石家莊市農業生態系統能值演變趨勢分析
2013-04-29 23:04:02李雙江胡亞妮
湖北農業科學 2013年6期
李雙江 胡亞妮
摘要：應用能值分析方法對2005-2010年石家莊市農業生態系統能值總量、投入和產出結構以及各能值指標的變化進行了趨勢分析。結果表明，研究期石家莊農業生態系統總能量投入呈下降趨勢，總能值產出基本保持平穩，投入產出效率提高了8.1%。能值投入結構基本未變，農業生產主要依附于工業輔助能的投入；總能值產出中牧業和種植業的比重發生了一定的此消彼長，種植業能值消費向谷物和水果轉移，牧產品消費由豬、牛、羊肉向家禽、奶類和蜂蜜轉移；石家莊市農業生態經濟系統整體功能較好，對自然資源的依賴性低，糧食生產安全性較高，但總輔助能投入增長空間不大；石家莊農業生態系統具有較強的可持續性與較大的發展空間，同時對環境和資源產生了一定的壓力。石家莊市應調整其農業生態系統能值投入和產出結構，加大科技投入，發展生態農業，促進其可持續性。
關鍵詞：農業生態系統；能值；演變趨勢；石家莊市
中圖分類號：F323.22 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）06-1469-05
2008年末，中國人均耕地面積約為0.092 hm2，僅為世界平均水平的42.8%。如何利用有限的環境資源滿足不斷增大的糧食需求，實現農業可持續發展成為中國面臨的嚴峻挑戰之一。為了滿足日益增長的消費需求，對農田生態系統調控和影響越來越突出，主要表現為化肥、農藥、農業用水、機械、勞動力和信息的大量投入，這使得農業生態經濟系統的結構和功能不斷遭到破壞。因此，如何合理地進行資源的投入，提高農業生態經濟系統發展的可持續性已成為當前廣受關注的課題[1-8]。
石家莊市位于河北省中南部，西高東低，西部地處太行山中段東坡，東部為沖積平原，屬溫帶大陸性半濕潤半干旱季風氣候區，四季分明、雨熱同季，多年平均氣溫13.4 ℃、降水量534.4 mm、無霜期210 d、日照時數2 426.9 h、≥10 ℃的積溫4 553.6 ℃，可滿足一年兩熟（冬小麥-玉米）的熱量需要。西部山地丘陵以棕壤、褐土為主，東部沖積平原以潮土為主，耕地復種指數1.7左右，適宜生長小麥、玉米、豆類等多種農作物，是河北省乃至北方地區糧食高產區。運用能值分析方法，對石家莊市農業生態系統2005-2010年能值總量、投入和產出結構以及各能值指標的變化進行趨勢分析，以期為農業發展規劃提供科學依據，也為農業生態系統的可持續發展提供理論參考。
1 研究方法與數據來源
1.1 能值分析理論
能值分析理論是由著名生態學家Odum[9]于20世紀80年代創立的。所謂能值是一種流動或貯存的能量中所包含的另一種類別能量的數量，即產品或勞務形成過程中直接或間接投入應用的一種有效能量[10]。能值分析以能值為基準，把生態系統或生態經濟系統中不同種類的能量通過能值轉換率轉換成同一標準的太陽能值（單位太陽能焦耳，縮寫為sej）來衡量系統中的各種生態流。將物質或能量轉化為太陽能值的基本表達式為：M=τB，式中M為太陽能值（sej），τ為太陽能值轉換率，B為可用能[11]。
能值分析理論克服了傳統生態系統分析方法的不足，可以定量分析生態經濟系統的結構、功能，得出一系列能值綜合分析指標，從而評價各種生態流在系統中的作用和地位，定量分析系統的結構功能特征與生態經濟效益，以了解人類社會對環境的影響和資源的利用狀況，為正確處理人類社會經濟活動與自然環境的關系和可持續發展提供科學依據[1，12-14]。
1.2 數據來源與處理
數據主要源于2006-2011年石家莊市統計年鑒、中國農業統計年鑒等。能值轉換率和能量折算系數參考《農業技術經濟手冊》、《生態系統能值分析》[15]和其他相關研究成果[11，16]。能值投入和產出根據石家莊市農業生態系統的實際情況進一步細分，將能值投入分為：可更新環境資源能值投入、不可更新環境資源能值投入、不可更新工業輔助能值投入、可更新有機能值投入；將能值產出分為：種植業能值產出、林業能值產出、牧業能值產出、漁業能值產出。根據農田生態系統的特點構建功能指標（能值自給率、能值投入率）和可持續發展指標（凈能值產出率、環境負載率和可持續發展指數）等進行定量分析。
