江苏省农业生态可持续发展评价*

徐 宏

(南京工业大学艺术设计学院,江苏南京 210009)

0 引言

农业是人类重要的生产活动，农业生态是结合农业生态、经济和社会3个方面的生态系统[1]，农业生态的可持续性，即提高环境的稳定性、提高环境的质量、提高生产能力等，通过调节投入和产出的比重，最终提高农民的生活水平和农业发展水平，从而实现农业生态的可持续发展。

农业生态的可持续发展研究已经成为目前的研究热点，不同的学者在生态农业的研究角度和研究方法上有所差异。张一泓[2]通过综述来论述无锡市生态农业的可持续性，鄢紫奕[3]通过能值和SWOT分析法对黑龙江省的农业生态经济的可持续性进行分析，用模糊评价法对该省的可持续性进行评价。马晓勇[4]利用地理分析软件GIS对黄土高原区域的农业生态系统的可持续性进行研究，并得到不同县域的可持续性差异。杨芳等[5]利用能值分析法计算农业生态的可持续性指数，并利用实证分析法进行分析。关于可持续性研究的方法还有很多，还有常见的生态足迹模型[6]、熵值法[7]、BP神经网络[8]以及数据包络模型[9]等，这些方法都以众多的指标为基础，通过某种方法进行综合评价。江苏省作为我国的农业大省，改善和保护生态环境是农业发展的重要问题，为了推动绿色农业的快速发展，江苏省建立了以绿色生态为导向、以适应资源环境承载力为前提、以农业生产和农业生态相协调为目标的新体系，尽管如此，江苏省自然环境仍存在一些生态污染和破坏的现象，在此背景下，对江苏省进行农业生态的可持续性研究，对江苏省农业经济与环境的协调发展具有积极意义。

基于上述研究背景，希望能深入地了解江苏省农业生态现状，但尚未见关于江苏省近10年来农业生态可持续性研究的报道，因此，文章以2007—2017年江苏省近10年的农业生态相关数据为基础，采用能值分析法计算农业生产投入和农业产出的关系，通过产业结构、能量平衡关系和农业可持续性指数分析江苏省农业生态发展的可持续性，为江苏省绿色农业的发展提供理论参考。

1 研究区概况

江苏省简称“苏”，位于中国东部沿海地区，是我国文化和经济的繁荣地带。江苏省以平原为主，面积约10.7万km2，下辖13个地级市， 2017年人均生产总值约10.7万元，其中粮食、棉花和油料作物分布较广。根据农业结构布局情况，可以大致分为6个地区，徐淮地区昼夜温差较大，以小麦、玉米及蔬菜水果为主； 沿海地区无霜期比较长，该地区产业以棉花、水稻、油菜及水产品为主； 里下河地区降水较多，主要出产水稻和各种水产品； 沿江地区水热充足，以种植水稻、棉花和油菜为主，并发展畜牧业和加工业； 太湖地区以生产水稻为主； 宁镇扬丘陵地区水资源不足，主要发展林业和畜牧业。江苏省以种植业和畜牧业为主，农业生产机械化水平相对较高，全国第一，但化肥使用量和农药使用量也位居前列。2018年1月底，江苏省印发了《关于加快推进农业绿色发展的实施意见》，提出建设农业发展与农业生态协调发展的生态江苏。截止2017年底，全省59%的农田达到高标准要求，耕地面积增加4.24万hm2，并按照生态农业发展的要求，土地用养结合，减少土地负荷。全省推广测土施肥技术， 2017年推广面积达到了480万hm2，同时推广秸秆还田、绿肥种植技术等。在化肥使用量方面，全省的使用量和单位面积使用程度都有所下降， 2010年全省的使用量位于中国前4名，而2016年降到第6名，单位面积使用程度排13名，目前，围绕推广有机肥，减少化肥的使用进行调整，通过创建示范县来推广机肥替代化肥、机械化施肥、水肥一体化智能配肥等高效施肥技术。在灌溉方面，建立高效的节水制度，提倡喷灌、滴灌和管道为主的节水灌溉方式。

