土地利用变动视角下农业生态系统能值发展探析——以陕西大荔为例

杨世成，吴永常，陈学渊，韩晓静，鱼 坤

（中国农业科学院农业经济与发展研究所，北京 100081）

【研究意义】在人类生产活动中，农业与环境资源的关系最为密切，它直接以一定的自然环境条件作为生产过程的组成部分，人类通过农业活动与自然界之间形成了最广泛、最有生命活力的物质循环与能量交换关系［1］。2019 年习近平总书记首次提出“黄河流域生态保护和高质量发展”的重要论述［2］，2021 年国务院印发了《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》［3］，其中黄河“几”字弯区的生态保护和高质量发展具有重要地位［4］。农业是高质量发展过程中最基础、最根本的生态系统，《全国农业可持续发展规划（2015—2030 年）》中提出要“修复农业生态，提升生态功能”，而农业本身是生态环境的一部分，具有生态功能，在生态脆弱地区更应注重开发农业的生态功能，发挥农业对生态环境的支撑和改善作用［5］。县域是农业中长期发展规划、要素投入与分配、产业结构调整等组织和管理的最基本行政单元［6］，因此推动县域农业高质量发展符合黄河流域生态保护的现实要求，也是践行黄河流域高质量发展的首要举措。要实现农业高质量及可持续发展，必须对促进农业经济效益和提高劳动生产率的物质、能量投入的来源和结构认真分析［7］。【前人研究进展】能值分析理论和方法由美国生态学家Odum 创立，20 世纪90 年代初由留美学者蓝盛芳引入我国，最初主要用于分析和评价农业生态系统的结构及功能［8］。近年来，有关农业生态系统的能值分析则涉及各个尺度以及农业生产的各子系统，如胡小东等［9］分析了我国西部地区的农业生态系统的能值投入产出，发现西藏、青海和新疆是最具发展潜力的地区，四川、重庆、云南、广西和甘肃的环境负载较高。郑二伟等［10］对河南省农业生态系统研究发现整体可持续发展状态保持良好，但对不可更新资源的依赖性较强。在子系统方面，周江等［11-12］对稻作系统及不同农田的作物做了能值分析比较，发现稻作经营仍属于粗放型，不利于系统长期可持续发展，并提出比较不同作物系统的投入产出，能够优化作物生产结构。黄黄等［13］通过分析农田-畜禽生产系统，发现系统废弃物能值呈下降趋势；通过能值比较分析，有研究找到了奶牛产业园区发展模式［14］、农户型“猪-沼-石榴”循环农业模式［15］、畜禽粪污资源化利用模式［16］、林下种草养鸡耦合模式［17］等循环农业中最优的模式。此外，也有研究分别从农户减施意愿与行为［18］、农业现代化发展［19］、农业科技推广［20］角度提到强化农业生态环境保护及促进农业生态系统可持续的重要性。物质循环与能量流动是农业生产过程中的最基本特征，通过能值分析有利于优化自然资源与经济投入的比例并提高资源的利用效率，最终提升农业发展水平和可持续发展能力。【本研究切入点】现有文献较少探究黄河流域县域农业生态系统能值发展情况，也较少应用最新全球能值基准下的能值转换率，与土地利用相结合也较为少见。基于此，本研究从土地利用变动角度入手，通过能值分析法并采用最新的全球能值基准下的能值转换率，探析大荔县农业生态系统投入产出状况。【拟解决的关键问题】寻找农业生态系统发展存在的问题，提出解决对策，推动其可持续发展并促进资源合理投入和利用，为黄河流域县域农业发展提供“大荔样板”。

