河北省农业生态经济系统能值分析

周淑梅+王倩

摘要 本文以河北省为研究区域，应用能值理论分析河北省2012年农业生态经济系统投入、产出，并计算能值综合指标，评价农业生态经济系统可持续发展状况。结果表明，研究期间河北省总能值投入为5.70×1022 sej，其中以不可更新环境资源占比最大（52%），其次为不可更新工业辅助能（34%）；总能值产出为5.60×1022 sej；能值可持续发展指数为0.38，系统可持续发展状况较差。

关键词 能值分析；农业生态经济系统；可持续发展；河北省

中图分类号 F323.2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）10-0267-02

Abstract In this paper，taking Hebei Province as the study area，emergy theory was applied to analyze input and output of the agricultural eco-economic system，and emergy analysis comprehensive indexes were calculated to evaluate sustainable development situation of the system in the year 2012. The results showed that the total emergy input was 5.70×1022 sej，of which the unrenewable environmental resources accounted for the greatest proportion（52%），and unrenewable industrial emergy for the second（34%）.The total emergy output of the system was 5.60×1022 sej.The emergy sustainable development index was calculated as 0.38，showing that the sustainability of the agricultural eco-eonomic system in Hebei province was poor.

Key words emergy analysis；agricultural eco-economic system；sustainable development；Hebei Province

農业生产过程中自然环境系统与社会经济系统联系紧密，形成一个有机整体即农业生态经济系统。研究农业生态经济系统投入产出结构，量化和评价农业生态经济系统发展的可持续性成为科学研究热点之一[1]，为洞悉农业生态经济系统发展态势、实现高效高质的可持续农业生产提供参考[2]。

20世纪80年代末，著名生态学家Odum首次提出了能值（Emergy）理论。能值理论通过将社会经济、自然各个亚系统中的信息、货币、能物用能值统一起来，定量分析自然和人类社会经济的真实价值，为生态学研究领域开辟了一种全新的定量分析方法。能值理论自建立以来，在世界范围内得到了广泛的应用。华南农业大学蓝盛芳等[3-4]首次对能值理论进行了系统阐述，并结合实例详细说明农业生态系统能值分析的具体步骤及指标体系的构建，为后续我国学者进行能值理论应用性研究提供了非常有价值的参考。河北省地处京畿重地，作为农业大省，其农业生产不仅提供农产品等服务，同时也为京津地区提供重要的生态安全保障。本文拟通过分析河北省农业生态经济系统投入产出，计算能值综合指标，评价河北省农业生态经济系统可持续发展态势，为河北省农业资源可持续利用、调整农业种植结构提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

河北省（113°27′～119°50′E，36°05′～42°40′N）地处中纬度地区大陆东岸，地势西北高、东南低，辖区面积18.9万km2。位于温带—暖温带、半湿润—半干旱大陆性季风型气候区，年均气温南北差异较大，北部高原地区年均气温低于4 ℃，南部平原地区年均气温14 ℃。土壤类型复杂多样，主要有栗钙土、棕壤、褐土、潮土、内陆及滨海盐土等。年降雨量350～770 mm，时空分布极不均匀，且多集中在夏季[5]。20世纪70年代以来，伴随农业灌溉及工业的发展，引发了地下水位下降等一系列环境问题，严重影响了河北省农业生态经济系统的协调发展。近年来，河北省农业发展虽有较大进步，但仍面临农业基础设施薄弱和生产资源短缺的双重压力[6]。

1.2 能值理论

能值的本质是能量，无论是什么能量，都来源于太阳能。能值定义为自然资源、经济产品或劳务形成所需的直接和间接投入的另一种有效能总量。一般以“太阳能值”为基准，单位能量（物质）所含太阳能的量即为该能量（物质）的能值转换率[7]，单位为太阳能焦耳（Solar emioules，简写sej）。应用式（1）可以计算某一种能量或物质的能值。

能值（sej）=能值转换率（sej/unit）×能量（物质质量）（1）

本文农业生态经济系统投入产出各物质、能源采用的能值转换率具体参照文献[4]、[7]和[8]。

1.3 分析框架

首先收集河北省2012年农业生态经济系统投入产出数据，应用相应能值转换率计算河北省农业生态经济系统投入产出能值流及各项能值指标。分析步骤：①绘制河北省农业生态经济系统能值图。能值图运用Odum能量系统符号语言即能值符号图例进行绘制。能值图反映农业生态经济系统中，自然环境与人类社会经济主要成分的相互关系及主要生态流方向。河北省农业生态经济系统能值图见图1。②结合收集的各物质能源投入产出原始数据，采用式（1）计算河北省农业生态经济系统投入产出能值，建立能值分析表。③计算各项能值指标，评价河北省农业生态经济系统可持续发展状况。农业生态经济系统投入能值包括可更新环境资源能值（太阳能、雨水化学能和雨水势能）、不可更新环境资源能值（灌溉用地下水和表土层损失）、可更新有机辅助能值（农村劳动力和种子）和不可更新工业辅助能值（电力、农药、农业机械、化肥和塑料薄膜），农业生态经济系统产出主要指农产品（粮食、蔬菜、水果、糖料、油料和棉花）。