表1 江苏省农业生态系统的能值投入结构分析

类别资源能量折算系数(J/kg)能值转化率(sej/J或sej/g)可更新自然资源太阳能1.00E+00风能1.50E+03雨水重力势能8.88E+03雨水化学能1.54E+04地球循环能2.90E+04不可更新自然资源土壤损失6.35E+04不可更新辅助能氮肥4.62E+09磷肥1.78E+10钾肥1.74E+09机械3.55E+067.50E+07地膜3.80E+08农药1.62E+09柴油4.40E+076.6E+04可更新能值农业劳动力3.80E+05

2 研究方法和数据来源

2.1 研究方法

该文研究农业生态系统采用能值分析方法，该方法把农业生态系统的自然属性和辅助资源作为研究对象，通过建立指标体系，对农业生态各个能值间的关系进行分析，并通过一系列指标反映农业生态系统的特征。为了更好地评价江苏省农业生态系统的投入和产出情况，建立了农业生态系统的能值投入和产出结构分析表，如表1和表2所示。首先利用原始数据转换为能值分析数据，再利用计算公式得到各项能值，最后通过累加的方法计算得到能值的总投入量和总产出量。

2.1.1 系统投入能值的计算方法

农业生态系统的投入能值包括可更新自然资源能值、不可更新自然资源能值、不可更新辅助能值和可更新能值，具体类别的划分、能值转换率见表1。其中，部分能值的公式如下。

①太阳能值=农业用地面积(m2)×太阳年平均辐射能(J/m2)，江苏省太阳年平均辐射能为5.00E+09J/m2；

②风能=农业用地面积(m2)×年有效风能(J/m2)，江苏省年有效风能值为1.78E+09J/m2；

表2 江苏省农业生态系统的能值产出结构分析

类别农产品能量折算系数(J/kg)能值转换率(sej/J或sej/g)农业小麦1.63E+076.80E+04水稻1.51E+078.30E+04玉米1.63E+072.70E+04棉花1.67E+071.90E+06油料2.53E+078.60E+04糖类4.20E+068.50E+04豆类2.09E+078.30E+04薯类4.00E+068.30E+04麻类1.63E+078.30E+04茶叶1.75E+072.00E+05水果3.30E+065.30E+05蔬菜2.50E+062.70E+04林业木材采伐量—1.23E+05畜牧业肉类1.39E+072.63E+06奶类2.90E+061.71E+06禽蛋8.40E+061.71E+06畜毛8.50E+064.40E+06渔业水产品5.50E+062.00E+06

③雨水重力势能=农业用地面积(m2)×平均降雨量(m)×平均海拔(m)×重力加速度(m/s2)×雨水密度(kg/m3)；

④雨水化学能=农业用地面积(m2)×平均降雨量(m)×吉布斯自由能(J/g)×雨水密度(g/m3)，吉布斯自由能=4.94J/g；

⑤地球循环能=农业用地面积(m2)×热通量(J/m2)，江苏省地质稳定，其热通量为1.00E+06J/m2；

⑥其他能值=能量×能值转化率。

2.1.2 系统产出能值的计算方法

江苏省农业生态系统产出能值分为农业、林业、畜牧业和渔业4类，按照相应的物质—能量折算系数将投入和产出的4类原始数据根据能量折算系数折算为以J或g为单位的能值分析数据，然后利用能值分析数据乘以能值转换率得到各产品的投入和产出能值。各类别的能量折算系数和能值转换率详见表2。各农产品产出能值的计算公式为：产量×能量折算系数×能值转化率。

2.1.3 农业生态系统能值的评价指标

数学学科兼具应用性和实践性的特点[3]．本次高职单招试题充分体现了这一特点，对数学应用性的考查进行了探索．考查实践能力的试题涉及比赛规则的概率、成本最优化等背景，适度进行创新性的考查，体现了数学在解决实际问题中的重要价值和高考内容改革的基本要求．

该文农业生态系统能值的研究采用4项指标进行分析，分别是环境贡献率、能值投入率、环境负载率和能值可持续指数，各指标的计算公式详见表3。

表3 江苏省农业生态系统的能值评价指标

评价指标计算公式环境贡献率(可更新自然资源能值+不可更新自然资源能值)/能值总投入量能值投入率(不可更新辅助能值+可更新能值)/(可更新自然资源能值+不可更新自然资源能值)环境负载率(不可更新自然资源能值+不可更新辅助能值)/(可更新自然资源能值+可更新能值)净能值产出率能值总产出量/(不可更新辅助能值+可更新能值)能值可持续指数净能值产出率/环境负载率

