基于能值分析的馬尾松低效林林下種草養(yǎng)雞耦合模式評價*

高承芳, 黃 穎, 張曉佩, 羅旭輝, 陳 恩, 李文楊, 翁伯琦

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基于能值分析的馬尾松低效林林下種草養(yǎng)雞耦合模式評價*

高承芳1, 黃 穎2, 張曉佩1, 羅旭輝3**, 陳 恩3, 李文楊1, 翁伯琦3

(1. 福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所 福州 350013; 2. 福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與科技信息研究所 福州 350003; 3. 福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所/福建省紅壤山地農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點實驗室 350013 福州)

馬尾松低效林是紅壤侵蝕區(qū)典型植被類型。林下種草養(yǎng)雞則是林下種草與林下養(yǎng)雞的耦合新模式, 既能解決馬尾松林下水土流失問題, 又能提高經(jīng)濟效益, 實現(xiàn)生態(tài)種養(yǎng)循環(huán), 驅(qū)動水土流失治理。為科學(xué)評價馬尾松低效林林下種草養(yǎng)雞模式的生態(tài)經(jīng)濟效益, 本文應(yīng)用能值分析法, 測評福建省長汀縣三洲鎮(zhèn)垌壩村傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞(對照)、林下種草養(yǎng)雞兩種模式的能值自給率、能值投資率、凈能值產(chǎn)出率、環(huán)境負載率、可持續(xù)發(fā)展指數(shù)和能值反饋率。結(jié)果表明, 傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞模式的能值自給率、能值投資率、凈能值產(chǎn)出率、環(huán)境負載率、可持續(xù)發(fā)展指數(shù)和能值反饋率分別為0.860、0.166、2.125、3.380、0.629和0.026, 林下種草養(yǎng)雞模式上述指標值分別為0.400、1.510、0.870、1.370、0.635和0.290。林下種草養(yǎng)雞模式的能值投資率、可持續(xù)發(fā)展指數(shù)比對照提高1.344和0.006個單位, 顯示更強的經(jīng)濟活力; 能值自給率、環(huán)境負載率比對照下降0.460、2.010個單位, 顯示更低的環(huán)境負載。林下種草養(yǎng)雞模式的凈能值產(chǎn)出率低于對照1.255個單位, 而能值反饋率高出對照0.264個單位?？傮w而言, 林下種草養(yǎng)雞耦合模式經(jīng)濟活力更強, 環(huán)境負載更低, 符合脆弱區(qū)林下經(jīng)濟發(fā)展趨勢。侵蝕區(qū)土壤結(jié)構(gòu)性差, 限制了從系統(tǒng)外導(dǎo)入的化肥在循環(huán)系統(tǒng)中功能的發(fā)揮, 導(dǎo)致系統(tǒng)凈能值產(chǎn)出率、能值反饋率較低, 這為該模式的優(yōu)化指明了方向。

紅壤侵蝕區(qū); 馬尾松低效林; 水土流失; 林下經(jīng)濟; 種草養(yǎng)雞; 能值分析

福建省長汀縣是我國南方花崗巖紅壤水土流失最嚴重和最具代表性的地區(qū)之一。經(jīng)過多年治理, 植被覆蓋度達0.7以上, 基本完成了植被覆蓋[1-3], 但是林下水土流失依然嚴重。研究表明, 長汀縣林下水土流失面積達311.66 km2, 13.35%為中度侵蝕[4-5], 是下一步治理的重點任務(wù)之一, 尤其是馬尾松()低效林林下水土流失嚴重。學(xué)者們普遍認為, 林下覆蓋度低是導(dǎo)致林下水土流失的直接原因[6-9]。在林下植被重建過程中發(fā)現(xiàn)侵蝕坡面土壤養(yǎng)分低、土壤結(jié)構(gòu)差是導(dǎo)致林下植被和馬尾松生長困難, 出現(xiàn)“老頭松”現(xiàn)象的根本原因[10-11]。研究結(jié)果顯示, 在人為增施有機肥、封禁等人工干預(yù)條件下, 馬尾松生長得到明顯改善[12], 因此, 土壤有機質(zhì)重建是林下植被恢復(fù)和馬尾松林分改良的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。在實踐過程中, 由于侵蝕區(qū)馬尾松林基本無經(jīng)濟收入, 如何實施有機肥上山工程是當(dāng)前林下水土流失治理面臨的直接問題。通過構(gòu)建林下種草與生態(tài)養(yǎng)雞的耦合模式, 應(yīng)用林下生態(tài)養(yǎng)雞獲得的經(jīng)濟效益來驅(qū)動有機肥上山, 是進一步推動馬尾松低效林林下水土流失治理的重要途徑[13-16]。林下種草養(yǎng)雞是一種生態(tài)種養(yǎng)模式, 通過劃區(qū)輪牧, 林下種草, 適度養(yǎng)殖, 雞糞還田, 建立穩(wěn)定林下植被, 實現(xiàn)林下水土流失治理[17-18]。