2 结果与分析

2.1 农业生态经济系统投入与产出

根据河北省2012年农业投入产出数据，计算农业生态经济系统投入产出能值（表1）。太阳能、雨水化学能和雨水势能均来自太阳辐射能，为避免重复取三者中的最大项作为可更新环境资源能值投入。限于现有数据，考虑河北省当前灌溉设施投入状况，本文灌溉设施投入能值取农业机械动力能值投入的20%[8]。经计算，河北省农业生态经济系统投入总能值为5.70×1022 sej，其中环境资源总投入为3.39×1022 sej，主要为不可更新环境资源，占总环境资源投入的87.90%；总辅助能投入為2.31×1022 sej，主要为不可更新工业辅助能，占总辅助能值投入的84.41%；不可更新环境资源投入是不可更新工业辅助能投入的1.53倍。说明河北省农业生态经济系统能值投入主要为不可更新能值，以不可更新环境资源消耗最多（灌溉用地下水和表土层损失）。因此，河北省农业生产需要提高降水、有机肥等可更新环境资源的利用率，减少或代替地下水、化肥等不可更新资源的利用。

2.2 农业生态经济系统能值指标分析

本文采用的能值指标包括能值自给率、能值投资率、净能值产出率、环境负载率和可持续发展指数，用于定量分析河北省农业生态经济系统可持续发展状况。各指标表达式及指标值计算结果见表2。能值自给率能反映系统环境资源自给自足的程度，而能值投资率可衡量系统对经济投入的依赖程度。由表2可知，农业生态经济系统能值自给率为0.60，能值投资率为0.68，表明农业生态经济系统环境资源对系统产出能值贡献为60%，即系统对自然环境资源的依赖程度偏高。环境负载率反映系统对自然环境的压力程度，具有环境预警作用。本文计算系统环境负载率为6.39，高于2005年江苏省环境负载率（2.83），与2003年山东省环境负载率（6.54）基本持平，与2005年河北省环境负载率（5.72）相比[9]有升高趋势，表明河北省农业生态经济系统对环境的压力加大。能值产出率表示系统获得能值投入的可持续性，Odum认为能值产出率合理取值为1～6，若取值小于1，则系统能值不会增加。河北省2012年农业生态经济系统能值产出率为2.43，属中等偏下水平，表明农业生态经济系统具有一定持续性。

最能表征生态经济系统可持续发展能力的指标即为可持续发展指数。Ulgiati和Brown认为可持续发展指数小于1说明系统为典型的消费型生态系统[10]，区域内不可更新资源的利用程度较高，对环境压力较大。表2中计算的可持续发展指数为0.38，远小于1，说明河北省农业生态经济系统依赖于大量资源的消耗，为严重的消费型生态经济系统，可持续发展状况堪忧。

3 结论

结果表明，2012年河北省农业生态经济系统投入中不可更新环境资源（主要为灌溉用地下水）所占比重最高，其次为不可更新工业辅助能，说明河北省农业生态经济系统高度依赖灌溉用地下水及经济投入等不可更新资源。农业生态经济系统可持续发展指数为0.38，为典型的消费型生态经济系统，环境承受压力较为严重。因此，迫切需要探索出一条高产、高效、低耗的农业发展之路，实现河北省农业生态经济系统健康可持续发展。

4 参考文献

[1] MA Q F，HUANG X J，PENG B Z，et al.A positive study of the evaluation on the development of regional agricultural recycling ecnomy[J].Journal of Natural Resources，2005，20（6）：891-899.

[2] 王闰平，荣湘民.山西省农业生态经济系统能值分析[J].应用生态学报，2008，19（10）：2259-2264.

[3] 陆宏芳，蓝盛芳，李谋召，等.农业生态系统能值分析方法研究[J].韶关大学学报（自然科学版），2000，21（4）：74-78.

[4] 蓝盛芳，钦佩，陆宏芳.2002.生态经济系统能值分析[M].北京：化学工业出版社，2002：16.

[5] 杜博洋.河北省耕地系统能值分析[D].保定：河北农业大学，2008.

[6] 张梅申，岳增良.河北省农业可持续发展的科技重点领域研究[J].河北农业科学，2010，14（9）：145-148.

[7] ODUM H T.Environmental Accounting：Emergy and Environmental Dec-ision Making[M].New York：John Wiley&Sons，1996：843-850.

[8] 袁再健，谢栌乐，沈彦俊.河北省灌溉效益分摊系数时空变化与影响因素研究[J].陕西师范大学学报（自然科学版），2015，43（3）：93-97.

[9] 付晓，吴钢，尚文艳.辽宁省朝阳市农业生态经济系统能值分析[J].生态学杂志，2005，24（8）：902-906.

[10] ULGIATI S，BROWN M T.Monitoring patterns of sustainability in natural and man-made ecosystems[J].Ecological Modelling，1998，108（1-3）：23-36.