基于能值分析的國有農(nóng)場環(huán)境績效評估

羅志紅 劉祚希

(沈陽航空航天大學能源與環(huán)境學院，遼寧 沈陽 110136)

引言

農(nóng)場化農(nóng)業(yè)是未來世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢，在提高農(nóng)業(yè)機械化水平、推廣農(nóng)業(yè)新技術(shù)、提高單位面積產(chǎn)量、降低成本、提升糧食質(zhì)量、提高資源利用率等方面，農(nóng)場化的發(fā)展起著重要作用。除此之外，農(nóng)場化的發(fā)展擴大了耕地面積，釋放出巨大的勞動潛力，加快城市化的步伐。在當前農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的大背景下，農(nóng)場的農(nóng)作物生產(chǎn)正逐步成為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中的一個有機組成部分[1]。然而，為了追求糧食總產(chǎn)量，在農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)過程中也產(chǎn)生了一系列環(huán)境問題，如農(nóng)業(yè)機械、化肥、殺蟲劑的濫用，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生負面影響，降低了農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，帶動整個產(chǎn)業(yè)鏈的資源消耗和污染物排放，從而導致地區(qū)的環(huán)境壓力過大，可持續(xù)性下降[2]。因此，建立適于我國農(nóng)場體系的環(huán)境可持續(xù)評估方法和指標體系能夠為我國大型農(nóng)場的可持續(xù)管理模式提供幫助。本文采用能值分析方法，以國有農(nóng)場農(nóng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)為對象，包括糧食產(chǎn)量、棉花產(chǎn)量、油料作物產(chǎn)量、糖類產(chǎn)量、麻類產(chǎn)量、茶類產(chǎn)量和水果產(chǎn)量等，對我國2003—2018年國有農(nóng)場的農(nóng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)進行可持續(xù)績效評價。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

1.1.1 能值分析概念

1987年，Odum第1次向外界闡述了能值概念理論，之后Odum又進行了一系列調(diào)查研究并出版了世界上第1部能值專著《Environmental Accounting:EMERGY and Decision Making》，Odum將能值定義為某種流動或貯存的能量包含另一種流動或貯存的能量稱為該種能量的能值[3]。地球上的能量都直接或間接地來源于太陽能，所以實際應用中通常以太陽能值(SolarEmergy)來度量不同類型能量的能值。

1.1.2 系統(tǒng)能值流圖

將生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者、消費者以及其他組分聯(lián)結(jié)在一起，描述整個生態(tài)系統(tǒng)的流動過程如圖1，圖中最大的矩形代表了國有農(nóng)場農(nóng)作物生產(chǎn)的系統(tǒng)邊界。陽光和地球循環(huán)是基本的可再生能源，是推動整個作物系統(tǒng)的初始能源。這些資源流動和其他投入，如柴油、灌溉水、農(nóng)業(yè)機械、肥料和勞動力等，支持了農(nóng)作物生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)運作。虛線代表了投資和購買勞動力資源的貨幣流動。

圖1 農(nóng)場農(nóng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)邊界圖

1.1.3 能值分析數(shù)據(jù)計算

收集2003—2018年國有農(nóng)場農(nóng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)的自然環(huán)境資源投入與消耗等各種數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)中主要能量來源和輸出項目進行研究，然后對能值分析表中各類別資源能流量(原始數(shù)據(jù))進行計算，用焦耳(J)來表示；每個參考(或功能)單元投入的太陽能類型的輸入能值量被命名為單位能值(Unit Emergy Value，UEV)；將各類別的能量轉(zhuǎn)換成共同的能值單位(solar emjoule)，簡寫為sej，評價其在系統(tǒng)中的貢獻和地位。在公式(1)中給出了相應UEV計算的能值流量[4]。

Em=∑fi×UEVii=1,…,n

(1)

式中，Em表示投入資源的太陽能值；fi表示物質(zhì)或能量的輸入流；UEVi表示第i流的單位能值。

1.1.4 能值指標評價體系

Noise Intensity Determination in Urban Rail Transit Environmental Impact Assessment……………HAN Li(2·5)

在能值分析評價體系的作用下，以能量流、信息流、物質(zhì)流、貨幣流等各種生態(tài)流統(tǒng)一能值為標準的衡量尺度上，對各個系統(tǒng)和子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能進行了分析，從而反映出資源的價值，反映了人類社會的發(fā)展。如公式(2)所示，投入的總能值(Total emergy used，U)是將可更新資源能值(Renewable resource emergy，R)、不可更新資源能值(Nonrenewable resource emergy，N)與購買能值(Purchased Resources，F(xiàn))相加。以國有農(nóng)場農(nóng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)為例，可更新能值包括太陽能、風能、雨水能以及地球旋轉(zhuǎn)能；不可更新能值包括表層土損耗；購買能值包括灌溉水、種子、勞動力、農(nóng)業(yè)機械、柴油和化肥等。

U=R+N+F

(2)

利用可更新資源能值(R)、不可更新資源能值(N)、外購資源能值(F)與總能值(U)對國有農(nóng)場農(nóng)作物生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展進行了分析，構(gòu)建能值產(chǎn)出率(Emergy yield ratio，EYR)、環(huán)境負載率(Environmental loading ratio，ELR)、能值可持續(xù)指數(shù)(Emergy sustainable index，ESI)3個指標，對國有農(nóng)場農(nóng)作物生態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)量、環(huán)境負荷、可持續(xù)性以及經(jīng)濟強度進行了評價(除西藏、香港、澳門和臺灣)。

