基于生态网络分析模型的武汉市“三生空间”碳代谢特征

通过模拟生物代谢来剖析城市生产、生活及生态空间(简称“三生空间”)碳代谢机理有助于实现区域要素整合和结构优化,是寻求城市绿色低碳发展的有效途径之一。以武汉市为例,基于“三生空间”分类体系构建水平方向上的碳流模型,剖析2005~2020年“三生空间”演化过程中碳要素的流向;运用生态网络分析(ENA)模型对“三生空间”碳代谢进行分析,评估不同用地之间的生态关系;最后利用互惠指数综合评价“三生空间”演化对城市碳代谢的作用。结果表明:①2005~2020年,武汉市整体以负碳流为主导,2010~2015年达到峰值;2005~2015年整体上呈现碳代谢紊乱局面;2015~2020年,碳减排效果显著,正、负碳流较弱,空间上分布零星,后期碳代谢逐渐趋向平衡;②武汉市生态关系以掠夺限制关系为主,生态空间被生活空间和生产空间挤占,不同用地之间的生态冲突较为强烈,2015年后无生态区域增加,生态关系明显改善;③互惠指数呈先减后增的变化趋势,但互惠指数的平均值为0.77(<1),表明“三生空间”演化对城市碳代谢平衡的作用仍为消极,武汉市的国土空间利用仍有不合理之处,碳代谢压力尚存,需进一步优化国土空间布局,促进绿色低碳发展。

基于生态网络分析的新疆“水-能-碳”耦合系统特征研究

水资源、能源、碳排放是扰动经济社会-生态复合系统的重要因素,单要素变化会产生联动效应,传递生态压力,影响区域和产业的持续发展。以新疆为研究对象,基于2007、2012、2017年新疆投入产出表,运用环境投入产出和生态网络分析模型呈现“水-能-碳”网络系统耦合特征。结果表明:(1)混合水主要用于国内省外流出和居民消费,混合能、混合碳主要用于国内省外流出和资本形成总额。(2)水类网络循环率小于42%,能类网络和碳类网络循环率小于25%,网络系统整体表现出下降趋势。(3)水类网络、能类网络、碳类网络系统鲁棒性向发展停滞一侧倾斜,整体展现出不可持续发展的状态。(4)新疆“水-能-碳”耦合系统各部门间的水系统、能系统、碳系统关联性不强,控制与依赖关系尚处于偶发状态,产业间“水-能-碳”未能形成协同关系。厘清新疆“水-能-碳”耦合系统规律,为实现低碳高效资源综合管理模式提供实证支撑。

基于生态网络分析的黄河三角洲碳代谢分析

为深入探讨黄河三角洲碳代谢生态关系与国土空间利用的内在联系,为国土空间格局调整和绿色发展提供参考,构建“生态-农业-城镇”空间分类体系,利用生态网络分析模型(ENA)对黄河三角洲2000~2020年的碳代谢过程进行分析,并运用标准差椭圆和生态关系变化率(ERCR)评价各空间之间的生态关系时空分布和变化特征.结果表明,黄河三角洲2000~2015年生态空间被农业空间占用等现象频发,碳代谢呈紊乱局面,2015年后正碳流显著提高,碳代谢趋于平衡;研究区主导生态关系为竞争关系,碳代谢生态冲突较为强烈,2015年后西北地区互惠共生关系逐渐增多,国土空间演变重点区域由南向北转变;研究区大部分生态关系变化率满足ERCR>0,生态关系规模增减与空间转移面积的变化趋势一致.说明黄河三角洲国土空间仍有不合理利用现象,碳代谢压力尚存,需进一步优化国土空间格局,促进绿色发展.

生态网络分析方法研究综述

生态网络分析方法是分析生态系统作用关系、辨识系统内在、整体属性的一种有效的系统分析方法。总结了生态网络分析方法的主要研究成果:网络结构特性、网络稳定性、网络上升性、网络效能等;介绍了构建生态网络模型过程和群落构建规则;以德国西部城市诺伊斯河口氮循环为例,介绍David K是如何运用生态网络分析方法来揭示网络中的微动力流循环规律。生态网络分析方法的主要贡献:(1)对人们凭经验感知的生态系统分室间的关联关系,采用了严密的数学模型和推导进行了描述和证明;(2)为生态系统的微动力流循环的研究提供了方法,对生态系统中物质流的间接循环作用进行了科学论证;(3)不仅为分析生态系统提供了一种科学的数学方法,而且,它为探索生态系统提供了不同与牛顿世界观的崭新的认识论。总结与回顾生态网络分析方法,有益于该方法的运用和进一步完善。

