寧夏移民區(qū)種植業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能值分析——以紅寺堡移民開(kāi)發(fā)區(qū)為例

韓 瑛,馮文勇,2

(1.忻州師范學(xué)院 地理系,山西 忻州034000;2.忻州師范學(xué)院區(qū)域規(guī)劃中心,山西 忻州034000)

能值分析理論是由美國(guó)著名生態(tài)學(xué)家 H.T.Odum于20世紀(jì)80年代綜合系統(tǒng)、生態(tài)、能量生態(tài)和生態(tài)經(jīng)濟(jì)原理創(chuàng)立的。能值分析方法克服了傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)學(xué)與能量分析法無(wú)法在統(tǒng)一尺度上對(duì)不同質(zhì)的資源進(jìn)行量化計(jì)算的缺陷,以同一種能量類(lèi)別(太陽(yáng)能)來(lái)分析系統(tǒng)中能量流動(dòng)或存儲(chǔ)的不同類(lèi)別,以及在該系統(tǒng)中的貢獻(xiàn),從而分析該系統(tǒng)的運(yùn)行效率[1]。能值分析對(duì)自然資源的科學(xué)評(píng)價(jià)、合理利用、制定經(jīng)濟(jì)發(fā)展方針及實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略均具有重要的意義。

本文采用能值分析法對(duì)全國(guó)最大的生態(tài)移民扶貧開(kāi)發(fā)區(qū)種植業(yè)生態(tài)系統(tǒng)各種生態(tài)流進(jìn)行系統(tǒng)分析,進(jìn)而得出一系列的能值指標(biāo),并與其他地區(qū)的種植業(yè)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析,目的在于從一種新的視角對(duì)該地區(qū)種植業(yè)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行統(tǒng)一分析,定性地揭示研究區(qū)種植業(yè)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題,并提出相應(yīng)的對(duì)策建議,為生態(tài)脆弱帶種植業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供理論參考。

1 研究區(qū)概況

紅寺堡移民開(kāi)發(fā)區(qū)是全國(guó)最大的生態(tài)移民扶貧開(kāi)發(fā)區(qū)。它位于寧夏回族自治區(qū)中部,海拔1 240～1 450 m,區(qū)域面積1 790 km2,已開(kāi)發(fā)土地128 142 hm2,截止2008年底完成生態(tài)移民20萬(wàn)人。該區(qū)氣候?yàn)楦珊祷哪菰瓪夂?干旱少雨,年降雨量為255 mm,年內(nèi)降雨分布極不均衡,大部分集中在7-9月,約占全年總降雨量的60%～70%,并多以暴雨、冰雹等災(zāi)害形式出現(xiàn)。年日照數(shù)為2 900～3 500 h,是全國(guó)第二高值中心(僅次于西藏),≥10℃的總積溫為3 936.9℃。土壤次生鹽漬化、土地沙化、地力貧瘠問(wèn)題突出。農(nóng)作物以玉米、小麥、稻谷為主[2]。

2 種植業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值分析相關(guān)數(shù)據(jù)表的建立

2.1 能值分析表編制

本研究以寧夏紅寺堡移民開(kāi)發(fā)區(qū)抽樣調(diào)查農(nóng)戶(hù)的2007年種植業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中能量投入與產(chǎn)出的原始數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),能量折算系數(shù)、能值轉(zhuǎn)換率和計(jì)算方法參照相關(guān)研究文獻(xiàn)[3-10]。選取可更新的環(huán)境資源、不可更新輔助能、可更新有機(jī)能等,最終得到各指標(biāo)的太陽(yáng)能值,并按投入與產(chǎn)出分類(lèi)編制,最終形成2007年寧夏紅寺堡移民開(kāi)發(fā)區(qū)樣本種植業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投入表(表1)、能值產(chǎn)出表(表2)。

為了便于觀察分析數(shù)據(jù),將表1與表2的各項(xiàng)目合并進(jìn)行匯總編制,得到紅寺堡移民開(kāi)發(fā)區(qū)2007年種植業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投入-產(chǎn)出匯總表(見(jiàn)表3)

