“茶—畜—草—加”循环农业系统能值分析

钟珍梅，黄锦祥，游小凤，应朝阳，翁伯琦

(1.福建省农业科学院农业生态研究所　350013； 2.福建省丘陵地区循环农业工程技术研究中心； 3.福建省宁化县水土保持站)



“茶
—畜—草—加”循环农业系统能值分析

钟珍梅1，2，黄锦祥3，游小凤1，2，应朝阳1，2，翁伯琦1，2

(1.福建省农业科学院农业生态研究所350013； 2.福建省丘陵地区循环农业工程技术研究中心； 3.福建省宁化县水土保持站)

采用能值分析方法对“茶—畜—草—加”循环农业系统进行能值分析，结果表明：“茶园—加工”系统和茶园生态系统以人力投入为主，分别占总能值投入的75.00%和63.86%，“茶—畜—草—加”循环农业的主要投入为玉米饲料等，占总能值投入的41.91%，人力占总能值投入的21.16%；“茶园—加工”系统在净能值产出率、环境负载率和可持续发展指数等多个能值指标中均最优，分别为13.55、0.31和44.22；“茶—畜—草—加”循环农业系统的能值净收益最高。

循环农业；茶—畜—草—加；能值分析

能值分析方法是20世纪80年代以美国著名系统生态学家H.T.Odum为首创立的系统分析方法[1-2]，该方法将不同等级的能量和物质转换为同一标准的太阳能值，再进行定量分析。能值分析方法是当前进行系统能量研究和可持续发展评估的一种重要方法[3-4]，并被广泛应用于评估生态系统的服务功能[5-9]。本研究应用能值分析方法对茶园生态系统、“茶园—加”生态系统、“茶园—畜—草—加” 循环农业系统(图1)的投入产出进行分析，评估不同管理模式下生态系统的自组织能力、环境承载力和可持续发展指数，以期为茶园循环农业模式的推广提供科学依据。

1　研究区与研究方法

1.1研究区概况

1.1.1自然概况研究区位于宁化县中沙乡半溪村，116°42′38.0 ″E、26°19′21.1″N，海拔336 m，坡度15°，坡向西南，土壤为山地红壤，质地为粘土，属亚热带季风性湿润气候。全年实有日照时数1897.5 h，年降雨量1713 mm，年均温15～18℃，7月均温24.9～27.5℃，1月均温3.7～7.0℃，无霜期214～248 d。

1.1.2生产模式所选系统运行周期为2014年1月14日至2014年12月31日一个完整年度。茶园面积33.3 hm2，采用坡改梯种植，前埂后沟，梯壁种植黄花菜，茶园产值630万元。建设标准化蛋鸡养殖大棚2栋，养殖蛋鸡10万羽，年鸡蛋产值1800万元，年用玉米饲料5000 t，鸡蛋销售获利200万元；鸡粪便经干湿分离后折合干粪1825 t，其中：茶园用1500 t，余下的以700元/t的价格出售。

1.2研究方法

1.2.1资料收集与数据处理方法通过面上调查和定点记录数据相结合的方式收集研究区2014年完整年度生产记录数据(表1)及当地气象部门的气象数据，根据以下公式计算太阳能值：EM=OD×UEV；式中，EM为太阳能值，OD为原始数据，UEV为能值转换率。

1.2.2能值指标分析本研究主要选以下几个指标进行分析：①能值自给率(ESR)：环境资源能值投入与总能值投入的比率，是衡量资源环境对系统的贡献程度的指标，值越大表明环境资源对系统的生产贡献率越大；②能值投资率(EIR)：辅助(购买)能值与环境资源能值的比率，是衡量经济发展程度的指标，值越大表示系统发展程度越高；③净能值产出率(EYR)：为系统产出能值与购买能值的比率，是衡量生产效率的指标，值越大表示生产效率越高；④环境负载率(ELR)：不可更新能值投入与可更新能值投入的比率，是衡量环境负载程度的指标，值越大表示生产过程中对环境的破坏越大；⑤可持续发展指标(ESI)：净能值产出率与环境负载率的比率，值越高表明系统的可持续发展态势越好。

