農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值分析綜述

李翠坤

摘要：指出了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是現(xiàn)代生態(tài)研究的核心主體之一，介紹了奧德姆能值理論的基本內(nèi)容，探討了能值分析在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的研究現(xiàn)狀，發(fā)展趨勢和存在的問題。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)；能值；能值分析

1引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，自然環(huán)境遭到的破壞日益嚴(yán)重，走可持續(xù)發(fā)展的道路已成為世界各國的共識。但是當(dāng)前如何評價一個地區(qū)或者系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展仍是一個重大難題，這是因為傳統(tǒng)的能量單位已不能進(jìn)行全面的衡量[1]。因此學(xué)術(shù)界紛紛探究并且提出了許多新的評價方法和新指標(biāo)，美國著名生態(tài)學(xué)家奧德姆從20世紀(jì)70年代開始，對生態(tài)系統(tǒng)的能量學(xué)進(jìn)行了深入的研究。20世紀(jì)80年代后期，奧德姆正式提出了能值理論的方法，以及太陽能值轉(zhuǎn)換率等概念。能值理論分析方法的提出為生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的定量分析研究提供了新的思路。20世紀(jì)90年代能值理論引入我國之后，許多專家學(xué)者將其應(yīng)用至農(nóng)業(yè)、森林、自然保護(hù)區(qū)、草原、濕地海涂等多種生態(tài)系統(tǒng)類型。作為經(jīng)濟(jì)自然社會復(fù)合系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，其內(nèi)部各子系統(tǒng)間以及其與外部自然、經(jīng)濟(jì)環(huán)境之間都存在復(fù)雜的信息流、物質(zhì)流、能量流和貨幣流。分析農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會三大效益，選擇出最佳的系統(tǒng)模式，是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)研究的根本任務(wù)[2。

2能值分析理論的基本內(nèi)容

能值即一流動或儲藏的能量所包括另一種類別能量的數(shù)量，稱為該能量能值[3]。奧德姆將能值解釋為產(chǎn)品或勞務(wù)形成的過程直接或間接投入到使用過程的一種有效能總量就是其所具有的能值。因為所有形式的能量均源于太陽能，所以一般常以太陽能為各種能量的能值的衡量基準(zhǔn)，其單位是太陽能焦耳。把太陽能值做為基準(zhǔn)，可以衡量和比較不同等級不同類別的能量的價值?？梢园巡豢杀容^的不同類別的能量轉(zhuǎn)換成可進(jìn)行比較的同一標(biāo)準(zhǔn)。能值分析就是以能值為基準(zhǔn) 通過能值轉(zhuǎn)換率將生態(tài)系統(tǒng)中不同種類的能量轉(zhuǎn)換成同一標(biāo)準(zhǔn)的能值來分析并從中評價其在系統(tǒng)中的地位和作用[4]。

3能值理論的研究現(xiàn)狀和趨勢

3.1能值理論研究現(xiàn)狀

能值分析是由美國著名生態(tài)學(xué)家奧德姆于20世紀(jì)80年代創(chuàng)立的一種以能值為測度單位的環(huán)境經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)綜合核算方法，這種定量研究方法已被廣泛應(yīng)用于區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性研究中。關(guān)于能值分析的方法許多學(xué)者都在做，從能值理論應(yīng)用的范圍來看，主要涉及以下領(lǐng)域：應(yīng)用于有機(jī)循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)。比如，基糖農(nóng)業(yè)模式的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行定量分析等。對稻蟹鰍生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性進(jìn)行評價并與傳統(tǒng)的稻蟹生態(tài)系統(tǒng)單作稻系統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行比較。奶牛-沼氣-牧草循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能和生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行探討。葦田養(yǎng)蟹生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行評價。應(yīng)用于自然-社會-經(jīng)濟(jì)生態(tài)系統(tǒng)。比如對海南省農(nóng)業(yè)進(jìn)行分析和評價。還分析評估了各省市農(nóng)林牧漁等主要產(chǎn)品的能值及其宏觀經(jīng)濟(jì)價值。用能值理論客觀評價江西農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的現(xiàn)狀，為江西農(nóng)業(yè)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的對策制定提供依據(jù)?；谀苤捣治龅奈鞅钡貐^(qū)、山東省及江蘇省等農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能值研究。生態(tài)村莊的能值分析應(yīng)用于農(nóng)田（種植業(yè)）生態(tài)系統(tǒng)的能值分析，通過計算農(nóng)田中的能量產(chǎn)投比及能量轉(zhuǎn)換效率等來研究和評價農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的功能.如高產(chǎn)糧區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性的能值分析。研究了中國蠶桑生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其與外界自然、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系，定量計算了反映中國蠶桑生態(tài)系統(tǒng)的能值指標(biāo)，并與中國農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)相比較。陸宏芳藍(lán)盛芳等簡要回顧討論了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能量分析研究的歷史和進(jìn)展，著重討論了能值分析方法對傳統(tǒng)能量分析方法的新發(fā)展，分析了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能量分析目前存在的問題并就其進(jìn)一步發(fā)展方向進(jìn)行了探討；薛冰，李春榮等對能值研究在基礎(chǔ)理論闡釋、指標(biāo)體系開發(fā)、案例實證研究等方面存在一些急需解決的關(guān)鍵問題進(jìn)行總結(jié)和闡述[5]。

