周江，向平安,2

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湖南不同季別稻作系統(tǒng)的生態(tài)能值分析

周江1，向平安1,2

（1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)洞庭湖區(qū)域農(nóng)村生態(tài)系統(tǒng)健康湖南省重點實驗室，長沙 410128；2湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)商學(xué)院，長沙 410128）

【目的】湖南稻作系統(tǒng)以一季稻和雙季稻種植制度為主。論文通過評價稻作技術(shù)的調(diào)整對不同季別水稻種植效率的影響，期望為水稻可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)?！痉椒ā客ㄟ^相關(guān)統(tǒng)計年鑒資料獲取2002—2016年湖南早稻、中稻和晚稻生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境資源、經(jīng)濟資源的投入與產(chǎn)出原始數(shù)據(jù)，采用能值分析理論和方法，對三季稻作系統(tǒng)的動態(tài)發(fā)展狀況及綜合發(fā)展水平進行分析，再將其能值投入產(chǎn)出效率與傳統(tǒng)經(jīng)濟利潤率指標進行比較?！窘Y(jié)果】2002—2016年湖南稻田生態(tài)系統(tǒng)中投入的自然資源能值相對穩(wěn)定，投入能值大部分依賴購買能值并趨向增加；能值投入結(jié)構(gòu)調(diào)整為機械＞人工+畜力＞化肥＞農(nóng)藥或種子＞燃料＞有機肥，農(nóng)業(yè)機械化逐漸代替了以人工、畜力為主的生產(chǎn)方式。系統(tǒng)每千公頃種植面積的購買能值投入中不可更新工業(yè)能值投入呈明顯增長趨勢，其中機械作業(yè)能值投入貢獻率最高，化肥投入為中稻＞早、晚稻且長年居高不下，農(nóng)藥投入為中、晚稻＞早稻且趨向增加；可更新有機能值投入密度則趨向減少，其中人工能值雖顯著下降，其貢獻率仍最高，種子投入為早稻＞晚稻＞中稻且早、晚稻趨向增加，畜力能值投入轉(zhuǎn)變?yōu)橹械荆驹?、晚稻且趨向不斷減少，有機肥投入能值不斷減少；購買能值投入從2012年起轉(zhuǎn)變?yōu)橹械荆驹绲荆就淼鞠到y(tǒng)。系統(tǒng)單位種植面積的能值產(chǎn)出、生態(tài)和經(jīng)濟平均利潤率均為中稻＞晚稻＞早稻；早稻種植面積始終低于晚稻。系統(tǒng)能值指標變化趨勢為：能值投入率方面晚稻＞早稻、中稻；能值產(chǎn)出率方面中稻＞晚稻＞早稻；系統(tǒng)對環(huán)境的壓力較小，但環(huán)境負載率指標增長較快且晚稻＞早、中稻系統(tǒng)；可持續(xù)發(fā)展指數(shù)已大幅下降至＜2，2008年以后中稻＞早、晚稻系統(tǒng)?！窘Y(jié)論】湖南稻作系統(tǒng)生產(chǎn)方式日益現(xiàn)代化，系統(tǒng)富有活力但發(fā)展?jié)摿θ找嫦陆?。稻作?jīng)營仍屬于粗放型方式，致使不可更新工業(yè)輔助能大量投入，造成短期內(nèi)系統(tǒng)環(huán)境壓力增大、生態(tài)和經(jīng)濟利潤率不斷下滑，不利于系統(tǒng)長期可持續(xù)發(fā)展。雖然湖南中稻生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境負載率、可持續(xù)發(fā)展指數(shù)、平均利潤率仍優(yōu)于早、晚稻系統(tǒng)，但由于系統(tǒng)投入了較多的人工、畜力、化肥和農(nóng)藥能值且其機械能值效率較低，致使其能值產(chǎn)出率、生態(tài)和經(jīng)濟利潤率降幅較大并與晚稻系統(tǒng)基本持平，其競爭優(yōu)勢日益縮小。早稻系統(tǒng)種子能值投入較高且能值產(chǎn)出密度和利潤率較低，晚稻系統(tǒng)購買能值投入產(chǎn)出綜合效益較高。湖南稻作農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的地域不均衡發(fā)展矛盾依然突出。無論哪個水稻季別，以市場價值作為評價依據(jù)的成本-收益分析法，低估了稻田生態(tài)系統(tǒng)的真實價值。政府需針對早、中、晚稻制定激勵政策，以保障稻農(nóng)的利益和實現(xiàn)稻作永續(xù)經(jīng)營。

水稻；生態(tài)系統(tǒng)；能值分析；效率；湖南省

0 引言

【研究意義】效率評價結(jié)果是人們理性選擇的前提。然而，不同的評價工具往往引致不同的評價結(jié)果。經(jīng)濟學(xué)假定行為人是理性自利的“經(jīng)濟人”，私人收益最大化是生產(chǎn)者行為的根本動機[1]?；谶@一理念，研究人員開發(fā)和應(yīng)用基于市場價值測量的成本-收益分析方法來評價人類活動效率。但是，該方法既沒有考慮自然環(huán)境對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的貢獻，也沒有顧及生產(chǎn)活動對自然環(huán)境的影響，認為自然環(huán)境是免費資源，不具有稀缺性。然而，這與經(jīng)濟已處于“滿的世界”（實體經(jīng)濟在不增長的生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)增長）而非“空的世界”（經(jīng)濟擴張機會微不足道）的現(xiàn)實不符[2]。應(yīng)用這一方法評價的生產(chǎn)效率作為決策依據(jù)，可能是造成生態(tài)系統(tǒng)退化的重要誘因[3]。水稻生產(chǎn)是上千年以來中國最重要的農(nóng)事活動，學(xué)者們一般采用傳統(tǒng)的成本-收益分析法衡量生產(chǎn)效率[4-12]。然而，近些年來，特別是農(nóng)業(yè)稅取消后，水稻生產(chǎn)經(jīng)營方式正由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)過渡，但粗放的管理模式使稻作生態(tài)系統(tǒng)的永續(xù)經(jīng)營正遭受危害[13]。改變困境的前提之一，是人們需要從生態(tài)經(jīng)濟學(xué)觀點重新認識和評價稻作的效率[14]?！厩叭搜芯窟M展】為了克服傳統(tǒng)的效率評價方法的缺陷，Odum應(yīng)用熱力學(xué)思想創(chuàng)建了有別于市場經(jīng)濟學(xué)思想的投入產(chǎn)出分析法—能值分析法[15]。該方法將自然納入生產(chǎn)活動的核算體系，定量分析自然資源環(huán)境與人類經(jīng)濟活動的關(guān)系，客觀評價人類活動與自然的和諧度[16]。這一方法逐漸被學(xué)者們接受，并被廣泛應(yīng)用，尤其是在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)研究領(lǐng)域。例如，Lefroy等分析了澳大利亞3種不同種植制度的能值特點及對農(nóng)業(yè)持續(xù)利用的影響[17]；Cuadra等[4]采用成本收益分析法、生態(tài)足跡和能值分析法，構(gòu)建相關(guān)評價指標，對尼加拉瓜的大豆、土豆、卷心菜、菠蘿和咖啡等主要作物種植系統(tǒng)的經(jīng)濟效益以及生態(tài)承載能力進行了比較評價。在國內(nèi)，藍盛芳[36]、、李小玉[20]、張潔瑕[21]、王明全[22]、李向東[23]、吳鋼[24]、黃文德[25]、胡曉輝[26]、胡小東[27]等引入Odum的能值分析法，積極應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)研究。學(xué)者們不僅應(yīng)用成本-收益分析法對稻田生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)[28-30]、水分和養(yǎng)分轉(zhuǎn)換[31-33]、生態(tài)服務(wù)價值[33-35]等方面開展了較深入研究，而且也應(yīng)用能值分析法評估了稻作生態(tài)系統(tǒng)效益。向平安等[34]和席運官等[35]應(yīng)用能值分析方法對比了稻鴨共作有機農(nóng)業(yè)模式和常規(guī)生產(chǎn)模式的收益，認為稻鴨共作生態(tài)農(nóng)業(yè)模式無論是在能值效益還是在經(jīng)濟效益上都具有優(yōu)勢。孫為民等[37]采用能值分析理論和方法，對江西省余江縣雙季稻田7種復(fù)種模式系統(tǒng)中的經(jīng)濟產(chǎn)量折能、光合生產(chǎn)力、光能利用率、投入產(chǎn)出、運行效率和環(huán)境負荷等進行綜合分析?！颈狙芯壳腥朦c】雖然學(xué)者們對稻作農(nóng)業(yè)的投入產(chǎn)出開展了能值分析，但缺少針對不同季別的稻作生態(tài)系統(tǒng)的研究，這不利于人們對不同季別的稻作農(nóng)業(yè)的生態(tài)經(jīng)濟效益的認識?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本文以中國最大的水稻種植區(qū)—湖南稻作生態(tài)系統(tǒng)作為研究對象，應(yīng)用能值分析法揭示處于稻作技術(shù)調(diào)整期間的早、中和晚稻3個季別稻田生態(tài)系統(tǒng)年際間的生態(tài)經(jīng)濟效益和效率，以期為稻作農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)域

