云南藏區(qū)縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值分析

馬如彪，劉 云，王金亮，速紹華，王艷英，宋 嘉

（1.楚雄師范學(xué)院，云南 楚雄675000；2.云南師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院，昆明650500）

過分地追求農(nóng)業(yè)資源的經(jīng)濟價值，而忽略了農(nóng)業(yè)資源的生態(tài)價值，致使出現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境污染、生物多樣性減少、水土流失等諸多問題。為了改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，有必要評估農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的價值。Odum創(chuàng)立的一種以能值為測量單位的環(huán)境—經(jīng)濟系統(tǒng)綜合核算方法，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)資產(chǎn)的評估研究中［1－2］。近20a來，國外學(xué)者將該理論廣泛應(yīng)用于評價以生態(tài)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的環(huán)境資源、經(jīng)濟投入、發(fā)展模式以及環(huán)境政策等方面，國內(nèi)學(xué)者則主要集中于研究農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)能值分析［3－4］。目前，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值分析的研究區(qū)域尺度主要是全國和省域，而以縣域尺度的區(qū)域為研究對象的研究案例較少，特別是西部地區(qū)的縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值的研究成果鮮見報道［5－6］。

1 研究區(qū)概況

香格里拉縣（99°20′—100°19′E，26°52′—28°52′N）位于云南省西北部，青藏高原東南緣橫斷山脈腹地，迪慶藏族自治州東部，面積為11 613km2［7］。縣境最高海拔5 545m，最低海拔1 503m，最大高差4 042m，平均海拔3 459m［8］。2011年全縣總?cè)丝跒?7.46萬人，農(nóng)業(yè)人口14.75萬人［9］。香格里拉縣屬于滇西北三江并流自然遺產(chǎn)核心區(qū)，具有豐富的自然和人文旅游資源，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，其旅游業(yè)迅速發(fā)展，“香格里拉探秘旅游”也被列為“中國十大生態(tài)旅游精品線”之一。伴隨旅游業(yè)的快速發(fā)展，出現(xiàn)一系列環(huán)境問題，為了促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展和保護生態(tài)環(huán)境，需要了解當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境狀況?！吧鷳B(tài)資產(chǎn)”的提出使人們對生態(tài)環(huán)境的價值有了新的認(rèn)識，生態(tài)資產(chǎn)評估也有助于人們掌握當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境狀況。本研究利用能值分析理論評估生產(chǎn)資產(chǎn)總量、結(jié)構(gòu)和功能，可為評價和利用農(nóng)業(yè)自然資源提供依據(jù)。同時也能為類似縣域地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)資產(chǎn)評估提供參考。

2 研究方法

2.1 原始數(shù)據(jù)的獲取

以2012年香格里拉縣統(tǒng)計年鑒和國民經(jīng)濟統(tǒng)計資料為主要參考資料，并在實地走訪調(diào)查和測量的基礎(chǔ)上，整理出能值指標(biāo)計算所需的投入項目和產(chǎn)出項目（表1）的基本數(shù)據(jù)。

2.2 能值總量的計算

能量在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中流動、轉(zhuǎn)換與儲存，遵循了能量守恒定律和能量遞減定律。太陽能、風(fēng)、雨等可再生資源被具有生產(chǎn)功能的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境吸收，為了確保農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境能夠持續(xù)提供所需的物質(zhì)和能量，人類社會必須反饋可更新有機能和不可更新工業(yè)輔助能給農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境［12－13］。因此，從能量等級上看，表1中的可更新資源投入（R）和不可更新資源投入（N）屬于較低的能量等級，不可更新工業(yè)輔助能投入（F）、有機能投入（T）和農(nóng)業(yè)產(chǎn)出屬于較高的能量等級。

表1 2011年香格里拉縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)投入和產(chǎn)出基本數(shù)據(jù)

能量系統(tǒng)中較高等級者具有較高的能值轉(zhuǎn)換率，需要較多能量來維持，具有較高能質(zhì)和較大控制能力，在系統(tǒng)中扮演著重要的功能和角色。表1中的不可更新工業(yè)輔助能投入（F）、有機能投入（T）和農(nóng)業(yè)產(chǎn)出等級較高，均屬于高能質(zhì)、具有高能值轉(zhuǎn)換率和高能量等級。表1中的可更新資源投入（R）和不可更新資源投入（N）屬于低能質(zhì)，這些低能質(zhì)的能量需要經(jīng)傳遞與轉(zhuǎn)換才能成為高能質(zhì)的能量，從而維持人類的生存活動［14］。將物質(zhì)或能量轉(zhuǎn)化為太陽能值的基本表達(dá)式為：

