魯莎莎，陳 妮，關興良，陳鸛筱

(1.北京林業(yè)大學經(jīng)濟管理學院,北京 100083;2.全國市長研修學院，北京 100029)

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基于GIS和能值分析的黑龍江省農業(yè)生態(tài)經(jīng)濟格局綜合評價

魯莎莎1①，陳 妮1，關興良2，陳鸛筱1

(1.北京林業(yè)大學經(jīng)濟管理學院,北京 100083;2.全國市長研修學院，北京 100029)

采用能值分析方法和GIS空間分析技術，基于黑龍江省77個縣(市、區(qū))的社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)，從時空動態(tài)視角評價了黑龍江省域及各縣域的農業(yè)生態(tài)經(jīng)濟格局及其綜合發(fā)展水平。結果表明，1996—2012年間，黑龍江省農業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的能值投入與產出均呈明顯的增長趨勢，林產品產出能值增長幅度較大。1996—2012年研究區(qū)的環(huán)境承受壓力增大，環(huán)境負載率由6.61增加到10.21，凈能值產出率由5.37減少到4.79，可持續(xù)發(fā)展指數(shù)由7.47下降到5.43，說明該系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展性能正在逐年弱化。在空間格局上，黑龍江省南部地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平顯著優(yōu)于北部地區(qū)，但其農業(yè)生態(tài)環(huán)境水平和系統(tǒng)可持續(xù)能力低于北部地區(qū)。為了增加黑龍江省農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力，未來需進一步調整農業(yè)結構，優(yōu)化資源配置的投入，提高資源利用效率，降低環(huán)境負載率，使農業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)逐漸步入健康可持續(xù)發(fā)展軌道。

農業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)；能值分析；綜合評估；時空格局；黑龍江

物質和能量是自然界最基本的代謝要素[1]。自然系統(tǒng)、人類經(jīng)濟系統(tǒng)及社會系統(tǒng)共同構成了生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng),各組分間的相互作用均涉及能量的流動、轉換、貯藏與耗散。能量是反映物理世界、化學世界和生物世界運動變化的指標之一,可用于表達和了解自然的本質、生命與環(huán)境及人與自然的關系[2-4]。20世紀80年代發(fā)展起來的能值分析理論(emergy analysis,EMA)克服了傳統(tǒng)經(jīng)濟統(tǒng)計方法和能量分析中不同類別能量難以在統(tǒng)一尺度上比較的缺陷,將生態(tài)學與經(jīng)濟學相結合,日益成為研究區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的重要手段[5]。

自能值理論提出以后,國外學者開展了較廣泛的研究。美國ODUM等[6]和BROWN等[7]于20世紀80年代對生態(tài)系統(tǒng)中的各種資源進行定量研究,ULGIATI[8]對意大利和泰國等國家的特定區(qū)域或流域生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)進行了實證研究。國內起步較早的有嚴茂超[9]和藍盛芳[10]等學者,近年來國內學者的研究成果非常多,涉及領域很廣,包括城市生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)[11]、城市復合生態(tài)系統(tǒng)[12]、農業(yè)生態(tài)經(jīng)濟[13-15]、耕地系統(tǒng)[16]、種植業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)[17]和區(qū)域循環(huán)經(jīng)濟系統(tǒng)[18]等,不少研究還引入能值分析理論評價城市居民生活用水水價[19]和生態(tài)效率[20]。

黑龍江省目前正處于傳統(tǒng)農業(yè)向以生態(tài)農業(yè)為主的現(xiàn)代農業(yè)轉型階段,面臨農業(yè)產值增加慢、農民持續(xù)增收難以及農業(yè)發(fā)展競爭力弱等障礙,亟待加強農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟、社會、生態(tài)效益的定量評價,剖析農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展瓶頸,從而為黑龍江省農業(yè)發(fā)展政策制定和調整提供支持。為此,筆者運用能值理論和GIS技術,將動態(tài)與定量分析相結合,系統(tǒng)揭示黑龍江省77個縣(市、區(qū))農業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)時空格局及其動態(tài)變化規(guī)律,并對黑龍江農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的調控和優(yōu)化提出了對策建議。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域

