基于GIS和能值分析的黑龍江省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)格局綜合評(píng)價(jià)

魯莎莎，陳 妮，關(guān)興良，陳鸛筱

(1.北京林業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,北京 100083;2.全國(guó)市長(zhǎng)研修學(xué)院，北京 100029)

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基于GIS和能值分析的黑龍江省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)格局綜合評(píng)價(jià)

魯莎莎1①，陳 妮1，關(guān)興良2，陳鸛筱1

(1.北京林業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,北京 100083;2.全國(guó)市長(zhǎng)研修學(xué)院，北京 100029)

采用能值分析方法和GIS空間分析技術(shù)，基于黑龍江省77個(gè)縣(市、區(qū))的社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從時(shí)空動(dòng)態(tài)視角評(píng)價(jià)了黑龍江省域及各縣域的農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)格局及其綜合發(fā)展水平。結(jié)果表明，1996—2012年間，黑龍江省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能值投入與產(chǎn)出均呈明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，林產(chǎn)品產(chǎn)出能值增長(zhǎng)幅度較大。1996—2012年研究區(qū)的環(huán)境承受壓力增大，環(huán)境負(fù)載率由6.61增加到10.21，凈能值產(chǎn)出率由5.37減少到4.79，可持續(xù)發(fā)展指數(shù)由7.47下降到5.43，說(shuō)明該系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展性能正在逐年弱化。在空間格局上，黑龍江省南部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平顯著優(yōu)于北部地區(qū)，但其農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境水平和系統(tǒng)可持續(xù)能力低于北部地區(qū)。為了增加黑龍江省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力，未來(lái)需進(jìn)一步調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化資源配置的投入，提高資源利用效率，降低環(huán)境負(fù)載率，使農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)逐漸步入健康可持續(xù)發(fā)展軌道。

農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)；能值分析；綜合評(píng)估；時(shí)空格局；黑龍江

物質(zhì)和能量是自然界最基本的代謝要素[1]。自然系統(tǒng)、人類經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)及社會(huì)系統(tǒng)共同構(gòu)成了生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng),各組分間的相互作用均涉及能量的流動(dòng)、轉(zhuǎn)換、貯藏與耗散。能量是反映物理世界、化學(xué)世界和生物世界運(yùn)動(dòng)變化的指標(biāo)之一,可用于表達(dá)和了解自然的本質(zhì)、生命與環(huán)境及人與自然的關(guān)系[2-4]。20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的能值分析理論(emergy analysis,EMA)克服了傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)方法和能量分析中不同類別能量難以在統(tǒng)一尺度上比較的缺陷,將生態(tài)學(xué)與經(jīng)濟(jì)學(xué)相結(jié)合,日益成為研究區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的重要手段[5]。

自能值理論提出以后,國(guó)外學(xué)者開(kāi)展了較廣泛的研究。美國(guó)ODUM等[6]和BROWN等[7]于20世紀(jì)80年代對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中的各種資源進(jìn)行定量研究,ULGIATI[8]對(duì)意大利和泰國(guó)等國(guó)家的特定區(qū)域或流域生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)證研究。國(guó)內(nèi)起步較早的有嚴(yán)茂超[9]和藍(lán)盛芳[10]等學(xué)者,近年來(lái)國(guó)內(nèi)學(xué)者的研究成果非常多,涉及領(lǐng)域很廣,包括城市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)[11]、城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[12]、農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)[13-15]、耕地系統(tǒng)[16]、種植業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)[17]和區(qū)域循環(huán)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)[18]等,不少研究還引入能值分析理論評(píng)價(jià)城市居民生活用水水價(jià)[19]和生態(tài)效率[20]。

黑龍江省目前正處于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向以生態(tài)農(nóng)業(yè)為主的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型階段,面臨農(nóng)業(yè)產(chǎn)值增加慢、農(nóng)民持續(xù)增收難以及農(nóng)業(yè)發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)力弱等障礙,亟待加強(qiáng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益的定量評(píng)價(jià),剖析農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展瓶頸,從而為黑龍江省農(nóng)業(yè)發(fā)展政策制定和調(diào)整提供支持。為此,筆者運(yùn)用能值理論和GIS技術(shù),將動(dòng)態(tài)與定量分析相結(jié)合,系統(tǒng)揭示黑龍江省77個(gè)縣(市、區(qū))農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)時(shí)空格局及其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律,并對(duì)黑龍江農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控和優(yōu)化提出了對(duì)策建議。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域

