基于能值分析的湖北省稻蝦綜合種養(yǎng)環(huán)境影響空間差異研究

史航 苗新宇 劉海超 張晨揚(yáng) 朱利群

摘要 基于湖北監(jiān)利縣、公安縣、潛江市、洪湖市、石首市5個縣（市）的實地調(diào)研數(shù)據(jù)，構(gòu)建能量流動模型，并運(yùn)用能值分析方法，計算5個縣（市）稻蝦綜合種養(yǎng)系統(tǒng)的能值投入產(chǎn)出情況以及相關(guān)指標(biāo)，揭示稻蝦綜合種養(yǎng)系統(tǒng)環(huán)境影響的空間差異。結(jié)果表明，從整體上看，5個縣（市）的稻蝦綜合種養(yǎng)活動尚未對環(huán)境造成顯著壓力，顯示出良好的生態(tài)效益。但內(nèi)部存在明顯的空間差異，東南部地區(qū)如監(jiān)利、洪湖等依賴自然資源較多，可持續(xù)發(fā)展指數(shù)較高；西北部地區(qū)如潛江等則呈現(xiàn)出高投入高產(chǎn)出的特點(diǎn)，環(huán)境負(fù)載率相對較高。

關(guān)鍵詞 稻蝦綜合種養(yǎng)；能值分析；空間差異；環(huán)境影響；可持續(xù)

中圖分類號 X171.4? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A? 文章編號 0517-6611（2024）11-0060-08

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.11.013

Study on the Spatial Difference of Environmental Effect of Rice-crayfish Rotation System in Hubei Province Based on Emergy Analysis

SHI Hang1，2，MIAO Xin-yu3，LIU Hai-chao3 et al

（1.College of Agriculture，Nanjing Agricultural University，Nanjing，Jiangsu 210095;2.Regional Agricultural Research Institute of Nanjing Agricultural University，Nanjing，Jiangsu 210095;3.College of Humanities and Social Development，Nanjing Agricultural University，Nanjing，Jiangsu 210095）

Abstract Based on field research data from five counties （cities） in Hubei Province，including Jianli County，Gongan County，Qianjiang City，Honghu City and Shishou City，an energy flow model was constructed.Using energy analysis methods，the energy input-output situation and related indicators of the rice-crayfish rotation system in the five counties （cities） were calculated，revealing the spatial differences in the environmental effect of the rice-crayfish rotation system.The results showed that overall，the rice-crayfish rotation system in the five counties （cities） had not caused significant pressure on the environment，demonstrating good ecological benefits.However，there were obvious spatial differences within the region.Southeast regions such as Jianli and Honghu relied more on natural resources and had a higher sustainable development index; Northwest regions such as Qianjiang exhibited high input and output，with relatively high environmental load rates.

Key words Rice-crayfish rotation system;Emergy analysis;Spatial difference;Environmental effect;Sustainability

作者簡介 史航（1994—），女，江蘇徐州人，博士研究生，研究方向：區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展、農(nóng)田生態(tài)。*通信作者，教授，博士，博士生導(dǎo)師，從事耕作制度、區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展研究。

收稿日期 2023-06-05

稻蝦綜合種養(yǎng)模式是利用小型生態(tài)系統(tǒng)中的立體空間和物種多樣性，充分利用稻田的光、水、熱及生物資源，提升稻田生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益的一種高效種養(yǎng)模式［1］。至2021年，我國稻蝦種養(yǎng)面積達(dá)140萬hm2，養(yǎng)殖產(chǎn)量達(dá)220萬t，涉及23個?。ㄊ校Ｆ渲泻笔夂驕嘏瘽駶?，光照充足，水資源豐富，稻蝦養(yǎng)殖面積和養(yǎng)殖產(chǎn)量均居全國首位。2021年，湖北省稻蝦種養(yǎng)面積約50.306萬hm2，克氏原螯蝦產(chǎn)量達(dá)107.36萬t，分別占全國稻蝦種養(yǎng)總面積的36%和總產(chǎn)量的49%［2］，主要分布在監(jiān)利、公安、潛江、洪湖、石首。稻蝦綜合種養(yǎng)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展給當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和農(nóng)民收入帶來了顯著的貢獻(xiàn)，也引發(fā)了對于環(huán)境問題的關(guān)注。目前，學(xué)界認(rèn)為稻蝦共作模式對生態(tài)環(huán)境的影響總體呈積極態(tài)勢［3］，隨著湖北省稻蝦綜合種養(yǎng)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，越來越多人開始關(guān)注稻田綜合種養(yǎng)對環(huán)境產(chǎn)生的影響。