生態(tài)經(jīng)濟效益的科學(xué)評價是林下種草養(yǎng)雞耦合模式構(gòu)建的重要內(nèi)容。能值分析是定量分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能與生態(tài)經(jīng)濟效益的研究方法之一, 已廣泛應(yīng)用于生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性評價[19-23]。近些年來能值評價相關(guān)研究在國內(nèi)外發(fā)展迅速, 在農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域已經(jīng)得到一定程度的應(yīng)用。由于能值評價方法對于環(huán)境資源價值的考慮, 使該方法特別適用于分析同時涉及到自然環(huán)境和人類經(jīng)濟活動的生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)[24-25]。王小龍等[26]采用能值分析方法對無公害設(shè)施蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)兩種蔬菜栽培模式進行系統(tǒng)效率和可持續(xù)性評價, 并與一般蔬菜生產(chǎn)模式進行對比。楊濱娟等[27]采用能值分析理論評價水旱輪作條件下稻田生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性。孫衛(wèi)民等[28]基于能值分析方法對江西省水稻()(早稻和晚稻)、棉花(spp.)、油菜()種植系統(tǒng)的經(jīng)濟效益、生態(tài)經(jīng)濟綜合效益進行分析和評價。韓玉等[29]表明有針對性地構(gòu)建適于不同層面的循環(huán)農(nóng)業(yè)評價體系, 才能為制定科學(xué)合理循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃提供參考。由此可知, 能值分析方法已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)領(lǐng)域, 并且應(yīng)用于“豬－沼－果”、“四位一體”、“豬－沼－菜”、“稻－鴨”及其他沼氣循環(huán)農(nóng)業(yè)等模式的評估[30-37], 同時還出現(xiàn)了一些由能值分析與生命周期評價、生態(tài)足跡等方法結(jié)合而成的新方法[38-43], 它們極大地豐富了循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)評價理論的內(nèi)涵。

總體來看, 盡管能值評價作為眾多生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)分析方法之一, 其出現(xiàn)時間較晚, 但無論在國內(nèi)或國外學(xué)術(shù)界, 其應(yīng)用都相當(dāng)廣泛。因此, 本研究運用Odum[44]和藍盛芳等[45]的能值分析方法, 對典型紅壤區(qū)林下生態(tài)養(yǎng)殖和林下傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式進行能值分析, 旨在分析兩種模式對生態(tài)經(jīng)濟效益與生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展指數(shù)的影響, 為今后林下養(yǎng)殖模式提供借鑒。

1 研究地區(qū)概況與研究方法

1.1 研究地區(qū)概況

研究的馬尾松林地位于福建省長汀縣三洲鎮(zhèn)垌壩村(24°47′~25°35′N, 116°40′~117°20′E), 海拔250~450 m, 屬亞熱帶季風(fēng)氣候, 年均溫度18.8~19.2 ℃, 年均降雨量1 500~1 700 mm, 無霜期282 d左右。馬尾松林齡3年, 林分以馬尾松為主, 面積為6.67 hm2, 林分郁蔽度35%~70%, 林齡12年, 陡坡地, 平均坡度37°, 土壤為花崗巖紅壤。林地土壤貧瘠, 0~20 cm土層pH 5.0~5.3, 土壤容重1.33~1.38 g×cm-3, 有機質(zhì)含量為0.32 g×kg-1, 砂礫含量77%~80%。

在試驗地設(shè)置傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞試驗區(qū)和林下種草養(yǎng)雞試驗區(qū), 并開展了林分質(zhì)量、土壤侵蝕量、物種多樣性等調(diào)查, 調(diào)查方法和結(jié)果詳見文獻[46], 林下生境基礎(chǔ)條件與土壤條件基本相同。林下種草養(yǎng)雞模式的伴生樹種有: 楊梅()、烏飯樹()、茶樹()、光葉石楠()、崗松()、秤星樹(), 林下灌草主要有: 芒萁()、鷓鴣草()、野古草()、五節(jié)芒()和榧樹()。傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞模式伴生樹種與灌草有: 楊梅、茶樹、野古草、五節(jié)芒。