2.2 能值指標(biāo)體系的建立

為了分析各項(xiàng)投入產(chǎn)出能值所占比例,評(píng)價(jià)自然環(huán)境與輔助能對(duì)種植業(yè)系統(tǒng)的貢獻(xiàn),將各項(xiàng)投入與產(chǎn)出數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)比較,得出系統(tǒng)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換率、能值投入率、凈能值產(chǎn)出率、環(huán)境負(fù)載率、可持續(xù)性發(fā)展指數(shù)等能值指標(biāo),將這些數(shù)據(jù)與表達(dá)式匯總,編制成2007年紅寺堡移民開(kāi)發(fā)區(qū)能值指標(biāo)體系(表4)

3 種植業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值特征分析

3.1 能指投入分析

由表1可知,紅寺堡移民開(kāi)發(fā)區(qū)2007年樣本種植業(yè)系統(tǒng)能值總流量估算為1.342×1018sej(Solar emjoules,太陽(yáng)能焦耳),其中可更新資源、不可更新環(huán)境資源、不可更新的工業(yè)輔助能、可更新的有機(jī)能值各占總能值投入的3.67%,10.63%,65.18%,20.52%(圖1)

圖1 紅寺堡種植業(yè)系統(tǒng)能值投入結(jié)構(gòu)

表1 2007年紅寺堡移民開(kāi)發(fā)區(qū)樣本種植業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投入

表2 2007年紅寺堡移民開(kāi)發(fā)區(qū)樣本種植業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值產(chǎn)出

表3 2007年紅寺堡移民開(kāi)發(fā)區(qū)樣本種植業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投入-產(chǎn)出

表4 2007年紅寺堡移民開(kāi)發(fā)區(qū)樣本種植業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值指標(biāo)體系

其中不可更新的工業(yè)輔助能投入最大,化肥的投入占工業(yè)輔助能總值投入的80.08%,居于首位。根據(jù)優(yōu)化施肥的相關(guān)知識(shí)可以判斷當(dāng)?shù)鼗世寐实?一定程度上成為種植成本增加的主要原因。化肥的投入不符合經(jīng)濟(jì)高效施肥的目標(biāo)和生產(chǎn)綠色產(chǎn)品的要求,故應(yīng)擴(kuò)大有機(jī)肥源,逐步減少化肥用量。可通過(guò)優(yōu)質(zhì)秸稈資源的利用途徑,氨化發(fā)酵后以秸養(yǎng)蓄,再以蓄肥養(yǎng)田,就可以做到保護(hù)土壤減少種植成本,并培肥地力的目的?？筛碌挠袡C(jī)能值投入比例為20.52%,僅次于工業(yè)輔助能,占重要的地位?？筛碌挠袡C(jī)能值投入中主要的能值投入來(lái)自人力,其能值為2.620×1017sej,人力能值投入是機(jī)械和化石燃料能值投入的2.07倍,說(shuō)明紅寺堡移民開(kāi)發(fā)區(qū)種植業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)以人力為主,機(jī)械為輔,不可更新的環(huán)境資源占總能值投入量的10.63%,居于第三位,主要來(lái)自土壤次生鹽漬化、土地沙化造成的表土層養(yǎng)分損失,這表明作物的生長(zhǎng)受土壤養(yǎng)分損失相對(duì)較小,但也不容忽視,而主要受工業(yè)輔助能投入量的影響。

3.2 能值產(chǎn)出分析

由表2可知紅寺堡移民開(kāi)發(fā)區(qū)2007年樣本種植業(yè)系統(tǒng)總產(chǎn)出能值為1.629×1018sej,種植業(yè)系統(tǒng)產(chǎn)出能值中玉米、小麥所占比重高(分別為45.14%和22.59%),稻谷的比重也達(dá)到了16.02%。種植業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)遵循生態(tài)經(jīng)濟(jì)原則,運(yùn)用能值分析方法將各項(xiàng)農(nóng)作物產(chǎn)出以同一量綱表示后有利于進(jìn)行整體研究,對(duì)其構(gòu)成的分析則有助于剖析種植系統(tǒng)中各生產(chǎn)格局合理與否。在紅寺堡移民開(kāi)發(fā)區(qū)1.629×1018sej的產(chǎn)出能值中,主要農(nóng)作物能值產(chǎn)出依次為玉米＞小麥＞稻谷＞豆類(lèi)＞油料＞其它作物(甘草、黃芪等)＞高粱＞薯類(lèi),該年的播種面積依次為：玉米＞小麥＞稻谷＞高粱＞油料＞豆類(lèi)＞薯類(lèi)＞其它作物(甘草、黃芪等)。由此可見(jiàn),從生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)角度來(lái)看,其他作物(主要是甘草)、豆類(lèi)因播種面積小能產(chǎn)高,在該地區(qū)作物結(jié)構(gòu)調(diào)整中很具有優(yōu)勢(shì),應(yīng)大力發(fā)展這兩種種植業(yè)。

