基于能值理論的鹽城市農業生態系統動態分析

楊志平

（1．鹽城師范學院 城市與資源環境學院，江蘇 鹽城224051；2．江蘇沿海開發研究院，江蘇 鹽城224051）

20世紀80年代美國著名生態學家H．T．Odum教授創立了能值分析理論和方法，即將以前不可比較但又密切聯系的各種能量 （能量流、物質流、經濟流、信息流）用一個共同的尺度——太陽能值來統一衡量，由于物質的能值轉化率相對其市場貨幣價格來講，充分考慮了自然界對它形成的貢獻，并賦予了一定的價值，減少了用貨幣來表現它時由于供求關系的改變、通貨膨脹等經濟因素的干擾而出現的偏差，所以也就更能表現出它的真實價值［1－7］。90年代以來，能值分析的研究在國內外都得到了迅速的發展，研究領域主要集中在理論方法和實踐兩個方面，在理論上，H．T．Odum［1，3－4］、Ulgiati［8］、藍盛芳、嚴茂超［5，9－10］等經過大量實踐研究提出了一些新的能值評估指標，對一些物質能量的能值轉化率進行了估算。在實踐上，李雙成等［11］許多學者運用能值分析的方法在國家、省區、都市以及縣域等不同尺度地域上進行了生態經濟分析和評估；黃書禮［12］對城市生態系統、農業生態系統、自然保護區生態系統進行了能值分析研究；趙欣勝等［13］對土地資源、水資源和各類礦產資源進行了能值分析評估。但是對沿海地區農業生態系統的研究鮮有報道。

本文利用能值分析理論方法，對鹽城市農業生態系統的發展現狀進行定量分析和評價。通過定量分析鹽城市自然環境和人工輔助能能量投入和產出的總體能流能值，評價其環境資源能值基礎、能值投入和生產力水平，為合理開發農業環境資源，實現農業可持續發展提供科學依據。

1 研究區概況

鹽城地處北緯32°34′—34°28′，東經119°27′—120°54′。鹽城是江蘇省土地面積最大、海岸線最長的地級市，全市土地總面積16 972km2，是江蘇省最大、最具潛力的土地后備資源。鹽城市屬于北亞熱帶季風氣候向南暖溫帶季風氣候過渡的地帶。一般以灌溉總渠為界，渠南為北亞熱帶氣候帶，渠北為南暖溫帶氣候帶。由于東臨黃海，海洋調節作用非常明顯。主要特點是季風盛行，四季分明，雨水豐沛，雨熱同期，光照充足，無霜期長。這種氣候既有利于稻、麥、棉花的生長，又有利于大豆、油菜、花生等油料作物以及蔬菜和果樹的種植；也有利于魚、蟹、對蝦、貝類等水產品的養殖。全市太陽年輻射總量為485．7～505．8 kJ／cm2；全年光照時間平均2 280h；年平均氣溫為13．7～14．5℃；年降水總量為785．2～1 309．5mm［14］。

2 研究方法

2．1 能值理論概述

能值分析將不同來源、不同性質的能量轉換為同一性質的能值，以此作為衡量各種能量的客觀標準和價值尺度，在實際應用中以太陽能值作為標準，將不同的能量通過能值轉換率統一為太陽能值（sej），以此對生態系統內各級別的能量進行分析評價。能值分析理論和方法可定量評價自然環境在系統生產中的貢獻價值，彌補了傳統的能量評價方法無法考慮自然環境價值的不足，有助于區域國民經濟可持續發展能力的研究。

能值轉換率是能值分析中另一重要概念，它是指單位某物質（g）或能量（J）所含能值之量。實際使用的是太陽能值轉換率，即單位能量或物質所含太陽能值之量。單位為太陽能／焦耳（或克），即sej／J或sej／g。能值轉換率是衡量能質和能級的尺度。

2．2 能值指標體系

（1）凈能值產出率：是衡量系統產出對經濟貢獻大小的指標。其值越高，表明系統獲得一定的經濟能值投入，生產出來的產品能值（產出能值）越高，即系統的生產效率越高［10］。

（2）能值投入率：用來判定經濟活動在一定條件下的競爭力，也可以作為指標用于測知環境資源條件對經濟活動的負荷量。過大的經濟投入，輸入大量購進的能值，將使其生產的產品競爭力降低。相反，如果系統具有較低的能值投入率，即意味著經濟投資率低，需要購買的能值較少，其產品以較低的價格出售。一個經濟系統要有競爭力，必須具有低能質的可更新資源與高能質的能量適當搭配，即必須遵循能值搭配原則。

（3）環境承載力：是對經濟系統的一種警示，若系統長期處于較高的環境負荷率，系統將產生不可逆轉的功能退化或喪失。從能值分析角度來看，外界大量低能質的輸入以及過度開發本地不可更新資源是引起環境系統惡化的主要原因。

