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2025 , Vol. 40 >Issue 5: 1227 - 1243

DOI: https://doi.org/10.31497/zrzyxb.20250506

其他研究论文

村落尺度资源环境代谢分析发展路径及未来趋势

  • 李宏庆 , 1 ,
  • 许耀天 2, 3 ,
  • 徐月萍 2, 4 ,
  • 任婉侠 2, 4 ,
  • 薛冰 , 2
展开
  • 1.柏林工业大学循环经济与回收技术系，德国 柏林 10623
  • 2.中国科学院沈阳应用生态研究所，沈阳 110016
  • 3.中国科学院大学，北京 100049
  • 4.潍坊现代农业与生态环境研究院，潍坊 261071
薛冰（1982-），男，江苏连云港人，博士，研究员，博士生导师，研究方向为乡村人地系统及可持续发展。E-mail:

李宏庆（1995-），女，山东枣庄人，博士研究生，研究方向为乡村资源代谢及可持续管理。E-mail:

收稿日期: 2024-06-24

  修回日期: 2024-08-08

  网络出版日期: 2025-04-16

基金资助

潍坊市科技发展计划（软科学）项目(2022RKX028)

山东省人才计划(tsqn202103159)

国家留学基金委项目(202104910040)

收起

The development path and future trends of resource and environmental metabolism analysis at the village scale

  • LI Hong-qing , 1 ,
  • XU Yao-tian 2, 3 ,
  • XU Yue-ping 2, 4 ,
  • REN Wan-xia 2, 4 ,
  • XUE Bing , 2
Expand
  • 1. Technical University of Berlin, Chair of Circular Economy and Recycling Technology, Berlin 10623, Germany
  • 2. Institute of Applied Ecology, CAS, Shenyang 110016, China
  • 3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
  • 4. Weifang Institute of Modern Agriculture and Ecological Environment, Weifang 261071, Shandong, China

Received date: 2024-06-24

  Revised date: 2024-08-08

  Online published: 2025-04-16

Fold

摘要

开展村落尺度的资源环境代谢研究不仅能够直观地观察到人类活动对资源的利用特征及环境的扰动影响，而且也为加快生态系统的良性循环提供了支撑。在对资源环境代谢概念辨析的基础上，基于CiteSpace 6.3R1对当前国内外文献的分析建构了关键词共现图谱，深入探究了村落资源代谢在数据构成、模型模拟、账户设计和优化调控方面的现有问题，并针对性地提出了未来村落资源环境代谢良性发展的建议：部署村落尺度数据入库及共享调用机制，构建村落尺度资源环境代谢模型，建构村落尺度资源环境与社会经济代谢综合账户以及提升村落系统资源环境经济综合管理。通过全面考量乡村系统内资源环境等要素的影响，提升资源利用效率和环境质量，确保乡村地区实现平衡、持续的发展。

关键词： 资源环境代谢; 人类活动; 账户; 资源管理; 村落

本文引用格式

李宏庆 , 许耀天 , 徐月萍 , 任婉侠 , 薛冰 . 村落尺度资源环境代谢分析发展路径及未来趋势[J]. 自然资源学报, 2025 , 40(5) : 1227 -1243 . DOI: 10.31497/zrzyxb.20250506

Abstract

Conducting resource and environmental metabolism research at the village scale not only allows for the direct and quantitative observation of human activities' characteristics in resource utilization and their impact on environmental disturbances, but also supports the accelerated establishment of a waste recycling system and the achievement of a positive ecological cycle. Based on the analysis of the concept of resource and environmental metabolism, this article uses CiteSpace 6.3R1 to construct a co-occurrence map of keywords from current domestic and international literature on resource and environmental metabolism analysis. By comparing the current research status, it explores the comprehensive utilization paths and trend characteristics of resource and environmental metabolism analysis. On this basis, it investigates existing issues in village resource metabolism in terms of data composition, model construction, account design, and optimization control, aiming to propose paths that can improve resource utilization efficiency and reduce environmental impact. In the current context, the problems of rural resource metabolism research need to be explored and optimized in several aspects. First, it is necessary to establish a sound mechanism for data entry, sharing and calling to ensure the comprehensiveness and reliability of resource and environmental data. Second, an integrated model of resource-environment metabolism needs to be developed to better understand and predict the relationship between resource utilization and environmental change in village areas. At the same time, the village scale resource environment and socio-economic metabolism integrated account is constructed to realize the coordination and integration of resource environment and economic and social development. Finally, it is also necessary to improve the comprehensive resource-environment-economy management capacity of the village system, so as to realize the effective utilization of resources and the sustainable improvement of the environment through scientific and reasonable management measures. In this process, government departments, research institutions, enterprises, and various sectors of society should work together to form a cohesive force that promotes the sustainable use and protection of resources and the environment in rural areas, creating favorable conditions for harmonious coexistence between humans and nature.

