灯模拟太阳能辐射能量对实物样机进行了试验，结果表明，在接受外界能量16～18 MJ/m²的情况下，集热面积为0.9 m²的平板型太阳能冷热联供装置可对外输出5 kg的冰，并可使热水箱内60 kg的水温升高18℃，系统制冷COP在0.11～0.12之间，总的供热效率在0.45左右。通过试验，证明了所提出的平板式太阳能冷热联供装置结构简单、性能可靠，对太阳能的合理利用作出了一次有效的尝试。     

广东惠阳水稻种植中耕牛与小型拖拉机使用的能值比较

以能值理论方法为手段,从资源的投入和输出结构角度,对广东省惠州市惠阳区典型水稻种植户的耕牛和小型拖拉机这两种典型的农业驱动力产出系统的转化与生产效率,环境负载和可持续性进行比较分析与评价。研究表明：耕牛系统在单位面积水稻田上消耗的不可更新资源量是拖拉机系统的4.57倍;人力能值消耗是拖拉机系统的6.14倍。相对于拖拉机动力,耕牛产出动力处于较低的能量等级,其环境负载率(ELR)仅是拖拉机系统的24%,可持续能值指标(ESI)是拖拉机系统的4.25倍,但有巨大的优化空间和可能。而广东小型拖拉机系统产出驱动力的使用效率则稍高于典型65 kW拖拉机系统。从提高能值效率角度分析,减少耕牛系统生产过程中过多的人力投入,着力提高耕牛系统产出驱动力的利用效率比发展小型拖拉机系统更有潜力。生产过程中的人力投入和使用过程中的维护投入是农机驱动力产出系统不可忽视的能值投入项。     

营养元素循环和农业的持续发展

我国2000多年的历史证明:农业可以持续发展,从农业外部投入物质和能量,是现代化农业生产力突破性进展的重要特征。单靠化肥引起许多土壤问题,关系到人类健康,生产使用有机肥料是一项重要的社会产业,保证营养元素合理循环是农业生产持续发展的根本问题。     

太阳能―天然气分户式供暖系统的运行及节能效果

太阳能-天然气分户式供暖将家用太阳能热水系统的储热水箱串联于壁挂炉供暖回路中,利用储热水加热供暖回水。为了分析上述联合供暖系统的运行规律和能量转换过程,利用太阳辐射标准监测仪和太阳能热水系统热性能测试仪对呼和浩特市某用户进行了试验研究。实际测量了太阳能热水系统能量贡献、壁挂炉天然气消耗、供暖回水温度等性能参数,结果表明太阳能热水系统参与壁挂炉供暖互补性强、运行稳定,太阳能热水系统对供暖的有效能量贡献为3493.4MJ,节约天然气101 m3,同时联合供暖系统存在供暖回水加热储热水现象,造成一定的能量损失。该文可为分户式太阳能-天然气联合供暖的组合和运行提供参考。     

稻田复种轮作系统能流物流特征研究

稻田复种轮作是循环农业发展的重要措施,能量转化与物质循环是生态系统的基本功能之一,是农田生态系统最主要的研究内容之一。为探明稻田复种轮作这一耕作制度的优势,采用田间定位试验的方法,对稻田生态系统连作处理方式和轮作处理方式的能流与物流特征进行比较分析。研究结果表明:稻田复种轮作系统能提高农田生态系统的能量流动与物质循环。在能量流动方面,稻田轮作处理平均总初级生产力为74.37×1010 J-hm-2,比连作处理高31.35%;轮作系统能量总投入平均为9.42×1010 J-hm-2,比连作处理高4.90%;轮作系统的光能利用率平均为1.55%,比连作处理高31.36%;轮作处理辅助能量产投比平均为7.89,比连作处理高25.04%。在物质循环方面,轮作处理的N、P、K养分利用率明显高于连作处理,各个处理的N、P输出/输入均小于1,说明农田生态系统中N素、P素均有盈余,呈正平衡状态,有利于土壤N素、P素的良性循环;但是系统中K素的输入值小于系统内K素的输出,说明系统内存在严重的K素亏损。因此,在南方稻区,采用稻田复种轮作方式有利于提高系统的能流物流,从而使农田生态系统处于良性循环,对循环农业发展有良好的促进作用。     

