稻麦两熟农田径流养分循环利用模式的能值分析与生态补偿标准测算

为探讨稻麦两熟农田径流养分循环利用模式的运作可持续性和生态补偿标准,应用生产-生态系统能值测算方法,综合分析其环境安全性和运作持续性;结合生产运营实践,深入分析了基于生命周期过程的物能投入与输出,提出生态补偿依据;并基于能值收益差异估算出其持续运行的生态补偿标准。结果表明,与传统模式相比,径流养分循环模式的环境负载率降低39.62%,而能值可持续发展指数和环境安全性指数分别提高64.89%和36.73%。径流养分循环模式的生物辅助能投入增加42.16%,而污染产能降低了70.09%。养分循环模式的氮磷养分环境排放量分别降低34.85%和30.43%。同时,循环模式的净能值收益比传统模式低2.15×1016Sej·hm-2·a-1。研究表明,径流养分循环模式提高了环境安全性但降低了经济效益,其生态补偿标准应不低于4 153.78元·hm-2·a-1。     

基于能值分析的稻蛙生态种养模式效益评价

稻蛙生态种养模式将蛙类引入稻田,提高水稻生产系统的生产效率与可持续发展能力,是我国现代农业发展中重要的生态农业产业之一。为评价稻蛙生态种养模式的经营效益,本研究运用能值分析法,综合分析2015—2019年上海市青浦区稻蛙生态种养模式生产系统的能值投入和能值产出,并选用能值自给率、能值投资率、净能值产出率、环境负载率、可持续发展指数5项指标评价其能值效率。分析结果表明:2015—2019年青浦区稻蛙生态种养模式生产系统中,农田灌溉水、雨水化学能、复合肥、有机肥、基础设施等是主要的能值投入内容;稻谷、秸秆、成蛙以及政策性收入为主要产出能值内容。稻蛙生态种养模式生产系统能值自给率与能值投资率均值分别为0.18和4.86, 5年中无明显变化趋势;净能值产出率均值为3.65,呈逐年上升趋势;环境负载率均值为0.46,总体呈下降趋势;可持续发展指数均值为8.52,总体呈上升趋势。由于研究区域与经营模式的差异,与其他系统相比,稻蛙生态种养模式生产系统承受环境压力较小,能值可持续指标表现良好,可持续发展潜力大,是值得拓展推广的绿色生产模式;但系统自我维持力弱,受经济社会影响波动较大,农业生态系统经济发展程度与生产效率仍有提升空间,应充分利用当地资源,适当增加能值投入,开拓多元化产品,提高系统产出率。本研究为稻蛙生态种养模式进一步健康稳定发展和推广提供了参考依据与方法借鉴。     

基塘水面空间形态度量方法的比较与应用

中国拥有丰富的基塘景观。基塘水面作为基塘的主要部分,其空间形态关乎基塘经济、生态效益的发挥。为此,该研究旨在探寻能用于准确分析基塘水面空间形态的度量方法。该研究首先通过6个不同类型基塘水面样例,比较多个度量方法的有效性,据此选出合适方法;然后以珠三角的佛山市杏坛镇为研究区,将该方法用于分析区内基塘水面的空间形态特征及差异。研究结果表明：加权聚合邻近度（Weighted Aggregation and Closeness,WAC）指数对不同形态的度量结果相差10%以上,比其他15个常用度量方法更能有效地区分出规则塘和不规则塘的空间形态差异。研究区中,以整治后基塘为代表的规则塘的WAC均值比以未整治基塘为代表的不规则塘高40.18%,说明空间形态更加紧凑。规则塘空间形态在不同区域的差异较小;不规则塘的差异大于15%,在边缘位置的更为零碎。该研究为进一步探明不同基塘水面的形态特征与基塘经济、生态效益的关系奠定基础,同时也为分析其他不连接地理要素的空间形态提供应用参考。     