Key words： resource environmental metabolism; human activities; accounts; resource management; village

随着人类社会活动的加剧，乡村地区面临着土地过度利用、资源枯竭以及环境污染等严峻问题，为其发展带来了巨大挑战和不确定性[1]。党的“二十大”指出，推动经济社会发展绿色化、低碳化是实现高质量发展的关键环节。农村地区作为人类与环境交互的关键枢纽，实现该地区的可持续发展是维系人与自然和谐共生的重要支柱[2]。加快资源的可持续利用和生态环境的友好性发展，促进资源的管理及深入研究资源流动，已经成为农村地区发展的重要方向[3]。资源代谢作为人类社会和自然系统之间的资源循环利用过程，包括资源的开采、加工、生产、消费和废弃处理等环节以及在该过程中的流动和转化，是资源要素流动、环境效应和社会治理统一整合的体现[4]。以村落为地理边界展开其在系统中的输入—输出过程，不仅可以深刻揭示人类活动与社会环境之间的关系，推动乡村资源全域化整合、多元化增值，而且对于实现生态—社会—经济系统同步升级具有重要作用，也可为实现资源合理利用和效率提升提供科学支撑。本文在资源环境代谢及相关概念辨析的基础上，着重从数据库建设与共享、资源环境代谢模型与账户建构以及资源环境综合管理等方面，对村落尺度上资源环境代谢的内容进行了梳理，旨在表明加强村落尺度上的资源环境管理及建设是当前乡村发展的重要路径选择，以更好地促进乡村资源的分配并实现农村地区的可持续发展。

1 资源环境代谢的概念内涵与研究现状

1.1 资源环境代谢的概念内涵

最早对“代谢”做出阐释的是在1852年，Moleschott[5]在其论著《生命的循环》中指出，生命是一种代谢现象，是能量、物质与外界环境相互交换的过程。代谢在生物学意义上是指在生物体内发生的用于维持其生长和繁殖等一系列有序的化学反应[6]。而后在其基础上先后出现了城市代谢[7]、产业代谢[8]、家庭代谢[9]、社会经济代谢[10]等一系列概念，从关注城市和产业系统中能量与物质的流动，逐渐拓展到考察社会经济系统的复杂性和可持续发展，并为理解人类活动与环境相互作用提供了全面和深入的理论基础。代谢在社会生态系统中的应用除物质和能量的共同支撑外，还包括废物的降解和吸纳过程，也是人类认知生态系统和外界环境不断进行变化的过程。资源环境代谢是指通过系统性的研究方法，旨在分析和理解人类社会与自然环境之间的相互作用。其分析范围涵盖了从资源获取到废弃物处理的整个过程，强调了资源利用和废物管理之间的相互关系。通过各体系及环节的系统作用耦合关系，对能量和物质进行综合利用，实现对资源环境的持续利用和高效产出，并通过对废弃物再利用获得更多经济效益，达到生态系统的良性循环代谢与可持续发展[11,12]。
在资源代谢分析的对象选择上，相关学者围绕城市、特定元素或某一特定物质展开有关代谢的分析。比如，在空间尺度上，主要围绕国家、区域、省域和城市等角度展开。Geng等[13]通过整合经济、社会、生态等维度评价中国区域社会和生态系统的代谢，并通过设置指标利用分解模型来进一步识别区域可持续发展的关键因素。戴刚等[14]利用社会代谢多尺度综合评估方法，以中国的四大直辖市为例，利用体外能代谢率、能源消费碳排放等指标对2004—2010年的社会代谢发展状况展开了框架评估。在物质尺度上，相关研究主要围绕煤炭、水、空气、固废、能源，以及碳、氮、磷、硫等元素展开。刘耕源等[15]利用能值分析方法从水体、空气和固体废弃物等角度研究了城市代谢对人体健康和自然生态系统的影响。夏楚瑜等[16]利用生态网络的分析方法研究了土地变化对城市碳代谢的综合作用。在活动尺度上，主要围绕行业类型、工业园和家庭展开相关研究。Liu等[17]采用物质流动分析、因子分解、耦合与解耦状态分析等方法，考察了京津冀中心城市的代谢特征，根据代谢特征和驱动因素的差异，提出了对制造业、建筑业、交通运输业和家庭业的调控措施，以及实施节约和循环利用材料和能源的政策和技术等建议。Kissinger等[18]通过整合国家和家庭新陈代谢的规模，将收入、生活方式、家庭规模等要素进行了综合分析，并阐明了材料、水、土地和副产品的流动情况。综合对代谢的对象、物质、活动层面的分析，尽管出现了以家庭为单位的研究，但是以村落为单位的资源可持续利用问题尚未得到充分重视。而村落作为最基础的区域行政单位，由于对村域公共空间、产业发展和废弃物综合利用等方面的认知不足，给地方环境及综合治理带来了挑战。因此，需要深入分析农村地区的代谢活动问题，并结合其开放性、复杂性特征，这对深入挖掘资源代谢在乡村地区的特征演化及促进区域发展方面具有重要意义。

