裴 雪，侯淑濤，謝英楠，米 蜜，郭思嬌

（東北農(nóng)業(yè)大學 資源與環(huán)境學院，哈爾濱150030）

能值（Energy）分析是美國著名生態(tài)學家Odum在能量系統(tǒng)分析基礎上于20世紀80年代創(chuàng)立的新理論和新方法，他把能值定義為產(chǎn)品或服務形成過程中直接和間接消耗的一種類型的能量的總和［1］。該方法不僅克服了傳統(tǒng)能量分析中不同類別不同性質(zhì)的能量難以比較和加減的問題，而且從全新角度分析資源環(huán)境在各個生態(tài)系統(tǒng)中的作用，為準確評價資源環(huán)境價值提供了科學依據(jù)［2］。

本文將能值理論和方法引入對哈爾濱農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的研究中，從生態(tài)環(huán)境角度定量分析可持續(xù)發(fā)展狀態(tài)下農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的各項能值指標，衡量人和環(huán)境對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的貢獻，為該區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)域、方法及數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

哈爾濱是黑龍江省省會，位于東經(jīng)125°42′—130°10′，北緯44°04′—46°40′，地處東北亞中心位置，是我國省轄市中面積最大、人口居第二位的特大城市。哈爾濱市轄8區(qū)10縣，土地總面積5.31萬hm2，其中耕地面積1.79萬hm2，占全市土地總面積的33.71%。全市總?cè)丝?91.6萬人，其中農(nóng)業(yè)人口514.6萬人，占全市總?cè)丝诘?1.9%。該地屬溫帶季風氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，年平均氣溫3.7℃，最高月平均氣溫21.6℃，最低月平均氣溫－18.4℃，冬季的哈爾濱有冰城之稱。全年日照時數(shù)2 450.3h，年太陽輻射總量在4.6×109～5.0×109J／m2之間，降水主要集中在6—9月，2009年全年降水量584.2mm。

1.2 能值分析及計算方法

本研究選取2000—2009年農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和能量數(shù)據(jù)指標，根據(jù)各種資源（物質(zhì)、能量）相應的能量折算系數(shù)和太陽能值轉(zhuǎn)換率，將不同類別能量（J）或物質(zhì)（g）轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一度量的能值單位（sej）。其中能量折算系數(shù)、太陽能值轉(zhuǎn)換率及能值分析與計算方法參考藍盛芳等［3］、駱世明等［4］的研究成果。

在此基礎上，根據(jù)研究需要對系統(tǒng)投入與產(chǎn)出和典型指標進行分析。從而對哈爾濱市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生效率、經(jīng)濟發(fā)展程度、資源環(huán)境壓力和系統(tǒng)可持續(xù)性進行評價，為區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略制定提供依據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)來源于2000—2009年哈爾濱市統(tǒng)計年鑒及通過實地考查和農(nóng)戶訪問的方法獲取的研究區(qū)自然、社會和經(jīng)濟發(fā)展等方面的基礎數(shù)據(jù)。

2 實證應用分析

2.1 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能值投入分析

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是一個社會、經(jīng)濟、資源和環(huán)境的綜合系統(tǒng)，能值的持續(xù)輸入是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的基礎條件［5－6］。根據(jù)能值理論的有關概念和研究方法，對哈爾濱市2000—2009年農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的投入產(chǎn)出狀況進行分析，具體計算結(jié)果見表1。表1表明，哈爾濱市2000—2009年農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能值投入呈緩慢上升趨勢，由2000年的1.03E＋22sej上升到2009年的1.49E＋22sej，增幅達44.51%，年均增長率4.45%。由于可更新的環(huán)境資源能值投入取決于氣候變化（日照時數(shù)長短、年降雨量、風速等），可更新資源能值的投入隨氣候變化在17.27%～20.99%區(qū)間波動。其中雨水化學能形成的能值量最大，占可更新環(huán)境資源投入的28.44%～33.90%。不可更新環(huán)境資源能值投入占總能值投入的比例呈現(xiàn)緩慢下降趨勢，由2000年的7.63%下降到2009年的6.02%。其中不可更新的工業(yè)輔助能值投入最大，占總投入量的54.26%～67.91%，呈緩慢上升趨勢，并從2006年起高于世界平均水平（62%），其中2008年工業(yè)輔助能投入比重最大。在工業(yè)輔助能值中，投入較大屬柴油和電力，二者共占工業(yè)輔助能值的57.57%～64.16%，其次是農(nóng)用機械，占12.70%～18.14%。有機能的投入呈下降趨勢，從2000年的9.80E＋19sej下降到2009年的8.23E＋19sej，更多被化肥所代替。在哈爾濱農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，購買能值占能值總投入的72.38%～75.97%，環(huán)境資源能值占能值總投入的24.03%～27.62%。購買能值投入遠遠大于環(huán)境資源能值的投入。