1.2 研究方法

1.2.1 系統(tǒng)界定

傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞模式: 在傳統(tǒng)林下養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)(選擇有代表性的馬尾松林地), 每年散養(yǎng)河田雞3批, 每批6 000羽, 2014年共飼養(yǎng)18 000羽, 雞苗60日齡, 存活率95.3%, 飼養(yǎng)周期100 d左右, 雞采食飼料、蟲子、砂礫, 建設(shè)簡易雞舍。2014年測得土壤侵蝕量(用侵蝕針法測定)890 t×km-2[46]。

林下種草養(yǎng)雞模式: 在上述面積為6.67 hm2的馬尾松林地內(nèi)，林下種植寬葉雀稗()、百喜草()、印度豇豆()、鈍葉決明(var.)、雜交狼尾草(), 幾種牧草按寬葉雀稗50%、其他牧草各10%的比例混合種植, 于2013年4月份播種, 2014年各牧草形成草場后進行觀測分析。其中雜交狼尾草草籬種植, 共分10個大區(qū), 每個大區(qū)面積約0.67 hm2; 放牧河田雞密度為900羽×hm-2, 每個大區(qū)設(shè)4個小區(qū), 實施輪牧, 周期為100 d, 飼養(yǎng)周期100 d左右, 雞采食飼料、牧草、蟲子、砂礫, 配套建設(shè)高腳雞舍、水管、電力設(shè)施。2014年共飼養(yǎng)18 000羽, 存活率95.9%。2014年測得土壤侵蝕量(用侵蝕針法測定)30 t×km-2[46]。

1.2.2 能值分析及數(shù)據(jù)處理

本研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)2014年度的投入和產(chǎn)出, 以及記錄當(dāng)?shù)貧庀蟛块T的氣象數(shù)據(jù)計算得出, 并繪制傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞和林下種草養(yǎng)雞模式的能值流程圖。將調(diào)查的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成以J、g、￥為單位的能量或物質(zhì)數(shù)據(jù), 將不同度量單位轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的能值單位(sej), 編制能值分析表。并列出系統(tǒng)的主要能量來源和輸出項目, 以及各能量或物質(zhì)的太陽轉(zhuǎn)化率, 太陽能值轉(zhuǎn)化率主要參考藍盛芳等[45]和Odum[44]的方法[47-48], 其中能值貨幣比參考方蕓蕓等[22]的研究結(jié)果(1.69E+11 sej×￥-1)。

能值理論的相關(guān)計算公式如下:

能值自給率(ESR)=環(huán)境的無償能值(+)/能值

總投入() (1)

能值投資率(EIR)=經(jīng)濟的反饋能值(+1)/環(huán)境的

無償能值(+) (2)

凈能值產(chǎn)出率(EYR)=系統(tǒng)產(chǎn)出能值()/經(jīng)濟的

反饋能值(+1) (3)

環(huán)境負載率(ELR)=系統(tǒng)不可更新能值總量(+)/可

更新能值總量(+1+0) (4)

可持續(xù)發(fā)展指數(shù)(ESI)=凈能值產(chǎn)出率(EYR)/環(huán)境

負載率(ELR) (5)

能值反饋率(FYE)=系統(tǒng)產(chǎn)出能值反饋量(0)/經(jīng)濟的

反饋能值(+1) (6)

2 結(jié)果與分析

2.1 能值流分析

與傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞模式相比, 林下種草養(yǎng)雞系統(tǒng)內(nèi)部有林地與牧草, 外部投入增加了生產(chǎn)用水、肥料、草種、雞舍建設(shè)等4個部分(圖1, 圖2)。林地與牧草作為整個系統(tǒng)的生產(chǎn)者, 其中, 用于交換貨幣流的有生產(chǎn)用水、肥料、疫苗、飼料、種子、雞苗、雞舍等部分, 反饋能有糞便與牧草2部分。系統(tǒng)產(chǎn)出主要有肉產(chǎn)品與馬尾松。林下種草養(yǎng)雞系統(tǒng)一是提供飼草, 供雞采食, 節(jié)約飼料成本(根據(jù)雞每天的采食量, 計算出林下種草可替代30%飼料); 二是覆蓋地表, 調(diào)節(jié)地面溫度, 為馬尾松生長、河田雞休憩提供良好條件(尤其是夏季高溫, 侵蝕地土壤砂礫比例大, 地表溫度高); 三是林下種植牧草, 減少土壤侵蝕和消納排泄物, 大大減少土壤系統(tǒng)的能量耗散(圖1)。

