吳起縣農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)耦合發(fā)展模式及耦合效應(yīng)研究*

梁磊磊,姜志德,王繼軍,馮生元

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)經(jīng)管學(xué)院,陜西楊陵712100;2.中國科學(xué)院水利部水土保持研究所,陜西楊陵712100;3.安塞縣植保站,陜西 安塞 717400)

農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)耦合發(fā)展是一個綜合的復(fù)雜的系統(tǒng)工程,涉及到社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等諸多方面[1]。耦合問題最初于20世紀(jì)80年代被提出來。20世紀(jì)90年代中期,任繼周等闡述系統(tǒng)耦合理論[2]。通過系統(tǒng)耦合可以擴(kuò)大系統(tǒng)的生態(tài)與經(jīng)濟(jì)效益,大大地提高生產(chǎn)力[2-5]。此后,國內(nèi)外學(xué)者對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)耦合模式[6]和耦合效益[7]展開廣泛的研究,實(shí)證研究主要針對黑河流域農(nóng)牧業(yè)耦合系統(tǒng)[8-10]?？梢?通過農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)耦合,可大幅度提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平并能取得良好的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會效益。因此,建立適宜的農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耦合發(fā)展模式,使農(nóng)業(yè)資源的開發(fā)利用達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài),是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。

吳起縣位于陜西省西北部,嚴(yán)酷的自然環(huán)境造成大部分地區(qū)自然經(jīng)濟(jì)條件十分脆弱,這已成為當(dāng)?shù)赝恋刭Y源可持續(xù)發(fā)展的主要障礙。20世紀(jì)末,國家實(shí)施退耕還林工程,改善了吳起縣的生態(tài)環(huán)境,農(nóng)業(yè)用地得以養(yǎng)息,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件進(jìn)一步提高,但整體上仍然以傳統(tǒng)單一的農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)為主。由于農(nóng)民大量使用化肥和農(nóng)藥,造成耕地板結(jié)化,近年來,吳旗縣通過舍飼養(yǎng)羊,改變了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu),除基本口糧田外,壩地和梯田種的主要是苜蓿,用以供應(yīng)舍飼養(yǎng)羊所需牧草。但坡地特別是遠(yuǎn)山封育坡地的林草資源未得到合理的利用,使牧草資源大量閑置和浪費(fèi)。2007年,吳起縣草地面積197 333 hm2,實(shí)際利用面積66 667 hm2,其中人工草地面積6 400 hm2,占總草地面積的33.8%。另一方面在退耕還林還草過程中,有些種草戶沒有養(yǎng)殖業(yè),由于未建立起資源使用權(quán)轉(zhuǎn)讓機(jī)制,養(yǎng)殖戶原料短缺,非養(yǎng)殖戶資源浪費(fèi)。這表明農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條較短,林草產(chǎn)業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)處于孤立的狀態(tài)。因此,無論從資源特征,還是從生態(tài)安全的要求出發(fā)來確定和調(diào)整其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),耦合發(fā)展是其唯一的選擇,對于處理生態(tài)建設(shè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著關(guān)鍵的作用。本文以陜西省吳起縣為例,建立吳起縣農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耦合發(fā)展模式并分析生態(tài)經(jīng)濟(jì)耦合效益,這對黃土高原丘陵溝壑區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)建設(shè)具有重要的參考價值。

1 研究區(qū)概況

吳起縣位于延安地區(qū)西北部,地理位置介于36°33′33″-37°24′27″N 與 107°28′57″-108°32′49″E之間。海拔 1 229～1 830.3 m,總面積3 791.5 km2,總耕地面積20 090 hm2,占吳起縣總面積的5.3%。吳起縣轄4鎮(zhèn)8鄉(xiāng),全縣總?cè)丝?25 616人,其中農(nóng)業(yè)人口107 279人,占85.4%。屬于半干旱溫帶大陸性季風(fēng)氣候,春季干旱多風(fēng),夏季旱澇相間,秋季溫涼濕潤,冬季寒冷干燥,年平均降水483.4 mm,年均無霜期146 d,年均日照時數(shù)為2 400 h,日平均6.6 h,日照百分率為54%,年平均氣溫7.8℃,極端最高氣溫37.1℃,極端最低氣溫-25.1℃。該縣屬于黃土高原丘陵溝壑區(qū),地貌總體上以梁為主,山 、梁 、峁 、川 、澗 、溝 、谷并存,地勢東北部高,西南部低,可以以白于山為界,南側(cè)為梁峁?fàn)钋鹆陞^(qū),約占總土地面積85%。北側(cè)為黃土梁澗區(qū),約占總土地面積15%。土壤類型以黃土性土為主,占總土壤面積的97.6%,從總體上看,普遍存在堿、瘦、薄的特征,土壤肥力差,水土極易流失,加之傳統(tǒng)單一的農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu),農(nóng)民通過大量化肥、農(nóng)藥的使用,在貧瘠的土地上掠奪式的開墾和經(jīng)營著單產(chǎn)不足2 125 kg/hm2的糧食生產(chǎn),造成土地退化,生產(chǎn)力下降,農(nóng)民收入增長緩慢,這嚴(yán)重影響該地區(qū)的生態(tài)經(jīng)濟(jì)建設(shè)。

