稅 偉 陳毅萍 蘇正安 范水生

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基于能值的專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)分析*——以福建省安溪縣為例

稅 偉1,2陳毅萍1蘇正安3范水生2**

(1. 福州大學環(huán)境與資源學院/福建省水土流失遙感監(jiān)測評估與災害防治重點實驗室 福州 350116; 2. 福建農(nóng)林大學安溪茶學院/福建農(nóng)林大學茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究中心 安溪 362400; 3. 中國科學院山地災害與環(huán)境研究所 成都 610041)

世界飲茶熱潮不斷推動著我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)——茶葉種植規(guī)模的擴大, 茶葉經(jīng)濟發(fā)展不斷受到關注, 然而茶葉種植所產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境效應卻往往被忽視。本研究以專業(yè)化茶葉種植縣——福建省安溪縣為對象, 通過綜合各鄉(xiāng)鎮(zhèn)茶葉種植面積、茶葉種植區(qū)位商和集中系數(shù)3種方法, 將安溪縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)茶葉種植專業(yè)化情況劃分為高度專業(yè)化、較高專業(yè)化、中等專業(yè)化、較低專業(yè)化和無茶葉種植5個等級, 基于能值理論分析方法, 構(gòu)建安溪縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)投入、產(chǎn)出指標體系, 并建立能值投入密度、環(huán)境負載率、可持續(xù)發(fā)展指數(shù)等8個能值評價指標, 進行不同專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的評價與分析。研究結(jié)果表明: (1)安溪縣專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)運行過程中以可更新環(huán)境資源投入為主, 不同專業(yè)化茶葉種植間環(huán)境貢獻率高達0.96~0.99, 而能值投資率僅有0.01~0.04; (2)茶葉種植專業(yè)化等級與產(chǎn)出能值密度之間總體上呈正相關, 隨著專業(yè)化等級的不斷增強, 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力總體上不斷提高, 高度專業(yè)化等級茶葉種植的產(chǎn)出能值密度達到4.15E+11 sej·m-2, 是無茶葉種植的1.32倍; (3)專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)具有較高的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益, 專業(yè)化茶葉種植等級與凈能值產(chǎn)出率之間呈正相關, 高度專業(yè)化茶葉種植的凈能值產(chǎn)出率為1.29, 是無茶葉種植的2.86倍, 且環(huán)境負載率為0.05, 具有環(huán)境友好性; (4)專業(yè)化茶葉種植降低了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性, 系統(tǒng)穩(wěn)定性指數(shù)與茶葉種植專業(yè)化等級間呈負相關, 無茶葉種植等級系統(tǒng)穩(wěn)定性指數(shù)為1.12, 是高度專業(yè)化等級的1.56倍。因而在茶葉專業(yè)化種植過程中, 應注重復合生態(tài)茶園建設, 提高專業(yè)化茶葉種植系統(tǒng)的生物多樣性和穩(wěn)定性, 并加大科技管理投入、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術水平, 以進一步提高農(nóng)業(yè)系統(tǒng)總體經(jīng)濟發(fā)展水平和可持續(xù)發(fā)展能力。

茶葉 專業(yè)化種植水平 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 能值 安溪縣

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分, 也是人類生存最基本的生態(tài)系統(tǒng), 能夠為人類提供供給服務、調(diào)節(jié)服務、支持服務與文化娛樂服務[1]。人類活動對其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能具有重大的影響, 而其可持續(xù)發(fā)展對區(qū)域地方社會經(jīng)濟發(fā)展具有舉足輕重的影響, 因而關注農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)效應與可持續(xù)發(fā)展問題就顯得尤為重要。茶葉種植是我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)活動重要的一部分, 已經(jīng)具有幾千年的生產(chǎn)歷史, 在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)了重要的地位。不斷擴大的茶葉需求對我國經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生了巨大的推動力, 而不斷擴大的茶葉種植面積與不斷標準化、規(guī)模化和專業(yè)化的茶葉種植趨勢也將對我國農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響, 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)濟發(fā)展還需重視經(jīng)濟效益背后的生態(tài)環(huán)境效應。

