基于能值分析京郊蔬菜不同生產經營方式的生態經濟可持續性評價

趙琳琪 陳源泉

(中國農業大學 農學院，北京 100193)

推進農業綠色高質量發展是我國農業可持續發展的重要方向。我國的蔬菜產量和播種面積均位居世界第一，年播種面積在2×107hm2以上[1]。北京市每天蔬菜需求量達1×107kg[2]，蔬菜生產是北京市重要的農業產業。目前，蔬菜生產方式主要有常規種植和有機種植，經營主體主要包含農戶和企業經營管理。研究分析不同生產方式與經營管理的生態經濟可持續性對于區域農業綠色可持續發展具有重要意義[3]。

關于蔬菜生產的可持續發展研究，已有研究主要從土壤重金屬、土壤質量、氣體排放等角度研究蔬菜對人體的健康風險[4-9]；也有應用能值、生命周期評價等生態經濟學方法對比蔬菜的有機種植與傳統種植模式的系統可持續性[10-12]。針對蔬菜生產的經濟效益，已有研究主要從成本—效益角度進行研究分析[13-14]。對于農業生產的可持續性評價需要綜合考慮生態與經濟的協調性，因此，本研究擬采用能值分析與經濟分析方法，從生態經濟學角度對京郊大棚蔬菜3種生產經營方式的可持續性進行綜合評價，以期為京郊蔬菜產業的可持續發展提供一定參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

本研究選取京郊農戶常規種植、企業常規種植和企業有機種植3種生產經營模式作為研究對象。3種模式均為蔬菜大棚生產，溫室大棚種植面積均為0.04 hm2，本研究的投入、產出數據來源于2019年3—7月實地調研，3種生產經營模式具體情況見表1。

表1 京郊3種蔬菜生產經營模式Table 1 Three patterns of vegetable production and management in Beijing suburbs

注：①企業有機種植模式中，若消費者預存4 000元，則所有蔬菜統一定價為28元/kg；若消費者預存8 000元，所有蔬菜統一定價為26元/kg。

Note: ① In enterprise with organic management, if the consumer deposits 4 000 yuan in advance, all vegetables will be uniformly priced at 28 yuan/kg. If 8 000 yuan, the consumer deposits all vegetables are uniformly priced at 26 yuan/kg.

1.2 研究方法

1.2.1能值分析

在生態經濟可持續評價方面，本研究采用Odum[15]提出的能值方法進行生態經濟評價。通過繪制出蔬菜大棚種植的系統能流圖(圖1)，從總體上反映本研究蔬菜大棚系統能流特征及其內部動態變化。將生產蔬菜的原始投入數據進行單位轉換，能量單位、質量單位和價格單位分別轉換為J、g和美元。通過能值轉換率(Unit emergy value，UEV)將所有的原始投入數據統一轉化為太陽能值。根據系統的原始投入能量來源，將其劃分為環境資源和經濟系統資源，其中環境資源(E)包括可更新環境資源(Re)和不可更新環境資源，經濟系統資源包括購入資源能值(P)、服務性能值(S)。系統產出能值等于全部能值投入(Y)。在計算各部分投入能值加和時，利用可更新比例系數(Renewability factor，RNF)分別計算資源的可更新投入(R)與不可更新資源投入(N)，可更新比例系數來自文獻[16]—[18]的研究。本研究采用最新能值基準，即12.0×1024sej/年。UEV來源于能值EmCF數據庫(http:∥cep.ees.ufl.edu)。美元與人民幣的換算采用2018年均美元匯率，1美元=6.62元(國家統計局)。本研究主要核算指標包括：能值自給率 (ESR)、凈能值產出率(EYR)、能值投資率(EIR)、環境負載率(ELR)、可持續發展指數(ESI)(表2)。

圖1 京郊大棚蔬菜生產系統能值流程圖
Fig.1 Emergy flow chart of greenhouse vegetable production system in Beijing suburbs

表2 主要能值指標的計算公式及其內涵
Table 2 Calculation formula and description of main emergy indices

能值指標Emergy index計算公式Expression內涵Description能值自給率(ESR)Emergy support ratioESR=E/Y反映其自給自足能力大小。ESR越高,則系統自給自足能力越強,對內部資源開發程度越高。凈能值產出率(EYR)Net emergy yield ratioEYR=Y/P衡量系統產出對經濟貢獻大小與生產效率。EYR越高,表明產出能值越高,生產效率、競爭力及其經濟效益越高。能值投資率(EIR)Emergy investment ratioEIR=P/E衡量經濟發展程度和環境負載程度指標。EIR越高,表明系統經濟發展程度越高,對環境的依賴越小。環境負載率(ELR)Environment load ratioELR=N/R評價系統的環境壓力,及不可更新資源投入和使用,對環境造成的壓力。ELR越高,自然環境系統壓力越大。可持續發展指數(ESI)Emergy sustainable indexESI=EYR/ELR衡量系統的協調性與可持續性指標。ESI<1為發達國家,1

注：Y為總能值投入；E為自然環境資源能值投入；R為可更新能值投入；N為不可更新能值投入；P為購入資源投入。

Note:Yis total emergy input;Eis environment input;Ris renewable emergy input;Nis nonrenewable emergy input;Pis purchased materials input.