1.2 资源环境代谢的国内外研究现状

以中国知网数据库（http://www.cnki.net/）为数据来源，按照如下标准进行检索：以“代谢”为主题，不限制检索年度和文献来源，共产生559142个结果，其中学术论文12万余篇，发表年度早至1950年。考虑到研究的权威性和针对性，以南大核心期刊和北大核心期刊论文为主要文献参考库，形成的专业检索表达式为：“TI=‘资源代谢’OR TI=‘资源环境代谢’OR TI=‘乡村资源代谢’OR TI=‘农村资源代谢’，发表年度跨度为2000—2023年，执行检索时间为2024年5月23日，对检索的结果进行手动筛选，删除与卷首语、会议报道、报纸等与检索条目不相关的无效数据，共检索到249个结果。对国际期刊以web of science（http://www.webofscience.com）为数据来源，选择主题为“resource metabolism”，共查找到相关文献28569篇，发表年度早至1957年。限定web of science核心合集（web of science core collection），以及Social Sciences Citation Index（SSCI）和Science Citation Index Expanded （SSCI扩展）收录论文，以“rural resource metabolism”OR“village resource metabolism”OR“resource environmental metabolism”为检索词，获得论文2173篇，时间跨度为2000—2023年。数据分析采用CiteSpace 6.3R1软件。同时需要说明的是在确定中英文检索词的过程中，检索关键词主要以“村落”“资源代谢”为主。但是考虑到语言文化的差异性，“村落”与“乡村”“农村”均可反映中国乡村的特征，因此将其与“资源代谢”进行了整合，形成了中文检索词。但是在英语语境中，“rural”代表乡村、农村，“village”代表村落，因此英文中主要以“rural resource metabolism”“village resource metabolism”“resource environmental metabolism”作为本文的检索词。
通过CiteSpace分析发现，2000—2023年间，中国的乡村资源代谢研究呈现出以下集聚特征（图1）。除“资源代谢”，前十五类高频词分别是“物质代谢”“循环经济”“城市代谢”“种质资源”“代谢组学”“资源”“生态效率”“工业代谢”“代谢物”“生态文明”“情景分析”“代谢工程”“代谢分析”“资源环境”“能值分析”。总体特征如下：（1）研究尺度多以宏观视角为主，城市代谢和工业代谢是研究的主要主题；（2）侧重于对方法和效率的表述，比如以循环经济为代表的实现路径以及注重与生态效率、环境足迹、情景分析等方法的结合；（3）注重表现在生物体内的代谢变化，揭示在资源代谢过程中资源的吸收、转化和利用机制。
图1 中国乡村资源代谢研究关键词网络

Fig. 1 Keyword network of rural resource metabolism research in China

与国内资源代谢研究相比，国际资源代谢研究呈现出不同的特征（图2）。除“metabolism”外，前十类高频词分别是“growth”“gene expression”“expression”“urban metabolism”“climate change”“evolution”“escherichia coli”“energy”“identification”“city”。总体特征如下：（1）注重机理过程的研究，突出表现在表达、模型、演化、动态机制等方面；（2）强调多要素的融合及表达过程，比如资源、能源、水等物质和碳、氮等元素的分析；（3）基于资源的研究与环境紧密相关，表现在对气候变化、可持续性等议题的响应与管理。
图2 国际资源代谢研究关键词网络

Fig. 2 Keyword network of international rural resource metabolism research

通过对既有文献的总结发现，村落尺度上的资源环境代谢具有如下特点：（1）资源利用效率低。农村地区资源利用的特点主要表现为依赖自然资源和生物质资源，生物质资源常被用作肥料和能源，也存在自然腐败现象。同时，基础设施和技术水平相对落后，存在一定的浪费和环境污染问题。（2）资源的物质流动主要集中在农业生产和生活需求方面，体现为农作物种子、化肥等投入品的流入和农产品的流出，日常生活物资的外部供给及废弃物的处理，并依赖土地、水源等自然资源进行发展。（3）废弃物的处理有待于进一步加强。乡村废弃物利用的现状表现为资源化利用初见成效，但整体水平有待提升。生物质废弃物如秸秆和牲畜粪便通过堆肥和沼气生产得以部分循环利用，然而生活垃圾的分类和处理仍不完善，缺乏系统化的处理设施和技术支持。部分地区已开始探索厨余垃圾堆肥和可再生材料回收，但受限于基础设施和经济条件，废弃物利用率和处理效率仍需进一步改进。
实际上，随着乡村振兴战略的推进，越来越需要加强对于村落尺度上资源代谢过程的精细化认知，特别是在新时代背景下，村域公共空间及公共设施等迅速发展成为村域人类活动的主要空间载体，并以此影响了村域范围内的资源代谢形式及过程；在产业兴旺的乡村振兴战略背景下，村域产业系统也得到了扶持与发展，从而让过去以生活为主导的能源或资源代谢过程逐渐融入了一定程度的工业化特征；在快速城镇化背景下，农村居民家庭类型也发生了显著改变，传统的以收入为主要依据的家庭类别划分方式已经逐渐无法适应新情况，并出现了留守家庭、纯工家庭等类别方式。而农村地区的资源消费活动开放性、复杂性和多尺度的特征，也需要在研究过程中注重系统之间的联结性，从整体视角探究系统及要素的相互作用关系以及内在变动规律，并通过不断调整、管理和优化实现对其结构和功能的综合性感知。因此，一方面，现有学科发展迫切需要发展和构建新的数据策略，以推进村域尺度的精准化分析需要；另一方面，也迫切需要开展基于案例的实证研究，从而在理论和实践上丰富研究体系，构建新的研究机制，对既有的研究成果进行补充和发展。