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是一個復合生態(tài)系統(tǒng), 無論是運用生態(tài)學方法還是經(jīng)濟學方法對該系統(tǒng)進行評價與分析, 都只能簡單衡量其某一方面的結(jié)構(gòu)與功能, 無法全面地分析農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟與生態(tài)綜合效益。而20世紀80年代后期, 以Odum為首的生態(tài)學家提出的能值分析方法卻為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟與生態(tài)評價、分析提供了新途徑。我國在20世紀90年代初引入了能值理論[2], 藍盛芳等[3]最早將其運用到農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的評價中, 由于能值分析法采用統(tǒng)一的能值標準, 連接了生態(tài)學和經(jīng)濟學, 能夠揭示自然和人類社會經(jīng)濟的真實價值, 且計算結(jié)果具有可比性和可加性[4], 因而隨后又被廣泛應用于分析全球、國家、流域、自然保護區(qū)或地區(qū)的農(nóng)業(yè)[5-7]、林業(yè)[8-10]、漁業(yè)[11]、工業(yè)[12-15]、旅游業(yè)[16-17], 以及土地利用評價[18]和城市生態(tài)系統(tǒng)[9-22]等的生態(tài)經(jīng)濟狀態(tài)與規(guī)律, 甚至連地化研究也運用到了能值分析法[23]。我國農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中能量研究的起步較晚[24], 關于能值分析法在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的運用, 主要是對省、市、縣或流域范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)或農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)總體上的評價, 而基于能值法對農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中某一要素對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響進行探討的研究還很少, 在飲茶不斷成為全球熱點的情況下, 針對以茶葉種植為主的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的分析, 探究專業(yè)化茶葉種植的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)效應的相關研究也還很缺乏。

因而本研究以我國產(chǎn)茶大縣、中國茶都——安溪縣為研究對象, 對不同專業(yè)化等級的茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)進行分析, 通過構(gòu)建安溪縣專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投入、產(chǎn)出指標體系, 以及基于能值投入、產(chǎn)出結(jié)果進行計算的能值評價指標體系的建立, 定量分析專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能特征和生態(tài)經(jīng)濟效益之間的協(xié)調(diào)性及可持續(xù)發(fā)展情況, 探究不同專業(yè)化茶葉種植水平間農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是否存在差異？專業(yè)化茶葉種植在帶來經(jīng)濟效益的同時是否也對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)造成了較大的壓力？專業(yè)化茶葉種植應注意哪些問題, 以確保以專業(yè)化茶葉種植為主的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展, 以及保障由此為基礎的茶葉經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。研究結(jié)果以期為安溪縣以專業(yè)化茶葉種植為主的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供相關管控措施實施的依據(jù), 為我國其他產(chǎn)茶區(qū)域茶葉經(jīng)濟的發(fā)展提供參考借鑒, 同時也進一步豐富能值分析法在農(nóng)業(yè)領域評價中的應用。

1 研究區(qū)域概況

安溪縣, 古稱清溪, 位于福建省東南沿海, 廈、漳、泉“閩南金三角”西北部, 隸屬泉州市, 縣域范圍位于東經(jīng)117°36′~118°17′, 北緯24°50′~25°26, 全縣總面積3 057.28 km2, 轄24個鄉(xiāng)鎮(zhèn)460個村居, 人口108萬。安溪縣以茶業(yè)聞名全中國, 號稱中國茶都, 是世界名茶——鐵觀音的發(fā)源地, 素有“中國烏龍茶之鄉(xiāng)”的美稱, 其茶葉擁有國家證明商標、原產(chǎn)地域產(chǎn)品保護和中國馳名商標等的認可, 是全國茶葉界的佼佼者。

