唐榮莉,唐興隆,張巫軍,2,段秀建,2,李經(jīng)勇,2,姚雄,2**

(1. 重慶市農業(yè)科學院 重慶 401329;2. 中國水稻研究所西南水稻研究中心 重慶 401329)

以重慶為代表的丘陵山區(qū)水稻(Oryza sativa)生產(chǎn)具有作業(yè)環(huán)節(jié)多、用工量大、勞動強度高、收益低等特點,區(qū)域農戶退出水稻生產(chǎn)意愿明顯[1-2]。降低生產(chǎn)成本并提高生產(chǎn)效率是重慶地區(qū)穩(wěn)定水稻產(chǎn)能、確?？诩Z安全、破解水稻產(chǎn)業(yè)瓶頸的重要途徑之一。就水稻種植方式而言,以機插秧和直播為代表的輕簡、高效種植方式替代傳統(tǒng)人工種植是提高水稻生產(chǎn)效益的重要途徑。機插秧和直播方式的耕、種、管、收等生產(chǎn)環(huán)節(jié)操作細節(jié)及農業(yè)生產(chǎn)的要素組合與手插秧存在較大的差異,一定程度提高了耕作效率和經(jīng)濟收益[3]。但同時,機插秧和直播種植方式增加了以石油能源為動力的農業(yè)機械及以石油制品為原料的農業(yè)化學制品用量,其物質、能量的投入普遍更高[4],一定程度上對生態(tài)系統(tǒng)造成了壓力,若僅以市場利潤為指標來評價其優(yōu)劣,其結果難以反映不同水稻種植方式的經(jīng)濟與生態(tài)表現(xiàn),進而影響先進、適用、可持續(xù)的種植方式推廣應用。因此,綜合成本收益和生態(tài)經(jīng)濟指標評估重慶丘陵山區(qū)水稻不同種植方式的可持續(xù)性,對于水稻產(chǎn)業(yè)綠色高質量發(fā)展具有重要意義。

能值分析法以太陽能值轉化率作為轉化單位,克服了難以統(tǒng)一比較不同類別能量的缺陷,將自然、社會、經(jīng)濟亞系統(tǒng)的各種資源、能源、產(chǎn)品或勞務統(tǒng)一度量核算,轉化為其形成所需的太陽能值進行核算[5],現(xiàn)階段已成為研究農業(yè)生態(tài)經(jīng)濟效益的重要方法[6]。該方法被廣泛應用到不同種植系統(tǒng)、不同種植制度及不同經(jīng)營主體的農田生態(tài)系統(tǒng)的成本收益或能值差異分析。Lefroy 等[7]和Cuadra 等[8]應用該方法分別比較了澳大利亞、尼加拉瓜等國家主要經(jīng)濟作物種植系統(tǒng)的能值特征及農業(yè)可持續(xù)性特征;趙桂慎等[9]基于能值生態(tài)足跡法評價了山東省桓臺縣冬小麥(Triticum aestivum)-夏玉米(Zea mays)高投入高產(chǎn)出模式的可持續(xù)性;高永生[10]分析比較了壽縣淠河生態(tài)經(jīng)濟帶的國有農場、種植大戶和傳統(tǒng)農戶3 種經(jīng)營模式生產(chǎn)過程中投入產(chǎn)出情況及能值結構。近年來,該方法被廣泛用于評估水稻經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)特征,鐘穎等[11]、朱冰瑩等[12]分別探討了稻-蛙生態(tài)種養(yǎng)模式、稻麥兩熟農田徑流養(yǎng)分循環(huán)利用模式的運作可持續(xù)性,孫衛(wèi)民等[13]對江西省雙季稻田7 種復種模式系統(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)境負荷等進行了綜合分析。湖南、廣州、湖北等地也基于能值分析的角度相繼開展了不同大田作物系統(tǒng)、雙季稻種植模式、水旱輪作等種植系統(tǒng)的生產(chǎn)力、生態(tài)環(huán)境效益及生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性評估[14-17]。