湖南省位于洞庭湖以南，屬于長江中游地區(qū)，地處東經(jīng)108°—114°、北緯24°—30°。全省以山地和丘陵地貌為主，合占總面積的66.62%。湖南為大陸性亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候年平均溫度在15—18℃之間，太陽輻射量為90—115 kcal·cm-2，年平均降水量在1 200— 1 700 mm之間，雨量充沛，是中國雨水較多的省份之一。湖南的地理氣候條件適宜發(fā)展水稻生產(chǎn)。湖南各季別水稻生產(chǎn)面積并非隨時間序列呈持續(xù)減少或增加，而是表現(xiàn)為年際間動態(tài)變化。例如，21世紀初期，湖南早稻和晚稻的種植面積逐年下降，2003年水稻總播種面積降至3 410千公頃；受水稻生產(chǎn)補貼、取消農(nóng)業(yè)稅等惠農(nóng)政策的影響，2004年起水稻總播種面積開始恢復(fù)并有所增加，至2006年達到峰值4 202千公頃，隨后又有所下降；其中早、晚雙季稻于2008年達到峰值，而中稻則于2010年達到峰值（表1）。

表1 2000—2016年湖南省水稻的種植面積

2 研究方法

2.1 能值分析方法及步驟

Odum的能值理論原理和方法可以將不同類別的能量轉(zhuǎn)換為同一標準的太陽能值，單位為太陽能焦耳（solar emergy joules，縮寫為sej），用于衡量不同類別、不同等級能量的真實價值，同時還可以比較一個系統(tǒng)中流動或儲存的不同類別的能量及其對該系統(tǒng)的貢獻[15]。太陽能值是通過能值轉(zhuǎn)換率來計算的，能值轉(zhuǎn)換率是指形成1 J或1 g產(chǎn)品或勞務(wù)所需要的太陽能值，單位為sej/J或sej/g。

本文依據(jù)能值分析法，首先對湖南稻田生態(tài)系統(tǒng)進行能值邊界情況分析，收集歷年稻田生態(tài)系統(tǒng)中相關(guān)的自然環(huán)境、地理和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)，列出系統(tǒng)主要的能量輸入和輸出項目；通過相應(yīng)的能值轉(zhuǎn)換率核算各能源或物質(zhì)的投入產(chǎn)出能值，再計算自然資源和購買能值歷年投入所占總能值投入比重，以及主要購買能值內(nèi)部占比，編制系統(tǒng)歷年各種能值投入產(chǎn)出分析表和投入結(jié)構(gòu)表，各類別資源能量流以J為單位、物質(zhì)流以g為單位、經(jīng)濟流以$為單位；繪制系統(tǒng)單位種植面積投入的主要購買能值年際變化趨勢圖，評價它們在稻田生態(tài)系統(tǒng)中的地位和貢獻；最后建立能值指標體系，分析評估湖南稻作系統(tǒng)生態(tài)效益。同時將系統(tǒng)能值投入產(chǎn)出評估結(jié)果與《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編（2001—2017）》中的利潤率指標進行對比分析，用以全面分析評估湖南水稻生產(chǎn)系統(tǒng)生態(tài)和經(jīng)濟效益情況。

稻田生態(tài)系統(tǒng)能值投入（以T表示）分為兩類：一類來源于自然界，稱“自然資源能值”，包括可更新資源（太陽能、雨水化學(xué)能、雨水勢能等，以R表示）和不可更新資源（表土層凈損失等，以N表示）。幾種可更新自然資源是同樣氣候、地球物理作用引起的不同現(xiàn)象，只取其中能值投入量最大的雨水化學(xué)能，以避免能值的重復(fù)計算[36]。另一類來源于人類社會經(jīng)濟系統(tǒng)，稱“購買能值”，包括不可更新工業(yè)輔助能（農(nóng)用機械、農(nóng)藥、化肥等，以F表示）和可更新有機能（人力、畜力、有機肥、種子等，以R1表示）。系統(tǒng)能值產(chǎn)出主要指稻谷、稻草等，以Y表示。

2.2 數(shù)據(jù)來源及說明

本文主要數(shù)據(jù)來源于《湖南統(tǒng)計年鑒》（2001— 2017）、《中國物價年鑒》（2005—2013）、《中國統(tǒng)計年鑒》（2014—2017）和《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》（2001—2017）。其中，早稻、中稻（即一季稻）、晚稻播種面積、月均降雨量數(shù)據(jù)來源于《湖南統(tǒng)計年鑒》，單位種植面積的水稻生產(chǎn)成本、生產(chǎn)要素投入量、產(chǎn)出數(shù)據(jù)來源于《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》，柴油、農(nóng)藥價格取自《中國物價年鑒》，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價格分類指數(shù)、居民消費價格定基指數(shù)取自《中國統(tǒng)計年鑒》，能值總產(chǎn)出只計算稻谷，不包括作物的副產(chǎn)品能值。