稻田复种轮作系统能流物流特征研究

稻田复种轮作是循环农业发展的重要措施, 能量转化与物质循环是生态系统的基本功能之一, 是农田生态系统最主要的研究内容之一。为探明稻田复种轮作这一耕作制度的优势, 采用田间定位试验的方法, 对稻田生态系统连作处理方式和轮作处理方式的能流与物流特征进行比较分析。研究结果表明: 稻田复种轮作系统能提高农田生态系统的能量流动与物质循环。在能量流动方面, 稻田轮作处理平均总初级生产力为74.37×10¹⁰ J.hm^-2, 比连作处理高31.35%; 轮作系统能量总投入平均为9.42×10¹⁰ J.hm^-2, 比连作处理高4.90%; 轮作系统的光能利用率平均为1.55%, 比连作处理高31.36%; 轮作处理辅助能量产投比平均为7.89, 比连作处理高25.04%。在物质循环方面, 轮作处理的N、P、K养分利用率明显高于连作处理, 各个处理的N、P输出/输入均小于1, 说明农田生态系统中N素、P素均有盈余, 呈正平衡状态, 有利于土壤N素、P素的良性循环; 但是系统中K素的输入值小于系统内K素的输出, 说明系统内存在严重的K素亏损。因此, 在南方稻区, 采用稻田复种轮作方式有利于提高系统的能流物流, 从而使农田生态系统处于良性循环, 对循环农业发展有良好的促进作用。     

沼气发酵系统在生态农业中的地位和作用

沼气发酵系统是生态农业系统能量和物质转化运行中起着一定枢纽作用的环节，它能够有效地回收农业废弃物的能量和物质。开展沼气综合利用，能够促进农村生态环境的良性循环，改善农村环境卫生条件。     

基于GIS的山地农田系统投入产出空间特征分析——以河南省吴沟村为例

对河南省吴沟村482块农田属性及其能量投入产出特征的调查分析表明,吴沟村农田系统中能量投入、产出较大的地块主要位于居民区周围和吴沟公路两侧;相比而言,旱平地为高投入、高产出、高利用效率的系统;农田系统能量产投效率与农田能量投入水平、产出水平存在密切关系。就不同种植作物而言,单位面积产投效率为黄豆<小麦<玉米。     

基于能值理论的盐城市农业生态系统动态分析

农业生态系统是人类生存的最基本系统,对其结构和功能进行分析是解决农业生态环境问题的关键。应用能值分析理论与方法,对盐城市1995—2010年的农业生态系统能值结构进行了动态分析,采用净能值产出率、能值投入率、环境承载力、能值密度、人均能值用量及可持续性指数对该地区的能值结构进行了详细研究。结果表明:系统能值总投入呈上升趋势,在能值投入中,风能资源投入逐渐增加,但总体比重不高,劳力能值投入受乡镇企业发展和进城务工因素影响逐年下降,以劳力和畜力等有机辅助能为主的传统农业正逐渐被以农机、化肥等工业辅助能为主的现代农业所替代。系统能值总产出呈上升趋势,农业产业结构由以种植业、畜牧业为主向高附加值的畜牧业、水产业的多样化方向转化。系统能值可持续发展指标为0.97,是典型的消费型生态系统,产出的能值是消耗较多的资源获得。系统对于环境的压力较大,可持续性较低,应进一步调整农业产业结构,依靠科学技术,大力发展绿色和生态农业,保护环境资源,实现盐城城市农业生态系统的可持续发展。     

辽宁庄河市农业生态经济系统能值分析

美国著名生态学家H．T．Odum于20世纪80年代末在系统生态、能量生态、生态经济理论基础上创立了能值分析理论,其核心思想就是利用能值这一指标进行分析。能值就是直接或间接用于形成资源、产品或劳务的某种类型能量之量,其实质就是包含能量。任何形式的能量均源于太阳能,故常以太阳能为基准来衡量各种能量的能值,单位为太阳能焦耳（Solarem．joules,简写为sej）。能值转换率是能值与其现有能量的比值,常用单位为太阳能焦耳／焦耳（sej／J）,通过其相应的能值转换率,所有不同能质的能量都可转换为其所包含的太阳能值,而达到统一度量评价的目的。能值分析避免了偏颇生态或经济某一方面的常规不足,客观地反映环境与经济的本质联系,体现系统发展过程中的环境资源的贡献及资源利用可持续性信息。     

东北平原粮食主产区公主岭市种植业系统的能值分析

应用生态经济系统能值分析理论与方法,以东北平原粮食主产区公主岭市为例,通过一系列的能值指标,定量分析了该县主要粮食作物玉米、大豆、水稻系统的能值流动,评价了该县这3种作物系统环境资源基础和经济特征,玉米、大豆和水稻的太阳能值转换率分别为1.95×10⁴、4.98×10⁴和3.59×10⁴。结果表明：大豆的能值最高,水稻次之,玉米最低;总体而言,2002年吉林省公主岭市种植业系统的发展程度相对较高,提高系统的能值投入重点应是提高农业科技含量和可更新有机能值的投入及科学管理力度,才能使公主岭市种植业系统走上持续发展的轨道。     