稻蝦綜合種養(yǎng)對環(huán)境具有“雙刃性”，其中積極影響主要表現(xiàn)為該種養(yǎng)模式利于減肥減藥、減少溫室氣體排放、提升土壤肥力、有效防控病蟲草害等［4］。對環(huán)境的消極影響分為多個方面，從水體來看，由于克氏原螯蝦的養(yǎng)殖會投入大量的飼料，產(chǎn)生動物糞便［5］，從而增加水體富營養(yǎng)化的風(fēng)險，且可能增加水資源消耗［6］，對水體環(huán)境的影響程度比中稻單作模式更大［7］；在稻田綜合種養(yǎng)初期，田間工程會對水體中的微生物群落產(chǎn)生破壞作用［8］。從土壤來看，稻蝦綜合種養(yǎng)加劇了土壤次生潛育化風(fēng)險，同時不合理的養(yǎng)殖也造成土壤退化等問題［6］。從田間碳排放來看，稻蝦綜合種養(yǎng)農(nóng)資物料投入的增加顯著提高了稻田間接碳排放［9］。從宏觀環(huán)境影響來看，陶玲等［10］通過對江漢平原的稻蝦輪作面源污染進(jìn)行定量評估，指出當(dāng)前的稻蝦輪作模式雖然存在一定面源污染風(fēng)險，但仍具有可持續(xù)發(fā)展競爭優(yōu)勢。此外，在稻蝦綜合種養(yǎng)發(fā)展過程中，由于種養(yǎng)技術(shù)不規(guī)范、重蝦輕稻思想、農(nóng)資的過量投入等原因，導(dǎo)致農(nóng)田環(huán)境壓力增大。例如，在生產(chǎn)中大量投放不合標(biāo)準(zhǔn)要求的物料，失去了稻蝦互利共生、良性循環(huán)、綠色生態(tài)的本色［11］。一些地區(qū)延續(xù)傳統(tǒng)粗放的生產(chǎn)模式，肥料、病害治理和勞動的過量投入阻礙了稻蝦共作土地利用的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效果的提高［12］。

從空間研究來看，目前稻蝦綜合種養(yǎng)的空間布局研究多集中于湖北地區(qū)。劉小東［3］研究表明，湖北潛江市生態(tài)環(huán)境變化主要呈波動式優(yōu)化格局，總體生態(tài)環(huán)境趨近于穩(wěn)定，且呈不斷優(yōu)化趨勢。Wei等［13］通過地理學(xué)方法對湖北潛江地區(qū)稻蝦綜合種養(yǎng)農(nóng)田演變規(guī)律進(jìn)行空間推演，發(fā)現(xiàn)稻蝦種養(yǎng)田由西南向東北地區(qū)擴(kuò)張，且單一養(yǎng)殖規(guī)模逐年擴(kuò)大。胡康［14］設(shè)置5組試驗，對湖北省荊門、監(jiān)利、浠水3地進(jìn)行溫室氣體排放特征研究，提出江漢平原地區(qū)更適宜規(guī)模化寬溝生產(chǎn)模式。可見，目前對于稻蝦綜合種養(yǎng)生態(tài)環(huán)境的空間研究以試驗點(diǎn)居多，宏觀空間研究多以地理學(xué)為基礎(chǔ)研究農(nóng)田空間演變特征，從區(qū)域上分析稻蝦綜合種養(yǎng)生態(tài)環(huán)境特征研究尚不充足。

綜上可知，稻蝦綜合種養(yǎng)對環(huán)境存在一定的風(fēng)險與壓力，如何優(yōu)化生產(chǎn)空間布局、進(jìn)行資源優(yōu)化配置將成為進(jìn)一步的研究內(nèi)容。目前宏觀上以環(huán)境生態(tài)視角的整體研究較多，對環(huán)境空間分異規(guī)律的研究較少；以地理學(xué)視角及試驗組對照方法的空間點(diǎn)位分析較多，縣域為單位的研究較少。因此該研究選擇湖北省稻蝦分布較為集中的5個縣（市）作為調(diào)查區(qū)域，通過野外調(diào)查對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，梳理湖北5個縣（市）稻蝦綜合種養(yǎng)系統(tǒng)的能量流，并使用能值分析等方法計算能值評價指標(biāo)，對研究區(qū)域內(nèi)稻田綜合種養(yǎng)環(huán)境空間規(guī)律進(jìn)行探究，為江漢平原地區(qū)稻蝦綜合種養(yǎng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供參考。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)域概況 江漢平原位于我國湖北省中南部，近年來以湖北潛江、監(jiān)利等為首的區(qū)域大力發(fā)展蝦稻特色產(chǎn)業(yè)，克氏原螯蝦養(yǎng)殖面積和產(chǎn)量快速增加。2021年在我國有克氏原螯蝦養(yǎng)殖產(chǎn)量報告的23個省份中，湖北省養(yǎng)殖產(chǎn)量達(dá)到107.4萬t，位居全國第一。從縣域角度來看，全國范圍內(nèi)克氏原螯蝦養(yǎng)殖產(chǎn)量超過2.0萬t的縣（市、區(qū)）共有34個，其中湖北省獨(dú)占鰲頭，共有12個縣（市、區(qū)）位列這一高產(chǎn)榜單之中。其中湖北監(jiān)利縣養(yǎng)殖產(chǎn)量達(dá)16.0萬t，洪湖市養(yǎng)殖產(chǎn)量達(dá)13.1萬t，潛江市養(yǎng)殖產(chǎn)量達(dá)12.0萬t，包攬縣域養(yǎng)殖產(chǎn)量排名前3位。湖北公安、石首也均位列前10，養(yǎng)殖產(chǎn)量分別達(dá)到6.2萬、4.7萬t［15］。

研究區(qū)域內(nèi)以稻蝦輪作為主要種養(yǎng)模式。每年水稻收割后投放蝦苗，次年3—5月進(jìn)行捕撈，5月底整田、插秧，8—9月收割水稻，即 “一季稻一季蝦”。

1.2 數(shù)據(jù)來源 該研究選取湖北省稻蝦綜合種養(yǎng)的重點(diǎn)區(qū)域——監(jiān)利縣、洪湖市、潛江市、公安縣、石首市這5個縣（市）為研究范圍。為了深入探究稻蝦綜合種養(yǎng)系統(tǒng)對環(huán)境的影響，該研究根據(jù)稻蝦綜合種養(yǎng)系統(tǒng)的物質(zhì)流動模型設(shè)計了相關(guān)指標(biāo)的調(diào)查問卷。通過實地調(diào)查，收集了大量基礎(chǔ)信息，包括農(nóng)戶的年齡、組織化程度等，并詳細(xì)記錄了當(dāng)?shù)剞r(nóng)資投入數(shù)據(jù)，如種子、蝦苗、農(nóng)藥、肥料、飼料、人工、機(jī)械、電力、柴油等，最終獲得監(jiān)利縣、洪湖市、潛江市、公安縣、石首市共402份有效問卷。結(jié)合歷年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，該研究對這些問卷數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入分析，揭示稻蝦綜合種養(yǎng)對環(huán)境的具體影響。