2 村落资源环境代谢发展研究的科学问题

在城镇化发展进程中，由于人类活动影响带来的生产方式、消费模式和社会结构的迅速演变，使得对地球的生态环境和资源造成了巨大压力[19]。农村在进行低碳化和绿色转型的过程中，在资源利用和环境友好型发展等方面面临着诸多挑战[20]。然而，受限于资源环境代谢的数据构成、模型模拟、资源管理的优化调控和账户设计等，很难实现对乡村地区长时序、标准化和精细化的认知。而研究村落尺度上的资源代谢过程，不仅是促进区域可持续发展和地方环境治理的关键举措，也为优化资源配置和提高资源的利用效率提供了重要支持。因此，本文将乡村资源环境代谢面临的问题与挑战总结为：

2.1 资源环境代谢的数据构成

村落尺度上的资源环境代谢研究揭示了村落系统的资源发展规律，可用于量化和分析在不同发展阶段的资源潜在需求。其以资源流输入—利用—输出为框架，构建了村落尺度上的资源环境指标体系。传统的基于自上而下方式获取的省市统计年鉴、国民经济和社会发展公报数据很难满足对村落这一层级的需求，村落尺度上的数据库建设也就面临着更大的挑战。为了满足在村落尺度上技术数据的收集，基于社会统计调查和地方统计年鉴获取的数据，也面临着收集难度大、投入成本高、耗时相对较长的特征[21]。而获取的与人口、土地、农业、能源和水资源等消费利用相关的数据对系统内要素的长时间序列演化机制关注不足，也在数据存储和共享方面面临着问题。随着人口不断从农村向城市迁移，村落尺度上的资源和环境消费呈现出新的发展趋势。数字化时代的到来，也迫切需要实现与之相关的数据入网与共享，加强清单编制和数据库建设，分析基于村落尺度上的潜在资源需求，并提取与之相关的空间信息定量以分析区域物质的投入产出特点和物质流动特征，不仅为地方的管理者和决策者提供指引，也为乡村的可持续发展提供更好的数据支撑。

2.2 资源环境代谢的模型模拟

中华人民共和国农业农村部在推进科技进步会议时强调应该突出应用导向，统筹推进前端关键核心技术攻关、中端技术模式集成和后端适用技术推广。而在前期技术集成过程中，建立基于资源环境代谢的过程模拟，学习复杂的关系和模式并进行活动的模拟，可以更好地理解村落资源环境代谢的本质。传统的关于资源环境的分析，在推动工艺、技术装备升级向绿色低碳转型的过程中，需要进一步优化模型设置，以更加积极的姿态参与乡村资源环境的治理。现阶段，基于代谢的分析已经出现了不同的研究方法。比如，层次分析法和熵权法综合评价经济、资源和环境子系统的发展水平[22,23]；系统动力学探究不同发展模式对系统优化的多方面潜力，主要集中在城市规划、产业研究、生态环保等领域[24]；可拓展的随机环境影响评估模型，能够对人口、经济、技术和环境之间的关系进行评估，并可预测未来的温室气体排放[25]；物质流分析的方法量化代谢过程，但是缺少对隐含流的分析[26]；网络环境分析等生态学模型可用于分析城市新陈代谢[27]。现有研究多以特定系统中特定对象构建模型分析，尽管出现各种不同类型的模型，但是存在着缺乏普适性的缺陷，很难直接作用于村落尺度上的资源代谢模拟。纵观村落尺度上的资源环境代谢过程，也需要依据村落资源代谢流动的过程及特征进行对应模型的探究与开发，建立循环利用模式的资源利用及环境效益评价分析模型，发展包含多指标和多要素的能源代谢分析方法，从多方面对能源的代谢过程进行综合分析和评价，从而将社会经济、生态环境、资源开采等不同子系统进行结合，构建子系统之间的逻辑关系网络，使其具有清晰的动态变化机制，并基于资源流的输入、使用、输出、循环等方面的分析指标体系，建立更加精细准确与可解释的人地模型和算法，为提升资源使用效率及减缓对生态环境压力方面提供分析工具，以全面了解农村资源代谢过程，进而为地方规划提供科学参考。