太陽能值轉(zhuǎn)換率主要參考Odum[15]、藍盛芳[39]，能量折算系數(shù)及其計算方法主要參照駱世明、陳阜編寫的《農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)》[40]、《農(nóng)業(yè)技術(shù)經(jīng)濟手冊》[44]，勞動力的能量折算系數(shù)參照藍盛芳和欽佩研究成果[36]。能值計算中，太陽能、雨水化學(xué)能、雨水勢能、表土層凈損、投入及產(chǎn)出等公式均取自藍盛芳、欽佩、陸宏芳編著《生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值分析》[36]，水稻生育期以湖南3個季別水稻全生育期為依據(jù)，早稻全生育期（4—7月），中稻全生育期（5—9月），晚稻全生育期（7—10月）。

本文選用2000年中國能值貨幣比率4.94×1012sej/$[35]研究成果，通過歷年的居民消費價格定基指數(shù)（《中國統(tǒng)計年鑒》，2017）和歷年的人民幣美元匯率（中國人民銀行網(wǎng)）轉(zhuǎn)換為歷年的國家能值貨幣比率。

2.3 能值分析指標

能值分析指標綜合反映生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和效率，是衡量自然環(huán)境資源的價值和人類社會經(jīng)濟發(fā)展及環(huán)境與經(jīng)濟、人與自然關(guān)系的指標，也是系統(tǒng)綜合分析及社會經(jīng)濟發(fā)展決策參考的重要指標[47]。據(jù)以往相關(guān)研究[48-51]，結(jié)合本研究實際，能值投入產(chǎn)出項目采用《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》[46]收集的子項。

能值指標體系的構(gòu)建是進行系統(tǒng)分析、比較研究和得出結(jié)論的主要依據(jù)。通過借鑒相關(guān)的文獻報道[48-51]，結(jié)合長江中游丘陵地區(qū)稻田生態(tài)系統(tǒng)的實際，構(gòu)建出能值投入占比、能值投入產(chǎn)出密度、能值綜合評價指標（能值投入率、能值產(chǎn)出率、環(huán)境負荷率、可持續(xù)發(fā)展指數(shù)）等主要能值指標。能值投入占比是指系統(tǒng)內(nèi)各能值投入比例，表明相關(guān)能值在系統(tǒng)中的地位和貢獻度。其中環(huán)境資源能值與總投入能值的比值是評價環(huán)境資源重要性的指標，工業(yè)輔助能值與總投入能值的比值、主要工業(yè)投入能值與購買能值的比值均可衡量種植模式現(xiàn)代化的水平，可更新有機能值與總投入能值的比值、投入的主要有機能值與購買能值的比值用于評價種植模式的生態(tài)效益。能值投入產(chǎn)出密度是指單位面積土地的能值投入或產(chǎn)出量，表明相關(guān)能值在稻田生態(tài)系統(tǒng)中的投入強度或產(chǎn)出效益，用來分析其對系統(tǒng)生態(tài)效益的影響。能值投入率是購買能值與自然資源能值之比，即不可更新工業(yè)輔助能值和可更新有機能值之和所占自然資源總投入的比例，是衡量經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境負載的指標。能值產(chǎn)出率指產(chǎn)出能值與購買能值之比，該比值越高表明系統(tǒng)的生產(chǎn)效率越高，還可反映系統(tǒng)能值投資回報率高低及產(chǎn)品的價格競爭優(yōu)勢。環(huán)境負荷率是系統(tǒng)投入的不可更新資源的能值之和與可更新資源能值之和的比率，用來衡量系統(tǒng)中的環(huán)境影響?？沙掷m(xù)發(fā)展指數(shù)為系統(tǒng)能值產(chǎn)出率與環(huán)境負載率之比，實質(zhì)上是可更新資源與不可更新資源之比[47]。

3 結(jié)果

3.1 湖南不同季別稻作系統(tǒng)能值投入結(jié)構(gòu)分析

3.1.1 自然資源能值、購買能值投入結(jié)構(gòu)分析 2002—2016年湖南不同季別稻作生態(tài)系統(tǒng)能值投入中，自然資源、工業(yè)輔助能和可更新有機能的投入能值及其所占的比重詳見表2。系統(tǒng)投入能值中自然資源能值構(gòu)成的比例，能反映該稻作系統(tǒng)的自然環(huán)境資源對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的貢獻大小。2002—2016年，湖南早稻、中稻以及晚稻總自然資源能值的投入所占能值總投入比例變動區(qū)間分別為12.06%—19.15%、13.33%— 21.95%和9.89%—16.72%（表2）。從表2可以看出，自然環(huán)境對三類水稻系統(tǒng)的能值投入相對穩(wěn)定但呈小幅波動趨勢。各系統(tǒng)間占比大小為早稻、中稻＞晚稻，自然資源能值投入所占能值總投入比重偏低，晚稻最為明顯；這說明湖南稻作系統(tǒng)開放程度比較高，系統(tǒng)維持的能值主要來源于購買能值并趨向增加（包括不可更新工業(yè)能和可更新有機能），其中早、中稻系統(tǒng)利用自然環(huán)境資源較多，還可以加大發(fā)展空間。

從購買能值投入的組成比例來看工業(yè)能值增長較快，自2012年起，三季稻作系統(tǒng)的工業(yè)能值投入均達到系統(tǒng)總投入能值的50%以上。2006—2016年間早稻、中稻以及晚稻工業(yè)能值的投入比例變動區(qū)間分別為33.00%—59.90%、37.42%—59.74%和39.77%— 63.45%，各系統(tǒng)間占比大小為晚稻＞早、中稻。相應(yīng)的早、中、晚稻的可更新有機能占能值總投入的比例均呈快速下降的趨勢。2002—2016年間早稻、中稻以及晚稻可更新有機能值的投入比例變動區(qū)間（降幅）分別為24.86%—58.55%（57.54%）、22.19%—51.16%（56.63%）和22.77%—59.21%（61.54%），中稻系統(tǒng)降幅較小；各系統(tǒng)間占比大小從2002—2006年間的早、晚稻＞中稻調(diào)整為2010—2014年間的中稻＞早稻＞晚稻（表2）。

3.1.2 主要購買能值投入結(jié)構(gòu)分析 湖南早、中、晚稻系統(tǒng)主要購買能值投入結(jié)構(gòu)如表3所示，系統(tǒng)在2010—2016年間，機械能值投入比重最大，分別約占各自系統(tǒng)購買能值投入的31.77%—44.43%、27.36%—45.28%、35.03%—47.16%；其次是人工能值投入，分別約占各自系統(tǒng)購買能值投入的21.71%—29.83%、20.96%—37.04%、22.65%—32.05%；再次是化肥能值投入，分別約占各自系統(tǒng)購買能值投入的21.29%—24.10%、20.53%—25.12%、22.14%— 25.70%；農(nóng)藥能值投入持續(xù)增長，分別約占各自系統(tǒng)購買能值投入的1.13%—1.35%、1.29%—1.71%、1.56%—1.86%；種子能值投入分別約占各自系統(tǒng)購買能值投入的6.51%—7.84%、1.21%—1.53%、2.78%— 3.46%；除中稻的畜力能值投入約占系統(tǒng)購買能值投入的4.24%—12.41%外，三季稻作系統(tǒng)在其它能值投入占比方面逐步減少到1%以下。湖南稻作生態(tài)系統(tǒng)主要投入能值占比已調(diào)整為：早、晚稻系統(tǒng)為機械＞人工+畜力＞化肥＞種子＞農(nóng)藥＞燃料＞有機肥，中稻系統(tǒng)為機械＞人工+畜力＞化肥＞農(nóng)藥＞種子＞燃料＞有機肥。

