山東省濟南西南山區農業生態園能值分析及可持續性評價

夏泰英,許玉婷,連相汝,趙迎子,楊明明,魯法典

山東農業大學林學院,山東泰安271018

山東省濟南西南山區農業生態園能值分析及可持續性評價

夏泰英,許玉婷,連相汝,趙迎子,楊明明,魯法典*

山東農業大學林學院,山東泰安271018

本文運用能值理論與方法對山東省西南山區農業生態園進行了可持續性評價，通過建立能值指標體系，選定相應能值指標，定量分析了該農業生態園的可持續發展性能及發展潛力，結果表明該生態經濟系統尚處于開發的初級階段，具有很強的傳統性和保守性，其內部的資源和空間存在很大程度的浪費，應優化系統內部結構，增加工業輔助能值、高新技術能值的投入，發展更多元化的林下經濟，在保證生態環境不被破壞的同時創造更多的經濟效益。

能值分析;林業生態經濟系統;能值指標;可持續性評價;濟南西南山區

作為經濟-自然-社會復合體的農林復合系統，是典型的生態經濟系統，所謂生態經濟系統是由生態系統和經濟系統相互交織、相互作用、相互耦合成的復合系統，其功能表現為單向的能量流動、周而復始的物質循環和信息的傳遞，系統內部存在著的復雜的能量流、物質流、貨幣流和信息流使整個生態系統得以存在和發展，其中能量流是整個生態系統的動力基礎，貫穿于整個系統復始的物質循環和信息的傳遞，系統內部存在著的復雜的能量流、物質流、貨幣流和信息流中。分析農林復合生態系統的生態、社會和經濟的綜合效益是生態系統研究的根本任務，然而不同種類不同性質的能量具有不同的質量，不能直接進行比較和數量的加減[1,2]。針對“能量壁壘”問題，著名生態學家H.T.Odum在20世紀80年代末創立了能值理論，提出了“能值”（Energy）概念理論和太陽能值轉換率（Solar Transformity)等一系列概念。該分析方法把社會、經濟、自然三個亞系統有機統一起來，定量分析自然和人類社會經濟的真實價值，廣泛的應用于農林生態系統的評價研究。現在，能值分析理論的應用已經發展到國家、地區、城市、耕地、企業等尺度，在農業、林業、自然保護區、濕地、城市、生態工程等系統中得到廣泛的應用。我國學者對能值理論分析方法的研究開始于20世紀90年代，由藍盛芳等引入中國。自引進能值理論和分析方法以來，我國學者對其進行了大量的研究和應用，不少學者在能值分析的研究上取得了豐碩的成果，研究涉及對象和尺度非常廣，涉及到農業、林業、工業和城市等的生態經濟系統，尤其是對農業生態系統進行了大量的能值分析研究，但對農林復合生態經濟系統的能值分析研究還很少見。我國的林業發展在社會主義現代化建設中發揮著舉足輕重的作用，林下經濟作為一種復合模式在國內正在大力推廣，給林業產業帶來了活力，對農林復合生態經濟系統的研究對農林業的可持續健康發展有重要的意義。目前，用能值分析方法研究小尺度區域生態系統研究極少見。本研究用能值分析理論和方法，首次對山東省濟南西南部山區黨家莊農業生態園進行分析評估，旨在測度系統的可持續發展性能，為決策提供數據理論支持。