1 相关概念界定

农业生态系统是世界上最重要的生态系统之一，仅耕地与牧区就占了地球陆地面积的24%～38%［21］。不同背景的研究者对其概念有不同理解，但较为共同的观点是：农业生态系统是人们利用生物与非生物之间以及生物种群之间的相互作用建立，并按人类社会需求进行物质生产的有机整体［22］，其受自然规律的制约，也受人为活动的影响和调节，是一个社会、经济、生态相互联系的复合系统。此处所说的农业指广义农业，所指的农业生态系统包括农田、林地、草地及有渔业生产活动的水体生态系统，尽管河流、海洋、湿地等自然生态系统都或多或少与农业生态系统有交叉，但本研究主要评述的是处于人类管理之下的、可归纳入农业生态系统的部分［23］。

能值可以理解为人类财富的自然价值体现，或者说能值是通过将人类社会所实现的价值推论至自然系统(生态系统)，并通过人类社会经济体系(货币、市场价值)的转换得以表现［24］。Odum 将能值定义为产品或劳务形成过程中直接和间接投入应用的一种有效能量，这些能量均直接或间接地来源于太阳能，故常以太阳能为基准来衡量各种能量的能值［8］。应用的太阳能数量或任何流动、贮存状态的能量所包含的太阳能的量，就是其所具有的太阳能值，单位为太阳能焦耳（sej）［25］。能值转换率是用来表示能量等级系统中形成一种能量、物质、信息等需要的另一种能量的数量，一般统一用太阳能值转换率进行描述。

2 数据来源与研究方法

2.1 研究区概况

大荔县古称同州，地处陕西省东部，渭南市中部（34° 36′～35° 02′ N、109° 43′～110° 19′ E），距离西安市125 km。县域东西长约46 km，南北宽约39 km，总面积1 800 km2、占渭南市面积的10.9%，是渭南市第一面积大县、第四人口大县，位于关中平原东部、汾渭平原中部，居黄河、洛河、渭河三河交汇处，地势北高南低，海拔327～520 m。大荔属暖温带半干旱大陆性季风气候区，冷暖干湿，四季分明，年平均气温14.4 ℃，年均降水量514 mm，无霜期210 d左右，主导风向为东北风；平川、沙洲与台塬相间其中，地势平坦，光热能源充足。域内过境水资源较为充沛，黄河、渭河和洛河境内流长分别为47.65、84.0、121.5 km，3 条河流年均径流量为404.48 亿m3，开采利用价值较高。湿地面积广阔，总面积达6 万多hm2，拥有陕西省最大的黄河湿地自然保护区。

从陕西省整体概况来看，大荔县处于关中平原生态修复区［26］，属于国家级重点开发区。从大荔县自身条件来看，位于黄河“几”字弯右下处，是黄河流域光热水土资源匹配最好、山水林田湖草沙要素最全、农耕文化和现代文明交相辉映的重要区域，也是国家重要生态安全屏障和生态保护区、黄河流域生态修复重点区、黄河中游水土保持重点区、知名生态文化旅游区、黄土高原生态文明示范区，素有“关中粮仓、西北设施农业第一县、中国设施冬枣第一县”之称，是西北地区最大的反季节瓜果菜生产基地，被誉为“陕西农业看渭南、渭南农业看大荔、大荔农业看设施”。从生态系统重要性、农业发展地位来看，大荔县是黄河流域县域农业发展的典型代表。

2.2 数据来源

根据大荔县土地利用的特点和遥感影像数据的可获取性，本研究的土地利用数据主要来自中国科学院资源环境科学与数据中心获取的2014 年和2019 年2 个时期的LandsatTM/ETM 遥感影像，格式为tif，坐标系统为阿尔伯斯等积投影，利用数据处理平台ENVI5.0 软件对遥感影像进行预处理（图像拼接、几何校正、裁剪、融合、增强），基于ArcGIS10.6 软件进行投影变换、拼接、提取得到所用土地数据，精度为30 m×30 m，并对其进行精确度核查。根 据Globeland30 分类系统及大荔县土地自然属性状况，结合农业生态系统概念，将土地利用类型划分为耕地、林地、草地、水体、人造地、湿地6 种类型（图1）。本研究所采用的其他数据主要来源如下：历年农业投入与产出、气温、日照时数、降水量、人口数量来源于《大荔县统计年鉴》《陕西省统计年鉴》《渭南市统计年鉴》，种子用量、水产产量来源于大荔县农业农村局，灌溉水用量来源于渭南市水利局，太阳辐射量来源于索比光伏网（https://news.solarbe.com/201902/07/302525.html），由日照时数折算得出。

