基于能值理论的低丘岗地改造项目效益分析

马万钟，杜清运，钱 竞，2

（1.武汉大学资源与环境科学学院，湖北武汉430072；2.深圳市规划国土发展研究中心，广东深圳518034）

1 引言

低丘岗地改造效益分析对土地整理的科学决策具有极其重要的意义[1]。现阶段国内外在评价低丘岗地改造项目效益时，主要采用状态描述法、指标法、意愿调查法等方法来进行评价，这样容易将项目的经济、社会和生态效益割裂开来，对项目进行单纯的生态效益分析或经济效益分析，并且更多地得到是一种定性的、主观的结果，未能够将经济与社会、生态进行综合的、定量的分析。本文引进能值理论，将项目中不同种类、不可比较的能量转换为统一的标准，建立基于能值的效益分析指标，对项目实施前后的综合效益进行定量的、统一的分析，从而阐明自然环境资源与经济的本质关系，为项目效益价值定量化评价提供一种新的理论及方法。

2 低丘岗地改造项目的效益分析

低丘岗地改造是农用地整理的一种类型，其项目效益主要可归纳为社会、经济、生态三个方面：（1）社会效益：项目的社会效益主要在于提高居民生产生活水平，提升区域生产率水平，提高土地集约节约利用程度和人口承载力水平，促进人与自然的和谐发展。（2）经济效益：项目的经济效益主要在于提高农作物产出的质量和数量，优化农业生产结构，逐步形成完善的项目区农业经济产业链，提高项目区人均收入。（3）生态效益：项目的生态效益主要在于提高项目区内的生态环境对经济发展的容受力，平衡生态发展和经济发展，保证农业生态经济系统发展的可持续性。

3 能值理论及其方法

能值（Emergy）是生态经济学中用来衡量自然系统、社会系统与经济系统的能量与能量传递过程的概念，是指一种流动或储存的能量所包含另一种类别能量的数量[2-7]。项目综合效益的能值分析方法主要通过选取能值指标来对项目的综合效益进行量化，分析评价项目实施前与实施后，能值指标绝对数量的变化和各项效益之间结构的变化，从而达到对项目的综合评价。

3.1 低丘岗地改造项目综合效益的能值分析

从能量的角度来看，笔者认为可以将低丘岗地改造项目的三大效益理解为农业生态经济系统能量产出的表现形式。世界上任何形式的生产生活行为都需要能量的维持，系统从外界吸收能量，通过自身内部作用，将其转化成为另一种形式的能量并向周围环境释放。在此过程中，能量不会消亡，而是从较为低级的形式向更高一级的形式进行转化。衡量此转化过程中的能量价值和能量成本的方法即为能值法。农业生态经济系统作为一个开放的系统，其能量主要来源于两个方面，即：太阳、雨水、土壤等自然资源和人类的各种经济、社会活动。两方面能量共同作用于区域农业生态经济系统，使得农业生产率得到提高，农业生态环境得到改善，进一步促进了农村社会经济和自然生态的发展，而农村自然、社会、经济的发展反过来又提高了外界系统对农业生态经济系统的支撑水平，例如：提高土壤肥沃程度和土地利用率，促进外界经济资源的投入等等，形成一个农业生态经济系统发展的良性循环，从而表现为项目区的经济、生态、社会效益的提高。从能值流的角度来说，低丘岗地改造项目的三大效益，是能量等级相对较为低级的自然资源转化为能量等级相对较高的效益产出的具体表现。

3.2 项目效益能值分析方法和步骤

（1）基本资料收集。所收集的资料应包括项目区的自然资源情况和社会经济情况。其中，自然资源包括可更新自然资源和不可更新自然资源；社会经济资料主要包括从系统外投入的能量和物质，以及系统能量和物质的产出情况。低丘岗地改造项目属于农用地整理的一部分，因此基本资料的收集主要包括反映农业生态经济系统的自然、社会、经济情况的数据。

（2）计算能流和能值。通过太阳能值转换率，将各类不同的能量转换成单位统一的太阳能值，其计算公式为：能值=能值流量×太阳能值转换率[8-10]。

（3）编制能值分析表。能值分析表主要包括资源类别、太阳能值转换率、整理前后资源能值流量、整理前后资源的太阳能值等项（表1）。

（4）项目效益能值指标的计算与分析。将得到的项目实施前与项目实施后的各类能值分别代入能值指标公式进行计算，并将二者的结果进行纵向的比较，分析项目实施前后各类指标的变化，从而对整个项目实施的综合效益进行评价。

表1 低丘岗地改造项目能值分析表Tab.1 Energy analysis on a hillock land consolidation project

4 能值理论及方法应用

4.1 项目区概况

元丰低丘岗地改造项目区位于武汉市江夏区山坡乡，项目区整理面积为757.94 hm2，其中：耕地479.06 hm2，占建设规模63.21%；林地246.16 hm2，占建设规模32.48%；其他农用地15.89 hm2，占建设规模2.10%；未利用地16.83 hm2，占建设规模2.22%。该项目实施后，项目区新增耕园地258.54 hm2，新增耕园地率为34.11%。新增耕园地主要来源于将未利用地和低效林地整理为耕地以及项目区内废弃坑塘的填埋，整理后主要为旱地。