基于能值分析的哈尔滨所辖市县土地资源生态安全评价

科学评价城市扩张冲击下所辖市县的土地资源生态安全,对合理利用土地资源,促进城市所辖市县经济、社会、生态持续稳定健康发展具有重要意义。以哈尔滨所辖市县为研究区,运用能值分析法和“压力—状态—影响—响应（PSIR）”模型构建土地资源生态安全评价体系和土地资源生态安全可持续能值指数（EULESI）,结合可持续发展能值指数（EISD）与EULESI进行相关性分析,从而对2004—2011年研究区近8 a土地资源生态安全状态进行评价。结果表明:（1）可持续发展能值指标（EISD）与EULESI二者相关性系数为0.84,具有极强相关性,相较于EISD指数,EULESI指数对土地资源生态安全评价研究更具有敏感性和代表性,同时作为评价土地资源生态安全水平指标具有科学性,可用于其他类似地区的相关研究评价指标;（2）2004—2011年城市扩张后的研究区土地资源生态安全总体呈递减趋势,土地资源生态安全水平波动较大,处于较不稳定发展阶段,总体处于较不安全水平。具体而言,2004—2006年研究区土地资源生态安全处于较安全水平;2007—2008年处于较不安全水平;2009—2010年均处于临界安全水平;2011年数值为近8 a来最低值,处于较不安全水平,土地资源生态环境受到严重威胁。总而言之,能值分析法能够客观揭示各个指标自身涵义,有效避免评价过于主观性,研究结果符合研究区实际情况。     

基于相图法的新疆精河县大农业系统可持续性能值评价

为促进干旱区大农业系统的可持续发展,以新疆精河县为研究区,从能值角度出发,利用相图法分析了1990年、1999年和2007年研究区大农业系统的能值投入情况,评价了系统能值利用的可持续性。结果表明:精河县大农业系统的能值投入中可更新环境资源能值和经济社会反馈能值比例下降,从1990年的67%下降到1999年的61%再到2007年的48%;同时不可更新环境资源能值比例上升,三年比例依次为14%,24%和38%。虽然在所研究时段内系统的能值利用是可持续的,但其可持续性指标由1990年的Ⅱ级可持续性降到1999年和2007年的Ⅲ级可持续性,且2007年的可持续性指标下降到三年中的最低。因此,系统应当从当前的发展状况出发,沿可更新资源的敏感线上行发展,主要采取节约和保护不可更新资源和可更新资源有效替代的方法,直接或间接地降低对不可更新资源的利用比率,提高系统未来的可持续发展能力。     

基于塘内循环自净的河蟹生态养殖系统设计与试验

为了提高河蟹养殖品质和养殖池塘水质净化能力,该研究提出了一种通过养殖池塘内部结构改造实现池塘水体内部循环自净的技术,并设计了一套针对河蟹的生态养殖系统。应用软围隔将养殖塘划分为两个相对独立的功能区(养殖区和自净区),设计了浮式气提推水装置和射流装置作为塘内水循环动力系统,在推水装置的作用下,养殖区的水体流入自净区,经过滤、吸附、杀菌及降温等环节重新回到养殖区,形成"九分养蟹一分养水"的河蟹循环自净生态养殖模式。在崇明宝岛蟹业面积约为9 600 m~2的河蟹养殖池塘进行实施和试验,试验表明:合理配置气提推水装置可实现河蟹养殖池塘水体日循环2次以上;试验塘循环自净状态相较静水状态,水温均衡度提高10.17%,下层溶解氧水平提高18.57%,氨氮平均质量浓度下降19.2%;同时,养殖效果抽样对比显示试验塘200 g以上公蟹和150 g以上母蟹较对照塘分别增加了45%和35%。该研究设计的塘内循环自净的河蟹生态养殖系统能较好地净化养殖水体,有利于河蟹的生长,可为河蟹池塘生态高效养殖模式的构建和推广提供参考。     

