山东省济南西南山区农业生态园能值分析及可持续性评价

夏泰英,许玉婷,连相汝,赵迎子,杨明明,鲁法典

山东农业大学林学院,山东泰安271018

山东省济南西南山区农业生态园能值分析及可持续性评价

夏泰英,许玉婷,连相汝,赵迎子,杨明明,鲁法典*

山东农业大学林学院,山东泰安271018

本文运用能值理论与方法对山东省西南山区农业生态园进行了可持续性评价，通过建立能值指标体系，选定相应能值指标，定量分析了该农业生态园的可持续发展性能及发展潜力，结果表明该生态经济系统尚处于开发的初级阶段，具有很强的传统性和保守性，其内部的资源和空间存在很大程度的浪费，应优化系统内部结构，增加工业辅助能值、高新技术能值的投入，发展更多元化的林下经济，在保证生态环境不被破坏的同时创造更多的经济效益。

能值分析;林业生态经济系统;能值指标;可持续性评价;济南西南山区

作为经济-自然-社会复合体的农林复合系统，是典型的生态经济系统，所谓生态经济系统是由生态系统和经济系统相互交织、相互作用、相互耦合成的复合系统，其功能表现为单向的能量流动、周而复始的物质循环和信息的传递，系统内部存在着的复杂的能量流、物质流、货币流和信息流使整个生态系统得以存在和发展，其中能量流是整个生态系统的动力基础，贯穿于整个系统复始的物质循环和信息的传递，系统内部存在着的复杂的能量流、物质流、货币流和信息流中。分析农林复合生态系统的生态、社会和经济的综合效益是生态系统研究的根本任务，然而不同种类不同性质的能量具有不同的质量，不能直接进行比较和数量的加减[1,2]。针对“能量壁垒”问题，著名生态学家H.T.Odum在20世纪80年代末创立了能值理论，提出了“能值”（Energy）概念理论和太阳能值转换率（Solar Transformity)等一系列概念。该分析方法把社会、经济、自然三个亚系统有机统一起来，定量分析自然和人类社会经济的真实价值，广泛的应用于农林生态系统的评价研究。现在，能值分析理论的应用已经发展到国家、地区、城市、耕地、企业等尺度，在农业、林业、自然保护区、湿地、城市、生态工程等系统中得到广泛的应用。我国学者对能值理论分析方法的研究开始于20世纪90年代，由蓝盛芳等引入中国。自引进能值理论和分析方法以来，我国学者对其进行了大量的研究和应用，不少学者在能值分析的研究上取得了丰硕的成果，研究涉及对象和尺度非常广，涉及到农业、林业、工业和城市等的生态经济系统，尤其是对农业生态系统进行了大量的能值分析研究，但对农林复合生态经济系统的能值分析研究还很少见。我国的林业发展在社会主义现代化建设中发挥着举足轻重的作用，林下经济作为一种复合模式在国内正在大力推广，给林业产业带来了活力，对农林复合生态经济系统的研究对农林业的可持续健康发展有重要的意义。目前，用能值分析方法研究小尺度区域生态系统研究极少见。本研究用能值分析理论和方法，首次对山东省济南西南部山区党家庄农业生态园进行分析评估，旨在测度系统的可持续发展性能，为决策提供数据理论支持。

1 研究区概况

党家庄镇地处济南市市中区西南部，地势南高北低，南部为丘陵，北部为平原，全镇有耕地3352 hm2，山林2581 hm2，地域广阔，资源丰富。地处中纬度地带，由于受太阳辐射、大气环流和地理环境的影响，属暖温带大陆性季风气候。其主要气候特征是：季风明显，四季分明；冬冷夏热，雨量集中。年平均太阳辐射总量为120.9～126.7 kc/cm2，光资源比较丰富，年内高值出现在5～6月间，月平均辐射量为14.9～15.7 kc/cm2；年内低值出现在12月，平均为5.5～5.8 kc/cm2。作物生长期3～10月份，每月平均都在9 kc/cm2以上，总辐射量为96～100 kc/cm2，占全年总辐射量的79%，有利于作物的生长发育和产量的形成。年平均气温在13～14℃之间。年平均降水量为700～800 mm。干燥度平均为1.15～1.24，属于水分不足的半湿润气候区。该地区四季分明，光照充足，较适宜农业发展，由于山林面积较大，气候适宜，2006年在此建立了农业生态园，园区内在土壤相对贫瘠的山地种植侧柏用于水土保持，林下搭建了一个简易鸡舍，一人管理，一年两茬散养草鸡，每茬5000只，每只鸡产蛋5 kg左右。在土壤条件相对肥沃的区域种植了3 hm2薄皮山核桃树，每年产核桃4500～5000 kg，核桃树下种植了地瓜和谷子两种作物，由于气候和水利条件限制，冬季林下土地空闲。该农业园采用了比较简单的农林复合经营模式，在兼顾发展林业、保护生态的的基础上开展家禽养殖及农作物与经济树种的复合种植，在短期内获得经济收益，在一定程度上促进了当地生态经济的发展。