图1 大荔县2014、2019 年土地利用情况Fig.1 Land use in Dali County in 2014 and 2019

将能值投入具体化分为可更新环境资源能值投入（R）、不可更新环境资源能值投入（N）、工业辅助能值投入（F）、可更新有机能值投入（T），将能值产出细分为种植业能值产出、牧业能值产出、林业能值产出、渔业能值产出。由于大荔县已经不用役用牛，因此不考虑畜力和占比极小的有机肥投入。此外，大荔县是内陆地区，故不考虑海浪和潮汐能值。涉及的能量折算系数主要参照文献［13,31-32］，所涉及的能值转换率由作者根据Odum［25］著作折算得出，并参考蓝盛芳等［8］、黄黄等［13］的研究成果（表1）。计算公式和雨水化学能涉及的吉布斯自由能，地球循环能涉及的热通量，风能涉及的空气密度、涡流扩散系数、风速梯度变化率，表土层损失能涉及的土壤侵蚀率、有机质含量、有机质所含能量等数据主要来自于Odum［25］的专著。

表1 农业生态系统主要投入产出能量折算系数Table 1 Energy conversion coefficient for the main inputs and outputs of agro-ecosystem

能值计算的一个难点及重要基础是能值转换率，而确定能值转换率的前提是确定能值统一基准。由于全球能值基准不断更新，导致能值研究出现转换率选择混乱的情况。不同文章采用了不同的能值基准，甚至同一篇文章中也使用了不同能值基准下的转换率，因此有必要运用统一的能值标准开展能值评价［33］。查阅大量文献，发现诸多能值分析文章没有注意到能值基线在过去几年的更新或者在他们的论文中采用了基于不同基线的能值转换率（UEV），这种混乱不仅导致了能值计算的不确定性，而且不便于后人研究借鉴及对比。一项研究中所用的全部UEV 参数的能值基准一致，能值计算结果及其指标结果才有意义［34］。本研究采用Brown 等［35］于2016 年最新提出的全球能值基准12.0×1024sej/年，并将Odum 团队提供的基准9.44×1024sej/年对应的能值转换率进行折算（表2）。

表2 农业生态系统主要投入产出能值转换率Table 2 Emergy conversion rates for the main inputs and outputs of agro-ecosystems

2.3 研究方法

2.3.1 能值分析法 能值分析是以能值为基准量纲，将生态系统中的各类物质和能量放到同一尺度下分析。能值分析法不仅克服了传统的经济学与能量分析方法中不同质的资源价值不可加总的局限，而且提供了一个衡量和比较各种能量的共同尺度，并综合分析系统中各种生态流（能物流、货币流、人口流和信息流），从而评价其在系统中的作用和地位［7］，并分析系统的结构功能特征与生态经济效益。

能值分析法的优点在于通过将环境要素纳入能值计算范畴，体现了环境对于经济发展的贡献，并且充分重视人的作用，拓展了人是经济活动单纯消费者的理念，将人的劳动纳入能值计算过程［27］。这提供了一个有别于价值型核算的新途径，不仅将社会、经济和自然3 个不同系统有机统一起来，而且避免了偏向生态或经济单一方面分析的不足，有利于表征经济发展与生态环境之间的关系，为人类研究自然-社会-经济复合生态系统提供了新思路。在理论上，将生态学与经济学连接起来，为区域可持续发展研究提供了具有明显优势的理论及方法，从根本上决定了其将在可持续发展度量、评价与规划中发挥重要作用［28］。