黑龍江省位于中國(guó)東北部,北緯43°26′～53°33′,東經(jīng)121°11′～135°05′。2012年末全省總?cè)丝? 834萬(wàn),土地面積45.4萬(wàn)km2,以平原、丘陵為主。研究區(qū)屬中溫帶到寒溫帶的大陸性季風(fēng)氣候區(qū),年均溫為-4～5 ℃,年均降水量為500～600 mm,夏季高溫多雨,冬季寒冷漫長(zhǎng),春季易發(fā)生干旱。黑龍江省土地肥沃,具有得天獨(dú)厚的自然資源,是世界著名的3大黑土帶之一,是我國(guó)重要的能源、木材、機(jī)械工業(yè)基地和國(guó)家糧食生產(chǎn)基地。

1.2 研究方法

(1) 建立數(shù)據(jù)庫(kù)。整理獲得1996—2012年黑龍江省77個(gè)縣(市、區(qū))的自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù),建立復(fù)合系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。能值分析所需社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)自于歷年《黑龍江省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《黑龍江省社會(huì)統(tǒng)計(jì)年鑒》和《黑龍江省經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒》;氣象水文數(shù)據(jù)為多年平均值,來(lái)源于當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)站;地形地貌數(shù)據(jù)借助GIS空間分析模塊對(duì)黑龍江省1∶10萬(wàn)原始數(shù)字高程模型(DEM)柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后得到,來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心。

(2) 編制能值分析表。列出自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)和復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的主要能量來(lái)源和輸出項(xiàng)目,包括當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境資源、輸入的不可更新資源和可更新資源、輸出產(chǎn)品等。將各種產(chǎn)品能量乘以相應(yīng)的太陽(yáng)能值轉(zhuǎn)化率歸一為太陽(yáng)能值,構(gòu)建涵蓋系統(tǒng)各種能值輸入過(guò)程及輸出關(guān)系的能值分析表。

(3) 能值分析指標(biāo)體系建立。選擇能夠衡量能值投入結(jié)構(gòu)和能值產(chǎn)出結(jié)構(gòu)的指標(biāo),建立研究區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)格局的能值分析指標(biāo)體系(表1)。

表1 農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值評(píng)估指標(biāo)及其計(jì)算公式

Table 1 Formulas for assessing and calculating energy indices of an agro-eco-economic system

能值評(píng)估指標(biāo) 計(jì)算公式 意義 自然子系統(tǒng) 資源能值密度(RED)(R+N)/A單位面積內(nèi)自然資源投入量 可更新能值比(FRR)R/(R+N+F+T)區(qū)域農(nóng)業(yè)土壤水文條件 環(huán)境貢獻(xiàn)率(ESR)(R+N)/(R+N+F+T)自然資源稟賦和對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展的貢獻(xiàn)程度 環(huán)境負(fù)載率(ELR,REL)(F+N)/R地區(qū)資源利用效率和環(huán)境承載能力經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng) 能值投入率(EIR,REI)(F+T)/(R+N)地區(qū)農(nóng)村發(fā)展程度和資源環(huán)境壓力 凈能值產(chǎn)出率(EYR,REY)Y/(F+T)地區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)品綜合競(jìng)爭(zhēng)力和系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)效率 能值密度(ED)(R+N+F+T)/A地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)程度 投入產(chǎn)出比率(Y/I)Y/(R+N+F+T)地區(qū)農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)貿(mào)易地位 能值貨幣比值(EDR)(R+N+F+T)/GDP地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)程度和經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化程度社會(huì)子系統(tǒng) 人均能值利用量(EUPP)(R+N+F+T)/P地區(qū)農(nóng)業(yè)生活質(zhì)量和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等級(jí) 人均能值產(chǎn)出量(EYP)Y/P單位勞動(dòng)力生產(chǎn)效率和真實(shí)財(cái)富創(chuàng)造能力 人均輔助能值(NPP)F/P地區(qū)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平和農(nóng)民生活水平綜合效應(yīng)系統(tǒng) 可持續(xù)發(fā)展能值指標(biāo)(EISD)(REY×REI)/REL地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力

