河北省農業生態經濟系統能值分析

周淑梅+王倩

摘要 本文以河北省為研究區域，應用能值理論分析河北省2012年農業生態經濟系統投入、產出，并計算能值綜合指標，評價農業生態經濟系統可持續發展狀況。結果表明，研究期間河北省總能值投入為5.70×1022 sej，其中以不可更新環境資源占比最大（52%），其次為不可更新工業輔助能（34%）；總能值產出為5.60×1022 sej；能值可持續發展指數為0.38，系統可持續發展狀況較差。

關鍵詞 能值分析；農業生態經濟系統；可持續發展；河北省

中圖分類號 F323.2 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）10-0267-02

Abstract In this paper，taking Hebei Province as the study area，emergy theory was applied to analyze input and output of the agricultural eco-economic system，and emergy analysis comprehensive indexes were calculated to evaluate sustainable development situation of the system in the year 2012. The results showed that the total emergy input was 5.70×1022 sej，of which the unrenewable environmental resources accounted for the greatest proportion（52%），and unrenewable industrial emergy for the second（34%）.The total emergy output of the system was 5.60×1022 sej.The emergy sustainable development index was calculated as 0.38，showing that the sustainability of the agricultural eco-eonomic system in Hebei province was poor.

Key words emergy analysis；agricultural eco-economic system；sustainable development；Hebei Province

農業生產過程中自然環境系統與社會經濟系統聯系緊密，形成一個有機整體即農業生態經濟系統。研究農業生態經濟系統投入產出結構，量化和評價農業生態經濟系統發展的可持續性成為科學研究熱點之一[1]，為洞悉農業生態經濟系統發展態勢、實現高效高質的可持續農業生產提供參考[2]。

20世紀80年代末，著名生態學家Odum首次提出了能值（Emergy）理論。能值理論通過將社會經濟、自然各個亞系統中的信息、貨幣、能物用能值統一起來，定量分析自然和人類社會經濟的真實價值，為生態學研究領域開辟了一種全新的定量分析方法。能值理論自建立以來，在世界范圍內得到了廣泛的應用。華南農業大學藍盛芳等[3-4]首次對能值理論進行了系統闡述，并結合實例詳細說明農業生態系統能值分析的具體步驟及指標體系的構建，為后續我國學者進行能值理論應用性研究提供了非常有價值的參考。河北省地處京畿重地，作為農業大省，其農業生產不僅提供農產品等服務，同時也為京津地區提供重要的生態安全保障。本文擬通過分析河北省農業生態經濟系統投入產出，計算能值綜合指標，評價河北省農業生態經濟系統可持續發展態勢，為河北省農業資源可持續利用、調整農業種植結構提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

河北省（113°27′～119°50′E，36°05′～42°40′N）地處中緯度地區大陸東岸，地勢西北高、東南低，轄區面積18.9萬km2。位于溫帶—暖溫帶、半濕潤—半干旱大陸性季風型氣候區，年均氣溫南北差異較大，北部高原地區年均氣溫低于4 ℃，南部平原地區年均氣溫14 ℃。土壤類型復雜多樣，主要有栗鈣土、棕壤、褐土、潮土、內陸及濱海鹽土等。年降雨量350～770 mm，時空分布極不均勻，且多集中在夏季[5]。20世紀70年代以來，伴隨農業灌溉及工業的發展，引發了地下水位下降等一系列環境問題，嚴重影響了河北省農業生態經濟系統的協調發展。近年來，河北省農業發展雖有較大進步，但仍面臨農業基礎設施薄弱和生產資源短缺的雙重壓力[6]。

1.2 能值理論

能值的本質是能量，無論是什么能量，都來源于太陽能。能值定義為自然資源、經濟產品或勞務形成所需的直接和間接投入的另一種有效能總量。一般以“太陽能值”為基準，單位能量（物質）所含太陽能的量即為該能量（物質）的能值轉換率[7]，單位為太陽能焦耳（Solar emioules，簡寫sej）。應用式（1）可以計算某一種能量或物質的能值。

能值（sej）=能值轉換率（sej/unit）×能量（物質質量）（1）

本文農業生態經濟系統投入產出各物質、能源采用的能值轉換率具體參照文獻[4]、[7]和[8]。

1.3 分析框架

首先收集河北省2012年農業生態經濟系統投入產出數據，應用相應能值轉換率計算河北省農業生態經濟系統投入產出能值流及各項能值指標。分析步驟：①繪制河北省農業生態經濟系統能值圖。能值圖運用Odum能量系統符號語言即能值符號圖例進行繪制。能值圖反映農業生態經濟系統中，自然環境與人類社會經濟主要成分的相互關系及主要生態流方向。河北省農業生態經濟系統能值圖見圖1。②結合收集的各物質能源投入產出原始數據，采用式（1）計算河北省農業生態經濟系統投入產出能值，建立能值分析表。③計算各項能值指標，評價河北省農業生態經濟系統可持續發展狀況。農業生態經濟系統投入能值包括可更新環境資源能值（太陽能、雨水化學能和雨水勢能）、不可更新環境資源能值（灌溉用地下水和表土層損失）、可更新有機輔助能值（農村勞動力和種子）和不可更新工業輔助能值（電力、農藥、農業機械、化肥和塑料薄膜），農業生態經濟系統產出主要指農產品（糧食、蔬菜、水果、糖料、油料和棉花）。