式中：M——太陽能值；τ——能值轉(zhuǎn)換率；B——可用能。

在確定好太陽能值轉(zhuǎn)換率之后，要找到各個項目的能值總量，參照相關(guān)資料［15－16］，得到各種能量計算公式（表2）。

表2 能量計算公式

2.3 評估指標(biāo)

為了更加全面地了解農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)資產(chǎn)結(jié)構(gòu)和功能狀況，只做到能值總量的計算還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。Odum在能值理論的基礎(chǔ)上，建立了一系列與生態(tài)資產(chǎn)總量分析相關(guān)的指標(biāo)。這一系列指標(biāo)體系既可以應(yīng)用到自然生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)資產(chǎn)評估，也可以應(yīng)用到人工生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)資產(chǎn)評估。從這一系列指標(biāo)中選取一部分作為香格里拉縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值評估指標(biāo)（表3）。通過這一部分指標(biāo)，可以了解香格里拉縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展水平和等級、生產(chǎn)力水平和可持續(xù)發(fā)展能力等現(xiàn)狀，這樣就能更加全面地的了解香格里拉縣的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)資產(chǎn)的結(jié)構(gòu)與功能。

3 結(jié)果與分析

3.1 研究區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投入和產(chǎn)出

依據(jù)表1的原始數(shù)據(jù)，參考藍(lán)盛芳，欽佩和Odum的研究成果，利用公式（1），可計算得到香格里拉農(nóng)業(yè)投入太陽能值（表4）和產(chǎn)出太陽能值（表5）。

表3 2011年香格里拉縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值評估指標(biāo)

表4 2011年香格里拉縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投入

表5 2011年香格里拉縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值產(chǎn)出

從表4可知：2011年香格里拉縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能值總投入約為4.16×1021sej，其中可更新自然資源為4.05×1021sej，太陽能值為1.13×1020sej，占可更新資源能值投入總量的2.79%。由于香格里拉縣平均海拔較高，雨水勢能能值投入比例是最大的，占86.42%。香格里拉縣地處內(nèi)陸，山高坡陡，農(nóng)業(yè)更新資源投入主要靠太陽光、風(fēng)能、雨水勢能、雨水化學(xué)能和地球旋轉(zhuǎn)能，灌溉水和水力發(fā)電所占能值比例較?。ńy(tǒng)計時忽略不計）。不可更新資源投入為6.79×1019sej，對能值投入總量的貢獻(xiàn)較小；不可更新工業(yè)輔助能投入為4.29×1019sej，其中電力能值投入為2.42×1019sej，占56.41%，氮肥、磷肥和復(fù)合肥的能值投入也較大，分別占15.59%，19.60%，7.03%；在有機能投入中，種子和勞力分別占2.59%，97.40%。

由表5可知：2011年香格里拉縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值產(chǎn)出總量約1.47×1022sej，相當(dāng)于全縣林產(chǎn)品的能值總量。香格里拉縣林區(qū)屬于中國三大林區(qū)中的西南林區(qū)，森林覆蓋率為74.99%，林木綠化率為81.23%，其中：有林地覆蓋率66.31%，灌木林地覆蓋14.89%。森林資源豐富，林產(chǎn)品產(chǎn)量大，加上林產(chǎn)品能值轉(zhuǎn)換率高，林產(chǎn)品的能值產(chǎn)出總量也高。

3.2 研究區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值評估指標(biāo)值

利用表4和表5數(shù)據(jù)，按照表3相應(yīng)的公式表達(dá)式，計算出農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值指標(biāo)的值（表6）。

表6 2011年香格里拉縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值評估指標(biāo)

