江蘇省農業生態可持續發展評價*

徐 宏

(南京工業大學藝術設計學院,江蘇南京 210009)

0 引言

農業是人類重要的生產活動，農業生態是結合農業生態、經濟和社會3個方面的生態系統[1]，農業生態的可持續性，即提高環境的穩定性、提高環境的質量、提高生產能力等，通過調節投入和產出的比重，最終提高農民的生活水平和農業發展水平，從而實現農業生態的可持續發展。

農業生態的可持續發展研究已經成為目前的研究熱點，不同的學者在生態農業的研究角度和研究方法上有所差異。張一泓[2]通過綜述來論述無錫市生態農業的可持續性，鄢紫奕[3]通過能值和SWOT分析法對黑龍江省的農業生態經濟的可持續性進行分析，用模糊評價法對該省的可持續性進行評價。馬曉勇[4]利用地理分析軟件GIS對黃土高原區域的農業生態系統的可持續性進行研究，并得到不同縣域的可持續性差異。楊芳等[5]利用能值分析法計算農業生態的可持續性指數，并利用實證分析法進行分析。關于可持續性研究的方法還有很多，還有常見的生態足跡模型[6]、熵值法[7]、BP神經網絡[8]以及數據包絡模型[9]等，這些方法都以眾多的指標為基礎，通過某種方法進行綜合評價。江蘇省作為我國的農業大省，改善和保護生態環境是農業發展的重要問題，為了推動綠色農業的快速發展，江蘇省建立了以綠色生態為導向、以適應資源環境承載力為前提、以農業生產和農業生態相協調為目標的新體系，盡管如此，江蘇省自然環境仍存在一些生態污染和破壞的現象，在此背景下，對江蘇省進行農業生態的可持續性研究，對江蘇省農業經濟與環境的協調發展具有積極意義。

基于上述研究背景，希望能深入地了解江蘇省農業生態現狀，但尚未見關于江蘇省近10年來農業生態可持續性研究的報道，因此，文章以2007—2017年江蘇省近10年的農業生態相關數據為基礎，采用能值分析法計算農業生產投入和農業產出的關系，通過產業結構、能量平衡關系和農業可持續性指數分析江蘇省農業生態發展的可持續性，為江蘇省綠色農業的發展提供理論參考。

1 研究區概況

江蘇省簡稱“蘇”，位于中國東部沿海地區，是我國文化和經濟的繁榮地帶。江蘇省以平原為主，面積約10.7萬km2，下轄13個地級市， 2017年人均生產總值約10.7萬元，其中糧食、棉花和油料作物分布較廣。根據農業結構布局情況，可以大致分為6個地區，徐淮地區晝夜溫差較大，以小麥、玉米及蔬菜水果為主； 沿海地區無霜期比較長，該地區產業以棉花、水稻、油菜及水產品為主； 里下河地區降水較多，主要出產水稻和各種水產品； 沿江地區水熱充足，以種植水稻、棉花和油菜為主，并發展畜牧業和加工業； 太湖地區以生產水稻為主； 寧鎮揚丘陵地區水資源不足，主要發展林業和畜牧業。江蘇省以種植業和畜牧業為主，農業生產機械化水平相對較高，全國第一，但化肥使用量和農藥使用量也位居前列。2018年1月底，江蘇省印發了《關于加快推進農業綠色發展的實施意見》，提出建設農業發展與農業生態協調發展的生態江蘇。截止2017年底，全省59%的農田達到高標準要求，耕地面積增加4.24萬hm2，并按照生態農業發展的要求，土地用養結合，減少土地負荷。全省推廣測土施肥技術， 2017年推廣面積達到了480萬hm2，同時推廣秸稈還田、綠肥種植技術等。在化肥使用量方面，全省的使用量和單位面積使用程度都有所下降， 2010年全省的使用量位于中國前4名，而2016年降到第6名，單位面積使用程度排13名，目前，圍繞推廣有機肥，減少化肥的使用進行調整，通過創建示范縣來推廣機肥替代化肥、機械化施肥、水肥一體化智能配肥等高效施肥技術。在灌溉方面，建立高效的節水制度，提倡噴灌、滴灌和管道為主的節水灌溉方式。