2　结果与分析

2.1能值投入与产出

由表2、表3可知，“茶—畜—草—加” 循环农业系统、“茶园—加工”系统和茶园生态系统的能值流投入主要以可更新有机能为主，其次为不可更新的工业能投入，表明这3个系统的生产率均较高，主要投入以购买能值为主。“茶—畜—草—加” 循环农业系统的可更新有机能投入占总投入的74.45%，而在可更新有机能投入中，饲料玉米、人力和鸡苗3项投入最高，其中饲料玉米分别占总能值投入和可更新有机能投入的41.91%和56.47%，人力分别占总能值投入和可更新有机能投入的21.16%和28.43%，鸡苗分别占总能值投入和可更新有机能投入的10.80%和14.51%。在不可更新工业能中，兽药投入最高，分别占总能值投入和不可更新工业能投入的18.03%和69.97%。对“茶园—加工”系统和茶园生态系统而言，可更新有机能投入占总投入分别为75.01%和64.36%，主要为人力投入，其中“茶园—加工”系统的人力投入占总能值投入和可更新有机能投入的75.00%和100.00%，茶园生态系统人力投入分别占总能值投入和可更新有机能投入的63.86%和99.23%。表明“茶园—加工”系统和茶园生态系统属于劳动密集型行业。

2.2能值指标

3种系统的能值指标如表4所示。由于购买能值投入大，因此导致“茶—畜—草—加” 循环农业系统、“茶园—加工”系统和茶园生态系统能值自给率低，其中“茶—畜—草—加” 循环农业系统的能值自给率最低，其值为0.43%，低于“茶园—加工”系统(1.59%)和茶园生态系统(2.80%)，远低“茶—草—沼—畜禽” 循环农业系统(11.23%)[10]。表明研究区3种系统对自然环境的利用程度均低于“茶—草—沼—畜禽”循环农业系统。研究区3种系统经济发展程度均较高，其中“茶—畜—草—加” 循环农业系统经济发展程度最高，其能值投资率高达232.61，远高于其他2个系统。除茶园生态系统的净能值产出率低于1以外，其他2种系统的净能值产出率均高于1，其中“茶园—加工”系统净能值产出率值最大，为13.55。表明加工环节使茶叶的经济附加值大幅度增加，经济效益最高；而增加蛋鸡养殖环节后，“茶—畜—草—加” 循环农业系统净能值产出率较“茶园—加工”系统降低54.69%。表4中3种系统的环境负载率均低于1，其中“茶园—加工”系统的环境负载率最低，茶园生态系统的环境负载率最高。可持续发展指数(ESI)从高到低顺序为：“茶园—加工”系统(44.22)>“茶—畜—草—加” 循环农业系统(17.68)>茶园生态系统(1.06)，“茶—草—沼—畜禽”系统的ESI高于茶园生态系统，低于其他两种系统。

表3　3种系统太阳能值总投入和产出　(单位：sej)

综合分析指标，得出研究区3种系统的优劣顺序为：“茶园—加工”系统>“茶—畜—草—加” 循环农业系统>茶园生态系统。

表4　研究区3种循环农业系统能值指标及与其他茶园生态系统的比较

注：表中“茶—畜—草—加”各指标值引自文献[10]。

2.3经济效益分析

3种系统经济价值分析如表5所示。茶园生态系统的能值货币价值与现金价值的产投比均低于1，净收益均为负值，而增加茶叶加工环节后两者的产投比和净收益均增加，且为正效益。与“茶园—加工”系统相比，“茶—畜—草—加” 循环农业系统的能值货币价值产投比降低，但净收益增加。表明增加循环链接后系统的生产效率降低，但盈利增加；而从现金价值分析，两种系统的产投比差异不大，“茶—畜—草—加” 循环农业系统的净收益高于“茶园——加工”系统。

表5　3种循环农业系统经济价值分析

3　结论和讨论

蓝盛芳等[10]在计算茶叶的太阳能值时，选择的太阳能值转换率为2.00×105Sej/J茶叶。本研究参照蓝盛芳的太阳能值转换率计算鲜茶叶的太阳能值，通过这种方式计算茶园生态系统的净能值产出率为0.53<1，表明该系统的经济效益不高。但在实际生产中，茶叶是高附加值的产业，且这种高附加值主要体现在加工过后，茶叶增值过程中除了人力物力投入外，更多的是信息投入，由于无法对信息投入进行量化。本研究以能值货币价值转换率计算干茶叶的太阳能值， “茶园—加工”系统的净能值转化率为13.55，远高于1，较茶园生态系统提高24.57倍，这与实际相符。