從2000年到2014年, 安溪縣茶葉產(chǎn)量不斷增加, 茶葉種植面積總體上也不斷擴大(圖1), 2014年茶葉產(chǎn)量達到54 175 t, 占全國茶葉產(chǎn)量的2.6%, 茶葉種植面積達到40 000 hm2, 占全國茶葉種植面積的1.5%。目前全縣茶葉主要種植品種為鐵觀音、黃金桂、毛蟹、本山、大葉烏龍和梅占等6個國家級茶樹良種, 其中, 鐵觀音種植面積占50%以上, 是最主要的種植品種, 整個縣域已經(jīng)成為我國茶葉種植專業(yè)化區(qū)域, 從2009年起, 已連續(xù)6年位于全國重點產(chǎn)茶縣首位。作為安溪最重要的民生產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè), 茶業(yè)又帶動了眾多相關與支持產(chǎn)業(yè)的發(fā)展, 全縣有80多萬人得益于茶產(chǎn)業(yè), 因而茶業(yè)無論在推動安溪縣經(jīng)濟發(fā)展上, 還是在促進農(nóng)民增收上, 都具有舉足輕重的作用。

數(shù)據(jù)資料來源: 《安溪統(tǒng)計年鑒》。Data source: Statistical Yearbook of Anxi County

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 安溪縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)專業(yè)化茶葉種植等級劃分

本研究主要擬探討專業(yè)化茶葉種植對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響及其生態(tài)效應, 為便于進一步分析, 對各鄉(xiāng)鎮(zhèn)茶葉種植專業(yè)化等級的劃分就顯得尤為必要。研究主要利用2012年安溪縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)茶葉種植面積、區(qū)位商[25]和集中系數(shù)[26]等指數(shù)進行各鄉(xiāng)鎮(zhèn)茶葉種植專業(yè)化程度的劃分。茶葉種植面積一定程度上反映了茶葉種植規(guī)模, 是專業(yè)化程度的一種體現(xiàn), 區(qū)位商(公式1)和集中化指數(shù)(公式2)是測度專業(yè)化水平的常用指標, 根據(jù)研究所擁有的數(shù)據(jù)和研究目的對公式中的相關變量進行了替換。考慮數(shù)據(jù)的可獲得性和分類結(jié)果的科學性, 最終通過綜合3種方法的計算結(jié)果, 將安溪縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)茶葉種植專業(yè)化等級劃分為“高度專業(yè)化、較高專業(yè)化、中等專業(yè)化、較低專業(yè)化和無茶葉種植”5個等級(表1), 其中“無茶葉種植”等級主要作為參照組進行設置, 與專業(yè)化茶葉種植進行比較。

式中:Q表示區(qū)域茶葉種植的區(qū)位商,e表示區(qū)域茶葉種植的產(chǎn)量,表示區(qū)域農(nóng)作物產(chǎn)量與茶葉產(chǎn)量的總和,E表示安溪縣全縣茶葉種植總產(chǎn)量,表示安溪縣全縣農(nóng)作物產(chǎn)量與茶葉產(chǎn)量的總和。

(2)

式中:C表示區(qū)域茶葉種植的集中系數(shù),a表示區(qū)域茶葉產(chǎn)量,表示安溪縣全縣茶葉產(chǎn)量,m表示區(qū)域人口數(shù),表示安溪縣全縣人口數(shù)。

2.2 專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能值分析

能值分析方法是一種定量分析生態(tài)系統(tǒng)和復合生態(tài)系統(tǒng)的方法[27], 能夠揭示自然和人類社會經(jīng)濟的真實價值, 是聯(lián)接生態(tài)學和經(jīng)濟學的橋梁[28]。本研究通過將安溪縣專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的投入與產(chǎn)出情況以能值表達, 并進行能值評價指標的計算與分析, 從而對安溪縣以專業(yè)化茶葉種植為主的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)進行分析。

表1 安溪縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)專業(yè)化茶葉種植等級劃分依據(jù)與結(jié)果

2.2.1 建立專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)投入指標體系

構(gòu)建安溪縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)投入指標體系, 具體建立可更新環(huán)境資源投入、不可更新環(huán)境資源投入、可更新工業(yè)輔助能投入、不可更新工業(yè)輔助能投入和有機能投入5個一級指標, 以及各個一級指標下共19個二級測度指標, 具體指標如表2所示, 相關能值轉(zhuǎn)換率和能值折算系數(shù)也相應在表中標出。

