全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 11 期摇 摇 2012 年 6 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
黑龙江省大兴安岭林区火烧迹地森林更新及其影响因子 蔡文华,杨摇 健,刘志华,等 (3303)…………………
基于 B鄄IBI指数的温榆河生态健康评价 杨摇 柳,李泳慧,王俊才,等 (3313)……………………………………
川西亚高山暗针叶林不同恢复阶段红桦、岷江冷杉土壤种子损耗特征 马姜明,刘世荣,史作民,等 (3323)…
老龄阔叶红松林下层木空间分布的生境关联分析 丁胜建,张春雨,夏富才,等 (3334)…………………………
内蒙古高原荒漠区四种锦鸡儿属植物灌丛沙包形态和固沙能力比较 张媛媛,马成仓,韩摇 磊,等 (3343)……
角果藜的生长动态及其生殖配置 全杜娟,魏摇 岩,周晓青,等 (3352)……………………………………………
基于 MODIS / NDVI时间序列的森林灾害快速评估方法———以贵州省为例
侍摇 昊,王摇 笑,薛建辉,等 (3359)
……………………………………
……………………………………………………………………………
祁连山西水林区土壤阳离子交换量及盐基离子的剖面分布 姜摇 林,耿增超,李珊珊,等 (3368)………………
水分和温度对春玉米出苗速度和出苗率的影响 马树庆,王摇 琪,吕厚荃,等 (3378)……………………………
施氮对水稻土 N2O释放及反硝化功能基因(narG / nosZ)丰度的影响 郑摇 燕,侯海军,秦红灵,等 (3386)……
中国西北潜在蒸散时空演变特征及其定量化成因 曹摇 雯,申双和,段春锋 (3394)……………………………
基于植被降水利用效率和 NDVI的黄河上游地区生态退化研究 杜加强,舒俭民,张林波 (3404)……………
异速生长法计算秋茄红树林生物量 金摇 川,王金旺,郑摇 坚,等 (3414)…………………………………………
乌兰布和沙漠沙蒿与油蒿群落的物种组成与数量特征 马全林,郑庆中,贾举杰,等 (3423)……………………
不同光强下单叶蔓荆的光合蒸腾与离子累积的关系 张摇 萍,刘林德,柏新富,等 (3432)………………………
浑善达克沙地沙地榆种子雨的扩散规律 谷摇 伟,岳永杰,李钢铁,等 (3440)……………………………………
咸水灌溉对沙土土壤盐分和胡杨生理生长的影响 何新林,陈书飞,王振华,等 (3449)…………………………
外源 NO对 NaHCO3 胁迫下黑麦草幼苗光合生理响应的调节 刘建新,王金成,王摇 鑫,等 (3460)……………
呼伦贝尔草地植物群落与土壤化学计量学特征沿经度梯度变化 丁小慧,罗淑政,刘金巍,等 (3467)…………
海南稻田土壤硒与重金属的含量、分布及其安全性 耿建梅,王文斌,温翠萍等 (3477)…………………………
江苏省典型区农田土壤及小麦中重金属含量与评价 陈京都,戴其根,许学宏,等 (3487)………………………
应用稳定同位素研究广西东方洞食物网结构和营养级关系 黎道洪,苏晓梅 (3497)……………………………
利用细胞计数手段和 DGGE技术分析松花江干流部分地区的细菌种群多样性
屠摇 腾,李摇 蕾,毛冠男,等 (3505)
………………………………
……………………………………………………………………………
中国主要入海河流河口集水区划分与分类 黄金良,李青生,黄摇 玲,等 (3516)…………………………………
基于 VGPM模型和 MODIS数据估算梅梁湾浮游植物初级生产力 殷摇 燕,张运林,时志强,等 (3528)………
低温胁迫下虎纹蛙的生存力及免疫和抗氧化能力 王摇 娜,邵摇 晨,颉志刚,等 (3538)…………………………
转 Bt水稻土壤跳虫群落组成及其数量变化 祝向钰,李志毅,常摇 亮,等 (3546)………………………………
尼日利亚非洲蜂和安徽意大利蜜蜂及其杂交二代形态特征与微卫星 DNA遗传多样性
余林生,解文飞,巫厚长,等 (3555)
………………………
……………………………………………………………………………
北京城市公园湿地休憩功能的利用及其社会人口学因素 李摇 芬,孙然好,陈利顶 (3565)……………………
基于协整理论的经济增长与生态环境变化关系分析———以重庆市渝东南地区为例
肖摇 强,胡摇 聃,肖摇 洋,等 (3577)
……………………………
……………………………………………………………………………
感潮河网区环境合作博弈模型及实证 刘红刚,陈新庚,彭晓春 (3586)…………………………………………
专论与综述
国内外生态效率核算方法及其应用研究述评 尹摇 科,王如松,周传斌,等 (3595)………………………………
全球变化背景下的现代生态学———第六届现代生态学讲座纪要 温摇 腾,徐德琳,徐摇 驰,等 (3606)…………
问题讨论
流域环境要素空间尺度特征及其与水生态分区尺度的关系———以辽河流域为例
刘星才,徐宗学,张淑荣,等 (3613)
………………………………
……………………………………………………………………………
研究简报
不同光照强度对兴安落叶松几种主要防御蛋白活力的影响 鲁艺芳,石摇 蕾,严善春 (3621)…………………
木荷种源间光合作用参数分析 熊彩云,曾摇 伟,肖复明,等 (3628)………………………………………………
基于能值分析的深圳市三个小型农业生态经济系统研究 杨卓翔,高摇 阳,赵志强,等 (3635)…………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*342*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*37*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄06
封面图说: 爬升樟木沟的暖湿气流———樟木沟是中国境内横切喜马拉雅山脉南坡的几条著名大沟之一,它位于我国西藏聂拉
木县境内的希夏邦马峰东南侧,延绵 5400km的 318 国道在此沟中到达其最西头。 从聂拉木县城到樟木口岸短短的
30km中,海拔从 4000m急降至 2000m。 在大气环流作用下,来自印度洋的暖湿气流沿樟木沟不断费力地往上爬升,
给该沟谷留下了大量的降水。 尤其是在雨季到来时,山间到处是流水及悬垂崖头的瀑布,翠峰直插云霄,森林茂密
苍郁,溪流碧澄清澈,奇花异葩繁多,风景美如画卷,气势壮丽非凡。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 11 期
2012 年 6 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 11
Jun. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金资助项目(40971052)
收稿日期:2011鄄03鄄08; 摇 摇 修订日期:2012鄄02鄄14
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: scli@ urban. pku. edu. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201103080282
杨卓翔,高阳,赵志强,李双成.基于能值分析的深圳市三个小型农业生态经济系统研究.生态学报,2012,32(11):3635鄄3644.
