石家莊市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值演變趨勢(shì)分析

李雙江　胡亞妮

摘要：應(yīng)用能值分析方法對(duì)2005-2010年石家莊市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值總量、投入和產(chǎn)出結(jié)構(gòu)以及各能值指標(biāo)的變化進(jìn)行了趨勢(shì)分析。結(jié)果表明，研究期石家莊農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)總能量投入呈下降趨勢(shì)，總能值產(chǎn)出基本保持平穩(wěn)，投入產(chǎn)出效率提高了8.1%。能值投入結(jié)構(gòu)基本未變，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要依附于工業(yè)輔助能的投入；總能值產(chǎn)出中牧業(yè)和種植業(yè)的比重發(fā)生了一定的此消彼長，種植業(yè)能值消費(fèi)向谷物和水果轉(zhuǎn)移，牧產(chǎn)品消費(fèi)由豬、牛、羊肉向家禽、奶類和蜂蜜轉(zhuǎn)移；石家莊市農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)整體功能較好，對(duì)自然資源的依賴性低，糧食生產(chǎn)安全性較高，但總輔助能投入增長空間不大；石家莊農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可持續(xù)性與較大的發(fā)展空間，同時(shí)對(duì)環(huán)境和資源產(chǎn)生了一定的壓力。石家莊市應(yīng)調(diào)整其農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投入和產(chǎn)出結(jié)構(gòu)，加大科技投入，發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，促進(jìn)其可持續(xù)性。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)；能值；演變趨勢(shì)；石家莊市

中圖分類號(hào)：F323.22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）06-1469-05

2008年末，中國人均耕地面積約為0.092 hm2，僅為世界平均水平的42.8%。如何利用有限的環(huán)境資源滿足不斷增大的糧食需求，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展成為中國面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一。為了滿足日益增長的消費(fèi)需求，對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)調(diào)控和影響越來越突出，主要表現(xiàn)為化肥、農(nóng)藥、農(nóng)業(yè)用水、機(jī)械、勞動(dòng)力和信息的大量投入，這使得農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能不斷遭到破壞。因此，如何合理地進(jìn)行資源的投入，提高農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展的可持續(xù)性已成為當(dāng)前廣受關(guān)注的課題[1-8]。

石家莊市位于河北省中南部，西高東低，西部地處太行山中段東坡，東部為沖積平原，屬溫帶大陸性半濕潤半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明、雨熱同季，多年平均氣溫13.4 ℃、降水量534.4 mm、無霜期210 d、日照時(shí)數(shù)2 426.9 h、≥10 ℃的積溫4 553.6 ℃，可滿足一年兩熟（冬小麥-玉米）的熱量需要。西部山地丘陵以棕壤、褐土為主，東部沖積平原以潮土為主，耕地復(fù)種指數(shù)1.7左右，適宜生長小麥、玉米、豆類等多種農(nóng)作物，是河北省乃至北方地區(qū)糧食高產(chǎn)區(qū)。運(yùn)用能值分析方法，對(duì)石家莊市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)2005-2010年能值總量、投入和產(chǎn)出結(jié)構(gòu)以及各能值指標(biāo)的變化進(jìn)行趨勢(shì)分析，以期為農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)，也為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供理論參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 能值分析理論

能值分析理論是由著名生態(tài)學(xué)家Odum[9]于20世紀(jì)80年代創(chuàng)立的。所謂能值是一種流動(dòng)或貯存的能量中所包含的另一種類別能量的數(shù)量，即產(chǎn)品或勞務(wù)形成過程中直接或間接投入應(yīng)用的一種有效能量[10]。能值分析以能值為基準(zhǔn)，把生態(tài)系統(tǒng)或生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中不同種類的能量通過能值轉(zhuǎn)換率轉(zhuǎn)換成同一標(biāo)準(zhǔn)的太陽能值（單位太陽能焦耳，縮寫為sej）來衡量系統(tǒng)中的各種生態(tài)流。將物質(zhì)或能量轉(zhuǎn)化為太陽能值的基本表達(dá)式為：M=τB，式中M為太陽能值（sej），τ為太陽能值轉(zhuǎn)換率，B為可用能[11]。

能值分析理論克服了傳統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)分析方法的不足，可以定量分析生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能，得出一系列能值綜合分析指標(biāo)，從而評(píng)價(jià)各種生態(tài)流在系統(tǒng)中的作用和地位，定量分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能特征與生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益，以了解人類社會(huì)對(duì)環(huán)境的影響和資源的利用狀況，為正確處理人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)與自然環(huán)境的關(guān)系和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)[1，12-14]。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

