“双碳”需求下环境管理教学系统设计与创新实践

实现碳达峰碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革,对加强新时代人才培养提出了新要求。在此背景下,着力推进系统性环境管理教学改革,探索碳达峰碳中和目标与高等教育的有机融合,对建设“双碳”人才培养体系至关重要。构建以生态文明为纲领、以系统思维为“眼睛”、以“双碳”目标为“向导”的环境管理系统教学模式,形成“三位一体”有机融合的教学模式,使之更契合当下城市及区域低碳可持续发展的需求,并就激发学生在环境管理学科的创新实践能力的具体做法及所取得的效果进行了探讨。

户用沼气模式生命周期减排清单与环境效益分析

相对于传统农业活动,以沼气为纽带的生态农业生产具有清洁的能源生产和高度闭环的废物回收处置等明显优势,在全国范围内得到入户推广。本文综合考虑沼气工程建造、使用和综合利用等生命周期过程,分析了典型户用沼气池综合利用各阶段环境节能减排清单,并在此基础上评价其环境效益。结果表明,"猪-沼-稻-果"综合农业利用模式下单位沼气池节能减排效果明显,其中CO2、PM10、CH4和CO净减排量分别达3 060.700kg、19.820kg、12.960kg和75.590kg,总净节能达9 068.4MJ。其中,玉米秸秆、沼液沼渣的利用和燃煤替代对温室效应的减缓明显,畜禽粪便的利用和燃煤的替代减缓了环境酸化以及富营养化过程,而光化学氧化的减缓主要来自玉米秸秆的利用而减少的CO、VOC的排放,沼气工程对人体毒害的减缓主要是来自燃煤替代而减少的SO2和PM10排放。户用沼气利用对各种环境影响均有减缓作用,其中对光化学氧化、富营养化、环境酸化和温室效应的改善最为显著,对于降低能源耗竭、减缓对人体的毒性也起到了较好的作用。

沼气农业复合生态系统能值分析

以沼气为纽带的农业综合利用系统对农村和偏远地区可持续发展具有重要意义。本文基于能值流图和指标体系,构建了沼气农业复合生态系统的综合评价框架,并以国家沼气农业示范区广西恭城县为案例,分析养殖-沼气-种植"三位一体"典型沼气农业复合系统的能值投入产出量及其结构,利用能值系统结构功能指标对该系统进行经济生态多元分析,评估其投资率、产出率、环境压力以及可持续性等系统综合表现,并与国内外其他农业系统进行比较分析。系统投入结果表明,恭城县沼气农业复合系统总投入中人类经济反馈在系统中所占比例最大,可更新环境资源次之,其中又以肥料、农药和劳工与管理的投入最大;系统产出表明,目前仍以种植业和养殖业为主导,水产业相对薄弱,而新兴的沼气产业因其低耗高产的特点,发展势头良好;而能值系统结构功能指标表明该农业系统整体具有环境负荷低、产出效率高、可持续性强等优势。依照能值分析各项结果,本文对沼气农业系统优化配置和进一步推广应用提出了参考建议。

基于信息网络模型的生态风险评价

人类开发活动造成剧烈的生态系统自然条件变化,生态风险评价可以对受到人为干扰下生态系统(包括物种和群落等)的潜在影响进行模拟和量化。通过对信息流量的概念和网络控制分析,综合考虑生态系统组分间的直接和间接作用,提出一种能实现全局风险模拟的生态网络模型,即信息网络模型。在该模型基础上,建立了面向整体生态系统的生态风险评价框架,同时实现兼容多胁迫因子统一模拟和多风险受体间的风险追踪。以澜沧江漫湾水库为例,在估算重金属Hg、Pb和Cd初始环境风险后,利用信息网络模型追踪分析生态系统中不同生态功能组分之间的风险传递路径,评估各生态组分和整体系统的危险程度。结果表明,在累积效应作用下,对于生态系统和部分群落,整合网络风险值与初始环境风险值之间有着显著差别;在发生环境胁迫时,虽然处于食物网底层的生物类群可能最先受险,但在控制信息作用下食物网上层类群也会受险,甚至其最终受到的潜在威胁比前者更大。信息网络模型可识别出复杂的风险流动路径和群落间的风险累积,从而为生态系统风险评价和管理提供更为系统综合的理论依据。