但現(xiàn)階段,尚缺少涵蓋具體生產(chǎn)細節(jié)的不同種植方式的稻作系統(tǒng)能值投入差異的評估研究,尤其少見針對西南丘陵山區(qū)常見稻作模式的比較研究。鑒于此,本文以全國糧食生產(chǎn)先進縣-重慶市永川區(qū)的單季中稻為研究對象,以該區(qū)水稻主產(chǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)-來蘇鎮(zhèn)的水稻生產(chǎn)示范基地為數(shù)據(jù)采集點,采用成本收益法以及能值分析法比較了人工、機插秧、直播等不同水稻種植方式的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)及成本收益、能值結構和投入,并基于農業(yè)資源環(huán)境指標、能值經(jīng)濟指標及可持續(xù)發(fā)展指標對不同水稻種植方式的生態(tài)可持續(xù)性進行了定量評估,以期為西南丘陵山區(qū)水稻種植方式的合理選擇和區(qū)域水稻生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

重慶市位于中國西南部青藏高原與長江中下游平原的過渡地帶,地處105°11′～110°11′E、28°10′～32°13′N,集大城市、大農村、大山區(qū)、大庫區(qū)于一體,具有復雜多樣的生態(tài)環(huán)境背景[18-19]。重慶市屬亞熱帶季風性濕潤氣候,光溫水同季,立體氣候顯著,氣候資源豐富,年平均氣溫16～18 ℃,大部分地區(qū)降雨量1000～1350 mm,年日照時數(shù)1000～1400 h。重慶市全境以山地、丘陵為主,其中山地面積占全市總面積的76%,丘陵占22%,河谷平壩僅占2%[19]。根據(jù)《重慶統(tǒng)計年鑒-2021》數(shù)據(jù)[20],2020 年重慶市的糧食作物播種面積200.31 萬hm2,其中水稻播種面積65.73 萬hm2,約占32.8%;重慶市的糧食總產(chǎn)1081.4 萬t,其中稻谷總產(chǎn)489.2 萬t,約占45.2%。研究區(qū)域永川位于重慶市西部,現(xiàn)有耕地面積6.74 萬hm2,常年糧食總產(chǎn)50 萬t,水稻播種面積4 萬hm2,稻谷總產(chǎn)35 萬t,是我國800 強產(chǎn)糧大縣之一,5 次榮獲全國糧食生產(chǎn)先進縣。來蘇鎮(zhèn)是重慶市永川區(qū)水稻主產(chǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和生產(chǎn)示范基地,水田面積為3569 hm2,大部分分布在地勢較為平坦區(qū)域,鎮(zhèn)內全域已經(jīng)過土地整理和中低產(chǎn)田土改造,已建成穩(wěn)定高產(chǎn)的基本農田,水稻種植方式涵蓋人工種植、機械插秧種植、水稻直播等多種方式,經(jīng)營者涵蓋散戶、大戶和村集體多種模式,具有渝西水稻生產(chǎn)的典型性和代表性。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究以重慶市永川區(qū)水稻主產(chǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)-來蘇鎮(zhèn)的水稻生產(chǎn)示范基地為數(shù)據(jù)采集點,采用成本收益核算方法和能值分析方法核算了人工插秧、機插秧以及直播3 種單季中稻種植方式的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)及成本收益、能值結構和投入。數(shù)據(jù)來源于文獻調研和實地調查,采集的數(shù)據(jù)主要包括單季中稻耕、種、管、收環(huán)節(jié)的管理特征、物質消耗、能量消耗、用工量和各環(huán)節(jié)經(jīng)濟成本和收益等,其中經(jīng)濟投入和產(chǎn)出數(shù)據(jù)來源基于當?shù)剞r戶2018-2020 年3 年投入產(chǎn)出的記賬數(shù)據(jù)。研究的系統(tǒng)邊界僅為單季中稻的從種到收的生產(chǎn)過程,其中人工種植方式主要包含整地、育秧、人工種植、肥料管理、灌溉、病蟲草害人工防治以及收獲7 個環(huán)節(jié);機插秧種植方式主要包含整地、集中育秧、機械插秧、肥料管理、灌溉、病蟲草害無人機防治以及機械收獲7 個環(huán)節(jié);直播種植方式主要包含整地、機械直播、肥料管理、灌溉、病蟲草無人機防治以及機械收獲6 個環(huán)節(jié)。此外,所有種植方式的稻谷收獲后還要經(jīng)歷運輸和烘干。納入核算的種植系統(tǒng)不考慮再生稻以及中稻收割后油菜(Brassica napus)、蔬菜、經(jīng)濟作物等后續(xù)輪作系統(tǒng)。