基于以上分類對石家莊市農業生態系統2005-2010年各種生態流變動情況進行計算，分別得到2005-2010年農業生態系統能值投入（表1）、2005-2010年農業生態系統能值產出（表2）、2005-2010年農業生態系統能值分析指標（表3）。
2 結果分析
2.1 能值投入結構分析
2005-2010年，石家莊市農業生態系統總能量投入呈下降趨勢，由2005年的1.59E+22sej降低到2010年的1.48E+22sej（表1），減少了6.5%。其中，除工業輔助能比率稍有下降外（83.2%到82.4%），可更新環境資源、不可更新環境資源、可更新有機能值占總投入的比率基本保持不變。從能值看，可更新有機能略有增加，由7.23E+20sej增至7.49E+20sej，增幅為3.5%；可更新環境資源能值、不可更新環境資源能值和不可更新工業輔助能值投入都有所降低，降幅分別為3.5%、2.5%和7.5%。
2.1.1 可更新環境資源能值投入分析 雨水化學能的變化是可更新環境資源能值投入降低的主要原因，說明降水對該地區農業生產具有非常重要的作用。石家莊市光合有效輻射和耕地資源均較為豐富，但水資源相對緊缺，該地區多年平均水資源總量為21.6億m3，2010年人均水資源量僅為244 m3，不到全國人均水資源量的1/9，屬中國水資源最緊缺的地區之一。在嚴重的水資源供求矛盾下，水利和農業基礎設施的建設對于穩定農業生產至關重要。
2.1.2 可更新有機能值投入分析 研究期，用工總投入是該地區可更新有機能值的70.0%，可見石家莊市農業生產模式屬于勞動密集型產業。2010年底，石家莊市第一產業從業人員368.5萬人，占鄉村勞動力資源數的91.7%，占全市人口的36.0%，很難在短期實現農村剩余勞動力的完全轉移。因此，應加強農林牧副漁相結合，走集約高效可持續發展的現代農業之路，提高區域農業自身吸收剩余勞動力的能力。
2.1.3 不可更新資源能值投入分析 不可更新資源能值投入包括不可更新環境資源投入和不可更新工業輔助能投入兩部分。前者主要為表土流失能，由于石家莊市屬于半濕潤半干旱氣候，且年降雨量有減少趨勢，導致該地區不可更新資源能值年投入量較低，僅為工業輔助能值投入的0.3%～0.4%。工業輔助能值占總能值投入的比率在82.0%以上，說明該地區農業生產主要依附于不可更新的工業輔助能值投入，由此帶來一系列問題，如化肥和農藥的不合理和過量使用，造成資源浪費、生產成本增加和環境污染。
2.2 能值產出結構分析
2005-2010年，石家莊市年總能值產出基本保持平穩，由1.29E+23sej增長到1.30E+23sej，增長了0.8%（表2）。種植業、林業、牧業和漁業的量比關系由2005年的12.23∶0.01∶87.51∶0.25變為2010年的14.57∶0.01∶85.14∶0.29。其中，牧業和種植業能值的量比關系發生了一定的此消彼長，牧業能值比重由87.5%下降為85.1%，種植業能值比重由12.2%增至14.6%。這種結構性變化是在政府農業政策和市場的雙重影響下，石家莊市農業結構不斷調整的結果。
2005-2010年，石家莊市種植業能值產出增長了20.3%，其中谷物增長速度最快（116.6%），其次是水果（22.1%）和是小麥（2.9%），秋收豆類、薯類、棉花、油料和蔬菜瓜果分別下降了45.7%、23.3%、20.2%、10.6%和10.0%。說明人們在糧食作物的消費上向谷物和水果轉移。
2005-2010年，牧業能值產出比重保持在較高水平，但其構成變化很大，牛肉、豬肉和羊肉的能值產出6年間分別下降了50.7%、35.0%和34.9%，而家禽、奶類和蜂蜜的能值產出分別增長了10.5%、53.9%和62.5%。說明人們消費質量的進一步提升，由以消費豬、牛、羊肉為主向家禽、奶類和蜂蜜等更保健的畜牧產品轉移。
