2.8　能值分析

无论是自然环境系统，还是人类经济系统，其存在、运动、发展和变化均依赖于能量流动，因而研究能流的规律和特征就显得十分重要。可是随着能量研究的不断深入，许多研究者发现一般的能量单位难以解决不同类型、不同性质的能量相互加减和比较的问题。美国著名系统生态学家H.T.Odum从20世纪70年代起，对生态系统的能量学进行了系统而深入地研究，提出了一系列新概念和开拓性的理论观点，如能量系统、能质、能质链、包被能、能量转换率及信息量等，第一次将能流、信息流与经济流联系在一起。80年代后期和90年代，又创立了能值(Emergy)以及太阳能值转换率(Solar Transformity)等一系列概念，发展创立了能值理论和分析方法，广泛应用于各时空尺度、各类型的生态系统，并出版了世界第一部能值专著(Odum，1996)，引起国际系统生态学界和生态经济学界的强烈反响。能值理论以太阳能值为统一度量标准，客观地评价和比较多种类型的自然环境资源对人类经济系统的贡献，为人们进行科学研究、正确认识自然环境生产与人类经济活动的关系提供新思路。

2.8.1　能值的基本概念

能值(Emergy):某种流动或贮存的能量包含另一种流动或贮存的能量之量，称为该种能量的能值(Odum，1988，1996)。从概念上说，能值与能量有着本质的不同，是一种比值定义的概念。由于地球上的能量都直接或间接地来源于太阳能，所以实际应用中通常以太阳能值来度量不同类型能量的能值，即任何资源、商品或劳务在形成过程中直接或间接应用的太阳能之量，称为它所具有的太阳能值，单位为太阳能焦耳(Solar Emjoules，sej)。

能值转换率(Transformity):形成每单位某种能量所需的另一种能量(实际应用中是太阳能)之量，即该能量的能值转换率，单位为sej/J或sej/g。它是一种比值，是度量某种能量能质的尺度。能值转换率越高，表明该能量在能量等级中的阶层越高。例如，太阳光的能值转换率为1，在能量等级中处于最低层。粮食水果蔬菜的能值转换率为24 000～200 000，人类劳务的能值转换率为80 000～5 000 000 000，则在能量等级中处于较高层。太阳能值转换率的大小，揭示了不同类型的能量之间存在差别的本质原因。

能值投入率(Emergy Investment Ratio):能值投入率等于人类经济系统的反馈能值与自然环境系统的投入能值之比。这个指标能够用来衡量经济活动在一定条件下的竞争能力，衡量经济发展的激烈程度，测知环境资源对经济活动的承受力大小，从而判定系统产品的市场竞争能力。

净能值产出率(Net Emergy Yield Ratio):净能值产出率等于系统产出能值除以来自包括燃料、化肥以及劳务在内的经济系统反馈能值。它是衡量整个系统对经济活动的净贡献大小的指标，评价基本能源利用情况的指标，其值的大小能表明生产过程中环境资源能值与经济反馈能值的利用效率大小。

利用以上4个基本能值指标来衡量环境生产对经济系统的贡献，具有客观的物质基础和科学的理论依据(Odum，1996;隋春花等，1999;隋春花、蓝盛芳，1999)。

2.8.2　能值评价的基本方法和步骤

1)收集研究对象的有关能量流、物质流和货币流的资料数据。如平均降雨量、平均径流量、平均潮汐量、平均海拔以及平均风能等;土地利用情况，水土流失情况;各种经济活动指标;进出口贸易等。

2)确定系统的主要能源和组分，绘制能值系统图解。先根据研究内容确定系统边界，再按照主要能源确定原则(某能源占整个系统能源总量的5%以上)确定系统的主要能源，最后在系统边界内外按能源所代表的太阳能值转换率高低，从左到右顺序排列。整个图解应包括系统外部的环境投入能值、人类经济反馈能值和系统产出能值，以及系统内部的生产者、消费者等主要成分。

3)编制能值评价分析表，评价环境生产对经济系统的贡献。能值评价分析表包括编号、项目、原始数据、太阳能值转换率、太阳能值和宏观经济价值共6项。其中太阳能值是由原始数据和太阳能值转换率相乘而得。宏观经济价值是指输入经济系统的能值折算成货币后，相当于多少币值，它是从宏观的能值角度来体现某环境资源或经济产品的“经济价值”，通常情况下该值是远远大于市场上流通的货币价值，因为它包含了货币价值中没有体现的环境生产价值。

4)根据能值评价分析表中的相关数据，计算反映系统能值特征和评价系统结构功能的各种能值指标，衡量整个系统的发展状况，确定人类经济活动的重要性，评价环境生产对系统的贡献价值。

5)通过以上计算得出的各种能值指标和分析结果，有助于人们正确认识和评价环境生产对经济系统的贡献，为科研工作提供理论依据，为政府制定合理的环境管理措施和经济持续发展策略提供客观标准。

2.8.3　能值研究的国内外进展

国外能值研究以Odum为首在各个时空尺度和各类型的生态经济系统进行了较系统的研究，主要集中于国家和地区层面的资源环境、社会经济发展的能值分析、具体生态系统和经济系统的能值分析以及能值理论和方法研究等(蓝盛芳、钦佩，2002)。同时，能值研究方法在恢复生态学、产业生态学等新兴学科领域中的应用亦日渐成为新的发展方向。

在生态经济系统的空间尺度上，对大到国家、流域，小到城市、乡村、企业的各尺度生态经济复合系统进行了大量的能值研究。Odum自20世纪80年代发展了一套国家能值分析方法，并先后在包括中国在内的12个国家和地区开展了研究;美国已对12个州进行过研究(沈善瑞等，2004);我国主要对西藏、新疆、海南、江西、江苏等省区的生态经济系统进行过评估(张耀辉、蓝盛芳，1998;严茂超，1998;李加林等，2003;李海涛等，2003a，2003b)。在城市系统尺度的能值分析案例有美国迈阿密、中国香港、台北和广州等。企业层面上已有对牛奶厂的研究案例(Bastianoni＆Marchettini，2000)。

在生态系统类型上，能值研究对象从自然生态系统拓展到自然保护区再到农业系统、环境治理和生态修复工程等。Odum等于1987年就开始了海岸带、盐沼地、热带雨林、江河流域，甚至鲸鱼等自然生态系统和生物的能值评估研究(Odum，1996)。Nilsson(1997)分析了湿地的废水处理效率。在自然保护区的研究方面，香港米埔自然保护区、盐城自然保护区都进行过能值研究(钦佩、黄玉山，1999;万树文等，2000)。蓝盛芳等将能值分析拓展到农业生态经济系统，并同以往的农业能量分析加以比较(Lan，1996)。此后，国内对各种农业生态系统进行了能值分析(蓝盛芳，1998;刘新卫等，2004;秦红灵等，2005)。在环境治理工程和生态工程研究方面，Brown等对泰国湄公河的水坝修筑方案进行了比较研究(Brown＆Halweil，1996)。楼波(2004)对垃圾处理进行了能值分析。张晟途等(2000)对江苏射阳河口的3种治理方法进行能值计算和评估，评价了米草工程的生态效益。能值理论方法在恢复生态学、产业生态学等以生态经济复合系统为研究对象的新兴研究领域中的应用正在不断拓展。