1.1.4.1 能值產(chǎn)出率(EYR)

能值產(chǎn)出率是系統(tǒng)總能值與購買能值之比，這一指標是衡量系統(tǒng)產(chǎn)出對經(jīng)濟貢獻的大小。能值產(chǎn)出率越高，表明農(nóng)場農(nóng)作物生產(chǎn)效率越高，經(jīng)濟效益越好。用公式(3)來表示：

(3)

1.1.4.2 環(huán)境負載率(ELR)

環(huán)境負載率是不可再生能源與可再生能源之比，是衡量農(nóng)作物生產(chǎn)對當?shù)丨h(huán)境造成的壓力。環(huán)境負載率越大，表明農(nóng)作物生產(chǎn)過程對環(huán)境的壓力越大。用公式(4)來表示：

(4)

可持續(xù)發(fā)展指數(shù)定義為能值產(chǎn)出率(ELR)與環(huán)境負載率(ESI)之比。這個指標衡量了生態(tài)和經(jīng)濟2個方面。當ESI<1時，則該系統(tǒng)的可持續(xù)性較差；當ESI在1～10時，表明該系統(tǒng)是一個發(fā)展中的經(jīng)濟體；當ESI>10時，表明該系統(tǒng)的可持續(xù)較好。用公式(5)來表示：

(5)

1.2 數(shù)據(jù)來源

此次研究采用的數(shù)據(jù)均來源于2004—2019年國家統(tǒng)計局所編制并發(fā)布的《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》，降雨量數(shù)據(jù)來源于2003—2018年30省份的水資源公報，農(nóng)業(yè)灌溉水使用量數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒》。能值輸入流的UEV主要基于發(fā)表的研究和美國國家環(huán)境核算數(shù)據(jù)庫(National Environmental Accounting Database，NEAD)[5]。

2 結(jié)果與討論

2.1 能值產(chǎn)出率(EYR)

從圖2可以看出，2003年的國有農(nóng)場的能值產(chǎn)出率是1.29，到了2018年，能值產(chǎn)出率已經(jīng)下降到了1.24，年均下降率為0.23%。表明用于產(chǎn)生農(nóng)作物產(chǎn)量的最大一部分能值是從系統(tǒng)外部投資來驅(qū)動這一過程的，系統(tǒng)更多地依賴于外購資源，而不是當?shù)刭Y源。從表1可以看出，2003—2018年，EYR的平均值是1.25，和其他國家相比，我國農(nóng)場作物生產(chǎn)系統(tǒng)的EYR值比較高，給環(huán)境系統(tǒng)帶來了不小的壓力。

圖2 2003—2018年國有農(nóng)場EYR、ELR和ESI分析結(jié)果

2.2 環(huán)境負載率(ELR)

根據(jù)圖2可知，2003年農(nóng)場的環(huán)境負載率為4.4，到了2018年，增長到了5.12，年均增長速率為1.01%。從表1也可以看出，農(nóng)場作物生產(chǎn)系統(tǒng)的環(huán)境負載率比其他國家高，也就是說，我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)對環(huán)境造成了中度影響。而在未來的農(nóng)業(yè)發(fā)展中，此值勢必會呈現(xiàn)逐漸增長的趨勢，因此，要對國有農(nóng)場重新進行評估，適當減少農(nóng)場不可再生資源的投入，保證農(nóng)場的功能不退化。

2.3 能值可持續(xù)指數(shù)(ESI)

從圖2可以看出，2003年國有農(nóng)場的環(huán)境可持續(xù)性指數(shù)是0.29，到了2018年，已經(jīng)下降到了0.24。從表1也可以看出，與其他國家相比，我國農(nóng)場作物生產(chǎn)系統(tǒng)的可持續(xù)性較低，系統(tǒng)對經(jīng)濟投入的依賴程度太大。

表1 國有農(nóng)場作物系統(tǒng)與其他研究的比較

3 結(jié)論與建議

結(jié)果表明，從2003年開始，總能值的投入在逐年增加。截至2018年，外購資源的投入已經(jīng)占到了最高比例，國有農(nóng)場作物生產(chǎn)系統(tǒng)的EYR值逐年下降，ELR值逐年上升，因此ESI值逐年下降。這表明我國國有農(nóng)場由傳統(tǒng)的農(nóng)場模式轉(zhuǎn)變成了大型的機械農(nóng)場模式，采用了更加先進的技術(shù)，如自動播種機、自動收割機等，提高了農(nóng)作物生產(chǎn)效率，但與此同時，大量的生產(chǎn)也導致了一系列的環(huán)境問題。根據(jù)本研究得到的結(jié)論對國有農(nóng)場農(nóng)作物系統(tǒng)在未來的發(fā)展提出相應的政策建議。具體建議如下：提高化肥的使用效率，可以采用新的化學成分、準確的施用方法和更好的農(nóng)業(yè)管理技術(shù)，各農(nóng)場還可以實行種植養(yǎng)殖一體化模式，還可以推廣秸稈還田，推廣水肥綜合利用技術(shù)來提高化肥的利用率；發(fā)展農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟，如可以應用3R原則，以減少整體不可再生投入，將現(xiàn)有的農(nóng)場發(fā)展模式轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷳B(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)模式，延長其可持續(xù)發(fā)展。