1.3 成本收益核算方法

參照國家現(xiàn)行的農產(chǎn)品成本收益核算體系的統(tǒng)計項目、水稻成本收益相關文獻[21-23],對單季中稻生產(chǎn)及投入的各個環(huán)節(jié)的成本收益進行核算。

1.3.1 成本及收益構成

單季中稻生產(chǎn)投入總成本包括物質與服務費、人工成本和土地成本。其中物質與服務費包括種子、肥料、農藥、農膜、秧盤、排灌、機械、管理以及其他方面的費用;人工成本包括勞動雇傭費、家庭用功折價費用等;土地成本考慮土地流轉租金和自營地折租。單位面積農產(chǎn)品收益包括主產(chǎn)品稻谷產(chǎn)值、種稻補貼以及土地直補3 部分。

1.3.2 收益核算

采用單位面積凈利潤和單位面積成本利潤率2個指標來衡量單季中稻生產(chǎn)的收益情況[22,24]。

凈利潤越高表明生產(chǎn)效益越好;成本利潤率越高,表明為取得利潤而付出的代價越小。

1.4 能值分析方法

能值是在形成某種產(chǎn)品或服務的過程中直接和間接消耗的能量之和,原始數(shù)據(jù)以物質量(g)、能量(J)或貨幣量(￥)給出,各物質和能量統(tǒng)一轉換為太陽能值(sej)[25],根據(jù)實地調查資料和文獻數(shù)據(jù)按照不同資源類別將各種環(huán)境資源、農業(yè)生產(chǎn)資料、要素及產(chǎn)品折算成太陽能值進行系統(tǒng)能值投入產(chǎn)出的歸類。通過構建農業(yè)資源環(huán)境指標、經(jīng)濟指標及可持續(xù)發(fā)展指標3 類指標比較不同種植方式的稻作系統(tǒng)對資源的利用情況。能值具體構成要素、投入產(chǎn)出項目、系統(tǒng)可持續(xù)性評價指標的代號及表達式見表2-表4。

1.4.1 系統(tǒng)投入及產(chǎn)出

本研究核算的所投入能值包括可更新環(huán)境資源(太陽能、風能、雨水化學能、雨水勢能)、不可更新環(huán)境資源(土地有機質損失)、不可更新工業(yè)輔助能(農藥、氮肥、復合肥、塑料薄膜、秧盤、燃油動力)、可更新的有機能(人力、種子和灌溉水),產(chǎn)品能值包括稻谷和秸稈。能量計算公式及主要能值折算系數(shù)參考藍盛芳等[25]、陸宏芳等[26]、張永杰[27]、周江等[4]參數(shù)的取值,重慶地區(qū)太陽輻射量、表土層侵蝕量等參數(shù)取自相關統(tǒng)計資料和文獻[28-29],具體核算公式及折算系數(shù)如下:

1.4.1.1 可更新環(huán)境資源能值(R)

太陽能能值(sej)=生長期單位面積太陽總輻射量

1.4.1.2 不可更新環(huán)境資源能值(N)

1.4.1.3 不可更新工業(yè)輔助能能值(F)

1.4.1.4 可更新有機能能值(T)

1.4.1.5 產(chǎn)品能值(Y)

1.4.2 系統(tǒng)可持續(xù)性指標

參考農田生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性評價相關研究[9,11,16,27],使用上述能值計算方式獲取的可更新自然資源能值(R)、不可更新自然資源能值(N)、不可更新工業(yè)輔助能(F)、可更新有機能(T)、產(chǎn)品能值(Y)構建農業(yè)資源環(huán)境指標、能值經(jīng)濟指標、可持續(xù)發(fā)展指標3 類指標13 個指數(shù)對不同單季中稻種植方式的能值可持續(xù)性指標進行評價。其中農業(yè)資源環(huán)境指標包括能值自給率、工業(yè)輔助能比值、可更新有機能比值、環(huán)境負載率、可更新環(huán)境資源能值比、不可更新環(huán)境資源能值比6 個指標;能值經(jīng)濟指標包括購買能值比率、能值投入率、凈能值產(chǎn)出率、能值投入密度、能值產(chǎn)出密度、能值產(chǎn)投比6個指標;可持續(xù)發(fā)展指標為系統(tǒng)能值可持續(xù)性指數(shù)。各類指標的計算表達式及釋義詳見表4。