图1 2016年江苏省农业生态系统能值投入的结构

2.2 数据来源

以2005—2016年为研究阶段，对江苏省农业生态系统的能值进行分析，该文中所用到的数据来自于2005—2016年《江苏统计年鉴》，该文的能量折算系数和能值转换率参考刘继展[10]和蓝盛芳[11]的研究结果。

3 结果与分析

3.1 江苏省农业生态系统能值投入结构分析

农业生态系统能值投入的情况可以反映江苏省农业经济发展水平，如表4和图1所示。从表4和图1中可知， 2016年江苏省农业生态能值总投入为3.88E+22sej，其中自然资源的投入量为4.33E+21sej，占总投入的11.16%； 不可更新辅助能为2.45E+22sej，占总投入能值的63.15%； 可更新能值为9.97E+21j，占总投入能值的25.69%。该结果表明，江苏省农业的发展主要依赖于不可更新辅助能值和可更新能值的投入。从整体上看， 2005—2016年，江苏省农业生态的总投入能值在3.75E+22～3.88E+22之间波动，波动幅度不大。各项能值都呈现了一定的上升趋势。

3.2 江苏省农业生态系统能值产出结构分析

农业生态系统的能值产出包括农业、林业、畜牧业和渔业四大类，各项产出能值详见表5。从表5中可以看出2005—2008年总产出能值在递增， 2009有所降低总产出能值为2.79E+25sej， 2010年开始逐渐增加， 2012年总产出能值3.08E+25sej， 2012—2016年总产出能值在3.00E+25sej上下波动。2016年，农业总产出占0.19%，林业总产出占0.04%，畜牧业总产出占99.58%，渔业总产出占0.19%，从该结果来看，江苏省农业生态产出能值以畜牧业为主，在畜牧业产品中，以奶类能值最高。在农业中，水稻的产出能值最高，为2.67E+22sej，其次为小麦的产出能值，为1.35E+22sej，水果的产出能值次于小麦，说明江苏省农业产出以水稻、小麦和水果为主。林业的产出能值从2005—2016年有所增加，产出能值增加了2倍。渔业水产品的产出能值2005年为4.28E+22， 2016年为5.75E+22，总体上较稳定，增长幅度不大，可能由于该地区对水产品捕捞大于养殖的原因，导致渔业增长缓慢。

表4 2005—2016年江苏省农业生态经济系统能值投入 W

3.3 江苏农业生态系统能值评价

3.3.1 环境能值贡献率分析

环境贡献率是指自然资源的能值与能值总投入量的比，该比值反映了自然资源对农业生态系统的投入程度。该文将自然资源分为可更新自然资源和不可更新自然资源，根据环境贡献率的公式计算了2005—2016年的环境贡献率，如图2所示。2005—2016年江苏省农业生态系统的环境贡献率呈先下降后上升的趋势，说明江苏省生态环境在2005—2010年生态环境受到一定的影响，耕地面积逐渐减少，从2011年环境贡献率开始增加，说明从2011年以后，加强了对农业用地的管理，农业用地合理配置，耕地面积有所增加。从农业生态系统对环境的依赖程度看， 2005—2010年对环境的依赖性在减小，说明对环境资源的利用程度较低， 2010年以后逐渐加大了对环境的依赖性，说明2010年以后提高了资源的利用率，环境依赖性随之增加。

表5 2005—2016年江苏省农业生态经济系统能值产出 W

图2 2005—2016年江苏省环境贡献率趋势 图3 2005—2016年江苏省能值投入率趋势

能值投入率可以反映江苏省农业经济发展水平和自然资源负载的情况，从图3中可以看出， 2005—2016年江苏省能值投入率呈现先下降后上升再下降的趋势，图3显示2006年有所下降， 2007—2012年能值投入率有所升高， 2014年达到最大值， 2014—2016年开始下降，该结果说明2008—2014年经济发展迅速，但2014—2016年可能由于对采取环境保护措施，减少了对环境的利用程度，能值投入率有所降低。

