能流分析
第三章 物质流分析与能流分析
——数据来源 国家及地方政府统计年鉴 林业统计和核算账户 农业统计 工业/产品统计（化石燃料、原矿、工业及建筑矿物开采等） 对外贸易的统计（进口、出口） 供应-使用表 输入-输出表 估算（如基于化石燃料燃烧的空气输入的估计） 对极少数难以获取的缺失数据可采用数学插值估算得到
31
MFA|分析方法
三、物质输出的数据来源和方法
物质输出主要包括排放到空气、水、土地填埋场的废物、产 品的耗费及耗散性损失、未使用的区域内开采及出口等。 物质输出的数据来源包括：政府统计年鉴、环境统计年鉴、 能源统计年鉴、经济貌似统计年鉴等，部分需要估算获得。 一般来说，各单元的物质总输出总和并不等于总体的物质总 输出。
28
MFA|分析方法
一、物质输入-输出核算原则
——部分物质重量换算系数
物质名称 平板玻璃 圆木（针叶） 圆木（阔叶） 纸浆木 体积 重量箱 1m3 1m3 1m3 0.05t 0.65t 0.975t 0.5t 质量 玻璃论坛 备注
胶合板 天然气
1m3 1Nm3
0.65t 0.7174kg 状态0º C，101.325kPa
3
研究碳的流动 ——它与全球 变暖有关
4
研究能源物质 、塑料、木材 、生物质以及 金属等流动 ——它们会产 生一定的环境 影响
重金属
营养物质
碳
其它
5
6
7
物质流分析与能流分析|物质流分析 MFA：主要研究 特定经济部门或区域的物质流数量和结构是否可持续。
如对建筑业的物质或原料流动的研究； 对城市、区域甚至国家层次经济系统中部分物质流以及物质需求总量等的 研究
26
MFA|物质流分析的主要指标
物质生产力代表了一个国家或地区的资源利用效率的高低。
第5章 农业生态学
6．明显的区域性 ． 农业生态系统除了受气候、土壤、地形地 貌等自然生态因子影响形成区域性外，还 要受社会、经济、技术等因素的影响而形 成明显的区域性特征。 如“低投入农业生态系统”与“高投入农 业生态系统”、“集约农业生态系统”与 “粗放农业生态系统”等，是根据人类的 投入水平和经济技术水平划分的。
2．净生产力高的系统 农业生态系统的总生产力低于相应地带的 自然生态系统，但其净生产力却高于自然 生态系统。 农业生态系统中的生物组分多数是按照人 的意愿(高产、优质、高效等)配置而来，加 上科学管理的作用，使其中优势种的可食 部分或可用部分不断发展，物质循环与能 量转化得到进一步加强和扩展，因而具有 较高的光能利用率和净生产量。
(1) 初级生产与次级生产 1）初级生产 主要包括农田、草地和林地等 的生产。陆地平均太阳光能利用率0.25%， 农田平均达0.6% 左右，高产农田可以达到 1.0% 以上，小麦、玉米、水稻、高粱等作 物可达1.2%～2.4%。 2) 次级生产 主要是指畜牧业和渔业生产。 家畜可将食物中16%～29%的能量同化为化 学能，33% 用于呼吸消耗，31%～49% 随 粪便排出体外。 按饲料的数量计，鸡的转化效率最高；按饲 料的能量计，猪的转化效率最高。在水产养 殖中饲料的转化效率较陆地家畜高。
农业生态系统能流分析方法1确定系统的边界2确定系统主要成分及其关系并绘成能3确定系统各组分的实物流量4将各种能流换算成统一的能量单位析计算结果能量输入与输出结构分析能量输入输出强度及能量转化效率分析能流状况综合分析和评价农业生态系统的物流农业生态系统养分循环一般模式农业生态系统养分循环的动态模型农业生态系统养分循环的特点1需要大量养分投入才能维持系统养分的平衡养分输入主要来源于人工生产的无机肥3农业生态系统有机物质的来源主要是作农林牧结合发展沼气解决生活能源问题促使桔秆还田充分利用非耕地进行养分的区域性富集54生态农业与持续农业541生态农业的产生与发展农业发展的历史进程渔猎采集生活原始刀耕火种农业阶段传统的畜力铁器农业阶段现代的机械化集约农业阶段
农业生态学3农业生态系统能流
同化量 A
生产量P
现存量改变 ΔB
十分之一定律 生态系统中，能量在食物链上流动，上一营养级大 约只能固定下一营养级能量的10%，这种规律称之 为十分之一定律。
3.生态系统能流
生态系统水平的 能量流动和食物 链水平的能量流 动有何区别？生 态系统的结构和 能量高效利用有 何关系？
(1)草牧食物链