表1 江蘇省農業生態系統的能值投入結構分析

類別資源能量折算系數(J/kg)能值轉化率(sej/J或sej/g)可更新自然資源太陽能1.00E+00風能1.50E+03雨水重力勢能8.88E+03雨水化學能1.54E+04地球循環能2.90E+04不可更新自然資源土壤損失6.35E+04不可更新輔助能氮肥4.62E+09磷肥1.78E+10鉀肥1.74E+09機械3.55E+067.50E+07地膜3.80E+08農藥1.62E+09柴油4.40E+076.6E+04可更新能值農業勞動力3.80E+05

2 研究方法和數據來源

2.1 研究方法

該文研究農業生態系統采用能值分析方法，該方法把農業生態系統的自然屬性和輔助資源作為研究對象，通過建立指標體系，對農業生態各個能值間的關系進行分析，并通過一系列指標反映農業生態系統的特征。為了更好地評價江蘇省農業生態系統的投入和產出情況，建立了農業生態系統的能值投入和產出結構分析表，如表1和表2所示。首先利用原始數據轉換為能值分析數據，再利用計算公式得到各項能值，最后通過累加的方法計算得到能值的總投入量和總產出量。

2.1.1 系統投入能值的計算方法

農業生態系統的投入能值包括可更新自然資源能值、不可更新自然資源能值、不可更新輔助能值和可更新能值，具體類別的劃分、能值轉換率見表1。其中，部分能值的公式如下。

①太陽能值=農業用地面積(m2)×太陽年平均輻射能(J/m2)，江蘇省太陽年平均輻射能為5.00E+09J/m2；

②風能=農業用地面積(m2)×年有效風能(J/m2)，江蘇省年有效風能值為1.78E+09J/m2；

表2 江蘇省農業生態系統的能值產出結構分析

類別農產品能量折算系數(J/kg)能值轉換率(sej/J或sej/g)農業小麥1.63E+076.80E+04水稻1.51E+078.30E+04玉米1.63E+072.70E+04棉花1.67E+071.90E+06油料2.53E+078.60E+04糖類4.20E+068.50E+04豆類2.09E+078.30E+04薯類4.00E+068.30E+04麻類1.63E+078.30E+04茶葉1.75E+072.00E+05水果3.30E+065.30E+05蔬菜2.50E+062.70E+04林業木材采伐量—1.23E+05畜牧業肉類1.39E+072.63E+06奶類2.90E+061.71E+06禽蛋8.40E+061.71E+06畜毛8.50E+064.40E+06漁業水產品5.50E+062.00E+06

③雨水重力勢能=農業用地面積(m2)×平均降雨量(m)×平均海拔(m)×重力加速度(m/s2)×雨水密度(kg/m3)；

④雨水化學能=農業用地面積(m2)×平均降雨量(m)×吉布斯自由能(J/g)×雨水密度(g/m3)，吉布斯自由能=4.94J/g；

⑤地球循環能=農業用地面積(m2)×熱通量(J/m2)，江蘇省地質穩定，其熱通量為1.00E+06J/m2；

⑥其他能值=能量×能值轉化率。

2.1.2 系統產出能值的計算方法

江蘇省農業生態系統產出能值分為農業、林業、畜牧業和漁業4類，按照相應的物質—能量折算系數將投入和產出的4類原始數據根據能量折算系數折算為以J或g為單位的能值分析數據，然后利用能值分析數據乘以能值轉換率得到各產品的投入和產出能值。各類別的能量折算系數和能值轉換率詳見表2。各農產品產出能值的計算公式為：產量×能量折算系數×能值轉化率。

2.1.3 農業生態系統能值的評價指標

數學學科兼具應用性和實踐性的特點[3]．本次高職單招試題充分體現了這一特點，對數學應用性的考查進行了探索．考查實踐能力的試題涉及比賽規則的概率、成本最優化等背景，適度進行創新性的考查，體現了數學在解決實際問題中的重要價值和高考內容改革的基本要求．

該文農業生態系統能值的研究采用4項指標進行分析，分別是環境貢獻率、能值投入率、環境負載率和能值可持續指數，各指標的計算公式詳見表3。

表3 江蘇省農業生態系統的能值評價指標

評價指標計算公式環境貢獻率(可更新自然資源能值+不可更新自然資源能值)/能值總投入量能值投入率(不可更新輔助能值+可更新能值)/(可更新自然資源能值+不可更新自然資源能值)環境負載率(不可更新自然資源能值+不可更新輔助能值)/(可更新自然資源能值+可更新能值)凈能值產出率能值總產出量/(不可更新輔助能值+可更新能值)能值可持續指數凈能值產出率/環境負載率