（4）能值密度、人均能值用量和人均能值產出量：是有效反映人民生活水平和經濟發展程度的3個指標。

（5）評價系統可持續發展性能的指標：評價農業生態系統的可持續發展能力，需要建立評價系統可持續發展性能的特定指標?？沙掷m發展要求既要促進經濟、社會的發展，又要保持生態環境的健康，即在不給予生態經濟系統較大環境壓力的前提下，謀求較高的經濟收益。因此，以能值產出率×能值交換率／環境負載率為指標，來評價生態經濟系統的可持續發展能力。

2．3 能值分析方法

根據農業生態系統運行特征，其能值投入結構可分為：（1）輸入能值。可更新的資源能值，包括太陽能、雨水能等能值；不可更新的工業輔助能能值，包括化肥（氮肥、磷肥、鉀肥等）、農藥、農機具、農膜等能值；可更新的有機能能值，包括人力、有機肥等能值。（2）輸出能值。種植業能值，包括水稻、小麥、棉花、蔬菜等能值；林果業能值，包括木材、水果等能值；畜牧業，包括肉類、禽蛋、蜂蜜等能值；水產業，包括淡水養殖和海水養殖等能值。系統中投入的有機能（勞力、畜力等）和工業輔助能（化肥、農藥、農機具等）以及系統中輸出的種植業產品（稻谷、蔬菜等作物）、畜禽產品（豬肉、禽蛋等）、林產品和水產品的能值計算，是根據《鹽城統計年鑒》資料及其它相關資料提供的數據進行的，能量折算系數主要來自于《農業生態學教程》［15］和《農業技術經濟手冊》［16］等，能值轉換率主要來自于 H．T．Odum［1］和《生態經濟系統能值分析》［10］，能量流以J為單位，物質流以g為單位。各類別生態流量統一轉換為相應的太陽能值。

式中：M——太陽能值（單位為sej）；τ——太陽能值轉換率；B——可用能。表1中具體項目的能源轉換率參見文獻［17－19］，并根據鹽城市具體情況作適當調整。

3 結果與分析

3．1 鹽城市農業生態系統能值投入分析

鹽城市農業生態系統的能值總投入包括可更新的環境資源、不可更新的環境資源、不可更新的工業輔助能和可更新的有機能新的環境資源，不可更新環境資源能值的比例最小。從能值投入動態來看，系統能值總投入呈上升趨勢，從1995年的6．70×1021sej上升到2010年的1．14×1022sej，增幅達70．15%（表1）。

表1 1995－2010年鹽城市農業生態系統能值投入分析

3．2 鹽城市農業生態系統能值產出分析

鹽城市農業生態系統能值總產出從1995年的4．25×1022sej增加到2005年的9．52×1022sej，增幅達224%（表2）。其中，1995年種植業、林果業、畜牧業和水產業子系統的能值產出分別占總產出的54．59%，4．42%，29．41%，11．58%，2005年種植業、林果業、畜牧業和水產業子系統的能值產出分別占總產出的44．85%，2．22%，31．62%，21．31%，種植業和林果業的能值產出比例在下降，而畜牧業和水產業的能值產出比例在上升。其子系統的能值產出比例在1995—2010年間均是種植業＞畜牧業＞水產業＞林果業。鹽城市是農業大市，以經濟產值計算種植業、林業、畜牧業、漁業時，人們在傳統的種植業中所投入的勞動量是最多的，種植業的經濟產值也就成為整個農業生產的主體部分。種植業、畜牧業能值占鹽城市農業生態系統總產值的大部分，構成了鹽城農業生產的兩大支柱。但隨著市場經濟發展和農業產業結構的調整，鹽城市農業生態系統由種植業和畜牧業為主體向多種經營方式轉變，鹽城灘涂資源豐富，目前，境內射陽河口以南沿海地段還以每年10km2的速度向大海延伸，新圍墾的灘涂資源除少量用于工業和建筑用地外，大量被用于養殖螃蟹、對蝦等高附加值水產品，水產品能值投入迅速增加。

表2 1995－2010年鹽城市農業態系統能值產出分析

3．3 鹽城市農業生態系統能值指標分析

采用鹽城市農業生態系統主要資源及貨幣流的原始數據，計算其能值流及貨幣流，建立系統主要的能值指標（表3），分析系統的運行態勢。

表3 1995－2010年鹽城市農業生態系統能值評估指標體系

（1）能值比率。1995—2005年，鹽城市農業生態系統環境能值資源比率和有機輔助能值比率在不斷下降，分別從1995年的0．27和0．33下降到2010年的0．17和0．10。工業輔助能值比率增加迅速，從1995年的0．40上升到2010年的0．73。購買能值比率從1995年的0．73上升到2010年的0．83，與傳統的自然農業依靠自然條件和有機能，鹽城市農業生態系統依賴不可更新的工業輔助能程度越來越高。農業生產方式發生了一定的變化，傳統農業的勞力和畜力等有機輔助能逐漸被農機、化肥等工業輔助能所替代。

