综述：通过共引用分析整合能量与熵的研究：知识基础、演化轨迹及前沿框架

《Ecological Modelling》：Integrated emergy and exergy research through co-citation analysis: Knowledge bases, evolutionary trajectories and frontier frameworks

本文基于Web of Science数据库，运用文献计量学方法，系统分析了新兴能-可用能整合研究的知识基础、演进路径与前沿领域，揭示了其理论框架、发展阶段及在碳中和等政策制定中的应用潜力。

　　

徐秀梅|刘军|詹博文

中国宝山大学经济与管理学院，宝山678000

摘要

对“ Emergy”（新能量）和“Exergy”（熵能）的综合性研究推动了生态热力学和生态经济学的创新与发展。本研究旨在通过文献计量学方法和Web of Science（WoS）数据库（1995–2025年）来探讨“Emergy”与“Exergy”综合研究的热点、前沿、演化路径及转折点。研究结果如下：（1）六个相互关联的知识体系，即生态热力学核算、先进能源系统、混合LCA-Emergy框架、湿地生态工程、工业代谢和海洋自然资本评估，构成了该领域的理论支柱；（2）研究内容沿着四个嵌套的应用层次（过程、系统、区域、全球）发展，并经历了三个阶段：理论基础阶段（2005年之前）、方法论扩散阶段（2006–2015年）以及综合深化阶段（2016–2025年）；（3）当前的研究前沿集中在标准化全球新能量基准、耦合基于宇宙熵能的生态足迹模型，以及将新能量/熵能比率转化为碳中和和循环经济政策的可操作指标。本研究构建了一个框架，以描述当前相关研究的体系，为学者们开展针对性研究提供参考。

引言

“Exergy”这一概念最早由Fritzsche等人于1956年提出。它将能量分为两部分：可转化为技术功的部分称为“Exergy”，而无法转化的部分则被称为“Anergy”（Romero-Paredes等人，2015年；Tadese和Tesema，2014年）。“Emergy”概念由美国生态学家H. T. Odum提出，定义为一种能量中包含的另一种能量的量。新能量理论基于所有能量都来源于太阳能的前提，因此新能量的单位是太阳当量焦耳（sej）（Odum和Peterson，1996年）。新能量分析实现了对不同质量能量的统一测量。

新能量和熵能在生态热力学领域是两种相对较新的独立测量和研究方法（Liu等人，2022年；Rangel Cenzi等人，2019年）。在生态系统自组织过程的基础上，新能量和熵能在量化生态系统功能、描述和模拟生态系统行为、预测生态系统发展与演化趋势以及评估生态系统可持续性方面发挥着重要作用。新能量概念考虑了产品或服务在整个形成过程中直接和间接所需的太阳能，以及各种过程中消耗的能量，实现了不同类型和性质能量的统一转换（Karuppiah等人，2022年）。尽管这些形成过程的时间尺度通常与累积的能量投入相关，但新能量从根本上关注的是总的太阳能基础（即需要多少阳光照射），而不仅仅是时间长度本身。

然而，熵能更侧重于系统的当前热力学状态、有序程度和信息强度（Marais等人，2019年）。熵能可以用来衡量物质和能量的数量与质量，揭示工业过程中资源利用的本质。因此，新能量和熵能各有其应用领域。

熵能分析方法不仅考察热力学过程中能量的“数量”变化（Dovjak等人，2018年），还关注可用于做功的能量部分，即能量的“质量”。熵能用于衡量系统的热力学完善程度，能够准确反映能量转换中的薄弱环节，在热设备的经济运行中具有指导作用。因此，熵能的应用领域通常体现在热设备的经济评估中，例如评估供暖模式的泄漏损失和废热利用情况（Al-Sayyab等人，2021年）。相比之下，新能量分析方法多应用于国家或区域资源及经济发展评估（Wang等人，2021年）、不同发展模式的评估（Zhou等人，2021年），以及各种经济生态系统的可持续发展能力分析（Li等人，2021年；Xiao等人，2022年）。