1.2.2經濟理論

在經濟效益方面，本研究主要考慮了大棚租金、人工、化肥、有機肥、機械、農膜、設備采購及維修等支出成本以及蔬菜的年產出。由于3種模式的蔬菜種植種類不同，本研究統一以單位土地面積的產出進行經濟效益核算。各生產經營方式單位面積產出為：

Pi=Ii-Ci

(1)

(2)

(3)

各生產經營方式單位面積的投入成本為：

(4)

式中：P為年利潤, 元/hm2；I為年收入, 元/hm2；C為年成本, 元/hm2；Q為2018年整個系統范圍內的產量, kg；S為系統范圍內的面積，hm2；l為蔬菜單價, 元/kg；k為市場銷量, kg；n為蔬菜種類；i為3種種植模式即農戶常規種植、企業常規種植和企業有機種植；j為生產投入主要包含租金、種子、生物制劑、農藥、人工、水電費、有機肥、化肥、農機、農膜、維修。

2 結果分析

2.1 能值分析

2.1.1能值投入分析

本研究利用能值理論能值轉換率(UEV)將環境資源與經濟社會購入資源的各投入量統一轉化為太陽能值(表3)，以計算結果為根據，計算各類相關能值投入，結果見表4。

企業有機種植模式的總能值投入為6.81×1016sej/hm2，小于農戶常規種植模式的1.19×1017sej/hm2、企業常規種植模式的8.53×1016sej/hm2。企業有機種植模式的可更新能值投入和不可更新能值投入分別占到31.89%和68.11%，可知該生產系統目前主要依靠不可更新資源。企業常規種植模式的可更新資源投入占比為13.72%，在3種模式中最小；農戶常規種植模式的總能值投入大于企業有機種植模式，所以每公頃可更新資源投入的能值也較大；企業有機種植模式的經濟系統資源投入占97.79%，在3種生產模式中最大，企業有機種植模式環境資源能值投入占比為2.21%，在3種模式中占比最小，因此企業有機種植模式的生產主要通過大量經濟系統資源驅動；企業有機種植模式的可更新環境資源的能值投入為1.19×1015sej/hm2，占總能值投入的1.75%，超過不可更新的自然資源使用量，表明企業有機種植模式系統對不可更新自然資源壓力較小。

在購入資源能值投入中(圖2)，企業有機種植模式的能值投入最大。其中，電力主要用于冬季溫室大棚內的取暖、地下水澆灌和草柵電機的收放等，企業有機種植模式電力能值投入占總能值投入的30.59%，接近購入資源能值投入的1/3，大于農戶常規種植模式電力能值投入的10.97%。在大棚的溫室環境下，能夠保證蔬菜生長所需溫、濕度、采光等環境條件。企業有機種植模式的建設費能值投入占比為25.44%、磚的能值為11.24%，主要為大棚的前期投入折算，2者之和占購入資源能值投入近40.00%。農戶常規種植模式的磚能值投入占比6.44%與企業常規種植模式的磚能值投入8.96%均小于企業有機種植模式；農戶常規種植模式的建設費主要是租金，能值投入占17.95%同樣小于企業有機種植模式。表明大棚種植的經濟資源消耗主要來源于大棚的建設與維護，并且企業有機種植的建設投入最大。企業常規種植模式的有機肥投入能值占比30.58%，而企業有機種植模式除了使用有機肥料外，還使用了牛糞等糞肥，有機肥能值投入占比2.36%遠小于企業常規種植，表明企業有機種植模式下對有機肥料的使用較少，多使用牛糞堆肥。此外，3種模式對比，企業生產模式還使用了生物制劑，在購入資源能值投入中占較大投入，且企業的有機種植生物制劑投入能值占比7.90%大于企業常規種植的7.26%。

企業有機種植模式的服務性能值，主要來源于種植與采摘等過程的人工投入，能值為3.88×1015sej/hm2，占總能值投入的5.69%，比例較低，表明企業有機種植模式的人工投入產出效率較高。而在農戶常規種植和企業常規種植模式的投入中，服務性能值投入占主要部分，農戶常規種植人工投入占比46.95%，農戶生產是自營，冬季生產葉菜，繁忙時期，有時工作超過20 h/d，1年平均投入13 h/d，企業常規種植的人工能值投入占比為32.08%，企業常規種植是規模生產，每人負責1～2棟大棚，因此人力投入均較大。