2 結果與分析

2.1 單季中稻不同種植方式的成本收益

2.1.1 主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)及投入

3 種種植方式的單季中稻主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)存在差異,其單位面積(hm2)投入人工量及貨幣成本構成見圖1。人工種植方式中整地、灌溉、收獲3 個環(huán)節(jié)涉及機械使用,全過程每公頃綜合用工量約為81.16工;機插秧種植方式中整地、灌溉、機插、病蟲草害防治、收獲5 個環(huán)節(jié)涉及機械使用,全過程每公頃綜合用工量約為34.81 工;單季中稻直播種植方式在整地、播種、灌溉、病蟲草害防治、收獲5 個環(huán)節(jié)涉及機械使用,全過程每公頃綜合用工量約為41.27 工。此外,所有種植方式的稻谷收獲后還要經(jīng)歷運輸和烘干環(huán)節(jié)的投入和耗能。

圖1 單季中稻不同種植方式的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)及投入成本Fig.1 Main production links and input costs of single mid-season rice system under different planting modes

2.1.2 種植成本及收益

參照國家現(xiàn)行的農產(chǎn)品成本收益核算體系,綜合3 種種植方式主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)的貨幣成本、2018-2020 年糧食單產(chǎn)和生產(chǎn)補貼、2019 年政府收購價(2.52 ￥·kg-1)核算了單位面積不同單季中稻種植方式的成本及收益構成,結果見表1。人工種植、機插秧、直播種植方式水稻產(chǎn)量分別為8250 kg·hm-2、8700 kg·hm-2和9000 kg·hm-2;人工、機插秧、直播種植方式對應的每公頃投入成本分別為25 153.50 元、21 112.50 元和22 507.50 元,收入分別為24 240.00 元、24 474.00 元和25 230.00 元。從種植一季中稻的收益來看,機插秧的成本利潤率最高,直播次之,人工種植存在虧損。就成本構成而言,各種植方式的物質與服務費用最高,為9538.50～10 920.00 元·hm-2,占總成本的37.92%～48.52%;其次為土地成本,占總成本的35.78%～42.63%;人工投入變幅最大,為1920.00～6615.00 元·hm-2,占總成本的9.09%～26.30%,是影響單季中稻生產(chǎn)是否盈利的重要因素。

表1 單季中稻不同種植方式的成本及收益核算Table 1 Costs and benefits of single mid-season rice system under different planting modes

2.2 單季中稻不同種植方式的能值投入產(chǎn)出

2.2.1 單季中稻系統(tǒng)能值結構

根據(jù)Odum[5]創(chuàng)立的能量系統(tǒng)符號語言繪制出單季中稻種植系統(tǒng)能量系統(tǒng)圖(圖2),環(huán)境資源總投入包括可更新環(huán)境資源和不可更新環(huán)境資源,可更新環(huán)境資源包括太陽能、風能、雨水勢能、雨水化學能。不可更新環(huán)境資源主要包括土地有機質損失。輔助能投入由工業(yè)輔助能和可更新有機輔助能構成,工業(yè)輔助能包括投入品和燃油動力消耗兩種類型。其中投入品包括農藥、化肥(氮肥、復合肥)、塑料薄膜以及育秧盤消耗所投入的能值。燃油動力消耗包含整地、插秧、灌溉、收割以及烘干等環(huán)節(jié)的燃油動力?？筛掠袡C能由人力、種子、灌溉水構成。能值產(chǎn)出由水稻籽粒、水稻秸稈兩部分構成。與同類研究相似,受數(shù)據(jù)可獲得性和對應能值轉換系數(shù)缺失的影響,工業(yè)輔助能中的農用機械折舊、使用的少量電力等因素未納入核算。土壤儲存庫中土壤水消耗、營養(yǎng)物質消耗等因素也未納入核算系統(tǒng)。