A為地區(qū)耕地面積;F為不可更新的工業(yè)輔助能;I為總投入能值;N為不可更新資源;P為農(nóng)業(yè)人口;R為可更新資源;T為可更新有機(jī)能;Y為總產(chǎn)出能值。

(4) 系統(tǒng)的發(fā)展評(píng)價(jià)與展望分析。依照能值指標(biāo)系統(tǒng)分析結(jié)果,進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的能值評(píng)價(jià),為未來(lái)農(nóng)業(yè)政策的制定和調(diào)整提供參考依據(jù)。

2 結(jié)果分析

2.1 黑龍江省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值變化分析

2.1.1 能值投入動(dòng)態(tài)分析

1996—2012年黑龍江省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值投入總體呈持續(xù)上升趨勢(shì)(表2),增幅達(dá)41.99%,年均增長(zhǎng)2.96%。各項(xiàng)能值投入中不可更新工業(yè)輔助能值所占比例最高,介于34.52%～51.20%之間,說(shuō)明影響農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素是不可更新工業(yè)輔助能值。研究期間,不可更新工業(yè)輔助能值占總能值的比例增加14.62百分點(diǎn),表明黑龍江省農(nóng)業(yè)發(fā)展主要依賴工業(yè)輔助能的投入。進(jìn)一步分析不可更新工業(yè)輔助能構(gòu)成,化肥能值投入始終占不可更新工業(yè)輔助能投入的99%以上,表明黑龍江省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)比較倚重于化肥的使用。

表2 1996—2012年黑龍江省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)投入-產(chǎn)出分析

Table 2 Analysis of input and output in energy value of the agro-eco-economic system of Heilongjiang Province during 1996-2012

項(xiàng)目太陽(yáng)能值轉(zhuǎn)換率/(sej·J-1或sej·g-1)能值/sej1996年 2000年 2004年 2008年 2012年 可更新資源1.15×10221.47×10221.50×10221.33×10221.34×1022 太陽(yáng)能15.59×10206.73×10206.73×10206.30×10206.30×1020 風(fēng)能6634.51×10215.43×10215.43×10215.08×10215.08×1021 雨水勢(shì)能88884.80×10177.08×10177.56×10175.59×10176.14×1017 雨水化學(xué)能154233.27×10214.83×10215.16×10214.07×10214.19×1021 地球旋轉(zhuǎn)能290003.13×10213.77×10213.77×10213.53×10213.53×1021不可更新資源7.76×10219.35×10219.35×10218.75×10218.75×1021 表土層流失625007.76×10219.35×10219.35×10218.75×10218.75×1021不可更新輔助能2.06×10222.17×10222.58×10223.23×10224.09×1022 化肥1.78×10102.05×10222.16×10222.57×10223.22×10224.07×1022 農(nóng)藥1.62×1093.63×10194.78×10197.69×10191.01×10201.26×1020 農(nóng)膜3.80×1082.39×10192.01×10191.96×10192.49×10192.87×1019 農(nóng)用機(jī)械7.50×1073.34×10164.30×10165.20×10168.04×10168.04×1016 電力1.59×1051.43×10161.57×10162.03×10162.53×10162.53×1016可更新有機(jī)能1.64×10221.70×10221.72×10221.68×10221.68×1022 有機(jī)肥2.70×1041.96×10211.81×10212.00×10212.16×10212.16×1021 種子6.60×1046.43×10205.38×10206.62×10208.92×10208.92×1020 勞力3.80×1051.38×10221.47×10221.45×10221.37×10221.37×1022總能值投入5.62×10226.28×10226.73×10227.11×10227.98×1022種植業(yè)產(chǎn)出1.28×10231.20×10237.70×10228.70×10228.70×1022 糧食8.30×1044.35×10223.63×10224.85×10223.63×10223.63×1022 甜菜8.60×1057.95×10224.12×10221.55×10224.20×10224.20×1022 油料6.90×1054.47×10214.12×10221.23×10227.59×10217.59×1021 蔬菜2.70×1046.09×10208.80×10207.05×10207.03×10207.03×1020 水果5.30×1058.50×1041.32×1065.30×1054.50×10204.50×1020畜牧業(yè)產(chǎn)出6.67×10229.05×10226.67×10231.86×10231.86×1023 肉類2.00×1066.01×10228.29×10226.01×10221.57×10231.57×1023 奶類1.71×1066.64×10217.63×10216.64×10212.85×10222.85×1022林業(yè)產(chǎn)出2.02×10212.02×10212.02×10211.08×10221.08×1022 林產(chǎn)品1.20×10122.02×10212.02×10212.02×10211.08×10221.08×1022漁業(yè)產(chǎn)出3.13×10213.13×10213.13×10213.84×10213.84×1021 水產(chǎn)品1.96×1063.13×10213.13×10213.13×10213.84×10213.84×1021總能值產(chǎn)出2.00×10232.15×10231.49×10232.87×10232.87×1023