Yang Z X, Gao Y, Zhao Z Q, Li S C. Research on three small鄄scale agricultural ecological鄄economic systems in Shenzhen City based on emergy analysis.
Acta Ecologica Sinica,2012,32(11):摇 鄄 摇 .
基于能值分析的深圳市三个小型农业
生态经济系统研究
杨卓翔1,2,高摇 阳1,赵志强1,李双成1,*
(1. 北京大学城市与环境学院资源与环境地理系 地表过程与模拟教育部重点实验室, 北京摇 100871;
2. 北京大学深圳研究生院城市规划与设计学院 城市人居环境科学与技术重点实验室, 深圳摇 518055)
摘要:应用能值分析方法,通过能值转换率,把深圳市 3 个农场生态经济系统的能量流、物质流、货币流和信息流转化为统一量
纲———能值。 在绘制能值系统概图和编制能值分析表的基础上,建立能值评价指标体系对 3 个系统的能值输入结构、生产效
率、环境负载和可持续发展状况等进行分析和比较。 此外,比较经济指标与能值分析结果,并采用情景分析对农场未来发展做
出预测。 能值分析方法不仅考虑环境及其服务功能对经济生产的贡献,同时能值交换率和能值产出率把系统经济流入和产出
纳入分析过程,结合环境和经济评价,可用于综合分析农场生态效益和经济效益。 研究结果表明:西丽果场是可持续发展能力
最高的农场,碧岭现代农业科技园次之,而山海农场的可持续发展能力最低。 都市农场应该大比例利用可更新资源,努力发展
农业生产,并且积极提升农业的技术含量。 在此基础上,控制规模合理地发展旅游经济,走高科技农业生态旅游之路。
关键词:小型农业生态经济系统;能值分析;情景分析;深圳市
Research on three small鄄scale agricultural ecological鄄economic systems in
Shenzhen City based on emergy analysis
YANG Zhuoxiang1, 2, GAO Yang1, ZHAO Zhiqiang1, LI Shuangcheng1,*
1 College of Urban and Environmental Sciences, Peking University, Beijing 100871, China
2 The Key Laboratory for Environmental and Urban Sciences, Shenzhen Graduate School, Peking University, Shenzhen 518055, China
Abstract: The ability to transform different types of resource flows in energy, physical, capital and information into a
unified standard—emergy—makes emergy analysis is an appropriate tool for evaluating and comparing the structural
characteristics of input, production efficiency, environmental load, economic viability and the overall sustainability of
agricultural ecological鄄economic systems. The systems studied were Biling Modern Agricultural Technology Park ( Biling
Park), Xili Orchard and Shanhai Farm in Shenzhen, China. Based on a general emergy system diagram and emergy
analysis table, we constructed an emergy evaluation system to analyze and compare these three farms. As for emergy input
structure, Xili Orchard mainly relied on renewable resources, which accounted for 50. 2% of its total emergy input; Biling
Park and Shanhai Farm depended mostly on purchased nonrenewable input. Xili Orchard had the lowest environment load
ratio (ELR) value because of its relatively high renewable resources input and low level of purchased nonrenewable resource
input. Unlike Xili忆 s situation, Shanhai Farm忆 s ELR value had the highest ELR because of its relatively low level of
renewable resource input and high level of purchased nonrenewable resource input. The emergy indices for sustainable
development (EISD) value were 12. 70, 2. 47, and 0. 52 for Xili Orchard, Biling Park and Shanhai Farm, respectively.
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Although Shanhai Farm had a relatively high emergy exchange ratio (EER), strong pressure on the environment limited its
sustainability. Also, we compared the economic index analysis with emergy analysis and found them to be consistent with
each other. Xili Orchard had the highest economic output / input ratio and benefits density, while Shanhai Farm had the
lowest values. The results show Xili Orchard was the most efficient system and Shanhai Farm was the least efficient system
from both economically and ecologically. We then used scenario analysis to predict how the three farms would develop in the
next ten years. The outlook for Biling Park gives it a bright future and an enormous potential for development. However, if
the Shanhai Farm continues expanding its tourism resources blindly without making an effort to develop basic agricultural
production, its pressure on the environment would continue to increase, preventing it from achieving sustainability. Xili
Orchard was the most sustainable, followed by Biling Park and Shanhai Farm as least sustainable. Emergy analysis was
found to be an efficient method for evaluating ecological and economic benefits of these farms, because it not only accounted
for the environment忆s support and contribution to these agricultural systems, but also linked the environment and economic
evaluation with the Emergy Exchange Ratio (EER) and Emergy Yield Ratio (EYR). Emergy analysis is a bridge between
economics and ecology. Emergy analysis will help show managers of city farms they should strive to make the best use of
renewable resources which will facilitate agricultural production; city farms should also actively incorporate high technology
agriculture into their operations and understand the scientific system standards. They can then develop tourism rationally. In
summary, city farms should seek out new agricultural systems which combine high levels of technology and with ecological
tourism.