2.3 资源环境代谢的账户设计

为了跟踪和记录一个国家或地区自然资源和环境方面的活动和变化，以便全面地跟踪资源、环境和自然资本的变化，建立基于环境代谢的账户可以更好地理解经济活动对自然资本的影响。在已有研究中，德国伍珀塔尔研究所提出的物质流账户体系提供了定量测度经济系统运行中物质使用量的基本工具[28]，以及在国家、城市尺度上也有相关物质流账户的研究[29]。但是村落尺度的研究更加精细地刻画了资源和物质的流动过程，宏观尺度上的账户设计体系缺乏适配性，也会面临着产品清单覆盖不全等问题[30]。同时由于物质资料和服务种类的繁多，也会出现在村落的能源消费量上略微降低的现象。在长时序的发展过程中，村落尺度上的数据能够及时、准确地记录其资源消费活动，而现有数据及账户构建存在的困难以及技术上的数据处理水平也削弱了基于村落资源环境代谢的研究成果。为了能够准确地反映出村落系统的资源流动，在更详细的统计数据和监测信息的支撑下，构建基于村落尺度的资源环境账户不仅为精细化跟踪和记录乡村的资源活动提供了保障，也为支撑和理解人类—环境空间交互作用下的物质流动及循环过程提供了基础信息，从而为政府制定消费干预政策和推动村落实现可持续发展目标效力。

2.4 资源环境代谢的优化调控

在城乡融合及美丽中国建设的背景下，建立健全资源循环利用体系，促进废弃物资源化利用和可再生资源的高效回收已经成为当前在资源利用方面的重要方向。现阶段，农村地区的资源环境管控存在着资源利用不充分、技术分配不均极易受气候变化影响等问题。在资源利用效率提高方面，比如防止土地过度开垦和退化，推动土地资源的可持续利用；实施节水灌溉技术和综合水资源管理，提高水资源利用率；推广使用清洁能源和可再生能源，如太阳能、风能等，降低对化石燃料的依赖[31⇓-33]。在经济发展的可持续性方面，推广生态农业和有机农业，减少化肥和农药的使用，提升农产品质量和市场竞争力。同时引进现代农业技术和设备，提升农业生产的技术水平和效率，实现农业现代化，促进产业升级[34,35]。在资源循环利用方面，通过科学规划和精细管理，推广农业废弃物的资源化利用，如秸秆还田、畜禽粪便处理等；同时注重对生活废物管理，推行垃圾分类和回收利用，减少生活垃圾的产生和回收压力[36,37]。在村落向绿色发展方向迈进的过程中，还需要学者、政府管理者、企业等多方利益相关方的共同努力，将理论、方法与实践相结合，以提高废弃物循环利用成效[38]。通过科学合理地配置和管理水、能源、食物等关键资源，综合考虑社会、经济和环境因素，制定合理的法律法规，鼓励循环经济和可再生能源的发展，建立起更加稳定、健康的资源管理体系。为减轻村落资源代谢活动的影响提供政策干预的切入点，也为管理者系统地了解资源流问题和乡村资源发展提供科学指导，进而构建节约型和可持续的生态发展道路。

3 村落资源环境代谢发展研究趋向

党的“二十大”报告指出要“推进各类资源节约集约利用，加快构建废弃物循环利用体系”。在推进全领域转型的过程中，大力加快城乡建设、农业等领域的低碳发展，从而站在人与自然和谐共生的角度谋划乡村未来的发展[39]。为了更好地服务于村落资源环境代谢的发展，以数据驱动及共享为导向的资源环境分析及账户的建立可以系统地追踪社会经济系统中物质和能量流动的源、路径和汇，并探索物质和能量代谢的驱动机制和生态环境效应，以及通过构建基于资源代谢及其循环利用的模型为跨学科综合研究、决策服务与技术应用发展提供更可靠的科学支持。实现资源的合理利用及综合管理也是增强持续性农业等领域的气候韧性，从而使人类社会能够更好地应对气候变化、环境污染、资源短缺等全球性挑战以及绿色发展与生态保护等地方性决策议题。基于此，对未来乡村资源环境代谢发展提出如下建议：

3.1 部署村落尺度数据入库及共享调用机制

实现以数据驱动为基础的村落资源系统的研究是促进乡村生态发展的必要途径，不仅为增强生态系统的认知提供了新的价值导向，也是城乡发展过程中重要的内在需求和路径选择[40]。美丽中国建设中指出构建数字化治理体系，加快数字赋能，加强数据资源集成共享和综合开发利用，实现降碳、减污、扩绿协同监测全覆盖。在村落尺度上，即是指建立起一个高效、完善的数据管理体系，以支持村落系统资源、环境和经济的有效管理。村落尺度上的资源管理主要依赖于微观层面的数据策略及观察，也需要更多的本地化调查。其数据的获取方式包括实地调查、统计数据、遥感和地理信息系统技术、监测设备以及从文献资料和官方报告中获得的数据等（图3）。形式包括利用电子表格进行数据存储，通过数据库的建设方便对大规模数据的管理和查询，还包括形成的文字报告比如调查报告和政策建议等，以及访谈的音频、视频等第一手资料的存储、记录村落资源利用、生产活动和环境状况的图像和照片，以及通过卫星或无人机等获取的图像展示大范围的环境和资源状况。在该过程中，强调对数据的处理、挖掘和分析，涵盖收集、整合和存储与村落资源发展相关的数据。在数据处理阶段，要注意数据的形式、分类和存储等。在对数据类型挖掘中，结构数据是指以表格形式组织、以明确定义的字段和行来表示的数据，包括人口统计数据、水土能量消费数据、物质循环利用数据等[41]；非结构数据是指没有固定格式，通常以自由文本、多媒体内容、电子邮件等形式存在，比如问卷访谈记录、基于意识行为的生态与环境问题的感知记录等[32]。同时定量数据分析了村落资源消费的需求及动态变化趋势；定性数据为深入挖掘数据的属性及感知乡村的发展转型路径提供了支撑。在数据的存储过程中，要避免在收集、存储或传输过程中，由各种原因导致某些数据对象或属性缺失问题，并注意从数据生产、采集、管理及应用等多个环节提升数据质量[42]。
图3 村落资源代谢数据库建设及共享机制