4.2 项目区能值分析

4.2.1 能值计算及能值分析表编制 项目区主要能值投入包括：太阳光，雨水，灌溉水等可更新自然资源能；表土损失等不可更新资源能；电力，柴油，化肥，农药，农机等不可更新工业辅助能；人力，种子等可更新有机能。项目区的能值产出主要为农作物产出，包括水稻，小麦和油菜等三种农作物。项目区产品的投入产出要素的能值，先根据统计资料及其他相关资料数据，将输入和输出物质折算成能量，再根据各种物质、能量的太阳能值转化率，换算为统一的太阳能值。

4.2.2 项目区整理前后能值分析 从表2中可以看到，除可更新自然资源中的太阳光、雨水外，项目区内整体资源能值的投入和产出均有提高。可更新自然资源中，太阳光能，雨水化学能及雨水势能属于项目区自然条件因素，它在短时间内不因项目的实施而改变，因此其能值并未发生变化；灌溉水能值提高了63.74%，这主要是因为项目实施过程中，新修了部分塘堰和蓄水池，将雨水有效地存储起来，同时项目区还新建和修复了一些渠道，加上新修建的水工建筑，使得项目区内有效灌溉面积大大增加，灌溉水量得以保证。项目实施前后，在耕地面积增加了34.11%的情况下，表土净损失能值仍然减少了42.84%，这是由于项目区通过土地平整工程，将原本为斜面的耕地改造成梯田，使项目区耕作层土壤没有流失，保证了耕作所需的肥沃土层。

不可更新工业辅助能由原来的6.22E+18 sej增加到6.70E+18 sej，增长率为7.59%。这反映了项目区在有效增加了可耕作面积的同时，通过土地平整、农田水利、田间道路等工程，使项目区农业生产基础设施得到改善。不可更新工业辅助能主要由电力、化肥和农业机械等的投入构成。其中，项目区农药和化肥的使用占到不可更新工业辅助能的79.63%，占总辅助能投入75.90%，而可更新有机能投入只占到总辅助能的4.69%，对化肥的高度依赖不利于农业生态环境保护，这对于重构土壤改良不利，建议应加大对农家肥的投入，提倡绿肥种植，以利于土壤有机质的保持，为农业持续发展提供物质基础。

整理前后能值产出从2.25E+18 sej增加到3.52E+18 sej，增加率为56.74%。项目区能值产出主要包括油菜、水稻、小麦等，经过项目改造，作物的产量得到明显的提高。通过水利规划，供水和排水条件改善，经济作物等种植面积增加，土地质量提高，产量提高，经济效益也相应增加。其中，水稻的单产水平由原来的7300 kg/hm2增加到7800 kg/hm2；小麦单产平均水平可由原来的3100 kg/hm2增加到3900 kg/hm2，而新增耕地则主要用于种植油菜等旱作物。

表2 元丰低丘岗地改造项目能值分析表Tab.2 Energy analysis on the Yuanfeng hillock land consolidation project

4.3 项目区效益分析

4.3.1 效益能值指标计算 将项目区整理前后各类资源太阳能值代入到效益指标计算公式进行计算，得到自然、社会、经济三大效益的能值指标如表3。

4.3.2 项目区整理前后效益能值分析

（1）社会效益指标

①人均能值量——此指标为总能值使用量与项目区总人口之比[11-13]。人均能值使用量是从生态经济学的角度反映生活水平的高低。这一指标比人均收入更能反映区域人口的生活水平高低。人均能值使用量越高表示该区域人均所享受的能值越高，生活水平也越高。因此，人均能值指标更能接近本质、更全面的评析一个地区的实际生产、生活水平和可持续发展状况。项目区人均能值量由整理前的3.111E+15 sej/人提高到3.223E+15 sej/人，增长率为3.60%；虽有所增长，但却不到湖北省人均能值量7.26E+15 sej/人的一半，这说明项目区实际生活水平较低，资源利用效率亦较低，但经济发展的潜力较大。

表3 元丰低丘岗地改造项目效益能值指标体系Tab.3 Energy index system of the Yuanfeng hillock land consolidation project

②能值密度——总能值使用量与总面积的比率。反映了单位面积的能值流动情况，经济发达的地区，能值使用强度相对高,反之则比较低[14]。项目区能值密度由整理前的2.420E+12 sej/m2提高到2.507E+12 sej/m2，增长率为3.60%，这表明通过整理使项目区生活经济水平，土地集约利用水平有所提升，但幅度不大，仍有发展潜力。因此，在以后的项目实施过程中，要加大对项目区资源的投入，提高土地的集约利用程度。