基于能值分析的马尾松低效林林下种草养鸡耦合模式评价

马尾松低效林是红壤侵蚀区典型植被类型。林下种草养鸡则是林下种草与林下养鸡的耦合新模式,既能解决马尾松林下水土流失问题,又能提高经济效益,实现生态种养循环,驱动水土流失治理。为科学评价马尾松低效林林下种草养鸡模式的生态经济效益,本文应用能值分析法,测评福建省长汀县三洲镇垌坝村传统林下养鸡(对照)、林下种草养鸡两种模式的能值自给率、能值投资率、净能值产出率、环境负载率、可持续发展指数和能值反馈率。结果表明,传统林下养鸡模式的能值自给率、能值投资率、净能值产出率、环境负载率、可持续发展指数和能值反馈率分别为0.860、0.166、2.125、3.380、0.629和0.026,林下种草养鸡模式上述指标值分别为0.400、1.510、0.870、1.370、0.635和0.290。林下种草养鸡模式的能值投资率、可持续发展指数比对照提高1.344和0.006个单位,显示更强的经济活力;能值自给率、环境负载率比对照下降0.460、2.010个单位,显示更低的环境负载。林下种草养鸡模式的净能值产出率低于对照1.255个单位,而能值反馈率高出对照0.264个单位。总体而言,林下种草养鸡耦合模式经济活力更强,环境负载更低,符合脆弱区林下经济发展趋势。侵蚀区土壤结构性差,限制了从系统外导入的化肥在循环系统中功能的发挥,导致系统净能值产出率、能值反馈率较低,这为该模式的优化指明了方向。     

安徽省农业可持续发展能力动态分析

基于安徽省2000-2010年的农业相关基础数据,在构建农业可持续发展能力综合评价体系基础上,利用熵值分析方法从经济、社会、人口和资源、环境持续性5个层面对农业可持续发展能力进行了动态分析。建立了协调度模型,并对农业可持续发展5个子系统11 a的协调状态进行了评价。结果表明,2000-2010年安徽省农业可持续发展的整体水平呈现出稳步攀升的态势,但各个子系统的可持续发展水平的差异显著,经济子系统的起点高,发展最快,社会、人口子系统次之,3者均保持平稳较快增长态势;而资源和环境子系统的发展缓慢,甚至负增长,状态呈下滑趋势。安徽省11 a间农业可持续发展的协调状况不容乐观,基本处于不协调状态。     

三峡库区农村发展系统评价与空间格局分析

农村发展系统特征及其空间格局分异,是确立区域农村可持续发展模式的重要依据。该研究着眼于县域尺度,利用均方差权值评价法、系统耦合理论、探索性空间数据分析、空间变差函数等方法,从系统总体状态、子系统间的耦合关系、系统的空间格局分异与规律等角度探讨三峡库区农村发展系统特征及规律。结果表明,三峡库区19个区县属于中度协调、基本协调、轻度失调、中度失调4类之中,区县之间系统协调度差异不大;农村发展总系统以及社会系统、经济系统、资源环境系统3个子系统在空间整体上都呈现空间正相关特性,发展水平相似的区域分别集聚分布;农村发展总系统以及社会系统、经济系统、资源环境系统3个子系统由空间自相关引起的结构化分异十分显著,空间自组织性较强。该研究结果可为政府部门制定跨区域统筹发展战略,完善农村发展政策提供参考依据。     

南方双季稻区生物质炭还田模式生态效益评价

应用生态经济系统能值分析理论与方法,引入环境污染指数和能值反馈率2个新的指标,分析了无秸秆还田(CK,即常规施肥处理)、低量秸秆还田(LS)、高量秸秆还田(HS)、低量秸秆源生物质炭施用(LC)和高量秸秆源生物质炭施用(HC)5种秸秆还田模式的能值效益,从农业可持续发展水平来评价南方双季稻区最佳管理模式。结果表明:秸秆还田显著增加了农田温室气体能值产出,LS、HS处理分别是CK处理的1.94倍和2.92倍,分别减少了8.13%和10.80%的水稻生物量能值产出。秸秆源生物质炭还田温室气体能值产出与常规施肥处理(CK)差别不大,但明显低于秸秆直接还田,减少了49.10%~59.36%。秸秆源生物质炭还田增加了水稻生物量能值产出,比常规施肥处理(CK)增加了4.32%~10.49%,比秸秆直接还田增加了16.96%~20.27%。5种秸秆还田模式,能值产投比早稻季依次为:LCHCCKHSLS,晚稻季依次为:HCLCCKLSHS。综合评价双季稻生态系统可持续发展水平,早稻和晚稻季节HC均高于其他模式。因此,从能值效益角度,高量秸秆源生物质炭还田是该区域双季稻生产中最优的秸秆还田模式,可以大力推广。     