研究能值基準(zhǔn)值為9.44×1024sej·a-1,應(yīng)用的能量折算標(biāo)準(zhǔn)及能值轉(zhuǎn)換率指標(biāo)參照文獻(xiàn)[1-2,9-10,21-22]的研究成果。化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜和有機(jī)肥的能值轉(zhuǎn)換率單位為sej·g-1,其余項(xiàng)目的能值轉(zhuǎn)換率單位均為sej·J-1。

可更新有機(jī)能的投入呈持續(xù)下降態(tài)勢(shì),其占總投入能值的比例由1996年的29.19%下降到2012年的21.00%。其中,勞動(dòng)力投入比例始終最大,但其占有機(jī)能值的比例呈逐年遞減趨勢(shì),由1996年的84.13%減少到2012年的81.78%?？梢?jiàn),黑龍江省農(nóng)業(yè)發(fā)展對(duì)于勞動(dòng)力的依賴逐年減弱,而農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平不斷提高。

2.1.2 能值產(chǎn)出動(dòng)態(tài)分析

1996—2012年,黑龍江省域農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的總能值產(chǎn)出呈波動(dòng)增長(zhǎng)趨勢(shì)(表2),從1996年的2.00×1023sej下降到2004年的1.49×1023sej,2012年大幅度增長(zhǎng)至2.87×1023sej。

具體來(lái)看,種植業(yè)總產(chǎn)出能值下降趨勢(shì)顯著,研究期間下降32.04%。在種植業(yè)產(chǎn)出能值中,糧食產(chǎn)出能值占比由1996年的33.96%增加到2012年的41.70%。畜牧業(yè)能值產(chǎn)出呈上升趨勢(shì),1996—2012年年均增幅達(dá)6.62%,表明研究區(qū)畜牧業(yè)的發(fā)展環(huán)境得到了有效保障。黑龍江省是我國(guó)重點(diǎn)林區(qū)之一,林產(chǎn)品的能值產(chǎn)出呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì),1996—2012年年均增幅達(dá)11.05%;林業(yè)產(chǎn)出能值占總產(chǎn)出能值的比例也呈增長(zhǎng)趨勢(shì),研究期間上升2.75百分點(diǎn),表明該地區(qū)林業(yè)商品化開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度正在逐年增強(qiáng)。漁業(yè)能值產(chǎn)出呈波動(dòng)上升趨勢(shì),受該地區(qū)自然資源與地理?xiàng)l件的制約,增長(zhǎng)幅度相對(duì)較小,年均增幅為1.29%。漁業(yè)產(chǎn)出能值占總產(chǎn)出能值的比例呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì),說(shuō)明該地區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)逐步由單一向多元化轉(zhuǎn)變。

2.2 黑龍江省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)格局的綜合分析

2.2.1 總體格局及其動(dòng)態(tài)變化分析

(1) 農(nóng)業(yè)自然環(huán)境基礎(chǔ)水平的動(dòng)態(tài)變化分析

由表3可知，研究區(qū)環(huán)境負(fù)載率呈上升趨勢(shì),1996年為6.61%,2012年為10.21%,低于國(guó)內(nèi)一些發(fā)達(dá)地區(qū)(如江蘇為43.53%,浙江為11.25%,表4),但遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中國(guó)和世界平均水平,這表明該地區(qū)環(huán)境壓力相對(duì)較大。黑龍江省環(huán)境負(fù)載率不斷增加主要源于黑龍江省正處于經(jīng)濟(jì)飛速增長(zhǎng)期,農(nóng)業(yè)、工業(yè)及第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)環(huán)境資源(尤其是不可更新資源)過(guò)度開(kāi)發(fā)利用。

