基于能值的专业化茶叶种植农业生态系统分析*——以福建省安溪县为例

税 伟 陈毅萍 苏正安 范水生



基于能值的专业化茶叶种植农业生态系统分析*——以福建省安溪县为例

税 伟1,2陈毅萍1苏正安3范水生2**

(1. 福州大学环境与资源学院/福建省水土流失遥感监测评估与灾害防治重点实验室 福州 350116; 2. 福建农林大学安溪茶学院/福建农林大学茶产业发展研究中心 安溪 362400; 3. 中国科学院山地灾害与环境研究所 成都 610041)

世界饮茶热潮不断推动着我国传统农业——茶叶种植规模的扩大, 茶叶经济发展不断受到关注, 然而茶叶种植所产生的生态环境效应却往往被忽视。本研究以专业化茶叶种植县——福建省安溪县为对象, 通过综合各乡镇茶叶种植面积、茶叶种植区位商和集中系数3种方法, 将安溪县各乡镇茶叶种植专业化情况划分为高度专业化、较高专业化、中等专业化、较低专业化和无茶叶种植5个等级, 基于能值理论分析方法, 构建安溪县农业生态系统投入、产出指标体系, 并建立能值投入密度、环境负载率、可持续发展指数等8个能值评价指标, 进行不同专业化茶叶种植农业生态系统的评价与分析。研究结果表明: (1)安溪县专业化茶叶种植农业生态系统运行过程中以可更新环境资源投入为主, 不同专业化茶叶种植间环境贡献率高达0.96~0.99, 而能值投资率仅有0.01~0.04; (2)茶叶种植专业化等级与产出能值密度之间总体上呈正相关, 随着专业化等级的不断增强, 农业生态系统生产力总体上不断提高, 高度专业化等级茶叶种植的产出能值密度达到4.15E+11 sej·m-2, 是无茶叶种植的1.32倍; (3)专业化茶叶种植农业生态系统具有较高的生产效率和经济效益, 专业化茶叶种植等级与净能值产出率之间呈正相关, 高度专业化茶叶种植的净能值产出率为1.29, 是无茶叶种植的2.86倍, 且环境负载率为0.05, 具有环境友好性; (4)专业化茶叶种植降低了农业生态系统稳定性, 系统稳定性指数与茶叶种植专业化等级间呈负相关, 无茶叶种植等级系统稳定性指数为1.12, 是高度专业化等级的1.56倍。因而在茶叶专业化种植过程中, 应注重复合生态茶园建设, 提高专业化茶叶种植系统的生物多样性和稳定性, 并加大科技管理投入、提高农业生产技术水平, 以进一步提高农业系统总体经济发展水平和可持续发展能力。

茶叶 专业化种植水平 农业生态系统 能值 安溪县

农业生态系统是陆地生态系统的重要组成部分, 也是人类生存最基本的生态系统, 能够为人类提供供给服务、调节服务、支持服务与文化娱乐服务[1]。人类活动对其系统结构与功能具有重大的影响, 而其可持续发展对区域地方社会经济发展具有举足轻重的影响, 因而关注农业生态系统的生态效应与可持续发展问题就显得尤为重要。茶叶种植是我国传统农业活动重要的一部分, 已经具有几千年的生产历史, 在我国农业生产中占据了重要的地位。不断扩大的茶叶需求对我国经济发展产生了巨大的推动力, 而不断扩大的茶叶种植面积与不断标准化、规模化和专业化的茶叶种植趋势也将对我国农业生态系统产生一定的影响, 农业生态系统经济发展还需重视经济效益背后的生态环境效应。