基于生命周期的户用沼气系统可用能核算--以广西恭城瑶族自治县为例

发展沼气生态农业可以实现资源的综合利用,带来经济效益与生态效益,同时解决我国农村地区能源短缺和环境污染问题。明确沼气系统内部的物质能量转化利用情况,可为沼气农业系统优化和效益提升提供科学依据。提出基于生命周期的户用沼气系统可用能核算方法,并以全国生态农业示范县——广西恭城瑶族自治县为例,核算了该县典型户用沼气系统建设、运行和利用单元投入产出的可用能流,分析了整个系统的可用能转化与利用效率。结果表明:系统的可用能投入为(1.06×108)kJ/a,可用能产出为(5.00×107)kJ/a,主要产出形式为沼渣;可用能转化率为48.82%,利用率为21.60%,其中沼气利用效率最高;系统产生的环境排放为(3.42×105)kJ/a,主要形式为系统利用单元沼气燃烧产生的CO2。由此可见,沼气生态农业可通过增加转化环节实现农业废弃物的再利用,系统可用能效率具备极大的提升空间,系统可持续性有待加强。可以考虑从改进工艺技术和改善发酵环境两方面提高户用沼气系统能量转化的能力,通过沼渣沼液综合利用技术方面的创新提高户用沼气系统的可用能利用效率。生命周期可用能核算方法可以更全面的反映系统的能量利用效率,便于诊断薄弱环节,为系统优化提供依据。

城市群多中心发展的碳减排效应及其作用机制

城市群已经成为中国经济发展和二氧化碳排放的核心区域,明确影响城市群碳排放的主要因素、推动城市群低碳建设关乎中国“双碳”目标的实现。作为城市规划的重要因素——城市群空间结构,其对碳排放的影响尚不明晰。该研究首先利用夜间灯光数据,首次实现对“十四五”规划中全国19个城市群空间结构的长期评价。在此基础上,构造2000—2020年城市群面板数据、建立计量模型,实证探究城市群空间结构对碳排放的影响,并识别检验其内部作用机制。结果表明:①2000年以来,中国19个城市群的空间结构多中心性增强,沿海城市群尤为明显。②与单中心空间结构相比,城市群多中心发展更有助于降低碳排放强度。③多中心空间结构的减排影响部分通过促进产业分工实现,交通基础设施对空间结构的碳排放影响具有调节作用,市场一体化与多中心发展之间具有替代效应。因此,本研究认为推进构建多中心城市群有助于实现减碳和发展的双赢。但就目前部分城市群的单中心尚未发育成熟的基本情况,多中心不应成为一刀切的减碳策略,更需重视城市功能定位、优化基础设施建设并打破市场分割,实现要素的自由流动和高效配置,由市场引导多中心结构的形成,从而推进城市群可持续发展。

全球城市碳中和目标与气候合作网络追踪分析

城市的碳中和进程在很大程度上决定了气候变化减缓的成效。分析全球城市在减排进展、研究水平和目标设定上的差异,对推动我国城市低碳转型有重要参考意义。本文以分布在全球53个国家的182个城市为样本,分类统计并识别了各城市的温室气体减排目标,分析不同目标类型下城市经济社会发展与温室气体排放的脱钩路径差异,并追踪评估了这些城市气候变化研究水平与城市间合作程度的演化进程。研究发现:(1)全球城市温室气体减排目标设定方式与计量方法分异较大,仅约20%的城市提出了明确的碳中和目标,而将碳中和时间点设定在2050年的城市占比达78%;(2)在不同目标类型下,城市经济发展与温室气体排放的脱钩程度差异巨大,自主提出碳中和目标的城市有更大的弹性来平衡经济社会发展与碳减排;(3)近十几年间,全球城市间气候合作规模迅速扩大,2015年后,合作网络聚类数降低的同时开放程度增强,而我国城市的本土合作效应较为显著。在此基础上,本文建议搭建城市温室气体排放的统一核算体系与数据平台,制定针对性强、易追踪和分阶段的减排目标,推动气候研究自主合作,并制定联合减排机制,旨在推动我国城市实现碳达峰碳中和目标。