3.3 能值指標(biāo)體系分析

3.3.1 凈能值產(chǎn)出率 該指標(biāo)是判斷系統(tǒng)中社會(huì)經(jīng)濟(jì)資源利用率高低與否的指標(biāo),表明系統(tǒng)生產(chǎn)成本的高低,凈能值產(chǎn)出率越低表明系統(tǒng)生產(chǎn)越依賴(lài)系統(tǒng)自有的自然財(cái)富基礎(chǔ),生產(chǎn)越落后。樣本種植業(yè)系統(tǒng)2007年凈能值產(chǎn)出率僅為1.42,低于重慶2006(3.67)、遼寧2006年(2.89)的值,略高于意大利1989年(1.13)、廣東1997年(1.20)、海南1994(1.27)的值[11-13]。這意味著紅寺堡移民開(kāi)發(fā)區(qū)種植業(yè)系統(tǒng)能值利用率較低,生產(chǎn)成本較高,生產(chǎn)者收益相對(duì)較小。因而在同等條件下,其產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)力弱。3.3.2 能值投入率 能值投入率表示系統(tǒng)對(duì)環(huán)境資源利用程度,用于衡量開(kāi)發(fā)單位本地自然資源需要的反饋能值投入,還可測(cè)知環(huán)境資源條件對(duì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的承受力。其值越大表明系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度越高;其值越小說(shuō)明經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平越低而對(duì)環(huán)境依賴(lài)越強(qiáng)。由表4可知,研究區(qū)2007年能值投入率為5.99,低于意大利 1989年(7.75)、廣東1997(6.05)、三水1997年(8.72)的值。表明研究區(qū)種植業(yè)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)資源環(huán)境的依賴(lài)性大,且研究區(qū)種植業(yè)系統(tǒng)每單位無(wú)償環(huán)境資源利用只相應(yīng)投入了較少的購(gòu)買(mǎi)能值,導(dǎo)致了其對(duì)無(wú)償環(huán)境資源的利用效率偏低。因此,對(duì)于研究區(qū)而言,加大工業(yè)輔助能值(機(jī)械、電力)的投入有利于更好地利用農(nóng)業(yè)資源、提高農(nóng)業(yè)的集約化程度。

3.3.3 環(huán)境承載率 環(huán)境承載率指購(gòu)買(mǎi)的和不可更新的本地能值與無(wú)償?shù)沫h(huán)境能值之間的比值,體現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)大自然環(huán)境壓力的大小。較大的比率值表明在系統(tǒng)中存在高度的能值利用,同時(shí)對(duì)環(huán)境系統(tǒng)保持較大壓力。若系統(tǒng)長(zhǎng)期處于較高的環(huán)境承載率,將產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的功能退化或喪失。如表4所示,研究區(qū)2007年的環(huán)境承載率為26.32遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于2005年山西(6.55)、2005年遼寧(4.33)、寧夏(13.84)及1998年全國(guó)平均水平(2.80)[13],說(shuō)明研究區(qū)種植業(yè)的發(fā)展對(duì)環(huán)境壓力相當(dāng)大,甚至可能會(huì)超過(guò)生態(tài)環(huán)境的承載力。因此,可適當(dāng)減少某些高能值消耗的農(nóng)作物的種植面積,保護(hù)生態(tài)環(huán)境,減少生產(chǎn)成本,提高種植效益。研究區(qū)種植業(yè)系統(tǒng)環(huán)境承載率過(guò)高的特點(diǎn)提醒我們應(yīng)該采取一定措施來(lái)降低種植業(yè)系統(tǒng)的環(huán)境承載率,否則對(duì)無(wú)償環(huán)境資源的過(guò)度利用會(huì)引起生態(tài)與環(huán)境的破壞。

