海水养殖业循环经济能值评价指标的构建应用

陈昳 邵卓 桂峰 赵晟

[摘要]海水养殖业循环经济是实现传统渔业向可持续发展转型的重要模式。以嵊泗列岛贻贝产业为例，运用能值理论方法从可持续发展和循环效率角度构建能值指标体系，详细分析了传统贻贝养殖系统、传统贻贝养殖加工系统、贻贝循环经济系统的发展状况。结果表明：贻贝循环经济系统的可持续发展指标为1.42，具备一定的可持续性;贻贝的循环收益率为13.01，其废弃物有循环利用潜力，循环产出率为32.91，投入循环经济系统的能值收益较好。填埋/循环收益比为4.62，相比直接填埋，回收利用废弃的贻贝壳的效益更大。综合各指标，贻贝循环经济模式在一定程度上可以兼顾经济发展和环境负载，具有较好的应用价值和发展前景，是值得推广的贻贝产业发展模式。

[关键词]海水养殖;渔业循环经济;能值理论;贻贝养殖;

[中图分类号]S931.1[文献标识码]A

1 前言

随着科技的提高和经济全球化的深入，我国海洋渔业稳健发展，海水产品产量逐年增加，从2009年的2797.53 万t增长至2016年的3490.15万t。然而，高投入、低效率的传统海洋渔业模式资源利用率低下，导致渔业资源紧张，海洋渔业生态系统供给服务数量下降。随着人口的持续增长，渔业资源压力加大，急需一种新的发展模式来摆脱渔业经济发展困境。

渔业循环经济以循环经济理论和渔业可持续发展思想指导海洋渔业经济活动，通过清洁生产技术减少废弃物排放，提高资源重复利用率，实现资源效率最大化，污染排放最小化。发展渔业循环经济是解决渔业发展与资源环境矛盾，实现渔业可持续发展的必然选择。量化循环经济发展的水平是判断渔业循环经济发展质量的主要依据。只有建立科学有效的循环经济评价指标体系，才能对渔业循环经济发展状况进行监测和预测，为渔业循环经济的发展规划提供决策服务。

以美国系统生态学家H.T.Odum为首，创立的能值分析方法将系统中不同种类、不可比较的物质流、能量流、货币流和信息流转换成具有统一单位的能值进行分析，利用一系列能值指标分析系统的结构、功能特征与生态经济效益。能值理论能为评估渔业循环经济系统的效益和可持续性及具体实施过程提供一个系统性的框架。目前，国内外已有不少研究者利用能值理论评估农业循环经济、工业循环经济、产业园区等各种循环经济系统。M.T.Brown等提出了一系列能值指标，评价了不同的材料通过“原料循环使用”、“副产物利用”、“适应性再利用”三种回收途径的循环回收效率，研究发现不同的原材料的循环使用潜力不同，适合的循环回收途径不同;精炼提取成本越高的原材料，直接回收利用获得的收益最大。

本研究基于传统能值方法，以浙江省舟山市嵊泗列岛贻贝养殖区域为研究对象，建立基于能值理论的循环经济系统指标体系，从企业层面评价渔业循环经济系统的生产效率、循环效率以及对环境的影响，以期为循环渔业的发展提供科学依据。

2 研究区概况与数据来源

2.1 研究区概况

嵊泗列岛位于杭州湾以东、长江口东南，气候温和，年平均气温约17℃，多年平均降雨量约1209mm，夏季易受台风影响，年太阳辐射量为4683～4927MJ/m2。海域水体肥沃、潮流较急是贻贝的绝佳养殖地。嵊泗海洋特别保护区素有“中国贻贝之乡”之称，截至2018年嵊泗列岛贻贝养殖面积达1484hm2，贻贝产量达159668t，产生了巨大的经济效益。嵊泗列岛贻贝养殖模式主要为深水浮筏养殖，在海面上用浮子和绳索组成浮筏用缆绳固定于海底，使贻贝苗固着在苗绳上悬挂于浮筏。贻贝苗大部分购买于福建等地的育苗场，养殖周期一般为2～3年。然而，在产量逐年增加的同时，占贻贝重量近1/3的贻贝壳被堆积或倾倒至嵊泗列岛附近的海域或海滩，造成严重的环境污染。贻贝壳含有大量的CaCO3，贻贝壳粉可作为钙源添加在饲料中或作土壤改良剂。对废弃贻贝壳进行资源化利用，是形成贻贝产业循环经济至关重要的一步。

2.2 数据来源

本研究中用到的数据主要包括两类：（1）水产养殖、水产品加工等实物量数据主要由嵊泗列岛金盟水产养殖专业合作社、景晟贻贝产业发展有限公司提供。渔业产业数据主要来自嵊泗列岛海洋与渔业局以及《中国渔业统计年鉴》;（2）能值转换率（Unit emergy value， UEV）主要来自《能值分析与实践》M.T. Brown等以及Buranakarn.V等人的研究，能值转换率均基于能值基准GBE2016（12.0E+24 seJ/a）。