3.3.3 环境负载率分析

环境负载率代表不可更新资源的能值与可更新资源能值的比值，从图4中可以看出， 2005—2016年环境负载率呈缓慢的上升趋势，说明江苏省在发展经济的同时，加大了对环境的利用程度，自然资源消耗在不断增加。在2014—2016年环境负载率趋于稳定，说明《江苏省沿海开发环境保护规划》在全省得到有效的实施，自然资源得以保护和有效利用，经济发展与环境利用达到一定的平衡。

图4 2005—2016年江苏省环境负载率趋势 图5 2005—2016年江苏省能值可持续性指数变化趋势

3.3.4 能值可持续指数分析

根据能值可持续性指数计算2005—2016年的可持续发展指数，从图5中可以看出，江苏省能值可持续性发展指数逐渐呈下降趋势，但均大于3。参考相关文献[10]，认为可持续性指数在2～18之间，农业生态系统发展潜力较大，处于较好的可持续发展状态； 当指数大于18时，说明系统对资源的利用率不够； 当指数小于2时，效益低而环境负载较大。该研究结果可持续发展指数在3～4.5之间，说明江苏省农业生态系统处于较好的可持续发展状态。

4 结论与建议

4.1 结论

该文以2005—2016年为时间序列，通过计算江苏省农业生态系统的能值投入和能值产出，得到如下结论：(1)2005—2010年江苏省农业生态系统对环境的依赖性逐渐减小， 2010年后逐渐增大。(2)2005—2016年江苏省能值投入率呈现先下降后上升再下降的趋势，可能2014—2016年采取了保护环境的措施，减少了对环境的利用率。(3)2005—2016年环境负载率缓慢上升，在近两年负载率值趋于稳定。(4)2005—2016年能值可持续性指数逐年下降，各年的指数在3～4.5之间，说明江苏省农业生态系统处于较好的可持续发展状态。

4.2 建议

通过对江苏省农业生态的可持续性研究，可知江苏省农业生态近年来存在较大的波动性，近3年来该省的农业生态环境得到稳定发展。江苏省目标是建设资源节约型和环境友好型社会，根据该研究结果，江苏省在农业生态发展中还存在一定的问题，必须从农业自身出发来解决农业生态问题，以促进江苏省农业生态的可持续发展。为此，提出以下几点建议。

(1)提高自然资源的利用效率。江苏省环境贡献率在近10年中存在较大的波动，说明对环境资源的依赖性有所改变，近两年环境贡献率急剧增加，说明环境资源的利用程度有所升高，但应注意提高利用效率。杨凡等[12]研究也表明,2002—2014年江苏省各市的水足迹均呈现上升的趋势，农业水资源利用率低。因此，必须提高自然资源利用效率，对土地实行集约、节约用地，减少水资源消耗，合理利用可再生资源，实现自然资源的可持续利用。

(2)制定完整的可持续发展措施。农业实现可持续发展的途径主要是利用先进的科学技术，提高农产品的质量和品质，减少化肥和农药的使用量，减少对环境的破坏程度，降低投入成本，保护和改善生态环境，获得最大的经济效益和生态效益，欧美国家都重视生态原则，提倡自然循环农业发展模式，实现农业经济与农业生态的协调发展。

(3)政府制定相关政策推广有机农业和生态农业。一方面，制定一些措施刺激农民的生产积极性，提高农业机械化和信息化程度； 另一方面，引导农民改变传统的生产方式，对环境有利的生产方式给予一定的补贴，这些政策措施、经济手段都有一定的积极作用，还可通过设置环保规定来保证农业的可持续发展。

(4)因地制宜制定合理的循环经济模式。江苏省以种植业和畜牧业为主，对于前者可以采用田间套作，与养殖业相结合，实现资源高效利用和物质的循环利用； 对于后者以畜牧业为主的循环经济模式，应采取农牧结合的方式，例如森林与养殖的结合，并把养殖与加工一体化发展确定为发展重点，建立沼气工程，实现废物利用与资源的循环利用。

综上所述，江苏省农业生产可以将线性的发展方式转变为封闭的循环发展方式，提高自然资源的利用效率，降低对环境的消耗，实现废物的循环利用，早日实现江苏省农业的循环发展，保证农业生态的可持续发展。