圖1 林下種草養(yǎng)雞耦合模式能量流動

2.2 能值投入分析

傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞與林下種草養(yǎng)雞模式的能值投入分析結(jié)果表明(表1), 兩種模式總投入能值分別為9.55E+16 sej、5.75E+16 sej, 后者比前者下降39.8%。就不同類型能值投入比例而言, 傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞模式可更新環(huán)境資源、不可更新環(huán)境資源、工業(yè)輔助能、可更新有機能投入分別占總投入能值的14.6%、71.1%、6.1%、8.2%。不可更新環(huán)境資源投入占主要比例, 尤其是表層土損耗能巨大, 損失高達6.79E+16 sej, 占總投入能值71.1%。林下種草養(yǎng)雞模式可更新環(huán)境資源、不可更新環(huán)境資源、工業(yè)輔助能、可更新有機能投入分別占總投入能值的24.3%、16.0%、43.1%、17.9%。與傳統(tǒng)模式相比, 林下種草養(yǎng)雞模式的不可更新環(huán)境資源投入明顯下降, 降幅達5.87 E+16 sej, 表層土流失控制發(fā)揮主要作用; 工業(yè)輔助能明顯提高, 增幅達1.89 E+16 sej, 化肥投入貢獻了大部分能值; 可更新有機能小幅提升, 增幅達2.49 E+15 sej, 主要是勞動力、牧草種苗等方面的投入增加。就系統(tǒng)反饋能而言, 傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞模式、林下種草養(yǎng)雞模式分別為3.53E+14 sej、4.79E+14 sej, 無明顯變化, 雖然林下種草養(yǎng)雞模式產(chǎn)生了部分可供河田雞采食的牧草, 但雞糞是反饋能值的主要貢獻者。

2.3 能值產(chǎn)出分析

傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞與林下種草養(yǎng)雞2種模式的能值產(chǎn)出分析結(jié)果表明(表2), 傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞、林下種草養(yǎng)雞模式的能值產(chǎn)出分別為2.89E+16 sej、3.07E+16 sej, 后者較前者提高6.2%。在兩種模式中, 肉產(chǎn)品與馬尾松仍是主要的能值產(chǎn)出組分, 林下種草養(yǎng)雞模式的優(yōu)勢在于馬尾松長勢明顯加快, 能值產(chǎn)出是傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞模式的1.71倍[傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞、林下種草養(yǎng)雞模式馬尾松蓄積量分別為21.24 m3×hm-2(2014年數(shù)據(jù))和36.35 m3×hm-2(2017年數(shù)據(jù))], 也是總產(chǎn)出能值增加的重要原因。

圖2 林下養(yǎng)殖河田雞(傳統(tǒng)養(yǎng)殖)模式的能值流動圖

表1 馬尾松林下2種養(yǎng)雞模式的能值投入

Table 1 Energy inputs of 2 chicken breeding modes underforest

投入Input原始數(shù)據(jù)Primary data能值轉(zhuǎn)換率Emergy conversion rate (sej×g-1, sej×J-1 or seg×￥-1)太陽能值Solar energy (sej)Seed labor force 占總投入的比例Proportion of total input (%) 傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞Traditional chicken breeding under forest林下種草養(yǎng)雞Ecologicalchicken breeding under forest傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞Traditionalchicken breeding under forest林下種草養(yǎng)雞Ecologicalchicken breeding under forest傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞Traditionalchicken breeding under forest林下種草養(yǎng)雞Ecologicalchicken breeding under forest 可更新環(huán)境資源(R)Renewable natural resources1.40E+161.40E+1614.6024.30 太陽能Solar energy5.96E+14 J5.96E+14J1.00E+005.96E+145.96E+140.731.36 雨水化學(xué)能Rainfall chemical energy4.68E+11 J4.68E+11 J1.54E+047.21E+157.21E+158.8816.42 雨水勢能Rainfall potential energy4.76E+11 J4.76E+11 J8.89E+034.23E+154.23E+155.219.64 地球轉(zhuǎn)動能Earth rotation energy6.67E+10 J6.67E+10 J2.90E+041.93E+151.93E+152.384.40 不可更新環(huán)境資源(N) Nonrenewable natural resources6.79E+169.21E+1571.1016.00 表層土損耗能Energy loss of surface soil1.07E+12 J1.44E+11 J6.35E+046.79E+169.14E+1583.6220.82 生產(chǎn)用水Production water5.00E+08 g8.00E+08 g8.99E+044.50E+137.19E+130.060.16