从绿色植物开始，从小到大，从弱到强，弱肉 强食，存在明显的捕食关系和血淋淋的斗争，所以 又叫捕食食物链。
捕食中以活有机体为食，所以也叫活食食物链。
水稻-稻飞虱-青蛙-蛇-鹰
(2)腐食食物链
食物链成员与 死的有机体为食 ，通过腐烂分解 ，由腐生成员构 成的食物链
动物尸体-蝇-真菌-细菌
2.能量的形式及转化
太阳辐射能
热能
热能
动能
植物呼吸 动物呼吸 动物运动
势能
有机物化学能
有机物化学能 动物登高
有机物
光合
取食
动物取食 化学能
作用
动物发光
动物放电
光能
动物发声
电能
声能
生态系统中的能量形式及转换
3.生态系统的能源
太阳能
辅助能
自然辅助能 人工辅助能
生物辅助能 工业辅助能
太阳能
除太阳辐射能以外， 其它进入系统的任何形式 的能量。
农业生态学3农业生态系统能流
第三章 农业生态系统的功能—能流
一、能量流动的基本原理 二、能量流动过程 三、能流模型及能流分析 四、能流与生态系统生产力
一、 能量流动的基本原理
1.能量的概念
力学定义能量是：物体做功能力的量度。 物体对外界作了功，物体的能量要减少；反过来， 若外界对物体作了功，物体的能量就要增加。如某 些动物搬运食物，则动物对外界作了功，体内的化 学能减少。 生态系统中各组分的存在、变化及其发展，都与 能量息息相关，遵循一定的能量变化规律。
第三章物质流分析与能流分析
第三章物质流分析与能流分析
物质流分析（Material Flow Analysis，简称MFA）和能流分析（Energy Flow Analysis，简称EFA）是两种常用的分析工具，用于揭示物质和能量在社会经济系统中的流动和转换情况，帮助人们了解和评估资源利用的效率和环境影响。
能流分析是指对能量在系统中的流动和转换进行研究。
能源是人类生活和经济运行的基础，而能源的合理利用对于可持续发展至关重要。
能流分析的研究对象包括能源的产生、供给、转换和消耗。
通过追踪能源的流动和转化过程，人们可以评估能源的利用效率，寻找能源的替代品和节能措施，减少能源的消耗和对环境的影响。
例如，对于交通运输领域的能流分析可以帮助人们找到节能减排的途径，推动可持续交通的发展。
物质流分析和能流分析在工业生产、城市规划、环境管理等领域有着广泛的应用。
它们不仅可以用来评估现有系统的性能，还可以用来优化系统的设计和运营。
例如，在工业生产中，可以通过物质流分析找到资源浪费和环境负荷最大的环节，并采取相应的管理措施，提高资源的利用率和生产效率。
在城市规划中，可以通过能流分析评估城市能源的供需关系和环境影响，制定可持续发展的规划和政策。
总之，物质流分析和能流分析是两个重要的分析工具，可以帮助人们了解和评估资源利用的效率和环境影响。
通过综合运用这两种分析方法，可以为实现可持续发展提供科学依据和技术支持。
能流分析的名词解释
能流分析的名词解释能流分析，也称为能源流分析或物质流分析，是一种用于研究和评估能源和物质在社会经济系统中的流动和转换过程的方法。
它通过追踪和量化能源和物质的来源、转化和去向，揭示了能源和物质在人类活动中的消耗和排放，并为制定可持续发展策略提供了决策依据。
能流分析的基础是物质和能量守恒定律，即能量和物质在系统中的总输入等于总输出。
通过对能源和物质的流动进行追踪，能流分析能够识别和量化能源和物质的浪费、损失以及环境影响，从而为资源的合理利用和环境的保护提供了依据。
一、能流分析的基本概念能流分析关注的是能源和物质在系统内外的流动和转化。
在能流分析中，能量和物质是以“输入”和“输出”的形式进行考虑的。
输入是指系统从外界获取的能量和物质，输出是指系统向外界释放的能量和物质。
通过对输入和输出进行量化和追踪，能流分析可以获得系统内部的能量和物质转化情况，同时也能够了解系统对环境产生的影响。
能流分析通常包括能源流和物质流两个方面。
能源流分析主要研究能源在社会经济系统中的流动和转换过程，包括化石燃料、电力、热能等能源形式的使用和转化。
物质流分析则关注物质的流动和转换，包括原材料、产品、废弃物等物质在生产和消费过程中的循环利用和排放。
二、能流分析的应用领域1. 能源政策制定：能流分析可以为能源政策制定提供决策支持，评估各种能源形式的消耗量、转化效率以及对环境的影响，在制定能源结构调整和转型发展战略时具有重要意义。