3.2能值理論研究的基本趨勢

2000年，陸宏芳等農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值分析方法研究中介紹了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中能值分析方法的基本步驟，闡述了主要指標(biāo)的建立方法和涵義作用。2003張明如翟明普農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)學(xué)原理及生態(tài)經(jīng)濟(jì)功能研究。解析農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的定義和基本特征歸納農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建的生態(tài)學(xué)原理和生態(tài)經(jīng)濟(jì)功能。

2004年，張耀輝進(jìn)一步探討了能值分析指標(biāo)體系內(nèi)容及其對資源環(huán)境價值評價和量化的意義。2005年，劉繼展江等對蘇農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值分析，為促進(jìn)江蘇農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，提供理論建議即：調(diào)整能值投入結(jié)構(gòu)，增大農(nóng)業(yè)科技的研究和推廣力度，逐步減少石化能源的投入。2006年，席運(yùn)官等對稻鴨共作有機(jī)農(nóng)業(yè)模式的能值評估，并比較了鴨稻共作和常規(guī)稻麥輪作兩種模式的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益。2007年，劉玉振以開封為例討論了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能值分析與模式構(gòu)建。2008年，吳鋼等通過能值理論分析了遼寧省朝陽和撫順2個農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)在25年內(nèi)的發(fā)展過程，結(jié)果表明系統(tǒng)對購入資源的依賴程度呈增強(qiáng)的發(fā)展趨勢，對當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成了較大壓力。相比而言，朝陽的工業(yè)化過程給環(huán)境帶來了更大的壓力，所以環(huán)境的保護(hù)和恢復(fù) 可以減少本地不可更 新資源的流失。

2010年，李艷春，黃秀聲等對奶牛- 沼氣-牧草循環(huán)型農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的能值分析，并以能值-貨幣價值計算的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益分析結(jié)果與實際經(jīng)濟(jì)效益分析結(jié)果基本一致。2010年李秀花研究了新疆精河縣大農(nóng)業(yè)系統(tǒng)發(fā)展的能值利用。所研究時段內(nèi)精河縣大農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的能值投入總量在波動中增加，能值產(chǎn)出也逐漸上升，但是其能值投入產(chǎn)出比呈下降趨勢，說明進(jìn)一步提高能值利用效率才是保障研究區(qū)大農(nóng)業(yè)系統(tǒng)未來可持續(xù)發(fā)展的必由之路。2011年趙桂慎，姜浩如對高產(chǎn)糧區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性的能值分析。從能值結(jié)構(gòu)看，桓臺縣農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)能的利用大幅減少，對自然資源和不可更新工業(yè)輔助能的依賴性加強(qiáng)；從可持續(xù)發(fā)展綜合指標(biāo)看，系統(tǒng)環(huán)境所承受的壓力增大，凈能值產(chǎn)出率下降，系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力減弱。