圖1 2016年江蘇省農業生態系統能值投入的結構

2.2 數據來源

以2005—2016年為研究階段，對江蘇省農業生態系統的能值進行分析，該文中所用到的數據來自于2005—2016年《江蘇統計年鑒》，該文的能量折算系數和能值轉換率參考劉繼展[10]和藍盛芳[11]的研究結果。

3 結果與分析

3.1 江蘇省農業生態系統能值投入結構分析

農業生態系統能值投入的情況可以反映江蘇省農業經濟發展水平，如表4和圖1所示。從表4和圖1中可知， 2016年江蘇省農業生態能值總投入為3.88E+22sej，其中自然資源的投入量為4.33E+21sej，占總投入的11.16%； 不可更新輔助能為2.45E+22sej，占總投入能值的63.15%； 可更新能值為9.97E+21j，占總投入能值的25.69%。該結果表明，江蘇省農業的發展主要依賴于不可更新輔助能值和可更新能值的投入。從整體上看， 2005—2016年，江蘇省農業生態的總投入能值在3.75E+22～3.88E+22之間波動，波動幅度不大。各項能值都呈現了一定的上升趨勢。

3.2 江蘇省農業生態系統能值產出結構分析

農業生態系統的能值產出包括農業、林業、畜牧業和漁業四大類，各項產出能值詳見表5。從表5中可以看出2005—2008年總產出能值在遞增， 2009有所降低總產出能值為2.79E+25sej， 2010年開始逐漸增加， 2012年總產出能值3.08E+25sej， 2012—2016年總產出能值在3.00E+25sej上下波動。2016年，農業總產出占0.19%，林業總產出占0.04%，畜牧業總產出占99.58%，漁業總產出占0.19%，從該結果來看，江蘇省農業生態產出能值以畜牧業為主，在畜牧業產品中，以奶類能值最高。在農業中，水稻的產出能值最高，為2.67E+22sej，其次為小麥的產出能值，為1.35E+22sej，水果的產出能值次于小麥，說明江蘇省農業產出以水稻、小麥和水果為主。林業的產出能值從2005—2016年有所增加，產出能值增加了2倍。漁業水產品的產出能值2005年為4.28E+22， 2016年為5.75E+22，總體上較穩定，增長幅度不大，可能由于該地區對水產品捕撈大于養殖的原因，導致漁業增長緩慢。

表4 2005—2016年江蘇省農業生態經濟系統能值投入 W

3.3 江蘇農業生態系統能值評價

3.3.1 環境能值貢獻率分析

環境貢獻率是指自然資源的能值與能值總投入量的比，該比值反映了自然資源對農業生態系統的投入程度。該文將自然資源分為可更新自然資源和不可更新自然資源，根據環境貢獻率的公式計算了2005—2016年的環境貢獻率，如圖2所示。2005—2016年江蘇省農業生態系統的環境貢獻率呈先下降后上升的趨勢，說明江蘇省生態環境在2005—2010年生態環境受到一定的影響，耕地面積逐漸減少，從2011年環境貢獻率開始增加，說明從2011年以后，加強了對農業用地的管理，農業用地合理配置，耕地面積有所增加。從農業生態系統對環境的依賴程度看， 2005—2010年對環境的依賴性在減小，說明對環境資源的利用程度較低， 2010年以后逐漸加大了對環境的依賴性，說明2010年以后提高了資源的利用率，環境依賴性隨之增加。

表5 2005—2016年江蘇省農業生態經濟系統能值產出 W

圖2 2005—2016年江蘇省環境貢獻率趨勢 圖3 2005—2016年江蘇省能值投入率趨勢

能值投入率可以反映江蘇省農業經濟發展水平和自然資源負載的情況，從圖3中可以看出， 2005—2016年江蘇省能值投入率呈現先下降后上升再下降的趨勢，圖3顯示2006年有所下降， 2007—2012年能值投入率有所升高， 2014年達到最大值， 2014—2016年開始下降，該結果說明2008—2014年經濟發展迅速，但2014—2016年可能由于對采取環境保護措施，減少了對環境的利用程度，能值投入率有所降低。