Key Words: emergy analysis; scenario analysis; Shenzhen; small鄄scale ecological鄄economic systems
随着社会经济的飞速发展,有限的资源和迅速膨胀的人口之间的矛盾日益严重。 生态、经济以及区域可
持续发展成为研究的热点[1鄄4]。 农业生态经济复合系统作为区域生态经济系统的重要组成部分,与人类生存
息息相关。 度量其可持续发展能力成为科学研究的重要课题[5鄄6]。 20 世纪 80 年代提出的能值分析理论为农
业生态经济系统的定量分析提供了研究方法。 能值分析属于系统综合分析,通过使用能值综合指标,定量分
析系统的结构功能特征和生态经济效益[7]。 国内外学者关于能值分析理论在农业领域的应用研究已经较为
成熟,陆宏芳等[8]对珠江口湿地的 4 个水果农业生产系统进行能值分析比较,结果表明新引进的 3 个系统由
于较高的水果市场价格发展迅速,但以减少不可更新资源为代价。 传统的操作技术(比如轮作)可以优化新
引进的水果生产系统。 Jay F. Martin[9] 选取全球 3 个农业系统进行能值分析的对比,结果证实产出巨大的生
产系统更依赖于可更新资源。 本文应用能值分析方法,研究快速城市化地区不同类型的农场,探索农业生产、
旅游开发、现代科技等对小型农业生态经济系统可持续发展能力的影响,试图寻找适合都市农场的发展模式
和优化途径,为其发展战略制定提供理论基础和决策依据。
1摇 研究方法
1. 1摇 能值理论
美国著名生态学家 H. T. Odum于 20 世纪 80 年代提出了能值概念,并将能值定义为[10]:一种流动或储存
的能量所包含的另一种类别能量(一般使用太阳能)的数量,单位为太阳能焦耳(Solar Emjoules; 缩写为 sej)。
能值分析统一了能量流、物质流和货币流的量化指标,以能值为量纲作定量分析研究,是生态学和经济学交叉
联系的纽带[10]。
能值分析中常用能值转换率作为各能量或物质的转换单位。 能值转换率是每单位某种类别的能量(J)
或物质(g)所含太阳能值的数量,其表达式为[10]:
A种能量(或物质)的太阳能值转换率 / [sej / J(A)] =形成 1J的 A种能量(或物质)应用的太阳能焦耳
生态经济系统是一个具有耗散结构的自组织系统,各种生态系统的能流,从数量多、能质低的等级向数量
少、能质高的等级流动和转化,能值转换率随着能量等级的提高而增加。 能值分析中,货币流和能值流呈现反
6363 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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向循环。 对于经济子系统各生态流、自然子系统与经济子系统界面不宜用能值转换率进行转换度量的生态
流,采用能值 /货币比率(Emergy /＄ Ratio,即当年该国全年能值应用总量与当年该国国民生产总值的比)推算
出其能值后进行统一分析,从而解决在分析评价和应用中自然环境与经济社会的对接难题[11]。
1. 2摇 本文能值分析方法步骤
能值分析的方法与步骤因研究者和研究对象而有所不同,本文参考蓝盛芳等人[10]的总结,将采用以下四
个部分进行分析:(1)基本资料的收集,收集研究对象的自然环境、社会资源以及经济活动的资料。 包括平均
降雨量以及平均风能等环境数据;各种经济活动指标等。 (2)绘制概念型能量系统图,确定所研究系统外边
界和系统内部组成,对其内部能量加以分类,利用各种“能量系统语言冶图例将系统主要能流标注。 (3)编制
能值系统分析表,列举研究系统的主要分析项目,根据能值计算公式,求出各流量的原始数据,然后将各类别
能量(J)、物质(g)和货币(＄)转换成共同的太阳能值(各流量原始数据伊相应的太阳能值转换率)。 (4)建立
能值综合指标体系对系统进行分析和对比。 本文采用表 1 所示的 7 个能值评价指标,主要衡量能值输入结
构、生产效率、环境影响、经济可行性与可持续发展能力。
表 1摇 能值分析指标
Table 1摇 Emergy evaluation indices
能值指标
Emergy indices
公式
Formula
意义
Meaning
能值密度 Empower density(EPD) [12] U / area 评价能值集约度和强度,反映经济发展强度和等级
能值自给率 Emergy Self鄄Sufficiency Ratio(ESR) (R+N) / U 描述系统与外界的交流程度和经济发展水平
环境负载率 Environmental Loading Ratio(ELR) (N+FN) / (R+FR) 反映系统对环境的压力和可持续性
能值产出率 Environmental Yield Ratio(EYR) Y / (FN+FR) 反映系统反馈投入能值效益率和系统竞争力
能值交换率 Environmental Exchange Ratio(EER) YM / Y 反映系统与外界交换中的实际效益
能值可持续性指标 Emergy Sustainability Index(ESI) [13] EYR / ELR 反映系统的可持续能力
能值可持续发展性能指标
Emergy Index for Sustainable Development (EISD) [10]
EYR伊EER / ELR 衡量系统的可持续发展性能
1. 3摇 经济学评价指标
能值分析侧重环境对农场生态经济系统的支持和影响,经济分析侧重市场对农场的影响。 整合能值分析
和经济分析评价体系时,能值交换率(EER)和能值产出率(EYR)是能值和经济评估的桥梁[8]。 本文选用经济
学中基本的投入产出比和收益密度来衡量 3 个农场经济运营效率和获利能力。
1. 4摇 情景分析
由于本文研究建立在 1a数据基础上,不具备较长的时间序列分析 3 个农场的发展情况。 为探讨城市农
场的未来发展前景,本文将设置情景分析,展望 3 个农场未来 10a的环境负载率和可持续发展能力。
2摇 研究对象和数据获取
2. 1摇 研究对象简介
深圳位于北回归线以南,东经 113毅46忆—114毅37忆,北纬 22毅27忆—22毅52忆,属南亚热带海洋性季风气候,年均
降雨量 1967 mm;年日照时数 1929. 80 h;多年平均风速 2. 50 m / s,有效风能密度 100 W / m2。 作为中国第一个
经济特区和我国快速城市化的典型区域,深圳市由 1980 年一个总人口 33 万,年 GDP 1. 50 亿元的沿海小渔