上述數(shù)據(jù)表明，隨著農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和科技的不斷進步，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中更注重機械化和自動化，機械能、電力、燃油的投入不斷提高。哈爾濱農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式已經(jīng)擺脫傳統(tǒng)的人力蓄力的老生產(chǎn)規(guī)模，正在走向科技化、專業(yè)化、自動化的先進生產(chǎn)模式。但在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中人們更注重工業(yè)輔助能的投入，社會經(jīng)濟購買能值輸入較高，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展過程中對外來資源的依賴性較大。在工業(yè)輔助能中，化肥、農(nóng)藥的長期投入會使土壤板結(jié)、營養(yǎng)元素失衡，肥力下降，水土流失增加，這是導致區(qū)域生態(tài)服務功能下降的因素之一。因此要適當控制工業(yè)輔助能的投入，使其發(fā)揮最大效率。

2.2 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能值產(chǎn)出分析

依據(jù)能值轉(zhuǎn)換率計算的系統(tǒng)產(chǎn)品能值組成（表1）可知：該區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)以種植業(yè)和畜牧業(yè)為主，漁業(yè)所占能值比例較小。種植業(yè)中以水稻、玉米、豆類為主，占種植能值的95%以上。牧業(yè)以肉類、奶類、禽蛋為主。研究時段內(nèi)，哈爾濱市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)總能值產(chǎn)出介于2.67E＋22～4.22E＋23sej，呈波動上升趨勢，農(nóng)牧漁業(yè)產(chǎn)出能值平均分別占40.86%，53.88%，5.26%，畜牧業(yè)能值比例已超過種植業(yè)。曾經(jīng)以種植業(yè)為主導的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有逐漸轉(zhuǎn)為以畜牧業(yè)為主導的趨勢，但目前二者所占比重差距不是很大。

表1 哈爾濱農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投入產(chǎn)出指標

哈爾濱市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值產(chǎn)出，一是與區(qū)域地勢平坦，農(nóng)業(yè)人口密集及農(nóng)業(yè)種植傳統(tǒng)有關；二是與區(qū)域長期形成的家庭養(yǎng)殖傳統(tǒng)及隨著人民生活水平提高，對肉、蛋、奶需求的增加有關；三是與經(jīng)濟利益驅(qū)動和政府政策的鼓勵與引導有明顯的關系［7－8］。

2.3 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值典型指標分析

通過以下能值典型指標（表2），從系統(tǒng)的生產(chǎn)效率、環(huán)境壓力、經(jīng)濟發(fā)展程度、可持續(xù)性角度對哈爾濱市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)進行分析。

表2 哈爾濱農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值典型指標

2.3.1 凈能值產(chǎn)出率（EYR，Energy Yield Ratio）EYR指標是衡量系統(tǒng)是否具有競爭力和系統(tǒng)產(chǎn)出對經(jīng)濟貢獻大小的指標。如果EYR小，說明該種資源的競爭力較弱，開發(fā)時產(chǎn)生的回報效益較低；反之，則競爭力較強，開發(fā)效益較高［9－10］。哈爾濱市農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的凈能值產(chǎn)出率為3.34～4.56，遠遠高于我國農(nóng)業(yè)系統(tǒng)1998年的平均水平（0.27），高于1989年日本（1.08）和意大利（1.12）數(shù)值，高于2004年福建（1.88）的數(shù)值［11－12］。表明哈爾濱市的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能夠獲得較高的資源利用率，運轉(zhuǎn)效率較高，能值轉(zhuǎn)化率高，能值回報率高，在同量的投入下，哈爾濱市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)可以獲得較多的能值產(chǎn)出。但高的凈能值產(chǎn)出率也表明對產(chǎn)品的深加工不足，產(chǎn)品附加值低，在市場中處于不利的競爭地位［13］。因此，哈爾濱農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)應注重發(fā)展農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)，促進農(nóng)產(chǎn)品的深加工，延伸農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，提高農(nóng)產(chǎn)品的附加值，推進產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營并形成規(guī)模優(yōu)勢，積極參與國內(nèi)外市場的競爭［14］。