尽管新能量和熵能都源于生态热力学，但由于研究视角的不同，它们长期以来是并行发展的，主要是由于缺乏统一的测量语言。随着跨学科研究的兴起，对新能量和熵能的综合研究引起了学者的关注。尽管目前相关研究较少，但一些已发表的论文探讨了两者之间的互补性和关系。例如，Artuzo等人（2021年）创新性地提出了一个新能量不可持续性指数，通过综合应用新能量理论和熵能理论填补了复合系统不可持续性评估领域的空白。在这项研究中，熵能被应用于一个不可逆的农业生产系统，新能量输入和输出被分解为三个部分：农产品中的新能量、系统中储存的熵能以及熵。此外，一些研究关注两种理论的联合应用以提高评估结论的客观性。例如，从能量、生态熵能和新能量的角度对发电厂三种废热利用方案进行了综合评估（Asadi等人，2022年）。还有基于新能量和生态熵能对三个湿地重建项目的可持续性进行了评估。值得注意的是，一些评估系统可持续性的指标也得到了创新，例如新能量/熵能比率，用于量化重建和恢复湿地的可持续性水平（Sun等人，2019年，2021年），以及熵生态新能量/财务新能量比率，用于评估热电联产系统（Aghbashlo和Rosen，2019年）。

随着系统生态学和工程热力学研究基础的不断丰富，为两者之间的整合提供了客观证据，方法论上的合理性也开始显现。现有研究为这一整合提供了知识基础和理论支持。因此，本研究借鉴了这些现有研究的成果，并通过文献共引分析解决了前述难题。通过文献计量学共引分析方法，可以量化两种理论之间的关系强度，并识别其驱动因素，从而解释新能量和熵能在共享框架内的共同演化过程。因此，整合的目标不是概念上的嫁接，而是通过实证数据客观验证两者之间的共同演化，这在方法论上具有可行性。

然而，这些综合研究的理论基础是什么？这些理论基础如何促进新能量和熵能的交叉与整合？这些理论是如何发展和演变的？其理论基础的热点和前沿是什么？为了回答这些问题，本文应用了文献计量学和可视化方法，对参考文献的共引进行聚类、突发性和中心性分析，以展示知识体系的结构、规律和分布，直观展示新能量和熵能整合的进展、演变方向和未来趋势。

本文与以往研究有四个主要区别：（1）借助可视化工具直观探索了新能量与熵能及其发展知识的前沿；（2）从知识基础和研究内容两个层面构建了新能量与熵能的整合及跨学科知识框架；（3）评估了高中心性参考文献，这些在现有研究中较少被提及；（4）再次确认了新能量与熵能在促进生态热力学、熵经济学和熵环境分析等跨学科研究方面的互补性。

本文的其余部分安排如下：第2节介绍研究方法和数据；第3节展示结果与讨论；第4节得出结论。

部分摘录

知识体系的数据

选择Web of Science（WoS）核心合集作为数据来源，是因为该合集中的期刊具有代表性。

参考文献包括知识基础和理论研究支持。因此，检索到的文章越全面，被引用的参考文献数量就越多，研究的基础也会更加详细。由于通过“标题”策略检索到的文章数量少于100篇，因此进行了文献计量学分析。

出版物和引用的总体情况

图2显示了与新能量和熵能相关的领域的年出版量和引用频率。

2000年至2006年间，年出版量较低，表明新能量、熵能和低碳发展的交叉点仍处于早期阶段。2009年起出版活动逐渐增加，2014年左右出版数量显著上升。值得注意的是……

结论

本研究使用了WoS核心合集（2000–2025年）中的266篇研究文章和60篇内容聚焦型论文作为数据来源。通过CiteSpace和Carrot2进行多维度文献计量学可视化分析——包括共引网络聚类、突发性检测、中心性分析和关键词共现演化，从三个维度系统地考察了新能量-熵能整合研究的知识结构、演化轨迹和未来方向。

伦理声明

不适用。

资助

本研究得到了云南省哲学与社会科学规划——习近平生态文明思想专项研究[ZX2024ZD10]和宝山大学博士研究启动基金项目[BSKY2507]的资助。

CRediT作者贡献声明

徐秀梅：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、方法论构建、数据整理、概念化。刘军：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、形式分析、数据整理、概念化。詹博文：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证。