1.3 研究方法

1.3.1 能值分析法。能值分析法是美國著名生態(tài)學(xué)家奧達(dá)姆在20世紀(jì)80年代創(chuàng)立的一種新的系統(tǒng)分析理論和方法。該方法通過引入能值的新概念，成功地將自然資源環(huán)境與社會經(jīng)濟(jì)活動聯(lián)系起來，成為生態(tài)系統(tǒng)和社會系統(tǒng)定量分析的重要方法［16］。這種方法的核心是引入了“能值”這一單位，是一種用于衡量能量轉(zhuǎn)換和利用效率的單位，通常使用太陽能值轉(zhuǎn)換率將各項物質(zhì)、資金和能量以太陽能的形式來表示。各要素的單位能值轉(zhuǎn)換率（UEV）如表1所示。能值分析法也可以用于生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性的研究，通過比較不同生態(tài)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)來評估它們的相對穩(wěn)定性和可持續(xù)性，以及對自然和人類干擾的反應(yīng)。能值的計算公式：能值＝能量（質(zhì)量）×能值轉(zhuǎn)換率。

稻蝦共作系統(tǒng)是典型的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益共作系統(tǒng)，如果只從生態(tài)或經(jīng)濟(jì)中的一方面對稻蝦共作系統(tǒng)進(jìn)行分析顯然是片面的，不能全面揭示稻蝦共作系統(tǒng)的優(yōu)劣。利用能值分析法對稻蝦共作系統(tǒng)進(jìn)行分析，可以更全面地評價系統(tǒng)，進(jìn)一步推進(jìn)研究。根據(jù)圖1所示，在稻蝦綜合種養(yǎng)系統(tǒng)中，克氏原螯蝦是主要的生產(chǎn)者，土壤是主要的儲存庫；系統(tǒng)可更新自然資源輸入包括太陽能、風(fēng)能、雨水勢能和地表水（農(nóng)田灌溉水）；不可更新自然資源輸入為表土層流失；社會經(jīng)濟(jì)資源輸入包括種子、蝦苗、肥料、農(nóng)藥、柴油、電力、塑料地籠、飼料、水草、人工、農(nóng)機(jī)、基礎(chǔ)設(shè)施等；系統(tǒng)輸出為水稻和克氏原螯蝦。此外，在系統(tǒng)中還田的秸稈和克氏原螯蝦的糞便均視為系統(tǒng)內(nèi)部能流，因此不納入能值計算［31］。

1.3.2 稻蝦共作系統(tǒng)環(huán)境評價指標(biāo)。對于社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的評價一般從經(jīng)濟(jì)效益、社會效益、生態(tài)效益3個方面展開研究，基于稻蝦共作系統(tǒng)的特征和生產(chǎn)情況，該研究選取了能值自給率（ESR）、能值投資率（EIR）、能值產(chǎn)出率（EYR）、環(huán)境負(fù)載率（ELR）、能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)（ESI）5個指標(biāo)，分別從稻蝦共作系統(tǒng)的產(chǎn)出效益、稻蝦共作系統(tǒng)中人類行為對于環(huán)境的影響和稻蝦共作系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展程度對稻蝦共作系統(tǒng)進(jìn)行評價。

1.3.2.1 能值自給率（ESR）。能值自給率是指系統(tǒng)能夠自主生產(chǎn)能值占總輸入能值的比例，用以評價系統(tǒng)對自然資源的依賴程度。一般情況下，能值自給率越高，說明該系統(tǒng)對自然資源的依賴程度越高。在稻蝦共作系統(tǒng)中，能值自給率越高，說明該地區(qū)的稻蝦共作系統(tǒng)投入的能值占比較高。通常用可更新自然資源能值和不可更新自然資源能值的總和與總投入能值的比值表示：

ESR=（R+N）/U

其中：R為可更新自然資源能值；N為不可更新自然資源能值；U為自然資源能值與社會經(jīng)濟(jì)資源能值的總和。

1.3.2.2 能值投資率（EIR）。能值投資率是評價能源和環(huán)境投資回報的指標(biāo)，是社會經(jīng)濟(jì)資源總和與自然生態(tài)資源總和的比值。它是指每投入一單位的能值所產(chǎn)生的能源或環(huán)境效益的價值。在稻蝦共作系統(tǒng)中，能值投資率越高，說明該地區(qū)的稻蝦生產(chǎn)更現(xiàn)代化，對環(huán)境的依賴程度更?。?2］。具體公式如下：

EIR=（FN+FR）/（N+R）

其中：R為可更新自然資源能值；N為不可更新自然資源能值；FN、FR分別代表不可更新社會經(jīng)濟(jì)資源能值和可更新社會經(jīng)濟(jì)資源能值。