2.2.2 建立專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)出指標體系

一般在計算農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值產(chǎn)出時, 所選指標主要圍繞種植業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)和漁業(yè)4個方面進行構(gòu)建, 但由于本文主要是研究專業(yè)化茶葉種植對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響, 并且安溪縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的投入也主要是對種植業(yè)的投入, 因而在此對安溪縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)出進行計算時主要考慮種植業(yè)產(chǎn)出, 具體指標、能值轉(zhuǎn)化率和能值折算系數(shù)如表3所示。

表2 安溪縣專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投入指標體系

勞動力能值轉(zhuǎn)換系數(shù)為3 500 MJ·人-1, 主要參考文獻[29]; 水電能值轉(zhuǎn)換系數(shù)3.6 MJ·(kW·h)-1, 主要參考文獻[30]; 農(nóng)用柴油、農(nóng)用機械和種子的能值轉(zhuǎn)換系數(shù)分別為44.0 MJ·kg-1、210.0 MJ·kg-1、16 MJ·kg-1, 主要參考文獻[31]; 有機肥含量主要根據(jù)豬、牛、羊、雞、鴨、兔的糞便和綠肥中N、P、K的含量進行計算, 計算參數(shù)主要參考文獻[31]。Emergy conversion coefficient of labor is 3 500 MJ·person-1referring to the reference [29]. Emergy conversion coefficient of hydroelectric power is 3.6 MJ·(kW·h)-1, referring to the reference [30]. Emergy conversion coefficient of agricultural diesel oil, agricultural machinery and seed is 44.0 MJ·kg-1, 210.0 MJ·kg-1, 16 MJ·kg-1respectively, referring to the reference [31]. The calculation of the content of organic fertilizer was based on the contents of N, P and K in the feces of pig, cattle, sheep, chicken, duck, rabbit and green manure, referring to the reference [31].

表3 安溪縣專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)(種植業(yè))能值產(chǎn)出指標

2.2.3 建立專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值評價指標體系

以專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投入、產(chǎn)出結(jié)果為基礎, 選取了產(chǎn)出能值密度、環(huán)境貢獻率、環(huán)境承載力、能值投入密度、凈能值產(chǎn)出率、能值投資率、系統(tǒng)穩(wěn)定性指數(shù)和可持續(xù)發(fā)展指數(shù)等8個能值評價指標進行安溪縣專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的評價(表4)。

表4 安溪縣專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值評價指標以及計算公式

: 農(nóng)業(yè)能值總產(chǎn)出, 此處以種植業(yè)產(chǎn)出代表農(nóng)業(yè)能值總產(chǎn)出;Y: 第個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)業(yè)能值產(chǎn)出;: 總能值投入;: 總輔助能投入;: 環(huán)境資源總投入;: 可更新環(huán)境資源投入;1: 可更新有機能投入;2: 可更新工業(yè)輔助能投入;: 不可更新環(huán)境資源投入;: 不可更新工業(yè)輔助投入;: 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地面積, 此處以“農(nóng)作物面積+茶葉種植面積+果園面積”代替耕地面積。: total agricultural emergy output, substituted with the output of plantation;Y: agricultural emergy output of thetown;: total emergy input;: total auxiliary energy input;: environmental resources investment;: renewable environmental resources input;1: renewable organic energy input;2: renewable industrial auxiliary energy input;: nonrenewable environmental resources input;: nonrenewable industrial auxiliary energy input;: arable land area of each town, substituted with the total area of crop planting, tea planting and orchard.

2.3 數(shù)據(jù)來源

本研究中各投入與產(chǎn)出指標的原始數(shù)據(jù)來自于《安溪統(tǒng)計年鑒2013》[32], 相關能值轉(zhuǎn)化率和計算方法主要來自于藍盛芳等的《生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值分析》[4]以及Odum等的相關研究成果[3,27], 能值折算標準主要參照陳阜等編寫的《農(nóng)業(yè)生態(tài)學》[31]。

3 結(jié)果與分析

3.1 安溪縣不同專業(yè)化茶葉種植等級的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投入與產(chǎn)出結(jié)構(gòu)