2 農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)耦合發(fā)展結(jié)構(gòu)

自退耕還林工程實(shí)施以來,黃土高原的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)發(fā)生本質(zhì)的改變。土地資源的利用現(xiàn)狀除保證基本口糧田1.33 hm2外,全部退耕或休耕,植被覆蓋率以已達(dá)38.2%,生態(tài)環(huán)境有所好轉(zhuǎn)。但由于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一,替代產(chǎn)業(yè)和規(guī)?；?jīng)營發(fā)育不成熟,豐富的草牧業(yè)資源不能及時利用。因此,發(fā)展高效生態(tài)農(nóng)業(yè),在保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境的前提下,根據(jù)宜農(nóng)則農(nóng),宜草則草,宜林則林的開發(fā)原則,調(diào)整傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu),建立農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)耦合發(fā)展模式(圖1)。利用農(nóng)業(yè)資源的時序性,使植物生產(chǎn)、動物生產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品加工形成產(chǎn)業(yè)鏈,有利于資源在年度的供需平衡和農(nóng)村剩余勞動力的轉(zhuǎn)移。利用種植業(yè)、果蔬業(yè)和畜牧業(yè)之間優(yōu)勢互補(bǔ),使資源充分利用,減少市場風(fēng)險(xiǎn)。最終形成丘澗區(qū)、梁峁川區(qū)和丘陵溝壑區(qū)的綜合開發(fā)利用。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、地域結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)和時序結(jié)構(gòu)耦合,促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展。依據(jù)吳起縣地理特征、水熱條件和生態(tài)建設(shè)的需要,配置農(nóng)業(yè)資源,進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整(表1),通過合理利用水土資源,林草植被恢復(fù)和替代產(chǎn)業(yè)培植及產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營,形成能流、物流、信息流、資源流和價值流耦合而成的高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶,解決資源短缺和浪費(fèi)并存,最終實(shí)現(xiàn)受損生態(tài)系統(tǒng)的改善、資源的合理配置和生產(chǎn)系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展[12]。

圖1 吳起縣農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)耦合發(fā)展模式

3 農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)耦合發(fā)展模式

依據(jù)其土地資源、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和土地特征(表1),兼顧其他相關(guān)條件,吳起縣農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)耦合發(fā)展應(yīng)遵循以下3大耦合發(fā)展模式,其建設(shè)的基本思路和內(nèi)容如圖2所示。

(1)東北部丘原(澗)生態(tài)農(nóng)業(yè)模式。該地區(qū)有固定的水利灌溉設(shè)施,坡度在25℃以下的有效灌溉面積450 hm2,占可耕種面積的12%,晝夜溫差大,光照充足,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平相對比較高,水資源豐富,擁有3個(周灣、邊墻渠、西效)水庫,面積 493.4 hm2占總水庫的75.7%,水質(zhì)好,是大水利工程的主要灌溉區(qū),是發(fā)展高效農(nóng)業(yè)和設(shè)施農(nóng)業(yè)最適宜的地區(qū)。采用先進(jìn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù),高效合理利用有限的水土資源,利用節(jié)水灌溉技術(shù)來提高農(nóng)田單產(chǎn)和水資源利用率,利用秸稈墊圈漚肥技術(shù)生產(chǎn)大量的有機(jī)肥提高土壤肥力,減少化肥的使用量,形成高效合理利用的現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式。

(2)西北丘陵溝壑區(qū)林草恢復(fù)模式。坡度在35℃以下的山地和丘陵溝壑區(qū),總面積96 400 hm2,占吳起縣可利用土地面積20.8%,屬黃綿土,有機(jī)質(zhì)含量低,為0.5%～0.6%,肥力低,保水保肥差,水土流失嚴(yán)重,生態(tài)條件十分脆弱,不適合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)?；謴?fù)植被是這類地區(qū)生態(tài)建設(shè)的重點(diǎn),大部分荒山荒坡和溝壑荒灘種植林草,重點(diǎn)發(fā)展生態(tài)經(jīng)濟(jì)林和草地畜牧業(yè)。坡度在35℃以上的地區(qū),進(jìn)行人工造林,同時封山育林,利用植被的天然恢復(fù)能力,形成林草結(jié)合的植被群落,達(dá)到改善生態(tài)環(huán)境的目標(biāo)。即提高植被覆蓋率,恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng),又增加了當(dāng)?shù)剞r(nóng)民收入,最終形成土-草-畜、糧-經(jīng)-飼一體化的農(nóng)林牧耦合生態(tài)經(jīng)濟(jì)模式。

