基于能值分析京郊蔬菜不同生产经营方式的生态经济可持续性评价

赵琳琪 陈源泉

(中国农业大学 农学院，北京 100193)

推进农业绿色高质量发展是我国农业可持续发展的重要方向。我国的蔬菜产量和播种面积均位居世界第一，年播种面积在2×107hm2以上[1]。北京市每天蔬菜需求量达1×107kg[2]，蔬菜生产是北京市重要的农业产业。目前，蔬菜生产方式主要有常规种植和有机种植，经营主体主要包含农户和企业经营管理。研究分析不同生产方式与经营管理的生态经济可持续性对于区域农业绿色可持续发展具有重要意义[3]。

关于蔬菜生产的可持续发展研究，已有研究主要从土壤重金属、土壤质量、气体排放等角度研究蔬菜对人体的健康风险[4-9]；也有应用能值、生命周期评价等生态经济学方法对比蔬菜的有机种植与传统种植模式的系统可持续性[10-12]。针对蔬菜生产的经济效益，已有研究主要从成本—效益角度进行研究分析[13-14]。对于农业生产的可持续性评价需要综合考虑生态与经济的协调性，因此，本研究拟采用能值分析与经济分析方法，从生态经济学角度对京郊大棚蔬菜3种生产经营方式的可持续性进行综合评价，以期为京郊蔬菜产业的可持续发展提供一定参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

本研究选取京郊农户常规种植、企业常规种植和企业有机种植3种生产经营模式作为研究对象。3种模式均为蔬菜大棚生产，温室大棚种植面积均为0.04 hm2，本研究的投入、产出数据来源于2019年3—7月实地调研，3种生产经营模式具体情况见表1。

表1 京郊3种蔬菜生产经营模式Table 1 Three patterns of vegetable production and management in Beijing suburbs

注：①企业有机种植模式中，若消费者预存4 000元，则所有蔬菜统一定价为28元/kg；若消费者预存8 000元，所有蔬菜统一定价为26元/kg。

Note: ① In enterprise with organic management, if the consumer deposits 4 000 yuan in advance, all vegetables will be uniformly priced at 28 yuan/kg. If 8 000 yuan, the consumer deposits all vegetables are uniformly priced at 26 yuan/kg.

1.2 研究方法

1.2.1能值分析

在生态经济可持续评价方面，本研究采用Odum[15]提出的能值方法进行生态经济评价。通过绘制出蔬菜大棚种植的系统能流图(图1)，从总体上反映本研究蔬菜大棚系统能流特征及其内部动态变化。将生产蔬菜的原始投入数据进行单位转换，能量单位、质量单位和价格单位分别转换为J、g和美元。通过能值转换率(Unit emergy value，UEV)将所有的原始投入数据统一转化为太阳能值。根据系统的原始投入能量来源，将其划分为环境资源和经济系统资源，其中环境资源(E)包括可更新环境资源(Re)和不可更新环境资源，经济系统资源包括购入资源能值(P)、服务性能值(S)。系统产出能值等于全部能值投入(Y)。在计算各部分投入能值加和时，利用可更新比例系数(Renewability factor，RNF)分别计算资源的可更新投入(R)与不可更新资源投入(N)，可更新比例系数来自文献[16]—[18]的研究。本研究采用最新能值基准，即12.0×1024sej/年。UEV来源于能值EmCF数据库(http:∥cep.ees.ufl.edu)。美元与人民币的换算采用2018年均美元汇率，1美元=6.62元(国家统计局)。本研究主要核算指标包括：能值自给率 (ESR)、净能值产出率(EYR)、能值投资率(EIR)、环境负载率(ELR)、可持续发展指数(ESI)(表2)。

图1 京郊大棚蔬菜生产系统能值流程图
Fig.1 Emergy flow chart of greenhouse vegetable production system in Beijing suburbs

表2 主要能值指标的计算公式及其内涵
Table 2 Calculation formula and description of main emergy indices

能值指标Emergy index计算公式Expression内涵Description能值自给率(ESR)Emergy support ratioESR=E/Y反映其自给自足能力大小。ESR越高,则系统自给自足能力越强,对内部资源开发程度越高。净能值产出率(EYR)Net emergy yield ratioEYR=Y/P衡量系统产出对经济贡献大小与生产效率。EYR越高,表明产出能值越高,生产效率、竞争力及其经济效益越高。能值投资率(EIR)Emergy investment ratioEIR=P/E衡量经济发展程度和环境负载程度指标。EIR越高,表明系统经济发展程度越高,对环境的依赖越小。环境负载率(ELR)Environment load ratioELR=N/R评价系统的环境压力,及不可更新资源投入和使用,对环境造成的压力。ELR越高,自然环境系统压力越大。可持续发展指数(ESI)Emergy sustainable indexESI=EYR/ELR衡量系统的协调性与可持续性指标。ESI<1为发达国家,1

注：Y为总能值投入；E为自然环境资源能值投入；R为可更新能值投入；N为不可更新能值投入；P为购入资源投入。

Note:Yis total emergy input;Eis environment input;Ris renewable emergy input;Nis nonrenewable emergy input;Pis purchased materials input.