2. 环境保护与资源管理：能流分析可以揭示能源和物质的浪费和损失情况，为资源的合理利用和循环经济发展提供科学依据。
通过分析能源和物质的去向，可以评估和改进生产和消费的环境影响，减少排放和废弃物的数量。
3. 产业和企业评估：能流分析可以帮助企业评估能源和物质的使用效率，减少资源消耗和成本，提高企业的竞争力。
通过对整个产业链的能流分析，还可以识别和改进复杂供应链中的环境风险和瓶颈。
4. 城市规划和建筑设计：能流分析可以为城市规划和建筑设计提供决策支持，评估城市能源和物质的需求、供应和效率，促进可持续城市和绿色建筑的发展。
第三章农业生态系统能量流
食物链是生态系统内生物与生物之间相互联系的一 种主要形式，是物质循环和能量流动的主要路径。
二、食物链的种类
按性质不同分为四类： （1）捕食食物链（又称草牧食物链 gazing food chain）：
食物网本质上是生态系统中有机体之间一系列反复 的吃与被吃的相互关系。
营养结构：以营养为纽带，把生物与生物、生物与 环境紧密联系起来的结构。
四、农业生态系统食物链加环
（一）食物链加环的作用
在原有食物链中通过加入新的链环，延长 或完善食物链组合，改变农业生态系统的结构， 具有很好的效益。其作用表现在：
均朝着熵值增加的方向进行。 （2）开放系统从一个平衡状态到另一个平衡状态的
任何过程，均使系统与环境熵值之和增加。
四、耗散结构理论
1.耗散结构(dissipative structure)：开放系统在远离平衡态的 非平衡状态下，系统可能出现的一种稳定的有序结构。 (Prigogine)
2.耗散结构理论：一个远离平衡态的开放系统，通过与外界 进行物质与能量的不断交换，就能克服混乱状态，维持稳定 状态，并且不断提高系统的有序性，使系统的熵减少。
R 呼吸
枯死、采食
总生产量Pg 量B
净生产量 Pn
现存
2、 地球生物圈主要生态系统初级生产力
据H.Whittaker（1975）计算，地球的初级生 产量为：（单位：×109吨）
兼具两种以上的功能环节。
如：稻田养鱼、鸭，即有减耗的作用（鱼鸭以水稻害 虫为食，减轻虫害危害，鱼、鸭粪肥又可肥田）， 又可生产鱼、蛋产品。
农业生态系统能流分析实例
农业生态系统能流分析实例
摘要
农业生态系统的能量流分析是评估农业生态系统的重要方法。
本文将描述一个实际的农业生态系统能量流分析实例，总结不同类型组件的能量流情况并分析了该生态系统的结构特点。
实例案例发现，全部组件的能量不平衡，能量输入量高于输出量，人类活动是农业生态系统的能量源，而植物微量元素的利用率和土壤有机碳的储存量有着负相关性，有利于城市农业可持续发展。
引言
农业生态系统是生态系统中丰富多样的组织，它以人类社会和养殖动物之间的关系为重点，包括植物、气候、土壤、海洋、水资源和其他生物等。
农业生态系统的能量流分析是评估农业生态系统的重要方法。
它可以反映农田的综合质量，帮助我们了解农业生态系统中由复合组件提供的物质和能量流向，从而有效分析农业生态系统完整性的变化情况。
实例研究
本文为了更好地评估农业生态系统，以山东省市场型土地改造示范区为例，将介绍农业生态系统能量流分析的一个实例研究。
该实例研究采用案例法，包括现场调查、能量流分析等。
实验二农业生态系统的能流分析
实验二农业生态系统的能流分析实验设备和材料：1.农田：包括水稻田和玉米田；2.量热仪：用于测量生物体的热量；3.光合作用仪：用于测量植物的光合作用速率；4.称量器：用于称量生物体的质量；5.网箱：用于捕捉生物体。
实验步骤：1.在水稻田和玉米田中选择相同大小的样方，将其分成若干个小格，并标记编号。
2.在每个格子中，使用网箱捕捉对应的生物体，如昆虫、藻类、小鱼等，并记录其数量。
3.将捕获的生物体进行称量，并记录质量。
4.使用量热仪将捕获的生物体进行热量测量，并记录结果。
5.使用光合作用仪测量样方中植物的光合作用速率，并记录结果。
6.计算每个格子中的生物体的平均质量和热量。
7.根据捕获的生物体数量、质量和热量，计算每个格子中的总生物体质量和总热量。
8.根据光合作用速率和每个格子中的总生物体质量，计算每个格子中的总生物体所吸收的总太阳能量。
9.根据每个格子中的总生物体质量和总生物体热量，计算每个格子中的总生物体所释放的总代谢能量。
