基于能值理論的鹽城市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)分析

楊志平

（1．鹽城師范學院 城市與資源環(huán)境學院，江蘇 鹽城224051；2．江蘇沿海開發(fā)研究院，江蘇 鹽城224051）

20世紀80年代美國著名生態(tài)學家H．T．Odum教授創(chuàng)立了能值分析理論和方法，即將以前不可比較但又密切聯(lián)系的各種能量 （能量流、物質(zhì)流、經(jīng)濟流、信息流）用一個共同的尺度——太陽能值來統(tǒng)一衡量，由于物質(zhì)的能值轉(zhuǎn)化率相對其市場貨幣價格來講，充分考慮了自然界對它形成的貢獻，并賦予了一定的價值，減少了用貨幣來表現(xiàn)它時由于供求關(guān)系的改變、通貨膨脹等經(jīng)濟因素的干擾而出現(xiàn)的偏差，所以也就更能表現(xiàn)出它的真實價值［1－7］。90年代以來，能值分析的研究在國內(nèi)外都得到了迅速的發(fā)展，研究領(lǐng)域主要集中在理論方法和實踐兩個方面，在理論上，H．T．Odum［1，3－4］、Ulgiati［8］、藍盛芳、嚴茂超［5，9－10］等經(jīng)過大量實踐研究提出了一些新的能值評估指標，對一些物質(zhì)能量的能值轉(zhuǎn)化率進行了估算。在實踐上，李雙成等［11］許多學者運用能值分析的方法在國家、省區(qū)、都市以及縣域等不同尺度地域上進行了生態(tài)經(jīng)濟分析和評估；黃書禮［12］對城市生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)、自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)進行了能值分析研究；趙欣勝等［13］對土地資源、水資源和各類礦產(chǎn)資源進行了能值分析評估。但是對沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的研究鮮有報道。

本文利用能值分析理論方法，對鹽城市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀進行定量分析和評價。通過定量分析鹽城市自然環(huán)境和人工輔助能能量投入和產(chǎn)出的總體能流能值，評價其環(huán)境資源能值基礎、能值投入和生產(chǎn)力水平，為合理開發(fā)農(nóng)業(yè)環(huán)境資源，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

鹽城地處北緯32°34′—34°28′，東經(jīng)119°27′—120°54′。鹽城是江蘇省土地面積最大、海岸線最長的地級市，全市土地總面積16 972km2，是江蘇省最大、最具潛力的土地后備資源。鹽城市屬于北亞熱帶季風氣候向南暖溫帶季風氣候過渡的地帶。一般以灌溉總渠為界，渠南為北亞熱帶氣候帶，渠北為南暖溫帶氣候帶。由于東臨黃海，海洋調(diào)節(jié)作用非常明顯。主要特點是季風盛行，四季分明，雨水豐沛，雨熱同期，光照充足，無霜期長。這種氣候既有利于稻、麥、棉花的生長，又有利于大豆、油菜、花生等油料作物以及蔬菜和果樹的種植；也有利于魚、蟹、對蝦、貝類等水產(chǎn)品的養(yǎng)殖。全市太陽年輻射總量為485．7～505．8 kJ／cm2；全年光照時間平均2 280h；年平均氣溫為13．7～14．5℃；年降水總量為785．2～1 309．5mm［14］。

2 研究方法

2．1 能值理論概述

能值分析將不同來源、不同性質(zhì)的能量轉(zhuǎn)換為同一性質(zhì)的能值，以此作為衡量各種能量的客觀標準和價值尺度，在實際應用中以太陽能值作為標準，將不同的能量通過能值轉(zhuǎn)換率統(tǒng)一為太陽能值（sej），以此對生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各級別的能量進行分析評價。能值分析理論和方法可定量評價自然環(huán)境在系統(tǒng)生產(chǎn)中的貢獻價值，彌補了傳統(tǒng)的能量評價方法無法考慮自然環(huán)境價值的不足，有助于區(qū)域國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展能力的研究。

能值轉(zhuǎn)換率是能值分析中另一重要概念，它是指單位某物質(zhì)（g）或能量（J）所含能值之量。實際使用的是太陽能值轉(zhuǎn)換率，即單位能量或物質(zhì)所含太陽能值之量。單位為太陽能／焦耳（或克），即sej／J或sej／g。能值轉(zhuǎn)換率是衡量能質(zhì)和能級的尺度。

2．2 能值指標體系

（1）凈能值產(chǎn)出率：是衡量系統(tǒng)產(chǎn)出對經(jīng)濟貢獻大小的指標。其值越高，表明系統(tǒng)獲得一定的經(jīng)濟能值投入，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品能值（產(chǎn)出能值）越高，即系統(tǒng)的生產(chǎn)效率越高［10］。