1.2.2经济理论

在经济效益方面，本研究主要考虑了大棚租金、人工、化肥、有机肥、机械、农膜、设备采购及维修等支出成本以及蔬菜的年产出。由于3种模式的蔬菜种植种类不同，本研究统一以单位土地面积的产出进行经济效益核算。各生产经营方式单位面积产出为：

Pi=Ii-Ci

(1)

(2)

(3)

各生产经营方式单位面积的投入成本为：

(4)

式中：P为年利润, 元/hm2；I为年收入, 元/hm2；C为年成本, 元/hm2；Q为2018年整个系统范围内的产量, kg；S为系统范围内的面积，hm2；l为蔬菜单价, 元/kg；k为市场销量, kg；n为蔬菜种类；i为3种种植模式即农户常规种植、企业常规种植和企业有机种植；j为生产投入主要包含租金、种子、生物制剂、农药、人工、水电费、有机肥、化肥、农机、农膜、维修。

2 结果分析

2.1 能值分析

2.1.1能值投入分析

本研究利用能值理论能值转换率(UEV)将环境资源与经济社会购入资源的各投入量统一转化为太阳能值(表3)，以计算结果为根据，计算各类相关能值投入，结果见表4。

企业有机种植模式的总能值投入为6.81×1016sej/hm2，小于农户常规种植模式的1.19×1017sej/hm2、企业常规种植模式的8.53×1016sej/hm2。企业有机种植模式的可更新能值投入和不可更新能值投入分别占到31.89%和68.11%，可知该生产系统目前主要依靠不可更新资源。企业常规种植模式的可更新资源投入占比为13.72%，在3种模式中最小；农户常规种植模式的总能值投入大于企业有机种植模式，所以每公顷可更新资源投入的能值也较大；企业有机种植模式的经济系统资源投入占97.79%，在3种生产模式中最大，企业有机种植模式环境资源能值投入占比为2.21%，在3种模式中占比最小，因此企业有机种植模式的生产主要通过大量经济系统资源驱动；企业有机种植模式的可更新环境资源的能值投入为1.19×1015sej/hm2，占总能值投入的1.75%，超过不可更新的自然资源使用量，表明企业有机种植模式系统对不可更新自然资源压力较小。

在购入资源能值投入中(图2)，企业有机种植模式的能值投入最大。其中，电力主要用于冬季温室大棚内的取暖、地下水浇灌和草栅电机的收放等，企业有机种植模式电力能值投入占总能值投入的30.59%，接近购入资源能值投入的1/3，大于农户常规种植模式电力能值投入的10.97%。在大棚的温室环境下，能够保证蔬菜生长所需温、湿度、采光等环境条件。企业有机种植模式的建设费能值投入占比为25.44%、砖的能值为11.24%，主要为大棚的前期投入折算，2者之和占购入资源能值投入近40.00%。农户常规种植模式的砖能值投入占比6.44%与企业常规种植模式的砖能值投入8.96%均小于企业有机种植模式；农户常规种植模式的建设费主要是租金，能值投入占17.95%同样小于企业有机种植模式。表明大棚种植的经济资源消耗主要来源于大棚的建设与维护，并且企业有机种植的建设投入最大。企业常规种植模式的有机肥投入能值占比30.58%，而企业有机种植模式除了使用有机肥料外，还使用了牛粪等粪肥，有机肥能值投入占比2.36%远小于企业常规种植，表明企业有机种植模式下对有机肥料的使用较少，多使用牛粪堆肥。此外，3种模式对比，企业生产模式还使用了生物制剂，在购入资源能值投入中占较大投入，且企业的有机种植生物制剂投入能值占比7.90%大于企业常规种植的7.26%。

企业有机种植模式的服务性能值，主要来源于种植与采摘等过程的人工投入，能值为3.88×1015sej/hm2，占总能值投入的5.69%，比例较低，表明企业有机种植模式的人工投入产出效率较高。而在农户常规种植和企业常规种植模式的投入中，服务性能值投入占主要部分，农户常规种植人工投入占比46.95%，农户生产是自营，冬季生产叶菜，繁忙时期，有时工作超过20 h/d，1年平均投入13 h/d，企业常规种植的人工能值投入占比为32.08%，企业常规种植是规模生产，每人负责1～2栋大棚，因此人力投入均较大。