表1 續(xù)

投入Input原始數(shù)據(jù)Primary data能值轉(zhuǎn)換率Emergy conversion rate (sej×g-1, sej×J-1 or seg×￥-1)太陽能值Solar energy (sej)Seed labor force 占總投入的比例Proportion of total input (%) 傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞Traditional chicken breeding under forest林下種草養(yǎng)雞Ecologicalchicken breeding under forest傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞Traditionalchicken breeding under forest林下種草養(yǎng)雞Ecologicalchicken breeding under forest傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞Traditionalchicken breeding under forest林下種草養(yǎng)雞Ecologicalchicken breeding under forest 工業(yè)輔助能(F) Nonrenewable natural resources5.84E+152.48E+166.1043.10 電力Electricity—2.88E+09 J1.60E+05[44]—4.61E+14—1.05 氮肥Nitrogen fertilizer—3.00E+06 g3.80E+09[44]—1.14E+16—25.97 復(fù)合肥Compound fertilizer—3.00E+06 g2.80E+09[44]—8.40E+15—19.13 疫苗Vaccine2.60E+03 ￥2.60E+03 ￥1.69E+11[22]4.39E+144.39E+140.541.00 飼料Feeds2.50E+04 ￥1.75E+04 ￥1.69E+11[22]4.23E+152.96E+155.206.74 雞舍Pheasantry6.96E+03 ￥6.96E+03 ￥1.69E+11[22]1.18E+151.18E+151.452.68 可更新有機能(R1)Renewable organic energy7.81E+151.03E+168.2017.90 勞力Labor6.36E+08 J7.41E+08 J1.02E+ 076.49E+157.56E+157.9917.22 雞苗Baby chickens7.83E+03 ￥7.83E+03 ￥1.69E+11[22]1.32E+151.32E+151.633.02 種子Seeds—1.16E+03 ￥1.69E+11[22]—1.96 E+14—0.35 牧草種苗Grass seedlings—7.25E+03 ￥1.69E+11[22]—1.23E+15—2.79 系統(tǒng)反饋能(R0)Feedback energy3.53E+144.79E+14 牧草Pasture—7.50E+02 ￥1.69E+11[22]—1.26E+14—0.29 雞糞Chicken manure2.09E+03 ￥2.09E+02 ￥1.69E+11[22]3.53E+143.53E+140.430.80 總投入能值(T)Total energy input9.55E+165.75E+16100.00100.00

表層土損耗能[47]＝耕地面積×土壤侵蝕率×單位質(zhì)量土壤的有機質(zhì)含量×有機質(zhì)能量(有機質(zhì)能量2.26 E+4 J×g-1, 兩種模式的土壤侵蝕率分別為890 t×km-2×a-1和120 t×km-2×a-1, 兩種模式土壤有機質(zhì)平均含量為7.97 g×kg-1)。勞力[48]＝總勞力數(shù)×工作日×熱工當(dāng)量。林下種草模式氮肥[48]用量450 kg×hm-2×a-1, 復(fù)合肥[45]用量為450 kg×hm-2×a-1。林下種草電力=800 kW·h×3.6 E+6 J×kW-1×h-1。傳統(tǒng)林下養(yǎng)殖與林下種草養(yǎng)雞兩種模式的生產(chǎn)用水量分別為500 t×a-1和800 t×a-1。疫苗、飼料、雞苗、種子、牧草種苗、雞糞根據(jù)價格換算成人民幣(疫苗1元×只-1×批-1, 飼料1.6元×kg-1, 雞苗3元×只-1, 種子450元×hm-2, 牧草種苗8 250元×hm-2, 雞糞干重400元×t-1), 林下種草養(yǎng)雞模式被雞采食的牧草按替代30%飼料換算。雞舍建設(shè)面積400 m2, 建設(shè)成本600元×m-2, 按5年使用期折算。2014年長汀能值貨幣比參考方蕓蕓等[22]研究結(jié)果?？偼度耄?+++1)。Loss energy of topsoil[47]= cultivated area × soil erosion rate × organic matter content per unit mass of soil × organic energy (organic energy is 2.26E+4 J×g-1. The erosion rates are 890 t×km-2×a-1and 120 t×km-2×a-1,respectively. The average organic matter content of the two models is 7.97 g×kg-1). Labor[48]= total labor × working days × thermal equivalent. Under the forest, the nitrogen fertilizer[48]dosage is 450 kg×hm-2×a-1, and the compound fertilizer[45]is 450 kg×hm-2×a-1. The undergrowth grass power = 800 kW·h×(3.6E+6) J×kW-1×h-1. The water consumptions for the production of traditional and ecological chicken breeding under forest are 500 t×a-1and 800 t×a-1respectively. Vaccine, feed, chick, seed, forage seedlings, chicken manure are converted into RMB (vaccine 1 ￥?batch-1, feed 1.6 ￥×kg-1, chicken 3 ￥?head-1, seed 450 ￥×hm-2, forage grass seedlings 8 250 ￥×hm-2, dry chicken manure 400 ￥×t-1). The grass of ecological chicken-breeding mode replaces 30% feed of the chickens. The henhouse is 400 m2, and the construction cost is 600 ￥×m-2, which is converted according to the 5-year service period. The energy of RMB refers to results of FANG et al[22]. The total energy input = (+++1).