表4 京郊3種蔬菜生產經營模式能值投入結構分析
Table 4 Emergy inputs structure analysis for three patterns of vegetables production and management in Beijing suburbs

投入指標Input index農戶常規種植Farmers with conventionalmanagement企業常規種植Enterprise with conventionalmanagement企業有機種植Enterprise with organicmanagement能值/1016sejEmergy比例/%Ratio能值/1016sejEmergy比例/%Ratio能值/1016sejEmergy比例/%Ratio全部能值投入(Y)Total emergy input11.90100.008.53100.006.81100.00可更新能值投入(R)Renewable emergy input2.4921.011.1713.722.1731.89不可更新能值投入(N)Nonrenewable emergy input9.3778.997.3686.284.6468.11購入資源能值投入(P)Purchased materials input11.2094.836.9681.576.6697.79服務性能值投入(S)Service inputs5.5746.952.7432.080.395.69環境資源能值投入(E)Environment input0.615.170.607.030.152.21可更新環境資源能值投入(Re)Renewable environment input0.282.410.293.360.121.75

A，電；B，建設費；C，磚；D，生物制劑；E，人力；F，牛糞；G，維修費；H，鋼鐵；I，有機肥；J，設備費；K，棚膜；L，機械；M，地膜；N，混凝土；O，種子；P，N肥；Q，豬糞；R，P肥；S，K肥；T，柴油。 A is electricity; B is building investment; C is brick; D is biology reagent; E is labor; F is cow dung; G is repair; H is steel; I is organic fertilizer; J is equipment; K is greenhouse film; L is machine; M is ground film; N is cement; O is seeds; P is N fertilizer; Q is pig manure; R is phosphate fertilizer; S is potassium fertilizer; T is diesel oil.
圖2 京郊3種蔬菜生產經營模式的購入資源能值投入分布
Fig.2 Purchased emergy analysis for three patterns of vegetables production and management in Beijing suburbs

2.1.2能值綜合指標分析

通過5個綜合評價指標的計算結果(表5)可以看出：

1) 能值自給率(ESR)，企業有機種植模式的能值自給率為0.02，農戶常規種植為0.05與企業常規種植模式0.07，3種模式的能值自給率都比較低，說明京郊蔬菜大棚生產的自然資源開發、利用程度較低，系統主要從生產系統外導入能源，表明當下生產模式對系統內部資源依賴程度較低。

2)凈能值產出率(EYR)，企業有機種植模式系統的凈能值產出率為1.02，表明本地資源的利用效率不高，系統生產主要依賴購入經濟資源驅動。其凈能值產出率低于農戶的1.05與企業常規種植模式的1.23，表明企業有機種植模式的單位產出能值小于其他2種模式，這也是有機蔬菜大棚生產比一般蔬菜大棚產量低的主要表現。

3)能值投資率(EIR)，企業有機種植模式系統的能值投資率為44.20，是農戶常規種植18.33的2.41倍，是企業常規種植模式生產11.60的3.81倍，表明企業有機種植模式系統的經濟開發程度較高，系統承受的環境壓力較小。

4)環境負載率(ELR)，企業有機種植模式生產的環境負載率為2.14，小于農戶常規種植的3.76，企業常規種植模式生產的6.29，說明此種植方式對自然環境的破壞性較低，對環境影響較小，企業常規種植模式的環境負載率最大，對環境的影響最大。3種模式生產所需的主要購買資源多為不可更新資源，且地下水資源的消耗及表層土的損失都會給環境造成一定的壓力。

5)可持續發展指數(ESI)，企業有機種植模式系統的可持續發展指數為0.48，高于農戶常規種植的0.28與企業常規種植模式的0.19，說明該系統在3種模式下的可持續發展程度相對較好。3者的可持續發展指數均小于1，主要在于大棚設施前期投入較多，如建設費、租金等；企業有機種植模式可通過消費者預存蔬菜消費金額，較快的進行資金周轉，支持有機蔬菜生產。

表5 京郊3種蔬菜生產經營模式能值指標Table 5 Emergy indices for three patterns of vegetables production and management in Beijing suburbs

注：FC為農戶常規種植；EC為企業常規種植；EO為企業有機種植，EO/FC為企業有機種植的各指標值與農戶常規種植各指標值的比值；EO/EC為企業有機種植的各指標值與企業常規種植各指標值的比值。

Note: FC is farmers with conventional management; EC is enterprise with conventional management; EO is enterprise with organic management; EO/FC is the ratio of the value of each indicator of enterprise with organic management to the value of each indicator of farmers with conventional management; EO/EC is the ratio of the value of each indicator of enterprise with organic management to the value of each indicator of enterprise with conventional management.