黑龍江省位于中國東北部,北緯43°26′～53°33′,東經(jīng)121°11′～135°05′。2012年末全省總人口3 834萬,土地面積45.4萬km2,以平原、丘陵為主。研究區(qū)屬中溫帶到寒溫帶的大陸性季風氣候區(qū),年均溫為-4～5 ℃,年均降水量為500～600 mm,夏季高溫多雨,冬季寒冷漫長,春季易發(fā)生干旱。黑龍江省土地肥沃,具有得天獨厚的自然資源,是世界著名的3大黑土帶之一,是我國重要的能源、木材、機械工業(yè)基地和國家糧食生產基地。

1.2 研究方法

(1) 建立數(shù)據(jù)庫。整理獲得1996—2012年黑龍江省77個縣(市、區(qū))的自然和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù),建立復合系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。能值分析所需社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來自于歷年《黑龍江省統(tǒng)計年鑒》、《黑龍江省社會統(tǒng)計年鑒》和《黑龍江省經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒》;氣象水文數(shù)據(jù)為多年平均值,來源于當?shù)貧庀笈_站;地形地貌數(shù)據(jù)借助GIS空間分析模塊對黑龍江省1∶10萬原始數(shù)字高程模型(DEM)柵格數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計后得到,來源于中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心。

(2) 編制能值分析表。列出自然、社會、經(jīng)濟子系統(tǒng)和復合生態(tài)系統(tǒng)的主要能量來源和輸出項目,包括當?shù)刈匀画h(huán)境資源、輸入的不可更新資源和可更新資源、輸出產品等。將各種產品能量乘以相應的太陽能值轉化率歸一為太陽能值,構建涵蓋系統(tǒng)各種能值輸入過程及輸出關系的能值分析表。

(3) 能值分析指標體系建立。選擇能夠衡量能值投入結構和能值產出結構的指標,建立研究區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟格局的能值分析指標體系(表1)。

表1 農業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值評估指標及其計算公式

Table 1 Formulas for assessing and calculating energy indices of an agro-eco-economic system

能值評估指標 計算公式 意義 自然子系統(tǒng) 資源能值密度(RED)(R+N)/A單位面積內自然資源投入量 可更新能值比(FRR)R/(R+N+F+T)區(qū)域農業(yè)土壤水文條件 環(huán)境貢獻率(ESR)(R+N)/(R+N+F+T)自然資源稟賦和對農業(yè)發(fā)展的貢獻程度 環(huán)境負載率(ELR,REL)(F+N)/R地區(qū)資源利用效率和環(huán)境承載能力經(jīng)濟子系統(tǒng) 能值投入率(EIR,REI)(F+T)/(R+N)地區(qū)農村發(fā)展程度和資源環(huán)境壓力 凈能值產出率(EYR,REY)Y/(F+T)地區(qū)農業(yè)產品綜合競爭力和系統(tǒng)運轉效率 能值密度(ED)(R+N+F+T)/A地區(qū)農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡發(fā)達程度 投入產出比率(Y/I)Y/(R+N+F+T)地區(qū)農業(yè)綜合生產效率和經(jīng)濟貿易地位 能值貨幣比值(EDR)(R+N+F+T)/GDP地區(qū)農業(yè)經(jīng)濟開發(fā)程度和經(jīng)濟現(xiàn)代化程度社會子系統(tǒng) 人均能值利用量(EUPP)(R+N+F+T)/P地區(qū)農業(yè)生活質量和農業(yè)經(jīng)濟發(fā)展等級 人均能值產出量(EYP)Y/P單位勞動力生產效率和真實財富創(chuàng)造能力 人均輔助能值(NPP)F/P地區(qū)農業(yè)現(xiàn)代化水平和農民生活水平綜合效應系統(tǒng) 可持續(xù)發(fā)展能值指標(EISD)(REY×REI)/REL地區(qū)農業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力