城市生态网络分析研究进展

自生态网络分析方法提出40多年来,其理论发展和应用实践不断拓展,但直至21世纪才不断引入到城市生态系统研究中,用以分析城市内部多个主体和多种生态流构成的关联网络。目前,城市生态网络分析集中于生态网络分析方法与指标的拓展及多尺度的应用研究,而生态网络分析方法又形成了上升性分析和环境元分析两大分支,多尺度应用涵盖了城市镶嵌的区域背景尺度和城市内部产业部门之间的细节尺度。然而,当前研究仍存在着多尺度融合、多种生态网络分析方法集成不足等问题,这限制了城市生态网络分析方法在城市规划设计中的应用。未来城市生态网络分析研究集中于如下3点:(1)开展多尺度城市生态网络分析,包括城市群-城市-园区/社区等,构建多级嵌套生态网络模型;(2)集成上升性与环境元分析方法,提出由外在表征到内在过程的城市生态系统评价模式及模拟方法;(3)强调自然节点在城市生态网络中的重要作用,形成社会经济节点与自然节点并重的生态网络模型,并强调构建多精度的生态网络模型服务于不同的研究目的。

基于生态网络分析的流域水资源可持续性评价方法研究

将生态网络分析方法引入到水资源可持续利用评价中,构建了水资源利用系统的生态网络模型,从网络结构平衡角度提出适用于水资源利用系统的网络结构可持续评价指标和方法。并以淮河流域为例,对其2005~2011年的水资源可持续利用水平进行了定量评价与对比分析,获得了淮河流域水资源可持续性程度,为淮河流域水资源管理提供了依据。

基于生态网络分析法的城市水与能源网络结构解析

水和能源是城市发展的重要基础性资源,节水节能是实现高质量发展的重要目标。基于投入产出和生态网络分析方法,构建了天津市水网络和能源网络核算框架,从社会经济角度分析城市水和能源的利用情况和演进规律。研究发现,作为资源输入型城市,2007~2017年天津市三产业直接用水减少7.7%,用能增加81.7%,本地终端隐含水和隐含能消费量分别增加79.0%、84.9%;天津市的能源网络循环效率优于水网络,但水网络的鲁棒性强于能源网络,且更为稳定;不同部门间资源流通体现了水与能源相互需求的特点。最后,从节水节能角度提出实现水与能源协同发展的对策建议。

应用生态网络分析方法评价中国经济系统的可持续性

将生态网络分析方法应用于中国经济系统的可持续性分析。依据1987—2010年的投入产出数据,构建中国经济系统的货币网络流,用生态网络指标量化经济系统的网络特征和变化情况,探讨中国经济系统中增长与发展的变化及其可持续性。主要结论有:(1)1987—2010年间中国经济系统的总吞吐量呈指数增长趋势,网络规模不断增长。(2)1987—2010年间中国经济的系统效率在波动中呈增加趋势,但增长幅度较小。从长期阶段看,1997—2010年间的系统效率和组织能力比1987—1995年间有明显提高,表明经济系统在后期获得了一定程度的发展。但系统效率在2002年达到高点后呈现下降趋势。(3)1987—2010年间中国经济系统的上升性和发展能力都在持续提高,但主要来自规模增长。增长和发展的量化结果表明,1987—2010年间中国经济系统上升性的提高,90%来自总吞吐量(增长),只有10%来自效率改进(发展)。(4)1987—2010年间的中国经济系统的α平均值为0.138,远小于0.37或0.33的可持续性最优平衡点,系统处于缺乏效率的不可持续的状态。要提高经济系统的可持续性,需要提高经济系统的效率(结构)和组织能力。

城市能源代谢生态网络分析研究进展

运用生态网络分析方法研究城市能源代谢可以打破以往研究中的“黑箱模式”,有助于考察城市内部能源的代谢过程和代谢路径。对研究城市能源代谢的一般方法进行了分析和对比,发现在探究城市能源代谢方面,生态网络分析相较于其他方法更具优越性;因此,全面整理和阐述了生态网络分析方法的主要内容,并系统综述了该方法在城市能源代谢中的应用。在此基础之上,指出在未来城市能源代谢的生态网络分析中应从研究尺度、上升性分析和环境元分析的结合应用以及增加不同模型精细度的对比研究3个方面做出改进。

关于生态网络分析理论的哲学思考

本文在简单介绍生态网络分析理论基本思想的基础上，从唯物辩证法与整体哲学思想的角度，探讨了生态网络分析理论的哲学基础与意义。

省域经济系统能源与水关联及协同发展研究——基于投入产出和生态网络分析的福建省实证

能源与水资源协同发展是省域经济贯彻新发展理念、推动高质量发展的内在要求。基于投入产出分析和生态网络分析方法构建区域关联网络,创建关联度指数评价福建各部门受到能源与水关联影响的压力,同时评价了关联网络的循环性、鲁棒性和控制依赖性。研究发现:能源消费和能耗水呈现部门差异性,而水消费和水耗能呈现部门趋同性;产业结构高级化有助于降低区域整体的能耗和水耗;水关联网络在循环效率和鲁棒性上的表现优于能源关联网络;受关联关系影响较大的部门体现了能源与水之间相互需求较高的特点。最后,从提升资源利用效率和推动跨部门协同升级两个角度提出实现能源与水资源协同发展的对策建议。