（2）能值產出率。鹽城市農業生態系統的凈能值產出率從1995年的8．74上升到2010年的11．12，這與鹽城市的地理區域有關。鹽城市東臨黃海，降水豐富，日照時間長，區域內土壤質地松散，特別適于農作物及經濟作物的生長。鹽城市農業的凈能值產出率高于江蘇省的4．17［20］和日本的1．08［21］，說明鹽城市農業生態系統運轉效率高。

（3）能值投入率。鹽城市農業生態系統能值投入率從1995年的2．64上升到2010年的4．78，略低于全國農業系統能值投入率（4．93）［21］，而高于江蘇省 （3．52）［20］，低 于 日 本 （14．03）［21］、意 大 利（8．52）［21］，表明鹽城市農業經濟發展程度略高于江蘇省平均水平而遠低于發達國家水平。由此可見鹽城市農業生產投入的購買能值小于發達國家的投入量，其輸出產品的生產成本低，農產品的附加值不高，農產品加工業水平較低，大部分農產品直接作為原材料輸出，農業經濟的發展對環境的依賴程度較高。

（4）環境承載力。2010年鹽城市農業生態系統的環境承載力為4．92，高于全國的平均水平（2．80），而低于美國 （7．06）、日本（14．49）等發達國家，這說明鹽城市農業生態系統還主要依靠輸入能值和不可更新資源，生產方式對環境的壓力較大，對可更新資源的利用還處于較低水平。

（5）能值密度、人均能值用量和人均能值產出量。2010年鹽城市農業生態系統的能值密度為6．79×1011sej／m2，稍高于江蘇省的平均能值密度6．57×1011sej／m2，遠大于全國的平均水平 1．32×1011sej／m2；人均能值用量為1．40×1015sej／人，低于江蘇省的4．64×1015sej／人和全國的5．89×1015sej／人；人均能值產出1．17×1016sej／人，低于江蘇省的1．51×1017sej／人和全國的3．90×1017sej／人［16］，這與鹽城市農村經濟增長的現實狀況相吻合。

（6）可持續發展性能指標。能值產出率大，而環境負載率低。根據Odum等［1］的研究，1＜ESI＜10表明生態經濟系統具有較強的可持續性；ESI＞10時表明對資源的利用不夠；而ESI＜1則預示著環境負載率較高的耗竭型生態經濟系統。鹽城市農業生態系統的可持續發展指標在2005—2010年間均在0．97左右，按照Uigiati［8］的觀點，能值可持續指標于小于1的生態系統屬于消費型的生態系統。由此說明，鹽城市農業生態經濟系統屬于消費型的生態系統，其特點是環境負載率較高，但生產效率并不高，即凈能值產出相對較低，可持續發展水平不高。

4 結論與建議

（1）鹽城市農業生態系統凈產出效率較高，但高能質的科技、物資等能值投入量較少，環境承載壓力大，可持續發展能力較低，其區域內的環境資源未得到最佳效益的開發利用，有進一步開拓和優化的潛能。

（2）在農業生產中可更新有機能使用較少，多依賴不可更新工業輔助能，包括化肥、農藥、燃料等的大量投入，造成空氣、土壤污染，河流富營養化。這也是系統可持續發展性能指標較低的主要原因。

（3）由于氣候條件的變化，可更新的環境資源能值投入呈現一種波動狀態，鹽城市面臨黃海，風能資源豐富，近年來該地區利用風力資源，積極發展綠色環保能源，風能在能值投入中呈上升趨勢。由于農村剩余勞動力進城務工和鄉鎮企業的發展，人力資源能值投入呈逐年下降趨勢。不可更新的環境資源能值投入，即土壤表土層損耗也持續增加，具體表現為土壤保持養分能力下降，水土流失現象嚴重，農田面源污染突出，需投入大量的總輔助能才能保證農業的穩產高產，不利于土壤生態環境的保護和可持續發展。

鹽城市的農業發展水平不高，其生產方式不利于系統的可持續發展，因此在今后的農業生產中，以鹽城為代表的沿海區域可以從以下幾個方面考慮：

（1）優化沿海區域農業生態系統能值的投入結構，減少化肥、農藥等不可更新工業輔助能的投入，積極建設綠色農業、生態農業，大力開發利用風能和光能資源，確保對環境資源的保護與合理開發利用，增加高能值投入所占的比例，緩解系統的內在環境資源壓力，提高環境資源的使用效率。

（2）優化沿海區域農業生態系統能值的產出結構，調整種植結構，優化升級產業模式，充分運用沿海區域農業資源充足的優勢，加大對農產品深加工企業的引進與設立，增加出口產品附加值，提高高能值產品的輸出比例。

（3）因地制宜，充分發揮沿海區域豐富的自然資源優勢，合理開發沿海區域海陸資源，積極利用其便捷的海陸交通網，拓展農業特別是深加工農產品出口的空間，創造更大的經濟價值。

（4）加強沿海區域農業的開發力度及其與外界的物質、能量和信息交流。為促進農業經濟的可持續發展，采取一系列優惠政策，吸引優秀的農業技術和食品研發人才建設和開發沿海區域農業生產。合理地開發利用人力資源和自然環境資源，沿海區域農業的發展潛力將得到更大的發揮。

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