A為地區(qū)耕地面積;F為不可更新的工業(yè)輔助能;I為總投入能值;N為不可更新資源;P為農業(yè)人口;R為可更新資源;T為可更新有機能;Y為總產出能值。

(4) 系統(tǒng)的發(fā)展評價與展望分析。依照能值指標系統(tǒng)分析結果,進行系統(tǒng)結構與功能的能值評價,為未來農業(yè)政策的制定和調整提供參考依據(jù)。

2 結果分析

2.1 黑龍江省農業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值變化分析

2.1.1 能值投入動態(tài)分析

1996—2012年黑龍江省農業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值投入總體呈持續(xù)上升趨勢(表2),增幅達41.99%,年均增長2.96%。各項能值投入中不可更新工業(yè)輔助能值所占比例最高,介于34.52%～51.20%之間,說明影響農業(yè)發(fā)展的主要因素是不可更新工業(yè)輔助能值。研究期間,不可更新工業(yè)輔助能值占總能值的比例增加14.62百分點,表明黑龍江省農業(yè)發(fā)展主要依賴工業(yè)輔助能的投入。進一步分析不可更新工業(yè)輔助能構成,化肥能值投入始終占不可更新工業(yè)輔助能投入的99%以上,表明黑龍江省農業(yè)生產比較倚重于化肥的使用。

表2 1996—2012年黑龍江省農業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)投入-產出分析

Table 2 Analysis of input and output in energy value of the agro-eco-economic system of Heilongjiang Province during 1996-2012

項目太陽能值轉換率/(sej·J-1或sej·g-1)能值/sej1996年 2000年 2004年 2008年 2012年 可更新資源1.15×10221.47×10221.50×10221.33×10221.34×1022 太陽能15.59×10206.73×10206.73×10206.30×10206.30×1020 風能6634.51×10215.43×10215.43×10215.08×10215.08×1021 雨水勢能88884.80×10177.08×10177.56×10175.59×10176.14×1017 雨水化學能154233.27×10214.83×10215.16×10214.07×10214.19×1021 地球旋轉能290003.13×10213.77×10213.77×10213.53×10213.53×1021不可更新資源7.76×10219.35×10219.35×10218.75×10218.75×1021 表土層流失625007.76×10219.35×10219.35×10218.75×10218.75×1021不可更新輔助能2.06×10222.17×10222.58×10223.23×10224.09×1022 化肥1.78×10102.05×10222.16×10222.57×10223.22×10224.07×1022 農藥1.62×1093.63×10194.78×10197.69×10191.01×10201.26×1020 農膜3.80×1082.39×10192.01×10191.96×10192.49×10192.87×1019 農用機械7.50×1073.34×10164.30×10165.20×10168.04×10168.04×1016 電力1.59×1051.43×10161.57×10162.03×10162.53×10162.53×1016可更新有機能1.64×10221.70×10221.72×10221.68×10221.68×1022 有機肥2.70×1041.96×10211.81×10212.00×10212.16×10212.16×1021 種子6.60×1046.43×10205.38×10206.62×10208.92×10208.92×1020 勞力3.80×1051.38×10221.47×10221.45×10221.37×10221.37×1022總能值投入5.62×10226.28×10226.73×10227.11×10227.98×1022種植業(yè)產出1.28×10231.20×10237.70×10228.70×10228.70×1022 糧食8.30×1044.35×10223.63×10224.85×10223.63×10223.63×1022 甜菜8.60×1057.95×10224.12×10221.55×10224.20×10224.20×1022 油料6.90×1054.47×10214.12×10221.23×10227.59×10217.59×1021 蔬菜2.70×1046.09×10208.80×10207.05×10207.03×10207.03×1020 水果5.30×1058.50×1041.32×1065.30×1054.50×10204.50×1020畜牧業(yè)產出6.67×10229.05×10226.67×10231.86×10231.86×1023 肉類2.00×1066.01×10228.29×10226.01×10221.57×10231.57×1023 奶類1.71×1066.64×10217.63×10216.64×10212.85×10222.85×1022林業(yè)產出2.02×10212.02×10212.02×10211.08×10221.08×1022 林產品1.20×10122.02×10212.02×10212.02×10211.08×10221.08×1022漁業(yè)產出3.13×10213.13×10213.13×10213.84×10213.84×1021 水產品1.96×1063.13×10213.13×10213.13×10213.84×10213.84×1021總能值產出2.00×10232.15×10231.49×10232.87×10232.87×1023