（2）能值投入率：用來判定經(jīng)濟活動在一定條件下的競爭力，也可以作為指標用于測知環(huán)境資源條件對經(jīng)濟活動的負荷量。過大的經(jīng)濟投入，輸入大量購進的能值，將使其生產(chǎn)的產(chǎn)品競爭力降低。相反，如果系統(tǒng)具有較低的能值投入率，即意味著經(jīng)濟投資率低，需要購買的能值較少，其產(chǎn)品以較低的價格出售。一個經(jīng)濟系統(tǒng)要有競爭力，必須具有低能質(zhì)的可更新資源與高能質(zhì)的能量適當搭配，即必須遵循能值搭配原則。

（3）環(huán)境承載力：是對經(jīng)濟系統(tǒng)的一種警示，若系統(tǒng)長期處于較高的環(huán)境負荷率，系統(tǒng)將產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的功能退化或喪失。從能值分析角度來看，外界大量低能質(zhì)的輸入以及過度開發(fā)本地不可更新資源是引起環(huán)境系統(tǒng)惡化的主要原因。

（4）能值密度、人均能值用量和人均能值產(chǎn)出量：是有效反映人民生活水平和經(jīng)濟發(fā)展程度的3個指標。

（5）評價系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展性能的指標：評價農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力，需要建立評價系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展性能的特定指標?？沙掷m(xù)發(fā)展要求既要促進經(jīng)濟、社會的發(fā)展，又要保持生態(tài)環(huán)境的健康，即在不給予生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)較大環(huán)境壓力的前提下，謀求較高的經(jīng)濟收益。因此，以能值產(chǎn)出率×能值交換率／環(huán)境負載率為指標，來評價生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力。

2．3 能值分析方法

根據(jù)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)運行特征，其能值投入結(jié)構(gòu)可分為：（1）輸入能值?？筛碌馁Y源能值，包括太陽能、雨水能等能值；不可更新的工業(yè)輔助能能值，包括化肥（氮肥、磷肥、鉀肥等）、農(nóng)藥、農(nóng)機具、農(nóng)膜等能值；可更新的有機能能值，包括人力、有機肥等能值。（2）輸出能值。種植業(yè)能值，包括水稻、小麥、棉花、蔬菜等能值；林果業(yè)能值，包括木材、水果等能值；畜牧業(yè)，包括肉類、禽蛋、蜂蜜等能值；水產(chǎn)業(yè)，包括淡水養(yǎng)殖和海水養(yǎng)殖等能值。系統(tǒng)中投入的有機能（勞力、畜力等）和工業(yè)輔助能（化肥、農(nóng)藥、農(nóng)機具等）以及系統(tǒng)中輸出的種植業(yè)產(chǎn)品（稻谷、蔬菜等作物）、畜禽產(chǎn)品（豬肉、禽蛋等）、林產(chǎn)品和水產(chǎn)品的能值計算，是根據(jù)《鹽城統(tǒng)計年鑒》資料及其它相關(guān)資料提供的數(shù)據(jù)進行的，能量折算系數(shù)主要來自于《農(nóng)業(yè)生態(tài)學教程》［15］和《農(nóng)業(yè)技術(shù)經(jīng)濟手冊》［16］等，能值轉(zhuǎn)換率主要來自于 H．T．Odum［1］和《生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值分析》［10］，能量流以J為單位，物質(zhì)流以g為單位。各類別生態(tài)流量統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為相應的太陽能值。

式中：M——太陽能值（單位為sej）；τ——太陽能值轉(zhuǎn)換率；B——可用能。表1中具體項目的能源轉(zhuǎn)換率參見文獻［17－19］，并根據(jù)鹽城市具體情況作適當調(diào)整。

3 結(jié)果與分析

3．1 鹽城市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投入分析

鹽城市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能值總投入包括可更新的環(huán)境資源、不可更新的環(huán)境資源、不可更新的工業(yè)輔助能和可更新的有機能新的環(huán)境資源，不可更新環(huán)境資源能值的比例最小。從能值投入動態(tài)來看，系統(tǒng)能值總投入呈上升趨勢，從1995年的6．70×1021sej上升到2010年的1．14×1022sej，增幅達70．15%（表1）。