根據(jù)表2、表3指標體系計算出安溪縣專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可更新環(huán)境資源、不可更新環(huán)境資源、可更新工業(yè)輔助能、不可更新工業(yè)輔助能和有機能投入以及總能值投入與能值產(chǎn)出(種植業(yè)), 按茶葉種植專業(yè)化等級, 取屬于該等級下所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)各項指標的平均值作為該專業(yè)化等級下各指標的能值投入與產(chǎn)出(表5), 研究不同專業(yè)化茶葉種植等級間的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投入與產(chǎn)出。通過研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn), 安溪縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中總能值投入以可更新環(huán)境資源投入為主, 即專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的運行主要依靠可更新自然資源的投入, 具有一定的可持續(xù)性, 但系統(tǒng)的總能值投入大于產(chǎn)出, 系統(tǒng)入不敷出。

表5 不同專業(yè)化茶葉種植等級間農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投入、產(chǎn)出情況(太陽能值)

從茶葉種植不同專業(yè)化等級情況看, 進行專業(yè)化茶葉種植的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的總能值投入與產(chǎn)出都大于非茶葉種植農(nóng)業(yè)系統(tǒng), 且總能值投入中, 具有高度專業(yè)化<較高專業(yè)化<中等專業(yè)化的規(guī)律; 總能值產(chǎn)出中, 具有較低專業(yè)化<中等專業(yè)化<較高專業(yè)化的規(guī)律。因而隨著茶葉種植專業(yè)化等級的提高, 系統(tǒng)能值投入減少, 而能值產(chǎn)出卻不斷提高。茶葉種植專業(yè)化等級與投入能值總體上呈負相關, 而與產(chǎn)出能值總體上呈正相關, 茶葉種植專業(yè)化等級較高的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)其系統(tǒng)的產(chǎn)出效率較好。

3.2 安溪縣不同專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值評價指標分析

表6為安溪縣不同專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)各能值評價指標的計算結(jié)果, 其中各專業(yè)化等級間環(huán)境貢獻率、環(huán)境負載率與能值投資率的差異非常小, 甚至相同, 而其他能值評價指標間存在一定的差異, 具體情況作進一步分析。

表6 不同專業(yè)化茶葉種植等級間農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值評價指標情況

3.2.1 能值投入密度與產(chǎn)出能值密度分析

能值投入密度主要是衡量單位土地能值投入量, 不同專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)間能值投入密度具有較高專業(yè)化>中等專業(yè)化>較低專業(yè)化的規(guī)律(表6), 茶葉種植專業(yè)化等級與能值投入密度一定程度上呈正相關。但高度專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能值投入密度又很低, 低于無茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng), 且與較低專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能值投入密度相差不多。所以茶葉種植相較普通農(nóng)作物單位土地面積上具有較高的能值投入, 但茶葉種植達到高度專業(yè)化水平后, 專業(yè)化、規(guī)范化的管理又能降低能值投入, 提高資源利用率。

產(chǎn)出能值密度代表區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力[33],安溪縣不同專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)間, 總體上專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)出能值密度都高于無茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng), 涉茶農(nóng)業(yè)系統(tǒng)生產(chǎn)力更高, 且隨著茶葉種植專業(yè)化等級的提升, 產(chǎn)出能值密度具有高度專業(yè)化>較高專業(yè)化>中等專業(yè)化(圖2)的特征。因而茶葉種植專業(yè)化等級與產(chǎn)出能值密度之間總體上呈正相關, 隨著專業(yè)化等級的不斷增強, 系統(tǒng)生產(chǎn)力總體上不斷提高。

專業(yè)化茶葉種植與能值投入密度和產(chǎn)出能值密度之間大致都呈正相關, 但單位土地面積上, 高度專業(yè)化茶葉種植的產(chǎn)出最高而投入?yún)s接近于最少, 因而專業(yè)化茶葉種植對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力具有正作用, 且專業(yè)化等級越高, 茶園管理越規(guī)范, 資源利用率越高。

3.2.2 能值投資率與環(huán)境貢獻率分析

能值投資率主要用來衡量農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展程度和環(huán)境負載程度, 其值越大表明經(jīng)濟發(fā)展水平越高, 對自然環(huán)境的依賴度越小[12,34]。安溪縣不同專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)間能值投資率差異甚微(表6), 且數(shù)值都較小, 因而安溪縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟發(fā)展水平較低, 對自然環(huán)境的依賴程度較高, 系統(tǒng)輔助能投入較小, 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的經(jīng)濟成本較低, 對環(huán)境的負載程度也較低。