研究能值基準值為9.44×1024sej·a-1,應用的能量折算標準及能值轉換率指標參照文獻[1-2,9-10,21-22]的研究成果?；省⑥r藥、農膜和有機肥的能值轉換率單位為sej·g-1,其余項目的能值轉換率單位均為sej·J-1。

可更新有機能的投入呈持續(xù)下降態(tài)勢,其占總投入能值的比例由1996年的29.19%下降到2012年的21.00%。其中,勞動力投入比例始終最大,但其占有機能值的比例呈逐年遞減趨勢,由1996年的84.13%減少到2012年的81.78%。可見,黑龍江省農業(yè)發(fā)展對于勞動力的依賴逐年減弱,而農業(yè)機械化水平不斷提高。

2.1.2 能值產出動態(tài)分析

1996—2012年,黑龍江省域農業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的總能值產出呈波動增長趨勢(表2),從1996年的2.00×1023sej下降到2004年的1.49×1023sej,2012年大幅度增長至2.87×1023sej。

具體來看,種植業(yè)總產出能值下降趨勢顯著,研究期間下降32.04%。在種植業(yè)產出能值中,糧食產出能值占比由1996年的33.96%增加到2012年的41.70%。畜牧業(yè)能值產出呈上升趨勢,1996—2012年年均增幅達6.62%,表明研究區(qū)畜牧業(yè)的發(fā)展環(huán)境得到了有效保障。黑龍江省是我國重點林區(qū)之一,林產品的能值產出呈現(xiàn)顯著上升趨勢,1996—2012年年均增幅達11.05%;林業(yè)產出能值占總產出能值的比例也呈增長趨勢,研究期間上升2.75百分點,表明該地區(qū)林業(yè)商品化開發(fā)利用強度正在逐年增強。漁業(yè)能值產出呈波動上升趨勢,受該地區(qū)自然資源與地理條件的制約,增長幅度相對較小,年均增幅為1.29%。漁業(yè)產出能值占總產出能值的比例呈現(xiàn)增長趨勢,說明該地區(qū)農業(yè)產業(yè)結構逐步由單一向多元化轉變。

2.2 黑龍江省農業(yè)生態(tài)經(jīng)濟格局的綜合分析

2.2.1 總體格局及其動態(tài)變化分析

(1) 農業(yè)自然環(huán)境基礎水平的動態(tài)變化分析

由表3可知，研究區(qū)環(huán)境負載率呈上升趨勢,1996年為6.61%,2012年為10.21%,低于國內一些發(fā)達地區(qū)(如江蘇為43.53%,浙江為11.25%,表4),但遠遠高于中國和世界平均水平,這表明該地區(qū)環(huán)境壓力相對較大。黑龍江省環(huán)境負載率不斷增加主要源于黑龍江省正處于經(jīng)濟飛速增長期,農業(yè)、工業(yè)及第三產業(yè)的發(fā)展對環(huán)境資源(尤其是不可更新資源)過度開發(fā)利用。