10.将每个格子中的总太阳能量和总代谢能量进行比较，计算能量转化效率。
实验结果：通过以上实验步骤，可以得到每个格子中生物体的平均质量和热量，以及总生物体的质量、热量和太阳能量。
通过计算能量转化效率，可以比较不同格子之间的能量利用效率。
讨论和结论：能流分析实验结果显示，不同格子之间能量转化效率存在差异。
高能量转化效率的格子表示生态系统中能量转化和利用效率较高，而低能量转化效率的格子表示有能量损失和浪费。
这些差异可能受到多种因素的影响，如土壤质量、气候条件、生物种类和相互关系等。
通过能流分析，可以帮助我们了解农业生态系统中能量的流动和转化情况。
在农业生态系统管理和优化中，可以根据能流分析的结果，采取相应的措施来提高能量转化效率，减少能量损失和浪费，并优化农业生态系统的稳定性和生产力。
上海海洋大学海洋生态学 Chapter 007 海洋食物网与能流分析
人类捕获产量
大鱼 无 脊 椎 肉食动物
上层 鱼类
底层 鱼类 大型底 栖生物
其他肉 食动物 小型底 栖生物
上层草 食动物
(粪便)
(微生物)
初级产量 图 7.7 根据主要生物类群作出的北海食物网 (引自 Steele 1974)
人 类 捕 捞 顶级 大型 中上层鱼类 (如蓝点马鲛) 小型 中上层鱼类 (如鳀鱼、黄鲫) 头足类 (如日本枪乌贼) 底层鱼类 (如小黄鱼、鲆鲽类)
⑵总生长（生产）效率
指消费者的净产量（P）占其摄食量的比值 K1＝P/C
⑶净生长（生产）效率
消费者的净产量与其同化量的比值 K2＝P/ A
⑷ 消费效率（利用效率）
n+1营养级消费（即摄食）的能量占营养级n净产量的比值 Ec ＝Cn+1/Pn 消费效率＝n+1营养级消费能量/n营养级的净生产量
图 7.14 渤海各营养级的能量结构(引自孙耀、王俊 2002)
生态效率的一些规律：
一般大型动物的生长效率低于小型动物，老年低于幼年。
肉食动物的同化效率高于植食动物。 变温动物的生长效率高于恒温动物。 大洋群落食物链的平均生态效率比沿岸上升流区的低。 与陆地食植性动物对植物的消耗和吸收相比较，海洋浮 游动物对浮游植物的利用效率和总生长效率都比较高。 海洋生态系统平均生态效率通常比陆地的高。
第一节 海洋经典食物链和微型生物食物网
一、海洋经典食物链
（一）牧食食物链
大洋食物链（6个营养级）
小型浮游动物 （原生动物） 食浮游动物的鱼类 （灯笼鱼） 大型浮游动物 （桡足类） 食鱼的动物 （金枪鱼、 鱿鱼）
物质流分析与能流分析
SFA物质流动图
二、基本程序 22
SFA|SFA基本方法体系
SFA分析框架
二、SFA基本程序
1、目标和系统界定：明确问
题，根据问题确定研究目标。系统 界定主要包括三方面：物质、时间 和空间。
2、建立数据清单和分析模型：
数据获取和计算
3、SFA结果的解释
根据研究目的不同，每个具体过程 又包含不同的具体内容。 SFA研究就是对进出某一经济实体或 者地理范围内的某种物质的迁移路径 绘制流程图，建立分析模型，并进行 结果解释的过程。
分析宏观水平上的物质流有一个更为简便的方法，即投入产 出分析。
13
物质流分析与能流分析|物质流分析的理论基础
➢投入产出分析（IOA）：投入产出分析方法作为一种经济核算 方法，其思想在18世纪由法国经济学家首先提出。
20世纪70年代初，西方国家的一些经济学家将经济范畴的投 入产出表扩展到环境-经济系统中， 构成了环境-经济投入产出 表。 投入产出分析法有助于寻求经济系统中所有直接流和间接 流，并能确定一套相应指标。
11
物质流分析与能流分析|物质流分析的理论基础
➢生命周期评价（LCA）：评价产品从摇篮到坟墓的整个生命周期过程
中对环境产生的影响的系统方法。它首先辨识和量化整个生命周期和
能量的消耗及环境释放，然后评价这种消耗和释放对环境的影响，最
后辨识减少这些影响的机会。目前生命周期评价作为一种产品环境特
征分析和决策支持工具技术上已经日趋成熟，并得到较广泛的应用。
——狭义MFA的研究对象为既定系统内的综合流，这与SFA研究既 定系统内某一特定物质流不同。
——SFA的演变大致分为四个阶段：孕育期、形成期、发展期、
应用与拓展期。
第三章 物质流分析与能流分析
