农业系统能值方法探析
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1研究方法及区域
1.1研究方法
能值理论及其分析方法是美国著名生态学家、系统能量分析先驱OdumHT教授于上世纪80年代创立的一种新的系统分析方法。它着重于分析系统的整体特征，从一个全新的角度来看待环境资源在生态系统（或者经济系统）中的作用，克服了传统能量分析方法中不同类别能量难以比较和加减的“能质”壁垒问题[1]。因此，能值理论及其分析方法已被广泛应用于农业[2-6]、工业[7]、自然保护区[9]等各生态或生态经济系统[1,10]的评价；以及国家[11-12]、区域[13-14]、城市[15-16]、县域[17]各空间尺度的系统可持续性分析。本研究以广东农业系统为对象，所用的原始数据主要来源于有关的官方统计年鉴资料[18-21]，部分数据（如有机肥和种子使用量、气象数据等）则来自广东省农业厅土肥总站、种子公司以及广东省气象局的资料。借助能量折算系数[22-26]和太阳能值转换率[1,3-4,14,27]将各种物质、能量换算成对应的能值量，再编制能值投入产出结构表。在此基础上，对系统各能值指标进行计算分析，并与其他国家或地区的相应系统[2,4-5,11,28]进行比较，作为制定资源环境和农业系统持续发展策略的依据。用于能值分析的指标很多，根据本研究的需要，选择了以下分析指标：净能值产出率（EYR）、能值投资率（EIR）、环境负载率（ELR）、Y*/Y的比值、能值/货币比率和可持续发展指数（ESI）作为对广东农业系统产生效率、经济发展程度、资源环境压力、货币的实际购买力和系统可持续性的评价指标。另外，此前国内的相关研究中，较少把农业保险和基础设施建设费包括在能值投入内，但2003年广东农业保险和基本建设投资分别达878和4988万元人民币[18]，不容忽略。另外，不同的系统都有其特异性，具体某一系统的生产效率与全球平均水平存在着不同程度的偏差。为了能定量地分析和评价具体某个复合系统（例如农业系统）的总体生产力水平与全球平均生产水平的关系。本研究以当前全球平均能值转换率（Tr）计算的农业系统产出总能值量（Y*）及其组成，并以Y*与系统产出的实际能值量（亦即系统能值总投入量Y＝T）的比值，作为评价的指标，即：Y*/Y＝Y*/TY*/Y的比值可用于量度系统的综合生产效率在全球平均水平中所处的地位。很明显，当Y*/Y小于1时，系统生产效率低于全球平均水平，其产品在国际贸易中将处于不利地位，反之，则处于有利地位。
1.2研究区域
广东省是位于中国大陆最南部的省份之一，全省陆地面积为17.98万km2，约占全国陆地面积的1.87%。属于东亚季风区，从北向南分别为中亚热带、南亚热带和热带气候，光、热和水资源丰富。年均日照时数1500～2300h，年太阳总辐射量在4200～5400MJ/m2之间，年均气温约为19℃～24℃，年均降雨量在1300～2500mm之间。广东省农业自从改革开发以来发展迅速，农业总产值从1978年的85.94亿元跃升到2003年的1908.66亿元；在2003年底，农林牧渔从业人员有1543.41万人。
2研究结果及分析
2.1广东省农业系统投入能值结构分析
广东省农业系统能值总流量为8.13E+22sej，其中可更新环境资源，不可更新环境资源，不可更新的工业辅助能值，可更新的有机能值分别占总能值流量的18.76%，1.11%，61.92%，18.21%(表1、表3和表4)；不可更新的工业辅助能值投入最大，可更新的能值投入（占总投入量的36.97%）居次。而广东省农业系统的年度表土层肥力损失约占总能值投入的1.11%。这反映了广东农业系统的产出不单纯依赖土壤的自然肥力，而主要与辅助能值的投入规模相关。辅助能投入主要为电力、化肥和农业机械投入。对化肥的高度依赖不利于农业生态环境保护，单位面积化肥使用量1370.85kg•hm-2，已接近世界上高用量国家，如新西兰709.5kg•hm-2（同为实物量）两倍的水平[29]。如何提高化肥等辅助能值的利用效率将是农业健康持续发展的一个重要课题。投入系统的可更新环境资源主要是雨水化学能（占可更新环境资源投入的99.99%）。其单位面积投入年际变化不大，为系统的可持续发展提供了稳定的支持。可更新的有机能值为1.48E+22sej，约占总可更新能值投入的49.25%，在该农业系统可持续发展中起重要作用。其中，主要的能值输入来自人力和畜力（共占所输入有机能值的44.57%），特别是人力（占42.14%）。而人力输入在总能值投入中占7.67%，机械能值输入占总能值投入的4.65%。从比较中，可见该农业系统以传统农业为主，处于向现代农业转变的过渡阶段：人力为主要动力来源，尚未摆脱传统农业模式。而有机肥投入在有机能值中只占6.75%。可见，自然投入的可更新流量稳定，提高系统可更新资源利用的方向应放到可更新有机能的反馈投入方面。目前广东在这方面还有不足，但人口众多，畜牧业发达，有机肥和农家肥的利用潜力巨大，建议应加大对农家肥的投入，提倡绿肥种植，以利于土壤有机质的保持，为农业持续发展提供物质基础。