表3 黑龍江省農業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值指標值

Table 3 Energy indices of the agro-eco-economic system of Heilongjiang Province

年份自然子系統(tǒng)評價指標經(jīng)濟子系統(tǒng)評價指標社會子系統(tǒng)評價指標RED/(sej·m-2)FRR/%ESR/%ELR/%EIREYRED/(sej·m-2)Y/IEDR/(sej·元-1)EUPP/(sej·人-1)EYP/(sej·人-1)NPP/(sej·人-1)EISD19963.75×10160.080.106.619.205.373.83×10114.851.72×10137.30×10153.54×10163.69×10157.4720004.44×10160.110.134.776.794.783.45×10114.171.38×10135.56×10152.32×10162.74×10156.8020044.69×10160.110.125.287.135.533.81×10114.851.04×10137.01×10153.40×10163.73×10157.4620084.06×10160.080.098.3510.076.254.50×10115.696.59×10127.40×10154.21×10164.47×10157.5520124.16×10160.070.0810.2111.584.795.24×10114.415.10×10127.98×10153.52×10165.25×10155.43

RED為資源能值密度;FRR為可更新能值比;ESR為環(huán)境貢獻率;ELR為環(huán)境負載率;EIR為能值投入率;EYR為凈能值產出率;ED為能值密度;Y/I為投入產出比率;EDR為能值貨幣比值;EUPP為人均能值利用量;EYP為人均能值產出量;NPP為人均輔助能值;EISD為可持續(xù)發(fā)展能值指標。

表4 各地區(qū)農業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值的比較[2，14，22-24]

Table 4 Energy indices of the agro-eco-economic systems of Heilongjiang Province and its counties

地區(qū)總能值/1020sej能值投入率凈能值產出率環(huán)境負載率能值密度/(1011sej·m-2)人均能值利用量/(1015sej·人-1)可持續(xù)發(fā)展指數(shù)能值貨幣比/(1012sej·元-1)甘肅14122.081.263.733.115.6244.1911.90新疆26912.141.320.481.2511.7064.1014.70內蒙古7.14.561.043.135.9329.5027.1027.10江蘇31836.050.9843.5330.604.580.183.02江西5480.462.643.281.251.192.26浙江21042.561.3411.2520.204.502.822.82中國719002.331.429.897.544.5219.1219.12美國832007.009.327.0029.250.482.552.55泰國15908.521.081.042.153.183.50意大利126509.4742.039.4742.0322.001.46瑞典41109.0310.0048.352.5748.35世界2024002.001.501.363.864.054.05

(2) 農業(yè)經(jīng)濟發(fā)展水平的動態(tài)變化分析

能值投入率是衡量經(jīng)濟發(fā)展程度和環(huán)境負載率的指標,一個地區(qū)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的能值投入率越大,表明系統(tǒng)經(jīng)濟發(fā)展程度越高,環(huán)境負載率也越高。黑龍江省農業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的能值投入率呈上升趨勢(表3),其值從1996年的9.20波動上升到2012年的11.58,高于全國平均水平(2.33)和世界平均水平(2.00),說明該地區(qū)能值投入水平較高,這就需要有更多的可更新環(huán)境資源與高能值的能量合理搭配,進而達到恰當?shù)哪苤低顿Y比值。

凈能值產出率為系統(tǒng)產出能值與經(jīng)濟反饋能值之比,是衡量系統(tǒng)生產效率的指標,該值越大表明系統(tǒng)生產效率越高。黑龍江省農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的凈能值產出率呈波動下降趨勢,由1996年的5.37下降為2012年的4.79,但仍顯著高于全國平均水平(1.42),表明該系統(tǒng)的能值回報率和運行效率較高,系統(tǒng)整體功能良好,并具有較高的經(jīng)濟活力,產品價格也具有一定的競爭優(yōu)勢。

