能值分析在貽貝養殖生態系統的應用

陸雅鳳，趙 晟，徐梅英，吳常文

(浙江海洋學院國家海洋設施養殖工程技術中心,浙江舟山 316022)

·研究簡報·

能值分析在貽貝養殖生態系統的應用

陸雅鳳，趙 晟，徐梅英，吳常文

(浙江海洋學院國家海洋設施養殖工程技術中心,浙江舟山 316022)

以能值理論為基礎,選擇舟山市東極貽貝養殖生態系統為研究對象,在定量分析貽貝養殖生態系統的物質流和能量流的基礎上,通過建立能值評價指標體系,綜合評價東極貽貝養殖對環境的影響及其可持續性。結果表明:東極貽貝養殖生態系統的太陽能值轉化率TR為3.35E+09sej/g,環境負荷率ELR為0.45,能值產出率EYR為3.22,能值投入的生產效率PEEI為9.60E-10g/sej,系統可持續發展指數ESI為7.16。最后將其與其它四種養殖系統進行比較,分析得出貽貝養殖生態系統能值產出率和可持續性均較高。

能值分析;貽貝養殖生態系統;可持續發展

近年來隨著海水養殖業的蓬勃發展,海水養殖對海洋生態環境造成的負面影響受到人們越來越多的關注[1-3]。選擇經濟效益高,環境影響小,能夠可持續發展的養殖品種和養殖模式成為目前研究的熱點。貽貝隸屬軟體動物門雙殼綱,其粗生易養,肉質鮮美,營養豐富,是我國沿海常見的經濟貝類。目前,貽貝養殖大多采用深水浮筏養殖和底播式養殖,養殖過程中依靠海洋環境中自然生長的藻類、微生物等作為飼料,所以,貽貝養殖常被認為是環境友好的水產養殖產業[4]。

能值理論是美國著名生態學家ODUM基于生態系統食物鏈和熱力學原理于20世紀80年代創立的[5-8]。運用能值為度量標準,引入能值轉化率為轉換單位,可以將系統內流動或儲存的不同類別的物質和能量轉換為同一標準—能值。在實際應用中,以太陽能值作為基準衡量某一物質的能值,可以用來比較不同類別、不同等級物質或能量的真實價值[9-15];并且已廣泛應用于評價城市[16-17]、水域[18-19]和農業[20-22]等各類生態系統中。

本文運用能值理論分析東極貽貝養殖生態系統,旨在從物質流能量流的角度,在定量分析該生態系統自然資源投入和人類投入的基礎上,評價該養殖生態系統的可持續發展性,以此為貽貝養殖業的投資與發展提供科學理論依據,從而更好地發揮水產養殖業的經濟與生態意義。

1 研究對象和方法

1.1 貽貝養殖概況

本研究對象為舟山市東極海域的貽貝養殖區進行(30°11＇1″N,122°41＇2″E)。該養殖區采用深水筏式養殖,養殖品種為厚殼貽貝Mytilus coruscus,養殖所用貽貝苗種部分來自于野生采集,部分購買于育苗場。厚殼貽貝養殖周期一般為2 a,每年8-9月份一邊收獲一邊投苗,2013年該養殖區畝產量約為8 000 kg,總養殖面積37 500 m2,收獲產量450 t,市場售價平均值為6元/kg。東極貽貝養殖海洋2013年平均溫度16.7,年均太陽輻射量大約為4.805×109J/m2[23-24]。

根據藍盛芳的《生態經濟系統能值分析》一書的能值計算方法以及東極貽貝養殖區的實地調研資料,分析該生態系統的各項資源的投入。并在此的基礎上繪制了貽貝養殖生態系統的基礎數據(表1)。

表1 貽貝養殖生態系統能值分析基礎數據Tab.1 Basic data in emergy analysis ofmussel aquaculture ecosystem

1.2 研究方法

能值理論能夠客觀評價系統間經濟效益與生態環境的相互關系,在分析貽貝養殖系統的自然資源投入和經濟社會反饋資源的投入基礎上,通過能值分析方法考量養殖系統中的物質流、能量流和信息流,構建貽貝養殖生態系統的能量流動圖(圖1)。

圖1 貽貝養殖生態系統的能量流動圖Fig.1 Emergy flow diagram ofmussel aquaculture ecosystem

貽貝養殖系統的能量來源分為可更新資源能值投入(R)和購買的外部資源能值(F),其中可更新資源包括太陽能、風能、雨水化學能、雨水勢能、潮汐能以及沉積作用(前四者為同種性質能量的轉化,因此在計算可更新資源能值總和時選擇其中的最大值),購買的外部資源包括養殖過程中苗種的費用、租金、勞動力、基礎建設及其他資金投入。運用能值理論分析圖1和表1,建立貽貝養殖生態系統能值評價指標體系(表2)。