1 研究區概況

黨家莊鎮地處濟南市市中區西南部，地勢南高北低，南部為丘陵，北部為平原，全鎮有耕地3352 hm2，山林2581 hm2，地域廣闊，資源豐富。地處中緯度地帶，由于受太陽輻射、大氣環流和地理環境的影響，屬暖溫帶大陸性季風氣候。其主要氣候特征是：季風明顯，四季分明；冬冷夏熱，雨量集中。年平均太陽輻射總量為120.9～126.7 kc/cm2，光資源比較豐富，年內高值出現在5～6月間，月平均輻射量為14.9～15.7 kc/cm2；年內低值出現在12月，平均為5.5～5.8 kc/cm2。作物生長期3～10月份，每月平均都在9 kc/cm2以上，總輻射量為96～100 kc/cm2，占全年總輻射量的79%，有利于作物的生長發育和產量的形成。年平均氣溫在13～14℃之間。年平均降水量為700～800 mm。干燥度平均為1.15～1.24，屬于水分不足的半濕潤氣候區。該地區四季分明，光照充足，較適宜農業發展，由于山林面積較大，氣候適宜，2006年在此建立了農業生態園，園區內在土壤相對貧瘠的山地種植側柏用于水土保持，林下搭建了一個簡易雞舍，一人管理，一年兩茬散養草雞，每茬5000只，每只雞產蛋5 kg左右。在土壤條件相對肥沃的區域種植了3 hm2薄皮山核桃樹，每年產核桃4500～5000 kg，核桃樹下種植了地瓜和谷子兩種作物，由于氣候和水利條件限制，冬季林下土地空閑。該農業園采用了比較簡單的農林復合經營模式，在兼顧發展林業、保護生態的的基礎上開展家禽養殖及農作物與經濟樹種的復合種植，在短期內獲得經濟收益，在一定程度上促進了當地生態經濟的發展。

2 研究方法

2.1 能值基本理論

H.T.Odum（1987）將能值定義為：一種流動或儲存的能量所包含的另一種類別能量的數量，稱為該能量的能值，一種產品或勞務形成過程中直接或者間接投入應用的一種有效能（Available energy)總量就是其所具有的能值，實質上就是包被能[3]。地球上的能量都直接或者間接地來源于太陽，任何資源、產品或者勞務形成所需要的太陽能的量就是其太陽能值（Solar energy）。該理論同時考慮的不同能量的數值大小和質量等級，可以衡量生態系統中不同形式能量的真實價值和貢獻[4]。以能值作為基準，可以把生態經濟系統中的不同種類、不可比較的能量轉化為同一種標準來分析比較，將對自然資源的利用率、環境的承載力以及產生的廢棄物等綜合考慮分析，建立一系列的能值綜合指標，定量分級生態經濟系統的結構功能和生態經濟效益。

太陽能值的計算公式為：

太陽能值(sej)=能量(J)[或物質(g)或者價值(元)]×能值轉換率(sej/J)[或sej/元或sej/g]

2.2 基礎數據

本研究的生態經濟系統的面積、化肥、農藥、人力、農作物產量及價格等來源于實地調查;太陽輻射度，年降雨量等基本數據來自山東省氣象局;能量折算數據等參考駱世明[5]、聞大中[6]等的研究數據；太陽能值轉換率參考Odum[7]、藍盛芳[8]、嚴茂超[9]等的研究成果;其他數據查閱《農業技術經濟手冊》、《中國林業年鑒》等資料。

3 研究結果與分析

3.1 能值投入產出分析

如表1和表2所示，此農業生態園作為一個生態經濟系統，其內部的能值流動有可更新環境資源投入、不可更新環境資源投入、可不更新工業能投入、可更新有機能投入、林產品輸出、禽產品輸出等共同構成。2011年的能值總投入為7.81E+15sej(表2)，其中可更新環境資源能值為4.86E+15sej，占總投入能值的62.23%；不可更新環境資源能值損耗主要是表土層的有機質流失，其能值為1.27E+15sej，占總投入能值的16.26%，不可更新工業輔助能投入1.35E+15sej，占總投入的17.28%；可更新有機輔助能值為3.26E+14sej，占總投入0.42%。

表1 濟南市黨家莊農業生態園能值分析（2011年）Table 1 Energy analysis of agriculture ecological garden in Jinan Dangjiazhuang(2011)

由以上數據分析得出，在這個生態經濟系統中可更新環境資源占能值投入的比重最大，而不可更新環境資源能值損耗比重比較小，說明經過多年的封山育林和人工改造，系統內的植被發揮了作用，固土保水能力較強，有效的降低了系統內的水土流失，更好的保土保肥，使系統內的不可更新資源流失很少。輸出能值主要是林產品、禽產品和農作物，分別占0.015%、99.43%、0.555%。從能值流的分析可以看出，此生態經濟系統是建立在良好的生態環境保護的基礎上發展林下經濟，提高經濟效益，從而達到系統持續健康可持續發展的目的。