产业生态学大连理工大学环境学院2013年02月主要内容课程介绍——导论产业生态学基础—概念、理论产业生态学技术与方法——LCA技术与方法—物质流分析、为环境而设计产业生态学实践—绿色化学产业生态学实践—清洁生产、生态产业园产业生态学管理与政策第三章物质流分析与能流分析1.物质流分析及其理论基础2.基于通量的物质流分析（MFA）3.基于单一物质的物质流分析（SFA）4.能流分析1、概述：人们逐渐认识到经济活动中物质流动与自然环境有着紧密的关联，物质流分析主要研究物质的流动规律及其对环境产生的影响。
有很多种不同的研究方法，但最终目的都是为了维持产业代谢的可持续性。
自然生态系统能量物质经济系统分析类型Ⅰ-基于通量的Ⅱ-基于单一物质的（元素）基本策略毒性降低和污染减少物质减量化和生态重组主要研究对象在一定企业、部门或在某一个国家内，与单位物质或原料流动相关的特定环境问题（物质如Cd 、Cl 、CO 2、CFCs 等，原料如木材、煤、生物质等）与物质或原料流动的数量和结构相关的环境不可持续性问题基于环境可持续性的物质流分析类型MFASFASFA：主要研究物质向环境排放的主要途径以及与之相关的过程，研究产业系统内部的物质存储、流动以及这些物质在环境中的最终浓度等。
1研究重金属等有害物质的流动——可能导致重大环境问题（如食物链累积）3研究碳的流动——它与全球变暖有关2研究营养物质的流动——它们是造成水体富营养化的主要物质4研究能源物质、塑料、木材、生物质以及金属等流动——它们会产生一定的环境影响重金属营养物质碳其它MFA：主要研究特定经济部门或区域的物质流数量和结构是否可持续。
如对建筑业的物质或原料流动的研究；对城市、区域甚至国家层次经济系统中部分物质流以及物质需求总量等的研究通过这些研究可以得到一些环境压力指标，并以此来描述区域代谢的结构特征图：城市区域总体物质流分析和平衡无数水流和其它物质流或者以循环的方式被利用，或者离开城市，亦即被排放掉海水资源流动模型理论基础物质流分析与能流分析|物质流分析的理论基础经济系统的物质流分析来源于对社会经济系统中物质和能量的输入和输出进行分析质量平衡定律：物质输入量=物质输出量+物质储存量：消费——“效用”生命周期评价（LCA）：基于LCA的物质流分析主要适用于对生物质或非生物质原材料以及初加工产品的研究。
海洋生态学海洋生态系统的食物网与能流分析 ppt课件
顶级 4 3
人类捕捞
大型 中上层鱼类 （如蓝点马鲛）
头足类
底层鱼类
（如日本枪乌贼） 梭子鱼 （如小黄鱼、鲆鲽类）
小型 中上层鱼类
（如鳀鱼、黄鲫）
长尾类 （如褐虾）
2 浮游动物
底栖生物
1
浮游植物
营养层次 图 8.7 黄海简化食物网和营养结构（根据 1985~1986 年主要资源种群生物量绘制， Tang1993）
养海区要高出1~2个数量级）。 3．微微型光合真核生物 细胞丰度一般都比原绿球菌和蓝
细菌的少
（三）微型和小型浮游动物
2~20 μm大小的原生动物，主要由鞭毛虫和部分纤毛虫 （无壳纤毛虫）组成。
三、微型生物食物环在海洋生态系统能流、物流中的 重要作用
（一）在能流过程中的作用
1．通过微型生物食物环使溶解有机物和微微型自养生物进入 海洋的经典食物链
（二）海洋微型生物食物环的结构
浮游植物
小型（micro-） 微型（nano-）
（硅藻）
和微微型（ pico-）
DOM 死亡
Байду номын сангаас
浮游动物 （桡足类等）
原生动物 （鞭毛虫类、纤毛虫类）
异养浮游 细菌
鱼类
有机粪便和 分泌产物
经典食物链
微型生物食物环
图 8.19 微型生物食物环的结构及其与经典食物链关系示意图（引自宁修仁 1997b ）
第一节 海洋食物链、营养级和生态效率
一、海洋牧食食物链与碎屑食物链
（一）牧食食物链：以活植物体为起点 1. 大洋食物链（6个营养级） 2. 沿岸、大陆架食物链（4个营养级） 3. 上升流区食物链（3个营养级）
海洋食物链环节数与初级生产者的粒径大小呈相反关系
海洋食物网与能流分析
生态系统营养结构的相对稳定性：
在同一群落内，某些同资源种团间总种数的比例较为稳定，群落再拓殖研究证明，生态系统营养结构是相对稳定的。
3
2
1
