基于能值理论的集贤县农业生态系统可持续性评价

于 娇，顾凤岐，霍金丹，梁 丽(东北林业大学理学院，黑龙江哈尔滨150040)

20世纪80年代以美国Odum为首发展起来的能值分析(emergy analysis，EMA)理论，克服了传统经济统计方法和能量分析方法中不同类别能量难以在统一尺度上比较的缺陷，将生态学与经济学相结合，日益成为研究区域生态经济系统可持续发展的重要手段［1］。我国关于EMA的发展始于20世纪90年代，国内很多学者把这一理论应用到国家及地区农业经济发展领域。笔者即将各类能源通过统一的太阳能转化率进行能值产出评估，各项能值指标分析，进而对集贤县可持续发展性进行评价，提出相应的建议，为实现可持续发展提供科学依据。

1 研究区域概况

集贤县位于黑龙江省东北部，地处130°39'30″～132°14'50″E，46°29'05″N。集贤县属中温带大陆性季风气候，四季分明，年均气温3.7℃，年均降水量509.8 mm，全年无霜期147 d，年积温2 718℃，年日照约为2 617 h。2012年总人口32万。集贤县是传统的农业县，辖区土地总面积225 810.44 hm2，农业人口18.6万，是全国产粮大县之一，是“中国大豆浸油之乡”。2012年集贤县农作物总播种面积129 252 hm2，与2011年持平;三大粮食作物(水稻、玉米、大豆)产量较2011年略有下降，总产量实现5.915×108kg;畜牧业产值实现172 899万元，占农业总产值的比重达47.3%。近些年随着农业经济的发展，多种项目的开发引进，集贤县农业综合生产能力明显提升，农村面貌得到较大改善。

2 研究方法及数据分析

2.1 能值理论简述 能值分析方法是以自然价值为基础，将系统中各种生态流和经济流转换为能值，对自然环境生产与人类经济活动进行统一评价，定量分析系统结构、功能与生态经济效益的一种方法［2］。能值分析理论将不同来源和不同性质的能量转换为同一性质的能值，在实际应用中通常以太阳能为标准，将不同的能值通过能值转换率统一转换为太阳能值(solar emergy)。能值转换率是能值理论中的一个重要概念，指的是单位质量(g)或能量(J)所含能值之量。实际应用中使用的是太阳能转换率(solar emergy transformity)，即单位能量或物质所含太阳能值之量。太阳能值计算公式［2］:M= τ×B。其中，M为太阳能值(sej);B为物质所含能量(或物质的质量);τ为太阳能值转换率，单位是sej/J或sej/g。

2.2 能值指标分析 能值指标分析主要是根据《集贤县统计年鉴》资料以及其他相关资料提供的数据进行的，能量折算系数主要来自于《农业生态学教程》，能值转换率主要来自于Odum，将各种环境资源、农业生产资料、要素及产品参考《农业经济技术手册》进行折算［3］。能量流以J为单位，物质流以g为单位。各类别的能量统一转换为太阳能值。

2.2.1 能值投入分析。由表1可知，由于地理及自然因素，集贤县太阳能、风能等可更新资源投入量相对较大，而由于该地区植被覆盖较好，水土流失率不大;由于经济发展的缘故，人力、畜力投入量近几年有减少的趋势，但是人力和畜力占可更新有机能投入总量的35%以上，反映了集贤县农业生产具有明显的传统农业的特色，说明该地区农业发展模式属于劳动密集型，机械化程度较低;复合肥、农药、农膜等不可更新工业辅助能投入量增长幅度较大。其中化肥施入量占不可更新工业辅助能总投入量的14.2%，化肥施入过多会带来一系列的环境问题。2004～2012年集贤县农业生态系统总能值投入量稳步增长。在今后的农业发展过程中，集贤县需增加农业辅助能投入，较少劳动力投入，改善农业生产结构，引入高效的科学技术，由劳动密集型改进为科技密集型。

表1 集贤县2004～2012年生态系统能值投入分析

2.2.2 能值产出分析。由表2可知，集贤县2004～2012年能值总产出呈上升趋势。其中2012年种植业产出能值占总能值产出的35.4%，畜牧业产出占47.3%，林业产出占12.6%，水产品占4.7%。发达国家畜牧业产值普遍占农业总产值的一半以上［4］。集贤县是一个农业大县，种植业和畜牧业均较为发达，但林产品和水产品产值增长幅度不大，增长率约为8.32%。所以在发展种植业的同时也应该加强林业以及渔业的发展，充分发挥集贤县得天独厚的自然条件。

2.2.3 能值指标汇总及分析。

2.2.3.1 能值密度(ED)。能值密度是系统中能值总量(EmT)与土地面积(AREA)之比，反映单位面积内农业自然资源量投入大小，用来评价系统的能值集约度和强度。公式为ED=EmT/A，ED越大表明该地区经济越发达。由表3可得，集贤县2004～2012年的能值密度在逐步上升，说明集贤县农业经济的发展程度在逐渐提高。2012年农业生态系统的能值密度为(6.32E+11)sej/m2，略低于黑龙江省的平均能值密度(6.84 E+11)sej/m2，高于全国的平均水平，但与日本、法国等发达国家的能值密度相差较大［5］。集贤县是一个农业大县，土地面积较大，可通过增加产出能值来提高能值密度，也可以通过研发新的农副产品提高产品的附加值来提高能值总量，进而提高能值密度。