環(huán)境貢獻率用來反映區(qū)域自然資源對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的貢獻程度。安溪縣不同專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)間環(huán)境貢獻率的差異非常小, 且數(shù)值非常大, 都接近于1(表6), 無論是處于何等級的專業(yè)化茶葉種植, 自然資源對其農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的貢獻程度都非常高, 農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的運行主要依賴可更新資源, 而化肥、農(nóng)藥等工業(yè)輔助能的投入相對較少。

以專業(yè)化茶葉種植為主的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)主要依賴自然資源, 人為投入的非本地資源較少, 因而對農(nóng)業(yè)系統(tǒng)產(chǎn)生的負效應較少, 但主要以自然資源投入為主的農(nóng)業(yè)系統(tǒng), 由于工業(yè)輔助能、科技水平投入較少, 因而總體上農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展水平也受到了一定的限制。

3.2.3 凈能值產(chǎn)出率與環(huán)境負載率分析

凈能值產(chǎn)出率是系統(tǒng)總產(chǎn)出與總輔助能值的比率, 主要用來衡量系統(tǒng)生產(chǎn)效率, 其值越高, 表明系統(tǒng)經(jīng)濟效益越高, 資源利用效率越強[27]。安溪縣不同專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)間除較低專業(yè)化等級外, 其他涉及專業(yè)化茶葉種植的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率都比無茶葉種植農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的高, 凈能值產(chǎn)出率大致隨著茶葉種植專業(yè)化程度的提高而提高(表6), 茶葉種植專業(yè)化程度越高, 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能值投入與產(chǎn)出結(jié)構(gòu)的優(yōu)化程度越好。凈能值產(chǎn)出率的值最好應在1~6之間, 如果小于1, 則說明系統(tǒng)的產(chǎn)出不敷投入[35], 而5個等級中只有高度專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的凈能值產(chǎn)出率大于1。因而與其他作物相比, 專業(yè)化茶葉種植具有較高的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益, 隨著專業(yè)化等級的提高, 其系統(tǒng)生產(chǎn)效率也不斷提高。

環(huán)境負載率主要是反映系統(tǒng)環(huán)境的承載壓力, 較高的環(huán)境負載率意味著經(jīng)濟活動對環(huán)境造成的壓力較大[34], 是對經(jīng)濟系統(tǒng)的一種警示。安溪縣不同專業(yè)化茶葉種植間農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境承載力都為0.05, 具有環(huán)境友好性特征, 茶葉經(jīng)濟活動相較其他普通農(nóng)作物并沒有給環(huán)境帶來更大的壓力, 專業(yè)化茶葉種植在帶來經(jīng)濟正效益的同時所產(chǎn)生的生態(tài)負效應也較小。

3.2.4 系統(tǒng)穩(wěn)定性指數(shù)與可持續(xù)發(fā)展指數(shù)分析

系統(tǒng)穩(wěn)定性指數(shù)是反映系統(tǒng)穩(wěn)定性大小的指標, 其值越高, 說明系統(tǒng)各種能值流的連接網(wǎng)絡越發(fā)達, 系統(tǒng)的抵抗力和恢復力越強[4]。安溪縣不同專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的系統(tǒng)穩(wěn)定性指數(shù)在0.72~ 1.12, 總體情況較好, 但是不同專業(yè)化等級間具有無茶葉種植>較低專業(yè)化>中等專業(yè)化>較高專業(yè)化>高度專業(yè)化的特征(表6), 無茶葉種植的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性要高于進行專業(yè)化茶葉種植的農(nóng)業(yè)系統(tǒng), 而不同專業(yè)化等級間的系統(tǒng)穩(wěn)定性指數(shù)隨著茶葉種植專業(yè)化等級的提高而減小, 呈負相關關系, 因而專業(yè)化茶葉種植對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成了一定的負效應。