1.3.2.3

能值產(chǎn)出率（EYR）。能值產(chǎn)出率是指系統(tǒng)中總能值與輸入能值的比值，在稻蝦共作系統(tǒng)中，總能值包括系統(tǒng)中自然資源能值和社會經(jīng)濟(jì)資源能值。自然資源能值主要包括可再生自然資源能值和不可再生自然資源能值。能值產(chǎn)出率主要衡量系統(tǒng)的生產(chǎn)效率高低，描述系統(tǒng)的資源利用程度。因此，在稻蝦共作系統(tǒng)中，能值產(chǎn)出率越高，說明稻蝦共作系統(tǒng)資源消耗少，投入的資源利用程度高和能源生產(chǎn)效率高［33］。具體公式如下：

EYR=（R+N+F）/F

其中：R為可更新自然資源能值；N為不可更新自然資源能值；F為社會經(jīng)濟(jì)資源能值。

1.3.2.4 環(huán)境負(fù)載率（ELR）。環(huán)境負(fù)載率是指系統(tǒng)中不可更新資源能值總和與可更新資源能值總和的比值。在稻蝦共作系統(tǒng)中，不可更新資源能值總和包括不可更新自然資源能值和不可更新社會資源能值，可更新資源能值總和包括可更新自然資源能值和可更新社會資源能值。環(huán)境負(fù)載率是評價人類活動對系統(tǒng)自然生態(tài)環(huán)境的影響程度，反映系統(tǒng)的環(huán)境承載力。因此，環(huán)境負(fù)載率越大，說明稻蝦共作系統(tǒng)活動對環(huán)境的壓力越大，反之亦然。一般來說，當(dāng)ELR＜3時，表明系統(tǒng)活動對環(huán)境壓力較?。划?dāng) 3≤ELR≤10 時，表明環(huán)境壓力處于中等水平；當(dāng) ELR＞10 時，表明系統(tǒng)活動對環(huán)境壓力相當(dāng)大［34］。具體公式如下：

ELR=（N+FN）/（R+FR）

其中：R為可更新自然資源能值；N為不可更新自然資源能值；FN為不可更新的社會經(jīng)濟(jì)資源能值；FR為可更新的社會經(jīng)濟(jì)資源能值。

1.3.2.5 能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)（ESI）。可持續(xù)發(fā)展指數(shù)是指能值產(chǎn)出率和環(huán)境負(fù)載率的比值，即

ESI=EYR/ELR

可持續(xù)發(fā)展指數(shù)通過描述系統(tǒng)的資源消耗和資源產(chǎn)出與環(huán)境承載力之間的關(guān)系，反映系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的能力。ESI＜1時，屬于高環(huán)境負(fù)載率的消費(fèi)型生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，即環(huán)境負(fù)載率過大，系統(tǒng)活動對環(huán)境影響較大，可持續(xù)發(fā)展能力低；1≤ESI≤10時，表明該系統(tǒng)物質(zhì)與能量的輸入輸出較合理，具有較大的發(fā)展?jié)摿突盍?，可持續(xù)水平較高，且在此范圍內(nèi)能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)越高，說明系統(tǒng)生產(chǎn)活動的發(fā)展?jié)摿υ酱?，對環(huán)境造成的影響較少，經(jīng)濟(jì)收益與環(huán)境的壓力比例合適，表明可持續(xù)發(fā)展?jié)摿υ礁?；ESI＞10，則說明雖然系統(tǒng)可持續(xù)性較高，但該系統(tǒng)產(chǎn)出少，可持續(xù)水平不高，不具備競爭優(yōu)勢［31］。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同地區(qū)稻蝦共作系統(tǒng)投入分析 由調(diào)查結(jié)果和先前查閱資料可知，各縣（市）投入的物質(zhì)種類基本相同，但是投入的數(shù)量各有所不同。表2展示了5個縣（市）的稻蝦共作系統(tǒng)能值分析結(jié)果，在各個縣（市）的稻蝦共作系統(tǒng)總輸入能值當(dāng)中，潛江市的總輸入能值最大，達(dá)到1.62×1017 sej，其次是洪湖市、監(jiān)利縣、公安縣，石首市的總能值輸入最小，為5.85×1016 sej。

圖2詳細(xì)展示了不同縣（市）各部分能值的投入比例情況。綜合這5個縣（市）的投入占比情況來看，各縣（市）之間的投入比例呈現(xiàn)出一定的差異性，但均表現(xiàn)為可更新社會經(jīng)濟(jì)資源（FR）在投入中均占顯著地位，不可更新自然資源（N）的占比則相對較小。具體而言，洪湖市、潛江市、公安縣、石首市在投入比例中，可更新社會經(jīng)濟(jì)資源的占比均最大，凸顯了其在能源投入結(jié)構(gòu)中的主導(dǎo)地位。相比之下，監(jiān)利縣的可更新社會經(jīng)濟(jì)資源投入占比為36.41%，略低于可更新自然資源（R）的投入占比，呈現(xiàn)出一種相對平衡的態(tài)勢。在各縣（市）中，不可更新自然資源的投入占比均為最小，均不足1.00%。

基于上述投入比例的差異性，進(jìn)一步深入分析具體的投入項目。結(jié)合表2和圖3可以清晰地觀察到，在社會經(jīng)濟(jì)資源的投入中，水草在各縣（市）均占最高的比例，且這一比例均超過90%，顯示出水草在社會經(jīng)濟(jì)資源投入中的顯著地位。同時，在不可更新社會經(jīng)濟(jì)資源的投入中，水草同樣占首要地位。進(jìn)一步觀察圖3可以發(fā)現(xiàn)，盡管公安縣在各縣（市）中水草投入占比相對較少，但也達(dá)到了92.2%，這充分表明在各縣（市）的稻蝦綜合種養(yǎng)系統(tǒng)中，水草是影響投入占比的最主要因素，其重要性不容忽視。這一發(fā)現(xiàn)為進(jìn)一步理解各縣（市）稻蝦綜合種養(yǎng)系統(tǒng)的投入結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)提供了有力的依據(jù)。