(3) 農民生活水平的動態(tài)變化分析

人均能值利用量是從生態(tài)學的角度反映居民生活水平、生活質量和經(jīng)濟發(fā)展水平的指標,利用能值可對這些環(huán)境資源的投入進行恰當評價,從而衡量居民的真實生活水平。黑龍江省人均能值利用量已由1996年的7.30×1015sej·人-1增加到2012年的7.98×1015sej·人-1(表3),但仍低于全國平均水平(4.52×1015sej·人-1),這表明黑龍江省農民生活水平和生活質量雖有較大提高,但總體水平仍較低。

能值密度由1996年的3.83×1011sej·km-2增加到2012年的5.24×1011sej·km-2,與發(fā)達地區(qū)相比，該區(qū)域的能值密度仍處于較低水平,如美國為29.25×1011sej·km-2,意大利為42.03×1016sej·km-2,說明黑龍江省農業(yè)發(fā)展尚處在非集約化的傳統(tǒng)農業(yè)階段。

(4) 可持續(xù)發(fā)展性能的動態(tài)變化分析

美國生態(tài)學家Brown M. T.和意大利生態(tài)學家Ulgiati S.提出能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)的評價標準為:其值為>1～10時,系統(tǒng)富有活力和發(fā)展?jié)摿?>10時,經(jīng)濟不發(fā)達,系統(tǒng)對資源的開發(fā)利用程度不足;≤1時,系統(tǒng)為高消費型經(jīng)濟系統(tǒng),即消耗大量不可更新的環(huán)境資源,環(huán)境負載率增加。研究期間,黑龍江省的能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)由7.47下降到5.43,呈波動下降趨勢(表3)。根據(jù)劃分標準可知,黑龍江省農業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)處于富有活力和發(fā)展?jié)摿﹄A段,但其可持續(xù)發(fā)展指數(shù)逐年減小,說明該系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展性能正在逐年弱化。如果能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)持續(xù)下降,那么該地區(qū)農業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)將面臨著倒退到消費型經(jīng)濟發(fā)展階段的危險,系統(tǒng)發(fā)展將不可持續(xù)。

2.2.2 農業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的空間分異格局

(1) 農業(yè)自然環(huán)境基礎水平的空間分異格局

基于ArcGIS平臺,采用自然斷裂點法將2012年黑龍江省各農業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值分析指標進行聚類分析。根據(jù)能值理論可知,可更新能值比(FRR，RFR)高、環(huán)境負載率(ELR，REL)低的縣市農業(yè)自然環(huán)境水平相對較高,反之則較低(圖1)。

農業(yè)生態(tài)環(huán)境水平高(0.13

農業(yè)生態(tài)環(huán)境質量良(0.10

農業(yè)自然條件適中(0.08

位于哈大齊工業(yè)走廊區(qū)的城市以及東部煤炭城市的可更新能值較低(0.04

(2) 農業(yè)經(jīng)濟發(fā)展水平的空間分異格局

能值投入率和凈能值產出率能在一定程度上反映農業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的經(jīng)濟發(fā)展水平。黑龍江省能值投入率在空間上呈南高北低、片狀分布的規(guī)律(圖2),以大慶、哈爾濱、七臺河和雙鴨山一線為南北分界線,以南各地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平明顯高于以北地區(qū)。高能值和較高能值投入?yún)^(qū)主要分布在哈大齊工業(yè)走廊周邊地區(qū),而低能值和較低能值投入?yún)^(qū)主要分布于大、小興安嶺和長白山地區(qū)。這些地區(qū)不可更新工業(yè)輔助能投入比例相對較小,農業(yè)經(jīng)濟的開發(fā)程度較低,農業(yè)經(jīng)濟綜合發(fā)展水平較低,但其生態(tài)保育功能價值優(yōu)勢突出,今后應加大高科技含量的輔助能值投入,更有效地利用農業(yè)資源。