表2 馬尾松林下2種養(yǎng)雞模式的能值產(chǎn)出表

經(jīng)過實地測產(chǎn), 傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞、林下種草養(yǎng)雞的鮮草產(chǎn)量分別為1 476 kg×hm-2和2 548 kg×hm-2[46]。養(yǎng)殖河田雞平均凈重1.5 kg×只-1, 2014年河田雞肉產(chǎn)品價格為40元×kg-1。2種模式馬尾松木材蓄積凈增量分別為21.24 m3×hm-2(2014年數(shù)據(jù))和36.35 m3×hm-2(2017年數(shù)據(jù))[46], 價格按650元×m-3計算。According to field investigation, the fresh grass yield of traditional and ecological chicken breeding under forest are 1 476 kg×hm-2and 2 548 kg×hm-2respectively[46]. The average net weight of chicken is 1.5 kg per head. In 2014, the price of chicken meat product was 40 ￥×kg-1. The net increase of masson() wood storage for traditional and ecological chicken breeding under forest were 21.24 m3×hm-2(2014 data) and 36.35 m3×hm-2(2017 data)[46], respectively, and the price was 650 ￥×m-3.

2.4 能值指標分析

能值自給率指本地環(huán)境資源能值投入與系統(tǒng)能值總投入之比。分析表明(表3), 傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞、林下種草養(yǎng)雞模式能值自給率分別為0.86、0.40, 低于全國平均水平, 也表明長汀馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)處于十分脆弱的狀態(tài), 自身的環(huán)境資源條件難以維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡。林下種草養(yǎng)雞模式從系統(tǒng)外導(dǎo)入大量的肥料彌補土壤肥力不足的問題, 導(dǎo)致能值自給率低于傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞模式0.46個單位。傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞、林下種草養(yǎng)雞模式的能值投資率分別為0.166和1.510, 后者比前者高1.34個單位, 表明林下種草養(yǎng)雞發(fā)展水平更高, 經(jīng)濟活力更強。傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞、林下種草養(yǎng)雞模式的凈能值產(chǎn)出率分別為2.125和0.870, 林下種草養(yǎng)雞模式低于前者1.255個單位, 這與該模式中工業(yè)輔助能投入高, 尤其是化肥投入量大, 同時侵蝕區(qū)土壤結(jié)構(gòu)性差, 能量從化肥—牧草—雞的循環(huán)流動中損失比例高有關(guān)。環(huán)境負載率體現(xiàn)農(nóng)業(yè)模式對環(huán)境的依賴性, 傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞伴隨著大量的水土流失, 對環(huán)境影響大, 環(huán)境負載率高達3.380, 而林下種草養(yǎng)雞模式的環(huán)境負載率為1.370, 低于前者2.01個單位。作為能值分析的核心指標, 可持續(xù)發(fā)展指數(shù)代表農(nóng)業(yè)模式的可持續(xù)發(fā)展水平。表3顯示, 林下種草養(yǎng)雞模式的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)為0.635, 高于傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞模式0.006個單位, 是該區(qū)林下養(yǎng)雞的發(fā)展趨勢。2種模式的能值反饋率分別為0.026、0.290, 林下種草養(yǎng)雞模式高出傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞模式0.264個單位, 說明林下種草養(yǎng)雞模式的系統(tǒng)反饋能值高于傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞模式。

表3 馬尾松林下2種養(yǎng)雞模式的能值指標

1)符號的意義見表1。1) Meanings of the letters are shown in the table 1.