圖2 單季中稻系統(tǒng)不同種植方式的能值流動示意圖Fig.2 Emergy flow diagram of single mid-season rice system under different planting modes

2.2.2 能值投入分析

根據(jù)能值構成要素對比人工、機插秧、直播3種中稻種植方式具體能量和物質投入情況如表2 所示,其對應的能值投入和產(chǎn)出結果如圖3 和表3 所示。其中環(huán)境資源總投入均為641.46E+14 sej·hm-2;總輔助能投入情況為機插秧(30.96E+14 sej·hm-2)＞人工種植(28.95E+14 sej·hm-2)＞直 播(28.32E+14 sej·hm-2)。總能值投入情況為機插秧(672.42E+14 sej·hm-2)＞人工種植(670.41E+14 sej·hm-2)＞直播(669.78E+14 sej·hm-2),即直播模式投入的能值最低。

表2 單季中稻生態(tài)系統(tǒng)不同種植方式每公頃能量物質投入產(chǎn)出情況Table 2 Composition elements of input/output of energy or materials per hectare of single mid-season rice system under different planting modes

具體而言,3 種中稻種植方式下可更新自然資源、不可更新環(huán)境資源均相同,輔助能投入存在較大差異。工業(yè)輔助能投入方面,機插秧(28.47E+14 sej·hm-2)＞人工 (24.66E+14 sej·hm-2) ＞直播(24.59E+14 sej·hm-2)?？筛掠袡C輔助能投入方面,人工 (4.29 E+14 sej·hm-2)＞直播(3.74E+14 sej·hm-2)＞機插秧(2.49 E+14 sej·hm-2)。工業(yè)輔助能包含投入品和燃油動力消耗兩大類。投入品中肥料投入能耗最高(圖3),為12.60E+14～13.97E+14 sej·hm-2,其次是機插秧方式中秧盤能耗,為2.48E+14 sej·hm-2;燃油能源投入中消耗最高的環(huán)節(jié)為烘干,該環(huán)節(jié)的能值投入為整地、灌溉、插秧、收獲總投入能值的2.06～3.03 倍?？筛掠袡C輔助能投入方面,人工種植方式的人力投入為其他兩種方式的1.96～2.39 倍,但其種子和灌溉水投入能值最低。直播方式下,灌溉水投入能值最高。機插秧方式由于其人工及灌溉水投入最低,僅種子投入能值略高于人工種植方式,其可更新有機輔助能投入最低。

圖3 單季中稻生態(tài)系統(tǒng)不同種植方式能值投入產(chǎn)出構成要素Fig.3 Composition elements of emergy of single mid-season rice system under different planting modes

2.2.3 能值產(chǎn)出分析

從表3 可知,人工、機插秧、直播3 種種植方式下,水稻籽粒能值產(chǎn)出分別為4.80E+15 sej·hm-2、5.06E+15 sej·hm-2和5.24E+15 sej·hm-2;秸稈能值產(chǎn)出分別為3.06E+15 sej·hm-2、3.23E+15 sej·hm-2和3.35E+15 sej·hm-2。不同種植方式的單季中稻系統(tǒng)單位面積總能值產(chǎn)出為直播(8.58E+15 sej·hm-2)＞機插秧(8.28E+15 sej·hm-2)＞人工種植(7.86E+15 sej·hm-2)。能值產(chǎn)出表明稻作技術的改進對總能值產(chǎn)出有一定的貢獻,其中直播比機插秧帶來的總能值產(chǎn)出提高更大。

表3 單季中稻系統(tǒng)不同種植方式的能值投入產(chǎn)出Table 3 Emergy input/output items of single mid-season rice system under different planting modes sej·hm-2

2.3 單季中稻不同種植方式的能值評價

基于農業(yè)資源環(huán)境指標、經(jīng)濟指標、可持續(xù)發(fā)展指標3 類指標對不同單季中稻種植方式的能值進行評價。各指標的計算表達式詳見表4。