海洋生态系统能流特点： 在海洋生态系统食物网中，能流通过错综复杂的食物关系从被捕食者流向捕食者，随着营养层次的升高，生物的个体变大，生命周期增长。同时，随水体内各营养层次的升高，个体密度减小，但是相邻两营养级的总生物量并不像能流那样呈指数式下降。
营养物种(trophic species)：就是将那些营养级别相同，取食同样的被食者，并具有同样的捕食者的一类物种（或相同物种的不同发育阶段）归并在一起作为一个物种对待。
（二）简化食物网
顶位物种(top species)：不被任何其它生物所取食，是食物链的终点。
01
中位物种(intermediate species)：既可捕食其它物种，又可以被更高级的捕食者所食。
（2）营养级间的利用效率（exploitation efficiency)：
同一营养级内净产量（P）与其消耗的食物量（C）的比值。 K1＝P/C
（3）总生长效率(gross growth efficiency)：
同一营养级内净产量（P）与其食物同化量（A）的比值。 K2＝P/A 因此，生态效率（ E ）本身就包含有营养级之间的利用效率（Ec）和消费者的总生长效率（K1）两个系数： E＝Ec·K1
定义：以碎屑为起点的食物链。
碎屑来源：大部分来源于植物体，其它来源 于含量巨大。
食碎屑动物的组成：包括食植动物、初级肉 食性动物、食微生物动物等，因此 食碎屑动物的营养层次较难确定。
2、碎屑食物链
其作用绝不亚于牧食食物链。
01
A 、碎屑食物链在海洋生态系统的物质循环和能量
人教版能流图解课件(17张)
模型建构
模型一：能量拆分图（二向图）
呼吸作用以热能
同形式化散量失
用于生长发育和繁殖
初级消费者 摄入量
初级消费者
同化量
粪便量
呼吸作用
初级消费者
用于生长发育、 繁殖的能量
次级消费者
摄入量次级消费者 同化量粪量流向分解者 遗体残骸
模型建构
模型二：能量拆分图（三向图）
呼吸作用以热能形式散失
流入下一个营养级 用于生长发育和繁殖
208.3
371.1
乙营养级用于自身生长、发育、繁殖的能量和流入下一
营养级的能量分别为1__9_._8__J/(cm2.a)、0___J/(cm2.a)。
二向图
四向图
能流图解有多样 解题关键同化量 二向三向和四向 总有一种能配上
四向图
四向图
有机物质输入
有机物质输入A
同M化量
有机物质输入
有机物质输入B
N 来自上一营养级
的同化量
N MA
思考：图示相邻两营养级之间的能量传递效率为？
巩固拓展 如图表示某简单的天然湖泊中的能量流动过程示意图， 其中各营养级都有部分能量暂时未被利用。回答问题：
该湖泊的浮游动物同化的能量中可被分解者和小型鱼 类利用的是？ 用于浮游动物自身生长、发育和繁殖等
生命活动的能量 三向图→二向图
巩固拓展 31、（8分）紫花苜蓿是豆科多年生草本植物，是我国 主要的优质栽培牧草，玉米是禾本科一年生作物。紫花 苜蓿和玉米间作种植体系既能保证农牧交错区粮食产量、 满足家畜营养需求，又能减轻该地区的风沙危害、保护 农田生态环境，是一种环境友好型种植模式。 （1）在紫花苜蓿和玉米间作种植体系中，二者株高不 同，对光能的利用有差别，体现了群落的______结构。 流入植物体内的能量，除呼吸作用以热能形式散失外， 另一部分用于____________________________________。
知识拓展：赛达伯格湖和银泉的能流分析
赛达伯格湖(Cedar Bog)和银泉的能流分析1、Cedar Bog湖的能流分析介绍该湖泊的能量流动情况，并提供Cedar Bog湖能量流动的一个定量分析图。
从图中可以看出，这个湖的总初级生产量是111卡（464）/平方厘米.年，能量的固定效率大约是0.l%（111/118761）。
在生产者所固定的能量中有21%（即23卡（96焦）/平方厘米.年）是被生产者自己的呼吸代谢消耗掉了，被植食动物吃掉的只有15卡（63焦）/平方厘米.年（约占净初级生产者的17%），被分解者分解的只有3卡（13焦）/平方厘米.年（占净初级生产量的3.4%）。
其余没有被利用的净初级生产量竟多达70卡（293焦）/平方厘米.年（占净初级生产量的79.5%），这些未被利用的生产量最终都沉到湖底形成了植物有机质沉积物。
显然，在Cedar Bog湖中没有被动物利用的净初级生产量要比被利用的多得多。
