云南藏区县域农业生态系统能值分析

2014-12-21马如彪王金亮速绍华王艳英

水土保持研究 2014年4期

马如彪，刘云，王金亮，速绍华，王艳英，宋嘉

（1.楚雄师范学院，云南楚雄675000；2.云南师范大学旅游与地理科学学院，昆明650500）

过分地追求农业资源的经济价值，而忽略了农业资源的生态价值，致使出现农业生态环境污染、生物多样性减少、水土流失等诸多问题。为了改善农业生态环境，实现农业的可持续发展，有必要评估农业生态环境的价值。Odum创立的一种以能值为测量单位的环境—经济系统综合核算方法，已经被广泛应用于农业生态系统生态资产的评估研究中［1－2］。近20a来，国外学者将该理论广泛应用于评价以生态系统为基础的环境资源、经济投入、发展模式以及环境政策等方面，国内学者则主要集中于研究农业生态系统和区域生态系统能值分析［3－4］。目前，农业生态系统能值分析的研究区域尺度主要是全国和省域，而以县域尺度的区域为研究对象的研究案例较少，特别是西部地区的县域农业生态系统能值的研究成果鲜见报道［5－6］。

1 研究区概况

香格里拉县（99°20′—100°19′E，26°52′—28°52′N）位于云南省西北部，青藏高原东南缘横断山脉腹地，迪庆藏族自治州东部，面积为11 613km2［7］。县境最高海拔5 545m，最低海拔1 503m，最大高差4 042m，平均海拔3 459m［8］。2011年全县总人口为17.46万人，农业人口14.75万人［9］。香格里拉县属于滇西北三江并流自然遗产核心区，具有丰富的自然和人文旅游资源，随着产业结构的调整，其旅游业迅速发展，“香格里拉探秘旅游”也被列为“中国十大生态旅游精品线”之一。伴随旅游业的快速发展，出现一系列环境问题，为了促进当地经济发展和保护生态环境，需要了解当地的生态环境状况。“生态资产”的提出使人们对生态环境的价值有了新的认识，生态资产评估也有助于人们掌握当地的生态环境状况。本研究利用能值分析理论评估生产资产总量、结构和功能，可为评价和利用农业自然资源提供依据。同时也能为类似县域地区农业生态系统生产资产评估提供参考。

2 研究方法

2.1 原始数据的获取

以2012年香格里拉县统计年鉴和国民经济统计资料为主要参考资料，并在实地走访调查和测量的基础上，整理出能值指标计算所需的投入项目和产出项目（表1）的基本数据。

2.2 能值总量的计算

能量在农业生态系统中流动、转换与储存，遵循了能量守恒定律和能量递减定律。太阳能、风、雨等可再生资源被具有生产功能的农业生态环境吸收，为了确保农业生态环境能够持续提供所需的物质和能量，人类社会必须反馈可更新有机能和不可更新工业辅助能给农业生态环境［12－13］。因此，从能量等级上看，表1中的可更新资源投入（R）和不可更新资源投入（N）属于较低的能量等级，不可更新工业辅助能投入（F）、有机能投入（T）和农业产出属于较高的能量等级。

表1 2011年香格里拉县农业生态系统投入和产出基本数据

能量系统中较高等级者具有较高的能值转换率，需要较多能量来维持，具有较高能质和较大控制能力，在系统中扮演着重要的功能和角色。表1中的不可更新工业辅助能投入（F）、有机能投入（T）和农业产出等级较高，均属于高能质、具有高能值转换率和高能量等级。表1中的可更新资源投入（R）和不可更新资源投入（N）属于低能质，这些低能质的能量需要经传递与转换才能成为高能质的能量，从而维持人类的生存活动［14］。将物质或能量转化为太阳能值的基本表达式为：

式中：M——太阳能值；τ——能值转换率；B——可用能。

在确定好太阳能值转换率之后，要找到各个项目的能值总量，参照相关资料［15－16］，得到各种能量计算公式（表2）。

表2 能量计算公式

2.3 评估指标

为了更加全面地了解农业生态系统生态资产结构和功能状况，只做到能值总量的计算还远远不够。Odum在能值理论的基础上，建立了一系列与生态资产总量分析相关的指标。这一系列指标体系既可以应用到自然生态系统生态资产评估，也可以应用到人工生态系统生态资产评估。从这一系列指标中选取一部分作为香格里拉县农业生态系统能值评估指标（表3）。通过这一部分指标，可以了解香格里拉县农业经济发展水平和等级、生产力水平和可持续发展能力等现状，这样就能更加全面地的了解香格里拉县的农业生态系统生态资产的结构与功能。

