生态经济的能值分析

生态经济学精品课程生态经济学精品课程第六章生态经济能值分析教学课题：生态经济的能值分析是生态经济分析的一种新的重要方法，通过讲授使同学了解生态经济的这一最新进展。通过案例分析和课堂讲授，使同学掌握能值分析方法并具备初步应用能值分析方法进行生态经济评价的能力。生态经济学精品课程生态经济学精品课程第一节能值理论和分析方法的发展•生态能量学•能值分析方法•能值与资源和经济生态经济学精品课程生态经济学精品课程一、生态能量学1、热力学定律•热力学第一定律•热力学第二定律（熵增定律）•热力学第三定律热力学第三定律认为，当系统趋近于绝对温度零度时，系统等温可逆过程的熵变化趋近于零。第三定律只能应用于稳定平衡状态，因此也不能将物质看做是理想气体。绝对零度不可达到这个结论称做热力学第三定律。在统计物理学上，热力学第三定律反映了微观运动的量子化。在实际意义上，第三定律并不像第一、二定律那样明白地告诫人们放弃制造第一种永动机和第二种永动机的个图。而是鼓励人们想方高法尽可能接近绝对零度。目前使用绝热去磁的方法已达到10^-6K，但永远达不到0K。生态经济学精品课程生态经济学精品课程2、生态能量学•生态能量学（ecologyenergy)又称能量生态学（energyecology），是能值分析方法的前身。生态能量学被认为是研究生命系统与环境系统之间能量关系及其能量运动规律的科学，是生物能量学和生态学相互参透而形成的一门交叉学科，是生态学中的一个分支学科。•生态能量学是研究生态系统和复合生态系统的能量流动、传递与转化规律的科学。生态能量学研究生态系统的能流与其他生态流，如物质流、生物流、信息流等的数量变化和相互关系，是研究生态系统的结构功能变化规律的科学。生态经济学精品课程生态经济学精品课程二、能值分析理论1、奥多姆对生态系统能量定律的贡献原有定律：•第一定律：能量守恒定律（ConservationofEnergy）•第二定律：熵的定律（LawofEntropy）•第三定律：绝对零度时的熵为零（DefinitionofEntropyin0°K）生态经济学精品课程生态经济学精品课程以下为H.T.Odum提出：•第四定律：MaximumEmPowerPrinciple（最大功率原则）系统的自组织过程或结构的自我设计通常会朝向引入更多能量和更有效地使用能量的方向发展。•第五定律：EmergyHierarchy通常最大功率的结果是形成一个能量转换的层级结构。•第六定律：BiogeochemicalHierarchy物质演变的层次性总是与能量转换的层次性紧密相关，这充分体现在生物地球化学过程中。生态经济学精品课程生态经济学精品课程2、能值理论的创立•奥多姆经过长期研究，综合生态、能量生态和生态经济原理于20世纪80年代后期和90年代创立了“能值”、太阳能值转化率等概念，并创立了能量理论和分析方法•太阳能值转化率在生态经济系统中，能流从量多而能质低的等级（如太阳能）向量少而能质高的等级（如经济产品）流动和转化。具有低能质的能量，如太阳能、风能、雨能等，经传递与转换而成为高能质和能量，维持人类的生存活动生态经济学精品课程生态经济学精品课程3、能值分析方法•能值分析以同一客观标准──太阳能值(SolarEmjoul,sej)衡量不同类别不同能质的能量的真实价值和数量关系。应用能值的分析方法，把生态环境系统和人类社会经济系统结合起来，定量地分析系统中自然资源和人类投入对系统的贡献，通过对系统中的能量流、物质流、货币流、信息流的能值转换，为资源的合理利用、经济发展方针的制定提供了一个重要的度量标准。生态经济学精品课程生态经济学精品课程三、能值与自然资源和经济•在现实社会生产和消费中，人们只注意一个系统中的货币流，即系统中的货币流出大于其流入，则该系统（或生产过程）就是有活力的，但是，人们常常忽略了其物质流或能量流。