3.2 湖南不同季別稻作系統(tǒng)購買能值投入密度動態(tài)分析

由于不同季別稻作系統(tǒng)種植面積不同，為對各季別稻作系統(tǒng)中人類社會主要購買能值年際間動態(tài)投入進行對比分析，本文分別計算年際間各季別稻作系統(tǒng)平均每千公頃種植面積投入及產(chǎn)出的主要經(jīng)濟反饋能值，構(gòu)建能值密度指標并繪制三季稻作系統(tǒng)年際間主要購買能值密度變動趨勢圖（圖1—10）。

3.2.1 不可更新工業(yè)能值、可更新有機能值 對比三季稻田生態(tài)系統(tǒng)單位種植面積投入的購買能值，三季稻作系統(tǒng)自2004年降至最低值后均波動增長至2014年達到峰值后趨于回落，2004—2016年間每千公頃早、中、晚稻系統(tǒng)的購買能值投入變動區(qū)間分別為3.40×1018—3.73×1018sej、3.07×1018—4.09×1018sej、3.12×1018—3.67×1018sej（圖1），且從2012年起轉(zhuǎn)變?yōu)橹械荆驹绲荆就淼鞠到y(tǒng)，年均增長率（振幅）分別達到0.77%（9.71%）、2.42%（33.22%）、1.36%（17.63%）。

自2004年起，湖南早、中、晚稻系統(tǒng)單位種植面積不可更新工業(yè)能值投入均呈明顯增長趨勢，三季系統(tǒng)分別于2014—2016年達到峰值后趨于平穩(wěn)，2004—2016年間系統(tǒng)每千公頃種植面積的工業(yè)能值投入變動區(qū)間分別為1.00×1018—2.54× 1018sej、1.20×1018—2.66×1018sej、1.07×1018— 2.63× 1018sej（圖2），年均增長率分別達到8.08%、6.86%、7.78%；其中早、晚稻生態(tài)系統(tǒng)工業(yè)能值投入變化趨勢相近，經(jīng)歷了快速增長期（2004—2014年）后趨于平穩(wěn)；中稻的工業(yè)能值投入在早稻和晚稻之間上下波動增長至2014年趨于平穩(wěn)。2002—2016年間，湖南早、中、晚稻生態(tài)系統(tǒng)單位種植面積可更新有機能值投入均趨向減少（圖3），期間系統(tǒng)每千公頃種植面積可更新有機能值投入變動區(qū)間分別為1.08×1018—2.74×1018sej、0.99×1018—2.36×1018sej、0.90×1018—2.23×1018sej，年均降幅分別為6.02%、6.02%、6.28%；期間早稻和晚稻可更新有機能值投入均呈快速下降趨勢；中稻則以2012年為界，2004—2012年期間變化幅度較小，之后呈現(xiàn)出單邊快速下降的趨勢。

表2 2002—2016年湖南稻田系統(tǒng)生態(tài)能值估算

圖1 2002—2016年湖南稻田系統(tǒng)購買能值變動趨勢

圖2 2002—2016年湖南稻田系統(tǒng)工業(yè)能值變動趨勢

圖3 2002—2016年湖南稻田系統(tǒng)可更新有機能值變動趨勢

3.2.2 不可更新工業(yè)能值中主要能值投入密度動態(tài)分析 2002—2016年間，湖南早、中、晚稻系統(tǒng)單位種植面積機械作業(yè)能值投入均呈明顯增長趨勢，期間每千公頃機械能值投入變動區(qū)間分別為0.17×1018—1.66×1018sej、0.15×1018—1.65×1018sej、0.20×1018—1.73×1018sej（圖4），年均增長率分別達到17.68%、18.68%、16.66%；其中早、晚稻系統(tǒng)機械能值投入密度變化趨勢相近，經(jīng)歷了穩(wěn)定期（2002—2004年）和快速增長期（2004—2014年）兩個階段后趨于平穩(wěn)；中稻的機械能值投入密度在早稻和晚稻之間上下波動，特別是在2010—2014年間中稻系統(tǒng)明顯小于早、晚稻，之后中稻投入持續(xù)增加且略有反超。表明國家從2004年起實行的農(nóng)機具購置補貼政策對于推進農(nóng)業(yè)機械化起到了促進作用。

圖4 2002—2016年湖南稻田系統(tǒng)機械能值變動趨勢

湖南三季稻田生態(tài)系統(tǒng)單位種植面積化肥投入均呈振蕩趨勢，直到2012年以后趨于平穩(wěn)（圖5）。2002—2016年間系統(tǒng)每千公頃種植面積的化肥能值投入振蕩區(qū)間（振幅）分別為7.29×1017—10.48× 1017sej（43.76%）、7.10×1017—10.10×1017sej（42.25%）、7.58×1017—8.90×1017sej（17.41%），除2010年外投入密度為中稻＞早、晚稻。

2002—2016年間三季稻作系統(tǒng)每千公頃種植面積的農(nóng)藥能值投入振蕩區(qū)間（振幅）分別為2.74× 1016—4.85×1016sej（77.01%）、4.25×1016—6.79× 1016sej（59.76%）、3.97×1016—7.13×1016sej（79.60%）（圖6），中稻、晚稻系統(tǒng)投入密度均明顯＞早稻，年均增長率分別為4.16%、3.40%、4.27%。

3.2.3 可更新有機能值中主要經(jīng)濟反饋能值投入密度動態(tài)分析 2002—2016年間，湖南三季稻田生態(tài)系統(tǒng)每千公頃種植面積人工能值投入均呈顯著下降的趨勢（圖7），變動區(qū)間分別為7.69×1017—22.26× 1017sej、7.65×1017—20.45×1017sej、7.69×1017—19.95 ×1017sej，年均降幅分別為7.31%、6.78%、6.58%；其中湖南早稻和晚稻均呈快速下降趨勢，中稻則在2008—2014年間降幅放緩且投入密度明顯大于早、晚稻系統(tǒng)。同時，每千公頃早、中、晚稻生態(tài)系統(tǒng)畜力能值投入比重越來越低（圖8），變動區(qū)間分別為2.18×1016—24.63×1016sej、12.29×1016—47.90×1016sej、0.51×1016—18.57×1016sej；其中早、晚稻系統(tǒng)經(jīng)歷了相對穩(wěn)定期（2002—2008年）和快速下降期（2008—2016年）兩個階段后已波動下降至極低投入程度，年均降幅分別為15.90%、22.65%；中稻則以2012年為界，2012年之前波動增長至峰值，之后呈現(xiàn)出快速下降的趨勢，但尚未降至2004年最低投入值且其能值投入密度從2008年起明顯大于早、晚稻系統(tǒng)。