农业生态系统是一个复合生态系统, 无论是运用生态学方法还是经济学方法对该系统进行评价与分析, 都只能简单衡量其某一方面的结构与功能, 无法全面地分析农业生态系统的经济与生态综合效益。而20世纪80年代后期, 以Odum为首的生态学家提出的能值分析方法却为农业生态系统的经济与生态评价、分析提供了新途径。我国在20世纪90年代初引入了能值理论[2], 蓝盛芳等[3]最早将其运用到农业生态系统的评价中, 由于能值分析法采用统一的能值标准, 连接了生态学和经济学, 能够揭示自然和人类社会经济的真实价值, 且计算结果具有可比性和可加性[4], 因而随后又被广泛应用于分析全球、国家、流域、自然保护区或地区的农业[5-7]、林业[8-10]、渔业[11]、工业[12-15]、旅游业[16-17], 以及土地利用评价[18]和城市生态系统[9-22]等的生态经济状态与规律, 甚至连地化研究也运用到了能值分析法[23]。我国农业生态系统中能量研究的起步较晚[24], 关于能值分析法在农业生态系统中的运用, 主要是对省、市、县或流域范围内农业或农田生态系统总体上的评价, 而基于能值法对农业系统中某一要素对农业生态系统的影响进行探讨的研究还很少, 在饮茶不断成为全球热点的情况下, 针对以茶叶种植为主的农业生态系统的分析, 探究专业化茶叶种植的农业生态系统效应的相关研究也还很缺乏。

因而本研究以我国产茶大县、中国茶都——安溪县为研究对象, 对不同专业化等级的茶叶种植农业生态系统进行分析, 通过构建安溪县专业化茶叶种植农业生态系统能值投入、产出指标体系, 以及基于能值投入、产出结果进行计算的能值评价指标体系的建立, 定量分析专业化茶叶种植农业生态系统的结构功能特征和生态经济效益之间的协调性及可持续发展情况, 探究不同专业化茶叶种植水平间农业生态系统是否存在差异？专业化茶叶种植在带来经济效益的同时是否也对农业生态系统造成了较大的压力？专业化茶叶种植应注意哪些问题, 以确保以专业化茶叶种植为主的农业生态系统的可持续发展, 以及保障由此为基础的茶叶经济的可持续发展。研究结果以期为安溪县以专业化茶叶种植为主的农业生态系统的可持续发展提供相关管控措施实施的依据, 为我国其他产茶区域茶叶经济的发展提供参考借鉴, 同时也进一步丰富能值分析法在农业领域评价中的应用。

1 研究区域概况

安溪县, 古称清溪, 位于福建省东南沿海, 厦、漳、泉“闽南金三角”西北部, 隶属泉州市, 县域范围位于东经117°36′~118°17′, 北纬24°50′~25°26, 全县总面积3 057.28 km2, 辖24个乡镇460个村居, 人口108万。安溪县以茶业闻名全中国, 号称中国茶都, 是世界名茶——铁观音的发源地, 素有“中国乌龙茶之乡”的美称, 其茶叶拥有国家证明商标、原产地域产品保护和中国驰名商标等的认可, 是全国茶叶界的佼佼者。

从2000年到2014年, 安溪县茶叶产量不断增加, 茶叶种植面积总体上也不断扩大(图1), 2014年茶叶产量达到54 175 t, 占全国茶叶产量的2.6%, 茶叶种植面积达到40 000 hm2, 占全国茶叶种植面积的1.5%。目前全县茶叶主要种植品种为铁观音、黄金桂、毛蟹、本山、大叶乌龙和梅占等6个国家级茶树良种, 其中, 铁观音种植面积占50%以上, 是最主要的种植品种, 整个县域已经成为我国茶叶种植专业化区域, 从2009年起, 已连续6年位于全国重点产茶县首位。作为安溪最重要的民生产业和支柱产业, 茶业又带动了众多相关与支持产业的发展, 全县有80多万人得益于茶产业, 因而茶业无论在推动安溪县经济发展上, 还是在促进农民增收上, 都具有举足轻重的作用。