2.3.1 種植方式的資源環(huán)境壓力

農業(yè)資源環(huán)境指標可用以比較不同稻作系統(tǒng)對資源的利用情況和環(huán)境壓力。能值自給率、工業(yè)輔助能比值和有機輔助能比值這3 個指標分別為環(huán)境資源能值、工業(yè)輔助能和有機輔助能除以系統(tǒng)投入能值總量,反映了系統(tǒng)對自然環(huán)境和工業(yè)投入的依賴程度;環(huán)境負載率等于不可更新資源能值與可更新資源能值的比率,用來衡量系統(tǒng)承受的環(huán)境壓力,數(shù)值越大,表明生產(chǎn)中對環(huán)境的破壞越大?？筛颅h(huán)境資源能值比、不可更新環(huán)境資源能值比分別為可更新和不可更新環(huán)境資源占系統(tǒng)投入能值總量的比例,可反映系統(tǒng)環(huán)境壓力情況。

表4 結果表明,不同種植方式下單季中稻系統(tǒng)的環(huán)境資源貢獻,特別是可更新環(huán)境資源率占比高,均超過95%,工業(yè)輔助能和有機輔助能比值占比不超過5%,即3 類種植方式的單季中稻系統(tǒng)維持的能值主要來源于自然資源。能值自給率、可更新環(huán)境資源能值比均有直播＞人工種植＞機插秧。機插秧方式對工業(yè)投入的依賴程度最高,其工業(yè)輔助能比值約為其余兩種種植方式的1.15 倍?？傮w而言,3 類種植方式下的單季中稻對農業(yè)生態(tài)環(huán)境所產(chǎn)生的壓力相對較小,就不同種植方式對系統(tǒng)環(huán)境壓力而言,機插秧＞人工種植≈直播。

2.3.2 種植方式的能值投入產(chǎn)出

能值經(jīng)濟指標共包括購買能值比率、能值投入率、凈能值產(chǎn)出率、能值投入密度、能值產(chǎn)出密度、能值產(chǎn)投比6 個指標(表4)。其中能值投入率等于生態(tài)系統(tǒng)投入的輔助能能值與環(huán)境資源能值比值,購買能值比率為總輔助能投入占總投入能值的比重,能值投入密度是單位面積土地的能值投入量,這3個指標可一定程度衡量種植模式經(jīng)濟投入的水平和環(huán)境負載程度,其值越大,表明系統(tǒng)經(jīng)濟投入水平越高。由表4 可知,3 個指標均以機插秧最高,人工種植次之,直播方式最低。即較人工種植和直播種植方式,機插秧投入了相對較多的購買能值,其差異主要體現(xiàn)在育秧、插秧等環(huán)節(jié)的農膜及秧盤等塑料制品投入上;人工種植的能值經(jīng)濟指標略高于直播,主要體現(xiàn)在其花費了更多的人力。

表4 單季中稻系統(tǒng)不同種植方式的能值評價Table 4 Emergy evaluation of single mid-season rice system under different planting modes

凈能值產(chǎn)出率等于系統(tǒng)產(chǎn)出總能值除以系統(tǒng)輔助能能值。在經(jīng)濟投入一定的情況下,其值越高,說明系統(tǒng)產(chǎn)出的能值越高,即系統(tǒng)的資源利用效率越高。能值產(chǎn)出密度是單位面積土地的能值產(chǎn)出量。比值越大,則系統(tǒng)生產(chǎn)力水平越高;比值越小,則系統(tǒng)生產(chǎn)力水平越低。凈能值產(chǎn)出率為直播＞人工種植＞機插秧,能值產(chǎn)出密度有直播＞機插秧＞人工種植。這兩個指標表明直播種植方式的生產(chǎn)效率和輔助能值投資回報率越高、區(qū)域競爭力越強、系統(tǒng)生產(chǎn)力水平越高。這是由于直播種植方式一方面提高了稻谷產(chǎn)量,系統(tǒng)經(jīng)濟效益更好,另一方面具有最低的輔助能投入。