圖5 2002—2016年湖南稻田系統(tǒng)化肥能值變動趨勢

圖6 2002—2016年湖南稻田系統(tǒng)農(nóng)藥能值變動趨勢

2002—2016年間早稻、中稻以及晚稻系統(tǒng)每千公頃種植面積種子能值投入變動區(qū)間分別為1.68× 1017—2.77×1017sej、0.48×1017—0.62×1017sej、0.65× 1017—1.27×1017sej（圖9），種子能值投入密度明顯為早稻＞晚稻＞中稻系統(tǒng)；其中早、晚稻波動增長，年均增幅分別為3.64%、4.90%，中稻則變化不大且投入密度最小。早稻用種經(jīng)濟成本特別是雜交早稻相比雜交中、晚稻還要高，推廣應(yīng)用難度相應(yīng)較大；種植雜交早稻在湘北地區(qū)要虧損，在湘南地區(qū)只能基本持平，無比較優(yōu)勢可言，農(nóng)戶增產(chǎn)不增收[41]。如表4所示，將種子能值投入密度換算成能值-貨幣價值來比較，自2008年以來早稻種子投入的能值-貨幣價值是晚稻的兩倍多、中稻的4—5倍。

圖7 2002—2016年湖南稻田系統(tǒng)人工能值變動趨勢

圖8 2002—2016年湖南稻田系統(tǒng)畜力能值變動趨勢

圖9 2002—2016年湖南稻田系統(tǒng)種子能值變動趨勢

表3 2002—2016年湖南稻田生態(tài)系統(tǒng)主要購買能值投入結(jié)構(gòu)表

計算公式：投入項目能值/購買能值 Formula：Item/(F+R1)

表4 2002—2016年湖南稻田生態(tài)系統(tǒng)每公頃種子能值-貨幣價值（美元）

圖10表明2002—2016年間，每千公頃早、中、晚稻生態(tài)系統(tǒng)有機肥能值投入趨向不斷減少，變動區(qū)間分別為1.51×1016—9.16×1016sej、1.29×1016—6.30 ×1016sej、0.93×1016—5.79×1016sej，年均降幅分別為12.08%、10.71%、12.25%；其中早、晚稻波動下降，中稻則以2008年為界，2008年之前波動增長至峰值，之后呈現(xiàn)出快速下降的趨勢。

圖10 2002—2016年湖南稻田系統(tǒng)有機肥能值變動趨勢

3.3 能值產(chǎn)出動態(tài)分析

在國家經(jīng)歷連續(xù)6年的水稻種植面積和產(chǎn)量下降之后，2004年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部在部分地區(qū)試點水稻生產(chǎn)直接補貼、良種補貼和農(nóng)機具購置補貼，水稻面積、產(chǎn)量開始出現(xiàn)恢復(fù)性增長[43]。由表1、表2可知，受國家糧食政策支持，2004—2008年間，湖南早、晚稻生產(chǎn)系統(tǒng)的種植面積、能值投入和產(chǎn)出均呈現(xiàn)出增長的趨勢，中稻系統(tǒng)則較為穩(wěn)定；2002—2004年及2009—2010年間，湖南早、晚稻系統(tǒng)與中稻系統(tǒng)的種植面積、能值投入和產(chǎn)出均出現(xiàn)此消彼長的情況，且早、晚稻播種面積明顯下降，主要受雙季稻改種單季稻的影響[43-44]；2010年以后，湖南早、晚稻系統(tǒng)的種植面積、能值投入和產(chǎn)出均出現(xiàn)新一輪增長，中稻系統(tǒng)雖種植面積略有下降，但在持續(xù)增長的購買能值投入下，其能值產(chǎn)出仍顯著增長。由表2可知，2002— 2016年間，湖南早、中以及晚稻生產(chǎn)系統(tǒng)每千公頃的能值產(chǎn)出為中稻＞晚稻＞早稻，變動區(qū)間分別為6.13× 1018—7.91×1018sej、8.42×1018—10.56×1018sej、7.43×1018—8.68×1018sej，單產(chǎn)年均增長率分別為1.84%、1.63%和1.12%，且呈波動趨勢，因此稻作技術(shù)的改進雖然對總能值產(chǎn)出有一定的貢獻，但湖南三季水稻總種植面積和總能值投入變化仍是影響總能值產(chǎn)出變化的主因。

3.4 能值綜合評價指標動態(tài)分析

3.4.1 能值投入率（EIR） 能值投入率越高，說明該類水稻種植系統(tǒng)需要投入較多的購買能值，生產(chǎn)方式逐漸轉(zhuǎn)向現(xiàn)代化，而環(huán)境資源能值投入比較少，增大了自然資源的壓力，從而導(dǎo)致更高的生產(chǎn)成本，降低了市場競爭力。表5表明2002—2016年間，湖南稻作系統(tǒng)能值投入率方面為晚稻＞早、中稻，且表現(xiàn)出波動的趨勢；早、中、晚稻自2002年最低時的4.22、3.56、4.98振蕩增長至最高時的7.29、6.50、9.12，其振幅分別為72.75%、82.58%、83.13%。該數(shù)據(jù)表明湖南三季稻作系統(tǒng)中，晚稻系統(tǒng)生產(chǎn)方式現(xiàn)代化程度較高但其對本地資源及自然資源的利用率偏低，對環(huán)境的影響更大。

3.4.2 能值產(chǎn)出率（EYR） 2002—2016年間，湖南稻作系統(tǒng)的能值產(chǎn)出率方面中稻＞晚稻＞早稻，但中稻呈現(xiàn)下降的趨勢；早稻、中稻和晚稻的振蕩區(qū)間（振幅）分別為1.52—2.23（46.71%）、2.41—3.44（42.74%）、2.19—2.62（19.63%）。2006年以后，中稻因單位種植面積投入的購買能值增長過快，致使其能值產(chǎn)出率有所降低并接近晚稻系統(tǒng)，晚稻較高效率的農(nóng)業(yè)機械化與中稻較高的化肥、人工、畜力能值投入是能值產(chǎn)出率趨同的主因。湖南中稻系統(tǒng)的競爭優(yōu)勢因生產(chǎn)技術(shù)落后導(dǎo)致效率低下而日益縮小，政府及農(nóng)技部門應(yīng)指導(dǎo)農(nóng)戶結(jié)合地域特點充分利用本地自然資源調(diào)整能值投入結(jié)構(gòu)、提高購買能值利用效率，才能確保其競爭優(yōu)勢地位。

