基于能值法对林下经济的可持续发展分析——以林下种植为例

李俊，郭利青，王忠平，洪贞，李红勋

（1.北京林业大学 经济管理学院，北京 100083；2.河南省信阳市罗山县林茶局，河南 信阳 464200；3.福建省三明市林业局，福建 三明 365000）

在生态文明建设背景下，传统林业产业应该贯彻“两山”转化理念，向绿色可持续的林业产业模式转变，林下经济是实现“两山”转化的重要桥梁。近几年，在国家政策的大力支持下，林下经济产业发展进入新阶段，各地区结合区域资源禀赋发展各具特色的林下经济产业模式，但是在林下经济产业发展的过程中，需要正确处理生态保护与经济发展的关系，以免造成生物多样性减少、水土流失、面源污染等生态问题[1-2]。2020年11月，十部门联合发布的《关于科学利用林地资源促进木本粮油和林下经济高质量发展的意见》指出[3]，在严格保护生态环境的前提下增加经济产出是林下经济可持续发展的根本要求。经济与生态协调发展才能促使林下经济产业可持续发展，进而实现林下经济高质量发展的目标。因此，本研究对林下经济系统可持续发展能力进行分析，以期能够平衡生态系统与经济系统关系，推动林下经济可持续发展，促进林下经济高质量发展，为林下经济可持续发展提供科学参考。

林下经济是指在保证森林生态系统不受破坏的前提下，运用林上、林中、林下资源进行生产经营活动的复合生产模式，包括林下种植、林下养殖、林产品采集与加工以及森林生态旅游等四种模式[4]。在乡村振兴战略背景下，如何实现生态产品价值转化是目前的研究热点问题[5]，而发展林下经济是实现生态产品价值转化的重要途径，部分学者运用测度综合效益指数[6]、灰色关联模型[7]等方法研究我国不同地区的林下经济产业对区域经济的影响，发现林下经济具有良好的经济效益，有利于区域经济发展。但也有学者研究发现，林下经济发展存在过度投入问题，制约了林下经济的发展[8]。此外，谢伟东等[9]认为林下人为活动能形成“林窗”，增加生物多样性，从林下经济发展的理论角度来看，在科学发展林下经济的前提下发展林下经济对林木资源保护、森林生态系统的稳定性和良性循环方面的正面影响，有利于生态环境保护和生态文明建设[10]。但一些学者采用样方法，选取植物丰富度指数、多样性指数、均匀度指数等指标对福建多个地区林下种植草珊瑚进行定量分析，结果显示林下种植草珊瑚减少了林区生物多样性[1,11-12]。林下经济可持续发展是林下经济高质量发展的重要组成部分，可持续发展追求经济、生态、社会和谐发展，要求人类遵循经济运行和生态自然的演变规律[13]。不同领域对可持续发展的定义不同，林下经济可持续发展强调林下经济生态系统在生态、经济、社会等方面协调发展，在保护生态环境的前提下，实现经济效益和社会效益最大化[14]。多位学者从林下经济可持续发展的概念、意义以及不同林下经济模式可持续发展策略等方面对其做了定性分析[15-16]，表明林下经济可持续发展是保证资源长期利用的关键举措[17]，有助于实现林下经济高质量发展。

通过文献梳理发现，现有文献为林下经济的研究打下了坚实的基础，但仍有不足：现有研究对林下经济产业的经济效益评价或者生态影响的单方面研究较多，而对生态、经济、社会效益的定量研究以及综合分析林下经济可持续发展的研究较少，对多区域林下经济产业的研究以及林下经济具体模式的不同类型研究较少。基于此，本研究运用能值分析法，从生态、社会、经济多方面综合研究林下经济系统的发展情况，分析林下经济系统的可持续发展能力，探讨各模式发展中存在的问题，为推动林下经济可持续发展提供参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究区域概况