從具體投入的能值（表2～3）來看，各縣（市）在自然資源方面的投入差異并不顯著。然而，在不可更新社會經(jīng)濟(jì)資源的投入上，雖然5個縣（市）均將水草作為最主要的投入項，但投入較多的前5項卻呈現(xiàn)出一定的差異。以總能值輸入最大的潛江市為例，其不可更新社會經(jīng)濟(jì)資源中，除了水草占據(jù)絕對多數(shù)外，塑料地籠的投入也頗為可觀，占比達(dá)到2.1%，緊隨其后的是電力、基礎(chǔ)設(shè)施和農(nóng)機(jī)，這表明在潛江市的稻蝦綜合種養(yǎng)系統(tǒng)中，除了水草作為核心投入外，塑料地籠等輔助設(shè)施以及電力和基礎(chǔ)設(shè)施等生產(chǎn)條件的投入也起到了關(guān)鍵作用。在公安縣和石首市，雖然水草依然是不可更新社會經(jīng)濟(jì)資源中的主要投入項，但基礎(chǔ)設(shè)施、農(nóng)機(jī)和電力的投入也占據(jù)了相當(dāng)?shù)谋壤淮送猓@2個縣（市）的谷物飼料投入也相對較多，顯示出在稻蝦綜合種養(yǎng)系統(tǒng)中，飼料投入也是不可或缺的一部分。洪湖市的情況則略有不同，其不可更新社會經(jīng)濟(jì)資源中，除了水草外，電力、農(nóng)機(jī)、化學(xué)飼料、基礎(chǔ)設(shè)施和復(fù)合肥的投入也占據(jù)了一定的比例，這反映出洪湖市在稻蝦綜合種養(yǎng)系統(tǒng)的生產(chǎn)過程中，對于電力、農(nóng)機(jī)等現(xiàn)代化生產(chǎn)手段以及化學(xué)飼料和復(fù)合肥等生產(chǎn)資料的依賴程度相對較高。監(jiān)利縣的不可更新社會經(jīng)濟(jì)資源投入中，水草、農(nóng)機(jī)、化學(xué)飼料、基礎(chǔ)設(shè)施和電力是主要部分，這進(jìn)一步證明了水草作為核心投入的重要性，同時也揭示了農(nóng)機(jī)、飼料、基礎(chǔ)設(shè)施和電力在稻蝦綜合種養(yǎng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵作用。

綜上所述，雖然各縣（市）在不可更新社會經(jīng)濟(jì)資源的具體投入上存在差異，但水草、基礎(chǔ)設(shè)施、農(nóng)機(jī)、飼料和電力無疑是稻蝦綜合種養(yǎng)系統(tǒng)中的主要能值投入。這些投入不僅關(guān)系到系統(tǒng)的生產(chǎn)效率，也影響著系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力。

2.2 系統(tǒng)能值評價指標(biāo)分析 基于表2的能值計算結(jié)果，該研究計算了各縣（市）的能值產(chǎn)出率、環(huán)境負(fù)載率、能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)、能值自給率和能值投資率5個指標(biāo)（表3），以便更加深入了解各地區(qū)稻蝦綜合種養(yǎng)的具體情況和差異。

能值自給率和能值投資率均是衡量各縣（市）對資源依賴程度的重要指標(biāo)。能值自給率直接反映了稻蝦生產(chǎn)系統(tǒng)對自然資源的依賴程度。監(jiān)利縣的社會經(jīng)濟(jì)資源投入量相對較少，但其能值自給率最高，這表明監(jiān)利市的稻蝦生產(chǎn)系統(tǒng)對自然資源的依賴程度較高。相比之下，潛江市的能值自給率最低，顯示出其對自然資源的依賴程度較低。能值投資率則反映了縣（市）稻蝦生產(chǎn)的現(xiàn)代化程度［35］。從表3可以看出，潛江市的能值投資率最高，意味著其在稻蝦生產(chǎn)上的資本投入最大，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化程度也相對較高，這種高投入模式使得潛江市對自然資源的要求程度相對較小，從而實現(xiàn)了高產(chǎn)出；公安縣、石首市和洪湖市的能值投資率次之，而監(jiān)利縣的能值投資率最低，這表明監(jiān)利縣在稻蝦生產(chǎn)的現(xiàn)代化程度上還有待提升。

通過計算各縣（市）的能值產(chǎn)出率，可以清晰地了解各縣（市）的資源利用情況和產(chǎn)出效率。從表3可以看出，監(jiān)利縣的能值產(chǎn)出率位居首位，高達(dá)1.83，這顯示了監(jiān)利縣在資源轉(zhuǎn)化和利用方面的卓越表現(xiàn)。相比之下，潛江市的能值產(chǎn)出率最低，僅為1.21，這反映出潛江市在將投入的社會經(jīng)濟(jì)資源轉(zhuǎn)化為實際產(chǎn)出方面的效率相對較低。具體來看，潛江市作為知名的克氏原螯蝦產(chǎn)地，其投入和產(chǎn)出能值均居各縣（市）之首。雖然較大的投入帶來了相應(yīng)的豐收，但也可能因為投料過剩而造成了資源的浪費(fèi)，從而降低了其能值產(chǎn)出率。這也提醒在追求高產(chǎn)出的同時，應(yīng)更加注重資源的合理利用，避免不必要的浪費(fèi)。從整體來看，各縣（市）的能值產(chǎn)出率雖然有所差異，但總體相差并不大，且都小于5，這表明各縣（市）的稻蝦共作系統(tǒng)生產(chǎn)主要依賴初級材料和次級能源資源，這在一定程度上反映了各縣（市）在資源利用上的共性和局限性。