3.4.3 環(huán)境負載率（ELR） 從能值分析角度來看，外界大量的能值輸入以及過度開發(fā)本地非更新資源是引起區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)惡化的主要原因。一般來說，當ELR＜3時，表明環(huán)境壓力很??；當3＜ELR＜10時，表明環(huán)境壓力處于中等水平；當ELR＞10時，表明環(huán)境壓力相當大[47]。2004年到2014年，湖南早稻、中稻和晚稻生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境負載率均呈現(xiàn)出大幅上升的趨勢，直到2014—2016年才趨于平穩(wěn)；2002—2016年間早稻、中稻和晚稻ELR的上升區(qū)間（年均漲幅）分別為0.34—1.54（11.39%）、0.38—1.54（10.51%）、0.41—1.79（11.10%），2006年以后ELR值表現(xiàn)為晚稻＞早、中稻系統(tǒng)。但湖南水稻生產(chǎn)系統(tǒng)近年來ELR值增長過快，若照該趨勢任其發(fā)展，當系統(tǒng)長期處于較高的環(huán)境承載力時，系統(tǒng)將產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的功能退化或喪失。湖南是中國糧食生產(chǎn)大省，肩負著國家糧食安全的重任，所以必須高度重視水稻種植可能造成的環(huán)境問題。

3.4.4 可持續(xù)發(fā)展指數(shù)（ESI）能值可持續(xù)指標的數(shù)值越小，代表系統(tǒng)產(chǎn)出率越低、環(huán)境壓力相對較大；也代表系統(tǒng)能值產(chǎn)出越低、應(yīng)用的可更新能值越低，則可持續(xù)發(fā)展能力越弱。一般ESI值為1—10表明經(jīng)濟系統(tǒng)富有活力和發(fā)展?jié)摿?；ESI＞10是經(jīng)濟不發(fā)達象征；ESI＜1為消費型經(jīng)濟系統(tǒng)[47]。由于環(huán)境負載率大幅上升，湖南早稻、中稻和晚稻的能值可持續(xù)指標經(jīng)歷了快速下降期（2004—2014年）后趨于平穩(wěn)，2008年以后中稻＞早、晚稻系統(tǒng)；2002—2016年間三季水稻的下降區(qū)間（年均降幅）分別為1.31—6.66（10.97%）、1.82—7.03（9.20%）、1.33—5.63（9.79%）。近年來，三類稻作系統(tǒng)ESI值大幅下降至＜2，不可更新資源能值投入占總能值投入的比重均超過55%，晚稻更是達到65%，表明它們均是以耗竭環(huán)境資源為代價換取農(nóng)業(yè)發(fā)展，不符合經(jīng)濟高效的目標。

3.5 與傳統(tǒng)成本-收益分析法比較

在成本-收益的經(jīng)濟分析中，通常僅考慮農(nóng)戶的私人投入和私人收益；已有的能值分析研究中對能值產(chǎn)出率的定義中的投入能值僅考慮市場購買能值，沒有核算自然投入，本文將自然投入納入能值分析，將包含自然資源能值和只計算購買能值的分析結(jié)果與傳統(tǒng)成本收益分析結(jié)果進行對比分析。由于僅考慮私人投入產(chǎn)出的單位與其他方法不同，因此統(tǒng)一用利潤率來對這3種方法進行比較（表6）。

采用成本-收益分析法，2002—2016年湖南水稻生產(chǎn)的利潤率（年均利潤率）分別為早稻11.38%— 40.77%（14.32%）、中稻14.82%—100.78%（40.89%）和晚稻11.97%—69.37%（34.12%）。采用只計算購買能值的分析法，利潤率（年均利潤率）分別為早稻51.84%—123.38%（103.31%）、中稻140.61%— 243.90%（167.80%）和晚稻119.45%—161.95%（145.93%）。而采用包含自然資源能值的分析法，利潤率（年均利潤率）分別為早稻22.76%—92.97%（71.11%）、中稻95.68%—180.61%（121.43%）和晚稻82.76%—136.05%（116.52%）。3種分析方法得出的平均利潤率均為中稻＞晚稻＞早稻。從2004年起，三季稻作系統(tǒng)的利潤率均呈波動下降趨勢，中稻的下降幅度明顯大于早、晚稻系統(tǒng)且利潤率已與晚稻系統(tǒng)不相上下。

結(jié)論顯示，無論哪個季別的水稻，由于機械作業(yè)和人工成本經(jīng)濟支出的大幅增長，拉低了農(nóng)戶的市場經(jīng)濟利潤率，成本-收益法得出的利潤率明顯低于能值分析的結(jié)果，故包含自然資源能值投入的利潤率能更全面客觀地反映稻作的環(huán)境成本。對比表1可知，三季稻作系統(tǒng)的市場經(jīng)濟價值的變化直接影響農(nóng)戶的種植積極性，如2004年市場經(jīng)濟利潤率出現(xiàn)峰值之后，拉動水稻種植面積持續(xù)增長至2006年的峰值，隨后因利潤率下降，水稻種植面積有所回落。

4 討論

4.1 政策層面對稻田生態(tài)系統(tǒng)能值投入結(jié)構(gòu)的影響

從2004年起，伴隨著國家一系列農(nóng)業(yè)政策的實施，傳統(tǒng)稻作技術(shù)的生產(chǎn)方式、管理模式發(fā)生了較大改變，各類生產(chǎn)要素投入結(jié)構(gòu)隨之產(chǎn)生調(diào)整。2002—2016年湖南稻田生態(tài)系統(tǒng)能值投入結(jié)構(gòu)中，環(huán)境總資源能值投入相對穩(wěn)定，但所占能值總投入比重偏低，晚稻最為明顯。系統(tǒng)投入能值大部分依賴外部購買能值并趨向增加，其中工業(yè)能值增長較快，湖南晚稻系統(tǒng)投入工業(yè)能值占系統(tǒng)總能值比例自2014年起高于全國62%的平均水平[47]，相應(yīng)的系統(tǒng)可更新有機能值投入呈快速下降的趨勢。三季稻作系統(tǒng)主要的購買能值投入結(jié)構(gòu)已調(diào)整為機械＞人工+畜力＞化肥＞農(nóng)藥或種子＞燃料＞有機肥。其中系統(tǒng)投入的機械能值貢獻較大，其占比迅速增加并超過人工、化肥成為能值投入結(jié)構(gòu)中的最大部分，與此同時人工、畜力等生產(chǎn)要素投入逐年遞減，充分說明以機械化為代表的先進生產(chǎn)力正在快速取代人工、畜力為主的落后生產(chǎn)力，生產(chǎn)方式日益現(xiàn)代化，晚稻系統(tǒng)最為突出，中稻系統(tǒng)發(fā)展相對滯后。

4.2 社會經(jīng)濟系統(tǒng)對農(nóng)戶稻作技術(shù)選擇偏好的影響

長期以來，人類社會投入稻田生態(tài)系統(tǒng)的購買能值中，人工能值投入占比最大，約占購買能值投入的50%以上。由于居民生活水平快速攀升導(dǎo)致人工成本逐年大幅提高，出現(xiàn)了人工能值投入與農(nóng)戶經(jīng)濟投入的年際變化產(chǎn)生背離現(xiàn)象，即單位種植面積的人工能值投入逐年減少，但人工成本支出卻逐年增加。2002—2016年間每公頃早、中、晚稻生態(tài)系統(tǒng)人工經(jīng)濟成本變動區(qū)間分別為269—945$、247—1179$、241—1012$[46]，年均增幅分別為9.39%、11.81%、10.79%，人工成本已成為制約農(nóng)戶增收的主因，因此節(jié)省人工、降低勞動強度已成為農(nóng)戶選擇稻作技術(shù)的主要考量。由于人工投入的不足，過度依賴化肥、農(nóng)藥投入而有機肥利用不足，精耕細作的傳統(tǒng)稻作技術(shù)正被粗放型經(jīng)營方式所取代。