圖1 2012年黑龍江縣域環(huán)境負載率和可更新能值比的空間分異格局

圖2 2012年黑龍江縣域能值投入率和凈產出能值率的空間分異格局

凈產出能值率在空間上總體呈南高北低的分布規(guī)律(圖2)。大興安嶺地區(qū)、松嫩平原以及東部煤炭產地的凈產出能值率較高(10.71～18.62),該類型區(qū)不可更新的工業(yè)輔助能投入相對較高,種植業(yè)和畜牧業(yè)產出比例較高,但有機能值投入率較低,種植業(yè)和畜牧業(yè)的能值產出持續(xù)增加,進而維持了較高的能值產出水平。三江平原區(qū)和松花江及其支流沿岸的凈產出能值率處于中等水平(3.27～10.70)。小興安嶺和長白山地區(qū)的凈產出能值率最低(1.85～3.26),該類型區(qū)科技投入水平低,農業(yè)勞動力整體素質不高,導致大量人力能值的投入并沒有轉化為更高的能值產出。

(3) 農民生活水平的空間分異格局

人均產出能值量越高,說明農民創(chuàng)造真實財富的能力越強,其自身收入水平和提高生活質量的潛力就越大。人均產出能值量高的地區(qū)(3.27×1016～4.96×1016sej·人-1)主要分布在哈大齊工業(yè)走廊帶(圖3),這些地區(qū)農村經(jīng)濟市場化程度高,高優(yōu)農業(yè)發(fā)展占主導地位,農業(yè)總產出能值中種植業(yè)和畜牧所占比例較高,農產品市場競爭力較強,在農民財富創(chuàng)造和積累上有較大的區(qū)域優(yōu)勢。人均產出能值較高的縣域(1.48×1016～3.26×1016sej·人-1)在三江平原和松花江及其支流沿岸、松嫩平原以及東部煤炭產地形成了集中連片的優(yōu)勢“高地”。人均產出能值最低的地區(qū)(<1.00×1016sej·人-1)主要分布在黑龍江省中部和北部的大、小興安嶺和長白山地區(qū),多為經(jīng)濟落后區(qū),農業(yè)集約化程度低,農業(yè)機械化能值投入不高,總產出能值較低,進而影響了生產效率。

(4) 可持續(xù)發(fā)展性能的的空間分異格局

可持續(xù)發(fā)展性能是綜合農業(yè)自然環(huán)境-經(jīng)濟-社會3個子系統(tǒng)的復合評價指標,其值為l～10時,數(shù)值越高說明系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力越強?？沙掷m(xù)發(fā)展性能在空間分布上具有明顯差異(圖3),海拔較高的多山地區(qū)可持續(xù)發(fā)展性能較好(>4.67),如大、小興安嶺,長白山地區(qū),三江平原和松花江及其支流沿岸,松嫩平原以及東部煤炭產地?？沙掷m(xù)發(fā)展性能較差的地區(qū)(1.21～1.92)集中分布在哈大齊工業(yè)走廊區(qū)域,其農業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力較弱。

圖3 2012年黑龍江縣域人均能值產出率和可持續(xù)發(fā)展性能的空間分異格局

3 結論與建議

(1) 黑龍江省環(huán)境負載率呈逐年上升趨勢,2012年可更新能值較1996年有所下降,而化肥農藥等工業(yè)不可更新化學輔助能明顯增加。今后應提高農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的綜合生產力和經(jīng)濟效益,使農業(yè)增長以科技貢獻為主,同時要科學合理地開發(fā)利用可更新資源,減少化肥、農藥、農膜等的污染。

(2) 研究區(qū)總產出能值中畜牧業(yè)和種植業(yè)占據(jù)主導地位,物質循環(huán)利用率及有效能值的轉化率都有很大提高。但該地區(qū)現(xiàn)行的農業(yè)產出結構不盡合理,由此導致農業(yè)系統(tǒng)產品能值的潛在經(jīng)濟價值向現(xiàn)實經(jīng)濟收入轉化的能力低下,因此調整農業(yè)產出結構及產業(yè)配置是促進系統(tǒng)生產力高效轉化的內在需求。