Fig. 3 Resource metabolism database construction and sharing mechanisms at the village scale

村落尺度资源环境数据库的建立，需要通过编制、更新、完善资源环境代谢清单，从时空、尺度、对象等视角实现数据在社会、经济、生态等多领域的全面集成，增强多源数据的长效共享机制，并构建形成长时间的数据集[21]。不仅可以深入地了解村落资源发展的现状和需求，也为增强各部门之间的有效合作及科学决策提供更全面、准确的信息。同时，为提高数据采集的精度和准度，在数据获取方式上，需要多方共同参与，共同建立村落资源环境发展数据库。比如，在各层级部门的合作过程中，政府制定标准并提供技术支持、社会组织辅助数据采集并进行第三方评估与监督、村干部进行组织协调并进行信息反馈与沟通以及村民的积极参与调查等。在明确各方职责和合作机制下，有效推进村庄资源数据的获取工作，为村庄的资源管理和可持续发展提供坚实的数据基础。再者，数据资源应对各级决策者、管理者和研究者开放，建立一套既实时又全面的分析体系，识别并适应气候变化及其他长期变化，更好地对形成机理、发展模式及影响效力等进行深入研究，实现各级资源的合理配置和利用[43]。此外，共享调用机制还可以使村民可以更多地了解和参与到村庄发展的过程中，更好地发挥村民的主体作用，推动村落发展迈向更加科学、民主和可持续的方向。必须指出的是，共享调用机制的实践是一个长期过程，需要克服技术、管理和社会等多方面挑战，并期待能够在多方协调及不懈努力下，早日实现并进行真正地应用到村落的资源环境建设及发展中。

3.2 构建村落尺度资源环境代谢模型

农业、能源等作为资源相关研究的重要分支，是链接贫困、饥饿、气候变化及可持续的生产和消费的核心议题，构建村落尺度上的资源环境代谢模型对于实现乡村地区的环境保护和经济效益等方面具有重要贡献[44⇓-46]。村落尺度上的资源代谢模型通过考虑资源循环利用、废弃物再利用以及生态系统健康等因素，旨在整合土地、水、能源等各种资源利用方式、生产方式和经济模式，结合生产、消费、再生产等环节，致力于优化农业生产方式，促进资源循环利用并实现农业生产的高效、可持续和环保发展[47]；并注重将系统内的要素进行整合，结合物质流分析、生命周期评价、系统动力学等方法及模型深刻揭示在村落尺度上的流动、处理过程、发展趋势以及对社会行为的影响等（图4）。在通过各要素的耦合及交互作用下，助力于模型表达的过程及演化，能够为系统的优化和决策提供支持。
图4 村落尺度资源环境代谢模型框架

Fig. 4 The framework of resource-environment metabolism modeling at the village scale

乡村的农业活动作为家庭生产中重要的组成部分，现阶段越来越依赖工业化的生产方式，其带来的大规模的土地变化也导致了环境和生态系统的破坏[48]。寻求更加可持续和环保的农业模式也就成为当前应对挑战并保护地球生态环境的重要举措。比如农业循环经济模型强调最大化资源利用率和减少浪费，通过循环利用和再生利用资源来实现经济增长和生态环境保护的平衡[49]。研究方面包括农业种植模式的优化、循环农业生产系统的建立以及农产品加工和销售链条的改进[50]。在开展的已有村落资源模型的研究中，主要从能源、环境和碳排放等角度展开，具体围绕分布式能源技术及跨部门耦合的应用[51]、基于情景分析的村落尺度能源碳排放效应与能源物质流动[52,53]以及基于营养元素的粮食生产足迹核算[54]等，在深入探讨资源利用过程中可能产生的环境影响，优化村落内部资源的利用与再循环，以最大限度地提高农业活动的经济绩效，为村落的整体发展提供更为均衡和可持续的发展路径，推动农村经济的转型升级，实现农村经济、社会和环境的协调发展。