3 基于能值的循环经济评价指标计算方法

能值是资源、产品和服务等在形成过程中直接和间接消耗的太阳能之量，单位为太阳能焦耳（ solar emjoules，sej）。能值分析主要包括系统能值指标分析、系统循环指标分析等，能值投入主要有可更新自然资源R1、不可更新自然资源N、可更新有机能R2和不可更新工业能IMP，在此基础上建立能值指标体系。渔业生态系统常用的能值指标有能值产出率EYR、环境负载率ELR、可持续发展指标ESI及适用于渔业循环经济系统的指标。能值分析方法为评估渔业循环经济的资源利用效率、环境压力和循环经济发展的可行性提供了科学的方法，基于能值理论的循环经济评价指标体系是评价渔业循环经济发展的有效指标。

能值产出率（EYR）是指系统产出能值与社会经济投入系统内部的能值（不可更新工业辅助能值与可更新有机能之和）的比值，是衡量一个生产系统资源利用效率的指标。EYR 越高表明系統利用资源的效率越高。其计算公式为：

EYR=Y/IMP+R2

其中，Y为系统的产出能值，IMP为投入系统的不可更新辅助能值，R2为投入系统的可更新有机能。

环境负载率（ELR）是指系统投入的不可更新能值与可更新能值之比，表征区域生态系统承受的环境压力。ELR 越高，说明系统的经济活动强度越大，区域环境负荷越大。环境负载率的计算公式为：

ELR=（IMP+N）/（R1+R2）

其中，IMP为投入系统的不可更新辅助能值，N为投入系统的不可更新自然资源，R1为投入系统的可更新自然资源，R2为投入系统的可更新有机能。

可持续发展指标（ESI）是系统能值产出率和环境负载率的比值，表征研究系统的可持续发展能力。在一定范围内，ESI越高，单位环境压力下的社会经济效益越好，系统的可持续发展态势越好。资源的可持续发展是经济可持续发展的保障，如果系统为追求经济产值的增长，过分开发不可更新资源，那该系统的可持续发展能力会大大降低。可持续发展指标是地区能值分析评价的关键性指标。计算公式为：

ESI=EYR/ELR

其中，EYR为能值产出率，ELR为环境负载率。

循环收益率（RBR）是将资源转换为原材料的能值与回收循环的能值之比。RBR反应了系统废弃物的回收利用潜力，即废弃物被作为资源投入再生产可节省的能值。RBR低于1时，表示该物质循环利用的能值收益极低。其计算公式为：

RBR=（A+B）/F

其中，A为养殖贻贝所需的社会经济投入之和，B为收获捕捞成熟贻贝所需的社会经济投入之和，两者之和代表系统原材料提取所需的能值，F为回收循环使用系统废弃物所需的社会经济投入之和。

循环产出率（RYR）是循环物质（废弃物）的能值与用于循环的能值之比。RYR可用于评估社会通过资源循环利用效益，它衡量了社会将能值投入循环经济系统后获得的收益。RYR越高，循环经济系统的能值投资收益越好。计算公式为：

RYR=（R+A+B+C）/F

其中，R为形成原材料（贻贝）所需的环境投入，A为养殖贻贝所需的社会经济投入之和，B为收获捕捞成熟贻贝所需的社会经济投入之和，C为去壳贻贝加工所需的社会经济投入之和，四者之和为废弃物所含的能值，F为回收循环使用系统废弃物所需的社会经济投入之和。

填埋/循环收益比（LRR），即填埋某一材料需要的能值与用于循环的能值之比。LRR这一指标反应相比直接填埋，回收循环利用所获得的收益。LRR越大，物质循环对社会收益越大。填埋/循环收益比的计算公式为：

LRR=F/F

其中，F为直接填埋系统废弃物所需的社会经济投入之和，F为回收循环使用系统废弃物所需的社会经济投入之和。

4 结果与分析

4.1 嵊泗贻贝养殖加工循环经济系统构建

图1最外面的黑框表示嵊泗列岛贻贝循环经济系统，主要包括养殖系统、去壳贻贝加工系统、贻贝壳粉加工系统等子系统。左侧的是外界投入的可更新自然资源，主要包括太阳辐射能、地热能、潮汐能、风能、雨水化学能等。由于当地无法育出用于养殖的苗种，因此主要从福建购入贻贝苗用于贻贝生产养殖。贻贝从一开始包苗、挂苗、成熟后收获、去壳加工、贻贝壳回收运输到最后的壳粉加工都需要系统外的能源商品投入和人类劳动。