数据资料来源: 《安溪统计年鉴》。Data source: Statistical Yearbook of Anxi County

2 研究方法与数据来源

2.1 安溪县各乡镇专业化茶叶种植等级划分

本研究主要拟探讨专业化茶叶种植对农业生态系统的影响及其生态效应, 为便于进一步分析, 对各乡镇茶叶种植专业化等级的划分就显得尤为必要。研究主要利用2012年安溪县各乡镇茶叶种植面积、区位商[25]和集中系数[26]等指数进行各乡镇茶叶种植专业化程度的划分。茶叶种植面积一定程度上反映了茶叶种植规模, 是专业化程度的一种体现, 区位商(公式1)和集中化指数(公式2)是测度专业化水平的常用指标, 根据研究所拥有的数据和研究目的对公式中的相关变量进行了替换。考虑数据的可获得性和分类结果的科学性, 最终通过综合3种方法的计算结果, 将安溪县各乡镇茶叶种植专业化等级划分为“高度专业化、较高专业化、中等专业化、较低专业化和无茶叶种植”5个等级(表1), 其中“无茶叶种植”等级主要作为参照组进行设置, 与专业化茶叶种植进行比较。

式中:Q表示区域茶叶种植的区位商,e表示区域茶叶种植的产量,表示区域农作物产量与茶叶产量的总和,E表示安溪县全县茶叶种植总产量,表示安溪县全县农作物产量与茶叶产量的总和。

(2)

式中:C表示区域茶叶种植的集中系数,a表示区域茶叶产量,表示安溪县全县茶叶产量,m表示区域人口数,表示安溪县全县人口数。

2.2 专业化茶叶种植农业生态系统的能值分析

能值分析方法是一种定量分析生态系统和复合生态系统的方法[27], 能够揭示自然和人类社会经济的真实价值, 是联接生态学和经济学的桥梁[28]。本研究通过将安溪县专业化茶叶种植农业生态系统的投入与产出情况以能值表达, 并进行能值评价指标的计算与分析, 从而对安溪县以专业化茶叶种植为主的农业生态系统进行分析。

表1 安溪县各乡镇专业化茶叶种植等级划分依据与结果

2.2.1 建立专业化茶叶种植农业生态系统投入指标体系

构建安溪县农业生态系统投入指标体系, 具体建立可更新环境资源投入、不可更新环境资源投入、可更新工业辅助能投入、不可更新工业辅助能投入和有机能投入5个一级指标, 以及各个一级指标下共19个二级测度指标, 具体指标如表2所示, 相关能值转换率和能值折算系数也相应在表中标出。

2.2.2 建立专业化茶叶种植农业生态系统产出指标体系

一般在计算农业生态系统能值产出时, 所选指标主要围绕种植业、林业、畜牧业和渔业4个方面进行构建, 但由于本文主要是研究专业化茶叶种植对农业生态系统的影响, 并且安溪县农业生态系统的投入也主要是对种植业的投入, 因而在此对安溪县农业生态系统产出进行计算时主要考虑种植业产出, 具体指标、能值转化率和能值折算系数如表3所示。

表2 安溪县专业化茶叶种植农业生态系统能值投入指标体系

劳动力能值转换系数为3 500 MJ·人-1, 主要参考文献[29]; 水电能值转换系数3.6 MJ·(kW·h)-1, 主要参考文献[30]; 农用柴油、农用机械和种子的能值转换系数分别为44.0 MJ·kg-1、210.0 MJ·kg-1、16 MJ·kg-1, 主要参考文献[31]; 有机肥含量主要根据猪、牛、羊、鸡、鸭、兔的粪便和绿肥中N、P、K的含量进行计算, 计算参数主要参考文献[31]。Emergy conversion coefficient of labor is 3 500 MJ·person-1referring to the reference [29]. Emergy conversion coefficient of hydroelectric power is 3.6 MJ·(kW·h)-1, referring to the reference [30]. Emergy conversion coefficient of agricultural diesel oil, agricultural machinery and seed is 44.0 MJ·kg-1, 210.0 MJ·kg-1, 16 MJ·kg-1respectively, referring to the reference [31]. The calculation of the content of organic fertilizer was based on the contents of N, P and K in the feces of pig, cattle, sheep, chicken, duck, rabbit and green manure, referring to the reference [31].