Odum除了建立一系列指標(biāo)體系，還設(shè)置了相應(yīng)的指標(biāo)等級評價標(biāo)準(zhǔn)。通過指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)，可以實現(xiàn)香格里拉縣農(nóng)業(yè)運行和發(fā)展?fàn)顩r地分等定級。除了參照指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)，還可以采用與更大尺度地區(qū)對比和內(nèi)部項目對比的方式來了解農(nóng)業(yè)運行和發(fā)展的狀況。

（1）與其它同尺度地區(qū)［17－19］相比，香格里拉縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)凈能值產(chǎn)出率較高，環(huán)境承載力較低，可持續(xù)發(fā)展指數(shù)偏高，可持續(xù)發(fā)展能力較弱。能值密度位于（1.3～4）×1011sej／m2范圍內(nèi)（農(nóng)業(yè)國家或地區(qū)的能值密度），表明香格里拉縣屬于典型的農(nóng)業(yè)地區(qū)。同時，能值密度也是反映經(jīng)濟發(fā)展強度和等級的重要指標(biāo)，指標(biāo)值偏低表明香格里拉縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展水平較低，等級也低。

（2）對比更大尺度地區(qū)，香格里拉縣能值投入率低于全國平均能值投入率，人均能值用量高于世界平均水平4×1015sej／人，人均能值產(chǎn)出也高于了全國平均值3.19×1016sej／人。香格里拉縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投入率之所以偏低，是因為該縣農(nóng)業(yè)還處于傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)階段，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)耕作方式加上缺乏先進(jìn)的農(nóng)業(yè)科技投入，導(dǎo)致了農(nóng)業(yè)投入水平低于全國平均水平。同時能值投入率是衡量生態(tài)經(jīng)濟發(fā)展程度的指標(biāo)，指標(biāo)值偏低表明香格里拉縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟落后。

（3）通過內(nèi)部項目對比，在香格里拉縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能值投入中，可更新資源投入占無償環(huán)境資源（可更新資源和不可更新資源之和）能值投入的98.35%，而每年的表土層凈損失僅占1.62%。這表明香格里拉縣農(nóng)業(yè)的發(fā)展不僅僅依賴土壤的自然肥力，化肥投入是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的主要因素。

4 結(jié)論與討論

利用能值分析方法定量分析了香格里拉縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能值投入產(chǎn)出狀況、環(huán)境承載力情況和生態(tài)系統(tǒng)運行效果，并通過對比同尺度區(qū)域和更大尺度區(qū)域以及內(nèi)部項目對比，結(jié)果顯示：香格里拉縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟較落后，可持續(xù)發(fā)展能力較弱。

為了促進(jìn)香格里拉縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展和增強可持續(xù)發(fā)展能力，應(yīng)該：（1）加大綠色高能質(zhì)投入。發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)需要先進(jìn)的農(nóng)業(yè)技術(shù)和最新的農(nóng)業(yè)管理理念，這些高能質(zhì)項目的投入，既可以提高能值密度和能值投入率，又不會污染和破壞農(nóng)業(yè)環(huán)境。因此，西部落后地區(qū)應(yīng)該通過引進(jìn)先進(jìn)的農(nóng)業(yè)技術(shù)、普及最新的農(nóng)業(yè)管理理念和提高農(nóng)民的整體素質(zhì)來促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展。（2）盡快調(diào)整能值投入結(jié)構(gòu)，加速轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展模式。香格里拉縣農(nóng)業(yè)發(fā)展可持續(xù)能力弱是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境承載力偏低造成的，可以通過調(diào)整能值投入結(jié)構(gòu)來提高農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境承載力。香格里拉縣通過轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展模式（由“石油型”向“生態(tài)型”、“自然式”向“設(shè)施式”、“機械化”向“自動化”、“化學(xué)化”向“生物化”轉(zhuǎn)變的生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式）來減少氮肥、磷肥、鉀肥等工業(yè)輔助投入，提高了有機能的投入。研究區(qū)的能值轉(zhuǎn)換率參照了國外Odum和國內(nèi)相關(guān)學(xué)者的研究資料，這些能值轉(zhuǎn)換率并不能完全代表研究區(qū)真實情況，為了更加精確地計算出研究區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)資產(chǎn)，實現(xiàn)能值轉(zhuǎn)換率的本地化成為縣域尺度農(nóng)業(yè)生態(tài)資產(chǎn)評估需要解決的問題，有待進(jìn)一步研究。

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