2.3.2 能值指标体系 将能值分析应用于任何生态系统中，需要根据研究目的和系统特点建立能值指标评估体系，这些指标能从不同角度综合反映生态系统的结构、功能与效率。根据大荔县农业生态系统特点以及结合本研究目的，参考国内外常用的指标，确定7 个指标，以系统全面评价大荔县农业生态系统特征，为系统综合分析和可持续发展提供重要决策参考。各指标具体含义及计算公式见表3。

表3 能值指标描述及其表达式Table 3 Description and expression of emergy indexes

2.3.3 土地利用转移矩阵 深入研究某一区域的生态环境必须从土地利用入手，人类对土地利用状态的改变体现了对自然环境开发利用和协作交流的结果。而土地利用类型的变化是引起生态系统结构和功能改变的直接原因，影响着区域生态系统的健康状况。

土地利用转移矩阵是在系统分析中对于系统状态及其状态转移的定量描述［29］，能够全面且具体地刻画区域土地利用类型在一定时期内变化的结构特征，有助于了解各类型土地的去向［30］，以便于分析研究期间各类型土地面积的相互转化情况。其表达式为：

式中，S为土地类型面积，n为土地利用类型数量，i、j分别为研究初期与末期的土地利用类型。

3 结果与分析

3.1 大荔县土地利用特征分析

3.1.1 土地利用面积 由表4 可知，2014—2019年期间大荔县土地利用在不同程度上发生了很大变化，但基本上还是以耕地、人造地两种土地利用类型为主，其中耕地所占面积比重最大，其次是人造地，林地占比最小。与2014 年相比，2019年林地、人造地和水体面积分别减少5.75%、0.60%、60.06%，草地、耕地、湿地面积则分别增加19.80%、1.44%、21.15%（表4）。

表4 2014、2019 年大荔县土地利用类型面积及比例Table 4 Area and proportion of land use types in Dali County in 2014 and 2019

3.1.2 土地利用转换 由表5 可知，2014—2019 年大荔县不同土地利用类型之间发生转移面积（转出或转入总面积）为12 739.36 hm2，占土地利用总面积的7.52%，未发生转移面积为156 656.06 hm2，占土地利用总面积的92.48%，各土地类型均发生一定程度的相互转移。在转出方面，耕地和水体转出面积居前两位，分别为4 378.65、3 704.09 hm2，二者之和占大荔县总转出面积的63.45%；其次依次为人造地、湿地、草地和林地，转出面积分别为2 785.68、1 203.18、364.32、303.45 hm2，分别占大荔县总转出面积的21.87%、9.44%、2.86%和2.38%。在转入方面，耕地转入面积居首位、为6 451.33 hm2，人造地转入面积居其次、为2 696.61 hm2，二者之和占大荔县总转入面积的71.81%；其次依次为湿地、水体、草地、林地，转入面积分别为1 626.25、878.81、839.52、246.83 hm2，分别占大荔县总转入面积的12.76%、6.90%、6.59%和1.94%。

表5 2014—2019 年大荔县土地利用转移矩阵Table 5 Land use transfer matrix of Dali County from 2014 to 2019 (hm2)

具体来看，2014—2019 年，大荔县耕地主要转出为人造地，转出面积达到2 655.61 hm2，占耕地总转出面积的60.65%，这是由于城镇化进程加快，城镇及农村居民点建设用地需求迅速扩张；其次，耕地转出为草地、水体、湿地及林地，转出面积分别为635.30、614.82、394.64、78.29 hm2。水体主要转出类型为耕地和湿地，转出面积分别为2 480.80、1 220.84 hm2；人造地、湿地主要转出类型也均为耕地，转出为耕地的面积分别为2 757.75、950.92 hm2，这是由于大荔县实施高标准农田建设项目的需要；草地主要转出为林地和耕地，其中转出林地面积最多、163.36 hm2；草地共转入839.52 hm2，主要由耕地转入，转入面积为635.30 hm2，占草地总转入面积的75.67%，这主要与研究区域调整产业结构、大面积种植林木有关。林地主要转出为草地和耕地，转出面积分别为179.78、100.08 hm2，分别占林地总转出面积的59.25%和32.98%。综上，多数用地类型主要转出类型多为耕地。