3.3.3 環境負載率分析

環境負載率代表不可更新資源的能值與可更新資源能值的比值，從圖4中可以看出， 2005—2016年環境負載率呈緩慢的上升趨勢，說明江蘇省在發展經濟的同時，加大了對環境的利用程度，自然資源消耗在不斷增加。在2014—2016年環境負載率趨于穩定，說明《江蘇省沿海開發環境保護規劃》在全省得到有效的實施，自然資源得以保護和有效利用，經濟發展與環境利用達到一定的平衡。

圖4 2005—2016年江蘇省環境負載率趨勢 圖5 2005—2016年江蘇省能值可持續性指數變化趨勢

3.3.4 能值可持續指數分析

根據能值可持續性指數計算2005—2016年的可持續發展指數，從圖5中可以看出，江蘇省能值可持續性發展指數逐漸呈下降趨勢，但均大于3。參考相關文獻[10]，認為可持續性指數在2～18之間，農業生態系統發展潛力較大，處于較好的可持續發展狀態； 當指數大于18時，說明系統對資源的利用率不夠； 當指數小于2時，效益低而環境負載較大。該研究結果可持續發展指數在3～4.5之間，說明江蘇省農業生態系統處于較好的可持續發展狀態。

4 結論與建議

4.1 結論

該文以2005—2016年為時間序列，通過計算江蘇省農業生態系統的能值投入和能值產出，得到如下結論：(1)2005—2010年江蘇省農業生態系統對環境的依賴性逐漸減小， 2010年后逐漸增大。(2)2005—2016年江蘇省能值投入率呈現先下降后上升再下降的趨勢，可能2014—2016年采取了保護環境的措施，減少了對環境的利用率。(3)2005—2016年環境負載率緩慢上升，在近兩年負載率值趨于穩定。(4)2005—2016年能值可持續性指數逐年下降，各年的指數在3～4.5之間，說明江蘇省農業生態系統處于較好的可持續發展狀態。

4.2 建議

通過對江蘇省農業生態的可持續性研究，可知江蘇省農業生態近年來存在較大的波動性，近3年來該省的農業生態環境得到穩定發展。江蘇省目標是建設資源節約型和環境友好型社會，根據該研究結果，江蘇省在農業生態發展中還存在一定的問題，必須從農業自身出發來解決農業生態問題，以促進江蘇省農業生態的可持續發展。為此，提出以下幾點建議。

(1)提高自然資源的利用效率。江蘇省環境貢獻率在近10年中存在較大的波動，說明對環境資源的依賴性有所改變，近兩年環境貢獻率急劇增加，說明環境資源的利用程度有所升高，但應注意提高利用效率。楊凡等[12]研究也表明,2002—2014年江蘇省各市的水足跡均呈現上升的趨勢，農業水資源利用率低。因此，必須提高自然資源利用效率，對土地實行集約、節約用地，減少水資源消耗，合理利用可再生資源，實現自然資源的可持續利用。

(2)制定完整的可持續發展措施。農業實現可持續發展的途徑主要是利用先進的科學技術，提高農產品的質量和品質，減少化肥和農藥的使用量，減少對環境的破壞程度，降低投入成本，保護和改善生態環境，獲得最大的經濟效益和生態效益，歐美國家都重視生態原則，提倡自然循環農業發展模式，實現農業經濟與農業生態的協調發展。

(3)政府制定相關政策推廣有機農業和生態農業。一方面，制定一些措施刺激農民的生產積極性，提高農業機械化和信息化程度； 另一方面，引導農民改變傳統的生產方式，對環境有利的生產方式給予一定的補貼，這些政策措施、經濟手段都有一定的積極作用，還可通過設置環保規定來保證農業的可持續發展。

(4)因地制宜制定合理的循環經濟模式。江蘇省以種植業和畜牧業為主，對于前者可以采用田間套作，與養殖業相結合，實現資源高效利用和物質的循環利用； 對于后者以畜牧業為主的循環經濟模式，應采取農牧結合的方式，例如森林與養殖的結合，并把養殖與加工一體化發展確定為發展重點，建立沼氣工程，實現廢物利用與資源的循環利用。

綜上所述，江蘇省農業生產可以將線性的發展方式轉變為封閉的循環發展方式，提高自然資源的利用效率，降低對環境的消耗，實現廢物的循環利用，早日實現江蘇省農業的循環發展，保證農業生態的可持續發展。