玉米芯生物炭饼的太阳能水蒸发性能及其应用

针对太阳能水蒸发技术中的关键核心光热转化材料存在太阳能利用率不高、价格昂贵且制备工艺复杂等问题,该研究提出以农业废弃物玉米芯为生物质原材料制备玉米芯生物炭饼,探究了热解温度对其理化性质的影响及其在太阳能水蒸发中的应用性能。结果表明,玉米芯生物炭（Corncob Biochar,CB）的理化性质受热解温度的影响明显,随着热解温度升高,CB逐渐由大孔主导转向微孔/介孔主导,CB的热稳定性增强,对光的吸收增强。在一个太阳光照强度下（1 kW/m）,CB的太阳能水蒸发速率和表观能量利用率随CB热解温度的升高而增大;相较于250和450℃,650 ℃制备的玉米芯生物炭（CB650）具有最高的水蒸发速率（4.16 kg/(m2·h)）和表观能量利用率（97.8%）;CB650高效太阳能水蒸发性能主要基于其具有较高的光吸收能力（润湿条件下达96.4%）及以微孔为主的孔隙结构通过毛细管力提供适当的水传输,Li离子蒸发试验证实其水蒸发机制为小水团簇形式蒸发。此外,CB650不仅表现出一定的耐用性,且对海水、重金属和染料废水具有优异的水蒸发处理效果。研究结果不仅为玉米芯的资源化和减量化处置提供了新的技术途径,亦为其在太阳能水蒸发技术中的应用提供了必要的理论和技术依据。     

云南藏区县域农业生态系统能值分析

为了更好地评价云南藏区县域尺度农业对太阳能资源的利用和农业可持续发展状况,以云南香格里拉县为研究区,采用能值分析方法对农业生态系统的能值投入产出、环境承载能力和生态系统运行效果进行了定量分析。结果表明:研究区农业生态系统中净能值产出率为342.66,能值投入率为0.01,能值密度为3.49×10¹¹ sej/m²;人均能值用量为2.32×10¹⁶ sej/人,人均能值产出为8.42×10¹⁶ sej/人;环境贡献率、可更新资源投入比、不可更新资源投入比和不可更新工业辅助能投入比分别为98.97,97.34,1.63,1.03;环境承载力为0.027;基于能值的可持续发展指数为12 691.11。这说明香格里拉县农业经济较落后,可持续发展能力较弱。为了促进农业经济发展和增强可持续发展能力,应该加大绿色高能质项目投入,尽快调整能值投入结构,加速转变农业发展模式。     

传感器节点自主供电的环境混合能量收集系统设计

农田复杂环境及大面积监测需求对农业物联网传感器节点的供电提出了极大挑战,而环境能量收集技术则使低功耗农业物联网传感器节点的自供电及免维护成为可能。针对传统能量收集装置中收集的环境能量单一有限、装置体积大、可靠性差的问题,该文提出了一种新型混合环境能量一体化收集系统。该系统定位于环境中普遍而丰富的射频电磁波能量和振动能量,通过射频收集天线和压电陶瓷的有效结合,同时收集2种环境能量,并经整流转换成直流电能。能量收集天线使用普通FR4印刷电路板实现,工作在手机通信频段1.9 GHz(3G频段),测试的回波损耗为-20.5 d B,对电磁波能量收集的最高输出功率可达到38 mW,测得收集到的振动能量最大输出功率可达到25 mW,满足低功耗传感器节点的功率需求。该装置不仅可以有效提高系统供电的可靠性和对环境的适应能力,还大大降低了传统混合系统的尺寸,可为农业物联网快速发展中的传感器节点可靠供电问题提供参考。     

能值方法在农业系统应用中的常见问题及其纠正思路探讨

能值方法是美国生态学家H.T. Odum在20世纪80年代创立的生态经济系统分析方法,近年来被广泛应用于农业系统分析当中。但是,目前已发表的大量论文中对于能值评价过程中的重要细节常会出现不同的处理方式,造成评价结果不确定性增加、可比较性降低,影响了能值评价方法在农业研究领域的深入应用和发展。因此,本研究梳理了国内外农业生态系统能值研究的基本概况,并总结了相关研究中常见的五大问题,包括:全球能值基准变化所引发的能值转换率选择混乱问题、农业生态系统评价边界界定的问题、农业生产过程环境资源贡献的不合理计算问题、农业生态系统投入资源的分类问题和系统能值投入与产出不守恒问题。在此基础上,基于我们目前的认识提出了相关问题的解决思路:第一,规范能值评价中的能值转换率(UEV)参数的选择原则;第二,基于"四维时空尺度"标准界定系统边界;第三,构建公式合理体现土壤、农业用水在农业系统能值分析中的能量贡献;第四,基于农业生态系统能值常用指标设定4组标准规范农业生态系统投入资源的分类;第五,遵循能值代数规则保证能值守恒。通过以上分析,以期引起广大学界的讨论和批评,共同促进能值方法在全球农业系统分析中的规范化应用。