表2 貽貝養殖生態系統能值評價指標體系Tab.2 Emergy indices ofmussel aquaculture ecosystem

所建立的能值評價指標體系中各參數的意義分別為:

太陽能值率(TR)是指貽貝養殖系統中總投入能值Y與貽貝產出總質量m的比值,代表產品轉換成單位有效能量過程所需的能值投入,是能值系統中能值轉換效率的體現,能值轉化率越高表示在此產品生產過程中需要投入更多的有效能值。

能值密度(ED)是指貽貝養殖系統中總投入能值Y與養殖海域面積area的比值,表示貽貝養殖系統能值的集約度和強度。

環境負荷率(ELR)是指購買的外部資源能值F與可更新資源能值R的比值,表示貽貝養殖過程中對海洋生態環境造成的壓力,數值越大表示生態環境所受壓力越大;數值越小,表示該養殖系統仍具有開發潛力。

能值產出率(EYR)是指總投入能值Y與購買的外部資源能值F的比值,表示該養殖系統資源利用的效率,數值大小可以表示出本地可更新資源在貽貝養殖過程中的潛在貢獻率。

能值投入生產效率(PEEI)是指能值產出率EYR與貽貝養殖系統中太陽能值率TR的比值,表示整個貽貝養殖系統生產效率,在數值上體現了系統中投入的外部購買資源每單位能值所生產的有用物質或能量的能力。

能值持續性指數(ESI)是指能值產出率EYR與環境負荷率ELR的比值,顯然,如果一個生態系統能值產出率高而環境負荷率又相對較低,則它是可持續的,反之是不可持續的;其數值越大,表明經濟發展與環境保護之間越協調,系統可持續性越好。一般來說,若ESI＞10,則說明生態系統不發達;ESI在1ˉ10之間,表明生態系統的活力和可持續性都較好,發展潛力大;若ESI＜1,則表明生態系統的發展建立在對不可更新資源的過度利用上,屬于消費型系統[12]。

2 結果與分析

2.1 貽貝養殖評價結果

貽貝養殖系統的能值評價結果見表3。貽貝養殖系統中投入資源可分為:可更新資源和購買的外部資源,貽貝養殖系統投入資源的總能值為1.51E+18sej。其中可更新資源包括陽能、風能、雨水化學能、雨水勢能、潮汐能以及沉積作用,在計算可更新資源能值總量時將雨水化學能、潮汐能以及沉積作用相加,得到可更新資源能值總量為1.04E+18sej,占能值總投入的68.97%;購買的外部資源包括養殖過程中苗種的費用、租金、勞動力、基礎建設折舊費及其他資金投入,其能值總量為4.69E+17sej,占能值總投入的31.03%;并且該生態系統的各項資源的能值比例也詳細列于表3中。2013年貽貝產量為450 t,用貽貝養殖系統投入資源的能值總量除以貽貝產量,得到貽貝養殖系統的太陽能值轉化率為3.35E+09sej/g。

表3 貽貝養殖系統能值分析表Tab.3 Emergy analysis ofmussel aquaculture system

2.2 能值指標分析

將表3的各項資源的太陽能值數據通過表2中的計算公式進行計算,用來對整個貽貝養殖生態系統進行能值分析。之后將計算結果與國內外專家學者的其他養殖系統的研究進行對比(表4),全面了解貽貝養殖系統的可持續發展狀況。

表4 貽貝養殖系統能值指標分析及與不同養殖系統間的對比Tab.4 Emergy index of different aquaculture systems

分析表4可知,貽貝的太陽能值轉化率為3.35E+08sej/g,這說明在此貽貝養殖系統中產出單位(1 g)的貽貝需要有效的太陽能值輸入3.35E+08太陽能焦耳。貽貝養殖系統的太陽能轉化率高于刺參(5.67E+ 8sej/g),低于對蝦(7.27E+10sej/g)、金頭鯛(4.57E+9sej/g)以及大黃魚(3.86E+10sej/g)三種養殖系統的太陽能轉化率。相比較而言,貽貝養殖系統相的能值利用效率較高,浪費較少。

貽貝養殖系統能值密度為4.03E+13sej/m2,高于刺參和對蝦養殖系統,低于金頭鯛和大黃魚養殖系統,能值密度越高表示系統投資強度越大,生產集約度越高。

理論上而言,一個系統如果沒有外部資源的輸入僅僅依靠自身可更新資源的驅動,其環境負荷率為0。本研究中貽貝養殖生態系統可更新資源能值投入高于外部購買資源能值的投入,說明系統相對而言對外部購買資源能值依賴程度不高。貽貝養殖系統環境負荷率為0.45,低于其他四種養殖系統的環境負荷率。研究表明,金頭鯛的圍網養殖和對蝦的養殖中需要較高的技術投入因此環境負荷率較高;而大黃魚的網箱養殖對于技術和外部購買的不可更新資源的需求遠遠大于其他養殖品種(ELR=91.10),因此對比而言貽貝養殖系統對近岸海洋生態環境影響較小。