能值產(chǎn)投比可一定程度反映農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的管理及經(jīng)濟可持續(xù)水平。直播種植方式能值產(chǎn)投比最高(12.78%),其次為機插秧(12.31%),人工種植方式由于人力投入太高,其能值產(chǎn)投比最低(11.71%)。因此,就能值經(jīng)濟指標而言,直播種植方式具有更強的區(qū)域競爭力。

2.3.3 種植方式的系統(tǒng)能值可持續(xù)性

能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)是農田系統(tǒng)的凈能值產(chǎn)出率與環(huán)境負載率的比值,實質上是可更新資源與不可更新資源之比,用以評價系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展性能,其數(shù)值越大,表明系統(tǒng)的可持續(xù)性發(fā)展態(tài)勢越好。由表4 可知,該指標結果為直播(76.41)＞人工種植(68.33)＞機插秧(58.43),表明直播種植方式的社會經(jīng)濟效益最高,該種植方式的可持續(xù)發(fā)展性能最好。

3 討論

3.1 基于成本收益核算的種植方式可持續(xù)性

水稻生產(chǎn)成本過高導致種植效益不高且呈逐年下降趨勢[1],對重慶丘陵山區(qū)水稻種植面積的穩(wěn)定產(chǎn)生了很大影響。收益最大化是生產(chǎn)行為的根本動機,從支出項核算各類種植方式的經(jīng)濟成本短板,可為設定區(qū)域政策支撐提供決策支撐依據(jù)?；诔杀臼找鎸Ρ? 類單季中稻種植方式分析可見,水稻種植存在環(huán)節(jié)多、土地成本高、生產(chǎn)中物質與服務費用成本較高,而糧食收購價格較低的問題,研究區(qū)內無論哪一類單季中稻種植方式,種糧收益均偏低或處于虧損,收本收益可持續(xù)性均較弱,這與廣州[24]、湖南、湖北、安徽、江西[30]等南方省市的種糧收益情況一致。人工種植方式的插秧環(huán)節(jié)用工量大,成本為其他兩種方式的2.56～3.45 倍,是其維持收益的主要的限制因素。改人工種植為機插秧,可大量節(jié)省用工量。機插秧種植方式具有省工節(jié)本的優(yōu)勢,若從種糧利潤率以及勞動力投入角度考慮,優(yōu)先推薦機插秧種植方式。水稻直播種植方式雖然種糧利潤率以及勞動力投入略高于機插秧種植方式,但其具有單產(chǎn)最高的特點,且省去使用秧田肥,肥料施用總量較低,可達到節(jié)省投入品的效果,在農用地緊張、區(qū)域水資源充裕,需兼顧水稻產(chǎn)量和產(chǎn)值的情況下,優(yōu)先推薦水稻直播種植方式。

3.2 基于能值成本的種植方式可持續(xù)性

采用能值分析等方法對稻田生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性進行核算,有助于調整生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展的關系,對自然資源的科學評估與合理利用具有重要的實踐價值。通過3 類種植方式的能值投入、產(chǎn)出及可持續(xù)性評價結果可以看出,就本調查研究區(qū)域而言,無論是哪一種單季中稻種植方式,稻田生態(tài)系統(tǒng)可更新資源利用率均較高(表4),對工業(yè)輔助能依賴整體較低,凈能值產(chǎn)出率較高,環(huán)境壓力較小,生態(tài)可持續(xù)發(fā)展情況較理想。

就3 種種植模式的環(huán)境壓力指標、能值經(jīng)濟指標、系統(tǒng)能值可持續(xù)性項指標結果而言,直播模式由于其能值自給率、可更新環(huán)境資源能值比、凈能值產(chǎn)出率均最高,能值投入率、購買能值比率、能值投入密度3 個指標均最低,系統(tǒng)能值可持續(xù)指數(shù)最高,故在環(huán)境可持續(xù)性、能值經(jīng)濟可持續(xù)性和系統(tǒng)能值可持續(xù)性3 個方面均具有更強的區(qū)域競爭力。即綜合來看,考慮區(qū)域農業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性,直播種植方式因其對自然資源的充分利用和較低輔助能投入具有最大的推廣前景。