石家莊市林業和漁業能值產出所占比重很小。2005-2006年，林業能值產出基本不變，2007-2009年，能值產出呈不斷降低趨勢，2010年又有所上升，這可能是林業政策的實施所導致；漁業能值產出6年間增長了17.2%，這主要是由于人們水產品的消費需求增長較快所造成的。
2.3 能值指標分析
2.3.1 凈能值產出率 凈能值產出率是總能值產出與總輔助能值投入的比率，其值越高，表明系統的生產效率越高，經濟活動越有競爭力。石家莊市農業生態系統凈能值產出率從2005年到2010年下降了3.6%，呈現出波動的微弱下降趨勢。凈能值產出率低于同期的天津市[5]，但遠高于承德市[17]和德州市[18]，說明石家莊市農業生態系統凈能值產出率處于較高水平，農業生態經濟系統整體功能較好，運轉效率和能值回報率較高，產品具有較強的市場競爭力。
2.3.2 能值自給率和能值投入率 能值自給率是總環境能值投入與總能值投入的比率，而能值投入率是總輔助能值投入與總環境能值投入的比率。能值自給率越低，能值投入率越高，系統對經濟投入依賴程度越大。2005-2010年石家莊市農田生態系統的能值自給率表現為先升高后降低，而能值投入率則呈波動上升趨勢（表3），表明系統對自然環境的依賴程度先升后降，對經濟投入依賴性增強。能值投入率從2005年到2010年上升了8.5%，高于同期周邊的天津市[5]、承德市[17]和德州市[18]等地區，說明石家莊市農業對自然資源的依賴性低，糧食生產安全性較高，且總輔助能投入增長空間不大。
2.3.3 環境負載率 環境負載率指不可更新環境資源能值投入和不可更新工業輔助能值投入之和與可更新環境資源能值投入的比率。較高的環境負載率說明在經濟系統中存在高強度的能值利用和高水平的科技力量，會對環境系統保持較大的壓力。若長期處于較高的環境負載率下，系統將產生不可逆轉的功能退化或喪失[19]。石家莊市農業生態系統環境負載率由2005年到2010年下降了6.1%，呈現出波動下降趨勢，低于同期的天津市[5]和德州市[18]，高于承德市[17]，遠低于發達國家水平。一方面，說明石家莊的農業發展遠未達到高投入高產出的狀態，仍有很大的發展潛力；另一方面，也表明石家莊市農業系統對環境和資源有一定的壓力，其自然、社會、經濟系統還不協調，環境資源系統效益不高。因而，應加大科技管理投入，發展生態農業，提高資源的利用效率，減少對環境的污染。
2.3.4 系統可持續發展指數 可持續發展指數（ESI）指能值產出率與環境負載率的比值，該指數能夠較客觀地說明區域可持續發展能力。當1
3 結論
運用能值分析對石家莊市農業生態系統2005-2010年能值投入與產出情況進行了計算與分析，并對其功能和可持續性進行了評價，得到以下結論：①研究期，石家莊農業生態系統總能值投入呈下降趨勢，總能值產出基本保持平穩，投入產出效率提高了8.1%。②水資源短缺是石家莊市農業發展最大的制約因素，應加強農業基礎設施建設和提高水資源利用效率；能值投入結構基本未變，農業生產主要依附于工業輔助能的投入，造成資源浪費、生產成本增加和環境污染，要改變現有的勞動密集型產業模式，走農林牧副漁相結合的可持續發展農業之路；牧業和種植業在總能值產出中比重發生了一定的此消彼長，種植業能值消費向谷物和水果轉移，牧產品消費由豬、牛、羊肉向家禽、奶類和蜂蜜轉移。③石家莊市農業生態經濟系統整體功能較好，產品具有較強的市場競爭力，其對自然資源的依賴性低，糧食生產安全性較高，但總輔助能投入增長空間不大。④石家莊農業生態系統具有較強的可持續性與較大的發展空間，農業可持續性受農業政策的影響。同時對環境和資源產生了一定的壓力，應加大科技管理投入，發展生態農業。
結果存在一定的誤差。一方面，能量轉換系數和能值轉換率參考了相關的研究成果，但由于地區之間生產水平與效益等因素存在差異，可能造成一定的誤差；另一方面，個別數據（如種子用量）無法調查得到，通過估算（種子用量=當年糧食產量的2.0%）會造成一定的誤差。這些都有待于進一步探討。
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