2014—2019 年大荔县6 种土地利用类型的主要转出土地类型的空间分布状况如图2 所示。从图2 可以看出，耕地转为人造地多分布于大荔县城区中心，人造地转为耕地多分布于大荔县中部及北部，水体向耕地的转移多发生于大荔县东北部、向湿地的转移多分布于东部地区，湿地向耕地的转移多发生于东部和南部地区。

图2 2014—2019 年大荔县不同土地利用类型之间转移状况分布Fig.2 Distribution of transfer among different land use types in Dali County from 2014 to 2019

3.2 能值分析

3.2.1 农业生态系统的能值投入结构分析 总体来看，大荔县农业生态系统的能值投入总量在增加。由表6 可知，2014 年，大荔县农业生态系统投入的能值总量为2.79×1021sej，其中可更新环境资源、不可更新环境资源、不可更新工业辅助能以及可更新有机能投入分别占系统能值输入的2.92%、15.24%、54.73%、27.11%；2019 年投入能值总量为3.96×1021sej，其中可更新环境资源、不可更新环境资源、不可更新工业辅助能以及可更新有机能投入分别占2.06%、10.92%、67.39%、19.63%。2019 年与2014 年相比，可更新环境资源、不可更新环境资源、可更新有机能投入所占比重均有所下降，只有不可更新工业辅助能比重增加，而工业辅助能投入中，以化肥投入增长最快，从2014 年占比27.84%增长到2019年的51.18%；可更新环境资源能值投入减少0.22%，不可更新环境资源、不可更新工业辅助能、可更新有机能投入分别增加1.44%、74.36%和2.57%，以不可更新工业辅助能增长幅度最快，这表明大荔县农业发展对经济投资依靠较大，农业生态系统现代化水平快速提高，农业原始状态逐步摆脱。

不可更新环境资源投入分别占2014、2019年环境资源投入的83.93%和84.15%，由于大荔县耕地面积增长浮动较小，因此表土损失能增长较平稳，但气候因素和人类活动也是影响水土流失的重要原因。

3.2.2 农业生态系统的能值产出结构分析 通过能值产出可了解其整体变化特征，也能看出各子系统的结构特点。大荔县农业生态系统的能值产出由种植业、林业、畜牧业和渔业构成，各项能值产出如表6 所示。从表6 可以看出，大荔县总能值产出由2014 年4.80×1021sej 变为2019 年4.36×1021sej，减幅为9.28%。与2014 年相比，2019 年种植业、畜牧业、林业能值产出分别减少0.87%、20.03%、12.77%，渔业能值产出增加37.25%。

表6 2014、2019 年大荔县农业生态系统能值投入和产出Table 6 Inputs and outputs of agro-ecosystem energy values in Dali County in 2014 and 2019

大荔县农业生态系统主要以种植业、畜牧业为主，2014 年种植业、畜牧业、林业、渔业分别占当年能值产出的42%、44%、11%和3%，2019年分别为47%，38%，10%和5%，2014 年以畜牧业占比最大，到2019 年变为以种植业占比最大，这是由于大荔县落实粮食安全战略，耕地面积略有增加，使得粮食产量提高。但种植业能值产出略有降低，这是由于自然资源投入变化幅度是有限的，而农业生产技术水平和对经济资源利用水平短时间内又无法大幅度提高。2014 年，大荔县种植业能值产出最高的是苹果，2019 年变成了枣，此变化一定程度上反映大荔县种植业在稳定粮食产量的基础上，优化调整种植业作物结构，做大做强当地优势农产品。畜牧业产出中，猪肉占有绝对优势。相比2014 年，2019 年猪牛羊禽能值产出均有减少，且畜牧业在整个农业生态系统中减幅最大。近年来，政策层面对大荔县环保管理的力度不断加大，对农业行业尤其是养殖业影响较大，由过去放养牛羊逐渐转变为圈养，这使得一定时期内大荔县牛羊养殖数量有所减少，但大荔县畜产品的能值产出与农产品较为相近，这表明未来大荔县畜牧业仍有较大的发展潜力。