2 研究方法

2.1 能值基本理论

H.T.Odum（1987）将能值定义为：一种流动或储存的能量所包含的另一种类别能量的数量，称为该能量的能值，一种产品或劳务形成过程中直接或者间接投入应用的一种有效能（Available energy)总量就是其所具有的能值，实质上就是包被能[3]。地球上的能量都直接或者间接地来源于太阳，任何资源、产品或者劳务形成所需要的太阳能的量就是其太阳能值（Solar energy）。该理论同时考虑的不同能量的数值大小和质量等级，可以衡量生态系统中不同形式能量的真实价值和贡献[4]。以能值作为基准，可以把生态经济系统中的不同种类、不可比较的能量转化为同一种标准来分析比较，将对自然资源的利用率、环境的承载力以及产生的废弃物等综合考虑分析，建立一系列的能值综合指标，定量分级生态经济系统的结构功能和生态经济效益。

太阳能值的计算公式为：

太阳能值(sej)=能量(J)[或物质(g)或者价值(元)]×能值转换率(sej/J)[或sej/元或sej/g]

2.2 基础数据

本研究的生态经济系统的面积、化肥、农药、人力、农作物产量及价格等来源于实地调查;太阳辐射度，年降雨量等基本数据来自山东省气象局;能量折算数据等参考骆世明[5]、闻大中[6]等的研究数据；太阳能值转换率参考Odum[7]、蓝盛芳[8]、严茂超[9]等的研究成果;其他数据查阅《农业技术经济手册》、《中国林业年鉴》等资料。

3 研究结果与分析

3.1 能值投入产出分析

如表1和表2所示，此农业生态园作为一个生态经济系统，其内部的能值流动有可更新环境资源投入、不可更新环境资源投入、可不更新工业能投入、可更新有机能投入、林产品输出、禽产品输出等共同构成。2011年的能值总投入为7.81E+15sej(表2)，其中可更新环境资源能值为4.86E+15sej，占总投入能值的62.23%；不可更新环境资源能值损耗主要是表土层的有机质流失，其能值为1.27E+15sej，占总投入能值的16.26%，不可更新工业辅助能投入1.35E+15sej，占总投入的17.28%；可更新有机辅助能值为3.26E+14sej，占总投入0.42%。

表1 济南市党家庄农业生态园能值分析（2011年）Table 1 Energy analysis of agriculture ecological garden in Jinan Dangjiazhuang(2011)

由以上数据分析得出，在这个生态经济系统中可更新环境资源占能值投入的比重最大，而不可更新环境资源能值损耗比重比较小，说明经过多年的封山育林和人工改造，系统内的植被发挥了作用，固土保水能力较强，有效的降低了系统内的水土流失，更好的保土保肥，使系统内的不可更新资源流失很少。输出能值主要是林产品、禽产品和农作物，分别占0.015%、99.43%、0.555%。从能值流的分析可以看出，此生态经济系统是建立在良好的生态环境保护的基础上发展林下经济，提高经济效益，从而达到系统持续健康可持续发展的目的。

3.2 构建能值指标体系及结果分析

通过分析系统内的能量流和物质流，根据以往研究的一般种植业系统主要采用可更新环境资源能值/环境资源能、不可更新环境资源/总能值、净能值产出率、环境负载率、系统可持续性能指数及系统可持续发展性能指数6个指标分析该农业生态园的可持续性能[3][10]，根据生态经济系统的运行特征和表2分析的数据构建济南党家庄农业生态园能值评价指标体系，对该生态经济系统的可持续性进行综合分析评价，见表3。