(3) 黑龍江省能值密度與人均能值利用量高于許多國家和地區(qū),說明研究區(qū)具有較大的發(fā)展?jié)摿?。同時也要看到,高能值密度意味著土地將成為經(jīng)濟發(fā)展的限制因子,因此要因地制宜,合理布局種植業(yè)、牧業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)等生產功能區(qū)。

(4) 黑龍江省可持續(xù)發(fā)展性能較高,農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)整體運行良好。今后應大力提高本地和外來能值的利用效率,高效利用本地太陽能、風能等免費能值,保持系統(tǒng)總能值用量和能值密度持續(xù)增長,增強該地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的活力。

(5) 由于被研究系統(tǒng)的地域性及發(fā)展水平的差異性,能值轉換率在地區(qū)之間存在一定差別,直接引用已有研究成果難免會導致一定的誤差,但基本不影響總體分析結果。此外,筆者所選能值指標基本能夠合理表達研究地區(qū)的實際情況及發(fā)展趨勢,但仍存在能值指標體系缺乏統(tǒng)一性、缺乏系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的能值綜合評價指標等問題。未來應加大對能值理論的基礎性研究,建立適用于不同等級和尺度的各種能值轉換率,探索完善適用于不同評價需要的能值分析指標體系。

(6)黑龍江省農業(yè)生態(tài)經(jīng)濟是否可以持續(xù)發(fā)展,不僅取決于農業(yè)集約化程度和經(jīng)濟發(fā)展水平的提高,還取決于農產品市場、農業(yè)政策與管理體制、農業(yè)科技以及工業(yè)化與城市化等多種影響因素,今后應結合微觀調研數(shù)據(jù)進一步深入研究。

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(責任編輯： 許 素)

Comprehensive Assessment of the Agricultural Eco-Economic System in Heilongjiang Province Based on GIS and Energy Analysis Theory.

LU Sha-sha1, CHEN Ni1, GUAN Xing-liang2, CHEN Guan-xiao1

(1.School of Economics and Management, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China; 2.National Academy for Mayors of China, Beijing 100029, China)

Based on energy analysis theory, GIS spatial analysis technology and the socio-economic statistic data available of the 77 counties of Heilongjiang Province, comprehensive assessment was done, from the angle of spatio-temporal dynamics, of structures and overall development levels of the agro-eco-economic systems of Heilongjiang and its 77 counties. Results show that both the input and output in energy value of the agro-eco-economic system of the province displayed obvious growing trends, especially that of the energy output of the forestry during 1996-2012. Moreover, the agro-eco-environment of the studied region was exposed to an increasing pressure. For example, the environmental loading factor increased from 6.61 to 10.21, the net energy output decreased from 5.37 to 4.79, and the energy sustainable development index declined from 7.47 to 5.43, all demonstrating that the system was gradually weakening in sustainable development performance. Spatially, the economic development level in the southern part of the province was significantly higher than that in the northern part. However, a reverse trend was found in agricultural ecological environment and sustainable development capacity. In order to bring the agricultural eco-economic system onto the track of sustainable and stable development, it is essential in future to further readjust the agricultural structure, optimize resources allocation, improve resources utilization efficiency, and reduce the environmental load.

agro-eco-economic system; energy analysis; comprehensive assessment; spatio-temporal pattern; Heilongjiang Province

2016-01-04

國家自然科學基金(41401192)；教育部人文社科研究項目(14YJCZH106)；北京市社會科學基金(16SRB011)

F205；X826

A

1673-4831(2016)06-0879-08

10.11934/j.issn.1673-4831.2016.06.003

魯莎莎(1984—),女,甘肅天水人,副教授,博士,主要從事農業(yè)地理與鄉(xiāng)村發(fā)展、林業(yè)經(jīng)濟管理研究。E-mail: sasafly0505@163.com

① 通信作者E-mail： sasafly0505@163.com