表1 1995－2010年鹽城市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投入分析

3．2 鹽城市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值產(chǎn)出分析

鹽城市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值總產(chǎn)出從1995年的4．25×1022sej增加到2005年的9．52×1022sej，增幅達224%（表2）。其中，1995年種植業(yè)、林果業(yè)、畜牧業(yè)和水產(chǎn)業(yè)子系統(tǒng)的能值產(chǎn)出分別占總產(chǎn)出的54．59%，4．42%，29．41%，11．58%，2005年種植業(yè)、林果業(yè)、畜牧業(yè)和水產(chǎn)業(yè)子系統(tǒng)的能值產(chǎn)出分別占總產(chǎn)出的44．85%，2．22%，31．62%，21．31%，種植業(yè)和林果業(yè)的能值產(chǎn)出比例在下降，而畜牧業(yè)和水產(chǎn)業(yè)的能值產(chǎn)出比例在上升。其子系統(tǒng)的能值產(chǎn)出比例在1995—2010年間均是種植業(yè)＞畜牧業(yè)＞水產(chǎn)業(yè)＞林果業(yè)。鹽城市是農(nóng)業(yè)大市，以經(jīng)濟產(chǎn)值計算種植業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)時，人們在傳統(tǒng)的種植業(yè)中所投入的勞動量是最多的，種植業(yè)的經(jīng)濟產(chǎn)值也就成為整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主體部分。種植業(yè)、畜牧業(yè)能值占鹽城市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)總產(chǎn)值的大部分，構(gòu)成了鹽城農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的兩大支柱。但隨著市場經(jīng)濟發(fā)展和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，鹽城市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)由種植業(yè)和畜牧業(yè)為主體向多種經(jīng)營方式轉(zhuǎn)變，鹽城灘涂資源豐富，目前，境內(nèi)射陽河口以南沿海地段還以每年10km2的速度向大海延伸，新圍墾的灘涂資源除少量用于工業(yè)和建筑用地外，大量被用于養(yǎng)殖螃蟹、對蝦等高附加值水產(chǎn)品，水產(chǎn)品能值投入迅速增加。

表2 1995－2010年鹽城市農(nóng)業(yè)態(tài)系統(tǒng)能值產(chǎn)出分析

3．3 鹽城市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值指標分析

采用鹽城市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)主要資源及貨幣流的原始數(shù)據(jù)，計算其能值流及貨幣流，建立系統(tǒng)主要的能值指標（表3），分析系統(tǒng)的運行態(tài)勢。

表3 1995－2010年鹽城市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值評估指標體系

（1）能值比率。1995—2005年，鹽城市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境能值資源比率和有機輔助能值比率在不斷下降，分別從1995年的0．27和0．33下降到2010年的0．17和0．10。工業(yè)輔助能值比率增加迅速，從1995年的0．40上升到2010年的0．73。購買能值比率從1995年的0．73上升到2010年的0．83，與傳統(tǒng)的自然農(nóng)業(yè)依靠自然條件和有機能，鹽城市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)依賴不可更新的工業(yè)輔助能程度越來越高。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式發(fā)生了一定的變化，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的勞力和畜力等有機輔助能逐漸被農(nóng)機、化肥等工業(yè)輔助能所替代。

（2）能值產(chǎn)出率。鹽城市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的凈能值產(chǎn)出率從1995年的8．74上升到2010年的11．12，這與鹽城市的地理區(qū)域有關(guān)。鹽城市東臨黃海，降水豐富，日照時間長，區(qū)域內(nèi)土壤質(zhì)地松散，特別適于農(nóng)作物及經(jīng)濟作物的生長。鹽城市農(nóng)業(yè)的凈能值產(chǎn)出率高于江蘇省的4．17［20］和日本的1．08［21］，說明鹽城市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)效率高。

（3）能值投入率。鹽城市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投入率從1995年的2．64上升到2010年的4．78，略低于全國農(nóng)業(yè)系統(tǒng)能值投入率（4．93）［21］，而高于江蘇省 （3．52）［20］，低 于 日 本 （14．03）［21］、意 大 利（8．52）［21］，表明鹽城市農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展程度略高于江蘇省平均水平而遠低于發(fā)達國家水平。由此可見鹽城市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入的購買能值小于發(fā)達國家的投入量，其輸出產(chǎn)品的生產(chǎn)成本低，農(nóng)產(chǎn)品的附加值不高，農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)水平較低，大部分農(nóng)產(chǎn)品直接作為原材料輸出，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展對環(huán)境的依賴程度較高。

（4）環(huán)境承載力。2010年鹽城市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境承載力為4．92，高于全國的平均水平（2．80），而低于美國 （7．06）、日本（14．49）等發(fā)達國家，這說明鹽城市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)還主要依靠輸入能值和不可更新資源，生產(chǎn)方式對環(huán)境的壓力較大，對可更新資源的利用還處于較低水平。