村[14],30a间发展成为人口 891. 23 万,年 GDP 8201. 23 亿元的大城市。 但随着城市的快速发展,人口、经济活
动在短时内大量聚集,为适应城市功能的改变与提升,城市建设用地急剧扩张,大面积占用农业生态用地,城
市生态系统的结构和功能均发生了较大的变化。 深圳高速的城市化过程给传统农业带来了极大的冲击,由于
政府政策以及市场需求等原因,传统农业规模已经大大萎缩。 如今的深圳农业是典型的都市农业,农业发展
主要是农产品基地建设和生态风景林建设,为经济生态系统提供基石和生态保障。
本研究以深圳市碧岭现代农业科技园、西丽果场和山海农场(简称:碧岭、西丽、山海)作为研究对象,其
7363摇 11 期 摇 摇 摇 杨卓翔摇 等:基于能值分析的深圳市三个小型农业生态经济系统研究 摇
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地理分布如图 1 所示。
图 1摇 研究农场的地理位置
Fig. 1摇 The location of studied farms
3 个农场类型各不相同,碧岭是半经营性现代高新农业示范基地,西丽是对外经营性都市观光农场,山海
是税务系统内定向经营性疗养度假基地,概况见表 2。
表 2摇 农场概况
Table 2摇 The overview of three farms
农场
Farm
地点
Location
建成时间
Construction
completed year
占地面积 / hm2
Area
直属单位
Affiliate to
运转模式
Operation mode
职能定位
Orientation
碧岭 龙岗区坪山镇 1995 256
深圳市龙岗区农
林渔业局农业科
技推广中心
半经营性、政府
拨款
农业科研试验示范、
技术培训、 科普教
育、旅游观光
西丽 南山区沙河西路西丽湖畔 1989 287
南山区农业水
务局
对外经营、自负
盈亏
果树生产、科
普教育、旅游观光
山海 龙岗区坪山镇汤坑村 1997 29
深圳市地方税
务局
定向经营、自负
盈亏
农牧生产、养殖、旅
游观光
2. 2摇 数据获取
作者于 2010 年 8 月赴深圳实地考察,系统地了解了深圳农业的发展现状,采取实地调研和访谈农场负责
人的方法,收集了 3 个研究系统的自然环境、社会资源以及经济资料。
3摇 结果
3. 1摇 能值系统图
使用 Odum创立的能量系统符号语言,绘制 3 个农场系统的能值系统概图,如图 2。 能值系统图包括了系
统的主要组分及其相互关系,以及能量流、物质流和货币流的系统能量图解[10]。 R代表可更新资源,N代表不
可更新资源,FN代表购入的不可更新资源,FR代表购入的可更新资源,Y代表系统输出。
3. 2摇 能值系统分析表
本文能值分析采用 9. 44伊1024sej / a的全球能值基准值。 能值分析重视人在生态经济系统中的作用,将人
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图 2摇 3 个农场的能值系统概图
Fig. 2摇 The general emergy system diagram of three farms
的劳务纳入到计算过程,归入进口能值项。 劳务的投入 10%计入购入的可更新资源,90%计入购入的不可更
新资源[8]。 在厘清 3 个农场系统的能值系统结构后,根据文献中查找到的能值转换率,利用收集到的资料,编
制 3 个农场的能值分析表(表 3)。
表 3摇 3 个农场的能值分析表
Table 3摇 The emergy analysis table of three farm systems
项目名称
Item
太阳能值
转换率
(sej /单位)
Emergy
transformity
碧岭原始数据
Raw data
of Biling
碧岭太阳
能值(sej)
Emergy
of Biling
西丽原始数据
Raw data
of Xili
西丽太阳
能值(sej)
Emergy
of Xili
山海原始数据
Raw data
of Shanhai
山海太阳
能值(sej)
Emergy of
Shanhai
可更新资源(R)
1 太阳能 / J 1. 00 7. 87伊1016 7. 87伊1016 8. 83伊1016 8. 83伊1016 8. 88伊1015 8. 88伊1015
2 风能 / J 1. 50伊103 8. 07伊1015 1. 21伊1019 9. 05伊1015 1. 35伊1019 9. 09伊1014 1. 36伊1018
3 雨水化学能 / J 1. 82伊104 1. 79伊1013 3. 26伊1017 2. 01伊1013 3. 66伊1017 2. 02伊1012 3. 68伊1016
4 雨水势能 / J 1. 05伊104 3. 11伊1013 3. 26伊1017 3. 49伊1013 3. 66伊1017 3. 51伊1012 3. 68伊1016
小计 6. 52伊1017 7. 32伊1017 7. 36伊1016
不可更新资源(N)
5 表土层净损失 6. 25伊104 [10] 2. 14伊1011 1. 34伊1016 2. 40伊1011 1. 50伊1016 2. 41伊1010 1. 51伊1015
购入的不可更新资源(FN)
6 汽油 / J 6. 60伊104 [10] 9. 68伊1011 6. 39伊1016 9. 68伊1011 6. 39伊1016 1. 21伊1011 7. 99伊1015
7 电 / J 1. 59伊105 [10] 1. 30伊1012 2. 07伊1017 1. 30伊1012 2. 07伊1017 4. 24伊1011 6. 74伊1016
8 农药 / g 1. 60伊109 [10] 1. 25伊105 2. 00伊1014 2. 50伊105 4. 00伊1014 2. 50伊105 4. 00伊1014
9 化肥 / g 2. 80伊109 [10] 5. 00伊105 1. 40伊1015
10 人力(90% ) / J 3. 80伊105 [10] 1. 49伊1011 5. 66伊1016 3. 55伊1011 1. 35伊1017 5. 91伊1010 2. 25伊1016
11 政府扶持 /＄ 1. 02伊1012 [10] 1. 49伊106 1. 52伊1018
12 旅游业投入 /＄ 1. 02伊1012 [10] 2. 84伊105 2. 90伊1017 7. 24伊105 7. 38伊1017
