能值分析在贻贝养殖生态系统的应用

陆雅凤，赵 晟，徐梅英，吴常文

(浙江海洋学院国家海洋设施养殖工程技术中心,浙江舟山 316022)

·研究简报·

能值分析在贻贝养殖生态系统的应用

陆雅凤，赵 晟，徐梅英，吴常文

(浙江海洋学院国家海洋设施养殖工程技术中心,浙江舟山 316022)

以能值理论为基础,选择舟山市东极贻贝养殖生态系统为研究对象,在定量分析贻贝养殖生态系统的物质流和能量流的基础上,通过建立能值评价指标体系,综合评价东极贻贝养殖对环境的影响及其可持续性。结果表明:东极贻贝养殖生态系统的太阳能值转化率TR为3.35E+09sej/g,环境负荷率ELR为0.45,能值产出率EYR为3.22,能值投入的生产效率PEEI为9.60E-10g/sej,系统可持续发展指数ESI为7.16。最后将其与其它四种养殖系统进行比较,分析得出贻贝养殖生态系统能值产出率和可持续性均较高。

能值分析;贻贝养殖生态系统;可持续发展

近年来随着海水养殖业的蓬勃发展,海水养殖对海洋生态环境造成的负面影响受到人们越来越多的关注[1-3]。选择经济效益高,环境影响小,能够可持续发展的养殖品种和养殖模式成为目前研究的热点。贻贝隶属软体动物门双壳纲,其粗生易养,肉质鲜美,营养丰富,是我国沿海常见的经济贝类。目前,贻贝养殖大多采用深水浮筏养殖和底播式养殖,养殖过程中依靠海洋环境中自然生长的藻类、微生物等作为饲料,所以,贻贝养殖常被认为是环境友好的水产养殖产业[4]。

能值理论是美国著名生态学家ODUM基于生态系统食物链和热力学原理于20世纪80年代创立的[5-8]。运用能值为度量标准,引入能值转化率为转换单位,可以将系统内流动或储存的不同类别的物质和能量转换为同一标准—能值。在实际应用中,以太阳能值作为基准衡量某一物质的能值,可以用来比较不同类别、不同等级物质或能量的真实价值[9-15];并且已广泛应用于评价城市[16-17]、水域[18-19]和农业[20-22]等各类生态系统中。

本文运用能值理论分析东极贻贝养殖生态系统,旨在从物质流能量流的角度,在定量分析该生态系统自然资源投入和人类投入的基础上,评价该养殖生态系统的可持续发展性,以此为贻贝养殖业的投资与发展提供科学理论依据,从而更好地发挥水产养殖业的经济与生态意义。

1 研究对象和方法

1.1 贻贝养殖概况

本研究对象为舟山市东极海域的贻贝养殖区进行(30°11＇1″N,122°41＇2″E)。该养殖区采用深水筏式养殖,养殖品种为厚壳贻贝Mytilus coruscus,养殖所用贻贝苗种部分来自于野生采集,部分购买于育苗场。厚壳贻贝养殖周期一般为2 a,每年8-9月份一边收获一边投苗,2013年该养殖区亩产量约为8 000 kg,总养殖面积37 500 m2,收获产量450 t,市场售价平均值为6元/kg。东极贻贝养殖海洋2013年平均温度16.7,年均太阳辐射量大约为4.805×109J/m2[23-24]。

根据蓝盛芳的《生态经济系统能值分析》一书的能值计算方法以及东极贻贝养殖区的实地调研资料,分析该生态系统的各项资源的投入。并在此的基础上绘制了贻贝养殖生态系统的基础数据(表1)。

表1 贻贝养殖生态系统能值分析基础数据Tab.1 Basic data in emergy analysis ofmussel aquaculture ecosystem

1.2 研究方法

能值理论能够客观评价系统间经济效益与生态环境的相互关系,在分析贻贝养殖系统的自然资源投入和经济社会反馈资源的投入基础上,通过能值分析方法考量养殖系统中的物质流、能量流和信息流,构建贻贝养殖生态系统的能量流动图(图1)。

图1 贻贝养殖生态系统的能量流动图Fig.1 Emergy flow diagram ofmussel aquaculture ecosystem

贻贝养殖系统的能量来源分为可更新资源能值投入(R)和购买的外部资源能值(F),其中可更新资源包括太阳能、风能、雨水化学能、雨水势能、潮汐能以及沉积作用(前四者为同种性质能量的转化,因此在计算可更新资源能值总和时选择其中的最大值),购买的外部资源包括养殖过程中苗种的费用、租金、劳动力、基础建设及其他资金投入。运用能值理论分析图1和表1,建立贻贝养殖生态系统能值评价指标体系(表2)。