相对来说，林业能值产出比例不高，是由于林地面积轻微减少，加上实施森林保护政策，影响了林下经济的发展；另外，降水总量不高，水土流失较为严重，使得树木种类不够丰富，木材产量不高。渔业能值产出份额相对较小，但发展速度很快，增幅较为明显。

大荔县农业生态系统总体上能值产出大于能值投入，但与2014 年相比，2019 年能值投入在增加，能值产出反而减小，表明大荔县农业产出效率和资源利用效率在下降，发展特征仍较为粗放。

3.2.3 土地利用与能值变化综合分析 理论上，农业用地减少，则太阳能、雨水化学能、雨水势能、地球循环能、风能、表土流失能和四类农业产出都会随之减少，反之则增加。从表4、表5 可以发现，大荔县农业用地总面积呈略微减少趋势，但可更新环境资源和不可更新环境资源内部的各个能值投入却呈现不同方向的变化。

从投入方面来看，雨水化学能、雨水势能变化不符合上述理论，其原因是由于降雨量增加，表土层流失能增加的原因主要是由于耕地面积大幅增加和降雨量增加。从产出方面来看，耕地面积稍增加，但种植业能值产出略减小，主要是受生产技术水平和资源利用水平影响；草地增加，畜牧业能值产出减少，主要是受政策调控影响；最明显的是水体大幅减少，但渔业能值产出增幅较明显，主要是由于黄河滩区附近集中建设了专项水产养殖基地。

因此，农业各类用地面积增加与农业产出能值增加并不同步，土地利用类型的变化只是影响农业能值产出和环境资源能值投入变化的因素之一。

3.2.4 能值指标的比较分析（1）能值自给率（ESR）：指无偿自然环境资源能值与系统总能值投入的比值，反映了农业生态系统自给自足能力，也能反映对自然资源的依赖程度，衡量自然资源对系统经济发展的贡献。ESR 越高，表明系统自给和支持能力越强，同时对外部投入资源的需求量相对较少，也从侧面反映此系统经济发展现状不是很好。大荔县ESR 由2014 年18%减小为2019 年13%，说明大荔县农业发展对自然的依赖程度逐步减小，自然资源对农业发展的贡献也在减小。

（2）净能值产出率（EYR）：指系统能值产出与不可更新工业辅助能值、可更新有机能投入之和的比值，能有效度量系统的生产效率和市场竞争力，也重点体现了系统产出对经济发展所做出的贡献，这与经济学中“产投比”原理极其相似。EYR 越高，表示农业生态系统的生产效率越高，经济效益越好，产品价格竞争力越强，但其值大到一定限度也有弊端，即各类产品进行商品交换时所支付的是劳动报酬，而没有支付相应的环境代价，这对于生产者不利，因为资源枯竭的风险要自身承担。大荔县的EYR 由2014 年2.10 减小为2019 年1.27，说明大荔县的农业生产运行效率及对工业辅助能的利用效率变低，能值产出增速小于经济能值投入增速，意味着生产同等数量的农产品，大荔县农业生态系统被投入了更多资源，即在相同的能值投入下，获得的能值产出减少。同时也说明农业生产成本提高，生产者获益变小，农产品竞争力在减弱。从农产品产出结构可以发现，目前初级产品占比仍较大，产品类型不够丰富，单位农产品增值能力不足，不利于农民增加收入。