4.2 循环经济系统能值流分析

通过计算贻贝养殖加工循环经济系统的物质、能量、货币流动数据，统计汇总出贻贝养殖加工循环经济系统能值表（表1）。为避免重复计算，在实际核算时常常将三种初级能流（太阳辐射能、地热能、潮汐能）相加，与次级能值流、第三季能值流的最大值进行对比，取两者的最大值作为驱动系统运作的可更新自然资源能值（R1）。贻贝属于滤食性贝类，潮汐作用所引起的水交换带来的悬浮有机碎屑和依赖于光合作用的单胞藻与原生动物为贻贝的主要饵料来源。苗种、电费和劳动力的能值投入在贻贝养殖中占很大一部分。对传统贻贝养殖加工模式而言，占贻贝重量1 /3之多的贻贝壳作为废弃物直接填埋丢弃。而对贻贝循环经济系统而言，贻贝壳作为贻贝壳粉加工子系统的原料投入，最终生产出贻贝壳粉。

4.3 渔业循环经济模式的能值指标分析

贻贝循环经济系统的能值评价结果见表2，表2中各部分指标均基于表1 数据。

由表2可知，传统贻贝养殖、传统贻贝养殖加工模式和贻贝循环经济模式的EYR分别为6.65、1.56和4.57，说明传统贻贝养殖模式和贻贝循环经济模式的生产效率较高。贻贝循环经济系统可以开发贻贝的潜在经济能值。延长产业链，加大对废弃贻贝壳的开发，可以达到进一步提高经济效益的目的。通过“资源—产品—再生资源—再加工”的模式来实现“低开采、高利用、低排放”的目标，对进入系统的能量与物质进行最大程度的利用，提高利用率的同时尽可能地减少污染物的排放，进而提高经济运行的效益与质量。

环境负载率ELR可评估系统的生态承载能力，当ELR小于或等于2时，由于生产过程产生的影响可被大范围的环境稀释，生产过程對环境产生的压力较小。传统贻贝养殖模式的ELR为1.09，贻贝养殖系统生产过程对环境压力较小。传统的贻贝养殖模式和贻贝循环经济模式的ELR分别为2.62和3.21，这是由于随着产业链的延长，加工环节增加，能源和人类劳务等不可更新工业辅助能投入的增多。

传统贻贝养殖模式的ESI为 6.11，处于1～10的范围，说明传统贻贝养殖模式具有较好的活力及较大的发展潜力。这是因为贻贝养殖过程无需投放饵料，充分利用了海域生态环境提供的自然资源，系统的可持续发展能力较高。传统贻贝养殖加工模式的ESI为0.60，小于1，表明该模式为高环境负载率的消费型生态经济系统。贻贝循环经济模式的ESI（1.42）大于传统贻贝养殖加工模式的ESI（0.60），说明单位环境压力下贻贝循环经济模式的经济效益更好，贻贝循环经济系统具备一定的可持续性，能兼顾社会与环境效益。

能值循环经济指标可用于评价循环经济系统的可行性。本研究中，贻贝的RBR为13.01，RBR大于1说明废弃贻贝壳具有一定的回收利用潜力。贻贝的RYR为32.91，相对较高，表明能值投入循环经济系统的收益较好。贻贝的LRR大于1，表明回收利用废弃贻贝壳从长远来看是大有裨益的。LRR是基于废弃物填埋所用的能值计算的，直接填埋废弃贻贝对整个社会经济系统而言是一种资源的浪费，还会产生处理废弃物的成本。贻贝的LLR为4.62说明相比回收循环利用废弃贻贝壳，社会需要投入4.62倍的能值用于填埋废弃贻贝壳。

5 结论与讨论

综合几种能值指标，贻贝循环经济模式在减少环境压力的同时，充分利用了投入系统的资源，资源利用率较高。贻贝加工产生的废弃物具有可观的回收利用潜力。贻贝去壳加工自动化程度较高，贻贝去壳加工的同时自动实现了废弃贻贝壳的收集工作，减少了废弃贻贝壳回收工作的成本。回收利用废弃贻贝壳的成本低于直接填埋废弃贻贝壳的成本，且能产生一定经济效益。因此，贻贝循环经济模式在一定程度上可以兼顾经济发展和环境負载，是值得推广的贻贝产业发展模式。

ESI指标具有一定的局限性。传统贻贝养殖模式中，收获后的贻贝直接销售进入市场，废弃的贻贝壳进入外界系统，废弃物能值在传统贻贝养殖系统中不做统计。因此，尽管传统贻贝养殖模式的ESI大于循环贻贝循环经济模式的ESI，从整个社会的尺度来看，传统贻贝养殖系统的可持续发展程度不一定高于贻贝循环经济系统。

原材料提取所需的能值越多，材料的循环回收收益越大。本研究中计算的循环收益率RBR是基于嵊泗贻贝养殖这一具体系统计算而来，并不具有普适性。随着清洁生产方式的推广，嵊泗列岛开始使用易降解的养殖器材替代原有养殖器材，养殖成本可能在短期内会有所提高。不同的贻贝养殖方式环境成本、社会成本不同，其RBR不同。

本研究仅考虑了贻贝壳粉加工这一种废弃贻贝壳的再利用方式。已有研究表明，贻贝壳还可作为钙添加剂、土壤改良剂、污水处理材料、生物柴油的催化剂等。不同的废弃物再利用方式产生成本和效益不同，但这些还有待进一步研究。

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