基于能值分析的黑土农业可持续发展探讨--以哈尔滨市呼兰区康金镇为例
2020-06-23
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国土与自然资源研究 2013 No.6 TERRITORY&NATURAL RESOURCES STUDY ・17・ 文章编号:1003—7853(2013)06—0017--04 能值emery)g是Odum等在系统生态、能量生态、生态经济 理论基础上研究创立的一个新的科学概念和度量标准,是指流 动或储存的能量所包含另一种类别能量的数量,是形成任何资 基金项目:国家自然科学基金项目(41371072);哈尔滨市科技创新人 才项目(2011RFXXN039)资助 基于能值分析的黑土农业 可持续发展探讨 ——以哈尔滨市呼兰区康金镇为例 源、产品、劳务、资讯直接或间接所需的某种能量的总量【l1。这一 概念克服了传统能量分析中不同类别和不同能质的能量难以 比较的问题,将生态经济系统内流动和储存的各种不同类别的 能量和物质转换为同一标准,进行定量分析研究,广泛应用于 不同尺度的生态经济系统分析、模拟及管理【 。农业生态系统 作为经济一自然一社会复合系统以一定的自然资源和环境条 件作为基本组成部分,并由人类所控制和管理,其内部各亚系 统间、以及其与外部经济、自然环境之间都存在错综复杂的能 郭传伟,雷佳,沙迪,张雪萍 (哈尔滨师范大学地理科学学院,哈尔滨150025;黑龙江省普通高等 学校地理环境遥感监测重点实验室哈尔滨师范大学,哈尔滨150025) 摘要:本文运用能值分析理论对以康金镇为代表的黑龙江省耕 作黑土生态系统进行研究。结果表明:2005年 ̄2009年康金镇 耕作黑土生态系统的总能值投入呈上升的趋势,工业辅助能值 占总能值投入的61.8%,其中,自然资源能值占总投入的 37.8%,可更新有机能的投入仅占总能值的1.6%。耕作生态系 统对于购买能值的依赖使得系统的环境压力增大。环境负载率 持续增长。黑龙江黑土耕作系统的净能值产出率低于全国平均 水平,并呈逐年下降的趋势。生态系统能值可持续发展指数 (ESI)为1.41,可持续发展潜力较大,也呈逐年下降的趋势。这 些能值指标表明,农业生态系统处于传统农业向现代农业的过 渡阶段,有待于进一步发展。 关键词:黑土;能值分析;可持续发展 中图分类号:F301 文献标识码:A Discussion on sustainable development of agriculture in black soil based on the emergy evaluation indices ——take Harbin Hulan District Kangiin town as a case GUO Chuan-wei et al (College of Geographical,Harbin Normal University, Harbin 150025,China) Abstract:This paper use the emergy evaluation indices theory to the research of the Kangjin town as the representative of the black soil of Heilongjiang Province ecological system.The results indieated that:there was all increasing trend in the total emer ̄ input from 2005 to 2009,among which,purchased supplemented energy accounted for 61.8%.of which mechanical power account- ed for a larger proportion.And the proportion of environmentla resources was 37.8%and that of renewable organic energy value were 1.6%.Depending on the purchased supplemental eneryg made the agroeeosystem withstand greater pressure on environ- ment,and the enviornmentla loading ratio kept growth.The net emeryg yield ratio was higher than national average,but showed a decreasing trend.The emeryg sustainability index(ESI)was 1.41, which indicated a greater potential for sustainable development on hte agroeeosystem in Kangjin town,and a declining trend of it laso.The variation of the indices was an obvious indicator for tlle transformation of agriculture in Kangjin town from tradiitonal to modem pattern and the development of agreeeosystems need to be further improved. Key words:Black soil;Emergy evaluation indiees; Sustainable development 量流、物质流、货币流和信息流。