河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值分析

周淑梅+王倩

摘要 本文以河北省為研究區(qū)域，應(yīng)用能值理論分析河北省2012年農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)投入、產(chǎn)出，并計算能值綜合指標(biāo)，評價農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r。結(jié)果表明，研究期間河北省總能值投入為5.70×1022 sej，其中以不可更新環(huán)境資源占比最大（52%），其次為不可更新工業(yè)輔助能（34%）；總能值產(chǎn)出為5.60×1022 sej；能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)為0.38，系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r較差。

關(guān)鍵詞 能值分析；農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)；可持續(xù)發(fā)展；河北省

中圖分類號 F323.2 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）10-0267-02

Abstract In this paper，taking Hebei Province as the study area，emergy theory was applied to analyze input and output of the agricultural eco-economic system，and emergy analysis comprehensive indexes were calculated to evaluate sustainable development situation of the system in the year 2012. The results showed that the total emergy input was 5.70×1022 sej，of which the unrenewable environmental resources accounted for the greatest proportion（52%），and unrenewable industrial emergy for the second（34%）.The total emergy output of the system was 5.60×1022 sej.The emergy sustainable development index was calculated as 0.38，showing that the sustainability of the agricultural eco-eonomic system in Hebei province was poor.

Key words emergy analysis；agricultural eco-economic system；sustainable development；Hebei Province

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中自然環(huán)境系統(tǒng)與社會經(jīng)濟系統(tǒng)聯(lián)系緊密，形成一個有機整體即農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)。研究農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)投入產(chǎn)出結(jié)構(gòu)，量化和評價農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)發(fā)展的可持續(xù)性成為科學(xué)研究熱點之一[1]，為洞悉農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)發(fā)展態(tài)勢、實現(xiàn)高效高質(zhì)的可持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供參考[2]。

20世紀(jì)80年代末，著名生態(tài)學(xué)家Odum首次提出了能值（Emergy）理論。能值理論通過將社會經(jīng)濟、自然各個亞系統(tǒng)中的信息、貨幣、能物用能值統(tǒng)一起來，定量分析自然和人類社會經(jīng)濟的真實價值，為生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域開辟了一種全新的定量分析方法。能值理論自建立以來，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)藍盛芳等[3-4]首次對能值理論進行了系統(tǒng)闡述，并結(jié)合實例詳細說明農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值分析的具體步驟及指標(biāo)體系的構(gòu)建，為后續(xù)我國學(xué)者進行能值理論應(yīng)用性研究提供了非常有價值的參考。河北省地處京畿重地，作為農(nóng)業(yè)大省，其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不僅提供農(nóng)產(chǎn)品等服務(wù)，同時也為京津地區(qū)提供重要的生態(tài)安全保障。本文擬通過分析河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)投入產(chǎn)出，計算能值綜合指標(biāo)，評價河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展態(tài)勢，為河北省農(nóng)業(yè)資源可持續(xù)利用、調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

河北?。?13°27′～119°50′E，36°05′～42°40′N）地處中緯度地區(qū)大陸東岸，地勢西北高、東南低，轄區(qū)面積18.9萬km2。位于溫帶—暖溫帶、半濕潤—半干旱大陸性季風(fēng)型氣候區(qū)，年均氣溫南北差異較大，北部高原地區(qū)年均氣溫低于4 ℃，南部平原地區(qū)年均氣溫14 ℃。土壤類型復(fù)雜多樣，主要有栗鈣土、棕壤、褐土、潮土、內(nèi)陸及濱海鹽土等。年降雨量350～770 mm，時空分布極不均勻，且多集中在夏季[5]。20世紀(jì)70年代以來，伴隨農(nóng)業(yè)灌溉及工業(yè)的發(fā)展，引發(fā)了地下水位下降等一系列環(huán)境問題，嚴重影響了河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展。近年來，河北省農(nóng)業(yè)發(fā)展雖有較大進步，但仍面臨農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施薄弱和生產(chǎn)資源短缺的雙重壓力[6]。

1.2 能值理論

能值的本質(zhì)是能量，無論是什么能量，都來源于太陽能。能值定義為自然資源、經(jīng)濟產(chǎn)品或勞務(wù)形成所需的直接和間接投入的另一種有效能總量。一般以“太陽能值”為基準(zhǔn)，單位能量（物質(zhì)）所含太陽能的量即為該能量（物質(zhì)）的能值轉(zhuǎn)換率[7]，單位為太陽能焦耳（Solar emioules，簡寫sej）。應(yīng)用式（1）可以計算某一種能量或物質(zhì)的能值。

能值（sej）=能值轉(zhuǎn)換率（sej/unit）×能量（物質(zhì)質(zhì)量）（1）

本文農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)投入產(chǎn)出各物質(zhì)、能源采用的能值轉(zhuǎn)換率具體參照文獻[4]、[7]和[8]。