3.3 建构村落尺度资源环境与社会经济代谢综合账户

村落尺度上的资源环境与社会经济代谢账户是对村落系统资源效率的深度剖析，注重强调经济发展—能源消耗—环境影响—协同效益的耦合过程[55]，以全面、准确地记录、分析和评估村落内资源利用、环境影响和社会经济活动之间的相互关系（图5）。村落作为各要素的综合体，实现不同账户比如统计调查账户、社会经济账户和物理账户的融合，是建立资源环境社会账户的重要前提。建立数据驱动的账户算法体系可在问题架构与知识的共同生成及应用方面形成一致，使其充分发挥不同数据源的优势并增强信息的完整性。通过整合村落尺度的资源环境代谢分析过程，以生命周期过程和能量流动路线为主线，以物质流分析为核心，并结合投入产出分析探寻不同部门之间的资源共生关系，同时运用空间分析精准定位资源分布。不仅能够清晰完整地描述资源的代谢情况，还能加深对要素机理的理解并提高系统的协调性，即能够对系统资源代谢情况作出清晰完整的描述，从而加强对要素机理的理解并提高系统的协调性。同时，构建标准的资源环境数据指标体系，追踪和记录水、土、粮、能等的获取、利用、转化及流动特征，并将社会就业、经济收入等社会经济指标纳入其中，在可持续发展目标的指引下精细化、定量化和全面化乡村资源环境过程，进而评估和监测资源利用和环境管理的可持续性。
图5 村落尺度资源环境与社会经济代谢账户框架

Fig. 5 Framework of resource-environment and socio-economic metabolism accounts at the village scale

通过综合账户的建构，可以更加直观地了解资源在村落内的流动情况、利用效率，评估农业生产与经济活动对环境的影响，以及社会经济活动对资源消耗和再生的需求，从而为制定更科学的农村发展规划和资源管理政策提供支持。在中国式现代化发展背景下也出现了一系列的方针指引，比如加快建设新型能源体系，逐年编制国家温室气体清单，开展多领域多层级减污降碳协同创新试点等。再者，还能够帮助决策者更好地监测村落发展的全貌，为村民提供更多参与和了解村落发展的机会，促进村庄的可持续发展和居民生活质量的提升。同时，村落尺度上的资源代谢账户设计应从生态学和环境多学科视角出发，将农村人地系统里的要素流动、资源环境效率和社会治理统一整合起来，强调对系统内部过程的深入理解，以实现对村落系统的精细化观察，真正实现人与自然的和谐共生。

3.4 提升村落系统资源环境经济综合管理

中华人民共和国农业农村部在落实学习运用“千村示范、万村整治”工程经验有力有效推进乡村全面振兴的工作意见中指出，要大力发展循环农业，制定生态循环农业实施方案，加快构建生态循环农业产业体系。形成推广绿色技术推进小循环、推进种养结合促进中循环、发展绿色经济促进大循环的发展体系[56]。村落系统内的资源和物质管理需要更全面、系统地考虑和平衡资源利用、环境保护以及经济发展之间的关系，进一步深化村落系统研究的意义，并制定对政策现状识别的科学方法（图6）。其资源环境管理的核心是实现水、土、粮、能和人等的协同管理，并在宏中微观尺度上均有不同程度的响应，目的在于鼓励可持续性的农业生产方式、推广清洁能源使用、促进循环经济发展等策略的实施等[57]。在资源回收利用和循环过程中，不仅能够实现资源、环境和经济的协调平衡，而且在优化资源配置和维护生态系统稳定性方面发挥重要作用。比如完善以农业绿色发展为导向的经济激励政策，支持化肥农药减量增效和整县推进畜禽粪污收集处理利用。同时通过定量考究资源与物质管理的关系，优化村落内部的经济结构，解析在村落尺度上的代谢耦合关系和时空异质性，去发掘微观尺度上的转型与宏观政策制定上的差距，进而可以实现在尺度上的物质微循环。
图6 村落尺度资源环境代谢综合管理框架

Fig. 6 Framework for integrated management of resource-environment metabolism at the village scale

为了实现在村落尺度上的资源、环境和经济之间的协调平衡，还需要政府、企业和社会各界通力合作，在空间和时间层面上对利益相关者和活动之间的物质和能源流进行结构化和系统化的理解，探究乡村地区实行的社会接受度，共同促进资源的合理利用、环境的保护和经济的增长，推动村落的可持续发展并实现未来的美好愿景[58]。同时在资源环境代谢的政策制定方面，建议将废弃物等级制度扩展到循环经济等级制度，将循环经济政策作为预防性环境政策，将减少废弃物作为政策目标，并注重减少材料流动、设计循环经济产品、高品质回收并去除有害物质等过程，且其他的回收处置也必须遵循优质的原则[38]。在加强双边、三方或多边的科学—社会对话基础上[59]，将跨地方的依存关系形成跨学科和跨尺度对话并协助培养专业人才，探索农村多元价值，提出适合乡村绿色发展的道路与方案，逐步推进并转化为区域共识，形成责任共担的全球生态治理格局[60]。

4 结论与讨论

4.1 结论

加强村落尺度上的资源环境代谢研究是实现农村可持续发展的关键组成部分。村落作为社会组成的基本单元，在物质流动、信息交流、资源效率提升等方面扮演着重要角色。当前，随着人类社会活动的加剧，村落尺度上的物质及资源代谢过程面临着一系列问题，比如数据质量、模型构建、优化调控和账户设计方面。在现阶段，深入对村落尺度上的资源代谢分析，发展村落尺度农业循环经济综合模型，提升村落系统资源环境经济综合管理，部署村落尺度数据入库及共享调用机制，建构村落尺度资源环境与社会经济代谢综合账户，是实现村落资源有效利用的重要举措，也是对提升村落资源效率研究的深度剖析。通过对村落不同资源要素之间的平衡和权衡分析，结合对可持续发展的关系和定量评估，探索技术、经济和政策等多方面综合运用的多目标分析路径。从而在复杂、多变的系统中，深刻揭示人类活动与资源、环境之间的关系，为实现资源合理利用以及环境、经济、社会的可持续发展提供科学支撑。