3 结果与分析

3.1 研究区农业生态系统能值投入和产出

依据表1的原始数据，参考蓝盛芳，钦佩和Odum的研究成果，利用公式（1），可计算得到香格里拉农业投入太阳能值（表4）和产出太阳能值（表5）。

表3 2011年香格里拉县农业生态系统能值评估指标

表4 2011年香格里拉县农业生态系统能值投入

表5 2011年香格里拉县农业生态系统能值产出

从表4可知：2011年香格里拉县农业生态系统的能值总投入约为4.16×1021sej，其中可更新自然资源为4.05×1021sej，太阳能值为1.13×1020sej，占可更新资源能值投入总量的2.79%。由于香格里拉县平均海拔较高，雨水势能能值投入比例是最大的，占86.42%。香格里拉县地处内陆，山高坡陡，农业更新资源投入主要靠太阳光、风能、雨水势能、雨水化学能和地球旋转能，灌溉水和水力发电所占能值比例较小（统计时忽略不计）。不可更新资源投入为6.79×1019sej，对能值投入总量的贡献较小；不可更新工业辅助能投入为4.29×1019sej，其中电力能值投入为2.42×1019sej，占56.41%，氮肥、磷肥和复合肥的能值投入也较大，分别占15.59%，19.60%，7.03%；在有机能投入中，种子和劳力分别占2.59%，97.40%。

由表5可知：2011年香格里拉县农业生态系统能值产出总量约1.47×1022sej，相当于全县林产品的能值总量。香格里拉县林区属于中国三大林区中的西南林区，森林覆盖率为74.99%，林木绿化率为81.23%，其中：有林地覆盖率66.31%，灌木林地覆盖14.89%。森林资源丰富，林产品产量大，加上林产品能值转换率高，林产品的能值产出总量也高。

3.2 研究区农业生态系统能值评估指标值

利用表4和表5数据，按照表3相应的公式表达式，计算出农业生态系统能值指标的值（表6）。

表6 2011年香格里拉县农业生态系统能值评估指标

Odum除了建立一系列指标体系，还设置了相应的指标等级评价标准。通过指标评价标准，可以实现香格里拉县农业运行和发展状况地分等定级。除了参照指标评价标准，还可以采用与更大尺度地区对比和内部项目对比的方式来了解农业运行和发展的状况。

（1）与其它同尺度地区［17－19］相比，香格里拉县农业生态系统净能值产出率较高，环境承载力较低，可持续发展指数偏高，可持续发展能力较弱。能值密度位于（1.3～4）×1011sej／m2范围内（农业国家或地区的能值密度），表明香格里拉县属于典型的农业地区。同时，能值密度也是反映经济发展强度和等级的重要指标，指标值偏低表明香格里拉县农业经济发展水平较低，等级也低。

（2）对比更大尺度地区，香格里拉县能值投入率低于全国平均能值投入率，人均能值用量高于世界平均水平4×1015sej／人，人均能值产出也高于了全国平均值3.19×1016sej／人。香格里拉县农业生态系统能值投入率之所以偏低，是因为该县农业还处于传统的农业阶段，传统的农业耕作方式加上缺乏先进的农业科技投入，导致了农业投入水平低于全国平均水平。同时能值投入率是衡量生态经济发展程度的指标，指标值偏低表明香格里拉县农业经济落后。

（3）通过内部项目对比，在香格里拉县农业生态系统的能值投入中，可更新资源投入占无偿环境资源（可更新资源和不可更新资源之和）能值投入的98.35%，而每年的表土层净损失仅占1.62%。这表明香格里拉县农业的发展不仅仅依赖土壤的自然肥力，化肥投入是实现农业增产的主要因素。

4 结论与讨论

利用能值分析方法定量分析了香格里拉县农业生态系统的能值投入产出状况、环境承载力情况和生态系统运行效果，并通过对比同尺度区域和更大尺度区域以及内部项目对比，结果显示：香格里拉县农业经济较落后，可持续发展能力较弱。

为了促进香格里拉县农业经济发展和增强可持续发展能力，应该：（1）加大绿色高能质投入。发展现代农业需要先进的农业技术和最新的农业管理理念，这些高能质项目的投入，既可以提高能值密度和能值投入率，又不会污染和破坏农业环境。因此，西部落后地区应该通过引进先进的农业技术、普及最新的农业管理理念和提高农民的整体素质来促进农业经济的发展。（2）尽快调整能值投入结构，加速转变农业发展模式。香格里拉县农业发展可持续能力弱是农业生态系统环境承载力偏低造成的，可以通过调整能值投入结构来提高农业生态系统环境承载力。香格里拉县通过转变农业发展模式（由“石油型”向“生态型”、“自然式”向“设施式”、“机械化”向“自动化”、“化学化”向“生物化”转变的生态农业发展模式）来减少氮肥、磷肥、钾肥等工业辅助投入，提高了有机能的投入。研究区的能值转换率参照了国外Odum和国内相关学者的研究资料，这些能值转换率并不能完全代表研究区真实情况，为了更加精确地计算出研究区农业生态系统生态资产，实现能值转换率的本地化成为县域尺度农业生态资产评估需要解决的问题，有待进一步研究。

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