3 結(jié)論與討論

1)系統(tǒng)能值分析結(jié)果表明: 林下種草養(yǎng)雞模式系統(tǒng)與原傳統(tǒng)模式系統(tǒng)相比投入部分增加了牧草、種苗與肥料部分, 而產(chǎn)出部分與原傳統(tǒng)模式系統(tǒng)相比也有較大的差異。傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞模式系統(tǒng)的產(chǎn)投比為0.30, 而林下種草養(yǎng)雞模式系統(tǒng)的產(chǎn)投比為0.53, 說明林下種草養(yǎng)雞模式的產(chǎn)出效益大于傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞模式, 這主要歸功于系統(tǒng)反饋能值增加與不可更新資源中表土損耗能降低的結(jié)果。這也就導(dǎo)致后續(xù)的林下種草養(yǎng)雞模式系統(tǒng)中能值自給率、凈能值產(chǎn)出率和環(huán)境負載率低于傳統(tǒng)模式系統(tǒng), 能值投資率和可持續(xù)發(fā)展指數(shù)高于傳統(tǒng)模式系統(tǒng)?？傮w而言, 林下種草養(yǎng)雞系統(tǒng)顯示了更強的經(jīng)濟活力, 不僅減少了環(huán)境壓力, 而且增加了系統(tǒng)反饋率, 有一定的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)。

但與全國的平均水平相比, 傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞的能值自給率僅為0.86, 遠低于全國平均水平, 也表明長汀馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)仍處于十分脆弱的狀態(tài)。林下種草養(yǎng)雞模式實施后, 土壤侵蝕量下降95%, 植被覆蓋度由46%提升至90%, 林分蓄積量明顯增加[46]。從而使林下種草養(yǎng)雞模式系統(tǒng)的能值投資率提高1.34個單位, 環(huán)境負載率降低2.01個單位, 可持續(xù)發(fā)展指數(shù)提高0.006個單位, 這佐證了實際生產(chǎn)應(yīng)用成效。

2)系統(tǒng)構(gòu)建分析表明: 林下種草養(yǎng)雞模式的核心技術(shù)在于林下種草、控制飼養(yǎng)密度、合理輪牧。前人研究結(jié)果表明, 林下養(yǎng)雞密度超過450羽×hm-2, 對植被產(chǎn)生破壞[49]。本研究的放牧密度900羽×hm-2, 加上種植草籬休牧, 對植被無明顯破壞, 還明顯促進馬尾松生長。其原因一是牧草吸引了雞的活動范圍, 減輕對本地灌草的破壞; 二是雞排泄的N、P對于土壤養(yǎng)分嚴重不足的林地有益。說明該林下種草養(yǎng)雞系統(tǒng)有一定的應(yīng)用價值與發(fā)展前景, 但要重點控制好養(yǎng)殖密度與輪牧?xí)r間。

3)系統(tǒng)不足之處: 南方紅壤侵蝕重點區(qū)的生產(chǎn)恢復(fù)仍面臨巨大挑戰(zhàn)。本研究中傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞模式的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)為0.629, 方蕓蕓等[22]研究結(jié)果低至0.2, 本研究結(jié)果低于長汀縣的平均水平(5.17)[50]。林下種草養(yǎng)雞耦合模式的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)也低于李雙喜[51]的研究結(jié)果。土壤結(jié)構(gòu)差是導(dǎo)致林下植被生長不良的重要原因, 也是導(dǎo)致林下種草養(yǎng)雞耦合系統(tǒng)中能量在從化肥—牧草—雞的循環(huán)流動中損失比例偏高的重要原因, 表現(xiàn)為凈能值產(chǎn)出率低于對照1.255, 而能值反饋率高出對照0.264個單位。因此, 下一步林下種草養(yǎng)雞耦合的優(yōu)化一是積極增加勞力,收集雞糞, 并結(jié)合牧草凋落物深施于土壤中, 以改善土壤結(jié)構(gòu); 二是延伸肉雞產(chǎn)品精深加工, 開展個性營銷, 提升種草養(yǎng)雞肉質(zhì)品的附加值。