2.2.3.2 能值投入率(emergy investment ratio，EIR)。能值投入率反映农业经济发展程度和环境负载程度，用来判定预测经济发展对环境的负荷量，衡量经济活动在一定条件下的竞争能力。公式为EIR=F/(R+N)。可更新资源能值比重反映环境资源的潜力，而不可更新资源能值比重反映自然资源的损耗。2012年集贤县可更新资源能值比重为32.6%，不可更新资源能值比重为21.4%，不可更新资源能值的投入量占环境资源总投入能值的68.3%，而我国2012年可更新资源能值比重为24%，不可更新资源能值比重为25%，集贤县可更新能源比重较低，不可更新资源能值比重较高。不可更新工业辅助能会造成空气、土壤污染等环境问题，会降低系统的可持续发展性能指标。可以增加有机能的投入，以有机能的投入换取不可更新资源与不可更新工业辅助能的投入，通过有机能投入的增加，使农业生态系统保持良性循环，维护生态环境［6］。

表2 集贤县2004～2012年农业生态系统能值产出分析

表3 集贤县2004～2012年农业生态系统能值指标汇总

2.2.3.3 净能值产出率(net emergy yield ratio，EYR)。净能值产出率是系统产出能值与投入的农业辅助能值(不可更新工业辅助能投入量与可更新有机能投入量之和)之比。公式为EYR=Yield/(F+T)，EYR越高，表明系统的生产效率越高，产品的市场竞争力越强。2004～2012年集贤县生态系统的净能值产出率由1.44稳步上升到2.80，但仍低于全国平均水平。说明集贤县农业生态系统的生产效率较低，市场竞争力较弱。整个生态系统的整体功能还有待提高。

2.2.3.4 环境负载率(environmental loading ratio，ELR)。环境负载率为购买的能值和不可更新的能值之和与可更新资源能值的比值。公式为ELR=(N+F)/(R+T)，ELR值越大，表明系统的科技发展水平比较高，但对环境系统带来的影响也比较大。需要说明的是，ELR的大小并不与该系统的环境保护效果的好坏成正比［7］，但环境负载率是对经济系统的一种警示。集贤县近几年的ELR值低于全国平均值［8］，虽然说明集贤县农业发展对环境造成的压力比较小，但也同时说明该地区环境资源没有得到高效的利用。购买能值利用的不佳，会导致该地区经济发展缓慢，导致该地区能值自给率较低(当地环境资源与外地输入能值之比)，与外地区的交流程度较低，没有高投入高产出，发展农业仍有很大的提升空间。

3 可持续发展水平分析

可持续发展指数(emergy sustainable indices，ESI)为净能值产出率和环境负载率的比值，是用来衡量区域内生态经济系统的协调性与可持续性的一个重要指标［9］，公式为ESI=EYR/ELR。能值可持续性发展指数ESI在一定程度上反映研究系统的可持续水平。根据有关研究得出结论:①当ESI＜1，预示着环境负载率较高的消费型生态经济系统，或表明系统对当地不可更新资源的利用较大。②当1≤ESI≤10，表明生态系统富有活力和发展潜力。③当ESI＞10，是经济不发达的象征，表明对资源的开发利用不够［10］。

图1 集贤县2004～2012年能值可持续发展指数变化趋势

由图1可知，集贤县近几年可持续发展指数波动较大，波动范围在0.8～1.4之间，说明该区域内不可更新资源的利用率偏高，系统可持续发展的潜力有限，发展空间不大。2008年集贤县可持续发展指数下降到了1以下，这表明这一年该地区农业经济的发展对环境带来了很大的压力，不可更新资源的利用量较大，造成了环境负载率较高，导致可持续发展指数较低［11］。2008年以后集贤县可持续发展指数在1上下波动，这表明该地区农业发展水平不高，生产方式不利于系统的可持续性发展，因此需加强农业生产的开发力度及其与外界的物质交流和信息交流。为促进农业经济的可持续发展，应该采取一系列的优惠政策，吸引优秀的农业技术，加快发展加工业和附加农产品，应用新技术和新方法合理开发利用人力资源和自然环境资源。

［1］ODUM H T.Self-oraganization，Transformity and Information［J］.Science，1988，242:1132 －1139.

［2］HAU J L，BAKSHI B R.Promise and problems of emergy analysis［J］.Ecological Modelling，2004，178(1/2):215 －225.

［3］ODUM H T.Environmental Accounting:Emergy and Environmental Decision Making［M］.New York:John Wiley＆Sons，1996:20 －50.

［4］房用，王淑军.生态安全评价指标体系的建立:以山东省森林生态系统为例［J］.东北林业大学学报，2007，5(11):77 －82.

［5］范小杉，高吉喜.中国农业生态系统能值利用现状及其演变态势［J］.干旱区资源与环境，2010，24(7):1 －9.

［6］徐国伟，黄淑玲，袁新田，等.宿州市农业生态系统可持续性能值分析［J］.安徽农业科学，2010，30(38):17238 －17240.

［7］白瑜，陆宏芳，何江华，等.基于能值方法的广东省农业系统分析［J］.生态环境，2006，15(1):103 －108.

［8］王建源，薛德强，田晓萍，等.山东省农业生态系统能值分析［J］.生态学杂志，2007，26(5):718 －722.

［9］李双成，傅小峰，郑度.中国经济持续发展水平的能值分析［J］.自然资源学报，2001，16(4):297 －304.

［10］周俊霞，刘淑英，王平.武威市凉州区土地利用动态度的时间分异分析［J］.贵州农业科学，2011，39(2):218 －220.

［11］UIGIATI S，BROWN M T.Monitoring patterns of sustainability in natural and man-made ecosystem［J］.Ecological Modelling，1998，10(4):23 －26.