通過計算環(huán)境負(fù)載率可以直觀地了解各縣（市）稻蝦種養(yǎng)對生態(tài)環(huán)境的影響情況。從表3可以看出，監(jiān)利縣和洪湖市的環(huán)境負(fù)載率相對較低，分別為0.22和0.25，這表明這2個縣（市）在稻蝦生產(chǎn)過程中對環(huán)境的壓力較小。相比之下，潛江市的環(huán)境負(fù)載率最高，達(dá)到0.37，說明其稻蝦生產(chǎn)系統(tǒng)對環(huán)境的壓力相對較大。深入分析潛江市的情況，發(fā)現(xiàn)其不可更新資源在投入中占比相對較高，尤其是塑料地籠、電力和蝦苗等不可更新社會資源的投入較多，這些資源的大量使用不僅增加了系統(tǒng)的環(huán)境負(fù)載率，還可能對生態(tài)環(huán)境造成一定壓力。而監(jiān)利縣和洪湖市由于水草投入占比較高，相對減少了飼料等其他資源的投入，從而降低了對環(huán)境的壓力。總體來看，各縣（市）的環(huán)境負(fù)載率均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于3，這意味著各縣（市）的稻蝦共作系統(tǒng)對環(huán)境的壓力普遍較小，生態(tài)效益良好。這主要得益于稻蝦共作系統(tǒng)本身的生態(tài)學(xué)優(yōu)勢，如水稻和蝦類的互利共生關(guān)系，有助于減少化肥和農(nóng)藥的使用，降低環(huán)境污染。此外，湖北省政府對稻蝦綜合種養(yǎng)的重視和支持以及定期組織的培訓(xùn)和環(huán)保宣傳活動也增強(qiáng)了農(nóng)戶的環(huán)保意識，使得他們在生產(chǎn)過程中更加注重環(huán)境保護(hù)。

能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)是綜合考量社會經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益的重要指標(biāo)，能夠全面評價各縣（市）的稻蝦生產(chǎn)綜合發(fā)展?fàn)顩r。根據(jù)計算（表3），各地區(qū)的稻蝦共作系統(tǒng)能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)均在1～10，這充分證明了各縣（市）的稻蝦生產(chǎn)具有較大的發(fā)展?jié)摿突盍?。在各縣（市）中，監(jiān)利縣的能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)最高，達(dá)到了8.27，顯示出其系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展水平較高，這主要得益于監(jiān)利縣較高的生產(chǎn)效率、相對較少的不可更新資源投入以及適中的產(chǎn)出。監(jiān)利縣的稻蝦生產(chǎn)中，可更新能源與不可更新能源的投入比例較為合適，包括人工、水草、電力等資源的投入總量適中，同時產(chǎn)出較高，對自然資源和社會資源的依賴度均不強(qiáng)，因此其稻蝦生產(chǎn)的可持續(xù)性較強(qiáng)。洪湖市、石首市、公安縣和潛江市的能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)雖然低于監(jiān)利縣，但也均在一個相對較高的水平。這些地區(qū)在稻蝦生產(chǎn)過程中，同樣注重資源的合理利用和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，通過科學(xué)的管理和技術(shù)創(chuàng)新，不斷提高稻蝦生產(chǎn)的效益和可持續(xù)性。

2.3 空間差異分析 通過對上述指標(biāo)的計算結(jié)果進(jìn)行可視化處理，發(fā)現(xiàn)各指標(biāo)在空間分布上呈現(xiàn)出明顯差異（圖4）。從能值投資率和環(huán)境負(fù)載率來看，大體上呈現(xiàn)出北高南低、西高東低的空間分布格局，這表明在江漢平原地區(qū)的稻蝦綜合種養(yǎng)中，北部和西部地區(qū)的能值投資相對較大，環(huán)境負(fù)載也相對較高；而南部和東部地區(qū)的能值投資相對較低，環(huán)境負(fù)載也相對較低。

從能值產(chǎn)出率、能值自給率和能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)來看，則呈現(xiàn)出南高北低、東高西低的空間分布格局。盡管能值產(chǎn)出率在不同縣（市）間存在空間差異，但整體相差不大，這反映出江漢平原地區(qū)的5個縣（市）在資源利用情況和產(chǎn)出效率上的差異程度并不顯著。然而，在環(huán)境負(fù)載率和能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)方面，不同地區(qū)的數(shù)據(jù)差異較大，特別是位于東南部的監(jiān)利縣和洪湖市，其環(huán)境負(fù)載率較低，能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)較高，這使得東南部地區(qū)和西北部地區(qū)在稻蝦綜合種養(yǎng)的發(fā)展上呈現(xiàn)出較大的差異。

能值自給率和能值投資率的空間分布也呈現(xiàn)出明顯的差異。東南部地區(qū)的能值自給率較高，反映出這些地區(qū)對自然資源的依賴程度較高。這可能是由于東南部地區(qū)的機(jī)械化程度較高，人工投入相對較低，且化肥農(nóng)藥的投入也相對較少，使得自然資源能值輸入占比較高。而西北方向的能值投資率較高，說明這些地區(qū)在稻蝦綜合種養(yǎng)中更多地依賴于外部投入，通過高外部投入和高利用率實現(xiàn)高產(chǎn)出。這與東南部地區(qū)以自然資源為主要投入以及其低能值投資率的發(fā)展模式存在顯著差異。