表3 安溪县专业化茶叶种植农业生态系统(种植业)能值产出指标

2.2.3 建立专业化茶叶种植农业生态系统能值评价指标体系

以专业化茶叶种植农业生态系统能值投入、产出结果为基础, 选取了产出能值密度、环境贡献率、环境承载力、能值投入密度、净能值产出率、能值投资率、系统稳定性指数和可持续发展指数等8个能值评价指标进行安溪县专业化茶叶种植农业生态系统的评价(表4)。

表4 安溪县专业化茶叶种植农业生态系统能值评价指标以及计算公式

: 农业能值总产出, 此处以种植业产出代表农业能值总产出;Y: 第个乡镇的农业能值产出;: 总能值投入;: 总辅助能投入;: 环境资源总投入;: 可更新环境资源投入;1: 可更新有机能投入;2: 可更新工业辅助能投入;: 不可更新环境资源投入;: 不可更新工业辅助投入;: 各乡镇耕地面积, 此处以“农作物面积+茶叶种植面积+果园面积”代替耕地面积。: total agricultural emergy output, substituted with the output of plantation;Y: agricultural emergy output of thetown;: total emergy input;: total auxiliary energy input;: environmental resources investment;: renewable environmental resources input;1: renewable organic energy input;2: renewable industrial auxiliary energy input;: nonrenewable environmental resources input;: nonrenewable industrial auxiliary energy input;: arable land area of each town, substituted with the total area of crop planting, tea planting and orchard.

2.3 数据来源

本研究中各投入与产出指标的原始数据来自于《安溪统计年鉴2013》[32], 相关能值转化率和计算方法主要来自于蓝盛芳等的《生态经济系统能值分析》[4]以及Odum等的相关研究成果[3,27], 能值折算标准主要参照陈阜等编写的《农业生态学》[31]。

3 结果与分析

3.1 安溪县不同专业化茶叶种植等级的农业生态系统能值投入与产出结构

根据表2、表3指标体系计算出安溪县专业化茶叶种植农业生态系统可更新环境资源、不可更新环境资源、可更新工业辅助能、不可更新工业辅助能和有机能投入以及总能值投入与能值产出(种植业), 按茶叶种植专业化等级, 取属于该等级下所有乡镇各项指标的平均值作为该专业化等级下各指标的能值投入与产出(表5), 研究不同专业化茶叶种植等级间的农业生态系统能值投入与产出。通过研究结果可以发现, 安溪县农业生态系统中总能值投入以可更新环境资源投入为主, 即专业化茶叶种植农业生态系统的运行主要依靠可更新自然资源的投入, 具有一定的可持续性, 但系统的总能值投入大于产出, 系统入不敷出。

表5 不同专业化茶叶种植等级间农业生态系统能值投入、产出情况(太阳能值)

从茶叶种植不同专业化等级情况看, 进行专业化茶叶种植的农业系统的总能值投入与产出都大于非茶叶种植农业系统, 且总能值投入中, 具有高度专业化<较高专业化<中等专业化的规律; 总能值产出中, 具有较低专业化<中等专业化<较高专业化的规律。因而随着茶叶种植专业化等级的提高, 系统能值投入减少, 而能值产出却不断提高。茶叶种植专业化等级与投入能值总体上呈负相关, 而与产出能值总体上呈正相关, 茶叶种植专业化等级较高的农业系统其系统的产出效率较好。

3.2 安溪县不同专业化茶叶种植农业生态系统能值评价指标分析

表6为安溪县不同专业化茶叶种植农业生态系统各能值评价指标的计算结果, 其中各专业化等级间环境贡献率、环境负载率与能值投资率的差异非常小, 甚至相同, 而其他能值评价指标间存在一定的差异, 具体情况作进一步分析。

