基于能值理論的集賢縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性評價

于 嬌，顧鳳岐，霍金丹，梁 麗(東北林業(yè)大學(xué)理學(xué)院，黑龍江哈爾濱150040)

20世紀(jì)80年代以美國Odum為首發(fā)展起來的能值分析(emergy analysis，EMA)理論，克服了傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計方法和能量分析方法中不同類別能量難以在統(tǒng)一尺度上比較的缺陷，將生態(tài)學(xué)與經(jīng)濟(jì)學(xué)相結(jié)合，日益成為研究區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的重要手段［1］。我國關(guān)于EMA的發(fā)展始于20世紀(jì)90年代，國內(nèi)很多學(xué)者把這一理論應(yīng)用到國家及地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展領(lǐng)域。筆者即將各類能源通過統(tǒng)一的太陽能轉(zhuǎn)化率進(jìn)行能值產(chǎn)出評估，各項能值指標(biāo)分析，進(jìn)而對集賢縣可持續(xù)發(fā)展性進(jìn)行評價，提出相應(yīng)的建議，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

集賢縣位于黑龍江省東北部，地處130°39'30″～132°14'50″E，46°29'05″N。集賢縣屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，年均氣溫3.7℃，年均降水量509.8 mm，全年無霜期147 d，年積溫2 718℃，年日照約為2 617 h。2012年總?cè)丝?2萬。集賢縣是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)縣，轄區(qū)土地總面積225 810.44 hm2，農(nóng)業(yè)人口18.6萬，是全國產(chǎn)糧大縣之一，是“中國大豆浸油之鄉(xiāng)”。2012年集賢縣農(nóng)作物總播種面積129 252 hm2，與2011年持平;三大糧食作物(水稻、玉米、大豆)產(chǎn)量較2011年略有下降，總產(chǎn)量實現(xiàn)5.915×108kg;畜牧業(yè)產(chǎn)值實現(xiàn)172 899萬元，占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的比重達(dá)47.3%。近些年隨著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，多種項目的開發(fā)引進(jìn)，集賢縣農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力明顯提升，農(nóng)村面貌得到較大改善。

2 研究方法及數(shù)據(jù)分析

2.1 能值理論簡述 能值分析方法是以自然價值為基礎(chǔ)，將系統(tǒng)中各種生態(tài)流和經(jīng)濟(jì)流轉(zhuǎn)換為能值，對自然環(huán)境生產(chǎn)與人類經(jīng)濟(jì)活動進(jìn)行統(tǒng)一評價，定量分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能與生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益的一種方法［2］。能值分析理論將不同來源和不同性質(zhì)的能量轉(zhuǎn)換為同一性質(zhì)的能值，在實際應(yīng)用中通常以太陽能為標(biāo)準(zhǔn)，將不同的能值通過能值轉(zhuǎn)換率統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為太陽能值(solar emergy)。能值轉(zhuǎn)換率是能值理論中的一個重要概念，指的是單位質(zhì)量(g)或能量(J)所含能值之量。實際應(yīng)用中使用的是太陽能轉(zhuǎn)換率(solar emergy transformity)，即單位能量或物質(zhì)所含太陽能值之量。太陽能值計算公式［2］:M= τ×B。其中，M為太陽能值(sej);B為物質(zhì)所含能量(或物質(zhì)的質(zhì)量);τ為太陽能值轉(zhuǎn)換率，單位是sej/J或sej/g。

2.2 能值指標(biāo)分析 能值指標(biāo)分析主要是根據(jù)《集賢縣統(tǒng)計年鑒》資料以及其他相關(guān)資料提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行的，能量折算系數(shù)主要來自于《農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)教程》，能值轉(zhuǎn)換率主要來自于Odum，將各種環(huán)境資源、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料、要素及產(chǎn)品參考《農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)技術(shù)手冊》進(jìn)行折算［3］。能量流以J為單位，物質(zhì)流以g為單位。各類別的能量統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為太陽能值。