無論哪一種種植模式,環(huán)境資源能值投入成本相對固定,降低輔助能投入是進一步提高種植系統(tǒng)生態(tài)可持續(xù)性的主要方向。就輔助能投入情況來看(表3),人工種植、機插秧種植和直播種植模式下工業(yè)輔助能投入分別為24.66 E+14 sej·hm-2、28.47 E+14 sej·hm-2和24.59 E+14 sej·hm-2,分別是人工輔助能投入的5.76 倍、11.42 倍和6.58 倍。肥料投入和烘干環(huán)節(jié)的燃油投入能耗是工業(yè)輔助能值投入主要構成部分,這兩部分能值投入可占其49.00%～56.54%和27.32%～32.74%,這與同類研究得出的化肥和機械投入為輔助能的主要構成結果一致[14,17];進一步探索肥料的高效利用方式和降低水稻烘干的能耗應是提高種植方式可持續(xù)的重要方向。

3.3 結果不確定性分析

就調查所用數(shù)據(jù)而言,鑒于丘陵山區(qū)地形地貌、田塊及農戶生計方式構成具有復雜性,農業(yè)生產(chǎn)過程的機械類型、機械化程度及投入品的使用量存在差異,灌溉方式、經(jīng)營規(guī)模、人工投入等也存在差異[30],調查區(qū)域的數(shù)據(jù)在外推時,具有一定的不確定性。就核算方法而言,與其他同類研究類似,來自土壤的營養(yǎng)及水分、少量電力及機械損耗能值未納入核算,評價結果未能反映稻作生態(tài)系統(tǒng)投入產(chǎn)出的全貌,一定程度低估了自然資本投入及輔助能投入的比重;此外,不同文獻中能值折算率存在較大差異[6],從而可能影響各環(huán)節(jié)能值所占比重。即受數(shù)據(jù)來源、區(qū)域成本差異、能值核算方法、區(qū)域差異等影響,本研究結果及結論存在一定的不確定性。盡管這些不足會影響結果的精確度,但不影響結論的方向性。

受農戶對生產(chǎn)技術、種植方式的選擇或采納,及自身特征、技術特性、政府支持等多種因素的影響[31],未來較長時間內,將長期存在多種種植方式并存的情況。除了比較3 種模式的投入收益差異,以及能值投入產(chǎn)出差異外,本文重點分析了不同種植模式下的高投入環(huán)節(jié),以便進一步挖掘降低水稻種植環(huán)節(jié)經(jīng)濟成本及能值投入的方法。并進一步解決農機數(shù)量、農機服務、地塊零碎、水源不足等制約節(jié)本增效方式推廣的因素,從而引導區(qū)域水稻生產(chǎn)良性發(fā)展。

4 結論

種植方式的改進是降低丘陵山區(qū)單季中稻生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率和增加種糧收入的重要措施。從成本收益和生態(tài)經(jīng)濟角度評估丘陵山區(qū)單季中稻不同種植方式的可持續(xù)性,對于以重慶為代表的丘陵山區(qū)單季中稻產(chǎn)業(yè)綠色高質量發(fā)展具有重要意義。在以重慶為代表的丘陵山區(qū),水稻直播種植方式的產(chǎn)量最高,機插秧次之,人工種植最低。從種植成本收益來看,3 類種植方式的種糧收益均偏低或處于虧損,經(jīng)濟可持續(xù)性均較弱。農業(yè)資源環(huán)境指標結果表明3 種單季中稻種植方式對農業(yè)生態(tài)環(huán)境所產(chǎn)生的壓力均相對較小;能值經(jīng)濟指標結果表明直播種植方式通過提高稻谷產(chǎn)量和較低輔助能投入,其能值產(chǎn)投比優(yōu)于機插秧和人工種植方式;能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)表明3 種單季中稻種植方式的稻作系統(tǒng)均以環(huán)境資源投入為主,屬于自然資源驅動型生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)。綜合而言,研究區(qū)直播種植方式的社會經(jīng)濟及生態(tài)優(yōu)勢最高,可因地制宜加強區(qū)域推廣,同時應充分挖掘降低水稻種植環(huán)節(jié)經(jīng)濟成本及能值投入的方法,引導區(qū)域水稻生產(chǎn)良性發(fā)展。