表6 不同专业化茶叶种植等级间农业生态系统能值评价指标情况

3.2.1 能值投入密度与产出能值密度分析

能值投入密度主要是衡量单位土地能值投入量, 不同专业化茶叶种植农业生态系统间能值投入密度具有较高专业化>中等专业化>较低专业化的规律(表6), 茶叶种植专业化等级与能值投入密度一定程度上呈正相关。但高度专业化茶叶种植农业生态系统的能值投入密度又很低, 低于无茶叶种植农业生态系统, 且与较低专业化茶叶种植农业生态系统的能值投入密度相差不多。所以茶叶种植相较普通农作物单位土地面积上具有较高的能值投入, 但茶叶种植达到高度专业化水平后, 专业化、规范化的管理又能降低能值投入, 提高资源利用率。

产出能值密度代表区域农业生态系统的生产力[33],安溪县不同专业化茶叶种植农业生态系统间, 总体上专业化茶叶种植农业生态系统的产出能值密度都高于无茶叶种植农业生态系统, 涉茶农业系统生产力更高, 且随着茶叶种植专业化等级的提升, 产出能值密度具有高度专业化>较高专业化>中等专业化(图2)的特征。因而茶叶种植专业化等级与产出能值密度之间总体上呈正相关, 随着专业化等级的不断增强, 系统生产力总体上不断提高。

专业化茶叶种植与能值投入密度和产出能值密度之间大致都呈正相关, 但单位土地面积上, 高度专业化茶叶种植的产出最高而投入却接近于最少, 因而专业化茶叶种植对农业生态系统的生产力具有正作用, 且专业化等级越高, 茶园管理越规范, 资源利用率越高。

3.2.2 能值投资率与环境贡献率分析

能值投资率主要用来衡量农业经济发展程度和环境负载程度, 其值越大表明经济发展水平越高, 对自然环境的依赖度越小[12,34]。安溪县不同专业化茶叶种植农业生态系统间能值投资率差异甚微(表6), 且数值都较小, 因而安溪县农业生态系统的经济发展水平较低, 对自然环境的依赖程度较高, 系统辅助能投入较小, 农业生产活动的经济成本较低, 对环境的负载程度也较低。

环境贡献率用来反映区域自然资源对农业经济发展的贡献程度。安溪县不同专业化茶叶种植农业生态系统间环境贡献率的差异非常小, 且数值非常大, 都接近于1(表6), 无论是处于何等级的专业化茶叶种植, 自然资源对其农业经济发展的贡献程度都非常高, 农业系统的运行主要依赖可更新资源, 而化肥、农药等工业辅助能的投入相对较少。

以专业化茶叶种植为主的农业生态系统主要依赖自然资源, 人为投入的非本地资源较少, 因而对农业系统产生的负效应较少, 但主要以自然资源投入为主的农业系统, 由于工业辅助能、科技水平投入较少, 因而总体上农业经济发展水平也受到了一定的限制。

3.2.3 净能值产出率与环境负载率分析

净能值产出率是系统总产出与总辅助能值的比率, 主要用来衡量系统生产效率, 其值越高, 表明系统经济效益越高, 资源利用效率越强[27]。安溪县不同专业化茶叶种植农业生态系统间除较低专业化等级外, 其他涉及专业化茶叶种植的农业系统的生产效率都比无茶叶种植农业系统的高, 净能值产出率大致随着茶叶种植专业化程度的提高而提高(表6), 茶叶种植专业化程度越高, 农业生态系统的能值投入与产出结构的优化程度越好。净能值产出率的值最好应在1~6之间, 如果小于1, 则说明系统的产出不敷投入[35], 而5个等级中只有高度专业化茶叶种植农业系统的净能值产出率大于1。因而与其他作物相比, 专业化茶叶种植具有较高的生产效率和经济效益, 随着专业化等级的提高, 其系统生产效率也不断提高。