在一个生产或生态系统中，人们追求的是其最大的货币流，实际上，这种最大货币流是建立在最大的自然资源的流入基础之上的，因为，要追求最大的货币流出和最小的货币流入，就必需以最大的自然资源流入为代价，这种出发点常常又会导致自然资源的过度开发，从而造成资源的可持续性下降。而能值分析则是对货币流、物质流、能量流和信息流的综合衡量，从而通过最有效的设计，使得系统达到最大的生态效益、经济效益和社会效益。生态经济学精品课程生态经济学精品课程第二节能值原理及其符号语言•能值原理•能值符号及语言生态经济学精品课程生态经济学精品课程一、能值原理1、生态系统能量来源•由太阳能驱动的生态系统（2000Kcal/m2）•由太阳能和潮汐、潮流能驱动的生态系统（20000Kcal/m2）•由太阳能驱动和人工植被组成的生态系统（20000Kcal/m2）•以燃料驱动为主的城市生态系統（2000000Kcal/m2）生态经济学精品课程生态经济学精品课程2、最大功率原则•具有活力的系统，其设计组织方式必须能从外界获取可利用的能量加以有效的转化利用，并能反馈能量以获取更多的能量，以应存活之需•一个系统为了能与其他系统竞争而存活和永续发展，必需从外界输入更多低能质的能量，同时，也必需自系统反馈所贮存的高能质能量，强化系统外界环境，使系统内部与外界互利共存，不断获得能量，以产生最大功率。系统的最大功率原则被称为“自组织”（self-organization)生态经济学精品课程生态经济学精品课程3、能值和体现能•能量流动过程中，能量减少而能量的质量却增加了，低能值的能量通过相互作用和做功的形式转化为高质量的能量形式。转化成新型的小部分能量的载体体现了这一过程中所使用的大量的低质能量，这就是体现能•能值是体现能的新定义，H.T.Odum将其定义为：一流动或贮存的能量所包含的另一种类别能量的数量，称为该能量的能值生态经济学精品课程生态经济学精品课程二、能值符号及系统图的绘制•能值分析方法拥有自己的语言，即能值符号。应用能值符号可以把生态系统和各部分联结起来，从而用图解方式描述整个系统结构，研究时，在掌握生态环境和社会经济各个方面的基本要素的基础上，按如下方法和步骤进行能量系统图的绘制：•确定系统范围的边界，把系统由各组分及其作用过程与系统外的有关成分及其作用，以四方框边界分开。生态经济学精品课程生态经济学精品课程能量系统图的绘制（续）•确定系统的主要能量来源，这些能源一般来自系统外，即绘在边界的外面、确定需列举的能源的原则，基本根据该能源占整个系统能源总量的5％以上，低于此者可忽略。•确定系统内的主要成分，以各种能量符号图例绘之。•列出系统内的各主要组分的过程和关系（流动、贮存、互相作用、生产、消费，等等）。•绘出系统图解全图。先绘四方框边界外边的能源部分，沿周边外排列，而后再绘系统内各部分的图例。边界内外各图例排列均依其所代表成分的能值转换率之高低，从低到高由左到右排列。生态经济学精品课程生态经济学精品课程生态经济学精品课程生态经济学精品课程生态经济学精品课程生态经济学精品课程第三节能值分析方法及其应用•基本概念•主要能值指标和指标体系•基本方法•能值分析及其意义生态经济学精品课程生态经济学精品课程一、基本概念•能量转换的“十分之一”定律•能值：某种类别能量包含的另一种类别能量的数量，即该能量的能值。•太阳能值（sej）:任何资源、产品或劳务生产或操作过程中，直接或间接应用的太阳能的总量，即其所具有的能值（太阳能值），单位为太阳能焦耳（Sej）。•能量转换率：即某种能量或物质相当于多少太阳能转化而来。单位是太阳能焦耳/焦耳（克）（即Sej/J,Sej/g）。