2011年，康文星等對江西省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能值投入分析。客觀評價江西農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的現(xiàn)狀，為江西農(nóng)業(yè)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的對策制定提供依據(jù)。2011年張義勇等對葦田養(yǎng)蟹生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)行能值分析和評價表明該系統(tǒng)生產(chǎn)發(fā)展可持續(xù)性好，生產(chǎn)活力強(qiáng)，發(fā)展?jié)摿Υ蟆?012年，陳紹晴沼氣農(nóng)業(yè)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)能值分析，能值系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能指標(biāo)表明該農(nóng)業(yè)系統(tǒng)整體具有環(huán)境負(fù)荷低產(chǎn)出效率高可持續(xù)性強(qiáng)等優(yōu)勢。鐘珍梅，黃勤樓等討論了以沼氣為紐帶的種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)能值分析。表明該模式可以實現(xiàn)“資源減量化、物質(zhì)再循環(huán)和再利用”，并提高生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益。為種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)農(nóng)業(yè)模式推廣提供科學(xué)依據(jù)。2012年，蔣碧對關(guān)中平原農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)不同秸稈還田模式的能值分析。結(jié)果表明：小麥秸稈高留茬- 玉米秸稈粉碎還田是該區(qū)域種植業(yè)最優(yōu)的秸稈還田模式，可以大力推廣。2012楊卓翔等基于能值分析對深圳市三個小型農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)研究。研究結(jié)果表明：西麗果場是可持續(xù)發(fā)展能力最高的農(nóng)場，碧嶺現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技園次之，而山海農(nóng)場的可持續(xù)發(fā)展能力最低。都市農(nóng)場應(yīng)該大比例利用可更新資源，努力發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，并且積極提升農(nóng)業(yè)的技術(shù)含量 在此基礎(chǔ)上，控制規(guī)模合理地發(fā)展旅游經(jīng)濟(jì)，走高科技農(nóng)業(yè)生態(tài)旅游之路。2013付意成，基于能值分析的永定河流域農(nóng)業(yè)生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。針對當(dāng)前的農(nóng)業(yè)生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)計算中，價值受時空動態(tài)變化影響較大、投入成本難以準(zhǔn)確計量的弊端，借助能值與價值之間的可轉(zhuǎn)化性，給出基于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)計算體系。

能值分析的案例應(yīng)用研究較為廣泛。該理論在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍覆蓋了中國的大部分地區(qū)，并通過具體實例，分析能值投入、產(chǎn)出結(jié)構(gòu)等對能值理論的原理、指標(biāo)等進(jìn)行了深入研究?？偟膩碚f，基本形成了兩大研究方向，一個是以市州、鄉(xiāng)縣等行政地理尺度為主要方向另外一個是對特色農(nóng)業(yè)模式進(jìn)行能值分析和評估。比如基糖農(nóng)業(yè)，有機(jī)循環(huán)農(nóng)業(yè)。

4存在的問題

通過閱讀和實踐發(fā)現(xiàn)能值分析理論還有許多亟待解決的問題，如能值評價指標(biāo)體系、能值轉(zhuǎn)換率等，而這些問題也就成了生態(tài)系統(tǒng)能值分析研究的放向和熱點[6]。能值的轉(zhuǎn)換率是能值分析中很重要的一個參數(shù)，它是確定各種不同資源或者的產(chǎn)品太陽能值的轉(zhuǎn)換系數(shù)[7]。但在實踐中發(fā)現(xiàn)有關(guān)經(jīng)濟(jì)方面的太陽能值轉(zhuǎn)化率并不統(tǒng)一，這可能是因為中國的生態(tài)環(huán)境復(fù)雜，地域差異明顯，各地的生產(chǎn)水平有差異。在能值分析中還需要一些必要的數(shù)據(jù)來平衡地域生產(chǎn)力和技術(shù)水平的差異而導(dǎo)致能值轉(zhuǎn)化率不統(tǒng)一的問題[8]。此外，在能值評價指標(biāo)體系中沒有農(nóng)業(yè)系統(tǒng)排放的污染物對環(huán)境影響的評價。因此，進(jìn)一步精確能值轉(zhuǎn)換率以及進(jìn)一步完善能值分析指標(biāo)體系以滿足更多的評價需要是今后要做的重要工作。

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Abstract：Agricultural ecosystemisthecore ofthe modernecological system.This article briefly introduces the energy concepts and methods founded by H.T.Odum，and presents the research progress，development trend and existing problems of energy analysis in agricultural ecosystem.

Key words：agriculturalecosystem；emergy；emergy analysis