环境负载率主要是反映系统环境的承载压力, 较高的环境负载率意味着经济活动对环境造成的压力较大[34], 是对经济系统的一种警示。安溪县不同专业化茶叶种植间农业生态系统的环境承载力都为0.05, 具有环境友好性特征, 茶叶经济活动相较其他普通农作物并没有给环境带来更大的压力, 专业化茶叶种植在带来经济正效益的同时所产生的生态负效应也较小。

3.2.4 系统稳定性指数与可持续发展指数分析

系统稳定性指数是反映系统稳定性大小的指标, 其值越高, 说明系统各种能值流的连接网络越发达, 系统的抵抗力和恢复力越强[4]。安溪县不同专业化茶叶种植农业生态系统的系统稳定性指数在0.72~ 1.12, 总体情况较好, 但是不同专业化等级间具有无茶叶种植>较低专业化>中等专业化>较高专业化>高度专业化的特征(表6), 无茶叶种植的农业生态系统稳定性要高于进行专业化茶叶种植的农业系统, 而不同专业化等级间的系统稳定性指数随着茶叶种植专业化等级的提高而减小, 呈负相关关系, 因而专业化茶叶种植对农业生态系统的稳定性造成了一定的负效应。

可持续发展指数是用来衡量农业生态系统的可持续能力, 当该值处于1~10范围则说明系统有活力、可持续, 但大于10则是不发达的象征, 小于1为消费型经济系统[4]。安溪县不同专业化茶叶种植间农业生态系统可持续发展指数具有一定的差异, 所有专业化等级的可持续发展指数都大于1, 但只有无茶叶种植等级和较低专业化等级的值小于10, 而中等、较高和高度专业化等级的值都大于10, 且高度专业化等级的值最大(表6)。因而从结果上看, 专业化茶叶种植对农业生态系统的可持续发展能力具有一定的负面影响, 专业化的茶叶种植降低了农业系统的稳定性, 对系统的活力也将会造成一定的影响。但可持续发展指数主要是净能值产出率与环境负载率之间的比值, 而安溪县不同专业化茶叶种植农业生态系统的环境负载率相同, 因而可持续发展指数在本研究中对于综合评价专业化茶叶种植农业生态系统的可持续能力存在一定的不足。

4 讨论与结论

基于能值理论进行农业生态系统评价与分析的相关研究目前较多, 而研究的相关结果中虽然也有较为乐观的[28], 但是近年来随着工业辅助能投入的增加, 一般的农业系统都呈现出“亏损”状态或可持续发展能力逐渐减弱[5,12,36-37]的特征。而安溪县以专业化茶叶种植为主的农业生态系统, 农业活动的开展对自然资源的依赖程度较大, 化肥、农药等工业辅助能投入相对较少, 因而对农业系统生态环境造成的压力较小, 具有良好的环境友好性与可持续发展能力。由于不同专业化茶叶种植等级间环境负载率相同, 因而可持续发展指数主要由净能值产出率决定, 净能值产出率大致随着茶叶种植专业化程度的提高而提高, 造成了随着专业化等级的提高, 农业系统经济发达程度逐渐下降, 可持续发展潜力逐渐减弱的假象。实际上与其他作物相比, 专业化茶叶种植具有较高的生产效率和经济效益, 但又未给环境造成更大的负担, 因而专业化茶叶种植农业系统的发展具有较大的活力和可持续发展潜力。虽然可持续发展指数在本研究中的评价具有一定的不足, 但作为一个评价系统可持续发展能力的重要指标, 在研究中仍然对其进行计算与分析, 结算结果也一定程度上说明了复合指标的局限性, 不能片面看待结果。