表1 吳起縣土地資源和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)配置

(3)中南梁峁川地農(nóng)果加工經(jīng)營模式。以工業(yè)化的思維謀劃草畜產(chǎn)業(yè)和沙棘、杏果產(chǎn)業(yè)。先后引進(jìn)延河、紫瑞和華聯(lián)錦園三家大型農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè),與宜興茗嶺茶廠合資的沙棘茶項(xiàng)目,基本上形成了農(nóng)戶加基地、基地連公司、公司聯(lián)市場的產(chǎn)、加、銷一體化發(fā)展格局。按照這種產(chǎn)業(yè)化發(fā)展要求,重點(diǎn)培育以蔬菜、杏果、沙棘等特色農(nóng)產(chǎn)品,通過農(nóng)產(chǎn)品加工鏈條,形成草、羊、果、蔬為主的4大主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。最終形成以羊?yàn)橹鞯哪敛莘N植-養(yǎng)殖-肉類加工-銷售產(chǎn)業(yè)鏈,生態(tài)經(jīng)濟(jì)林-果品加工-外銷配送,綠色蔬菜-加工-保鮮冷藏-外銷配送產(chǎn)業(yè)鏈等三大高效生態(tài)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)鏈。使農(nóng)果加工經(jīng)營模式成為互相耦合的生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng),推動區(qū)域生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會的快速持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。

4 農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)耦合發(fā)展的最佳生產(chǎn)模式及其效應(yīng)

4.1 研究方法

在建立的農(nóng)業(yè)耦合發(fā)展模式的基礎(chǔ)上,運(yùn)用線性規(guī)劃及計(jì)算機(jī)軟件來調(diào)整吳起縣農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu);通過分析現(xiàn)行的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu),確定模型建立的基本原則、函數(shù)目標(biāo)、系統(tǒng)決策變量,模型約束方程和參數(shù),以獲得3類地區(qū)的最佳生產(chǎn)模式。建立的數(shù)學(xué)模型為:

式中:xj——決策變量;aij——約束條件中決策變量系數(shù)(或技術(shù)系數(shù));bi——第i項(xiàng)資源限制量及生產(chǎn)限制量(約束方程右端);cj——目標(biāo)函數(shù)中變量系數(shù)總產(chǎn)量或凈產(chǎn)值系數(shù)(或效益系數(shù));f——決策目標(biāo)。

圖2 吳起縣農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)耦合發(fā)展模式

函數(shù)的目標(biāo)為保持最佳生態(tài)條件下獲得最好的經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)。

4.2 數(shù)據(jù)來源

分別在東北丘原(澗)農(nóng)林區(qū)、西北部丘陵溝壑牧林區(qū)和中南梁峁川地農(nóng)果加工區(qū)內(nèi)選取長城鄉(xiāng)、王洼鄉(xiāng)和吳起鎮(zhèn)3個地點(diǎn),利用2007年吳起縣統(tǒng)計(jì)年鑒的數(shù)據(jù),得到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中各生產(chǎn)要素的數(shù)值,以及畜牧業(yè)收入占農(nóng)業(yè)總收入的多少,種植業(yè)結(jié)構(gòu)等指標(biāo)。

4.3 結(jié)果與分析

4.3.1 東北部丘原(澗)農(nóng)林區(qū) 以長城鄉(xiāng)為例,由于土地基礎(chǔ)條件好,水資源豐富,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平相對較高,以糧為主。所以本地區(qū)應(yīng)該以糧食生產(chǎn)為主,以林業(yè)為重點(diǎn),以畜牧業(yè)、果業(yè)為補(bǔ)充,實(shí)現(xiàn)農(nóng)果耦合。2007年糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物、飼料作物的種植面積比為6.65∶1∶3.01,經(jīng)耦合后得到最佳結(jié)果比為1.75∶1.34∶1(表2)。家畜結(jié)構(gòu)中役畜的減少,這是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的必然結(jié)果(表3)。2007年,種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)濟(jì)收益比值為0.63∶1,耦合后最佳結(jié)果變?yōu)?.88∶1,人均農(nóng)民收入由耦合前2 106.6元增加到2 711.3元,增加28.7%(表 4)。