茶园生态系统增加蛋鸡养殖环节后，系统循环利用的是蛋鸡养殖过程中产生的鸡粪有机肥，但较大幅度增加玉米、鸡苗等投入，其中饲料玉米的投入占总能值投入的41.91%，人力投入比例下降至21.16%，这使茶叶生产这种传统的劳动密集型产业向生产率较高的高能耗产业发展。“茶—畜—草—加”循环农业系统的净能值产出率为6.14，还是远大于1，表明该系统仍处于高盈利状态，但低于茶园—加工”系统。本研究结果表明，“茶园—加工”系统在净能值产出率、环境负载率和可持续发展指数等多个能值指标的评估中均最优，但该系统为传统的劳动密集型系统，对人力依赖较大，属生产率较低的系统。增加循环环节后系统的净能值产出率降低54.69%，但总的经济效益增高59.91%。因此，应根据生产实际、投资需求和周边农业产业结构调整需求，耦合茶业生态系统与畜禽养殖系统的生产资料，优化资源配置，构建具有区域产业特色、能满足生产需求并有资金保障的循环农业模式。

[1]ODUM H T.Self-organization，transformity，and information[J].Science，1988，242:1132-l139.

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

[3]蓝盛芳，钦佩.生态系统的能值分析[J].应用生态学报，2001，12(1):129-131.

[4]JORGE L.HAU.，BHAVIK R.BAKSHI.Promise and problems of emergy analysis[J].Ecological Modeling ，2004，178:215-225.

[5]BASTIANONI S，MARCHETTINI N，PANZIERI M，et al.Sustainability assessment of a farm in the Chianti area (Italy)[J].Journal of Cleaner Production，2001(9):365-373.

[6]CHEN G Q，JIANG M M，CHEN B，et al.Emergy analysis of Chinese agriculture[J].Agriculture，Ecosystems & Environment，2006，115:161-1 73.

[7]HU Q H，ZHANG L X，WANG C B.Emergy-based analysis of two chicken farming systems: a perception of organic production model in China[J].Procedia Environmental Sciences，2012(13)：445-454.

[8]AGOSTINHO F，DINIZ G，SICHE R，et al.The use of emergy assessment and the Geographical Information System in the diagnosis of small family farms in Brazil[J].Ecological Modeling，2008，210：37-57.

[9]FRANZESE P P，RYDBERG T，RUSSO G F，et al.Sustainable biomass production:A comparison between Gross Energy Requirement and Emergy Synthesis methods[J].Ecological indicators，2009(9):959-970.

[10]钟珍梅，翁伯琦，黄勤楼，等.以牧草为纽带的循环农业能值分析[J].福建农业学报，2013，28(9)：925-930.

(责任编辑：刘新永)

Energy analysis of circular agriculture system of “Tea-livestock-forage-processing”

ZHONG Zhen-mei1,2, HUANG Jin-xiang3, YOU Xiao-feng1,2, YING Zhao-yang1,2, WENG Bo-qi1，2

(1.AgriculturalEcologyInstitute,FujianAcademyofAgriculturalSciences,FujianProvince350013;2.FujianEngineeringandTechnologyResearchCenterforCircularAgricultureinHillyAreas;3.NinghuaWaterandSoilConservationStation,FujianProvince)

In this paper, energy analysis of circular agriculture system of “Tea-livestock-forage-processing” was carried out. The results showed that manpower input was the main part in Tea garden-system and tea garden ecological system, accounting for 75.00% and 63.86% of total energy input, respectively. Corn as feed was the main part in circular agriculture system “Tea-livestock-grass-processing”, accounting for 41.91% of total energy input human input for 21.16%. Net energy output rate, environment load rate and index of sustainable development of “Tea garden-processing” system showed the best, reaching 13.55, 0.31 and 44.22, respectively. Highest net benefit of energy was obtained in “Tea-livestock-grass-processing” system.

Circular agriculture; Tea-livestock-grass-processing; energy analysis

2016-03-03

钟珍梅，女， 1975年生，副研究员。

翁伯琦，男，1957年生，博士，研究员(E-mail：wengboqi@163.com)。

福建省科技计划项目——省属公益类科研院所基本科研专项(2014R1017-7)。

10.13651/j.cnki.fjnykj.2016.03.007