3.3.4 種植業(yè)系統(tǒng)可持續(xù)性發(fā)展指數(shù) 基于能值分析的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)是對(duì)凈能產(chǎn)值產(chǎn)出率與環(huán)境承載率的相對(duì)比較。如果一個(gè)地區(qū)的生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)凈能值產(chǎn)出率高而環(huán)境負(fù)載率又相對(duì)低,則它是可持續(xù)的,反之是不可持續(xù)的,但并不是其值越大系統(tǒng)的可持續(xù)性越高,該值處于1～10范圍則表明系統(tǒng)富有活力和發(fā)展的潛力,是可持續(xù)的,但大于10則是經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)的象征,小于1時(shí)為消費(fèi)型經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)[14]。研究區(qū)這一指標(biāo)值為0.054,表明研究區(qū)種植業(yè)生態(tài)系統(tǒng)屬于不可持續(xù)的消費(fèi)型經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。

4 可持續(xù)發(fā)展對(duì)策

4.1 增加系統(tǒng)投入,以提高系統(tǒng)能值產(chǎn)出

根據(jù)耗散結(jié)構(gòu)理論,任何系統(tǒng)都有自發(fā)熵增過(guò)程,在人為(不正確行為)干預(yù)下,種植業(yè)生態(tài)系統(tǒng)熵增過(guò)程加快。保證該系統(tǒng)有序運(yùn)轉(zhuǎn)、種植業(yè)持續(xù)發(fā)展,應(yīng)從人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中輸入更多負(fù)熵流-輔助能,以補(bǔ)充限制因子,增加種植業(yè)生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的生態(tài)資本,使系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)或各要素間產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),從而提高系統(tǒng)對(duì)自然與經(jīng)濟(jì)資源的轉(zhuǎn)化效率、提高種植業(yè)生態(tài)系統(tǒng)供給能力及對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐能力。

能值產(chǎn)出率是判斷系統(tǒng)中社會(huì)經(jīng)濟(jì)資源利用效益高低與否的指標(biāo),較少的輔助能值投入,在一定程度降低了種植業(yè)生產(chǎn)成本,其產(chǎn)品本應(yīng)憑較低的市場(chǎng)價(jià)格而具競(jìng)爭(zhēng)力,但系統(tǒng)要素相互關(guān)聯(lián)與作用的結(jié)果卻使得該系統(tǒng)周?chē)赓M(fèi)自然資源因?yàn)橛行度胼^少而不能被充分利用,達(dá)不到最佳利用效率,導(dǎo)致產(chǎn)出率偏低,反而影響了經(jīng)濟(jì)效益發(fā)揮,低產(chǎn)出抵消了低投入帶來(lái)的生產(chǎn)成本降低。但目前研究區(qū)經(jīng)濟(jì)落后與種植業(yè)生產(chǎn)比較效益低下的現(xiàn)實(shí)限制了生產(chǎn)投入的增加,為改變這一狀況,應(yīng)采取相應(yīng)措施保證必要的生產(chǎn)投入,提高能值投入,以提高系統(tǒng)凈能值產(chǎn)出水平?？筛碌馁Y源能值是該區(qū)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵,因此應(yīng)充分開(kāi)發(fā)自然環(huán)境資源,提高太陽(yáng)能利用率。

4.2 優(yōu)化輔助能值投入結(jié)構(gòu),以提高種植業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益

輔助能值投入的結(jié)構(gòu)與數(shù)量決定了種植業(yè)產(chǎn)量和生態(tài)子系統(tǒng)對(duì)能值利用和轉(zhuǎn)化率的高低。其多寡表征了該系統(tǒng)自給能力的強(qiáng)弱。研究區(qū)有機(jī)輔助能值的投入有一定潛力可挖,如推廣良種,減少種子用量等,尤為重要的是廣辟有機(jī)肥源,推廣秸稈還田,提高人畜糞尿利用率。另外,在增加生產(chǎn)的同時(shí)為提高投入能值利用率,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中各項(xiàng)能值的投入應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際保持恰當(dāng)比例,如化肥應(yīng)與有機(jī)肥按一定比例配合使用,否則不匹配的能值投入雖然增加生產(chǎn),但利用效率低,種植業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益也不高。同時(shí)還應(yīng)該大力引進(jìn)先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù),推廣地膜覆蓋,提高機(jī)械化水平,實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。