1.3 分析框架

首先收集河北省2012年農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)，應(yīng)用相應(yīng)能值轉(zhuǎn)換率計算河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)投入產(chǎn)出能值流及各項能值指標(biāo)。分析步驟：①繪制河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值圖。能值圖運用Odum能量系統(tǒng)符號語言即能值符號圖例進行繪制。能值圖反映農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)中，自然環(huán)境與人類社會經(jīng)濟主要成分的相互關(guān)系及主要生態(tài)流方向。河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值圖見圖1。②結(jié)合收集的各物質(zhì)能源投入產(chǎn)出原始數(shù)據(jù)，采用式（1）計算河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)投入產(chǎn)出能值，建立能值分析表。③計算各項能值指標(biāo)，評價河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r。農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)投入能值包括可更新環(huán)境資源能值（太陽能、雨水化學(xué)能和雨水勢能）、不可更新環(huán)境資源能值（灌溉用地下水和表土層損失）、可更新有機輔助能值（農(nóng)村勞動力和種子）和不可更新工業(yè)輔助能值（電力、農(nóng)藥、農(nóng)業(yè)機械、化肥和塑料薄膜），農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)產(chǎn)出主要指農(nóng)產(chǎn)品（糧食、蔬菜、水果、糖料、油料和棉花）。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)投入與產(chǎn)出

根據(jù)河北省2012年農(nóng)業(yè)投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)，計算農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)投入產(chǎn)出能值（表1）。太陽能、雨水化學(xué)能和雨水勢能均來自太陽輻射能，為避免重復(fù)取三者中的最大項作為可更新環(huán)境資源能值投入。限于現(xiàn)有數(shù)據(jù)，考慮河北省當(dāng)前灌溉設(shè)施投入狀況，本文灌溉設(shè)施投入能值取農(nóng)業(yè)機械動力能值投入的20%[8]。經(jīng)計算，河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)投入總能值為5.70×1022 sej，其中環(huán)境資源總投入為3.39×1022 sej，主要為不可更新環(huán)境資源，占總環(huán)境資源投入的87.90%；總輔助能投入為2.31×1022 sej，主要為不可更新工業(yè)輔助能，占總輔助能值投入的84.41%；不可更新環(huán)境資源投入是不可更新工業(yè)輔助能投入的1.53倍。說明河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值投入主要為不可更新能值，以不可更新環(huán)境資源消耗最多（灌溉用地下水和表土層損失）。因此，河北省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要提高降水、有機肥等可更新環(huán)境資源的利用率，減少或代替地下水、化肥等不可更新資源的利用。

2.2 農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值指標(biāo)分析

本文采用的能值指標(biāo)包括能值自給率、能值投資率、凈能值產(chǎn)出率、環(huán)境負載率和可持續(xù)發(fā)展指數(shù)，用于定量分析河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r。各指標(biāo)表達式及指標(biāo)值計算結(jié)果見表2。能值自給率能反映系統(tǒng)環(huán)境資源自給自足的程度，而能值投資率可衡量系統(tǒng)對經(jīng)濟投入的依賴程度。由表2可知，農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值自給率為0.60，能值投資率為0.68，表明農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)環(huán)境資源對系統(tǒng)產(chǎn)出能值貢獻為60%，即系統(tǒng)對自然環(huán)境資源的依賴程度偏高。環(huán)境負載率反映系統(tǒng)對自然環(huán)境的壓力程度，具有環(huán)境預(yù)警作用。本文計算系統(tǒng)環(huán)境負載率為6.39，高于2005年江蘇省環(huán)境負載率（2.83），與2003年山東省環(huán)境負載率（6.54）基本持平，與2005年河北省環(huán)境負載率（5.72）相比[9]有升高趨勢，表明河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)對環(huán)境的壓力加大。能值產(chǎn)出率表示系統(tǒng)獲得能值投入的可持續(xù)性，Odum認為能值產(chǎn)出率合理取值為1～6，若取值小于1，則系統(tǒng)能值不會增加。河北省2012年農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值產(chǎn)出率為2.43，屬中等偏下水平，表明農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)具有一定持續(xù)性。

最能表征生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力的指標(biāo)即為可持續(xù)發(fā)展指數(shù)。Ulgiati和Brown認為可持續(xù)發(fā)展指數(shù)小于1說明系統(tǒng)為典型的消費型生態(tài)系統(tǒng)[10]，區(qū)域內(nèi)不可更新資源的利用程度較高，對環(huán)境壓力較大。表2中計算的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)為0.38，遠小于1，說明河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)依賴于大量資源的消耗，為嚴重的消費型生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)，可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r堪憂。

3 結(jié)論

結(jié)果表明，2012年河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)投入中不可更新環(huán)境資源（主要為灌溉用地下水）所占比重最高，其次為不可更新工業(yè)輔助能，說明河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)高度依賴灌溉用地下水及經(jīng)濟投入等不可更新資源。農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展指數(shù)為0.38，為典型的消費型生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)，環(huán)境承受壓力較為嚴重。因此，迫切需要探索出一條高產(chǎn)、高效、低耗的農(nóng)業(yè)發(fā)展之路，實現(xiàn)河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)健康可持續(xù)發(fā)展。

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