表4 京郊3种蔬菜生产经营模式能值投入结构分析
Table 4 Emergy inputs structure analysis for three patterns of vegetables production and management in Beijing suburbs

投入指标Input index农户常规种植Farmers with conventionalmanagement企业常规种植Enterprise with conventionalmanagement企业有机种植Enterprise with organicmanagement能值/1016sejEmergy比例/%Ratio能值/1016sejEmergy比例/%Ratio能值/1016sejEmergy比例/%Ratio全部能值投入(Y)Total emergy input11.90100.008.53100.006.81100.00可更新能值投入(R)Renewable emergy input2.4921.011.1713.722.1731.89不可更新能值投入(N)Nonrenewable emergy input9.3778.997.3686.284.6468.11购入资源能值投入(P)Purchased materials input11.2094.836.9681.576.6697.79服务性能值投入(S)Service inputs5.5746.952.7432.080.395.69环境资源能值投入(E)Environment input0.615.170.607.030.152.21可更新环境资源能值投入(Re)Renewable environment input0.282.410.293.360.121.75

A，电；B，建设费；C，砖；D，生物制剂；E，人力；F，牛粪；G，维修费；H，钢铁；I，有机肥；J，设备费；K，棚膜；L，机械；M，地膜；N，混凝土；O，种子；P，N肥；Q，猪粪；R，P肥；S，K肥；T，柴油。 A is electricity; B is building investment; C is brick; D is biology reagent; E is labor; F is cow dung; G is repair; H is steel; I is organic fertilizer; J is equipment; K is greenhouse film; L is machine; M is ground film; N is cement; O is seeds; P is N fertilizer; Q is pig manure; R is phosphate fertilizer; S is potassium fertilizer; T is diesel oil.
图2 京郊3种蔬菜生产经营模式的购入资源能值投入分布
Fig.2 Purchased emergy analysis for three patterns of vegetables production and management in Beijing suburbs

2.1.2能值综合指标分析

通过5个综合评价指标的计算结果(表5)可以看出：

1) 能值自给率(ESR)，企业有机种植模式的能值自给率为0.02，农户常规种植为0.05与企业常规种植模式0.07，3种模式的能值自给率都比较低，说明京郊蔬菜大棚生产的自然资源开发、利用程度较低，系统主要从生产系统外导入能源，表明当下生产模式对系统内部资源依赖程度较低。

2)净能值产出率(EYR)，企业有机种植模式系统的净能值产出率为1.02，表明本地资源的利用效率不高，系统生产主要依赖购入经济资源驱动。其净能值产出率低于农户的1.05与企业常规种植模式的1.23，表明企业有机种植模式的单位产出能值小于其他2种模式，这也是有机蔬菜大棚生产比一般蔬菜大棚产量低的主要表现。

3)能值投资率(EIR)，企业有机种植模式系统的能值投资率为44.20，是农户常规种植18.33的2.41倍，是企业常规种植模式生产11.60的3.81倍，表明企业有机种植模式系统的经济开发程度较高，系统承受的环境压力较小。

4)环境负载率(ELR)，企业有机种植模式生产的环境负载率为2.14，小于农户常规种植的3.76，企业常规种植模式生产的6.29，说明此种植方式对自然环境的破坏性较低，对环境影响较小，企业常规种植模式的环境负载率最大，对环境的影响最大。3种模式生产所需的主要购买资源多为不可更新资源，且地下水资源的消耗及表层土的损失都会给环境造成一定的压力。

5)可持续发展指数(ESI)，企业有机种植模式系统的可持续发展指数为0.48，高于农户常规种植的0.28与企业常规种植模式的0.19，说明该系统在3种模式下的可持续发展程度相对较好。3者的可持续发展指数均小于1，主要在于大棚设施前期投入较多，如建设费、租金等；企业有机种植模式可通过消费者预存蔬菜消费金额，较快的进行资金周转，支持有机蔬菜生产。

表5 京郊3种蔬菜生产经营模式能值指标Table 5 Emergy indices for three patterns of vegetables production and management in Beijing suburbs

注：FC为农户常规种植；EC为企业常规种植；EO为企业有机种植，EO/FC为企业有机种植的各指标值与农户常规种植各指标值的比值；EO/EC为企业有机种植的各指标值与企业常规种植各指标值的比值。

Note: FC is farmers with conventional management; EC is enterprise with conventional management; EO is enterprise with organic management; EO/FC is the ratio of the value of each indicator of enterprise with organic management to the value of each indicator of farmers with conventional management; EO/EC is the ratio of the value of each indicator of enterprise with organic management to the value of each indicator of enterprise with conventional management.

