安徽省农业生态经济系统能值分析*

2019-04-14马世昌吴晓磊

中国农业资源与区划 2019年12期

马世昌，吴晓磊

(1.北京建筑大学经济与管理工程学院，北京 100041； 2.北京大学工学院，北京 100087)

0 引言

能值分析是由美国生态学家H.T.Odum创立的一种对生态经济系统进行能值核算，从而评价不同种类能量在系统中的地位和作用的定量研究方法[1]。该方法将不同种类不可直接比较的能量通过能值转化率换算成统一标准的可比较能值[2]，目前已被广泛用来评价生态系统的可持续发展状况。陈珏[3]利用能值分析法，研究了我国农业生态系统的能值投入，进而评价了该系统可持续发展状况。周淑梅和王倩[4]利用能值分析法，分析了2012年河北省农业生态系统的能值投入和产出，对能值指标能值自给率、能值投资率、净能值产出率、环境负载率和可持续发展指数进行了评价，结果表明该省可持续发展状况较差。目前也已有学者运用能值分析法对宁夏[5]、黑龙江[6]、河南[7]等省的农业生态经济系统的能值进行了研究。但对安徽省的研究却是空白，安徽省是一个具有代表型的农业大省，目前农业经济的发展已成为限制安徽省农村发展的重要因素[8]。文章通过能值分析方法，研究2012—2016年安徽省农业生态经济系统的能值投入和产出，评价该系统的能值效率，将为促进安徽省今后农业的长期可持续发展提供理论依据。

表1 2016年安徽省主要农产品产量及增长速度

农产品种类产量(万t)比2015年增长(%)玉米465.5-6.20小麦1 385.9-1.78豆类131.5-1.89薯类29.9-8.65花生90.73-3.92油菜籽116.83-7.49棉花18.46-21.01水果305.281.95肉类411.39-1.90奶类32.686.70羊毛0.021 670.08禽蛋139.553.63水产品235.82.33 数据来源于2016年《安徽统计年鉴》

1 研究区概况和数据来源

1.1 研究区概况

安徽省地跨长江和淮河中下游，地理坐标为东经114°54′～119°37′，北纬29°41′～34°38′。东西宽约450km，南北长约570km，全省总面积为14.01万km2。平均海拔119.3m，在气候上属暖温带与亚热带的过渡地区，季风明显，四季分明，年平均气温14～17℃，年降雨量773～1670mm。土地类型包括平原、岗地、丘陵、山地等。

至2016年底，该省户籍人口7 027万人，常住人口6 196万人，其中乡村人口2 974.5万人，占总人口的48%。全年实现国内生产总值2.411 789万亿元，比2015年增长8.7%。其中农林牧渔产值为4 655.53亿元，占总产值的19.3%。农村居民人均可支配收入为1.172 0万元，比2015年增长8.30%。全省农用地面积1 114万hm2，占总面积的79.54%。其中耕地面积587万hm2，园地面积35万hm2，林地面积374万hm2。全年粮食产量3 417.5万t，比2015年降低了3.4%。其中小麦产量1 385.9万t，比2015年降低了1.78%，玉米产量465.5万t，比2015年降低6.2%。其他农产品产量如表1所示。

1.2 数据来源

该文以2012—2016年为研究时段，对安徽省农业生态经济的能值进行研究。农业用地面积、平均降雨量，平均气温，农业投入和农产品产出等数据来源于2012—2016年《安徽省统计年鉴》《中国统计年鉴》。该文能值转化率参考Lan S和Odum H.T.[9]的研究成果。

2 研究方法

农业生态经济能值效率评价采用能值投入率(EIR)，能值自给率(ESR)，环境负载率(ELR)和能值可持续发展指数(SDI)等4项指标。其中能值投入率代表了系统对环境资源的利用程度和经济发展程度，投入率高说明生态系统对资源环境的利用程度较高，经济发展水平也较高。能值自给率代表生态系统的自我支撑能力，其值越大，系统对自身资源的开发利用率越高，自我支撑能力越强。环境负载率代表整个农业经济活动对环境的压力，环境负载率越高，说明农业经济活动能值利用程度越低。能值可持续发展指数则代表一个系统的可持续发展能力。

根据能值分析理论，农业生态经济能值分为投入能值和产出能值。该研究在基于计算安徽省农业经济系统投入能值和产出能值的基础上，通过能值投入率，能值自给率，环境负载率和能值可持续发展指数来探究安徽省农业经济系统的能值效率。

2.1 投入能值计算

农业生态经济系统投入能值分为可更新资源能值(N)，不可更新资源能值(T)，不可更新辅助能值(M)和可更新能值(P)。可更新资源包括太阳能、风能、雨水势能和雨水化学能。不可更新资源为土壤的流失。不可更新辅助能包括肥料、农药、地膜、机械、电力、柴油等。可更新能值包括种子、劳动力和有机肥。相应能值转化率如表2所示。