4.2 讨论

由于中国村落类型的多样性，其地理、气候和经济条件的差异性在一定程度上影响了资源的利用和管理方式，导致资源利用效益不均衡，并对环境带来了进一步的挑战。村落尺度上的资源环境代谢研究也在数据收集、模型建立以及账户构建过程中存在较多的不确定性。比如在数据获取方面，需要通过统一数据标准、规范数据收集方法、优化数据处理与管理，并进行适应性调整，以实现村落数据的整合与统一。这就要求在数据获取及处理的过程中，首先，通过设定统一的数据标准，建立包含土地资源、水资源、能源消耗、污染排放等关键指标的资源环境指标体系，并规定统一的数据格式和单位以及统一数据采集的时间尺度。其次，通过规范的数据采集方法，制定统一的调查方法和操作流程，确保数据采集过程的规范性和一致性，或者采用相同或兼容的技术手段减少技术差异带来的数据误差。再者，在数据处理和管理过程中，通过建立统一的数据存储和管理平台，实现数据的集中管理和共享，方便各地区的数据交换和比较。当然，考虑到各地资源禀赋的不同，在统一的基础上，允许根据当地实际情况进行适度调整，以反映地方特色和差异，以更全面地反映当地资源的环境状况。
村落尺度的资源环境代谢模型需要综合考虑经济、资源、环境等要素，建立一个平衡的代谢账户发展策略。在模型的不同发展阶段过程中，初始阶段注重经济发展，中期阶段注重经济与资源环境的协调发展，在长期发展阶段实现经济支撑下的资源环境保护。在模型设定过程中，依据气候和地方资源的划分形成针对性的资源利用及发展情景，如在寒冷地区村落着重考虑能源取暖需求型模型，湿热地区村落考虑制冷需求型模型，偏远山区村落考虑建设分布式能源系统，以及以农业为主要经济活动的村落着重考虑农业废弃物的综合利用等。随着数据技术的进步，在更加精准和动态的模型监测下，在因地制宜的发展过程中，为村落实现可持续发展和生态平衡提供强力工具。
村落尺度上的资源环境与社会经济代谢综合账户的建立是复杂且长期的过程，其在实践过程中也经历“试点先行、逐步推广、不断修改完善”的发展路线。首先，通过选择具有代表性的村落进行试点，实施并监测；在逐步推广过程中，不断进行评估与总结扩大范围；在不断修改完善过程中，对关键环节及技术收集反馈，进而实现更新与优化。在账户设计方面，要着重考虑资源供给来源、资源需求分析、资源消耗与效率、资源成本与经济性与环境的影响、技术应用与发展、政策与管理、数据采集与监测、资源安全与保障等内容。随着数据采集技术和分析工具的进步，在村落尺度上的资源环境账户能够系统地追踪和分析资源的输入、输出及其环境效应，提供有关物质和能量流动的详细数据，识别资源使用中的浪费和效率低下问题，支持制定科学的资源管理和环境保护策略。然而，这也需要解决技术投入、资金支持和培训等挑战，特别是在资源相对匮乏的农村地区，综合考虑以确保其有效性和长期效益。
资源环境管理的质量直接关系到村落的生态稳定性和居民的福祉。农业农村现代化强调粮食等重要农产品供给有效保障，农业质量效益和竞争力稳步提高，农村基础设施建设取得新进展，农村生态环境得到改善，乡村治理能力进一步增强。宜居宜业和美乡村涉及农村生产生活的各个方面，既包括“物”的现代化，也包括“人”的现代化，还包括治理体系和治理能力的现代化。有效的资源环境管理可以优化资源利用，提高村落的生活质量和生态环境，推动农业技术创新和产业升级，有利于实现农业生产的绿色化和现代化。同时，完善的废弃物处理和循环利用系统可以减少环境污染，改善生活条件。相反，管理不善则可能导致资源过度开发、环境退化和生态失衡，威胁村落的长远发展。因此，实现农村资源和废弃物等的综合管理，加快发展方式的绿色转型，推进各类资源的集约利用并构建废弃物的循环利用体系。在保护自然资源的同时，提高环境质量，进而提升农民的生活水平并推动农村地区实现绿色健康发展。
未来，村落尺度上的资源环境发展充满着希望和挑战。随着科技进步和政策支持的增强，村落将逐步实现资源的高效利用和环境的可持续管理。智能农业技术和精准资源管理将提升生产效率并减少资源浪费，同时绿色基础设施和生态修复措施将改善环境质量。此外，推动农村新能源应用和废弃物资源化利用将为村落发展注入新的动力。然而，这也要求克服基础设施不完善和技术水平不足等问题，促进区域间的协调发展，确保资源环境管理的长期效益和村落的全面提升。

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