应用能值分析理论,综合分析 农业生态系统的能流、物流与价值流的数量动态以及它们相互 之间的数量关系,得出一系列反映生态与经济的能值综合指标 体系,定量分析资源环境与经济活动的真实价值以及它们之间 的关系,为进行农业生态系统可持续性评价提供了基础[21。 黑龙江省黑土区近年来受开垦过程中各种自然和人为因 素的影响,黑土侵蚀日趋严重,黑土有机质含量逐年下降,农业 可持续发展面临严峻的挑战。因此,黑土区农田生态系统的现 状和存在的问题成为了政府和科学家们关注的焦点。康金镇黑 土耕地174168亩,占全镇总面积的80%以上,是典型的黑土耕 作区。本文运用能值分析理论对该地区进行物质与能量的整合 研究,旨在分析自然资源与人类社会经济活动对黑土地的影 响,以及黑土资源的可持续利用状况。 1材料与方法 1.1研究区自然概况和实验设计 康金镇(46。12 E,126 48 N)位于黑龙江省中南部,温带 大陆性季风气候,年平均气温3.3℃,七月份气温最高,月平均 气温22.9℃,一月份最低,月平均气温一20 ̄C。年平均日照时数 2661.4小时,年无霜期144天。海拔151.6米,境内地势平坦, 东部有部分漫岗丘陵地。土壤以黑土为主,土质肥沃,适于农作 物生长。地下水位低,含量丰富,水质清澈,能够满足工农业用 水需求和居民生活用水。耕地174168亩,占全镇总面积的80% 以上,是典型的以农业生产为经济发展基础的地区,农业以种 植业和畜牧业为主。 1.2分析步骤 鉴于研究个案之间的差异性,能值分析的过程有所差别, 在参考前人研究的基础上,本文的研究包括以下步骤。 第一,确定所要研究的区域边界范围:根据当地种植业和 畜牧业是主要生产部门的实际情况,以镇行政边界范围内的广 大农田地区(不包括各种副业、林业和加工业)为研究区域。第 二,搜集数据:采用面上调查(镇政府等部f-j)和农户访问相结 合的方法,收集该系统2005—2009年物质能量投入和产出数 据。第三,能值指标计算:根据Odum提出的计算方法,计算投 入和产出各项能值及重要的能值指标体系(表1)。第四,综合 表1康金镇农业生态系统能值指标体系 能值指标Emergy evaluation indies 计算公式Expression 能值投资率(EIR)Emergy investment ratio (F+T)/(R+N) 净能值产出率(EYR)Net emergy yi Id artio Y/(F+T) 环境负载率(ELR)Environmental loading artio (N+F)/(R+T) 能值可持续指标(ESI)Emergy sustainability index EYR/IlLR R:可更新资源投(Renewable res0urces’inputting);N:不可更新资源 投入(Nonrenewable res0urces’inputitng);F:不可更新工业辅助投入 (Nonrenewable industrial support’inputting);T:可更新有机能投入 (Renewable organic energy’s inputting):Y:农业能值总产出(ToM out— put value of agricultural energy)。 ・18・ 郭传伟等基于能值分析的黑土农业可持续发展探讨——以哈尔滨市呼兰区康金镇为例 分析:根据计算所得数据对本地区农田生态系统可持续性进行 不能忽略。在康金镇农业生态系统的能值产出中,畜牧业所占 3,其中以牛肉和猪肉产出最多。种植业比重 定量分析评价,揭示系统的现存状况和演变趋势,提出对系统 比重占总产出的2/远低于畜牧业,以大豆、玉米等粮食作物为主。2005~2009年期 进行改进和完善的管理措施。 间,康金镇农业生态系统的能值产出从2005年的9.13×102 sej, 下降到2009年的5.59×1021sej,主要原因是畜牧业产值明显下 2.1 2005—2009年能值投入动态分析 92×1210s ̄下降到2009年的3.61×10 sej, 2005—2009年期间,康金镇农业生态系统的能值总投人中 滑,由2005年的6.8%。种植业的比重尽管近几年略有提升,由2005年 工业辅助能值所占比例最大(61.8%),其次为可更新自然资源 减少了47.1%升到2009年的35.4%,但整体比重较低,对能值总产 能值(36.2%),不可更新环境资源能值(1.6%),可再生有机能 的24. 所占比例最小,仅为0.4%。从能值投入动态来看,系统能值总 出量影响不大(表3)。3能值指标动态分析 投入呈现平稳上升的趋势。