表3 黑龍江省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值指標(biāo)值

Table 3 Energy indices of the agro-eco-economic system of Heilongjiang Province

年份自然子系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)社會(huì)子系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)RED/(sej·m-2)FRR/%ESR/%ELR/%EIREYRED/(sej·m-2)Y/IEDR/(sej·元-1)EUPP/(sej·人-1)EYP/(sej·人-1)NPP/(sej·人-1)EISD19963.75×10160.080.106.619.205.373.83×10114.851.72×10137.30×10153.54×10163.69×10157.4720004.44×10160.110.134.776.794.783.45×10114.171.38×10135.56×10152.32×10162.74×10156.8020044.69×10160.110.125.287.135.533.81×10114.851.04×10137.01×10153.40×10163.73×10157.4620084.06×10160.080.098.3510.076.254.50×10115.696.59×10127.40×10154.21×10164.47×10157.5520124.16×10160.070.0810.2111.584.795.24×10114.415.10×10127.98×10153.52×10165.25×10155.43

RED為資源能值密度;FRR為可更新能值比;ESR為環(huán)境貢獻(xiàn)率;ELR為環(huán)境負(fù)載率;EIR為能值投入率;EYR為凈能值產(chǎn)出率;ED為能值密度;Y/I為投入產(chǎn)出比率;EDR為能值貨幣比值;EUPP為人均能值利用量;EYP為人均能值產(chǎn)出量;NPP為人均輔助能值;EISD為可持續(xù)發(fā)展能值指標(biāo)。

表4 各地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值的比較[2，14，22-24]

Table 4 Energy indices of the agro-eco-economic systems of Heilongjiang Province and its counties

地區(qū)總能值/1020sej能值投入率凈能值產(chǎn)出率環(huán)境負(fù)載率能值密度/(1011sej·m-2)人均能值利用量/(1015sej·人-1)可持續(xù)發(fā)展指數(shù)能值貨幣比/(1012sej·元-1)甘肅14122.081.263.733.115.6244.1911.90新疆26912.141.320.481.2511.7064.1014.70內(nèi)蒙古7.14.561.043.135.9329.5027.1027.10江蘇31836.050.9843.5330.604.580.183.02江西5480.462.643.281.251.192.26浙江21042.561.3411.2520.204.502.822.82中國(guó)719002.331.429.897.544.5219.1219.12美國(guó)832007.009.327.0029.250.482.552.55泰國(guó)15908.521.081.042.153.183.50意大利126509.4742.039.4742.0322.001.46瑞典41109.0310.0048.352.5748.35世界2024002.001.501.363.864.054.05

(2) 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的動(dòng)態(tài)變化分析

能值投入率是衡量經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度和環(huán)境負(fù)載率的指標(biāo),一個(gè)地區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能值投入率越大,表明系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度越高,環(huán)境負(fù)載率也越高。黑龍江省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能值投入率呈上升趨勢(shì)(表3),其值從1996年的9.20波動(dòng)上升到2012年的11.58,高于全國(guó)平均水平(2.33)和世界平均水平(2.00),說(shuō)明該地區(qū)能值投入水平較高,這就需要有更多的可更新環(huán)境資源與高能值的能量合理搭配,進(jìn)而達(dá)到恰當(dāng)?shù)哪苤低顿Y比值。

凈能值產(chǎn)出率為系統(tǒng)產(chǎn)出能值與經(jīng)濟(jì)反饋能值之比,是衡量系統(tǒng)生產(chǎn)效率的指標(biāo),該值越大表明系統(tǒng)生產(chǎn)效率越高。黑龍江省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的凈能值產(chǎn)出率呈波動(dòng)下降趨勢(shì),由1996年的5.37下降為2012年的4.79,但仍顯著高于全國(guó)平均水平(1.42),表明該系統(tǒng)的能值回報(bào)率和運(yùn)行效率較高,系統(tǒng)整體功能良好,并具有較高的經(jīng)濟(jì)活力,產(chǎn)品價(jià)格也具有一定的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

(3) 農(nóng)民生活水平的動(dòng)態(tài)變化分析

人均能值利用量是從生態(tài)學(xué)的角度反映居民生活水平、生活質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的指標(biāo),利用能值可對(duì)這些環(huán)境資源的投入進(jìn)行恰當(dāng)評(píng)價(jià),從而衡量居民的真實(shí)生活水平。黑龍江省人均能值利用量已由1996年的7.30×1015sej·人-1增加到2012年的7.98×1015sej·人-1(表3),但仍低于全國(guó)平均水平(4.52×1015sej·人-1),這表明黑龍江省農(nóng)民生活水平和生活質(zhì)量雖有較大提高,但總體水平仍較低。