城市资源可持续管理的联合网络分析:综述与展望

经济新常态下,中国城市的各类资源与环境问题呈现传递关系日益复杂、多决策主体共同作用的特点,使得传统单一关系和单一主体的分析与管理方法难以全面满足城市高质量可持续发展的需求。网络分析作为系统论思维的一种重要实现工具,能揭示隐藏在城市资源管理复杂系统背后的网状结构和变化规律。首先,基于CiteSpace对检索的2000-2020年中英文文献进行关键词共现时区图分析,研究了生态网络分析和社会网络分析这两种网络分析方法的发展趋势及在城市资源管理决策应用中的差异,系统梳理了两类网络分析方法的主要联合运用方式和过程,由此提出了运用生态-社会多层次融合的网络分析方法解决城市多主体、多路径的资源管理难题。然后,针对网络分析与现实决策部分脱节的问题,以水资源、能源、碳排放和耦合资源四类管理情景为例,进行了新型生态-社会网络分析联合应用的案例模拟演示,展示了实现集约式利用和可持续发展的体系化城市资源管理的模式与途径。研究发现,联合网络分析方法能使两种网络分析方法在发挥各自优势的同时,有望实现城市复杂资源流动系统中的链路分析与联动管理,帮助城市决策部门制定系统性资源调控策略,做出统筹全局效益的优化决策。最后,从夯实理论基石、拓展评估方法和明确决策生态位三方面,提出了联合网络分析未来的研究展望。未来联合网络研究应从生态环境和社会经济的角度融入可持续学科相应的理论基石,拓展资源可持续性利用过程的适应性评估方法。此外,寻求网络分析与社会经济理论的结合点,避免断裂式的评估管理框架以及网络理论的空心化,并发展出有别于其他分析方法的决策生态位,进而提升网络分析方法在城市资源可持续管理科学与具体实践中的价值。

粤港澳大湾区消费端碳排放评估与“双碳”政策探讨

作为我国开放程度最高、经济活力最强的区域之一,粤港澳大湾区城市群在绿色低碳发展上也应起到示范性和引领性的作用。核算2020年大湾区各城市消费侧碳排放,量化分析各行业对大湾区碳排放的贡献,结果表明:(1)大湾区消费端碳排放在城市间差异巨大,部分核心城市与国际湾区城市的平均水平相当。(2)大湾区城市在建筑业、服务业和电气机械制造业等行业上有较大的减排空间。粤港澳大湾区完整准确全面落实碳达峰、碳中和工作应多通路优化能源结构,推进产业结构调整和制造业低碳转型,注重建筑业方面的低碳管理,促进减污降碳协同增效,加快建立粤港澳大湾区碳交易市场,建设碳达峰、碳中和多层次试点。

“双碳”目标引领下基层干部能力提升路径

在“双碳”目标的引领下,我国经济发展方式的绿色转型被提上了新议程、新高度,绿色低碳城市建设也被赋予了新动能、新标准。由于我国行政区划的特点,城市是重要政策施力点,其绿色低碳发展管理水平和执行力度辐射全国。然而,受到资源禀赋和发展阶段等因素的影响,各地政府和基层公务员队伍在推进绿色低碳城市建设工作中面临诸多挑战。近些年,部分地区出现的“拉闸限电”“碳冲锋”等运动式减碳行为一度对企业生产和居民生活造成影响,暴露出绿色低碳管理能力亟需提升的问题。各地政府应继续加强基层公务员队伍和相关从业人员对城市绿色低碳发展的理解力、转化力和执行力,以制度改革、科技创新和产业升级等为重要抓手,滴水石穿、久久为功,统筹推进经济高质量发展和“双碳”目标实现。

代谢视角下的城市低碳表现评估

如何系统有效地削减城市地区的碳排放,将在很大程度上决定21世纪控温目标行动的成败.本研究以国内外12个城市为典型案例,定量分析了城市碳代谢的重要过程,并评估了碳通量、碳输入和碳排放在部门分布特征、人均水平和强度水平上的区别.在此基础上,建立了由流量指标和结构指标组成的城市碳代谢系统评估体系,用于系统地分析国内外案例城市在代谢的同化端、异化端或同化-异化混合端的低碳表现差异.结果表明,在制造和服务业上,国内案例城市比欧美城市的碳通量和碳输入平均高出7~12%,但在生活消费上却比后者低6~9%.同作为大型城市,北京、天津、南京和广州虽然人均碳通量和人均碳输入均较低(排名靠后),但相应的碳强度却是巴黎和洛杉矶等欧美发达城市的3倍左右(排在前列).从影响因素来看,城市人均碳通量与人均能源消费显著相关,而与人均建筑面积或人均住房面积也具有一定的相关性.本研究发现,碳通量、碳输入量和碳排放量三者可为衡量城市气候影响时提供不同侧面的信息,而流量指标和结构指标下评估国内外城市低碳表现排名的差异也较大.各类碳代谢系统评估指标在应用于城市碳管理时应加以区分、结合判断,使之更为准确地体现城市的脱碳现状和减排潜力,为实现经济社会的碳中和发展目标提供系统性决策支持.