表2 安徽省农业经济系统投入资源能值转化率

类别投入资源能值转化率(sej·J-1,sej·g-1,sej·＄-1)可更新资源太阳能1.00E+00风能6.23E+02雨水势能8.89E+03水化学能1.54E+04不可更新资源土壤损失6.25E+05不可更新辅助能氮肥4.62E+09钾肥2.96E+09磷肥1.78E+10复合肥2.80E+09地膜6.60E+04农药1.62E+09机械7.50E+07柴油7.33E+18电力5.97E+17可更新能值劳动力3.80E+06种子6.60E+05有机肥2.70E+06

2.1.1 可更新资源能值计算

(1)太阳能值的计算。太阳能值=农业用地面积×太阳年平均辐射能。

(2)风能值的计算。风能值=农业用地面积×空气层高度×空气密度×涡旋扩散系数×风速梯度变化率2×太阳能值转化率。

(3)雨水势能的计算。雨水势能=农业用地面积×平均降雨量×平均海拔×重力加速度×雨水密度×太阳能值转化率。

(4)雨水化学能值的计算。雨水化学能值=农业用地面积×降雨量×吉布斯自由能×雨水密度×太阳能值转化率。

2.1.2 其他能值计算

能值=能量×能值转化率。

2.2 产出能值计算

安徽省农业生态经济系统的产出能值包括种植业能值(Z)、畜牧业能值(X)、林业能值(L)和渔业能值(Y)。相应能值转化率如表3所示。计算方法为：能值=产量×能值转化率。

表3 安徽省农业经济系统产出农产品能值转化率

类别农产品能值转化率(sej·J-1,sej·g-1,sej·＄-1)种植业小麦6.80E+04玉米8.51E+04豆类6.90E+05薯类2.70E+03油菜籽6.90E+05水果5.30E+05畜牧业肉类2.63E+06奶类1.70E+06羊毛4.40E+06禽蛋1.71E+06林业木材3.49E+04渔业水产品1.00E+06

2.3 能值效率评价指标的计算

(1)能值投入率(EIR)。EIR=(不可更新辅助能值M+可更新能值P)/(可更新资源能值N+不可更新资源能值T)。

(2)能值自给率(ESR)。ESR=(可更新资源能值N+不可更新资源能值T)/总投入能值(M+P+N+T)。

(3)环境负载率(ELR)。ELR=(不可更新辅助能值M+可更新能值P+不可更新资源能值T)/可更新资源能值N。

(4)能值可持续发展指数(SDI)。SDI=净能值产出率/环境负载率=产出能值/(不可更新辅助能值M+可更新能值P)/环境负载。

3 结果与分析

3.1 安徽省农业生态经济系统能值投入分析

安徽省农业生态经济系统的能值投入情况可反映该地区农业经济发展水平。从表4可以看出， 2016年安徽省农业生态经济系统的能值总投入为1.27E+23sej，其中环境资源(可更新资源+不可更新资源)投入量为1.90E+22sej，占总投入的15%。可更新资源(太阳能、雨水势能、雨水化学能和风能)能值为1.49E+22sej，占总投入能值的11.75%。总辅助能值为1.08E+23 sej，占总投入的85%，其中可更新能值占到57.59%，劳动力能值占可更新能值的99.63%。安徽省农业的发展在很大程度上依赖于可更新能的投入，尤其是以劳动力的投入为主。是因为安徽省的农业属于劳动密集型产业，由于工业化和城镇化的发展，大量农村青壮年劳动力转移进城，导致务农劳动力素质出现结构性下降，农业发展较为落后。

2012—2016年，安徽省总投入能值在1.26E+23～1.27E+23 sej之间，波动不大。不可更新辅助能值呈上升趋势， 2016年相比2012年增加了4.79%。可更新能值逐年降低， 2016年相比2012年降低了6.03%。2012—2016年，不可更新辅助能中化肥的施用量(氮肥、磷肥、钾肥和复合肥料的总量)逐年降低。化学肥料的使用，会造成土壤板结，大气、水环境污染加剧。这个阶段安徽省控制化学肥料的使用，鼓励施用有机肥料，倡导绿色生产，取得了一定的成效。

表4 2012—2016年安徽省农业生态经济系统能值投入太阳能焦耳sej

3.2 安徽省农业生态经济系统能值产出分析

农业生态经济系统的能值产出包括种植业产出，畜牧业产出、林业产出和渔业产出。从表5可以看出， 2012—2015年，安徽省总能值产出逐年递增，这个阶段安徽省加大了对农业的投入，种植业、畜牧业和渔业产出均有不同程度的提高。2016年总能值降低，但变化不明显，为2.32E+19sej，其中种植业产出为4.69E+18sej，占总产出的20.20%，畜牧业产出为1.38E+19sej，占总产出的59.31%，林业产出为3.91E+16sej，占总产出的0.17%，渔业产出为4.72E+18sej，占总产出的20.32%。虽然畜牧业和渔业的总产量远低于种植业，但肉类和水产品的能值转换率高于种植业， 2012—2016年畜牧业和渔业的产出能值所占比重均高于种植业。