在被动物利用的15卡（63焦）/平方厘米.年的能量中，大约有4.5卡（18.8焦）/平方厘米.年占植食动物次级生产量的80%）用在植食动物自身的呼吸代谢（比植物呼吸代谢所消耗的能量百分比要高，植物为21%），其余的10.5卡（43.9焦）/平方厘米.年（占70%）从理论上讲都是可以被肉食动物所利用的，但是实际上肉食动物只利用了3卡（12.6焦）/平方厘米.年（占可利用量的28.6%）。
这个利用率虽然比净初级生产量的利用率要高，但还是相当低的。
在肉食动物的总次级生产量中，呼吸代谢活动大约要消耗掉60%即1.8卡（7.5焦）/平方厘米.年），这种消耗比同一生态系统中的植食动物（30%）和植物（21%）的同类消耗要高得多。
其余的40%（即1.2卡（6.0焦）/平方厘米.年）大都没有被更高位的内食动物所利用，而每年被分解者分解掉的又微乎其微，所以大部分都作为动物有机残体沉积到了湖底。
2、银泉的能流分析1957年，H.T.Odum对美国佛罗里达州的银泉进行了能流分析，下图是银泉的能流分析图，从图中可以看出：当能量从一个营养级流向另一个营养级时，其数量急剧减少，原因是生物呼吸的能量消耗和有相当数量的净初级生产量（57%）没有被消费者利用，而是通向分解者被分解了。
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4、经济指标/净能量产出率
净能量产出率指系统产出能量与经济反馈 （输入）能量之比。反馈能量来自人类社会经 济，包括燃料和各种生产资料及人类劳务。 计算公式： 净能量产出率＝反馈能量/产出能量 净能量产出率
4、环指标/环境负载率
环境负载率是指系统中不可更新能源投 入总量与可更新能源投入总量之比 环境 入总量与可更新能源投入总量之比。环境 负载率越高，说明经济活动对环境的扰动 相对也越大。 相对也越大 计算 计算公式： 环境负载率＝不可更新能源投入量/可更新 环境负载率 能源投入量
能源自给率指某一国家/区域的本地能源输 入与国外或外地输入能源之比。 入与国外或外地输入能源之比 计算公式： 能源自给率＝本地能源产生量/能源消耗总量 能源自给率 ×100%
4、经济指标/能流密度
能流密度指某一国家或区域能流总消费量与 该国家或区域的面积之比，单位是sej/(m2.a)。 计算公式： 能流密度＝能源消耗量/区域土地面积 能流密度
4、环境指标/污染物贡献率
污染物贡献率是指使用化石能源等产生的 污染物与区域该污染物排放总量之间的比值。 污染物与区域该污染物排放总量之间的比值 计算公式： 污染物贡献率＝能源污染物/区域污染物总量 污染物贡献率
4、强度效率指标/能源转换效率
能源转换效率指一定时期内能源经过加工、 转换后 产出的各种能源产品的数量与同期 转换后，产出的各种能源产品的数量与同期 内投入加工转换的各种能源数量的比率。 计算公式： 能源转换效率＝能源加工 转换产出量/能源 能源转换效率＝能源加工、转换产出量/能源 能源转换效率 加工、转换投入量×100%
4、强度效率指标/能源消耗强度
能源消耗强度是指一个国家或地区的人均 能源使 量 是评价 能源使用量，是评价人民生活水平的指标。 生活水平 指标 计算公式： 能源消耗强度＝能源消耗量/人口数 能源消耗强度
5、结语
对环境-经济系统进行能流分析，其目标就是弄 清经济社会与自然环境之间的关系，在更好利用 能源的同时保护环境。 能流分析在过去20年间的发展非常缓慢，没有 析在 年 非常 一个完善的研究框架和分析指标。本研究借鉴物 质流分析和能值分析，提出了能流分析的研究框 架和分析指标，并对以往能流分析在单位统一上 存在的争议进行了处理。作为社会代谢研究不可 缺少的一部分，能流分析必将会获得快速发展。 如何将能流分析与物质流分析进行整合，从而更 好地研究社会代谢，这将是一个值得深入研究的 究 会代 这 是 个值得 究 内容。
3、研究方法/单位
以往能流分析将各种性质和来源根本不同的 能源均以能量单位表示后进行比较和研究 然 能源均以能量单位表示后进行比较和研究，然 而不同类型的能源并不可比较和加减。以能值 为共同的度量标准，则可以将各种原本不可相 本 加和比较的能量，通过其能值相加和比较，使 系统分析建立在太阳能值为标准的基础上。
The end
Thanks !