工业辅助能的投入逐年增加,五年 2.2结果与分析 增长1.3倍,并且其占总能值的比重逐年上升,由2005年的 2.3.1能值投资率 58.4%增加到2009年的64.2%,其中化肥占14.2%,农药占 能值投资率(EIR)是衡量一个系统一定条件下的竞争能力 31.4%,农机动力占到54.1%以上。可更新的环境资源能值投入 和经济发展程度,并可测知环境资源条件对经济活动的承受能 5.6】。康金镇农业生态系统的EIR近五年平均为 有明显的年际波动,主要受气候变化影响,所占总能值比例由 力重要指标【65,低于吉林省(5.69)、山东省(3.76)、江苏省(3.52)、广东省 2005年的39.4%下降到2009年的33.9%。不可更新环境资源 1.能值投人比较稳定,维持在7.13 X 10 sej。可更新有机能的投 (5.11)和甘肃省(2.08)【81,略高于2000年全国平均值1.49t 。这 入所占比重也变化不大,其中人力投入所占比重最大 说明康金镇农业生态系统的经济成分投入不足,农业经济发展 R (41.2%),近几年有增加趋势,可能与政府对农业大力扶持使 程度较低,环境对其影响较大。同其他地区相比,康金镇EI农产品成本投入较少,市场竞争力强,同 得农民工返乡种田有关;而有机肥的投入逐年下降,一方面是 低,购买能值投入低,因为农村农用牲畜饲养量减少,另一方面是农作物秸秆还田较 时对环境造成的压力不大,具有更多可开发利用的资源。从 少。在康金镇农田生态系统中,购买能值包括工业辅助能值和 2005年~2009年,康金镇EIR逐年增高。 3.2净能值产出率 有机能值,占能值总投入的62.2%左右,环境资源能值包括可 2.更新的和不可更新的环境资源能值占能值总投入的37.8%左 净能值产出率(EYR)为系统产出能值与经济反馈能值之 比,是评价经济能值利用效率和系统经济活动竞争能力的基本 右。环境资源能值的投入远远低于购买能值投入(表2)。 指标[3]。EYR越高,表明系统经济能值利用效率越高,农业生产 2.2 2005~2009年能值产出动态分析 农田生态系统的直接产出是以种植业为主,包括粮食作 活动的竞争力越强。康金镇EYR平均值为2.45,高于甘肃省 26)和广东省(1.2),低于山东省(5-31)、江苏省(4.17),与吉 物、经济作物和其它;畜牧产品作为农田生态系统的间接产出, (1.表2 2005年一2009年康金镇年农田生态系统能值输入量(sej) 注:(1)可更新环境资源是同样气候、地球物理作用引起的不同现象,只取其中能值投入量最大的雨水化学能, 避免能值的重复计算;(2)农用化学农药施用量是指本年度内实际用于农业生产的化学农药数量,包括杀虫 剂、杀菌剂、除草剂以及植物生长调节剂,各种化学农药都按照成品药数量统计,不能把稀释后的重量计算在 内,按照折纯量计算;(3)燃油以柴油为主,对汽油未作统计,忽略不计;(4)农膜包括地膜和大棚。 郭传伟等基于能值分析的黑土农业可持续发展探讨——以哈尔滨市呼兰区康金镇为例 表3 2005-2009康金镇年农业生态系统能值产 ̄(sej) ・19・ 林省(2.49)大体相当,较2000年全国平均水平(1.63)【4J高,说 0.4%,其原因在于一方面机械作业对畜力的需要减少,另一方 明康金镇农业生态系统整体功能较好,能值回报率较高,农产 面牲畜饲养量减少以及大量秸秆不能还田使有机肥减少,同时 品具有较强的市场竞争力。从2005年一2009年间,康金镇的净 大量化肥的使用替代了有机肥的使用(表2),这对系统的物质 能值产出率持续下降,但一直高于1。 循环和自我维持产生较大的不利影响。从整体上看,系统投入能 2.3.3环境承载力 值总量(4.61 x 10=。sej)小于系统产出能值总量(6.87 x 10= sej), 环境承载力(ELR)是用来表征一定的经济活动水平下环 但是投入与产出比呈逐年上升的趋势(表2,表3),农产品的竞 境系统所承受的压力,具备一定的环境预警作用[4】。ELR高,说 争优势逐渐下降。 明系统经济活动对环境造成的压力大【5】。康金镇ELR平均值为 同其他地区相比,康金镇农业生态系统的运行态势居于中 1.73,高于吉林省,低于其他几个省份和2000年全国平均值 等水平,环境负载不高,净能值产出率和系统的生产效率也居 (1.84)[7】。说明其所承受的环境压力不大,农业环境资源有较大 于中等水平,农业具有较强的可持续发展能力。但由于农药、化 的发展潜力。从2005年一2009年,其ELR一直增长呈增加的 肥的大量使用,环境负载逐年增加,可持续发展能力处于逐年 趋势。 下降的趋势。此外,当前还存在一定数量的粗放经营、凭经验种 2.3.4能值可持续发展指标 田的现象。不合理的耕作、灌溉和施肥方法是导致农业耕地质 基于能值分析的可持续发展指数(ESI)是对能值产出率 量下降的主要原因。 与环境负载率的相对比较,如果一个国家或地区的经济系统 整体看来,康金镇农业发展状况良好,在中国农业发展中 能值产出率高而环境负载率又相对较低,则它是可持续的,反 有较大优势。但其能值投入产出比则逐年上升,甚至在2008年 之是不可持续的[6】。但并不是该指数越大,可持续性越高。康金 农业能值产出小于其能值投入。环境负载率逐年提高,可持续 镇农业生态系统的ESI平均值为1.41,因此康金镇农业具有 发展能力下降,农业生态系统的竞争优势下降,亟待采取有效 较强的可持续发展能力和较大的发展潜力,但同时也发现,从 措施促进其进一步发展。 