造成人工能值投入變化的原因主要是因為農(nóng)業(yè)勞動力逐漸向城鎮(zhèn)和其他產(chǎn)業(yè)進行轉(zhuǎn)移，勞動力和土地在中國已是稀缺資源，如果替代活動的收益高，稻農(nóng)就會將這些資源轉(zhuǎn)向替代活動，直至達到均衡狀態(tài)。看來，稻作的經(jīng)濟效益并不能吸引農(nóng)戶投入更多。保護和提高稻農(nóng)積極性，改變?nèi)找鎼夯囊院慕攮h(huán)境資源為代價的高投入驅(qū)動型稻作生態(tài)系統(tǒng)，仍需要外部激勵。

表5 2002—2016年湖南稻田生態(tài)系統(tǒng)能值指標

EIR: emergyinputratio; EYR: emergy yield ratio; ELR: Environmentalloadratio; ESI: Sustainabledevelopmentindex

表6 2002—2016年湖南稻田生態(tài)系統(tǒng)的利潤率（%）

4.3 三個季別稻田生態(tài)系統(tǒng)年際間的生態(tài)和經(jīng)濟效益的比較

2002—2016年間，湖南早、中、晚稻生態(tài)系統(tǒng)單位種植面積的主要購買能值投入中：機械作業(yè)能值投入均呈明顯增長趨勢，相應(yīng)地人工能值投入均逐年顯著下降，其中2010—2014年間中稻系統(tǒng)機械投入明顯少于早、晚稻、人工投入則明顯高于早、晚稻；化肥投入粗放仍居高不下，且投入密度為中稻＞早、晚稻；農(nóng)藥施用無序且呈增長趨勢，中稻、晚稻系統(tǒng)投入密度均明顯大于早稻；畜力在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的比重越來越低，早、晚稻系統(tǒng)尤為明顯，中稻系統(tǒng)對畜力的依賴程度仍較高，從2008年起系統(tǒng)投入密度為中稻＞早、晚稻；系統(tǒng)種子能值投入密度為早稻＞晚稻＞中稻；系統(tǒng)有機肥投入量極少且仍趨向不斷減少。

湖南稻田生態(tài)系統(tǒng)單位種植面積的能值產(chǎn)出、生態(tài)和經(jīng)濟平均利潤率均為中稻＞晚稻＞早稻，中稻系統(tǒng)具有先天的競爭優(yōu)勢。但中稻種植區(qū)域多位于丘陵和山區(qū)，田地零散不利于整合及大型農(nóng)機的運用，而使用小型農(nóng)機效率較低，仍較多地依賴人工、畜力，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化、集約化程度較低；同時系統(tǒng)在化肥、農(nóng)藥能值投入方面的粗放程度明顯高于早、晚稻系統(tǒng)。雖然其環(huán)境負載率、可持續(xù)發(fā)展指數(shù)、平均利潤率仍優(yōu)于早、晚稻系統(tǒng)，但中稻系統(tǒng)的能值產(chǎn)出率、生態(tài)和經(jīng)濟利潤率降幅較大導(dǎo)致與晚稻系統(tǒng)基本持平，其競爭優(yōu)勢日益縮小。系統(tǒng)單位種植面積的購買能值投入從2012年起轉(zhuǎn)變?yōu)橹械荆驹绲荆就淼鞠到y(tǒng)，晚稻能值投入產(chǎn)出綜合效益較高；早稻因較高的用種成本和較低的能值產(chǎn)出密度和利潤率，種植面積始終低于晚稻；中稻系統(tǒng)的綜合效益較低。

4.4 湖南農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展狀況

將稻田生態(tài)系統(tǒng)的能值綜合評價指標與2008年湖南農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)（EIR=5.56，EYR=0.96，ELR=1.79，ESI=0.54）[42]和2011年環(huán)洞庭湖區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)（EIR=5.51，EYR=2.54，ELR=1.81，ESI=1.39）相比[52]：能值投入率方面晚稻＞早、中稻，表明晚稻系統(tǒng)生產(chǎn)方式現(xiàn)代化程度較高，早、中稻系統(tǒng)僅達到全省平均水平；能值產(chǎn)出率方面中稻＞晚稻＞早稻，數(shù)據(jù)表明湖南水稻系統(tǒng)產(chǎn)出率明顯高于其他農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，且中、晚稻已達到環(huán)洞庭湖區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)出水平；環(huán)境負載率年均漲幅較大、指標表現(xiàn)為晚稻＞早、中稻系統(tǒng)，表明早、中稻系統(tǒng)投入的非本地資源較少、對環(huán)境的壓力較小，而晚稻系統(tǒng)對環(huán)境的壓力已與湖南其它農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)相當；可持續(xù)發(fā)展指數(shù)年均降幅較大、指標表現(xiàn)為中稻＞早、晚稻，表明水稻系統(tǒng)較湖南其它農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)更加富有活力但發(fā)展?jié)摿θ找嫦陆?，不符合?jīng)濟高效的目標。

4.5 促進稻田生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的思考

筆者借鑒藍盛芳等[36]對Odum H T. 關(guān)于人工能值與其受教育程度相關(guān)研究成果，按照初、高中程度與普通勞動力的人工能值系數(shù)進行了人工能值調(diào)整，應(yīng)該更符合當前稻作技術(shù)不斷更新的現(xiàn)狀。特別是隨著土地流轉(zhuǎn)政策實施后，通過科學(xué)、高效、集約化整合土地資源涌現(xiàn)出大批新型農(nóng)場主、各類專業(yè)合作社以及結(jié)合區(qū)域生態(tài)特點發(fā)展出許多生態(tài)稻作技術(shù)，都需要具有專業(yè)知識技能的農(nóng)場主、新型稻農(nóng)、農(nóng)機手等。可以預(yù)見，稻作分工細化、技能認證、持證上崗將成為經(jīng)營稻田生態(tài)系統(tǒng)的趨勢。為更客觀的反映不同分工的稻作人工能值與文化、教育等軟實力之間的聯(lián)系，應(yīng)加強人工能值調(diào)整系數(shù)的研究，以期更精準的評價各種稻作技術(shù)的真實價值。

藍盛芳等[36]對Odum H T. 關(guān)于科技信息的理論進行了研究，但沒有對于被賦予科研成果、發(fā)明專利等科技信息的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素、稻作技術(shù)進行評價。相應(yīng)的，賦予了科技信息能值產(chǎn)品的產(chǎn)出能值也沒有進行全面評價，即只進行了物質(zhì)“量”的衡量，而忽略了物質(zhì)“質(zhì)”的計算。以種子為例，因其能值轉(zhuǎn)換率未包含科技信息能值，其能值占比極低，但水稻用種經(jīng)濟成本占比達到農(nóng)戶總經(jīng)濟支出5%左右，特別是優(yōu)質(zhì)雜交早稻相比雜交中、晚稻更高，早稻用種成本已成為農(nóng)戶早稻種植的重要現(xiàn)實考量。