4.3 調(diào)整種植業(yè)結(jié)構(gòu),提高種植業(yè)系統(tǒng)能值

受自然條件限制,研究區(qū)作物種植結(jié)構(gòu)單一,投入不高,且抵抗自然災(zāi)害能力較低,因此調(diào)整栽培品種已成為適應(yīng)本地自然資源、改善農(nóng)民經(jīng)濟(jì)的主要途徑。在種植業(yè)產(chǎn)品中,應(yīng)選擇凈能值產(chǎn)出率高的作物以提高系統(tǒng)凈能值產(chǎn)出水平,中草藥甘草、豆類(lèi)作物是最優(yōu)選擇。故在種植業(yè)內(nèi)部,應(yīng)消減糧食作物小麥、稻谷等的種植,擴(kuò)充經(jīng)濟(jì)作物的栽種,大規(guī)模的發(fā)展經(jīng)濟(jì)效益好,吸納勞動(dòng)力多的甘草、豆類(lèi)、花圃、籽瓜等作物的種植。

4.4 建立優(yōu)化、配套的種植業(yè)技術(shù)科教體系

科學(xué)技術(shù)屬高能值轉(zhuǎn)換率和高能質(zhì)等級(jí),從本質(zhì)上講,種植業(yè)的發(fā)展最終必須依靠現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步。據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家統(tǒng)計(jì),農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的增長(zhǎng)有 60%～80%來(lái)自新科技的應(yīng)用,而研究區(qū)農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步的貢獻(xiàn)率很低,相比差距很大。因此,研究區(qū)種植業(yè)能值的投入重點(diǎn)應(yīng)集中于加大科技成分的投入,提高勞動(dòng)者的素質(zhì),促進(jìn)科學(xué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的推廣和應(yīng)用,合理利用農(nóng)業(yè)自然環(huán)境資源。注重農(nóng)業(yè)的整體性和生態(tài)合理性,促進(jìn)物質(zhì)和能量的良性循環(huán),把傳統(tǒng)種植業(yè)技術(shù)的精華與現(xiàn)代高科技結(jié)合起來(lái),建立優(yōu)化、配套的農(nóng)業(yè)技術(shù)科教體系。

[1] 唐建榮.生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2005：82-83.

[2] 韓瑛,陳忠祥,韓珺,等.寧夏移民區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演進(jìn)的實(shí)證分析[J].山西師范大學(xué)學(xué)報(bào),2007,21(4)：92-97.

[3] 嚴(yán)茂超.西藏生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能值分析與可持續(xù)發(fā)展研究[J].自然資源學(xué)報(bào),1998,13(2)：116-125.

[4] 藍(lán)盛芳,欽佩.生態(tài)系統(tǒng)的能值分析[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2001,12(1)：129-131.

[5] 沈善瑞,陸宏芳,藍(lán)盛芳,等.三水市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)能值投入產(chǎn)出分析[J].生態(tài)環(huán)境,200413(4)：612-615.

[6] 陳阜.農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,2002：260-261.

[7] 張耀輝,藍(lán)盛芳,陳飛鵬.海南省農(nóng)業(yè)能值分析[J].農(nóng)村生態(tài)環(huán)境,1999,15(1)：5-9.

[8] 董效斌,高旺盛.黃土高原丘陵溝壑區(qū)典型縣域的能值分析[J].水土保持學(xué)報(bào),2003,17(1)：89-92.

[9] 趙晟,李自珍.甘肅省生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能值分析[J].西北植物學(xué)報(bào),2004,24(3)：464-470.

[10] 劉繼展,李萍萍.江蘇農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值分析[J].農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)與綜合研究,2005,12(1)：29-36.

[11] 藍(lán)盛芳,欽佩,陸宏芳.生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值分析[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2002：167-169.

[12] 吳兵兵,米麗娜.寧夏生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值分析[J].寧夏大學(xué)學(xué)報(bào),2008,29(4)：358-363.

[13] 王閏平,榮湘民.山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值分析[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2008,19(10)：2262-2263.

[14] Ulgiati S,Odum H T,Bastianoni S.Energyuse,environmental loading and sustainability.An energy analysis of Italy[J].Ecol.M odel,1994,73：215-268.