小计 1. 85伊1018 6. 95伊1017 8. 38伊1017
购入的可更新资源(FR)
13 人力(10% ) / J 3. 80伊105 [10] 1. 65伊1010 6. 29伊1015 3. 94伊1010 1. 50伊1016 6. 57伊109 2. 50伊1015
14 有机肥 / g 2. 70伊106 [10] 1. 03伊108 2. 78伊1014 5. 16伊107 1. 39伊1014 3. 49伊107 9. 43伊1013
15 灌溉用水 / J 2. 44伊104 [15] 2. 96伊1011 7. 24伊1015 1. 24伊1010 3. 02伊1014 2. 15伊1010 5. 25伊1014
9363摇 11 期 摇 摇 摇 杨卓翔摇 等:基于能值分析的深圳市三个小型农业生态经济系统研究 摇
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摇 摇 续表
项目名称
Item
太阳能值
转换率
(sej /单位)
Emergy
transformity
碧岭原始数据
Raw data
of Biling
碧岭太阳
能值(sej)
Emergy
of Biling
西丽原始数据
Raw data
of Xili
西丽太阳
能值(sej)
Emergy
of Xili
山海原始数据
Raw data
of Shanhai
山海太阳
能值(sej)
Emergy of
Shanhai
16 种子 / g 6. 60伊104 [10] 7. 80伊104 5. 15伊109 1. 17伊106 7. 72伊1010
小计 1. 38伊1016 1. 54伊1016 3. 11伊1015
系统总能值投入(U) 2. 53伊1018 1. 46伊1018 9. 16伊1017
系统总能值产出(Y)
水稻 / J 3. 59伊104 [10] 1. 30伊1011 4. 67伊1015
蔬菜 / J 2. 70伊104 [10] 1. 05伊1010 2. 84伊1014 1. 81伊1011 4. 88伊1015
水果 / J 5. 30伊105 [10] 3. 56伊1011 1. 89伊1017 1. 48伊1012 7. 83伊1017 5. 34伊1010 2. 83伊1016
肉类 / J 1. 71伊106 [10] 8. 42伊1010 1. 44伊1017
鱼 / J 2. 00伊106 [10] 1. 62伊1010 3. 24伊1016 8. 10伊1010 1. 62伊1017
旅游收入 /＄ 6. 73伊1011 [16] 3. 55伊105 2. 39伊1017 7. 47伊105 5. 03伊1017
服务与信息 /＄ 7. 03伊1012 [16] 3. 06伊105 2. 16伊1018 7. 47伊104 5. 26伊1017
小计 2. 38伊1018 1. 55伊1018 8. 43伊1017
3. 3摇 能值指标
统计能值分析表中各系统能量的值,计算 7 个能值评价指标,如表 4 所示。 本文研究数据来自 2010 年的
实地调查,从文献[17]中查找到广东省 2003 年的生态经济系统能值 /货币比率,将 2010 年的当年价换算成 2010
年的可比价后再乘以能值 /货币比率得到各经济量的能值量[18]。
表 4摇 3 个农场的能值分析指标的比较
Table 4摇 Comparison of emergy evaluation indices of three farms
项目 Item 碧岭 Biling 西丽 Xili 山海 Shanhai
1 可更新资源(R) 6. 52伊1017 7. 32伊1017 7. 36伊1016
2 不可更新资源(N) 1. 34伊1016 1. 50伊1016 1. 51伊1015
3 购入的不可更新资源(FN) 1. 85伊1018 6. 95伊1017 8. 38伊1017
4 购入的可更新资源(FR) 1. 38伊1016 1. 54伊1016 3. 11伊1015
5 系统总能值投入(U) 2. 53伊1018 1. 46伊1018 9. 16伊1017
6 系统总能值产出(Y) 2. 38伊1018 1. 55伊1018 8. 43伊1017
7 能值密度 EPD=(U / area) 9. 90伊1011 5. 09伊1011 3. 18伊1012
8 能值自给率 ESR=(R+N) / U 2. 63伊10-1 5. 12伊10-1 8. 20伊10-2
9 环境负载率 ELR=(N+FN) / (R+FR) 2. 80 9. 51伊10-1 1. 09伊101
10 净能值产出率 EYR=Y / (FR+FN) 1. 28 2. 18 1. 00
11 能值交换率 EER=YM / Y 5. 42 5. 56 5. 72
12 可持续指标 ESI=EYR / ELR 4. 55伊10-1 2. 29 9. 16伊10-2
13 可持续发展性能指标 EISD=EYR伊EER / ELR 2. 47 1. 27伊101 5. 24伊10-1
4摇 分析与讨论
4. 1摇 3 个农场能值系统输入结构比较
输入能值及其结构决定了生态经济系统的发展。 可更新资源是系统运行的原始驱动力,一般来讲,大比
例利用可更新资源的农业系统比主要利用不可更新资源的农业系统更易于实现可持续发展[19]。 3 个农场地
理位置邻近,接受的辐射强度、降雨量和风能密度保持一致,土壤表层的有机质平均量和侵蚀率也近似一致。
3 个系统高度依赖购入的不可更新资源 FN,高额的旅游业投入使山海农场的 FN占输入总能值 U的比例
最大。 由于最有效利用可更新资源 R且 FN的投入最小,西丽果场的 R在 U的比例远远高于其他两个农场。
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图 3摇 3 个农场系统的分类能值输入结构
摇 Fig. 3摇 Structures of classified emergy inputs to the three systems
人力、有机肥、灌溉用水和种子的少量购入,使 3 个农场
购入的可更新资源 FR的值较低(图 3,图 4)。
4. 2摇 能值指标分析与比较
(1)EPD摇 由于投入 FN 值较大,碧岭和山海能值
密度较高,分别是西丽的 1. 95 倍和 6. 25 倍,说明碧岭
和山海经济开发程度较高。