數(shù)據(jù)主要源于2006-2011年石家莊市統(tǒng)計(jì)年鑒、中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒等。能值轉(zhuǎn)換率和能量折算系數(shù)參考《農(nóng)業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)手冊(cè)》、《生態(tài)系統(tǒng)能值分析》[15]和其他相關(guān)研究成果[11，16]。能值投入和產(chǎn)出根據(jù)石家莊市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)一步細(xì)分，將能值投入分為：可更新環(huán)境資源能值投入、不可更新環(huán)境資源能值投入、不可更新工業(yè)輔助能值投入、可更新有機(jī)能值投入；將能值產(chǎn)出分為：種植業(yè)能值產(chǎn)出、林業(yè)能值產(chǎn)出、牧業(yè)能值產(chǎn)出、漁業(yè)能值產(chǎn)出。根據(jù)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)構(gòu)建功能指標(biāo)（能值自給率、能值投入率）和可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)（凈能值產(chǎn)出率、環(huán)境負(fù)載率和可持續(xù)發(fā)展指數(shù)）等進(jìn)行定量分析。

基于以上分類對(duì)石家莊市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)2005-2010年各種生態(tài)流變動(dòng)情況進(jìn)行計(jì)算，分別得到2005-2010年農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投入（表1）、2005-2010年農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值產(chǎn)出（表2）、2005-2010年農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值分析指標(biāo)（表3）。

2 結(jié)果分析

2.1 能值投入結(jié)構(gòu)分析

2005-2010年，石家莊市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)總能量投入呈下降趨勢(shì)，由2005年的1.59E+22sej降低到2010年的1.48E+22sej（表1），減少了6.5%。其中，除工業(yè)輔助能比率稍有下降外（83.2%到82.4%），可更新環(huán)境資源、不可更新環(huán)境資源、可更新有機(jī)能值占總投入的比率基本保持不變。從能值看，可更新有機(jī)能略有增加，由7.23E+20sej增至7.49E+20sej，增幅為3.5%；可更新環(huán)境資源能值、不可更新環(huán)境資源能值和不可更新工業(yè)輔助能值投入都有所降低，降幅分別為3.5%、2.5%和7.5%。

2.1.1 可更新環(huán)境資源能值投入分析 雨水化學(xué)能的變化是可更新環(huán)境資源能值投入降低的主要原因，說明降水對(duì)該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有非常重要的作用。石家莊市光合有效輻射和耕地資源均較為豐富，但水資源相對(duì)緊缺，該地區(qū)多年平均水資源總量為21.6億m3，2010年人均水資源量僅為244 m3，不到全國人均水資源量的1/9，屬中國水資源最緊缺的地區(qū)之一。在嚴(yán)重的水資源供求矛盾下，水利和農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)對(duì)于穩(wěn)定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)至關(guān)重要。

2.1.2 可更新有機(jī)能值投入分析 研究期，用工總投入是該地區(qū)可更新有機(jī)能值的70.0%，可見石家莊市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)。2010年底，石家莊市第一產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員368.5萬人，占鄉(xiāng)村勞動(dòng)力資源數(shù)的91.7%，占全市人口的36.0%，很難在短期實(shí)現(xiàn)農(nóng)村剩余勞動(dòng)力的完全轉(zhuǎn)移。因此，應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)林牧副漁相結(jié)合，走集約高效可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)之路，提高區(qū)域農(nóng)業(yè)自身吸收剩余勞動(dòng)力的能力。

2.1.3 不可更新資源能值投入分析 不可更新資源能值投入包括不可更新環(huán)境資源投入和不可更新工業(yè)輔助能投入兩部分。前者主要為表土流失能，由于石家莊市屬于半濕潤半干旱氣候，且年降雨量有減少趨勢(shì)，導(dǎo)致該地區(qū)不可更新資源能值年投入量較低，僅為工業(yè)輔助能值投入的0.3%～0.4%。工業(yè)輔助能值占總能值投入的比率在82.0%以上，說明該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要依附于不可更新的工業(yè)輔助能值投入，由此帶來一系列問題，如化肥和農(nóng)藥的不合理和過量使用，造成資源浪費(fèi)、生產(chǎn)成本增加和環(huán)境污染。