表2 三類鄉(xiāng)鎮(zhèn)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)耦合最佳前后三元種植結(jié)構(gòu) %

4.3.2 西北部丘陵溝壑牧林區(qū) 以王洼鄉(xiāng)為例,由于該地土地類型以坡、溝、梯為主,溝壑密度為2.59 km/km2,水土流失嚴(yán)重,侵蝕模數(shù)5 400 t/(km2?a)。為改善生態(tài)本地區(qū)應(yīng)以畜牧業(yè)為主,糧食生產(chǎn)為基礎(chǔ),山杏、油豆生產(chǎn)為補(bǔ)充,實(shí)現(xiàn)農(nóng)牧耦合。2007年糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物、飼料作物的面積比為6.65∶1.12∶1,耦合后得到最佳結(jié)果比為1.92∶1∶5.52(表2)。畜牧業(yè)結(jié)構(gòu)中,羊的數(shù)量由3 731只增加到15 670只,育肥牛數(shù)量由13只增加到56只(表3),這即滿足了當(dāng)?shù)夭莸氐某休d量,又增加了農(nóng)民收入。2007年種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)濟(jì)收益比值為0.83∶1,耦合后最佳結(jié)果為1.15∶1,人均農(nóng)民收入由耦合優(yōu)化前2 129元增加到3 014.77元,增加46.1%(表4)。

表3 三類鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)耦合最佳模式

4.3.3 中南梁峁川地農(nóng)果加工區(qū) 以吳旗鎮(zhèn)為例,該地土地類型以坡、川為主,土壤結(jié)構(gòu)良好,肥力、保水保肥性相對較高,土壤有機(jī)質(zhì)含量0.6%～0.8%。在以糧食生產(chǎn)為基礎(chǔ),以經(jīng)濟(jì)林果(蘋果、山杏)為重點(diǎn),以畜牧業(yè)為補(bǔ)充,以農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)為紐帶,實(shí)現(xiàn)種養(yǎng)、加、農(nóng)、工、商一體化生產(chǎn),促進(jìn)經(jīng)濟(jì)生活的全面發(fā)展。2007年糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物、飼料作物的面積比為5.35∶1∶2,耦合后得到最佳結(jié)果比為2.66∶1∶5.04(表 2)。畜牧業(yè)結(jié)構(gòu)中,羊的數(shù)量由14 178只減少到7 500只,育肥牛數(shù)量由160頭增加到320只(表3),這既滿足了當(dāng)?shù)夭莸氐某休d量,又增加了農(nóng)民收入,林果業(yè)結(jié)構(gòu)中,果林面積由868 hm2增加到950 hm2。2007年種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)濟(jì)收益比值為1.93∶1,耦合最佳結(jié)果為1.56∶1,人均農(nóng)民收入由耦合前2 967.6元增加到5 347.75元,增加80.22%(表4)。

5 結(jié) 論

(1)目前吳起縣的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍然以單一的生產(chǎn)方式為主,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局不合理,市場要素配置不完善,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營仍處于無序紊亂的狀態(tài),導(dǎo)致農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到制約,主要表現(xiàn)為農(nóng)民收入水平提高的不明顯。所以對農(nóng)業(yè)資源進(jìn)行重新配置由粗放低效向集約高效轉(zhuǎn)變,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)耦合發(fā)展模式,發(fā)揮耦合效應(yīng)是吳起縣可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

表4 三類鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)耦合最佳農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)收入結(jié)構(gòu)

(2)農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)耦合發(fā)展模式,是要把生態(tài)環(huán)境的改善和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化相協(xié)調(diào),同時要有一定的層次性和時序性,通過農(nóng)、林和牧之間品種的合理搭配,可增強(qiáng)區(qū)域農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)與生態(tài)資源(量)一致性,進(jìn)一步解決資源不足和資源浪費(fèi)現(xiàn)象。

(3)利用線性規(guī)劃的方法,得到農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)耦合發(fā)展的最佳生產(chǎn)模式,包括東北部丘原(澗)農(nóng)林區(qū)、西北部丘陵溝壑林牧區(qū)、中南梁峁川地農(nóng)果加工區(qū),發(fā)揮地域結(jié)構(gòu)耦合效應(yīng),實(shí)現(xiàn)在生態(tài)環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)上,農(nóng)民生活水平得到大幅度地提高,有利于調(diào)動農(nóng)民投入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的積極性,推動整個地區(qū)的農(nóng)業(yè)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展。

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