3、研究方法/框架/能源转换
能源转换 能源转换是指通过计算一次能源转变为终 端能源过程中的转化平衡 一般指化石燃料 端能源过程中的转化平衡。一般指化石燃料、 水能等一次能源直接或间接转变为电能、热 能 汽油 煤油 柴油 煤气等 次能源 能、汽油、煤油、柴油、煤气等二次能源。 例如，煤通过燃烧转换为热能，热能产生蒸 汽驱动汽轮机转换为机械能，再带动发电机 转换为电能 转换为电能。
3、研究方法/框架
研究对象
能源输入
能源转换
终端能源
有用能源
能源输出
3、研究方法/区域能流分析框架
输入 本地获取 z 化石燃料
直 接 总 能 一 源 输 次 入
经济系统
输出
z 生物质 z 核燃料 z 水能 z 风能 z 太阳能
终端能源使用 一次/终端 能源转换
有用能源
热耗散
终端/有用 能源转换 出口
3、研究方法/框架/终端能源和有用能源
终端能源 终端能源是指用于生产有用能源和最终能 源服务的能源 能源服务是通过使用能源而 源服务的能源。能源服务是通过使用能源而 获得的非物质服务。例如，能源服务包括调 节房间里的温度（供暖）、把人或日用品由 A点转移到B点等，而不包括使用能源生产其 它的能源载体，如用汽油发电等。 有用能源是指在提供能源服务中实际做功 有用能源 的能源，主要包括动力、热能、光、数据处 理等。 等
研究背景介绍
物质流、能流综合分析
代谢方 法演化
能值分析 物质流分析 SFA→MFA 传统能流分析
时间
1、研究意义
¾ 弥补物质流分析中存在的不足 ¾ 区域能流的优化管理 ¾ 能源使用结构的优化 ¾ 污染物总量控制 ¾ 能源政策的制定等
2、能流分析概念
能流分析 能流分析是用来评估能源使用效率的方法， 它对经济-环境系统中能量的投入和产出进行 量 分析 同时通过能量统计 对能源的 量化分析，同时通过能量统计，对能源的初级 输入、能源转换、最终能源使用、能源输出等 过程进行结算。在能流分析中 分析的对象主 过程进行结算。在能流分析中，分析的对象主 要包括生物质（燃料）、化石燃料、能源产品、 电力和热力等。 电力和热力等
3、研究方法/框架/能源输出
能源输出 能源输出主要包括能源在转换、使用过程 中产生的热耗散，输出/出口到区域外部的能 源，以及本地开采所产生的隐藏流和出口能 源相关的隐藏流。
3、研究方法/主要的能量流动
4、区域经济-环境系统能流分析指标
指标分类意义 主要指标 直接能源输入 总一次能源输入 能源消费量 能源自给率 经济指标 能流密度 净能量产出率 单位产值能耗 能源生产弹性系数 能源消费弹性系数 环境负载率 环境纳污饱和度 强度效率指标 能源转换效率 能源消耗强度 计算公式 直接能源输入＝进口＋国内获取 总一次能源输入＝直接能源输入＋隐藏流 能源消费量＝直接能源输入－出口能源 能源自给率＝本地能源产生量/能源消耗总量×100% 能流密度＝能源消耗量/区域土地面积 净能量产出率＝反馈能量/产出能量 单位产值能耗＝能源消费量 能源消费量/GDP 能源生产弹性系数＝能源生产总量年平均增长速度／ 国民经济年平均增长速度 能源消费弹性系数＝能源消费量年平均增长速度／ 国民经济年平均增长速度 环境负载率＝不可更新能源投入量/可更新能源投入量 环境纳污饱和度＝污染物年排放量/污染物环境容量 能源转换效率＝能源加工、转换产出量/能源加工、转换投入 量×100% 能源消耗强度＝能源消耗量/人口数
进口
z 化石燃料 z 生物质 z 核燃料 z 电力
本地获取所 产生的隐藏 流 进口能源相关 的隐藏流
能 源 输 入
存量（储存及人造产品）
本地获取所产 生的隐藏流 出口能源相关 的隐藏流
3、研究方法/框架/能源输入
输入能源包括的类型： ¾ 各种富含能量的物质（生物质、化石燃 各种富含能量的物质（生物质 化石燃 料等） ¾ 利用的水能、风能等，原子能转化为热 等 ¾ 太阳能转化为热或电能 太阳能转 为热或电能 ¾ 进口的化石燃料（原料或产品）、生物质 （燃料） 电力等 （燃料）、电力等 虽然直接能源输入只包括实际进入经济 系统的能源量 但是总 次能源输入考虑 系统的能源量，但是总一次能源输入考虑 了隐藏流。
4、经济指标/总一次能源输入
总一次能源输入 等于直接能源输入加上隐 藏能流 隐藏流可以是国内/区域内的（例如 藏能流。隐藏流可以是国内/区域内的（例如， 收割生物质时残留在地里的农作物），也可以 是进口的。 计算公式： 总一次能源输入＝直接能源输入＋隐藏流 总一次能源输入
4、经济指标/能源自给率
环境指标
4、经济指标/直接能源输入
直接能源输入指一定时期内区域一次能源 生产量的总和 是观察区域能源生产水平 生产量的总和，是观察区域能源生产水平、 规模、构成和发展速度的总量指标。 一次能源生产量包括原煤、原油、天然气、 水电、核能、生物质能、太阳能、其他动力 质 能（如风能、地热能等）。 计算公式： 计算公式 直接能源输入＝进口＋国内开采 直接能源输入
Industrial Ecology in Action session 6
区域经济-环境系统 能流分析研究
刘 伟
南开大学环境科学与工程学院
研究背景介绍
物质流分析的研究在全球范围内已迅速展开。 虽然 多社会 济代谢 虽然很多社会经济代谢的研究都进行了物质流 究都进 物质流 分析，但是目前很多方法上的问题仍未解决， 诸如单位、具体的研究方法、溢漏掉的能量流 等。此外，通过研究发现，单独的物质流分析 不足以识别社会不断增长的能源使用。因此， 加强能流分析的研究可以有效发挥代谢方法的 潜力，深入解决人类的可持续发展问题。