2.2 能值產(chǎn)出結(jié)構(gòu)分析

2005-2010年，石家莊市年總能值產(chǎn)出基本保持平穩(wěn)，由1.29E+23sej增長到1.30E+23sej，增長了0.8%（表2）。種植業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)和漁業(yè)的量比關(guān)系由2005年的12.23∶0.01∶87.51∶0.25變?yōu)?010年的14.57∶0.01∶85.14∶0.29。其中，牧業(yè)和種植業(yè)能值的量比關(guān)系發(fā)生了一定的此消彼長，牧業(yè)能值比重由87.5%下降為85.1%，種植業(yè)能值比重由12.2%增至14.6%。這種結(jié)構(gòu)性變化是在政府農(nóng)業(yè)政策和市場的雙重影響下，石家莊市農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整的結(jié)果。

2005-2010年，石家莊市種植業(yè)能值產(chǎn)出增長了20.3%，其中谷物增長速度最快（116.6%），其次是水果（22.1%）和是小麥（2.9%），秋收豆類、薯類、棉花、油料和蔬菜瓜果分別下降了45.7%、23.3%、20.2%、10.6%和10.0%。說明人們?cè)诩Z食作物的消費(fèi)上向谷物和水果轉(zhuǎn)移。

2005-2010年，牧業(yè)能值產(chǎn)出比重保持在較高水平，但其構(gòu)成變化很大，牛肉、豬肉和羊肉的能值產(chǎn)出6年間分別下降了50.7%、35.0%和34.9%，而家禽、奶類和蜂蜜的能值產(chǎn)出分別增長了10.5%、53.9%和62.5%。說明人們消費(fèi)質(zhì)量的進(jìn)一步提升，由以消費(fèi)豬、牛、羊肉為主向家禽、奶類和蜂蜜等更保健的畜牧產(chǎn)品轉(zhuǎn)移。

石家莊市林業(yè)和漁業(yè)能值產(chǎn)出所占比重很小。2005-2006年，林業(yè)能值產(chǎn)出基本不變，2007-2009年，能值產(chǎn)出呈不斷降低趨勢(shì)，2010年又有所上升，這可能是林業(yè)政策的實(shí)施所導(dǎo)致；漁業(yè)能值產(chǎn)出6年間增長了17.2%，這主要是由于人們水產(chǎn)品的消費(fèi)需求增長較快所造成的。

2.3 能值指標(biāo)分析

2.3.1 凈能值產(chǎn)出率 凈能值產(chǎn)出率是總能值產(chǎn)出與總輔助能值投入的比率，其值越高，表明系統(tǒng)的生產(chǎn)效率越高，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)越有競爭力。石家莊市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)凈能值產(chǎn)出率從2005年到2010年下降了3.6%，呈現(xiàn)出波動(dòng)的微弱下降趨勢(shì)。凈能值產(chǎn)出率低于同期的天津市[5]，但遠(yuǎn)高于承德市[17]和德州市[18]，說明石家莊市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)凈能值產(chǎn)出率處于較高水平，農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)整體功能較好，運(yùn)轉(zhuǎn)效率和能值回報(bào)率較高，產(chǎn)品具有較強(qiáng)的市場競爭力。

2.3.2 能值自給率和能值投入率 能值自給率是總環(huán)境能值投入與總能值投入的比率，而能值投入率是總輔助能值投入與總環(huán)境能值投入的比率。能值自給率越低，能值投入率越高，系統(tǒng)對(duì)經(jīng)濟(jì)投入依賴程度越大。2005-2010年石家莊市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的能值自給率表現(xiàn)為先升高后降低，而能值投入率則呈波動(dòng)上升趨勢(shì)（表3），表明系統(tǒng)對(duì)自然環(huán)境的依賴程度先升后降，對(duì)經(jīng)濟(jì)投入依賴性增強(qiáng)。能值投入率從2005年到2010年上升了8.5%，高于同期周邊的天津市[5]、承德市[17]和德州市[18]等地區(qū)，說明石家莊市農(nóng)業(yè)對(duì)自然資源的依賴性低，糧食生產(chǎn)安全性較高，且總輔助能投入增長空間不大。