5 結(jié)論

湖南稻田生態(tài)系統(tǒng)的能值投入以外部購買能值為主，農(nóng)業(yè)機械化不斷提高，生產(chǎn)方式逐漸轉(zhuǎn)向現(xiàn)代化，相較于湖南其他農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)對環(huán)境的壓力較小但環(huán)境負載率指標增長較快。系統(tǒng)開發(fā)程度逐年大幅增高，但伴隨著工價不斷上漲致使人工能值投入不斷降低，系統(tǒng)為了維持其較高單產(chǎn)水平而不得不采取高工業(yè)能值投入稻作技術(shù)，過度依賴化肥、農(nóng)藥投入而有機肥利用不足。湖南三季稻作系統(tǒng)中，早、晚稻系統(tǒng)發(fā)展水平和生產(chǎn)效率較高，中稻系統(tǒng)發(fā)展相對滯后；早、中稻系統(tǒng)利用環(huán)境資源較多，農(nóng)業(yè)還可以加大發(fā)展空間，晚稻系統(tǒng)對環(huán)境的壓力較大；稻作經(jīng)營方式粗放，中稻系統(tǒng)尤為突出，致使其競爭優(yōu)勢降低；中、晚稻系統(tǒng)的能值產(chǎn)出率和利潤率較高，早稻較高的用種成本進一步拉低了其利潤率；湖南稻作農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的地域不均衡發(fā)展矛盾依然突出。如果沒有外部激勵，雙季稻改種單季稻的趨勢不會改變。無論哪個水稻季別，成本-收益法評價的利潤率均低于能值分析的結(jié)果。傳統(tǒng)的成本-收益分析法以市場價值作為評價標準，低估了稻作的真實價值。那么，以利潤作為行為出發(fā)點，會影響農(nóng)民從事稻作永續(xù)經(jīng)營的積極性。

從整體上來看，湖南稻作生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合三類水稻種植地域特點，利用當?shù)刈匀毁Y源優(yōu)勢，加大對于太陽能和雨水能等可更新環(huán)境資源及有機肥的利用率，減少對化肥、農(nóng)藥的依賴度，引導(dǎo)稻作技術(shù)向生態(tài)型、集約型、規(guī)?；?、機械化的現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)變。

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Ecological Emergy Analysis of Different Paddy Ecosystems in Hunan Province

ZHOU Jiang1, XIANG PingAn1,2

(1Rural Ecosystem Health Laboratory of Hunan Dongting Lake Area, Hunan Agricultural University, Changsha 410128;2)

【Objective】Hunan paddy ecosystem is mainly one- and double-cropping rice patterns ecosystem. By evaluating the effects of the adjustment of cropping patterns on the planting efficiency of rice grain in different seasons, this paper was expected to provide decision basis for the sustainable management of paddy.【Method】In this paper, raw data on the input and output of environmental resources and economic resources in the ecosystem of early rice, middle rice and late rice in Hunan from 2002 to 2016 were obtained through relevant statistical yearbook. emergy analysis theory and method were used to analyze the dynamic development status and comprehensive development level of the different seasons paddy ecosystem. Then the input and output efficiency of paddy were evaluated by emergy analysis index and compared with the traditional economic profit rate index.【Result】From 2002 to 2016, the input emergy of natural resources in Hunan paddy ecosystem was relatively stable, and the input emergy was mostly dependent on purchasing emergy and tended to increase. The emergy input structure was adjusted to be mechinery＞labor+animal＞fertilizer＞pesticide or seed＞fuel＞organic fertilizer. Agricultural mechanization gradually replaced the artificial, animal - based production mode. Purchasing emergy input per 1000 hm2planting area: the density of unrenewable industrial emergy showed a significant growth trend, and the density of machinery operation emergy was the highest contribution rate in the unrenewable industrial emergy inputs. The density of fertilizer emergy inputs was the semilate rice ecosystem＞early and late rice, and it stayed high for years. The density of pesticide emergy inputs was semilate and late rice ecosystem＞early rice, and it tended to increase. Density of renewable organic emergy inputs had been tended to reduce. Although the labor emergy decreased significantly, its contribution rate was still the highest in the renewable organic emergy inputs. The density of rice seeds emergy inputs for early rice ecosystem＞late rice＞semilate rice, and early rice and late rice tend to increase. The density of animal emergy had been converted into semilate rice ecosystem＞early and late rice, and the trend was decreasing. Organic fertilizer inputs tended to reduce unceasingly. The purchase emergy inputs had been converted into the semilate rice＞early＞late rice ecosystem from 2012. The emergy outputs of the unit planting area, ecological and economic average profit margin of rice were the semilate rice ecosystem＞late rice＞early rice. The planting area of early rice was always lower than that of late rice. The variation trend of the emergy index of Hunan paddy ecosystem was: the emergy input ratio (EIR) in the late rice ecosystem＞early and semilate rice; the emergy yield ratio (EYR) in the semilate rice＞late rice＞early rice. The ecosystem puts less pressure on the environment, but the environmental load ratio (ELR) increases rapidly and it was the late rice ecosystem＞early and semilate rice. The sustainable development index (ESI) had dropped significantly to＜2, and converted into the semilate rice ecosystem＞early and late rice after 2008. 【Conclusion】The rice production mode in Hunan paddy ecosystem had been modernized day by day. The ecosystem was dynamic but its potential was declining. The rice production mode belonged to extensive operation, which large inputs of industrial emergy cause short-term ecosystem pressure in environment, ecological and economic profit margins declining. It was not conducive to long-term sustainable development ecosystem. Although the semilate rice ecosystem’s ELR, ESI, average rate of profit is still better than the early and late rice ecosystem, but it’s EYR, ecological and economic profit margins were in the larger decline by using more labor, animal power, chemical fertilizers and pesticides and its mechanical emergy efficiency was low, leading to the competitive advantage to reduce. The seed emergy input of early rice ecosystem was high and the emergy yield density and profit rate were low. The comprehensive benefit of purchasing emergy of late rice ecosystem was higher. The contradictions in regional unbalanced development of modern paddy planting technology were still outstanding. Regardless of the grain in different seasons, the cost-benefit method which based on market value underestimates the real value of the paddy ecosystem. The different incentive policies should be formulated by government according to early, semilate and late rice, so as to safeguard farmers' interests and realize sustainable paddy production.

rice; ecosystem; emergy analysis; efficiency; Hunan province

10.3864/j.issn.0578-1752.2018.23.009

2018-04-21；

2018-08-24

國家科技支撐計劃（2012BAD14B17）、國家社科基金（11BJY028）

周江，Tel：0731-84635397，E-mail：1090903824@qq.com.cn。

向平安，Tel：0731-84635091；E-mail：xiangpa@hunau.edu.cn

（責(zé)任編輯 李云霞）