2005年~2009年能值可持续发展指标呈下降且2008年和 3.2康金镇农业生态系统发展对策 2009年ESI<I,说明在农业发展过程中对资源利用有所增加, 康金镇农业生态系统的可持续发展可以从以下几个方面 主要是黑土长时间开垦和不合理利用,以及化肥、农药和农用 考虑。 机械的使用导致环境负载率增长迅速。 3.2.1优化农业生态系统能值的投入结构,一方面减少农药、化 3结论与讨论 肥等不可更新工业辅助能的投入,避免能源枯竭和土地的退 3.1康金镇农业生态系统现状 化。另一方面增加可更新有机能的投入,建设有机农业和绿色 从能值投入产出的结果看,康金镇农业发展对系统的环境 农业,确保对环境资源的保护与合理开发,增加高能质投入所 资源依赖性较强,环境资源能值投入占总投人的37.8%(表 占的比例,缓解系统的内在环境资源压力,提高环境资源的使 1),因此农业经济发展程度较低,环境对其影响较大。工业辅助 用效率。 能值占61.8%,且逐年上升(表2),说明其正处于以传统农业 3.2.2增大科技能值投入,发展设施农业,节水农业,平衡施肥 为主,逐渐向现代农业转型的阶段。康金镇农业生态系统的系 技术等先进技术。充分开发自然资源,提高资源的利用效率。提 统不可再生环境资源(表土)投入较低,仅占1.6%(表2),黑土 高劳动力素质,培养和吸纳农业科技人员,促进科学技术在农 是肥力较高的耕作土壤,是农业生产的良好条件,而康金镇在 农业发展中对这一资源利用不充分。自然环境资源是农业生态 系统存在和发展的基础,农业经济的发展必须充分开发自然环 境资源,挖掘土地的生产力,以减少生产成本,提高经济效益。 业生产中的推广和应用。 3.2.3优化产出结构,调整种植结构,因地制宜的安排种植业和 畜牧业的比例。改变产业模式,加大对农产品深加工企业的引 进与设立,实现农产品的二次升值,提高高能质产品的输出比 此外,可更新有机能的投入较低,只占系统能值总投入的 例。 国土与自然资源研究 ・2O・ TERRIT0RY&NATURAL RESOURCES STUDY 2013 NO.6 总之,在康金镇的农业生态系统发展中,注意自然资源和 文章编号:1003—7853(2013)06—0020—03 经济辅助能源的高效利用,坚持规模化和集约化生产,提高对 农业产品的综合开发能力,有效利用流入系统内的物质财富, 最大限度促进区域内农业经济的可持续发展。 参考文献: 【l】蓝盛芳,钦佩,陆宏芳.生态经济系统能值分析【M】.北京:化学工业 出版社,2002 【2】Brown M T,Ulgiati S.Emergy-based indices and rs.itos to evaluate SUS— tainability:monitoring economies and technology toward environmentally 中国经济增长要素的实证分析 鹿罡 (北京航空航天大学,北京100191) sound innovation[J].Ecological Engineering.1997,9:51-69. 【3】胡小东,王龙昌,薛兰兰。邹聪明,张云兰.基于能值分析方法的中国 摘要:消费、投资、进出12被喻为拉动中国国民经济增长的三 西部地区农业生态系统可持续发展研究[J].西南大学学报(自然科学 版),2010,32(2):7-12. 【4】Ulglati S,Odum HT'Bastinaoni S.Emergy use environment loading and sustainability:An emergy analysis of Italy【J1.Ecological 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development trend in China. Key words:GDP;main factor;linear regression; rate of contribufion 消费、投资、进出121被喻为拉动中国经济增长的“三驾马 车”,在中国国民经济核算体系的支出法统计的中国GDP中都 有体现,GDP国民经济核算的核心指标也是衡量一个国家或 地区经济状况和发展水平的重要指标,它不但可反映一个国家 的经济表现,还可以反映一国的国力与财富。根据宏观经济学 原理可以知道,消费、投资、对外贸易对中国GDP都有很大的 影响,但是,对于不同的国家,消费、投资、进出口所占的比重 也不同【j1。 1变量选取和说明 对于1990~2010的国内生产总值,最终消费支出,资本形 成总额,进口以及出口变化情况,由图1可以看出,所有变量 总体都呈现出了增长的势头,只不过每年增长率有所变化, 2003年之前的增长率与2003年以后比较呈现比较缓慢的势 头,究其原因是因为在2003年中国加入WTO,使经济得到了 飞快地发展。 国内生产总值(GDP):指在一定时期内(一个季度或一 年),一个国家或地区的经济中所生产出的全部最终产品和劳 务的价值。 最终消费支出(FC):指常住单位在一定时期内对于货物 和服务的全部最终消费支出,也就是常住单位为满足物质、文 化和精神生活的需要,从本国经济领土和国外购买的货物和服