能值密度由1996年的3.83×1011sej·km-2增加到2012年的5.24×1011sej·km-2,與發(fā)達(dá)地區(qū)相比，該區(qū)域的能值密度仍處于較低水平,如美國(guó)為29.25×1011sej·km-2,意大利為42.03×1016sej·km-2,說(shuō)明黑龍江省農(nóng)業(yè)發(fā)展尚處在非集約化的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)階段。

(4) 可持續(xù)發(fā)展性能的動(dòng)態(tài)變化分析

美國(guó)生態(tài)學(xué)家Brown M. T.和意大利生態(tài)學(xué)家Ulgiati S.提出能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為:其值為>1～10時(shí),系統(tǒng)富有活力和發(fā)展?jié)摿?>10時(shí),經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá),系統(tǒng)對(duì)資源的開(kāi)發(fā)利用程度不足;≤1時(shí),系統(tǒng)為高消費(fèi)型經(jīng)濟(jì)系統(tǒng),即消耗大量不可更新的環(huán)境資源,環(huán)境負(fù)載率增加。研究期間,黑龍江省的能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)由7.47下降到5.43,呈波動(dòng)下降趨勢(shì)(表3)。根據(jù)劃分標(biāo)準(zhǔn)可知,黑龍江省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)處于富有活力和發(fā)展?jié)摿﹄A段,但其可持續(xù)發(fā)展指數(shù)逐年減小,說(shuō)明該系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展性能正在逐年弱化。如果能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)持續(xù)下降,那么該地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)將面臨著倒退到消費(fèi)型經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段的危險(xiǎn),系統(tǒng)發(fā)展將不可持續(xù)。

2.2.2 農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的空間分異格局

(1) 農(nóng)業(yè)自然環(huán)境基礎(chǔ)水平的空間分異格局

基于ArcGIS平臺(tái),采用自然斷裂點(diǎn)法將2012年黑龍江省各農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值分析指標(biāo)進(jìn)行聚類分析。根據(jù)能值理論可知,可更新能值比(FRR，RFR)高、環(huán)境負(fù)載率(ELR，REL)低的縣市農(nóng)業(yè)自然環(huán)境水平相對(duì)較高,反之則較低(圖1)。

農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境水平高(0.13

農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量良(0.10

農(nóng)業(yè)自然條件適中(0.08

位于哈大齊工業(yè)走廊區(qū)的城市以及東部煤炭城市的可更新能值較低(0.04

(2) 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的空間分異格局

能值投入率和凈能值產(chǎn)出率能在一定程度上反映農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。黑龍江省能值投入率在空間上呈南高北低、片狀分布的規(guī)律(圖2),以大慶、哈爾濱、七臺(tái)河和雙鴨山一線為南北分界線,以南各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平明顯高于以北地區(qū)。高能值和較高能值投入?yún)^(qū)主要分布在哈大齊工業(yè)走廊周邊地區(qū),而低能值和較低能值投入?yún)^(qū)主要分布于大、小興安嶺和長(zhǎng)白山地區(qū)。這些地區(qū)不可更新工業(yè)輔助能投入比例相對(duì)較小,農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的開(kāi)發(fā)程度較低,農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)綜合發(fā)展水平較低,但其生態(tài)保育功能價(jià)值優(yōu)勢(shì)突出,今后應(yīng)加大高科技含量的輔助能值投入,更有效地利用農(nóng)業(yè)資源。

圖1 2012年黑龍江縣域環(huán)境負(fù)載率和可更新能值比的空間分異格局

圖2 2012年黑龍江縣域能值投入率和凈產(chǎn)出能值率的空間分異格局

凈產(chǎn)出能值率在空間上總體呈南高北低的分布規(guī)律(圖2)。大興安嶺地區(qū)、松嫩平原以及東部煤炭產(chǎn)地的凈產(chǎn)出能值率較高(10.71～18.62),該類型區(qū)不可更新的工業(yè)輔助能投入相對(duì)較高,種植業(yè)和畜牧業(yè)產(chǎn)出比例較高,但有機(jī)能值投入率較低,種植業(yè)和畜牧業(yè)的能值產(chǎn)出持續(xù)增加,進(jìn)而維持了較高的能值產(chǎn)出水平。三江平原區(qū)和松花江及其支流沿岸的凈產(chǎn)出能值率處于中等水平(3.27～10.70)。小興安嶺和長(zhǎng)白山地區(qū)的凈產(chǎn)出能值率最低(1.85～3.26),該類型區(qū)科技投入水平低,農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力整體素質(zhì)不高,導(dǎo)致大量人力能值的投入并沒(méi)有轉(zhuǎn)化為更高的能值產(chǎn)出。