貽貝養殖系統能值產出率較高為3.22,高于其他四種養殖系統,說明可更新資源在貽貝養殖過程中的潛在貢獻率較大,這主要由于貽貝養殖過程中大部分苗種來自于野生采集并且其能夠以海洋中的藻類、細菌等為餌料,不需要太多的外部購買能值的投入,成本投入較低,市場競爭力較好。

貽貝養殖系統能值投入的生產效率為9.60E-10g/sej,表示在貽貝養殖系統中每單位投入的外部購買能值所能產出的有效物質或能值的數值,數值越大表明系統的生產效率越高。與其他四種養殖系統相比,貽貝養殖系統高于對蝦和金頭鯛養殖系統,低于刺參和大黃魚養殖系統。

貽貝養殖系統的能值持續性指數為7.16,高于刺參養殖系統(4.40),遠遠高于對蝦(0.38)、金頭鯛(0.24)、大黃魚養殖系統(0.011),這主要是由于貽貝和刺參養殖過程中均可以依靠自然界中的光合作用產生的微藻和細菌作為餌料,不需要外界餌料的投入。而對蝦和金頭鯛養殖,尤其是大黃魚的養殖過程中需要外部資金、技術和服務的投入,過分依靠不可更新資源的輸入。因此,對比于對蝦、金頭鯛和大黃魚養殖的典型消費型系統,貽貝和刺參的養殖系統可持續性較好,屬于環境友好型水產養殖品種。

3 結論

本文運用能值分析理論系統的分析了舟山市東極貽貝養殖生態系統各項能值流動情況,構建了能值評價的指標體系,并和其他四種養殖生態系統進行對比。該研究方法能夠解決不同類別不同等級之間物質、能量的不同量綱無法比較的問題,運用相同的基準—太陽能值,以及各自的太陽能值轉化率,能夠對養殖系統中投入的自然可更新資源和購買的不可更新資源進行綜合分析,并借助于相關的能值指標進行評價得出該養殖系統發展的可持續性。

研究結果表明該貽貝養殖生態系統大部分能值投入來自于自然可更新資源,本地的自然可更新資源貢獻率較大,人類成本投入相對較低,市場競爭力較好,并且能值利用效率較高,環境負荷率低,可持續發展性較好,對近岸海洋生態環境影響較小。總之,相比于其他養殖系統,貽貝養殖過程中由于其苗種的大部分自然采集和沒有外源性餌料的投入,是一種對環境友好的養殖品種和養殖方式,其對減少海洋環境污染和維護近岸的海洋生態環境具有重要的意義。

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The Application of Emergy Analysis in M ussel Aquaculture Ecosytem

LU Ya-feng，ZHAO Sheng，XU Mei-ying，et al
（Zhejiang Ocean University NationalMarine Aquaculture Engineering Technology Center Facilities，Zhoushan 316022，china）

Emergy analysismethod was applied to establish a related index system for analysis mussel aquaculture ecosystem in Dongji.In the study，indictors such as TR，ED，ELR，EYR，PEEI and ESI were used to evaluate the impacts ofmussel aquaculture to the environment，aswell as the sustainability of this aquaculture ecosystem.The results showed that the solar emergy conversion rate TR ofmussel aquaculture ecosystem was 3.35E+09sej/g，the environmental load rate ELR was 0.45，the emergy output rate EYR was 3.22，the production efficiency of emergy input PEEI was 9.60E-10g/sej and emergy sustainable development index ESI was 7.16.Based on the above analysis and compared with the other four aquaculture systems，we found that mussel aquaculture ecosystem had high emergy output rate and emergy sustainable development index.

emergy analysis；mussel aquaculture ecosystem；sustainable ability

S968.31+6.9

A

1008-830X（2014）05-0458-05

2014-06-10

國家科技部科技支撐計劃項目(2012BAB16B02);國家海洋局海洋公益性行業科研專項項目(201305009-3);浙江省本科院校中青年學科帶頭人學術攀登項目(pd2013223)

陸雅鳳(1991-),女,江蘇揚州人,碩士研究生,研究方向:安全養殖技術.E-mail:luyafeng-hy@163.com

吳常文(1960-),浙江舟山人,博士,教授,研究方向:養殖工程技術.E-mail：wucw08@126.com