3.2.1 净能值产出率(EYR)净能值产出率为系统产出能值与经济反馈（输入）能值之比，是衡量系统产出对经济贡献大小的指标[3]。该生态经济系统的净能值产出率较高，为1.05E+03，远高于山东生态经济系统净能值产出率（3.85E+00）。过高的净能值产出率的商品在交换时处于不利的地位，因为它的生产过程需要投入更多的环境资源，对系统环境资源的破坏会相应加重，从而加大环境压力。该系统正处于以大量消耗自然资源换取能值产出的阶段，园区产业结构需要调整改进，降低环境消耗。

3.2.2 环境负载率(ELR)基于能值的环境负载率表示地区资源利用效率和环境承受能力，其数值越大就表明在经济系统中存在较高的能值利用，但同时对环境产生较大的压力。ELR是对林业生态系统的一种警告，如果系统长期处于较高的环境负荷率，将产生不可逆转的功能退化或丧失[11]。该系统的ELR值为5.39E-01，与山东省生态经济系统环境负载率（2.16E+00）相比处于较低的水平，能值理论认为该系统的外界能值输入过少，能值输出主要以消耗自然资源为代价。所以应适当增加工业辅助能的投入，在不对生态环境造成压力的同时增加系统的产出，从而获得更多的经济收益。

表2 济南济南市党家庄农业生态园系统能值指标体系（2011年）Table 2 Energy value indexes system of agriculture ecological garden in Jinan Dangjiazhuang(2011)

表3 济南市党家庄农业生态园系统能值指标（2011年）Table 3 Energy value indexes of agriculture ecological garden in Jinan Dangjiazhuang(2011)

3.2.3 系统可持续性指数(ESI)系统的可持续性指数代表地区农业生态系统可持续发展的能力，但并不是ESI值越大系统的可持续性就越高。一般认为：ESI＜1表示系统处于消耗阶段，系统的发展已经以破坏环境为代价了；1＜ESI＜10表示系统富有活力和发展潜力；ESI＞10表示系统不发达，人为干预过少，处于较原始状态。该系统的可持续性指数为1.95E+03，远高于山东生态经济系统可持续性指数（3.85E+00），表明该系统的潜能还远没被开发出来，结构是有待于优化的，应加强人的干预，投入更多的人力劳动和工业辅助能，使该系统在健康持续发展的同时创造更多的经济效益。

3.2.4 系统可持续发展性能指数(EISD)是与系统可持续发展性能成正比的综合评价指标。根据相关研究[12]，EISD指标在2～18之间表示系统富有活力和发展潜力，该系统的EISD为6.78，表明系统在可持续发展的长远尺度上具有竞争优势，应该在不破坏生态环境的基础上要加大对系统的开发，优化配置系统内的产业结构，促进多元化发展，提高单位环境压力所换取的社会经济效益。

4 讨论

能值理论对自然资源的科学评价与合理利用、经济发展决策的制定、可持续发展战略的实施有重要的指导意义。本研究运用能值理论对山东省济南市西南山区党家庄农业生态园进行了分析评价，根据研究地的内部结构和研究的目的，创建了能值分析表，建立了能值指标评价表，定量分析了系统的环境负载率、可持续性能指数、净能值产出率等，研究结果显示：该系统的环境负载率处于较低的水平，而系统可持续发展指数远高于正常水平，可持续发展性能指数偏低，表明由于该农业生态园开发时间较短，基础能值积累较多，在短时期内会保持较高的经济反馈。系统内的生产模式有其存在的合理性和很强的可持续发展能力，但是系统的开发只是出于初级阶段，远没有发挥其潜在生产力，其内部资源和空间存在很大程度的浪费，应改善优化系统的内部结构，引入专业技术管理措施，输入更多的可利用能量，发展更多元化的林下经济，使系统在发挥最大运转功率的基础上不被竞争所淘汰，在充分保护生态环境、林木健康生长的基础上创造更多的经济效益，促进当地农民的增收。