研究结果中揭示了专业化茶叶种植农业生态系统的一个不足, 即其系统稳定性指数与茶叶种植专业化等级之间呈负相关关系, 茶叶种植专业化等级越高, 农业系统的稳定性越差。杨海龙等[38]在对稻鱼共生系统和水稻单作系统的能值分析中揭示了稻鱼共生系统在太阳能转换效率、能值投资率、环境负载率和系统活力方面的优势。系统生物多样性对系统活力具有重要作用, 而专业化茶叶种植在专业化生产过程中, 降低了农业系统的生物多样性, 所以其系统的抗压能力下降, 稳定性变差, 一定程度上也降低了系统的可持续发展水平。另外, 陈小英等[39]的研究表明, 茶园的顺坡种植会加剧茶园的水土流失, 安溪县专业化茶叶种植随着种植规模的不断扩大, 以及种植耕地的有限性, 茶叶种植区域存在着不断往山上扩张的现象, 因而也存在水土流失的问题, 这也是随着茶叶种植专业化程度的不断提高, 系统稳定性指数不断下降的原因之一。不过至2005年以来, 安溪县政府不断开展茶园生态综合管理工作, 推行了“树+草+肥+水+路”生态茶园建设模式, 开展茶山绿化工程, 进行生态脆弱区和25º以上陡坡地“退茶还林”工作, 并进行茶园绿色防控技术的应用, 推广实行生物防治[40]等, 所以在县政府的大力支持下, 专业化茶叶种植并不是茶农盲目追求经济效益的举措, 而是有管控、有规划、有指导的“政-企-农”一体的农业经济活动, 其农业生态系统具有良好的可持续发展潜力。

本文对以专业化茶叶种植为主的农业生态系统进行了评价, 揭示了专业化茶叶种植对农业生态系统的影响, 基于能值理论展开的研究, 在系统能值投入、产出的计算中涉及了大量参数, 而这些参数在不同研究尺度下其值是有差别的, 目前国内外相关研究大都直接采用Odum[27]、蓝盛芳等[4]提出的计算参数, 本研究中也主要是参考这些参数。虽然由于不同区域、同一区域不同时间, 其参数都会有些许差异, 不考虑时空因素的直接引用能值转化率和能值折算系数对计算结果的精确性必定会产生影响, 从而影响在横向比较研究中评估结果的真实性与准确性, 但是对于本研究的研究问题和研究目的而言, 在同一个县域内对不同专业化茶叶种植间农业生态系统进行对比研究, 研究结果的准确性尚不存在问题, 总体上可以准确评估, 不过在日后的研究当中对此问题会进一步改善, 以使研究更严谨, 结果更精准。另外, 由于本研究主要基于统计数据进行宏观层面的研究, 研究中未涉及具体试验与监测, 对于表层土壤流失与损耗、有机肥等指标的计算主要依靠宏观数据进行估算, 存在一定的误差, 但基于宏观层面的相关研究结果, 对于日后进一步开展安溪县专业化茶叶种植农业生态系统生态效应相关机理机制等中、微观的研究具有重要的指导、借鉴作用。

研究通过划分不同专业化茶叶种植等级, 基于能值理论, 构建安溪县不同专业化茶叶种植农业生态系统投入、产出指标以及8个相关能值评价指标体系, 进行专业化茶叶种植农业生态系统的分析, 并得到以下结论: 1)安溪县专业化茶叶种植并不是茶农盲目追求经济效益的农业活动, 以专业化茶叶种植为主的农业生态系统运行过程中以可更新环境资源投入为主, 具有较大的可持续发展潜力; 2)茶叶种植专业化等级与产出能值密度之间总体上呈正相关, 随着专业化等级的不断增强, 农业生态系统生产力总体上不断提高; 3)专业化茶叶种植等级与净能值产出率之间呈正相关, 专业化茶叶种植农业生态系统不仅具有较高的生产效率和经济效益, 而且对生态环境的负效应较小; 但4)专业化茶叶种植降低了农业生态系统稳定性, 且不同专业化等级间的系统稳定性指数随着茶叶种植专业化等级的提高而减小。因而在茶叶专业化种植过程中, 应注重复合生态茶园建设, 提高专业化茶叶种植系统的生物多样性和稳定性, 并加大科技管理投入、提高农业生产技术水平, 以进一步提高农业系统总体经济发展水平, 提高可持续发展能力。