表2 贻贝养殖生态系统能值评价指标体系Tab.2 Emergy indices ofmussel aquaculture ecosystem

所建立的能值评价指标体系中各参数的意义分别为:

太阳能值率(TR)是指贻贝养殖系统中总投入能值Y与贻贝产出总质量m的比值,代表产品转换成单位有效能量过程所需的能值投入,是能值系统中能值转换效率的体现,能值转化率越高表示在此产品生产过程中需要投入更多的有效能值。

能值密度(ED)是指贻贝养殖系统中总投入能值Y与养殖海域面积area的比值,表示贻贝养殖系统能值的集约度和强度。

环境负荷率(ELR)是指购买的外部资源能值F与可更新资源能值R的比值,表示贻贝养殖过程中对海洋生态环境造成的压力,数值越大表示生态环境所受压力越大;数值越小,表示该养殖系统仍具有开发潜力。

能值产出率(EYR)是指总投入能值Y与购买的外部资源能值F的比值,表示该养殖系统资源利用的效率,数值大小可以表示出本地可更新资源在贻贝养殖过程中的潜在贡献率。

能值投入生产效率(PEEI)是指能值产出率EYR与贻贝养殖系统中太阳能值率TR的比值,表示整个贻贝养殖系统生产效率,在数值上体现了系统中投入的外部购买资源每单位能值所生产的有用物质或能量的能力。

能值持续性指数(ESI)是指能值产出率EYR与环境负荷率ELR的比值,显然,如果一个生态系统能值产出率高而环境负荷率又相对较低,则它是可持续的,反之是不可持续的;其数值越大,表明经济发展与环境保护之间越协调,系统可持续性越好。一般来说,若ESI＞10,则说明生态系统不发达;ESI在1¯10之间,表明生态系统的活力和可持续性都较好,发展潜力大;若ESI＜1,则表明生态系统的发展建立在对不可更新资源的过度利用上,属于消费型系统[12]。

2 结果与分析

2.1 贻贝养殖评价结果

贻贝养殖系统的能值评价结果见表3。贻贝养殖系统中投入资源可分为:可更新资源和购买的外部资源,贻贝养殖系统投入资源的总能值为1.51E+18sej。其中可更新资源包括阳能、风能、雨水化学能、雨水势能、潮汐能以及沉积作用,在计算可更新资源能值总量时将雨水化学能、潮汐能以及沉积作用相加,得到可更新资源能值总量为1.04E+18sej,占能值总投入的68.97%;购买的外部资源包括养殖过程中苗种的费用、租金、劳动力、基础建设折旧费及其他资金投入,其能值总量为4.69E+17sej,占能值总投入的31.03%;并且该生态系统的各项资源的能值比例也详细列于表3中。2013年贻贝产量为450 t,用贻贝养殖系统投入资源的能值总量除以贻贝产量,得到贻贝养殖系统的太阳能值转化率为3.35E+09sej/g。

表3 贻贝养殖系统能值分析表Tab.3 Emergy analysis ofmussel aquaculture system

2.2 能值指标分析

将表3的各项资源的太阳能值数据通过表2中的计算公式进行计算,用来对整个贻贝养殖生态系统进行能值分析。之后将计算结果与国内外专家学者的其他养殖系统的研究进行对比(表4),全面了解贻贝养殖系统的可持续发展状况。

表4 贻贝养殖系统能值指标分析及与不同养殖系统间的对比Tab.4 Emergy index of different aquaculture systems

分析表4可知,贻贝的太阳能值转化率为3.35E+08sej/g,这说明在此贻贝养殖系统中产出单位(1 g)的贻贝需要有效的太阳能值输入3.35E+08太阳能焦耳。贻贝养殖系统的太阳能转化率高于刺参(5.67E+ 8sej/g),低于对虾(7.27E+10sej/g)、金头鲷(4.57E+9sej/g)以及大黄鱼(3.86E+10sej/g)三种养殖系统的太阳能转化率。相比较而言,贻贝养殖系统相的能值利用效率较高,浪费较少。

贻贝养殖系统能值密度为4.03E+13sej/m2,高于刺参和对虾养殖系统,低于金头鲷和大黄鱼养殖系统,能值密度越高表示系统投资强度越大,生产集约度越高。

理论上而言,一个系统如果没有外部资源的输入仅仅依靠自身可更新资源的驱动,其环境负荷率为0。本研究中贻贝养殖生态系统可更新资源能值投入高于外部购买资源能值的投入,说明系统相对而言对外部购买资源能值依赖程度不高。贻贝养殖系统环境负荷率为0.45,低于其他四种养殖系统的环境负荷率。研究表明,金头鲷的围网养殖和对虾的养殖中需要较高的技术投入因此环境负荷率较高;而大黄鱼的网箱养殖对于技术和外部购买的不可更新资源的需求远远大于其他养殖品种(ELR=91.10),因此对比而言贻贝养殖系统对近岸海洋生态环境影响较小。