2.3.2 能值自給率 能值自給率能夠反映在農(nóng)業(yè)投入中自然資源投入的比重。一個國家或地區(qū)的能值自給率越高，表明對自然資源的依賴程度越高，反之，則依賴程度較低，對工業(yè)投入依賴程度較高［9－10］。2000—2009年，哈爾濱農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能值自給率為0.24～0.27，低于海南（0.3），也低于意大利（1.05）和日本（0.65），可見哈爾濱市農(nóng)業(yè)的發(fā)展對自然環(huán)境的依賴程度較低，無償自然環(huán)境資源能值對農(nóng)業(yè)的發(fā)展所作的貢獻較低。哈爾濱農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的維持、持續(xù)性發(fā)展對社會經(jīng)濟系統(tǒng)投入的依賴程度較大，特別是對工業(yè)輔助能值（機械、電力、化肥等）和科技投入的需求在增加，從而忽略了自然環(huán)境對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的作用。

2.3.3 能 值 投 資 率 （EIR，Energy Investment Ratio） EIR指標是衡量開發(fā)單位資源需要的能值投入大小。如果依賴本地資源，則比率較小。當比其它競爭者無償從環(huán)境中獲取較多能量時，這一比值也會較低。但太低的能值投資率將不利于吸引域外資金，進而影響本地資源的開發(fā)［9－10］。當這一比值較大時，幾乎所有的投入都是有償?shù)?，價格上漲，系統(tǒng)的競爭力較低。EIR指數(shù)大小常受到政治或社會經(jīng)濟因素制約。哈爾濱市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投資率為2.62～3.16，低于國內(nèi)平均水平（4.93）［15－16］，更低于意大利（8.52）和日本（14.03）。但并不能說明哈爾濱市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的運行就主要依賴本地資源，因為計算能值自給率已表明哈爾濱的農(nóng)業(yè)對本地資源的依賴程度較小，更加注重社會經(jīng)濟系統(tǒng)的投入。所以EIR指標較大只能說明農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)比其他生態(tài)系統(tǒng)無償從環(huán)境中獲取了較多能量。

2.3.4 環(huán)境負載率（ELR，Environmental Loading Ratio） ELR用來表征一定的經(jīng)濟活動水平下環(huán)境系統(tǒng)所承受的壓力，具有一定的環(huán)境預警作用。ELR較大表明在經(jīng)濟系統(tǒng)中存在高強度的能值利用，同時對環(huán)境系統(tǒng)保持著較大壓力［9－10］。若系統(tǒng)長期處于較高的環(huán)境負載率，將產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的功能退化或喪失［17］。哈爾濱市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境負載率為3.76～4.79，低 于 發(fā) 達 國 家 日 本 （14.49）和 意 大 利（10.43），比國內(nèi)1998年的平均值（2.80）［18］和廣東2003年的值（1.70）高。表明哈爾濱市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)對環(huán)境壓力雖和發(fā)達國家相比還處于較低強度，但在國內(nèi)已處于較高水平，反映了哈爾濱市自然、社會、經(jīng)濟系統(tǒng)還不夠協(xié)調(diào)，農(nóng)業(yè)整體發(fā)展水平還不夠高，環(huán)境資源系統(tǒng)效益不高，應通過加快生態(tài)農(nóng)業(yè)建設和資源環(huán)境管理，提高資源的利用效率等方式進行改善。今后農(nóng)業(yè)發(fā)展要注意保持水土，加大有機肥還田和新科技的應用，以提高系統(tǒng)生產(chǎn)效率。

2.3.5 可持續(xù)發(fā)展指數(shù)（ESI，Energy Sustainability Index） 一個國家或地區(qū)的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值產(chǎn)出率高而環(huán)境負載率又相對較低，則它是可持續(xù)的；反之是不可持續(xù)的。ESI值在1和10之間表明系統(tǒng)富有活力和發(fā)展?jié)摿Γ?9］，ESI＞10則是生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)性不強；當ESI＜1時，為消費型經(jīng)濟系統(tǒng)。2000—2009年，哈爾濱市可持續(xù)發(fā)展能值指數(shù)在0.70～1.11上下震蕩。說明哈爾濱市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)為消費型經(jīng)濟系統(tǒng)，生產(chǎn)和管理過程的科技含量較低，需要購買的能值較大，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟具有一定的脆弱性，未來農(nóng)業(yè)經(jīng)濟系統(tǒng)對環(huán)境的壓力較大。近幾年哈爾濱市大量增加化肥施用量和施肥的不均衡性，加速了土壤有機質(zhì)的損耗，使農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的服務功能降低，也污染了農(nóng)田土壤環(huán)境。同時該市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉受來自境內(nèi)河流上游的污水、城鎮(zhèn)工業(yè)污水和城鎮(zhèn)生活廢水的影響，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)性發(fā)展面臨著人類需求和生態(tài)系統(tǒng)需求間的矛盾。