林下经济主要包括林下种植、林下养殖、林下相关产品采集与加工以及森林旅游等四个类型，在这四个类型中，林下种植产值占比最大，约为46.64%。而在林下种植中，比较常见的典型模式有林菌、林药、林农等模式，本研究对林下种植类型中林药、林菌和林农三种典型模式进行可持续发展能力研究，选取了4个研究区域，西北部区域选取陕西省西安市周至县，西南部区域选取重庆市石柱县，南部区域选取安徽省宣城市旌德县与合肥市肥西县，中部区域选择河南省三门峡市卢氏县。本研究区域包含面积广，其中，西安周至县、重庆石柱县、三门峡卢氏县森林覆盖率均在60%以上，森林资源丰富，合肥市肥西县森林覆盖率近40%，森林覆盖率增长较快，区域内林下经济产业结合当地森林资源禀赋优势发展，包含了林菌、林药、林农等多种模式，具有代表性。各个地区林下经济发展的具体模式如表1所示。

表1 各地区林下经济发展模式分布

1.2 数据来源

本文所选用的数据均来自2019—2020年对研究区域进行实地访谈以及资料收集所得，研究周期为一个完整的生产年，研究所需的数据来源较为复杂，主要涉及了农户、气象局、林业局等。研究所需的林下经济产业投入产出以及能值分析数据主要是通过与农户以及林下经济经营主体进行访谈、资料收集，气象、林业类数据通过访谈当地气象局与林业局进行收集获取。

1.3 研究方法与指标选取

1.3.1 研究方法

本研究采用能值分析法对林下经济各类发展模式的可持续发展能力进行分析。20世纪80年代，美国学者Odum[18]基于生态经济学、热力学等理论，创立能值分析理论，将某个区域或者领域中涉及的所有物质、信息、能量通过不同的太阳能转化率转化为统一的太阳能值进行分析，学者将能值分析法用于城市经济生态系统研究[19]、 可持续发展评价等方面[20]。能值分析法能够充分考虑无法货币化的生态服务对人类社会的贡献，将社会经济系统与生态系统有机结合[21]，从社会、经济、生态三个方面对林下经济系统的可持续发展能力进行分析，与林下经济发展要求十分契合[22]，主要步骤包括：首先，通过绘制出林下经济发展模式的系统能量流动图（图1），形成包括系统主要成分及相互关系的系统图解，直观地反映林下种植类型的内部动态变化和能量流动特征。其次，编制能量分析表，列出主要能量输入与输出项目，根据原始能量投入的能量来源将其划分为环境资源和经济资源，环境资源（E）包括不可更新环境资源（Ne）和可更新资源（Re），经济资源包括不可更新工业辅助能值（Ns）和可更新生物辅助能值（Rs）。系统全部输出能值（Y）等于本研究的输出项目主要为活立木与经济作物果实能值。将林下经济发展模式的投入原始数据进行单位转换，能量单位、价格单位、质量单位分别为焦耳、美元（本文美元与人民币汇率采用2018年均汇率，即1美元=6.62元）[23]、克，然后再通过能值转化率统一转化为太阳能值。林下经济生态系统中各个物质的能值转化率主要参考陆宏芳[24]、Odum[25]等的研究成果。

图1 林下经济发展模式的系统能量流动图

1.3.2 指标选取

在已有的相关研究的基础上，充分考虑林下经济产业模式的特性、数据的真实有效性以及其他领域运用能值分析的研究模式，最终选取了五个能值分析中的指标，分别是能值投资率（energy investment ratio，EIR）、能值自给率（energy self-sufficiency ratio，ESR）、净能值产出率（net energy output ratio，EYR）、环境负载率（environmental load ratio，ELR）、可持续发展指数（energy sustainable index,ESI）[26]。具体指标内涵以及计算公式见表2。

表2 能值指标内涵及计算公式

2 结果分析

本研究利用能值理论研究林下经济中林下种植典型模式的生态系统发展状况，运用能值转化率将所用林下经济生态经济系统中的环境资源和社会购入资源全部转化为统一的太阳能值，各类资源折算系数、具体转化率来自能值Emcf数据库（http://cep.ees.ufl.edu）以及以往学者研究[27-29]，其中，人工的可更新系数为0.12[23]，即人工能值中12%为可更新能值。林下经济产物的能量折算系数如表3所示。