3.2 構建能值指標體系及結果分析

通過分析系統內的能量流和物質流，根據以往研究的一般種植業系統主要采用可更新環境資源能值/環境資源能、不可更新環境資源/總能值、凈能值產出率、環境負載率、系統可持續性能指數及系統可持續發展性能指數6個指標分析該農業生態園的可持續性能[3][10]，根據生態經濟系統的運行特征和表2分析的數據構建濟南黨家莊農業生態園能值評價指標體系，對該生態經濟系統的可持續性進行綜合分析評價，見表3。

3.2.1 凈能值產出率(EYR)凈能值產出率為系統產出能值與經濟反饋（輸入）能值之比，是衡量系統產出對經濟貢獻大小的指標[3]。該生態經濟系統的凈能值產出率較高，為1.05E+03，遠高于山東生態經濟系統凈能值產出率（3.85E+00）。過高的凈能值產出率的商品在交換時處于不利的地位，因為它的生產過程需要投入更多的環境資源，對系統環境資源的破壞會相應加重，從而加大環境壓力。該系統正處于以大量消耗自然資源換取能值產出的階段，園區產業結構需要調整改進，降低環境消耗。

3.2.2 環境負載率(ELR)基于能值的環境負載率表示地區資源利用效率和環境承受能力，其數值越大就表明在經濟系統中存在較高的能值利用，但同時對環境產生較大的壓力。ELR是對林業生態系統的一種警告，如果系統長期處于較高的環境負荷率，將產生不可逆轉的功能退化或喪失[11]。該系統的ELR值為5.39E-01，與山東省生態經濟系統環境負載率（2.16E+00）相比處于較低的水平，能值理論認為該系統的外界能值輸入過少，能值輸出主要以消耗自然資源為代價。所以應適當增加工業輔助能的投入，在不對生態環境造成壓力的同時增加系統的產出，從而獲得更多的經濟收益。

表2 濟南濟南市黨家莊農業生態園系統能值指標體系（2011年）Table 2 Energy value indexes system of agriculture ecological garden in Jinan Dangjiazhuang(2011)

表3 濟南市黨家莊農業生態園系統能值指標（2011年）Table 3 Energy value indexes of agriculture ecological garden in Jinan Dangjiazhuang(2011)

3.2.3 系統可持續性指數(ESI)系統的可持續性指數代表地區農業生態系統可持續發展的能力，但并不是ESI值越大系統的可持續性就越高。一般認為：ESI＜1表示系統處于消耗階段，系統的發展已經以破壞環境為代價了；1＜ESI＜10表示系統富有活力和發展潛力；ESI＞10表示系統不發達，人為干預過少，處于較原始狀態。該系統的可持續性指數為1.95E+03，遠高于山東生態經濟系統可持續性指數（3.85E+00），表明該系統的潛能還遠沒被開發出來，結構是有待于優化的，應加強人的干預，投入更多的人力勞動和工業輔助能，使該系統在健康持續發展的同時創造更多的經濟效益。

3.2.4 系統可持續發展性能指數(EISD)是與系統可持續發展性能成正比的綜合評價指標。根據相關研究[12]，EISD指標在2～18之間表示系統富有活力和發展潛力，該系統的EISD為6.78，表明系統在可持續發展的長遠尺度上具有競爭優勢，應該在不破壞生態環境的基礎上要加大對系統的開發，優化配置系統內的產業結構，促進多元化發展，提高單位環境壓力所換取的社會經濟效益。

4 討論

能值理論對自然資源的科學評價與合理利用、經濟發展決策的制定、可持續發展戰略的實施有重要的指導意義。本研究運用能值理論對山東省濟南市西南山區黨家莊農業生態園進行了分析評價，根據研究地的內部結構和研究的目的，創建了能值分析表，建立了能值指標評價表，定量分析了系統的環境負載率、可持續性能指數、凈能值產出率等，研究結果顯示：該系統的環境負載率處于較低的水平，而系統可持續發展指數遠高于正常水平，可持續發展性能指數偏低，表明由于該農業生態園開發時間較短，基礎能值積累較多，在短時期內會保持較高的經濟反饋。系統內的生產模式有其存在的合理性和很強的可持續發展能力，但是系統的開發只是出于初級階段，遠沒有發揮其潛在生產力，其內部資源和空間存在很大程度的浪費，應改善優化系統的內部結構，引入專業技術管理措施，輸入更多的可利用能量，發展更多元化的林下經濟，使系統在發揮最大運轉功率的基礎上不被競爭所淘汰，在充分保護生態環境、林木健康生長的基礎上創造更多的經濟效益，促進當地農民的增收。