本研究的分析为该农业生态园的结构优化提供了理论层面的指导，通过加大人为干预管理、增加工业辅助能、机械能以及各种有机能的能值投入等改善措施，在充分保护生态环境、林木健康生长的基础上创造更多的经济效益，为该生态园的健康和谐快速发展提供依据。由于数据有限，本文仅对系统内2011年的能值数据进行了分析评价，不能和不同的年份形成趋势对比，故结果分析略显单薄，只能概括性总结、分析评价系统的可持续性及存在问题，不能说明系统发展的阶段性变化。能值分析作为判别可持续发展程度的方法，其在可预测性方面存在缺陷，方法本身尚无法对系统的发展趋势和走向做出预测，而预测是做出决策的前提，在以后的能值分析研究中要据此进行拓展。除此之外，要加大对农林复合生态经济系统的研究，因为小尺度区域的相似性大于差异性，所提出的提高区域生态经济系统的对策具有很强的针对性和准确性，所以在以后的研究中应加大对小尺度区域生态经济系统的研究分析。

5 结论

能值理论结合了生态学和经济学的定量研究方法，是连接生态学和经济学的一架桥梁，对生态经济系统的科学评价与合理利用、经营决策的正确制定、可持续发展战略的实施都具有切实的指导意义。本文运用能值分析方法对山东省济南西南山区党家庄镇的农业生态园进行了定量分析，指出了其中的不足与存在的问题，提出了对该经济系统的结构优化改进建议，以期在保证不破坏生态环境的同时提高系统的经济收益、促进系统健康快速发展。

[1]ODUM H T.Self-organization,transformation and information[J].Science,1983,1132-1139

[2]蓝盛芳,钦佩.生态系统的能值分析[J].应用生态学报,2001,12(1):129-131

[3]蓝盛芳,钦佩.生态经济系统能值分析[M].北京:化学工业出版社,2002:3

[4]隋春花,蓝盛芳.广州城市生态系统能值分析研究[J].重庆环境科学,2001,23(5):4-6

[5]骆世明.农业生态学[M].北京:中国农业出版社,1987:450-456

[6]闻大中.农业生态系统能流的研究方法(一)[J].农村生态环境,1985(4):47-52

[7]Odum H T.Environmental accounting:Energy and environmental decision making[M].New York:John Wiley,1996

[8]蓝盛芳,钦佩.生态系统的能值分析[J].应用生态学报,2001,12(1):129-131

[9]严茂超.生态经济学新论理论、方法与应用[M].北京:中国致公出版社,2001:223-266

[10]陆宏芳,沈善瑞,陈洁,等.生态经济系统的一种整合评价方法:能值理论与分析方法[J].生态环境, 2005,14(1):121-126

[11]丁晓荣,王利琳.莫干山风景区生态经济系统能值分析及可持续性评价[J].浙江林业学院学报,2010,27(6):916-922

[12]Ulgiati S,Brown M T.Monitoring Patterns of Sustainability in Natural and Man-made Ecosystems[J].Ecological Model,1998:108

Evaluation for Sustainability and Energy Analysis of Agriculture Ecological Garden in Southwest Mountainous in Jinan

XIATai-ying,XUYu-ting,LIANXiang-ru,ZHAOYing-zi,YANGMing-ming,LUFa-dian*
Forestry College,Shandong Agricultural University,Tai'an 271018,China

Based on the theory and analysis of energy,we made a sustainability assessment on agriculture ecological garden in southwest mountainous Jinan,established the energy analysis index system and selected corresponding index to quantitative analysis of the sustainable development of the system performance and the potential of the forest ecological and economics system.The results showed that there is a big waste of the understorey and resources and the system still in the primary stage of development with traditional and conservative.The structure of the system should be optimized and increase the energy input,improve the production technology.To crate more economic benefits without the environment was damaged.

Energy analysis;forestry ecological and economic systems;energy value indexes;sustainability assessment;the southwest mountainous of Jinan

S759.8

A

1000-2324(2014)03-0458-05

2013-01-05

2013-03-06

夏泰英(1987-),女,硕士研究生,研究方向:林业经济管理.E-mail:xtyhappy86@163.com

*通讯作者:Author for correspondence.E-mail:lfd@sdau.edu.cn