2.2广东省农业系统能值产出
由依据国际平均生产力水平（即能值转换率）计算的系统产品能值组成可知，广东省农业系统总能值产出为7.81E+22，农林牧渔业产出能值依次为3.99E+22sej，1.83E+21sej，3.06E+22sej，5.80E+21sej，所占比例分别为51.09%，2.35%，39.13%，7.43%。分析可知，广东农业仍以传统作物种植为主，畜牧业居次，而林业和渔业则有待进一步发展。在农作物产出中，粮食（淀粉类）、糖油和果蔬产出能值分别占21.39%，41.91%，36.34%，反映广东省近年来的农业产业结构调整已取得显著成效（油料、蔬菜和水果产量比前一年依次增长7.3%、5.8%和2.8%[18]），逐渐向多元化种植转变。同时，从经济学供需角度考虑，这也反映了消费者对淀粉类粮食的需求减少，更多地向糖油、果蔬等产品消费转移，人民生活水平得到提高。而畜牧产品（肉类、禽蛋类）的产出比例较大（39.13%），表明了相同的消费趋势。相比之下，林业和渔业产出能值份额较小，有待改善。广东全省大陆海岸线长3368.1km，居全国第一位，全省海域总面积41.9万km2[21]，大陆架渔场广阔，加之珠三角地区水网交错，湿地资源丰富，丘陵地、小集水区底部多有积水，尤其适于基塘水产业的发展。加快渔业、水产业发展有利于巩固广东省蛋白质供应基地地位，改善消费者的食物结构，并且对出口创汇有重要意义。
3能值指标体系
3.1净能值产出率
广东省农业系统的净能值产出率为1.25（表5），远高于中国农业系统1998年的平均水平（0.27），略高于意大利（1.12）和日本（1.08）1989年的数值。这表明，由于广东省地处我国东南沿海，气候条件较优越，农业系统充分利用气候优势，增加复种指数，获得较高的资源利用率；与发达国家相比，广东省农业投入的购买能值较低，无偿利用的环境资源能值较高[5]。但与10年前（1993）的数据相比，变化不大，只略微上升了0.05。表明农业产出虽有所增长，但并未跳出粗放经营发展模式，生产的集约化程度还没有得到根本性的改善。进一步提高农业生产集约化程度是广东省农业未来发展的重要方向。
3.2能值投资率
广东省农业系统能值投资率为3.12，远低于意大利（8.52）和日本（14.03），也低于国内平均水平（4.93）和1993年（5.11）的水平，仅比1994年海南省农业系统略高（2.33）。由此可见，广东农业系统与发达国家相较，尚处于较低的发展水平，表明广东省农业系统每单位无偿环境资源的利用只相应投入了较少的购买能值。此外，“具有过高净能值产出率的产品在国际交换时处于不利地位”[13]。因为农产品购买者仅支付了人类劳动所付出的代价，而没有为环境资源所作的贡献支付费用。因此，广东省农产品应发展深加工，增加附加值，以避免初始产品出口带来的能值流失。
3.3环境负载率
广东省农业系统的环境负载率为1.70，远远低于发达国家（如意大利和日本）的数值，也比国内平均值（2.80）和海南省（2.44）低。表明广东农业系统对环境和资源的压力不大，有进一步开发利用的潜力，今后加大能值投入的方向是有机能值（有机肥还田和新科技的应用等），以提高系统生产效率。
3.4能值/货币比率
广东农业系统2003年的能值/货币比率为4.26E+12sej•$-1，与1995年中国农林牧渔业主要产品的能值/货币比率（8.67E+12sej•$-1）[12]和同期（1995年）的美国、德国、日本、意大利和荷兰等国比值（均在2.50E+12sej•$-1以下）[11]相比，表明广东农业系统的生产效率高于国内平均水平，但与发达国家仍有一定差距，尚待提高。由于广东省大面积的平原土地较少，多丘陵、湿地，农业机械化应用提高困难，建议提高环境资源利用效率，大力发展农产品加工业，增加农产品附加值。否则农产品（特别是初始产品）出口将造成农业系统的大量能值流失，在国际交易中处于不利地位。Y*与Y的比值（0.96）小于1，表明广东农业系统的生产效率低于全球平均水平，同时也从另一个方面证明了上述观点，即在国际贸易中处于不利地位。
4结论
（1）广东省农业系统的能值投资率、环境负载率和购买能值/总能值比例均低于发达国家对应的指标，而能值/货币比率和净能值产出率则较高。表明广东农业系统与发达国家相比，处于较低发展水平；总体能值投入水平偏低，可进一步加大能值投入。
（2）不可更新的工业辅助能值占系统总能值投入的61.92%。由于工业辅助能的不可更新性、有限性和对环境的压迫性，过量投入不利于农业系统的可持续发展。因此，我省农业系统增大能值投入的重点应放在可更新反馈资源的方面，例如充分利用生物质能等。
（3）依靠科技进步是推动和强化广东农业系统发展的必由之路。发达国家农业产值增长的90%依靠科技支撑，因科技属高能质的资源，具有高能值转换率，对提高能值产出的作用重大。为此，广东农业投入能值的重点在于加大科技的投入，提高劳动者的素质，促进科技在农业生产中的推广应用，以便更科学合理地利用农业自然环境资源的优势。