③人口承载量——反映了项目区在当前限度环境经济条件下所能供养的人口数量。从表3中可看到人口承载量略有提升，但实际项目区总人口为5896人，略超过可承受人口。主要因为项目区地处武汉市郊，人口集聚程度较高。这一方面表明此指标能够较好地反映项目区的社会经济状况，另一方面表明要实现可持续发展，必须控制人口数量，使之不超过区域所能承受的人口上限。

（2）经济效益指标

①净能值产出率——为项目区产出能值与输入能值之比，是衡量项目区产出对经济贡献大小的指标，与经济分析中的“产投比”相似。净能值产出率越高，表明项目区获得一定经济投入，生产出来的产品能值越高，即项目区的生产率越高[15-16]。项目区的净能值产出率由整理前的0.344提高到0.501，增长率为45.53%，这表明项目实施后，农业生产率得到了很大的提高，主要原因是将部分未利用地、低效林地等开发成可供有效利用的耕地，大大提高了农业产量，同时也为区域粮食安全提供一定的保障。

②能值货币价值——是将产出能值换算成以美元为计量单位的货币价值，其计算公式为：项目区产出能值货币价值=项目区产出能值/能值货币比率。经调查，武汉市当年的能值货币比率为2.79E+12 sej/＄，因此项目区整理前后产出能值货币价值分别为8.05E+05＄和1.26E+06＄，增长率为56.74%。这表明了低丘岗地改造项目在经济上具有可观的盈利能力，不仅增加农民的收入，而且使农业产业结构和产业链得到调整和升级，使项目的经济效益更为可观。

（3）生态效益指标

①环境负荷率——用来表征一定经济活动水平下，项目区环境所承受的压力，具有一定的环境预警作用[17]。较大的环境负荷率是能值利用较强的体现，一旦这种强度超出了项目区所能够承受的阈值，生态环境会向负方向发展，将产生不可逆转的功能退化或丧失。从能值分析的角度看，外界大量的能值输入以及过度的本地不可更新资源利用是引起环境恶化的主要原因。项目区环境负荷率由整理前的0.560上升到0.591，上升率为5.58%。这表明项目区能值利用得到一定的提升，同时也要注意其指标数值的上升表明项目区环境负荷正在加大。因此，建议在提高能值输入，提高土地利用的同时，也要时刻关注输入的强度是否超过了区域环境的承受力，以保证生态环境和经济双线的可持续发展。

②能值投资率——用来判定经济活动在一定条件下的竞争力，也可用来测定环境资源条件对经济活动的负荷量。该值由项目实施前的0.550上升到实施后的0.581，表明项目区每单位无偿环境资源的利用投入的输入能值偏低。项目区产品由于有较低的能值投资率而能够获得较高的市场竞争力，但由于农产品本身附加价值较低而使得产品的经济效益不具有长久性。建议在农产品生产链上发展产品加工业，增加农产品的附加值，保证经济效益的长久性。

③可持续发展指数——为能值产出率与环境负荷率之比，如果项目区能值产出率较高，而环境负荷率较低，则表明该区域是可持续发展的。元丰低丘岗地改造项目区的可持续指数由整理前的0.615上升到整理后的0.847，表明该土地整理项目具有较好的生态效益，项目区的可持续发展的能力得到提高。今后的土地利用和土地开发中，要始终坚持可持续发展原则，在降低环境负荷率的前提下，提高区域产值，同时要合理协调各类资源、能源的使用，增加有机物质投入，减少如化肥、农药的投入，使整个农业生态经济系统处于合理、健康的发展轨道上。

5 结论和讨论

本文应用能值理论和方法对低丘岗地改造项目区整理前后的社会、经济和生态效益进行了分析，案例分析表明基于能值的低丘岗地改造项目效益评价指标能够建立起联系经济与社会生态效益的统一的衡量标准，并且能够定量地反映项目的综合效益。通过能值分析得出，低丘岗地改造项目较大地改善了项目区农业生产条件，项目区人均能值比整理前提高了3.60%，净能值产出率提高了45.53%，可持续发展指数由整理前的0.615提高到0.847，项目的实施提高了项目区的人民生活水平、土地生产率水平和区域可持续发展水平；同时，项目区暴露的主要问题是化肥和农药的使用比例较大，区内人口数量较多，土地利用集约程度不高，建议加大对农家肥的投入，提高土壤有机质水平和土地集约利用水平，发展农产品深加工行业，为农业持续发展提供物质基础。

本文主要通过比较项目实施前后的效益能值指标值的变化情况来进行项目效益分析，对指标之间结构的变化情况未进行深入讨论。在今后的研究中，应对能值应用的理论和实践做进一步完善，对效益能值指标进行进一步的细分和优化，并加强对项目的能值指标之间结构关系及结构变化方面的研究，从而建立完整的低丘岗地改造项目效益评价能值指标体系，以便更加全面、系统地反映整个项目的综合效益。

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