表3 林下经济产物能量折算表

2.1 不同模式能值投入产出分析

发展不同的林下经济模式的能值投入产出不同，可更新资源与不可更新资源的占比也不同，本研究通过计算林农、林药、林菌三种类型的能值投入产出情况，分析出三种林下种植不同类型的投入产出状况和经济发展类型。

2.1.1 林农模式能值投入产出分析

林农模式是指利用林下空间进行农作物种植的复合经济模式，本研究选取河南省三门峡市卢氏县的辣椒和红薯两种林下经济产物为研究对象，具体林下经济林农模式能值投入产出如表4所示。

由表4可以计算出，林农模式中，林下种植辣椒的能值总投入为9.86×1014sej，其中，不可更新自然资源、可更新自然资源、不可更新工业能、可更新生物辅助能占比分别为9.32%、4.44%、76.90%、9.34%，不可更新能值投入占比为86.22%，能值总产出为6.75×1014sej。林下种植红薯能值总投入为2.15×1015sej，其中，不可更新自然资源、可更新自然资源、不可更新工业能、可更新生物辅助能占比分别为4.28%、2.04%、78.30%、15.38%，不可更新能值投入占比为82.60%，能值总产出为8.26×1014sej。可以看出，林农模式能值总产出低于能值总投入，林农模式的能值投入主要依靠不可更新能值，不可更新能值投入均在80%以上，其中，不可更新工业辅助能是主要不可更新能值来源，包括人工、燃油、农药、化肥等产品，说明林农模式属于高能耗型的经济增长模式。

表4 林农模式能值投入产出表

2.1.2 林药模式能值投入产出分析

林药模式是指利用森林自然资源，以林地为依托，在林下种植中草药材的一种复合经济模式[30]。本研究选取了重庆市石柱县林下种植天麻和陕西省西安市周至县林下种植猪苓两种典型林下药材产物作为研究对象，具体能值投入产出情况如表5所示。

表5 林药模式能值投入产出表

由表5可以计算出，林药模式中，林下种植天麻的能值总投入为1.6×1015sej，不可更新自然资源、可更新自然资源、不可更新工业能、可更新生物辅助能占比分别是2.86%、4.00%、41.40%、51.74%，其中不可更新能值占比为44.36%，林下种植天麻的能值总产出为5.35×1015sej。林下种植猪苓的能值总投入为2.77×1014sej，不可更新自然资源、可更新自然资源、不可更新工业能、可更新生物辅助能分别占比为3.30%、22.96%、24.29%、49.45%，不可更新能值占比为27.59%，林下种植猪苓的能值总产出为8.42×1014sej。由此可以看出，林药模式系统的能值总产出高于能值总投入，林药模式对不可更新资源的依赖性比较小，主要依靠可更新资源生物辅助能，包括种子、人工等产品，属于较低能耗的经济模式。

2.1.3 林菌模式能值投入产出分析

林菌模式是指充分利用森林资源，在林中或者林地间种菌类的复合生产模式[31]，本研究选取了安徽省合肥市肥西县和安徽省宣城市旌德县作为研究对象，具体能值投入产出情况如表6所示。

表6 林菌模式能值投入产出表

由表6可以计算出，林菌模式中，林下种植灵芝的能值总投入为2.03×1015sej，不可更新自然资源、可更新自然资源、不可更新工业能、可更新生物辅助能占比分别是4.27%、6.05%、49.17%、20.51%，不可更新能值占比为53.44%，林下种植灵芝的能值总产出为3.11×1015sej。林下种植幸福菇的总能值投入为1.52×1015sej，不可更新自然资源、可更新自然资源、不可更新工业能、可更新生物辅助能占比分别为0.78%、4.19%、24.81%、70.22%，不可更新能值占比为25.58%，林下种植幸福菇的能值总产出为1.9×1015sej。由此可以看出，林菌模式能值总产出大于总投入，能值投入中不可更新能值占比较小，可更新能值占比较大，尤其是可更新生物辅助能占比均在40%以上，包括人工、种子等产品，属于低能耗经济模式。