(2)ESR摇 西丽果场高度依赖本地可更新自然资
源,能值自给率最高。 山海农场输入能值的 90%以上
依赖购入的不可更新资源,能值自给率最低,仅为西丽
的 0. 16 倍。
(3) ELR 摇 3 个系统的环境负载率分别是:碧岭
(2郾 80)、西丽(0. 95)和山海(10. 90)。 西丽果场有效的
可更新资源利用和较小的 FN投入导致其对环境的压力最小。 山海与西丽情况相反,较大的 FN 和较小的 R
利用使其对环境系统产生较大的压力。
图 4摇 3 个农场系统详细的能值输入结构
Fig. 4摇 Structures of detailed emergy inputs to the three systems
(4)EYR摇 西丽果场的净能值产出率明显高于其他两个农场,表明西丽系统的生产效率最高(EYR 与经
济分析中的“产投比冶相似)。
(5)EER摇 3 个生态经济系统的 EER都大于 5,说明农场能值收益良好。 山海农场以发展旅游业为主,输
出能值的货币收益较好,所以 EER略高于其他两个农场。
(6)ESI摇 能值可持续指标由美国生态学家 Brown. M. T 和意大利生态学家 Ulgiati. S 提出,西丽果场的
ESI值在 1 和 10 之间,表明经济系统富有活力和发展潜力。 碧岭和山海的 ESI 值小于 1,为消费型生态经济
系统[1鄄4]。
(7)EISD摇 3 个农场的可持续发展性能指标从高到低排序依次是:西丽(12. 70)、碧岭(2. 47)和山海
(0郾 52)。 虽然山海农场拥有较高的能值交换律,但由于其环境负载较大,可持续发展能力受到限制。 较高的
能值产出和较低的环境负载,使西丽在单位环境压力下生态经济效益最高。
与西丽果场相比,碧岭和山海农场高度依赖经济资源投入。 尤其是山海农场,没有合理地发展农业生产,
转而大力投入 FN发展旅游业,忽视了对环境造成的较大压力。 经济系统发展的同时要兼顾农业生态系统的
可持续发展,山海农场可以借鉴西丽果场的经验,积极发展农场的农业生产及废物的循环利用,更大比例地利
用可更新资源。 比如,可以利用砍掉的果树、修剪果树时的枝杈,晒干、粉碎和堆肥后制成有机肥;扩大农作物
的生产面积;精心培育作物以提高农作物的产量。
1463摇 11 期 摇 摇 摇 杨卓翔摇 等:基于能值分析的深圳市三个小型农业生态经济系统研究 摇
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4. 3摇 经济评价与基于能值可持续评价的对比
经济评价结果如表 5 所示。 3 个农场系统中,西丽果场较小的经济投入和荔枝较高的市场价格(40 元 /
kg)使其拥有最高的经济投入产出比和收益密度。 碧岭经济输出最高(其中包含巨大的科研价值),但同时经
济投入值也最大,所以经济评价结果位居其次。 山海农场的经济投入与产出基本一致,仅仅达到收支平衡,拥
有最低的产投比和收益密度。 经济分析的结果与能值分析结果保持一致。
表 5摇 3 个农场的经济结构与效益分析
Table 5摇 Economic structures and benefit analysis of three farms
项目 Item 碧岭 西丽 山海
经济流入 / (万元 / a)
可更新资源输入(MR) 0 0 0
不可更新资源输入(MN) 0 0 0
购入的不可更新资源输入(MFN) 1192. 75 538. 25 544. 24
购入的可更新资源输入(MFR) 51. 81 12. 30 8. 43
总输入(MI=MFN+MFR) 1244. 56 55. 05 552. 67
输出的市场价值(MY) 1500. 00 1000. 00 560. 00
经济评价指标
投入产出比(MY / MI) 1. 21 1. 82 1. 01
效益密度(MY鄄MI) / area / (元·hm-2·a-1) 44. 38 69. 68 11. 31
西丽果场经济效益与生态效益(本文主要指可持续发展能力和对环境的压力等)的双赢说明对生态效益
的追求不一定以牺牲经济效益为代价。 从经济学角度看,一个经济主体(生产者或消费者)从事一种影响旁
观者福利的活动,而这种影响不是经济主体所承担时就产生了外部性。 显然,生态效益属于外部性,对自然环
境造成的巨大压力损害了生态效益。 以往农场发展评价中,并不考虑其对环境的影响和可持续发展能力,即
生态效益不计入农场评价核算,不对农场决策产生直接影响。 最常见的情况是,在逐利的农场发展过程中,给
生态效益带来不利的影响。 从本文研究结果看,西丽由于采用合理有效的资源利用方式,发展循环经济,有效
利用可更新资源,在生态效益和经济效益方面均超过其他两个农场。 可见,生态效益和经济效益并非相互排
斥,而是相互制约、互为因果,只要合理利用资源,加大发展循环经济的力度,农场会在生态效益和经济效益两
方面取得双赢。
4. 4摇 基于能值情景的农场发展潜力分析
结合深圳市旅游业的整体发展速度和市政府 2020 年远景规划,假定 3 个农场的旅游收入以及服务与信
息输出每年增加 10% 。 依据访谈获得的情况,假设每年的旅游投入增加 5% ;假定碧岭第 1 年的旅游投入为
100 万,第 1 年旅游收入为 150 万,并且 5a内碧岭不再需要政府扶持,其他情况不变的条件下,分别计算 5a和
10a后 3 个农场的 ELR和 ESI,如表 6 所示。
表 6摇 情景分析下的能值分析指标比较
Table 6摇 Comparison of emergy evaluation indices under scenario analysis
项目名称 Item 碧岭 西丽 山海
5a后环境负载率 ELR 0. 79 1. 06 13. 60
5a后可持续发展指数 ESI 9. 42 2. 41 0. 08
10a后环境负载率 ELR 0. 87 1. 19 16. 99
10a后可持续发展指数 ESI 12. 32 2. 59 0. 07
从表 6 可见,在设定的情景模式下碧岭现代农业科技园的发展前景最好,山海农场若不改变现有依靠旅
游发展农场经济的模式,对环境造成的压力将持续上升,可持续发展指数继续降低。 情景分析的结果与实际
调研情况基本相符。 碧岭现处于建设发展的上升期,园区正在试验种植桐油树炼制生物柴油以代替部分能源
2463 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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消耗;以渔业养殖为主的人工水库准备改为湿地;用于观光、培训和科研考察的酒店正在建造;同时还有大面