以沼气为纽带的种养结合循环农业系统能值分析

将沼气工程与种植业相结合,构建以沼气为纽带的种养结合的循环农业模式是当前处理猪场粪水的循环农业新模式。该文针对循环农业模式缺乏科学评价体系,以单纯的生猪养殖(模式Ⅰ)为参照,运用能值理论对福清星源畜牧场循环农业模式(模式Ⅱ)进行评价,结果表明模式Ⅱ整体效益优于模式Ⅰ,环境负载率比模式Ⅰ降低了15.00%,可持续发展指数提高15.71%,经济效益比模式Ⅰ提高18.96%,生产效益略低于模式Ⅰ。模式Ⅱ实现"资源减量化、物质再循环和再利用",并提高生态效益、经济效益,该文为种养结合循环农业模式推广提供科学依据。     

基于能值的专业化茶叶种植农业生态系统分析* ——以福建省安溪县为例

世界饮茶热潮不断推动着我国传统农业——茶叶种植规模的扩大,茶叶经济发展不断受到关注,然而茶叶种植所产生的生态环境效应却往往被忽视。本研究以专业化茶叶种植县——福建省安溪县为对象,通过综合各乡镇茶叶种植面积、茶叶种植区位商和集中系数3种方法,将安溪县各乡镇茶叶种植专业化情况划分为高度专业化、较高专业化、中等专业化、较低专业化和无茶叶种植5个等级,基于能值理论分析方法,构建安溪县农业生态系统投入、产出指标体系,并建立能值投入密度、环境负载率、可持续发展指数等8个能值评价指标,进行不同专业化茶叶种植农业生态系统的评价与分析。研究结果表明:(1)安溪县专业化茶叶种植农业生态系统运行过程中以可更新环境资源投入为主,不同专业化茶叶种植间环境贡献率高达0.96~0.99,而能值投资率仅有0.01~0.04;(2)茶叶种植专业化等级与产出能值密度之间总体上呈正相关,随着专业化等级的不断增强,农业生态系统生产力总体上不断提高,高度专业化等级茶叶种植的产出能值密度达到4.15E+11 sej·m-2,是无茶叶种植的1.32倍;(3)专业化茶叶种植农业生态系统具有较高的生产效率和经济效益,专业化茶叶种植等级与净能值产出率之间呈正相关,高度专业化茶叶种植的净能值产出率为1.29,是无茶叶种植的2.86倍,且环境负载率为0.05,具有环境友好性;(4)专业化茶叶种植降低了农业生态系统稳定性,系统稳定性指数与茶叶种植专业化等级间呈负相关,无茶叶种植等级系统稳定性指数为1.12,是高度专业化等级的1.56倍。因而在茶叶专业化种植过程中,应注重复合生态茶园建设,提高专业化茶叶种植系统的生物多样性和稳定性,并加大科技管理投入、提高农业生产技术水平,以进一步提高农业系统总体经济发展水平和可持续发展能力。     

成都平原不同秸秆还田模式下稻麦轮作农田系统能值分析

[目的]探索成都平原高产条件下稻麦轮作农田系统适宜的秸秆还田模式,为区域秸秆资源的农业循环再利用和农田系统的可持续发展提供一定的实践指导与科学依据。[方法]在田间定位试验中,设置了常规施肥(CF)、秸秆半量还田(CFS1)、秸秆全量还田(CFS2)和秸秆1.5倍量还田(CFS3)4种施肥模式,应用能值分析方法探讨了不同农田系统的能值投入产出总量、结构及综合指标的变化。[结果](1)从能值结构看,较CF模式,秸秆还田模式降低了农田系统能值投入中工业辅助能的比重,增强了系统的自给能力,并提高了系统总能值产出;(2)从能值指标看,较CF模式,秸秆还田模式提高了农田系统的净能值产出率、能值投入率、能值反馈率、能值生产力和能值—劳动生产率,降低了环境负载率,有效提升了农田系统的可持续发展性能,增强了系统的发展潜力,其中CFS2和CFS3模式的养分物质内部循环利用率较高,环境负载率较小,有利于农田系统的持续、高效运行。[结论]CFS2和CFS3模式是成都平原稻麦轮作农田较优的秸秆还田生产模式。     