3 結(jié)論與建議

（1）2000—2009年哈爾濱市農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)年總能值投入量呈逐漸上升趨勢，能值產(chǎn)出呈波動上升趨勢，工業(yè)輔助能投入最大。哈爾濱農(nóng)業(yè)由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)逐步向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展方向轉(zhuǎn)變，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平日益增強。可更新環(huán)境資源中雨水化學能形成的能值量最大。哈爾濱市屬于農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)，自然降水與松花江水的引入對區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)非常重要。研究期內(nèi)，畜牧業(yè)能值比例已超過種植業(yè)，漁業(yè)所占能值比例較小。

（2）從農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值相關指標分析來看，農(nóng)業(yè)系統(tǒng)對環(huán)境和資源的壓力較大，并過分依賴工業(yè)輔助能而忽視了自然環(huán)境的貢獻，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)對社會經(jīng)濟系統(tǒng)投入的依賴程度逐步增加?？沙掷m(xù)發(fā)展能力有所降低，應該注意農(nóng)業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性，在增加系統(tǒng)經(jīng)濟效益的同時注意保護環(huán)境，提高生態(tài)效益。通過農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，改進生產(chǎn)管理模式，降低生產(chǎn)成本，提高系統(tǒng)生產(chǎn)效率，可進一步提高產(chǎn)品市場競爭力［20］。

基于以上研究和思考，提出哈爾濱市維持未來農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)良性發(fā)展的建議：① 轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式，變要素投入增長為效率提高增長，大力提高作物秸稈等有機肥的還田率，提高產(chǎn)品的品質(zhì)；② 調(diào)整工業(yè)輔助能投入，提高能值受益率；③ 發(fā)展節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)，加強生態(tài)建設；④ 處理好經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護之間的關系，增強農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的服務功能。

［1］ Lan S F，Odum H T.Emergy synthesis of the environmental resources basis and economy in China［J］.Ecological Science，1994，14（1）：63－74.

［2］ 張耀輝.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值分析方法［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2004，12（3）：181－183.

［3］ 藍盛芳，欽佩，陸宏芳.生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值分析［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2002.

［4］ 駱世明.農(nóng)業(yè)生態(tài)學［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2001.

［5］ 張耀輝，藍盛芳，陳飛鵬.海南省農(nóng)業(yè)能值分析［J］.農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，1999，15（1）：5－9.

［6］ 劉新茂，藍盛芳，陳飛鵬.廣東省種植業(yè)系統(tǒng)能值分析［J］.華南農(nóng)業(yè)大學學報，1999，20（4）：111－115.

［7］ 謝正宇，劉金博，張雪梅.艾比湖湖面變化對周緣農(nóng)牧生態(tài)系統(tǒng)功能影響［J］.干旱區(qū)地理，2009，32（2）：226－233.

［8］ 楊德剛，閻新華，李秀萍.干旱區(qū)典型綠洲農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能分析：以塔里木河中下游的尉犁縣為例［J］.干旱區(qū)地理，2003，26（4）：371－378.

［9］ 張耀輝，藍盛芳.海南省資源環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展的能值分析［J］.生態(tài)科學，1998，17（2）：121－122.

［10］ 劉薇.北京市1998—2008年生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值分析［J］.經(jīng)濟地理，2010，30（8）：1367－1371.

［11］ 劉志杰，陳克龍，趙志強，等.基于能值分析的區(qū)域循環(huán)經(jīng)濟研究：以柴達木盆地為例［J］.水土保持研究，2011，18（1）：141－145.

［12］ 李秀花，郭凱，師慶東.基于相圖法的新疆精河縣大農(nóng)業(yè)系統(tǒng)可持續(xù)性能值評價［J］.水土保持研究，2012，19（2）：121－125.

［13］ 張小平，何偉，方婷.湟水谷地農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的能值分析：以西寧市為例［J］.干旱區(qū)地理，2011，34（2）：344－354.

［14］ 尚清芳，張建明.綠洲農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值分析［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2010，24（11）：34－38.

［15］ 吳磊.湖南農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值分析［D］.長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學，2011.

［16］ 劉一美.大連市金州區(qū)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值分析［D］.遼寧大連：遼寧師范大學，2008.

［17］ 周建，齊安國，袁德義.湖南省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的能值分析［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2008，16（2）：488－494.

［18］ 梁春玲，谷勝利.南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)能值分析與區(qū)域發(fā)展［J］.水土保持研究，2012，19（2）：185－188.

［19］ 韓瑛，馮文勇.寧夏移民區(qū)種植業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能值分析：以紅寺堡移民開發(fā)區(qū)為例［J］.水土保持研究，2010，17（6）：263－266.

［20］ 郝仕龍，李春靜，李壁成.黃土丘陵溝壑區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務的物質(zhì)量及價值量評價［J］.水土保持研究，2010，17（5）：163－166.