积森林开发计划。 碧岭的高科技农业研究具有正外部性,有利于农业进步和社会发展。 由于目前正处于科技
投入快速发展阶段,大量的资金流入尚未产生直接的效益,难以在经济指标和能值指标上得以体现。 但结合
情景分析,从长远角度看,碧岭的发展潜力巨大。 而山海农场固守旅游经济投入模式,不重视农场基础的生产
功能,只追求旅游业的发展,其前景必然是不可持续的。 都市农业的前景应该是结合西丽和碧岭模式,既像西
丽果场做出农业生产的特色,也积极发展高科技农业。 在开发农业生产功能的基础上,合理地发展旅游经济。
4. 5摇 讨论
经过近 30a的发展,能值分析方法日渐成熟,但同时也在实际应用中暴露了一些问题:(1)忽视异质性,
例如碧岭的有机龙眼和荔枝品质要明显高于山海和西丽,在核算中使用统一的转换率是不准确的。 (2)能值
指标体系需要进一步的发展和完善,比如系统对环境的影响不仅包括资源和能源的消耗,还包括系统对环境
的污染性排放,这一点在 Odum的能值分析指标体系、Brown. M. T和意大利生态学家 Ulgiati. S提出的 ESI[13,20]
中均未体现[11]。 (3)能值指标是否存在临界值,比如对于不同系统,环境负载率分别达到多少为临界值,即超
出这个值则环境无法承载,并会导致环境的恶化。
除此之外,本文在以下几点存在欠缺:(1)计算各种水果和蔬菜的能值时,由于没有准确地查找到所有水
果和蔬菜的能值转换率,使用统一的能值转换率,给结果造成一定的误差(可控范围内)。 (2)表土层损失采
用默认的侵蚀率,也给结果造成一定的误差(可控范围内)。 (3)对碧岭现代农业科技园的技术和信息输出价
值进行估算,存在误差。 (4)由于系统不是处于稳定状态,本文的研究又仅建立在 1a 数据基础上,没有时间
序列对 3 个农场的能值变化做详尽的分析。 后续的进一步跟踪和对能值变化的分析有助于准确而完整地描
述生态经济系统特点。 (5)深圳市农场的可持续发展受到外部许多限制因子的制约,比如深圳市农业政策的
约束、市场的影响等。 由于外部因素数据获取困难,本文没有纳入考虑范畴。
5摇 结论
能值分析把环境因素对经济的贡献纳入考虑范畴,通过把系统内单位不一、难以比较的能量流、物质流、
货币流和信息流转化成统一的量纲能值加以衡量和分析,可以综合分析评价农场系统,平衡经济效益和生态
效益,是连接经济学和生态学的桥梁[21]。
在以往农场评价中,多以货币为计量单位,对农场进行经济核算。 自然资源由于其公共物品性质,不计入
农场经济成本,不能体现自然环境在整个农场流转运营过程中的重大作用,无法全面反映农场的投入与产出。
能值分析方法把环境及其服务功能纳入到评价体系中,不仅考虑环境对经济生产的贡献,同时能值交换率
EER和能值生产率 EYR把系统的经济流入和产出纳入分析过程,把环境和经济评价结合在一起,弥补了传统
经济评价指标片面性和主观性的不足,可以用于综合评价农场的生态效益和经济效益,分析农场的可持续发
展能力,有助于政府部门制定农场发展政策。
本文对 3 个农场能值分析的结果表明:西丽是可持续发展能力最高的农场,碧岭次之,山海的可持续发展
能力最低。 根据深圳政府既定的产业政策,传统农场已经退出舞台,西丽和碧岭的发展模式值得推广。 都市
农场应努力发展农业生产,大比例利用可更新资源,并且积极提升农业的技术含量。 在此基础上,控制规模合
理地发展旅游经济,走高科技农业生态旅游之路。
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4463 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 11 June,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Controls of post鄄fire tree recruitment in Great Xing忆an Mountains in Heilongjiang Province
CAI Wenhua, YANG Jian, LIU Zhihua, et al (3303)
……………………………………………
………………………………………………………………………………
The assessment of river health using Benthic鄄Index of biotic integrity for Wenyu River
YANG Liu,LI Yonghui, WANG Juncai, et al (3313)
…………………………………………………
………………………………………………………………………………
Consume of soil seeds of Betula albo鄄sinensis and Abies faxoniana in different natural successional stages of subalpine dark
coniferous forest in western Sichuan, China MA Jiangming, LIU Shirong, SHI Zuomin, et al (3323)……………………………
Habitat associations of understorey species spatial distribution in old growth broad鄄leaved Korean pine (Pinus koraiensis) forest
DING Shengjian, ZHANG Chunyu, XIA Fucai, et al (3334)
……
………………………………………………………………………
Nabkha morphology and sand鄄fixing capability of four dominant Caragana species in the desert region of the Inner Mongolia
Plateau ZHANG Yuanyuan, MA Chengcang, HAN Lei, et al (3343)……………………………………………………………
Growth dynamics,biomass allocation and ecological adaptation in Ceratocarpus arenarius L.