從上述的分析結(jié)果來看，湖北省的5個縣（市）在稻蝦綜合種養(yǎng)方面整體上都展現(xiàn)出了對環(huán)境的較低壓力，具有良好的生態(tài)效益，但是在這一整體趨勢中也發(fā)現(xiàn)了內(nèi)部存在的空間差異。東南部的監(jiān)利縣、洪湖市，由于地理位置更靠近長江，自然資源相對豐富，這為稻蝦綜合種養(yǎng)提供了得天獨(dú)厚的條件；同時，這些地區(qū)對環(huán)境保護(hù)的要求也更高，因此在發(fā)展過程中更加注重可持續(xù)發(fā)展；這些地區(qū)已經(jīng)實現(xiàn)了較高的能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)，形成了綠色高效的生產(chǎn)模式，這是值得繼續(xù)保持的優(yōu)勢。相比之下，西北部地區(qū)特別是離長江較遠(yuǎn)的潛江市，雖然地處漢江地帶，生產(chǎn)投入高且產(chǎn)出亦高，經(jīng)濟(jì)效益顯著，但這也導(dǎo)致環(huán)境負(fù)載能力的相應(yīng)降低。這種情況提醒在追求經(jīng)濟(jì)效益的同時，必須更加重視環(huán)境保護(hù)，確保稻蝦綜合種養(yǎng)的可持續(xù)發(fā)展。

3 結(jié)論與討論

該研究運(yùn)用能值分析方法，通過構(gòu)建江漢平原部分地區(qū)的物質(zhì)流動模型，深入剖析了各縣（市）稻蝦綜合種養(yǎng)系統(tǒng)的資源輸入輸出狀況，并計算了能值自給率、能值投資率、能值產(chǎn)出率、環(huán)境負(fù)載率、能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)等指標(biāo)，通過可視化方法展示并探索了這些指標(biāo)的空間分布規(guī)律。結(jié)果表明，江漢平原地區(qū)在稻蝦綜合種養(yǎng)方面展現(xiàn)出了不同的空間特征。這種差異不僅體現(xiàn)在能值投資、環(huán)境負(fù)載等方面，還體現(xiàn)在資源利用效率、可持續(xù)發(fā)展水平以及對自然資源的依賴程度等方面。東南部的監(jiān)利縣、洪湖市，憑借豐富的自然資源和較高的環(huán)保意識，實現(xiàn)了較高的能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)，這些地區(qū)主要依賴自然資源投入，形成了綠色高效的生產(chǎn)模式。相比之下，西北部的潛江市，雖然通過高投入高產(chǎn)出的模式實現(xiàn)了較高的經(jīng)濟(jì)效益，但環(huán)境負(fù)載也相應(yīng)增加，需要警惕資源過度消耗和環(huán)境污染問題。

綜上所述，湖北省的稻蝦綜合種養(yǎng)產(chǎn)業(yè)具有廣闊的發(fā)展前景和巨大的潛力。通過充分發(fā)揮各地區(qū)優(yōu)勢，加強(qiáng)政策扶持和技術(shù)創(chuàng)新，推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和可持續(xù)發(fā)展，將為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)增長和社會進(jìn)步作出重要貢獻(xiàn)。為了稻蝦綜合種養(yǎng)模式更好的推廣與應(yīng)用，提出以下建議：①對于東南部地區(qū)，應(yīng)繼續(xù)發(fā)揮其自然資源豐富的優(yōu)勢，推動稻蝦綜合種養(yǎng)的規(guī)?；?、技術(shù)規(guī)范化。同時，在保證生態(tài)環(huán)境的前提下，適當(dāng)增加社會經(jīng)濟(jì)投入，提高生產(chǎn)的競爭力。通過發(fā)展“公司+合作社+農(nóng)戶”等經(jīng)營模式，加強(qiáng)農(nóng)民技術(shù)培訓(xùn)，促進(jìn)稻蝦產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長。②對于西北部地區(qū)，應(yīng)在保證經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，注重環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展。減少不必要的資源投入，提高資源利用效率，降低環(huán)境負(fù)荷。加強(qiáng)環(huán)保宣傳和技術(shù)培訓(xùn)，提高農(nóng)戶的環(huán)保意識和技術(shù)水平。通過延長產(chǎn)業(yè)鏈、提升產(chǎn)品附加值等手段，如實施“三品一標(biāo)”（無公害農(nóng)產(chǎn)品、綠色食品、有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品和農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志）提升行動計劃，推動稻蝦綜合種養(yǎng)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。③政府應(yīng)加大對稻蝦綜合種養(yǎng)的扶持力度，制定相關(guān)政策措施，推動產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。加強(qiáng)跨區(qū)域合作與交流，共享資源和技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展。同時，建立健全環(huán)境評估機(jī)制，定期對稻蝦綜合種養(yǎng)系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)境評估，確保產(chǎn)業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)。

參考文獻(xiàn)

［1］佀國涵，彭成林，徐祥玉，等.稻蝦共作模式對澇漬稻田土壤理化性狀的影響［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2017，25（1）：61-68.

［2］ 于秀娟，郝向舉，黨子喬，等.中國稻漁綜合種養(yǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告（2022）［J］.中國水產(chǎn)，2023（1）：39-46.

［3］ 劉小東.潛江市稻蝦田時空格局演變及對生態(tài)環(huán)境的影響［D］.武漢：華中師范大學(xué)，2021.

［4］ 焦文獻(xiàn)，陳燦，黃璜.稻田種養(yǎng)模式對農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的影響分析［J］.作物研究，2021，35（4）：385-393.

［5］ 侶國涵，袁家富，彭成林，等.稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖對水體環(huán)境的影響［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（23）：299-303.