2.2.1 能值投入分析。由表1可知，由于地理及自然因素，集賢縣太陽能、風(fēng)能等可更新資源投入量相對較大，而由于該地區(qū)植被覆蓋較好，水土流失率不大;由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的緣故，人力、畜力投入量近幾年有減少的趨勢，但是人力和畜力占可更新有機(jī)能投入總量的35%以上，反映了集賢縣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有明顯的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的特色，說明該地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式屬于勞動密集型，機(jī)械化程度較低;復(fù)合肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等不可更新工業(yè)輔助能投入量增長幅度較大。其中化肥施入量占不可更新工業(yè)輔助能總投入量的14.2%，化肥施入過多會帶來一系列的環(huán)境問題。2004～2012年集賢縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)總能值投入量穩(wěn)步增長。在今后的農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中，集賢縣需增加農(nóng)業(yè)輔助能投入，較少勞動力投入，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，引入高效的科學(xué)技術(shù)，由勞動密集型改進(jìn)為科技密集型。

表1 集賢縣2004～2012年生態(tài)系統(tǒng)能值投入分析

2.2.2 能值產(chǎn)出分析。由表2可知，集賢縣2004～2012年能值總產(chǎn)出呈上升趨勢。其中2012年種植業(yè)產(chǎn)出能值占總能值產(chǎn)出的35.4%，畜牧業(yè)產(chǎn)出占47.3%，林業(yè)產(chǎn)出占12.6%，水產(chǎn)品占4.7%。發(fā)達(dá)國家畜牧業(yè)產(chǎn)值普遍占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的一半以上［4］。集賢縣是一個農(nóng)業(yè)大縣，種植業(yè)和畜牧業(yè)均較為發(fā)達(dá)，但林產(chǎn)品和水產(chǎn)品產(chǎn)值增長幅度不大，增長率約為8.32%。所以在發(fā)展種植業(yè)的同時也應(yīng)該加強(qiáng)林業(yè)以及漁業(yè)的發(fā)展，充分發(fā)揮集賢縣得天獨厚的自然條件。

2.2.3 能值指標(biāo)匯總及分析。

2.2.3.1 能值密度(ED)。能值密度是系統(tǒng)中能值總量(EmT)與土地面積(AREA)之比，反映單位面積內(nèi)農(nóng)業(yè)自然資源量投入大小，用來評價系統(tǒng)的能值集約度和強(qiáng)度。公式為ED=EmT/A，ED越大表明該地區(qū)經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)。由表3可得，集賢縣2004～2012年的能值密度在逐步上升，說明集賢縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展程度在逐漸提高。2012年農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能值密度為(6.32E+11)sej/m2，略低于黑龍江省的平均能值密度(6.84 E+11)sej/m2，高于全國的平均水平，但與日本、法國等發(fā)達(dá)國家的能值密度相差較大［5］。集賢縣是一個農(nóng)業(yè)大縣，土地面積較大，可通過增加產(chǎn)出能值來提高能值密度，也可以通過研發(fā)新的農(nóng)副產(chǎn)品提高產(chǎn)品的附加值來提高能值總量，進(jìn)而提高能值密度。

2.2.3.2 能值投入率(emergy investment ratio，EIR)。能值投入率反映農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度和環(huán)境負(fù)載程度，用來判定預(yù)測經(jīng)濟(jì)發(fā)展對環(huán)境的負(fù)荷量，衡量經(jīng)濟(jì)活動在一定條件下的競爭能力。公式為EIR=F/(R+N)?？筛沦Y源能值比重反映環(huán)境資源的潛力，而不可更新資源能值比重反映自然資源的損耗。2012年集賢縣可更新資源能值比重為32.6%，不可更新資源能值比重為21.4%，不可更新資源能值的投入量占環(huán)境資源總投入能值的68.3%，而我國2012年可更新資源能值比重為24%，不可更新資源能值比重為25%，集賢縣可更新能源比重較低，不可更新資源能值比重較高。不可更新工業(yè)輔助能會造成空氣、土壤污染等環(huán)境問題，會降低系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展性能指標(biāo)?？梢栽黾佑袡C(jī)能的投入，以有機(jī)能的投入換取不可更新資源與不可更新工業(yè)輔助能的投入，通過有機(jī)能投入的增加，使農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)保持良性循環(huán)，維護(hù)生態(tài)環(huán)境［6］。

表2 集賢縣2004～2012年農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值產(chǎn)出分析

表3 集賢縣2004～2012年農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值指標(biāo)匯總