(3) 農(nóng)民生活水平的空間分異格局

人均產(chǎn)出能值量越高,說(shuō)明農(nóng)民創(chuàng)造真實(shí)財(cái)富的能力越強(qiáng),其自身收入水平和提高生活質(zhì)量的潛力就越大。人均產(chǎn)出能值量高的地區(qū)(3.27×1016～4.96×1016sej·人-1)主要分布在哈大齊工業(yè)走廊帶(圖3),這些地區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)化程度高,高優(yōu)農(nóng)業(yè)發(fā)展占主導(dǎo)地位,農(nóng)業(yè)總產(chǎn)出能值中種植業(yè)和畜牧所占比例較高,農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力較強(qiáng),在農(nóng)民財(cái)富創(chuàng)造和積累上有較大的區(qū)域優(yōu)勢(shì)。人均產(chǎn)出能值較高的縣域(1.48×1016～3.26×1016sej·人-1)在三江平原和松花江及其支流沿岸、松嫩平原以及東部煤炭產(chǎn)地形成了集中連片的優(yōu)勢(shì)“高地”。人均產(chǎn)出能值最低的地區(qū)(<1.00×1016sej·人-1)主要分布在黑龍江省中部和北部的大、小興安嶺和長(zhǎng)白山地區(qū),多為經(jīng)濟(jì)落后區(qū),農(nóng)業(yè)集約化程度低,農(nóng)業(yè)機(jī)械化能值投入不高,總產(chǎn)出能值較低,進(jìn)而影響了生產(chǎn)效率。

(4) 可持續(xù)發(fā)展性能的的空間分異格局

可持續(xù)發(fā)展性能是綜合農(nóng)業(yè)自然環(huán)境-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)3個(gè)子系統(tǒng)的復(fù)合評(píng)價(jià)指標(biāo),其值為l～10時(shí),數(shù)值越高說(shuō)明系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力越強(qiáng)?？沙掷m(xù)發(fā)展性能在空間分布上具有明顯差異(圖3),海拔較高的多山地區(qū)可持續(xù)發(fā)展性能較好(>4.67),如大、小興安嶺,長(zhǎng)白山地區(qū),三江平原和松花江及其支流沿岸,松嫩平原以及東部煤炭產(chǎn)地?？沙掷m(xù)發(fā)展性能較差的地區(qū)(1.21～1.92)集中分布在哈大齊工業(yè)走廊區(qū)域,其農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力較弱。

圖3 2012年黑龍江縣域人均能值產(chǎn)出率和可持續(xù)發(fā)展性能的空間分異格局

3 結(jié)論與建議

(1) 黑龍江省環(huán)境負(fù)載率呈逐年上升趨勢(shì),2012年可更新能值較1996年有所下降,而化肥農(nóng)藥等工業(yè)不可更新化學(xué)輔助能明顯增加。今后應(yīng)提高農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的綜合生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)效益,使農(nóng)業(yè)增長(zhǎng)以科技貢獻(xiàn)為主,同時(shí)要科學(xué)合理地開(kāi)發(fā)利用可更新資源,減少化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等的污染。

(2) 研究區(qū)總產(chǎn)出能值中畜牧業(yè)和種植業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位,物質(zhì)循環(huán)利用率及有效能值的轉(zhuǎn)化率都有很大提高。但該地區(qū)現(xiàn)行的農(nóng)業(yè)產(chǎn)出結(jié)構(gòu)不盡合理,由此導(dǎo)致農(nóng)業(yè)系統(tǒng)產(chǎn)品能值的潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值向現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)收入轉(zhuǎn)化的能力低下,因此調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)出結(jié)構(gòu)及產(chǎn)業(yè)配置是促進(jìn)系統(tǒng)生產(chǎn)力高效轉(zhuǎn)化的內(nèi)在需求。