贻贝养殖系统能值产出率较高为3.22,高于其他四种养殖系统,说明可更新资源在贻贝养殖过程中的潜在贡献率较大,这主要由于贻贝养殖过程中大部分苗种来自于野生采集并且其能够以海洋中的藻类、细菌等为饵料,不需要太多的外部购买能值的投入,成本投入较低,市场竞争力较好。

贻贝养殖系统能值投入的生产效率为9.60E-10g/sej,表示在贻贝养殖系统中每单位投入的外部购买能值所能产出的有效物质或能值的数值,数值越大表明系统的生产效率越高。与其他四种养殖系统相比,贻贝养殖系统高于对虾和金头鲷养殖系统,低于刺参和大黄鱼养殖系统。

贻贝养殖系统的能值持续性指数为7.16,高于刺参养殖系统(4.40),远远高于对虾(0.38)、金头鲷(0.24)、大黄鱼养殖系统(0.011),这主要是由于贻贝和刺参养殖过程中均可以依靠自然界中的光合作用产生的微藻和细菌作为饵料,不需要外界饵料的投入。而对虾和金头鲷养殖,尤其是大黄鱼的养殖过程中需要外部资金、技术和服务的投入,过分依靠不可更新资源的输入。因此,对比于对虾、金头鲷和大黄鱼养殖的典型消费型系统,贻贝和刺参的养殖系统可持续性较好,属于环境友好型水产养殖品种。

3 结论

本文运用能值分析理论系统的分析了舟山市东极贻贝养殖生态系统各项能值流动情况,构建了能值评价的指标体系,并和其他四种养殖生态系统进行对比。该研究方法能够解决不同类别不同等级之间物质、能量的不同量纲无法比较的问题,运用相同的基准—太阳能值,以及各自的太阳能值转化率,能够对养殖系统中投入的自然可更新资源和购买的不可更新资源进行综合分析,并借助于相关的能值指标进行评价得出该养殖系统发展的可持续性。

研究结果表明该贻贝养殖生态系统大部分能值投入来自于自然可更新资源,本地的自然可更新资源贡献率较大,人类成本投入相对较低,市场竞争力较好,并且能值利用效率较高,环境负荷率低,可持续发展性较好,对近岸海洋生态环境影响较小。总之,相比于其他养殖系统,贻贝养殖过程中由于其苗种的大部分自然采集和没有外源性饵料的投入,是一种对环境友好的养殖品种和养殖方式,其对减少海洋环境污染和维护近岸的海洋生态环境具有重要的意义。

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The Application of Emergy Analysis in M ussel Aquaculture Ecosytem

LU Ya-feng，ZHAO Sheng，XU Mei-ying，et al
（Zhejiang Ocean University NationalMarine Aquaculture Engineering Technology Center Facilities，Zhoushan 316022，china）

Emergy analysismethod was applied to establish a related index system for analysis mussel aquaculture ecosystem in Dongji.In the study，indictors such as TR，ED，ELR，EYR，PEEI and ESI were used to evaluate the impacts ofmussel aquaculture to the environment，aswell as the sustainability of this aquaculture ecosystem.The results showed that the solar emergy conversion rate TR ofmussel aquaculture ecosystem was 3.35E+09sej/g，the environmental load rate ELR was 0.45，the emergy output rate EYR was 3.22，the production efficiency of emergy input PEEI was 9.60E-10g/sej and emergy sustainable development index ESI was 7.16.Based on the above analysis and compared with the other four aquaculture systems，we found that mussel aquaculture ecosystem had high emergy output rate and emergy sustainable development index.

emergy analysis；mussel aquaculture ecosystem；sustainable ability

S968.31+6.9

A

1008-830X（2014）05-0458-05

2014-06-10

国家科技部科技支撑计划项目(2012BAB16B02);国家海洋局海洋公益性行业科研专项项目(201305009-3);浙江省本科院校中青年学科带头人学术攀登项目(pd2013223)

陆雅凤(1991-),女,江苏扬州人,硕士研究生,研究方向:安全养殖技术.E-mail:luyafeng-hy@163.com

吴常文(1960-),浙江舟山人,博士,教授,研究方向:养殖工程技术.E-mail：wucw08@126.com