2.2 不同模式能值指标分析

本研究通过对林下种植模式中不同发展类型的能值投资率、能值自给率、净能值产出率、环境负载率、可持续发展指数等指标计算，从社会、经济、生态等多个方面对生态经济系统进行分析，研究林下种植不同模式的可持续发展能力，具体指标情况如表7所示。

表7 不同模式能值指标汇总表

能值投资率（EIR）衡量了生态经济系统地区经济发展对环境负载状况的影响。六种林下种植类型的能值投资率均远大于1，说明系统种自然资源能值投入均小于经济社会购买能值，林下经济能值来源主要依靠经济社会投入。其中，林下种植猪苓能值投资率最小为2.81，说明林下种植猪苓对区域自然环境依赖度较高，而经济社会投入相对较少；其他林下种植类型均高于中国农业生态系统能值投资率4.93[32]，林下种植幸福菇能值投资率为19.15，说明林下种植幸福菇类型的区域经济较好，对环境依赖度低，主要还是靠经济投入，可能存在对内部环境资源利用不足的问题。总体来说，林菌模式能值投资率较高，林药模式能值投资率较低。结合实地调研可以看出，林下种植药材对地区温度、湿度等区域自然条件要求苛刻，对自然环境依赖性较大。而林农、林菌模式主要是林下空间的土地资源套种相关作物，对环境要求较小。林农模式主要是因为对农药化肥等购买能值投入较多，林菌模式主要因为菌棒、种子购买等方面能值投入较多。

能值自给率（ESR）衡量了区域自然环境对林下经济系统的支持程度。六种林下种植类型中，林下种植猪苓的能治自给率最高，为0.26。林药间作类型的能值自给率较高，主要是由于药材对环境要求较高、对周围环境依赖较强，更依赖系统内部能值投入。总体来说，林下种植的能值自给率偏低，说明各林下种植模式的能值投入中依靠环境资源提供的能值较小，而需要外界经济社会为林下种植系统输入能值，尤其是林下种植幸福菇、林下种植红薯、天麻等模式、需要大量种子、人工以及化肥农药的投入，系统独立发展能力较弱。

净能值产出率（EYR）是衡量林下经济系统对经济的贡献与生产效率的指标。各不同模式中，林下种植红薯的净能值产出率最低，其他林下种植模式净能值投资率均高于中国农业系统（0.75）[32]，林下种植猪苓的净能值产出率最高，为4.12。林农模式的净能值产出率低，主要是因为林农模式购买化肥农药投入较大并且产出品价格较低，产出能值较小。林药、林菌模式主要靠自然资源能值投入，农药、化肥投入小且市场价格较高，能值产出较大。因此，林药模式对当地经济的贡献以及生产效率最大、林菌模式次之、林农模式的生产效率和对经济的贡献较小。

环境负债率（ELR）是衡量人类经济活动对环境造成压力的指标，环境负载率小于2，则表明林下经济系统对环境造成压力较小[22]。在六种类型中，林下种植幸福菇的环境负载率最低，林下种植辣椒的环境负载率最高，为6.26。林农模式的环境负载率最高，林药和林菌模式环境负载率较低，表明林农模式对系统环境造成的压力较大，而林药模式和林菌模式对环境造成压力较小，由能值投入结构可以看出，林农模式需要进行土地开垦以及使用农药、化肥等人类经济活动，对林下空间的环境造成的影响较大，导致对区域环境的影响远高于林菌模式和林药模式，而林菌模式主要采取的方式是林中放置菌棒进行培育，对原本的森林生态环境影响较小，对环境造成的压力最小。总体来说，林药模式和林菌模式的环境负载率远小于2，对环境压力小而林农模式对环境造成了较大压力。