4)本研究結(jié)論: 通過測評長汀縣三洲鎮(zhèn)垌壩村傳統(tǒng)林下養(yǎng)雞(對照)與林下種草養(yǎng)雞兩種模式的能值投入產(chǎn)出分析表明, 林下種草養(yǎng)雞模式的能值投資率、可持續(xù)發(fā)展指數(shù)比對照提高1.344和0.006個單位; 能值自給率、環(huán)境負載率比對照下降0.46、2.01個單位; 林下種草養(yǎng)雞模式的凈能值產(chǎn)出率低于對照1.255個單位, 而能值反饋率高出對照0.264個單位。

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Emergy analysis of chicken breeding modes under low-efficientforests*

GAO Chengfang1, HUANG Ying2, ZHANG Xiaopei1, LUO Xuhui3**, CHEN En3, LI Wenyang1, WENG Boqi3

(1. Institute of Animal Husbandry and Veterinary Medicine, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou 350013, China; 2. Institute of Agricultural Economic and Technological Information, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou 350003, China; 3. Institute of Agricultural Ecology, Fujian Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Agricultural Ecological Process in Fujian Province Red Soils, Fuzhou 350013, China)

forest is a typical low-efficient vegetation type in eroded red-soil areas. Ecological breeding of chicken under forest is a new mode that includestraditional raising chicken under forest and grass planting underneath. This model can reduce soil erosion inforests and improve economic performance. To evaluate ecological and economic benefits of ecological breeding of chicken underforest, this paper used emergy analysis method to evaluate self-sufficiency, investment value, net emergy output, environmental load rate, sustainable development index and emergy feedback rate of traditional chicken breeding mode (CK) and ecological chicken breeding mode (ECB) underforests in Tongba Village, Sanzhou Town and Changting County. The results showed that self-sufficiency, investment value, net emergy output, environmental load rate, sustainable development index, and emergy feedback rate of CK were respectively 0.860, 0.166, 2.125, 3.380, 0.629 and 0.026. Then those of ECB were respectively 0.400, 1.510, 0.870, 1.370, 0.635 and 0.290. The values of investment and sustainable development indexes of ECB increased respectively by 1.344 and 0.006 over those of CK, showing stronger economic vitality. The self-sufficiency and environmental load rate of ECB reduced respectively by 0.460 and 2.010 compared with CK, showing lower environment stress. Net emergy output was lower by 1.255 units and emergy feedback rate higher by 0.264 units over CK. Input-output ratio of CK was 0.30, and that of ECB was 0.53, resulting in high emergy self-sufficiency. Net energy output rate and environmental load of ECB were lower than those under CK, while emergy investment rate and sustainable development index were higher. In general, ecological chicken breeding under forest had stronger economic vitality and lower environment stress, and consequently, was consistent with the trend of economic development in vulnerable forest areas. Poor soil structure in soil erosion areas limited the functions of chemical fertilizer in the circulatory system. This led to low net emergy output and emergy feedback rate. This result was indicative for the optimization of forestry economy modes.

Red-soil erosion zone; Low-efficientforest; Water and soil loss; Forestry economy; Ecological chicken breeding; Emergy analysis

, E-mail: xuhui22203@163.com

Mar. 27, 2018;

Aug. 13, 2018

S7

A

1671-3990(2018)12-1919-10

10.13930/j.cnki.cjea.180301

* 中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項(2016L3004)和福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新團隊項目(STIT2017-3-8, STIT2017-1-9)資助

羅旭輝, 主要從事水土保持與農(nóng)業(yè)面源污染防控技術(shù)研究。E-mail: xuhui22203@163.com

高承芳, 主要從事牧草營養(yǎng)與畜牧利用方面研究。E-mail: gaochengfang602@163.com

2018-03-27

2018-08-13

* This study was supported by the Central Government Guides Local Science and Technology Development Projects of China (2016L3004) and the Scientific and Technological Innovation Team Project of Fujian Academy of Agricultural Sciences (STIT2017-3-8, STIT2017-1-9).

高承芳, 黃穎, 張曉佩, 羅旭輝, 陳恩, 李文楊, 翁伯琦. 基于能值分析的馬尾松低效林林下種草養(yǎng)雞耦合模式評價[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2018, 26(12): 1919-1928

GAO C F, HUANG Y, ZHANG X P, LUO X H, CHEN E, LI W Y, WENG B Q. Emergy analysis of chicken breeding modes under low-efficientforests[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2018, 26(12): 1919-1928