2 結果與分析

2.1 農業生態經濟系統投入與產出

根據河北省2012年農業投入產出數據，計算農業生態經濟系統投入產出能值（表1）。太陽能、雨水化學能和雨水勢能均來自太陽輻射能，為避免重復取三者中的最大項作為可更新環境資源能值投入。限于現有數據，考慮河北省當前灌溉設施投入狀況，本文灌溉設施投入能值取農業機械動力能值投入的20%[8]。經計算，河北省農業生態經濟系統投入總能值為5.70×1022 sej，其中環境資源總投入為3.39×1022 sej，主要為不可更新環境資源，占總環境資源投入的87.90%；總輔助能投入為2.31×1022 sej，主要為不可更新工業輔助能，占總輔助能值投入的84.41%；不可更新環境資源投入是不可更新工業輔助能投入的1.53倍。說明河北省農業生態經濟系統能值投入主要為不可更新能值，以不可更新環境資源消耗最多（灌溉用地下水和表土層損失）。因此，河北省農業生產需要提高降水、有機肥等可更新環境資源的利用率，減少或代替地下水、化肥等不可更新資源的利用。

2.2 農業生態經濟系統能值指標分析

本文采用的能值指標包括能值自給率、能值投資率、凈能值產出率、環境負載率和可持續發展指數，用于定量分析河北省農業生態經濟系統可持續發展狀況。各指標表達式及指標值計算結果見表2。能值自給率能反映系統環境資源自給自足的程度，而能值投資率可衡量系統對經濟投入的依賴程度。由表2可知，農業生態經濟系統能值自給率為0.60，能值投資率為0.68，表明農業生態經濟系統環境資源對系統產出能值貢獻為60%，即系統對自然環境資源的依賴程度偏高。環境負載率反映系統對自然環境的壓力程度，具有環境預警作用。本文計算系統環境負載率為6.39，高于2005年江蘇省環境負載率（2.83），與2003年山東省環境負載率（6.54）基本持平，與2005年河北省環境負載率（5.72）相比[9]有升高趨勢，表明河北省農業生態經濟系統對環境的壓力加大。能值產出率表示系統獲得能值投入的可持續性，Odum認為能值產出率合理取值為1～6，若取值小于1，則系統能值不會增加。河北省2012年農業生態經濟系統能值產出率為2.43，屬中等偏下水平，表明農業生態經濟系統具有一定持續性。

最能表征生態經濟系統可持續發展能力的指標即為可持續發展指數。Ulgiati和Brown認為可持續發展指數小于1說明系統為典型的消費型生態系統[10]，區域內不可更新資源的利用程度較高，對環境壓力較大。表2中計算的可持續發展指數為0.38，遠小于1，說明河北省農業生態經濟系統依賴于大量資源的消耗，為嚴重的消費型生態經濟系統，可持續發展狀況堪憂。

3 結論

結果表明，2012年河北省農業生態經濟系統投入中不可更新環境資源（主要為灌溉用地下水）所占比重最高，其次為不可更新工業輔助能，說明河北省農業生態經濟系統高度依賴灌溉用地下水及經濟投入等不可更新資源。農業生態經濟系統可持續發展指數為0.38，為典型的消費型生態經濟系統，環境承受壓力較為嚴重。因此，迫切需要探索出一條高產、高效、低耗的農業發展之路，實現河北省農業生態經濟系統健康可持續發展。

4 參考文獻

[1] MA Q F，HUANG X J，PENG B Z，et al.A positive study of the evaluation on the development of regional agricultural recycling ecnomy[J].Journal of Natural Resources，2005，20（6）：891-899.

[2] 王閏平，榮湘民.山西省農業生態經濟系統能值分析[J].應用生態學報，2008，19（10）：2259-2264.

[3] 陸宏芳，藍盛芳，李謀召，等.農業生態系統能值分析方法研究[J].韶關大學學報（自然科學版），2000，21（4）：74-78.

[4] 藍盛芳，欽佩，陸宏芳.2002.生態經濟系統能值分析[M].北京：化學工業出版社，2002：16.

[5] 杜博洋.河北省耕地系統能值分析[D].保定：河北農業大學，2008.

[6] 張梅申，岳增良.河北省農業可持續發展的科技重點領域研究[J].河北農業科學，2010，14（9）：145-148.

[7] ODUM H T.Environmental Accounting：Emergy and Environmental Dec-ision Making[M].New York：John Wiley&Sons，1996：843-850.

[8] 袁再健，謝櫨樂，沈彥俊.河北省灌溉效益分攤系數時空變化與影響因素研究[J].陜西師范大學學報（自然科學版），2015，43（3）：93-97.

[9] 付曉，吳鋼，尚文艷.遼寧省朝陽市農業生態經濟系統能值分析[J].生態學雜志，2005，24（8）：902-906.

[10] ULGIATI S，BROWN M T.Monitoring patterns of sustainability in natural and man-made ecosystems[J].Ecological Modelling，1998，108（1-3）：23-36.