［6］ 曹湊貴，江洋，汪金平，等.稻蝦共作模式的“雙刃性”及可持續(xù) 發(fā)展策略［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2017，25（9）：1245-1253.

［7］ 易芙蓉，林瑋詩，張鳴宇，等.稻蝦共作對稻田水體環(huán)境的影響［J］.作物研究，2019，33（5）：362-365，373.

［8］ 陳玲，萬韋韜，劉兵，等.稻蝦共作對稻田水體微生物多樣性和群落結(jié)構(gòu)的影響［J］.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2022，41（1）：141-151.

［9］ 劉金根，楊通，馮金飛.稻－蝦（克氏原螯蝦）綜合種養(yǎng)模式的碳足跡分析［J］.生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2021，37（8）：1041-1049.

［10］ 陶玲，彭亮，代梨梨，等.稻蝦輪作模式面源污染排放特征及其能值評估［J］.湖泊科學(xué)，2023，35（1）：168-180.

［11］ 陳松文，江洋，汪金平，等.湖北省稻蝦模式發(fā)展現(xiàn)狀與對策分析［J］.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2020，39（2）：1-7.

［12］ 譚淑豪，劉青，張清勇.稻田綜合種養(yǎng)土地利用的生態(tài)—經(jīng)濟(jì)效果：以湖北省稻蝦共作為例［J］.自然資源學(xué)報，2021，36（12）：3131-3143.

［13］ WEI Y B，LU M，YU Q Y，et al.Understanding the dynamics of integrated rice-crawfish farming in Qianjiang county，China using Landsat time series images［J］.Agricultural systems，2021，191：1-13.

［14］ 胡康.湖北省稻蝦共作不同模式和地域差異的溫室氣體排放特征研究［D］.武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2022.

［15］ 中國小龍蝦產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告（2022）發(fā)布［J］.農(nóng)產(chǎn)品市場，2022（12）：30-37.

［16］ 李寒娥，藍(lán)盛芳，陸宏芳.H.T.奧德姆與中國的能值研究［J］.生態(tài)科學(xué)，2005，24（2）：182-187.

［17］ ODUM H T.Environmental accounting：Emergy and environmental decision making［M］.New York： John Wiley&Sons，1996.

［18］ ODUM H T，DOHERTY S J，SCATENA F N，et al.Emergy evaluation of reforestation alternatives in Puerto Rico［J］.Forest science，2000，46（4）： 521-530.

［19］ BROWN M T，ULGIATI S.Emergy assessment of global renewable sources［J］.Ecological modelling，2016，339：148-156.

［20］ 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.

［21］ LI L J，LU H F，REN H，et al.Emergy evaluations of three aquaculture systems on wetlands surrounding the Pearl River Estuary，China［J］.Ecological indicators，2011，11（2）：526-534.

［22］ BRANDT-WILLIAMS S L.Folio 4：Emergy of Florida agriculture［M］//Center for Environmental Policy.Handbook of emergy evaluation.Gainesville，F(xiàn)L，USA：Environmental Engineering Science，

University of Florida，2002.

［23］ BROWN M T，BARDI E.Folio 3：Emergy of ecosystems［M］//Center for Environmental Policy.Handbook of emergy evaluation.Gainesville，F(xiàn)L，USA：Environmental Engineering Science，University of Florida，2001.

［24］ XU Q，WANG X L，XIAO B，et al.Rice-crab coculture to sustain cleaner food production in Liaohe River Basin，China： An economic and environmental assessment［J］.Journal of cleaner production，2019，208：188-198.

［25］ LOU B，ULGIATI S.Identifying the environmental support and constraints to the Chinese economic growth-An application of the Emergy Accounting method［J］.Energy policy，2013，55：217-233.

［26］ LOU B，QIU Y H，ULGIATI S.Emergy-based indicators of regional environmental sustainability：A case study in Shanwei，Guangdong，China［J］.Ecological indicator，2015，57：514-524.

［27］ BULLER L S，BERGIER I，ORTEGA E，et al.Dynamic emergy valuation of water hyacinth biomass in wetlands：An ecological approach［J］.Journal of cleaner production，2013，54：177-187.

［28］ YANG J，CHEN B.Emergy analysis of a biogas-linked agricultural system in rural China-A case study in Gongcheng Yao Autonomous County［J］.Applied energy，2014，118：173-182.

［29］ 黃黃，時宇，冉珊珊，等.基于能值理論的農(nóng)田—畜禽生產(chǎn)系統(tǒng)可持續(xù)動態(tài)［J］.自然資源學(xué)報，2020，35（4）：869-883.

［30］ HOU J，WANG X L，XU Q，et al.Rice-crayfish systems are not a panacea for sustaining cleaner food production［J］.Environmental science and pollution research，2021，28（18）：22913-22926.

［31］ BROWN M T，ULGIATI S.Emergy-based indices and ratios to evaluate sustainability： Monitoring economies and technology toward environmentally sound innovation［J］.Ecological engineering，1997，9（1/2）：51-69.

［32］ 郜紅娟，韓會慶，張朝瓊.貴州農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值時空分異研究［J］.水土保持研究，2013，20（5）：266-270，277.

［33］ 胡欒欒.基于能值分析評價稻-再-鴨生態(tài)種養(yǎng)模式的可持續(xù)性［D］.武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2022.

［34］ 孫海燕.基于能值分析的我國花生生產(chǎn)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展研究［D］.長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015.

［35］ 周淑梅，武菁，王國貞.華北平原農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價及灌溉效益分析［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2017，25（9）：1360-1370.