基于能值分析的奶牛产业园区循环发展模式评价

以沼气工程为纽带的循环农业模式是降低农业产业园区废弃物污染、提高资源利用率的有效方式。该研究构建了适合园区规模的循环农业模式能值评价指标体系,以河北省某典型奶牛产业园区为案例,将园区现行的利用全混式厌氧反应技术(Continuous Stirred Tank Reactor,CSTR)的湿法单相厌氧消化沼气工程,与湿法两相耦合厌氧消化、干法序批式厌氧消化、干法连续式厌氧消化3种不同沼气工程模式进行对比,运用能值理论及计算方法对以沼气工程为纽带的农业产业园循环模式进行了评价,选择最适宜园区发展的沼气工程模式。结果表明,该园区能值投入率为17.57,能值产出率为0.41,环境负载率0.33,可持续发展指数1.23,以CSTR湿法单相厌氧消化沼气工程为纽带的循环农业模式整体效益优于其他3种模式。研究对其他园区的循环农业模式评价和以沼气工程为纽带的循环农业发展具有借鉴意义。     

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。     

基于能值方法的成都平原农田生态系统秸秆循环利用模式研究

本文采用能值分析方法与理论,以成都平原"稻-麦"轮作农田生态系统不同秸秆循环利用模式为研究对象,通过系统定位试验与随机抽样调查,对农田生态系统常规施肥生产模式(CF)、秸秆直接还田生产模式(CFS)和食用菌菌废料还田生产模式(按物质投入量不同分为FR1、FR2和FR3)的能值投入产出进行比较。研究表明:CF和CFS模式不可更新能值投入比例较大,主要依附工业辅助能的投入;不同模式系统的总能值产出量依次为CFFR2CFSFR1FR3,与CF和CFS模式相比,FR1、FR2、FR3模式的产投比相对较大,FR2模式最大,其产投比为2.35。菌废料还田生产模式下农田生态系统有机能值占系统总能值比例较高,系统净能值产出率高,环境负载率较低,环境压力小,可持续发展性能较强,FR2菌废料还田生产模式是最适合成都平原的秸秆循环利用生产模式。     

以沼气为纽带的生态村循环系统能值分析

为综合评价以自然村为依托建立的以沼气为纽带的生态村循环系统,该文以北京市顺义区北郎中村沼气为纽带的生态村循环系统（biogas-linked eco-village circulating system, BECS）为研究对象,基于能值流图和指标体系,对该系统从资源利用、环境安全与可持续性、经济生产效益以及自组织能力4个方面进行定量解析和综合评估,并与种养结合循环农业系统和"四位一体"系统2个典型不同规模的以沼气为纽带的生态系统进行比较。结果表明,以沼气为纽带的生态村循环系统更有利于资源和产业的合理规划配置,具有可更新资源投入比例高、系统内部物质循环利用率高、内部反馈能值大、对环境压力小、可持续性强、稳定性强等优势,其研究区单位面积产出经济价值为23.43元/a,有显著的经济效益,是一种具有良好综合效益的可持续发展的生态农业系统。该文为以沼气为纽带的生态村循环系统的推广提供了一定的科学参考。     

生物质直燃发电CDM项目可持续性的能值评价

生物质直燃CDM（清洁发展机制）项目的可持续发展评价需要对系统的经济、社会和环境效益等方面进行定量分析。该文应用能值理论,对生物质直燃发电CDM项目进行了能值分析,建立了能表明其功能特征的能值可持续性评价指标,并以华中某地25 MW生物质直燃发电CDM项目为案例,评价了系统的可持续发展性能。结果表明：该CDM项目每年获得的2.51×106美元温室气体减排效益,不仅可有效增大系统的能值产出率,降低环境负荷,使生物质直燃发电系统更具有竞争力;还能使系统能值可持续指标提高到6.45,使之富有活力和发展潜力,可维持较长时间内的可持续发展。     

长株潭城市群农业生态系统的能值分析及可持续发展评价

利用能值分析理论和方法对长株潭城市群农业生态系统的投入产出状况、运行效率和环境负载率进行了系统分析。分析结果表明,该城市群农业生态系统能值投入主要以不可更新工业辅助能源为主,农业生产成本过高;在能值产出中林业和畜牧业能值产出较大,而种植业和渔业所占比例较小;环境负载率低于发达国家和地区水平,具有较大的发展空间。为了获得更高的能值产出,促进该城市群农业生态系统的健康、可持续发展,长株潭城市群应当优化能值投入与产出结构,大力发展该区域的特色农业与生态农业,建立多层次、高功效、低能耗的农业生态系统。