生态网络与生态网络分析

生态网络是对生态系统中物质、能量流动结构的模拟;生态网络分析是对生态网络进行研究的理论,是系统生态学的一个新的分支学科。

基于生态网络分析法的煤化工水网络结构解析

由于煤化工水网络结构的复杂性,水网络的用水/排水去向以及结构的整体性分析已成为系统集成优化的基础工作.选取某典型煤制烯烃项目的水网络体系为研究案例,采用生态网络分析法深度解析煤化工水网络体系的结构和用水效率.采用生态分析方法中的通量分析和效用分析对选取的煤化工水网络结构进行研究.通量分析的结果显示,在该煤化工水网络结构中,通量占比最大的节点分别为第一冷却水站(35.70%)和第二冷却水站(26.35%).效用分析中用网络共生指数(M)来衡量系统结构的稳定性,计算得到该案例中M值为0.97,接近于1.从生态学的视角来看,网络中各节点之间呈现竞争与共生的强度相当,网络协作性较好.

生态网络分析研究进展及其在农业生态系统氮循环中的应用前景

农业生态系统氮循环直接关系到粮食安全和生态环境保护,受到国内外的广泛关注。生态系统氮循环包括氮在生态系统各个组分间迁移和转化的全部过程,具有整体性和复杂性。然而,现有研究大多集中在氮循环的单一或局部过程,难以从全局水平上研究农业生态系统氮循环的变化规律。作为一种系统分析工具,生态网络分析通过构建可以模拟复杂系统中物质或者能量流动结构的生态网络分室模型,进而可以从全局的视角分析生态系统的内在、整体属性及其变化规律。因此,利用生态网络分析从整体上审视农业生态系统氮素循环规律具有良好的应用及发展前景。鉴于此,该文介绍了生态网络分析方法的基本原理、作者在生态网络分析方法研究中取得的新进展,包括基于自主提出的网络粒子追踪法(network particle tracking,简称NPT)将生态网络分析的应用范围由稳态系统扩展至动态系统和新提出两个性能更优的系统评价指标。此外,分析了生态网络分析方法主要优势、实现步骤及应用案例,指出了阻碍生态网络分析在农业生态系统氮循环研究中应用的主要问题以及应对策略,展望了生态网络分析在农业生态系统氮循环研究中的可能应用。

区域碳排放的产业部门关联机制——基于生态网络分析的吉林省实证研究

以吉林省为例,基于环境扩展投入产出与生态网络分析方法,建立了吉林省2002、2017年区域碳代谢系统网络模型,探究东北老工业基地振兴计划实施下产业部门间的碳排放流动过程,解析碳排放的产业部门关联机制.结果表明:1)研究期间,吉林省的碳排放量大幅增长,从2002年的2.54×104万t增加到2017年的4.36×104万t,其中间接碳排放是吉林省碳排放的主要方式.2)与能源和资源供给相关的部门是系统中重要的控制部门,优势制造业及服务业部门是系统中主要的汇集部门.随着东北振兴对技术密集型产业发展的需求,技术密集型产业在系统中的作用越来越重要.3)系统以限制/掠夺关系为主导,研究期间竞争关系数量下降9.25%,共生关系数量上升6.61%.4)系统冗余度增加,效率降低,稳健性指数从0.32下降到0.31,表明系统处于不可持续发展状态.

社会-生态网络分析视角下的城市公园绿地管理耦合模式探究--以兰州市为例

引入社会-生态网络分析(SENA)框架,选取兰州市中心城区25个公园绿地,探究公园绿地与相应管理部门之间的耦合模式.构建社会-生态网络,并利用UCINET软件实现社会-生态网络可视化;选取9种基本构建块模型作为网络结构研究的基本框架,基于多层指数随机图模型定量分析网络结构特征.结果表明,兰州市公园绿地管理主要存在2种封闭的三角环形耦合模式,是社会-生态相协调的基本耦合模式.但它们只是实现公园绿地有效管理的前提条件,而且还存在着管理耦合模式缺乏多样性,民众满意度和参与度较低等问题.应通过建立合作沟通的长效工作机制和完善的监督与反馈机制,提升管理者的专业素质,充分发挥民间组织的作用来实现有效管理.