本研究的分析為該農業生態園的結構優化提供了理論層面的指導，通過加大人為干預管理、增加工業輔助能、機械能以及各種有機能的能值投入等改善措施，在充分保護生態環境、林木健康生長的基礎上創造更多的經濟效益，為該生態園的健康和諧快速發展提供依據。由于數據有限，本文僅對系統內2011年的能值數據進行了分析評價，不能和不同的年份形成趨勢對比，故結果分析略顯單薄，只能概括性總結、分析評價系統的可持續性及存在問題，不能說明系統發展的階段性變化。能值分析作為判別可持續發展程度的方法，其在可預測性方面存在缺陷，方法本身尚無法對系統的發展趨勢和走向做出預測，而預測是做出決策的前提，在以后的能值分析研究中要據此進行拓展。除此之外，要加大對農林復合生態經濟系統的研究，因為小尺度區域的相似性大于差異性，所提出的提高區域生態經濟系統的對策具有很強的針對性和準確性，所以在以后的研究中應加大對小尺度區域生態經濟系統的研究分析。

5 結論

能值理論結合了生態學和經濟學的定量研究方法，是連接生態學和經濟學的一架橋梁，對生態經濟系統的科學評價與合理利用、經營決策的正確制定、可持續發展戰略的實施都具有切實的指導意義。本文運用能值分析方法對山東省濟南西南山區黨家莊鎮的農業生態園進行了定量分析，指出了其中的不足與存在的問題，提出了對該經濟系統的結構優化改進建議，以期在保證不破壞生態環境的同時提高系統的經濟收益、促進系統健康快速發展。

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[2]藍盛芳,欽佩.生態系統的能值分析[J].應用生態學報,2001,12(1):129-131

[3]藍盛芳,欽佩.生態經濟系統能值分析[M].北京:化學工業出版社,2002:3

[4]隋春花,藍盛芳.廣州城市生態系統能值分析研究[J].重慶環境科學,2001,23(5):4-6

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[7]Odum H T.Environmental accounting:Energy and environmental decision making[M].New York:John Wiley,1996

[8]藍盛芳,欽佩.生態系統的能值分析[J].應用生態學報,2001,12(1):129-131

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[12]Ulgiati S,Brown M T.Monitoring Patterns of Sustainability in Natural and Man-made Ecosystems[J].Ecological Model,1998:108

Evaluation for Sustainability and Energy Analysis of Agriculture Ecological Garden in Southwest Mountainous in Jinan

XIATai-ying,XUYu-ting,LIANXiang-ru,ZHAOYing-zi,YANGMing-ming,LUFa-dian*
Forestry College,Shandong Agricultural University,Tai'an 271018,China

Based on the theory and analysis of energy,we made a sustainability assessment on agriculture ecological garden in southwest mountainous Jinan,established the energy analysis index system and selected corresponding index to quantitative analysis of the sustainable development of the system performance and the potential of the forest ecological and economics system.The results showed that there is a big waste of the understorey and resources and the system still in the primary stage of development with traditional and conservative.The structure of the system should be optimized and increase the energy input,improve the production technology.To crate more economic benefits without the environment was damaged.

Energy analysis;forestry ecological and economic systems;energy value indexes;sustainability assessment;the southwest mountainous of Jinan

S759.8

A

1000-2324(2014)03-0458-05

2013-01-05

2013-03-06

夏泰英(1987-),女,碩士研究生,研究方向:林業經濟管理.E-mail:xtyhappy86@163.com

*通訊作者:Author for correspondence.E-mail:lfd@sdau.edu.cn