太阳能值＝能量×太阳能换率（sej）（J）sej/J)生态经济学精品课程生态经济学精品课程二、主要能值指标和指标体系1、主要能值指标•能值/货币比率•能值/货币价值•能值投资率•净能值产出率•能值交换率•其他能值指标（具体见教材P85表5.5）2、能值指标体系生态经济学精品课程生态经济学精品课程2、能值指标体系生态经济学精品课程生态经济学精品课程三、基本方法分析手段和步骤如下：1、能量系统图绘制和能值图绘制如前所述2、能量分析表的编制•能值分析评估表有多种，但基本格式一般包括六个题头，表内从左到右六个题头如下：•项目编号，亦即该项目计算和来源的注释编号；•项目名称，与系统内的名称对应（1与2项亦可合并）；生态经济学精品课程生态经济学精品课程2、能量分析表的编制(续）•原始数据，其单位根据原始资料来源通过计算所得值而定，一般为能量（焦耳），物质（克）或货币（美元）单位；•太阳能转换率，单位为太阳能焦耳/焦耳（或克、美元$），即Sej/j（或Sej/$，Sej/g）；•太阳能值，其量由第三与第四项相乘而得；•宏观经济价值(MacroeconomicValue)，它表示该项目的能值相当于多少当年的币值。生态经济学精品课程生态经济学精品课程生态经济学精品课程生态经济学精品课程3、主要能值指标•如前所述的指标的计算4、决策分析•通过生态模型的建立和对系统中的能流、物质流、信息流、货币流等进行模拟分析，可以对一项新的生态工程/生态设计在能量、环境、经济上进行综合评价和决策生态经济学精品课程生态经济学精品课程四、能值分析及其意义1、能值分析方法可以用于估算生态效益和经济效益•能值分析和经济分析的不同点在于它是以能值的数量来计算商品、服务、资源，而不是以货币2、能值方法被认为是连接生态学和经济学的桥梁•理论上，能值分析为生态经济系统开辟了定量分析的新方法，提供了衡量和比较各种生态流的共同尺度和综合分析方法，丰富了生态经济学的定量研究方法生态经济学精品课程生态经济学精品课程•在实践上，应用能值分析可以衡量和分析自然资源与经济活动的价值以及它们之间的关系，有助于调整生态环境与经济发展的关系，对自然资源的科学评价和合理利用，经济发展方针的制定及实施可持续发展战略均具有重大意义•能值方法的异议数据繁多、方法复杂生态经济学精品课程生态经济学精品课程案例：绿草荡有机农场循环型农业系统的能值分析•作者：丁公辉•指导教师：席运官、钦佩•时间：2007.03.13生态经济学精品课程生态经济学精品课程•研究地区概况研究地点绿草荡有机农场位于扬州市宝应县西安丰镇（东经119o20/，北纬33o10/），有机水稻种植面积30hm2，地势平坦，土壤ＰＨ7.0-7.5，有机质1.5-2.0%，气候温和湿润，四季分明，日照充足，雨水充沛，呈北亚热带季风性湿润气候特征，适合水稻的生长。平均全年日照数2080h，常年平均气温14.4℃，最冷月(1月)均温2.6℃，最热月(7月)均温26.4℃，无霜期220d，≥10℃积温为2483℃,年平均降雨量966mm，年均太阳辐射约465KJ/cm2。生态经济学精品课程生态经济学精品课程•研究方法在绿草荡有机农场选取典型的循环农业生产模式，以一个完整的生产年度为界限，对2005-2006年度有机水稻生产过程中各种投入、产出进行详细的记录，并加以计算。生态经济学精品课程生态经济学精品课程农业生产流程图生态经济学精品课程生态经济学精品课程•05年9月下旬水稻收割前播种绿肥紫云英，10月中旬开始收割水稻，至06年4月上旬翻耕绿肥，5月中旬开始水稻播种育秧，6月中旬移栽，移栽20天后开始放鸭下田，直至8月中旬水稻孕穗期为止，10月中旬开始收割水稻。收割后水稻秸秆一部分还田，另一部分加工成饲料喂养鸭子，再把鸭粪收集添加到猪饲料中喂猪，最后收集猪粪在发酵池中进行发酵，通过三相分离的技术产生沼气、沼液和沼渣，沼气作为一种清洁能源以供农民的生产、生活之用，沼液作为农药的替代品能够有效的防治水稻的虫害，而沼渣则作为一种有机肥还田用来保持土壤的肥力水平。生态经济学精品课程生态经济学精品课程•全年的生产过程中不使用任何化学合成的农药、化肥等农用化学品，通过施加绿肥、有机肥和秸秆还田等措施来培肥土壤，通过稻鸭共作以及使用植物源和生物农药来防治病虫草害发生。生态经济学精品课程生态经济学精品课程•能值分析通过调研绿草荡有机农场05-06年度的投入和产出数据，并收集当地相关的气象数