2.2 经济分析

企业有机种植的年利润为1.45×106元/hm2(表6)，远高于农户常规种植的3.34×105元/hm2，而企业常规种植的收入低于成本，年利润为负；企业有机种植年收入最高为2.09×106元/hm2，大于企业常规种植的3.00×105元/hm2与农户常规种植的4.29×105元/hm2，说明企业有机种植模式的经济效益最高；成本投入方面，企业有机种植的年成本最高为6.45×105元/hm2，同样为企业，常规种植模式下生产成本为3.37×105元/hm2，农户常规种植的生产成本最小为9.52×104元/hm2，表明企业有机种植模式的经济投入最多；单位产出方面，农户常规种植模式的年产量最高，为3.80×105kg/hm2，企业常规种植产量为6.10×104kg/hm2，因为不使用化肥、农药，企业有机种植的产量最小为2.88×104kg/hm2，低于其他2种模式，而收入高、利润高，证明有机生产的单价高于其他2种模式，这符合有机生产高价格、高投入、低产出、高利润的特点。因此，综合来看，企业有机种植的经济可持续性最好。

表6 京郊3种蔬菜生产经营模式的经济效益对比指标Table 6 Cost and benefit for three patterns of vegetables production and management in Beijing suburbs

3 讨 论

在生态方面，本研究运用能值评价京郊蔬菜3种生产经营方式的生产效率。3种模式的可持续发展指数(ESI)均小于1，表明京郊蔬菜整体可持续发展仍有较大的提升空间。企业有机种植不使用任何已知有毒的化学合成农药或化肥，通过良好的人工田间管理，最大程度减少病虫害发生的机率，定期对土壤和蔬菜进行抽样检测，透明生产记录和检测结果，供消费者选择判断。企业有机种植模式的可持续发展指数最高为0.48，企业有机种植能值年总投入最低为6.81×1016sej/hm2，相对于农户常规种植与企业常规种植具有更高的可持续性，农户常规种植过程中使用了大量的化肥、农药，加之缺少有效的生产技术指导，对环境的影响较大[19]。企业常规种植的规模大，缺乏有效管理，生产过程的投入较多，造成大量浪费，对环境的影响大于企业有机生产模式。企业有机种植过程采用低碳、有机模式，追求可持续生产，对环境的压力较小。因此，在能值方面，京郊蔬菜的可持续发展潜力较大，且3种经营生产模式中，企业有机种植模式最优。

在经济方面，农户常规种植的年产量最高为3.80×105kg/hm2，而其年收入4.29×105元/hm2与年利润3.34×105元/hm2均低于企业有机种植模式，这与已有研究结果基本一致[20-21]。京郊小农户的无公害蔬菜生产具有良好的市场和需求优势，但存在着销路单一、成本上涨、技术落后和市场竞争的困境[22]。将京郊蔬菜的流通效率与国外的蔬菜作对比，也可发现，在蔬菜流通的各环节利益分配中，农户的利益最低[23]。本研究中，农户常规种植以自主为特点，生产过程缺少专业的生产指导，使用较多农药与化肥，生产成本高；另外，农户生产规模有限，无法形成规模效益，这也是农户收益较低的原因之一。而企业常规种植具有一定的规模效益，但其生产的核心目标是利益最大化[24-25]，追求高质量、高收入的同时，有效管理跟不上，如蔬菜一旦出现病害有可能全部拔除，重新种植，造成了大量浪费与巨大损失。有机生产的理念是绿色、低碳，全程不使用农药、化肥[26]，企业有机种植模式中，消费者预存金额，所有蔬菜根据预存金额等级统一定价，解决了有机生产投入高、资金回流慢等主要问题。3种模式中，企业有机种植的年收入最高为2.09×106元/hm2，年利润最高为1.45×106元/hm2，实现了收益高，产生废弃物少，资源循环利用的多重效益；达到企业盈利，消费者吃到放心菜的双赢效果，是当前生产条件下的最优方式。因此，在经济方面，3种生产经营方式中，企业有机种植模式的经济可持续性最高。

综合生态能值分析与经济分析结果，京郊蔬菜3种生产经营模式中，企业有机种植模式的生态可持续性最好；经济收入最高，利润最大，经济可持续性最高，更适合在蔬菜产业中推广。