2.3.3 環(huán)境負(fù)載率 環(huán)境負(fù)載率指不可更新環(huán)境資源能值投入和不可更新工業(yè)輔助能值投入之和與可更新環(huán)境資源能值投入的比率。較高的環(huán)境負(fù)載率說明在經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中存在高強(qiáng)度的能值利用和高水平的科技力量，會(huì)對(duì)環(huán)境系統(tǒng)保持較大的壓力。若長期處于較高的環(huán)境負(fù)載率下，系統(tǒng)將產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的功能退化或喪失[19]。石家莊市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境負(fù)載率由2005年到2010年下降了6.1%，呈現(xiàn)出波動(dòng)下降趨勢(shì)，低于同期的天津市[5]和德州市[18]，高于承德市[17]，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家水平。一方面，說明石家莊的農(nóng)業(yè)發(fā)展遠(yuǎn)未達(dá)到高投入高產(chǎn)出的狀態(tài)，仍有很大的發(fā)展?jié)摿Γ涣硪环矫?，也表明石家莊市農(nóng)業(yè)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境和資源有一定的壓力，其自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)還不協(xié)調(diào)，環(huán)境資源系統(tǒng)效益不高。因而，應(yīng)加大科技管理投入，發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，提高資源的利用效率，減少對(duì)環(huán)境的污染。

2.3.4 系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展指數(shù) 可持續(xù)發(fā)展指數(shù)（ESI）指能值產(chǎn)出率與環(huán)境負(fù)載率的比值，該指數(shù)能夠較客觀地說明區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力。當(dāng)110時(shí)，該區(qū)域?qū)Y源的開發(fā)利用不夠，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)；當(dāng)ESI<1時(shí)，該區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)屬于高消費(fèi)驅(qū)動(dòng)型生態(tài)系統(tǒng)，本地不可更新資源的利用較大。2005-2010年石家莊農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展指數(shù)在1.67～2.39之間波動(dòng)，說明其農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可持續(xù)性與較大的發(fā)展空間，農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性波動(dòng)較大，這與農(nóng)業(yè)政策具有關(guān)聯(lián)性?；蒉r(nóng)政策調(diào)動(dòng)了農(nóng)民的生產(chǎn)積極性，總輔助能值和不可更新工業(yè)輔助能投入增加，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性減弱。

3 結(jié)論

運(yùn)用能值分析對(duì)石家莊市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)2005-2010年能值投入與產(chǎn)出情況進(jìn)行了計(jì)算與分析，并對(duì)其功能和可持續(xù)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，得到以下結(jié)論：①研究期，石家莊農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)總能值投入呈下降趨勢(shì)，總能值產(chǎn)出基本保持平穩(wěn)，投入產(chǎn)出效率提高了8.1%。②水資源短缺是石家莊市農(nóng)業(yè)發(fā)展最大的制約因素，應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和提高水資源利用效率；能值投入結(jié)構(gòu)基本未變，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要依附于工業(yè)輔助能的投入，造成資源浪費(fèi)、生產(chǎn)成本增加和環(huán)境污染，要改變現(xiàn)有的勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)模式，走農(nóng)林牧副漁相結(jié)合的可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)之路；牧業(yè)和種植業(yè)在總能值產(chǎn)出中比重發(fā)生了一定的此消彼長，種植業(yè)能值消費(fèi)向谷物和水果轉(zhuǎn)移，牧產(chǎn)品消費(fèi)由豬、牛、羊肉向家禽、奶類和蜂蜜轉(zhuǎn)移。③石家莊市農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)整體功能較好，產(chǎn)品具有較強(qiáng)的市場競爭力，其對(duì)自然資源的依賴性低，糧食生產(chǎn)安全性較高，但總輔助能投入增長空間不大。④石家莊農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可持續(xù)性與較大的發(fā)展空間，農(nóng)業(yè)可持續(xù)性受農(nóng)業(yè)政策的影響。同時(shí)對(duì)環(huán)境和資源產(chǎn)生了一定的壓力，應(yīng)加大科技管理投入，發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)。

結(jié)果存在一定的誤差。一方面，能量轉(zhuǎn)換系數(shù)和能值轉(zhuǎn)換率參考了相關(guān)的研究成果，但由于地區(qū)之間生產(chǎn)水平與效益等因素存在差異，可能造成一定的誤差；另一方面，個(gè)別數(shù)據(jù)（如種子用量）無法調(diào)查得到，通過估算（種子用量=當(dāng)年糧食產(chǎn)量的2.0%）會(huì)造成一定的誤差。這些都有待于進(jìn)一步探討。

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