(3) 黑龍江省能值密度與人均能值利用量高于許多國(guó)家和地區(qū),說(shuō)明研究區(qū)具有較大的發(fā)展?jié)摿?。同時(shí)也要看到,高能值密度意味著土地將成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的限制因子,因此要因地制宜,合理布局種植業(yè)、牧業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)等生產(chǎn)功能區(qū)。

(4) 黑龍江省可持續(xù)發(fā)展性能較高,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)整體運(yùn)行良好。今后應(yīng)大力提高本地和外來(lái)能值的利用效率,高效利用本地太陽(yáng)能、風(fēng)能等免費(fèi)能值,保持系統(tǒng)總能值用量和能值密度持續(xù)增長(zhǎng),增強(qiáng)該地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的活力。

(5) 由于被研究系統(tǒng)的地域性及發(fā)展水平的差異性,能值轉(zhuǎn)換率在地區(qū)之間存在一定差別,直接引用已有研究成果難免會(huì)導(dǎo)致一定的誤差,但基本不影響總體分析結(jié)果。此外,筆者所選能值指標(biāo)基本能夠合理表達(dá)研究地區(qū)的實(shí)際情況及發(fā)展趨勢(shì),但仍存在能值指標(biāo)體系缺乏統(tǒng)一性、缺乏系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的能值綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)等問(wèn)題。未來(lái)應(yīng)加大對(duì)能值理論的基礎(chǔ)性研究,建立適用于不同等級(jí)和尺度的各種能值轉(zhuǎn)換率,探索完善適用于不同評(píng)價(jià)需要的能值分析指標(biāo)體系。

(6)黑龍江省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)是否可以持續(xù)發(fā)展,不僅取決于農(nóng)業(yè)集約化程度和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高,還取決于農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)、農(nóng)業(yè)政策與管理體制、農(nóng)業(yè)科技以及工業(yè)化與城市化等多種影響因素,今后應(yīng)結(jié)合微觀調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)一步深入研究。

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(責(zé)任編輯： 許 素)

Comprehensive Assessment of the Agricultural Eco-Economic System in Heilongjiang Province Based on GIS and Energy Analysis Theory.

LU Sha-sha1, CHEN Ni1, GUAN Xing-liang2, CHEN Guan-xiao1

(1.School of Economics and Management, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China; 2.National Academy for Mayors of China, Beijing 100029, China)

Based on energy analysis theory, GIS spatial analysis technology and the socio-economic statistic data available of the 77 counties of Heilongjiang Province, comprehensive assessment was done, from the angle of spatio-temporal dynamics, of structures and overall development levels of the agro-eco-economic systems of Heilongjiang and its 77 counties. Results show that both the input and output in energy value of the agro-eco-economic system of the province displayed obvious growing trends, especially that of the energy output of the forestry during 1996-2012. Moreover, the agro-eco-environment of the studied region was exposed to an increasing pressure. For example, the environmental loading factor increased from 6.61 to 10.21, the net energy output decreased from 5.37 to 4.79, and the energy sustainable development index declined from 7.47 to 5.43, all demonstrating that the system was gradually weakening in sustainable development performance. Spatially, the economic development level in the southern part of the province was significantly higher than that in the northern part. However, a reverse trend was found in agricultural ecological environment and sustainable development capacity. In order to bring the agricultural eco-economic system onto the track of sustainable and stable development, it is essential in future to further readjust the agricultural structure, optimize resources allocation, improve resources utilization efficiency, and reduce the environmental load.

agro-eco-economic system; energy analysis; comprehensive assessment; spatio-temporal pattern; Heilongjiang Province

2016-01-04

國(guó)家自然科學(xué)基金(41401192)；教育部人文社科研究項(xiàng)目(14YJCZH106)；北京市社會(huì)科學(xué)基金(16SRB011)

F205；X826

A

1673-4831(2016)06-0879-08

10.11934/j.issn.1673-4831.2016.06.003

魯莎莎(1984—),女,甘肅天水人,副教授,博士,主要從事農(nóng)業(yè)地理與鄉(xiāng)村發(fā)展、林業(yè)經(jīng)濟(jì)管理研究。E-mail: sasafly0505@163.com

① 通信作者E-mail： sasafly0505@163.com