QUAN Dujuan, WEI Yan, ZHOU Xiaoqing, et al (3352)
……………………………………………
…………………………………………………………………………
A rapid assessment method for forest disaster based on MODIS / NDVI time series: a case study from Guizhou Province
SHI Hao, WANG Xiao, XUE Jianhui, et al (3359)
……………
………………………………………………………………………………
Soil cation exchange capacity and exchangeable base cation content in the profiles of four typical soils in the Xi鄄Shui Forest Zone
of the Qilian Mountains JIANG Lin, GENG Zengchao, LI Shanshan, et al (3368)………………………………………………
Impact of water and temperature on spring maize emergence speed and emergence rate
MA Shuqing, WANG Qi, L譈 Houquan, et al (3378)
………………………………………………
………………………………………………………………………………
Effect of N application on the abundance of denitrifying genes (narG / nosZ) and N2O emission in paddy soil
ZHENG Yan, HOU Haijun, QIN Hongling, et al (3386)
………………………
…………………………………………………………………………
Temporal鄄spatial variations of potential evapotranspiration and quantification of the causes in Northwest China
CAO Wen, SHEN Shuanghe, DUAN Chunfeng (3394)
………………………
……………………………………………………………………………
Analysis of ecosystem degradation and recovery using precipitation use efficiency and NDVI in the headwater catchment of the
Yellow River basin DU Jiaqiang, SHU Jianmin,ZHANG Linbo (3404)……………………………………………………………
An assessment method of Kandelia obovata population biomass JIN Chuan, WANG Jinwang, ZHENG Jian, et al (3414)……………
Quantitative characteristics and species composition of Artemisia sphaerocephala and A. ordosica communities in the Ulanbuh Desert
MA Quanlin,ZHENG Qingzhong,JIA Jujie,et al (3423)
…
……………………………………………………………………………
Photosynthesis and transpiration in relation to ion accumulation in Vitex trifolia under varied light intensity
ZHANG Ping,LIU Linde, BAI Xinfu, et al (3432)
…………………………
…………………………………………………………………………………
Diffusion of elm seed rain in Otindag Sand Land GU Wei,YUE Yongjie,LI Gangtie,et al (3440)……………………………………
Effect of saline water irrigation on sand soil salt and the physiology and growth of Populus euphratica Oliv.
HE Xinlin, CHEN Shufei, WANG Zhenhua, et al (3449)
……………………………
…………………………………………………………………………
Regulation of exogenous nitric oxide on photosynthetic physiological response of Lolium perenne seedlings under NaHCO3 Stress
LIU Jianxin, WANG Jincheng, WANG Xin, et al (3460)
……
…………………………………………………………………………
Longitude gradient changes on plant community and soil stoichiometry characteristics of grassland in Hulunbeir
DING Xiaohui,LUO Shuzheng, LIU Jinwei,et al (3467)
………………………
……………………………………………………………………………
Concentrations and distributions of selenium and heavy metals in Hainan paddy soil and assessment of ecological security
GENG Jianmei,WANG Wenbin,WEN Cuiping,et al (3477)
……………
………………………………………………………………………
Heavy metal contents and evaluation of farmland soil and wheat in typical area of Jiangsu Province
CHEN Jingdu, DAI Qigen, XU Xuehong, et al (3487)
……………………………………
……………………………………………………………………………
The studies on the food web structures and trophic relationships in Guangxi Dongfang Cave by means of stable carbon and nitro鄄
gen isotopes LI Daohong, SU Xiaomei (3497)……………………………………………………………………………………
Analysis of bacterial diversity in the Songhua River based on nested PCR and DGGE
TU Teng, LI Lei, MAO Guannan, et al (3505)
…………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Preliminary delineation and classification of estuarine drainage areas for major coastal rivers in China
HUANG Jinliang, LI Qingsheng, HUANG Ling, et al (3516)
…………………………………
………………………………………………………………………
Estimation of spatial and seasonal changes in phytoplankton primary production in Meiliang Bay, Lake Taihu, based on the
Vertically Generalized Production Model and MODIS data YIN Yan, ZHANG Yunlin, SHI Zhiqiang, et al (3528)……………
Viability and changes of physiological functions in the tiger frog (Hoplobatrachus rugulosus) exposed to cold stress
WANG Na, SHAO Chen, XIE Zhigang, et al (3538)
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Community structure and abundance dynamics of soil collembolans in transgenic Bt rice paddyfields
ZHU Xiangyu, LI Zhiyi, CHANG Liang, et al (3546)
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Morphological characteristics and microsatellite DNA genetic diversity of Nigeria African honey bee, Anhui Apis mellifera and
theirs hybrid generation域 YU Linsheng, XIE Wenfei, WU Houchang,et al (3555)………………………………………………
Effects of social鄄demographic factors on the recreational service of park wetlands in Beijing
LI Fen, SUN Ranhao, CHEN Liding (3565)
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Co鄄integration theory鄄based analysis on relationships between economic growth and eco鄄environmental changes: taking the south鄄
east district in Chongqing city as an example XIAO Qiang, HU Dan, XIAO Yang, et al (3577)………………………………
The cooperative environmental game model in the Tidal River Network Regions and its empirical research
LIU Honggang, CHEN Xingeng, PENG Xiaochun (3586)
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Review and Monograph
Review of eco鄄efficiency accounting method and its applications YIN Ke, WANG Rusong, ZHOU Chuanbin, et al (3595)…………
Overview on the 6th international symposium on modern ecology series of 2011 WEN Teng, XU Delin, XU Chi, et al (3606)………
Discussion
Scale analysis of environmental factors and their relationship with the size of hierarchical aquatic ecoregion: a case study in the
Liao River basin LIU Xingcai, XU Zongxue, ZHANG Shurong, et al (3613)……………………………………………………
Scientific Note
Effects of different light intensities on activities of the primary defense proteins in needles of Larix gmelinii
LU Yifang, SHI Lei, YAN Shanchun (3621)
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An analysis of photosynthetic parameters among Schima superba provenances
XIONG Caiyun, ZENG Wei, XIAO Fuming, et al (3628)
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Research on three small鄄scale agricultural ecological鄄economic systems in Shenzhen City based on emergy analysis
YANG Zhuoxiang, GAO Yang, ZHAO Zhiqiang, et al (3635)
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《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方
法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,280 页,国内定价 70 元 /册,全年定价 1680 元。
国内邮发代号:82鄄7摇 国外邮发代号:M670摇 标准刊号:ISSN 1000鄄0933摇 CN 11鄄2031 / Q
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生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷摇 第 11 期摇 (2012 年 6 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
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(Semimonthly,Started in 1981)
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Vol郾 32摇 No郾 11 (June, 2012)
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