可持续发展指数（ESI）衡量了林下经济系统可持续发展性强弱。若ESI＜1，说明生态经济系统为消费型经济系统；若1＜ESI＜10，说明生态经济系统是具有活力和发展潜力的发展中经济，可持续性较好；若ESI＞10，说明经济系统不发达[33]。本研究中，林下种植辣椒和红薯两种类型的可持续发展指数远小于1，说明林农模式可持续性较差。林农模式产出产品价值较低，而由于林农模式需要大量人工在区域内进行生产经营活动，造成对环境压力较大，进而导致可持续发展性不足。林下种植幸福菇和林下种植灵芝的可持续发展指数分别是3.82、1.49，说明林菌模式属于发展中经济，可持续性较好。林菌模式下林下经济产品价值比林农模式高而且主要经济投入在种子和人工，对森林生态环境影响较小，因此可持续性较好。林下种植天麻与猪苓的可持续发展指数分别是4.53、10.82，说明林药模式可持续性较好，林下种植天麻主要依靠区域内的自然资源培育，人工干预较少而产品价值较高，因此可持续性较强。但是林下种植猪苓的环境负载率太低，ESI＞10，说明经济发展不足，经济系统不发达，可能存在对当地自然资源利用不充分的情况。总体来说，林农模式可持续性较差、林菌模式是可持续发展的经济系统，而林药模式可能对当地资源利用不足、经济系统不发达。

3 结论与对策

3.1 结论

本研究利用能值分析法，构建林下经济能值分析评估表以及能值分析指标，对三种模式的六种类型林下种植能值投入产出情况进行量化分析，从系统投入产出、能值投入结构以及能值指标三个方面分析，结果表明：

（1）从投入产出来看，林农模式能值总投入大于能值总产出，林菌和林药模式能值总产出大于能值总投入，三种模式的独立发展能力均较弱。林农模式消耗区域林地的自然资源和经济社会资源，属于较高能值消耗的林下经济发展模式。而林菌和林药模式的能值产出大于投入，对区域周围有良好的能值输出贡献，能够带动区域其他产业发展，具有可持续发展性。

（2）从能值投入结构来看，林农模式能值投入结构中，不可更新能值占比较大，主要能值消耗产品为人工、种子、肥料、农药等经济社会能值，属于高资源消耗型模式。林农模式发展中，农户对林下环境的生产活动较多，相对来说，对当地林下原有生态环境破坏较大。林菌模式能值投入中不可更新能值占比适中，在对当地自然资源的开发基础上，投入社会经济能值，属于较好的可持续型经济发展模式。林药模式能值投入中不可更新能值占比较少，属于可持续发展经济模式，但是可能对当地资源利用不足。

（3）从各能值指标可以看出，三种模式对经济都有一定贡献，林农模式对环境造成的压力较大，从能值净产出率可看出，林农模式的林下经济产物生产效率较低，导致林农模式可持续性较弱；林菌模式主要是以在林中放置菌棒的方式生产，对原有生态环境破坏较小，且能够合理利用林地空间和林区资源，属于可持续性较强的林下经济发展模式；林药模式对林区环境压力较小，但是对环境的利用还有待进一步开发，在适当的范围内提高环境资源利用率。

3.2 对策

基于上述结论，结合林下经济发展情况，本研究提出以下几点推动林下经济可持续发展，实现林下经济高质量发展的对策：

（1）完善产业链结构，提高林下经济系统产出效率。完善产业链为林下经济产业提供更好的市场交易平台，能够降低林下经济产品生产成本，减少社会经济能值投入，提高林下经济系统产出效率。

（2）引进环保技术，调整产业投入结构。系统可持续发展离不开技术的推动，从林农发展模式可以看出，不可更新资源能值占比均在80%以上、林下种植林芝和天麻的不可更新资源能值占比也超过45%，其中主要为人工、种子、化肥、农药等投入。引进环保技术可以提高效率，减少不可更新能值的占比，调整林下经济产业能值投入结构，推动林下经济可持续发展。

（3）合理开发林地资源，提高资源利用率。在减少不可更新资源利用的同时，可更新资源结构也应该协调发展。从林下种植猪苓模式可以看出，经济发展不足、对当地资源利用不充分具有可持续发展性，但经济贡献不足。应当提高林下经济模式对当地资源的利用，充分发挥地区资源优势，提高资源利用率，促进林下经济高质量发展。