2.2.3.3 凈能值產(chǎn)出率(net emergy yield ratio，EYR)。凈能值產(chǎn)出率是系統(tǒng)產(chǎn)出能值與投入的農(nóng)業(yè)輔助能值(不可更新工業(yè)輔助能投入量與可更新有機(jī)能投入量之和)之比。公式為EYR=Yield/(F+T)，EYR越高，表明系統(tǒng)的生產(chǎn)效率越高，產(chǎn)品的市場競爭力越強(qiáng)。2004～2012年集賢縣生態(tài)系統(tǒng)的凈能值產(chǎn)出率由1.44穩(wěn)步上升到2.80，但仍低于全國平均水平。說明集賢縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率較低，市場競爭力較弱。整個生態(tài)系統(tǒng)的整體功能還有待提高。

2.2.3.4 環(huán)境負(fù)載率(environmental loading ratio，ELR)。環(huán)境負(fù)載率為購買的能值和不可更新的能值之和與可更新資源能值的比值。公式為ELR=(N+F)/(R+T)，ELR值越大，表明系統(tǒng)的科技發(fā)展水平比較高，但對環(huán)境系統(tǒng)帶來的影響也比較大。需要說明的是，ELR的大小并不與該系統(tǒng)的環(huán)境保護(hù)效果的好壞成正比［7］，但環(huán)境負(fù)載率是對經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的一種警示。集賢縣近幾年的ELR值低于全國平均值［8］，雖然說明集賢縣農(nóng)業(yè)發(fā)展對環(huán)境造成的壓力比較小，但也同時說明該地區(qū)環(huán)境資源沒有得到高效的利用。購買能值利用的不佳，會導(dǎo)致該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢，導(dǎo)致該地區(qū)能值自給率較低(當(dāng)?shù)丨h(huán)境資源與外地輸入能值之比)，與外地區(qū)的交流程度較低，沒有高投入高產(chǎn)出，發(fā)展農(nóng)業(yè)仍有很大的提升空間。

3 可持續(xù)發(fā)展水平分析

可持續(xù)發(fā)展指數(shù)(emergy sustainable indices，ESI)為凈能值產(chǎn)出率和環(huán)境負(fù)載率的比值，是用來衡量區(qū)域內(nèi)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性與可持續(xù)性的一個重要指標(biāo)［9］，公式為ESI=EYR/ELR。能值可持續(xù)性發(fā)展指數(shù)ESI在一定程度上反映研究系統(tǒng)的可持續(xù)水平。根據(jù)有關(guān)研究得出結(jié)論:①當(dāng)ESI＜1，預(yù)示著環(huán)境負(fù)載率較高的消費型生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，或表明系統(tǒng)對當(dāng)?shù)夭豢筛沦Y源的利用較大。②當(dāng)1≤ESI≤10，表明生態(tài)系統(tǒng)富有活力和發(fā)展?jié)摿?。③?dāng)ESI＞10，是經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)的象征，表明對資源的開發(fā)利用不夠［10］。

圖1 集賢縣2004～2012年能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)變化趨勢

由圖1可知，集賢縣近幾年可持續(xù)發(fā)展指數(shù)波動較大，波動范圍在0.8～1.4之間，說明該區(qū)域內(nèi)不可更新資源的利用率偏高，系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的潛力有限，發(fā)展空間不大。2008年集賢縣可持續(xù)發(fā)展指數(shù)下降到了1以下，這表明這一年該地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對環(huán)境帶來了很大的壓力，不可更新資源的利用量較大，造成了環(huán)境負(fù)載率較高，導(dǎo)致可持續(xù)發(fā)展指數(shù)較低［11］。2008年以后集賢縣可持續(xù)發(fā)展指數(shù)在1上下波動，這表明該地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展水平不高，生產(chǎn)方式不利于系統(tǒng)的可持續(xù)性發(fā)展，因此需加強(qiáng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的開發(fā)力度及其與外界的物質(zhì)交流和信息交流。為促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)該采取一系列的優(yōu)惠政策，吸引優(yōu)秀的農(nóng)業(yè)技術(shù)，加快發(fā)展加工業(yè)和附加農(nóng)產(chǎn)品，應(yīng)用新技術(shù)和新方法合理開發(fā)利用人力資源和自然環(huán)境資源。

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