（3）能值投资率（EIR）：指经济能值投入与自然环境资源能值投入的比值，也称为购买能值与无偿能值的比值，其值越大则表明农业生态系统自然投入相对越少、购买资源投入多，其值越小则表明对环境越依赖、发展水平越差。大荔县的EIR 由2014 年4.51 增长为2019 年6.71，主要是由于大荔县不可更新工业辅助能占比在增加且比重较大，表明农业发展模式逐渐迈向下一阶段，对劳动力的依附减轻，科技占比增大，系统采用的生产方式更先进，农业现代化水平快速提高。

（4）环境负载率（ELR）：指不可更新与可更新资源能值的比值，可衡量系统的环境压力大小。ELR 值越大，表明系统内不可更新资源消耗量越多，对环境的压力越重，同时说明发展潜力越小。ELR＜3，环境承受压力较轻；3＜ELR＜10，压力处于中等水平；ELR＞10，环境承受压力已相对较大［36］。若ELR 长期处于高水平，会引起生态系统服务退化甚至丧失。

大荔县的ELR 由2014 年2.33 增加为2019年3.61，说明大荔县农业生产活动对环境所造成的压力日益增大。主要是由于不可更新工业辅助能投入比重增大，如农药、农膜、化肥的投入总量在快速上涨，这也从侧面表明大荔县农业生态系统发展水平提高，虽然环境负载率在增大，但从数值来看，大荔县在农业现代化进程中还有一定的环境负载空间。

（5）可持续发展指数（ESI）：指EYR 与ELR 的比值，体现系统的可持续发展能力。在农业生态系统中，若EYR 较高，而ELR 较低，意味着此系统是可持续的。当ESI＜1，表明该地区农业经济较为发达，但环境压力大于系统的产出效率，能值利用率不高，农业生态系统属于资源消耗型或消费型经济系统；1＜ESI＜10，说明可持续水平较高，农业生态系统具有活力及发展潜力；ESI＞10，则说明系统生态保持较高，农业活动对自然资源的开发程度较低，经济发展水平不足［37］。大荔县的ESI 由2014 年0.90 减小为2019 年0.35，是由于农业生态系统能值产出率下降，而环境负载率上涨，且上涨速度较快，说明大荔县不可更新资源消耗比例大，属于高消费驱动下的农业生态系统，其可持续发展状态有待进一步提高。

（6）能值密度（ED）：指生态系统投入的所有能值与系统面积的比值，反映区域的经济集约水平和经济发展等级。ED 值越大，表明该地区系统发展的集约化程度越高，等级地位越高，经济水平越好。大荔县的ED 由2014 年1.93×1012sej/m2增大为2019 年2.69×1012sej/m2，说明能值密度变大且水平也较高，表明大荔县农业集约化程度变高。但与日本（9.51×1012sej/m2）、瑞士(6.15×1012sej/m2)等发达国家［38］仍有一定差距，即大荔县农业生态系统的集约化水平仍有提高空间。

（7）人均能值用量（EUPP）：是反映区域人们生活标准和福利水平的有效指标之一。虽然此处的福利不同于社会学意义上的福利含义，如低犯罪率、较高文化水平，但能值意义上的福利指标与社会学意义上的指标并不分离，没有较高的能值福利指标作为基础，想要保持一个地区社会学意义上的高质量生活水平较为困难［39］。另外，在不发达地区，人们对于自然资源多是直接索取的，能够维持其生存，也不需要为此支付任何金钱，但这种情况下单纯依靠货币分析他们的福利水平也不足以全面剖析问题。大荔县的EUPP 由2014 年1.03×1016sej/人上升为2019 年1.41×1016sej/人，人均可利用能值量呈增大趋势，说明人们的生活水平和福利水平在提高，能值投入稳定上升，为农业经济发展提供了有力支撑。