在种植业中，水果的产出能值最大，其次为油料和小麦，产出能值最低的是棉花。安徽省土地类型多样，地势由山地中心向谷地下降，形成层状地貌格局，多种果树都适合种植，如栗子、葡萄、苹果、梨、桃等。在种植业中，水果的能值转化率又仅次于油料，因此，安徽省今后可因地制宜，鼓励种植果树，提高种植业的总产值。在畜牧业中，肉类的产值最高，羊毛的产值最低。由于肉类的能值转化率最高，随着肉类产量的增加， 2012—2015年，畜牧业总产值呈上升趋势。近年来，林业中木材每年的产量相当，产值维持在3.91E+16。2012—2016年，渔业产值逐年递增。安徽省地跨长江、淮河南北，湖泊众多，雨水充沛，是我国淡水鱼的主要产区，非常适合淡水养殖。近年来，虽然水产品的产量有上升趋势， 2016年为235.8万t，但由于该地区存在重捕捞轻养殖的现象，发展比较缓慢。为提高安徽省农业总产值，渔业的发展不容忽视。

表5 2012—2016年安徽省农业生态经济系统能值产出太阳能焦耳sej

3.3 安徽省农业生态经济系统能值评价分析

3.3.1 能值投入率分析

能值投入率是衡量一个地区经济发展程度和资源环境负载状况的指标[11]。从图1可以看出， 2012—2016年安徽省能值投入率除2013年略有增加外，后逐渐降低， 2016年相比2013年降低了28.11%。由于受到人才、资金和体制等因素的制约， 2013—2016年安徽省农业的经济发展程度降低，对环境的利用程度也降低。

3.3.2 能值自给率分析

能值自给率是系统自然环境投入能值与系统能值投入总量的比值。比值越高，表示对自然系统的利用程度越高。图2显示， 2012—2016年安徽省能值自给率在0.087 4～0.117 5之间波动。2013年相比2012年能值自给率稍有降低， 2013—2016年，能值自给率明显提高，由2013年的0.079增加到2016年的0.118，增加了48.83%。表明，近年来安徽省农业生态经济的发展依赖于自身资源环境，自我支撑能力较强。

图1 2012—2016年安徽省能值投入率变化趋势图2 2012—2016年安徽省能值自给率变化趋势

3.3.3 环境负载率分析

环境负载率表示系统对环境的承载压力。从图3可以看出， 2012—2016年安徽省农业生态经济系统的环境负载率在7.51～10.44之间波动， 2013年相比2012年增加了11.68%，后显著降低。但总体来看，安徽省农业生态经济系统的环境负载率较高， 5年平均值为9.58，明显高于全国平均环境负载率(2.72)，安徽省农业的发展为追求经济利益，加大了对资源环境的过度消耗，对农业生态环境造成了破坏。

图3 2012—2016年安徽省环境负载率变化趋势图4 2012—2016年安徽省能值可持续发展指数变化趋势

3.3.4 能值可持续发展指数分析

能值可持续发展指数表示系统的净能值产出率与环境负载率的比值。当系统的净能值产出率越高，环境负载率越低，则系统的可持续性越高。范小杉等[11]的研究指出，当能值可持续发展指数小于1时，表示该系统为消费型经济系统。图4显示， 2013—2016年，安徽省的能值可持续发展指数逐年递增，但均小于1，可见安徽省农业生态经济系统为消费型经济系统。

4 结论与建议

4.1 结论

该文根据能值分析理论，并利用能值分析方法，对安徽省农业生态经济系统的能值投入和产出结构进行了系统研究，在此基础上对能值评价指标能值自给率，能值投入率、环境负载率和能值可持续发展指数进行了分析。得出以下结论。

(1)2012—2016年，安徽省总投入能值波动不大，不可辅助能值呈上升趋势。不可辅助资源中复合肥的使用量逐年递增。安徽省今后在肥料使用上，应减少复合肥的使用，进而降低不可辅助能值的投入。该省农业生态经济系统可更新能值占总能值投入的比重较高， 2016年在可更新能值中，劳动力能值占比为99.63%。说明该阶段安徽省农业生态经济的发展以劳动力投入为主，属劳动密集型产业，农业发展较为落后。

(2)2012—2016年，安徽省农业生态经济系统各能值产出中，由于肉类的能值转换率较高，导致畜牧业所占比重最高，其次为渔业和种植业。安徽省地理位置优越，地形丰富，水资源充沛，非常适合发展果树种植和淡水养殖，今后可加大对果树的淡水养殖的投入，从而提高能值的产出。

(3)通过对安徽省农业生态经济系统能值评价指标进行分析，可以看出， 2012—2016年，安徽省农业生态经济的发展水平较为落后，经济的发展依赖于自然环境，但对环境的利用程度也较低。由于对自身资源的过度消耗，环境负载率高于全国平均水平，安徽省的农业经济系统为消费型经济系统。