（5）能值密度、人均能值用量和人均能值產(chǎn)出量。2010年鹽城市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能值密度為6．79×1011sej／m2，稍高于江蘇省的平均能值密度6．57×1011sej／m2，遠大于全國的平均水平 1．32×1011sej／m2；人均能值用量為1．40×1015sej／人，低于江蘇省的4．64×1015sej／人和全國的5．89×1015sej／人；人均能值產(chǎn)出1．17×1016sej／人，低于江蘇省的1．51×1017sej／人和全國的3．90×1017sej／人［16］，這與鹽城市農(nóng)村經(jīng)濟增長的現(xiàn)實狀況相吻合。

（6）可持續(xù)發(fā)展性能指標。能值產(chǎn)出率大，而環(huán)境負載率低。根據(jù)Odum等［1］的研究，1＜ESI＜10表明生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)具有較強的可持續(xù)性；ESI＞10時表明對資源的利用不夠；而ESI＜1則預示著環(huán)境負載率較高的耗竭型生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)。鹽城市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展指標在2005—2010年間均在0．97左右，按照Uigiati［8］的觀點，能值可持續(xù)指標于小于1的生態(tài)系統(tǒng)屬于消費型的生態(tài)系統(tǒng)。由此說明，鹽城市農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)屬于消費型的生態(tài)系統(tǒng)，其特點是環(huán)境負載率較高，但生產(chǎn)效率并不高，即凈能值產(chǎn)出相對較低，可持續(xù)發(fā)展水平不高。

4 結(jié)論與建議

（1）鹽城市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)凈產(chǎn)出效率較高，但高能質(zhì)的科技、物資等能值投入量較少，環(huán)境承載壓力大，可持續(xù)發(fā)展能力較低，其區(qū)域內(nèi)的環(huán)境資源未得到最佳效益的開發(fā)利用，有進一步開拓和優(yōu)化的潛能。

（2）在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可更新有機能使用較少，多依賴不可更新工業(yè)輔助能，包括化肥、農(nóng)藥、燃料等的大量投入，造成空氣、土壤污染，河流富營養(yǎng)化。這也是系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展性能指標較低的主要原因。

（3）由于氣候條件的變化，可更新的環(huán)境資源能值投入呈現(xiàn)一種波動狀態(tài)，鹽城市面臨黃海，風能資源豐富，近年來該地區(qū)利用風力資源，積極發(fā)展綠色環(huán)保能源，風能在能值投入中呈上升趨勢。由于農(nóng)村剩余勞動力進城務工和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展，人力資源能值投入呈逐年下降趨勢。不可更新的環(huán)境資源能值投入，即土壤表土層損耗也持續(xù)增加，具體表現(xiàn)為土壤保持養(yǎng)分能力下降，水土流失現(xiàn)象嚴重，農(nóng)田面源污染突出，需投入大量的總輔助能才能保證農(nóng)業(yè)的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，不利于土壤生態(tài)環(huán)境的保護和可持續(xù)發(fā)展。

鹽城市的農(nóng)業(yè)發(fā)展水平不高，其生產(chǎn)方式不利于系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，因此在今后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，以鹽城為代表的沿海區(qū)域可以從以下幾個方面考慮：

（1）優(yōu)化沿海區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值的投入結(jié)構(gòu)，減少化肥、農(nóng)藥等不可更新工業(yè)輔助能的投入，積極建設綠色農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)，大力開發(fā)利用風能和光能資源，確保對環(huán)境資源的保護與合理開發(fā)利用，增加高能值投入所占的比例，緩解系統(tǒng)的內(nèi)在環(huán)境資源壓力，提高環(huán)境資源的使用效率。

（2）優(yōu)化沿海區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值的產(chǎn)出結(jié)構(gòu)，調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，優(yōu)化升級產(chǎn)業(yè)模式，充分運用沿海區(qū)域農(nóng)業(yè)資源充足的優(yōu)勢，加大對農(nóng)產(chǎn)品深加工企業(yè)的引進與設立，增加出口產(chǎn)品附加值，提高高能值產(chǎn)品的輸出比例。

（3）因地制宜，充分發(fā)揮沿海區(qū)域豐富的自然資源優(yōu)勢，合理開發(fā)沿海區(qū)域海陸資源，積極利用其便捷的海陸交通網(wǎng)，拓展農(nóng)業(yè)特別是深加工農(nóng)產(chǎn)品出口的空間，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟價值。

（4）加強沿海區(qū)域農(nóng)業(yè)的開發(fā)力度及其與外界的物質(zhì)、能量和信息交流。為促進農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，采取一系列優(yōu)惠政策，吸引優(yōu)秀的農(nóng)業(yè)技術(shù)和食品研發(fā)人才建設和開發(fā)沿海區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。合理地開發(fā)利用人力資源和自然環(huán)境資源，沿海區(qū)域農(nóng)業(yè)的發(fā)展?jié)摿⒌玫礁蟮陌l(fā)揮。

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