基于投入产出和生态网络分析的广东省能源消费行业差异研究

广东省在快速推进工业化和新型城镇化建设的同时,对能源消费的需求也随之迅猛增长。如何调整广东省能源消费结构,推动能源集约化、清洁化发展,努力降低碳排放已经成为广东省响应与实现中央“双碳”战略所必须解决的关键性问题。从多角度分析广东省各行业能源消费的动态变化特征,探索能源消费网络中各行业之间的生态关系,有助于为广东省“五位一体”总体布局制定差异化的节能降耗政策提供科学的理论依据和政策建议。本文通过收集广东省2007年、2012年、2017年经济投入产出表与能源消费清单,依托投入产出理论和生态网络分析法,构建投入产出-生态网络模型,定量分析与评价广东省社会经济系统中26个行业直接、间接的能源消耗和行业间的能源流动情况及其行业间的生态关系。研究结果表明:1)从直接能耗来看,交通运输、仓储及邮政业(S24)与金属冶炼及压延加工业(S13)是政策制定者特别需要关注的重点行业,而化学工业(S11)和非金属矿物制品业(S12)等重工业造成的间接能耗同样不容忽视;2)建筑业(S23)与非金属矿物制品业(S12)之间呈现出较强的关联性,能源消费系统共生指数小于1,系统处于亚健康状态;3)第二产业和第三产业之间呈现出较强的控制与依赖关系,在鼓励产业转型的同时也应重视两大产业的协调发展。为了节约能源、降低消耗,广东省除了需要采取生产侧的节能降耗措施外,还应采取消费侧的节能降耗措施,如提高中间产品利用率、发展循环经济等等,并可以尝试搭建多行业协作节能系统,推动节能降耗从单行业调控向多行业协同调控发展。

基于生态网络分析(ENA)的城市地-碳框架构建及其时空演变研究

“双碳”目标下,构建土地利用类型与碳转移的关系对碳减排至关重要。该研究以徐州市为例,提出了一个空间地-碳框架,运用生态网络分析(ecological net analysis,ENA)评估了土地相关碳的正、负转移及其生态关系的变化,提出用地-碳关联率评价土地利用变化对碳平衡的综合影响程度,并借鉴生态学种间关系的原理,探讨了碳流动下土地利用类型之间的生态关系。结果表明:2000-2010和2010-2020年,研究区主要正碳转移是耕地转换为工业与交通建设用地,主要负碳转移是工业与交通建设用地转换为城市建成区。随时间变化,碳转移强度增加,类型更加复杂;空间上,土地互利关系分布在下属区县,竞争关系分布在中心城区。碳转移推力、拉力贡献率分别来自耕地和工业与交通建设用地。地-碳框架量化了土地相关碳转移,探明了各土地利用类型之间的生态关系,为碳排放空间规划提供了新视角。

基于生态网络分析的中国天然气供应安全评价

采用生态网络分析方法构建中国天然气供应安全网络模型,从区域合作视角和系统层面,确定天然气供应系统边界与节点路径,对输入输出及分组间流量进行量化;采用构建的中国天然气生态网络模型,基于网络信息、网络结构与网络效用等角度,评价2006—2020年中国天然气供应系统网络稳定性水平、网络不同节点贡献权重与网络共生水平;设计3种情境,即分别在控制其他条件不变的情况下减少外部来源、减少国内消费量、增加国内天然气产量,考察不同情境对我国天然气供应系统安全性的影响。结果表明:2006—2020年不同节点对整个天然气供应系统的影响从大到小依次为供应源、消费部门、提炼和储备部门,随着我国管道和液化天然气的进口,天然气供应网络中节点之间的联系更密切,我国整体天然气供应安全水平稳步提高,网络共生性水平较稳定;我国天然气进口来源过于集中,进口安全不确定性有待提升。为发送我国天然气供应安全程度,建议如下措施:保障内部供应来源,提高国内天然气生产能力;加强区域合作,采取多元化进口策;优化天然气消费结构,降低能源强度;加强战略储备建设,降低能源风险。

基于生态网络分析法的淮河流域用水系统演变特征分析

基于生态网络分析法中的结构分析理论,建立流域用水生态网络分析模型,针对淮河流域河南、湖北、安徽和江苏4个二级水资源区,进行用水系统生态网络指标的对比研究。结果表明:①TST值呈逐年递减趋势,表明淮河流域用水系统的总通量呈逐渐减小特征,江苏地区的TST值仅为其它3个地区的50%左右;②A、R、O变化趋势一致,均逐渐减小,表明流域用水系统的自组织性和所处的来自外界环境干扰的压力均在降低;③a和φ值变化趋势相反,且前者大于后者,表明流域用水系统拥有更高的物质能量传输和转换能力,中上游地区整体表现更加稳定,中下游地区波动性相对较大。研究结果对于流域开展引水调水工程以及闸坝工程具有一定的借鉴和指导意义。