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Emergy-based agricultural ecosystem analysis for specialized tea planting: A case study of Anxi County, Fujian Province*

SHUI Wei1,2, CHEN Yiping1, SU Zheng’an3, FAN Shuisheng2**

(1. College of Environment and Resources, Fuzhou University / Fujian Provincial Key Laboratory of Remote Sensing of Soil Erosion and Disaster Protection, Fuzhou 350116, China; 2. Anxi College of Tea Science, Fujian Agriculture and Forestry University / Center for Tea Industry Development, Fujian Agriculture and Forestry University, Anxi 362400, China; 3. Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041, China)

Inpacewith sustainable growth of tea drinking habit prevalent in the world today, the scale of tea plantation which is traditional agriculture activity in China, has been rapidly expanding. Accordingly, a mainly market-driven factor is the economic benefit of tea, but the effect of planting tea on the eco-environment has been easily ignored. In this paper, the specialized tea planting region of Anxi County in Fujian Province was used as a case study to grade the specialization of tea planting among towns. A total of 5 levels of tea planting specialization (high, sub-high, middle, low and no tea planting) were graded with the integration of 3 indices (tea planting area, location quotient and coefficient of concentration) in the study. Based on emergy theory and method, emergy investment and output indices were calculated and 8 emergy evaluation indices were used to analyze agricultural ecosystems at different specialized levels of tea planting. The study showed that: (1) the operation of Anxi’s specialized tea planting agricultural ecosystem was given priority to renewable environmental resources. The environmental contribution ratio for different specialized levels of tea planting was 0.96–0.99 while the emergy investment ratio was only 0.01–0.04. (2) A positive correlation existed between the density of emergy yield and specialized levels of tea planting. Agricultural ecosystem productivity improved with increasing specialized level of tea planting. Then the density of emergy output of high specialization tea planting was 4.15E+11 sej·m-2, which was 1.32 times that of specialized level of no tea planting. (3) Specialized tea planting agricultural ecosystem had high production efficiency and economic benefit, with a positive correlation between emergy yield ratio and specialized level of tea planting. The emergy yield ratio of tea planting and high specialization was 1.29, which was 2.86 times that of specialized level of no tea planting. The environmental load ratio of each specialized level was 0.05, indicating that its environmental friendly nature. (4) Specialized tea planting reduced agricultural ecosystem stability and there was a negative correlation between system stability index and specialized level of tea planting. The system stability index of specialized level of no tea planting was 1.12, which was 1.56 times that of high specialization level. The corresponding countermeasures and suggestions based on the results were therefore as follows: (1) there was the need for compound ecological tea garden construction to focus on improving the biodiversity and stability of tea planting agricultural ecosystems with increasing specialization. (2) It was necessary to pay more attention on the management and technical aspects of agricultural production for well-coordinated and sustainable development of tea productivity capacity in the study area.

Tea; Specialized planting level; Agricultural ecosystem; Emergy; Anxi County

10.13930/j.cnki.cjea.160206

S181

A

1671-3990(2016)12-1703-11

2016-03-02 接受日期: 2016-04-05

* 国家社会科学基金项目(12CJL063)资助

**通讯作者:范水生, 主要从事生态农业、休闲农业研究。E-mail: nt666@126.com 税伟, 主要从事土地利用/覆被变化与生态环境效应、生态农业、遥感与地理信息技术应用研究。E-mail: shuiwei@fzu.edu.cn

* The study was supported by the National Social Science Foundation of China (12CJL063).

**Corresponding author, E-mail: nt666@126.com

Received Mar. 2, 2016; accepted Apr. 5, 2016