2.2 經濟分析

企業有機種植的年利潤為1.45×106元/hm2(表6)，遠高于農戶常規種植的3.34×105元/hm2，而企業常規種植的收入低于成本，年利潤為負；企業有機種植年收入最高為2.09×106元/hm2，大于企業常規種植的3.00×105元/hm2與農戶常規種植的4.29×105元/hm2，說明企業有機種植模式的經濟效益最高；成本投入方面，企業有機種植的年成本最高為6.45×105元/hm2，同樣為企業，常規種植模式下生產成本為3.37×105元/hm2，農戶常規種植的生產成本最小為9.52×104元/hm2，表明企業有機種植模式的經濟投入最多；單位產出方面，農戶常規種植模式的年產量最高，為3.80×105kg/hm2，企業常規種植產量為6.10×104kg/hm2，因為不使用化肥、農藥，企業有機種植的產量最小為2.88×104kg/hm2，低于其他2種模式，而收入高、利潤高，證明有機生產的單價高于其他2種模式，這符合有機生產高價格、高投入、低產出、高利潤的特點。因此，綜合來看，企業有機種植的經濟可持續性最好。

表6 京郊3種蔬菜生產經營模式的經濟效益對比指標Table 6 Cost and benefit for three patterns of vegetables production and management in Beijing suburbs

3 討 論

在生態方面，本研究運用能值評價京郊蔬菜3種生產經營方式的生產效率。3種模式的可持續發展指數(ESI)均小于1，表明京郊蔬菜整體可持續發展仍有較大的提升空間。企業有機種植不使用任何已知有毒的化學合成農藥或化肥，通過良好的人工田間管理，最大程度減少病蟲害發生的機率，定期對土壤和蔬菜進行抽樣檢測，透明生產記錄和檢測結果，供消費者選擇判斷。企業有機種植模式的可持續發展指數最高為0.48，企業有機種植能值年總投入最低為6.81×1016sej/hm2，相對于農戶常規種植與企業常規種植具有更高的可持續性，農戶常規種植過程中使用了大量的化肥、農藥，加之缺少有效的生產技術指導，對環境的影響較大[19]。企業常規種植的規模大，缺乏有效管理，生產過程的投入較多，造成大量浪費，對環境的影響大于企業有機生產模式。企業有機種植過程采用低碳、有機模式，追求可持續生產，對環境的壓力較小。因此，在能值方面，京郊蔬菜的可持續發展潛力較大，且3種經營生產模式中，企業有機種植模式最優。

在經濟方面，農戶常規種植的年產量最高為3.80×105kg/hm2，而其年收入4.29×105元/hm2與年利潤3.34×105元/hm2均低于企業有機種植模式，這與已有研究結果基本一致[20-21]。京郊小農戶的無公害蔬菜生產具有良好的市場和需求優勢，但存在著銷路單一、成本上漲、技術落后和市場競爭的困境[22]。將京郊蔬菜的流通效率與國外的蔬菜作對比，也可發現，在蔬菜流通的各環節利益分配中，農戶的利益最低[23]。本研究中，農戶常規種植以自主為特點，生產過程缺少專業的生產指導，使用較多農藥與化肥，生產成本高；另外，農戶生產規模有限，無法形成規模效益，這也是農戶收益較低的原因之一。而企業常規種植具有一定的規模效益，但其生產的核心目標是利益最大化[24-25]，追求高質量、高收入的同時，有效管理跟不上，如蔬菜一旦出現病害有可能全部拔除，重新種植，造成了大量浪費與巨大損失。有機生產的理念是綠色、低碳，全程不使用農藥、化肥[26]，企業有機種植模式中，消費者預存金額，所有蔬菜根據預存金額等級統一定價，解決了有機生產投入高、資金回流慢等主要問題。3種模式中，企業有機種植的年收入最高為2.09×106元/hm2，年利潤最高為1.45×106元/hm2，實現了收益高，產生廢棄物少，資源循環利用的多重效益；達到企業盈利，消費者吃到放心菜的雙贏效果，是當前生產條件下的最優方式。因此，在經濟方面，3種生產經營方式中，企業有機種植模式的經濟可持續性最高。

綜合生態能值分析與經濟分析結果，京郊蔬菜3種生產經營模式中，企業有機種植模式的生態可持續性最好；經濟收入最高，利潤最大，經濟可持續性最高，更適合在蔬菜產業中推廣。