4 结论与建议

从整体来看，陕西省大荔县土地利用规划目标年与基期年相比，农业生态系统发展与问题并存，探究农业生态系统能值发展情况应考虑土地利用变化情况。2019 年，大荔县能值投资率、能值密度、人均能值用量均有提高且数值较大，表明其发展速度较为可观，这与杨华等［40］的观点基本一致。同时，可持续发展指数减小、环境负载率增大问题不容忽视，化肥、农药、柴油、农膜用量大幅提高，不仅增加了农业生产成本，而且使得地力下降、耕地板结、水体污染等问题更加明显，导致大荔县农业面源污染不断加剧，影响了大荔县农业生态系统的可持续发展，这与钟丽娜等［41］、芮旸等［42］的研究结论一致。事实上，在大荔县农业发展状况较好的基础上，推动其农业生态环境改善，加快农业转型升级，充分利用地区资源并合理减少不可更新工业辅助能投入，降低废弃物产出，大荔县农业各方面都有广阔的发展前景。

基于以上分析，对未来大荔县优化和改善农业生态系统提出如下建议：

第一，提高资源利用效率。降低单位产品能值消耗，提高各类资源投入品尤其是工业辅助能的利用水平，可减少废弃物并同时提高产出效率。全面推行以废弃物资源化和综合利用为主的生态工程建设，釆用循环技术降低农业废弃物排放带来的环境污染，延长资源使用期限，降低能源消耗。推行“谁购买谁交回”和废弃农药包装物押金制度，提升回收率，建设一批废农膜、农药包装物无害化处理和回收利用厂家。加速转变农业发展模式，改变农业经济增长方式，实施化肥、农药、除草剂减量增效行动，但要保证农业生产效率和注重降低成本。努力推广果菜茶有机肥及专用有机肥替代化肥，以生物治理手段减少土壤重金属和农药残留。提高病虫害监测预警预报能力，以预防为主，并推行生物防治绿色防治方式。

第二，开发应用先进农业技术。科学技术具有较高的能值转换率和能值等级，能够提高投入产出率。政府要与高校、科研院所加强合作，研发水肥利用效率高的农作物品种。推动农机装备逐步向高质量发展转变，淘汰落后及耗能大的农机，努力实现农业机械化全程参与、全面应用、高效运行，并将信息化应用于农业生产与管理，促进机械化与信息化融合。政府提高对新型农机的政策补贴，增加农民购买动力，支持马力大、性能好、复合型农机的示范推广，促进无人机施肥施药应用。

第三，推动农业结构调整和升级。总体坚持稳粮、优果、兴牧、扩蔬，统筹农业区域布局，扎实推进特色现代农业、有机农业、智慧农业发展。加速转变农业发展模式，努力发展高效、耗能少、污染小的生态农业。稳步推进种养加结合及循环农业，建立沼气工程，深入开展畜禽养殖粪污畜禽粪污集中处理和资源化利用，综合运用“畜禽养殖-粪便-沼气-沼液沼渣利用”“畜禽养殖-粪便-无害化处理-有机肥”“农作物秸秆-青贮-草食家畜养殖-过腹还田”等循环模式，实现养殖场饲养标准化，推动全县畜牧业转型升级，有效降低资源投入成本以及有效解决粪便污染问题。

第四，加强土地资源和水资源保护。合理制定土地利用规划，提高土地资源利用效率，宜农则农，不适合开展农业活动的土地要坚决还林还草。加强恢复植被建设，提升土壤的控制能力，减少因水土流失造成的无效输出能。做到用地与养地相结合，提髙秸秆的还田率，改善土壤有机质，推动农机深松整地，促进轮作休耕制度符合实际并得到常态化实施。加强农业用水管理，因地制宜推广节水农业，努力推动滴灌、喷灌等节水灌溉技术，并在蓄水、改水环节做文章。

第五，普及农业管理和生产知识。建立健全系统的农民科教体系，提高农民的整体素质，使其农业管理知识和环保意识能够与时俱进。严格落实安全间隔期（休药期）制度，制作农产品质量安全宣传资料并发放到农民手中，不断强化农产品生产者法制意识和安全第一责任人意识，塑造农产品质量安全观念和安全生产氛围。