可持續(xù)發(fā)展指數(shù)是用來衡量農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)能力, 當該值處于1~10范圍則說明系統(tǒng)有活力、可持續(xù), 但大于10則是不發(fā)達的象征, 小于1為消費型經(jīng)濟系統(tǒng)[4]。安溪縣不同專業(yè)化茶葉種植間農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展指數(shù)具有一定的差異, 所有專業(yè)化等級的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)都大于1, 但只有無茶葉種植等級和較低專業(yè)化等級的值小于10, 而中等、較高和高度專業(yè)化等級的值都大于10, 且高度專業(yè)化等級的值最大(表6)。因而從結(jié)果上看, 專業(yè)化茶葉種植對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力具有一定的負面影響, 專業(yè)化的茶葉種植降低了農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性, 對系統(tǒng)的活力也將會造成一定的影響。但可持續(xù)發(fā)展指數(shù)主要是凈能值產(chǎn)出率與環(huán)境負載率之間的比值, 而安溪縣不同專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境負載率相同, 因而可持續(xù)發(fā)展指數(shù)在本研究中對于綜合評價專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)能力存在一定的不足。

4 討論與結(jié)論

基于能值理論進行農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)評價與分析的相關研究目前較多, 而研究的相關結(jié)果中雖然也有較為樂觀的[28], 但是近年來隨著工業(yè)輔助能投入的增加, 一般的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)都呈現(xiàn)出“虧損”狀態(tài)或可持續(xù)發(fā)展能力逐漸減弱[5,12,36-37]的特征。而安溪縣以專業(yè)化茶葉種植為主的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng), 農(nóng)業(yè)活動的開展對自然資源的依賴程度較大, 化肥、農(nóng)藥等工業(yè)輔助能投入相對較少, 因而對農(nóng)業(yè)系統(tǒng)生態(tài)環(huán)境造成的壓力較小, 具有良好的環(huán)境友好性與可持續(xù)發(fā)展能力。由于不同專業(yè)化茶葉種植等級間環(huán)境負載率相同, 因而可持續(xù)發(fā)展指數(shù)主要由凈能值產(chǎn)出率決定, 凈能值產(chǎn)出率大致隨著茶葉種植專業(yè)化程度的提高而提高, 造成了隨著專業(yè)化等級的提高, 農(nóng)業(yè)系統(tǒng)經(jīng)濟發(fā)達程度逐漸下降, 可持續(xù)發(fā)展?jié)摿χ饾u減弱的假象。實際上與其他作物相比, 專業(yè)化茶葉種植具有較高的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益, 但又未給環(huán)境造成更大的負擔, 因而專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展具有較大的活力和可持續(xù)發(fā)展?jié)摿?。雖然可持續(xù)發(fā)展指數(shù)在本研究中的評價具有一定的不足, 但作為一個評價系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力的重要指標, 在研究中仍然對其進行計算與分析, 結(jié)算結(jié)果也一定程度上說明了復合指標的局限性, 不能片面看待結(jié)果。

研究結(jié)果中揭示了專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的一個不足, 即其系統(tǒng)穩(wěn)定性指數(shù)與茶葉種植專業(yè)化等級之間呈負相關關系, 茶葉種植專業(yè)化等級越高, 農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性越差。楊海龍等[38]在對稻魚共生系統(tǒng)和水稻單作系統(tǒng)的能值分析中揭示了稻魚共生系統(tǒng)在太陽能轉(zhuǎn)換效率、能值投資率、環(huán)境負載率和系統(tǒng)活力方面的優(yōu)勢。系統(tǒng)生物多樣性對系統(tǒng)活力具有重要作用, 而專業(yè)化茶葉種植在專業(yè)化生產(chǎn)過程中, 降低了農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的生物多樣性, 所以其系統(tǒng)的抗壓能力下降, 穩(wěn)定性變差, 一定程度上也降低了系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展水平。另外, 陳小英等[39]的研究表明, 茶園的順坡種植會加劇茶園的水土流失, 安溪縣專業(yè)化茶葉種植隨著種植規(guī)模的不斷擴大, 以及種植耕地的有限性, 茶葉種植區(qū)域存在著不斷往山上擴張的現(xiàn)象, 因而也存在水土流失的問題, 這也是隨著茶葉種植專業(yè)化程度的不斷提高, 系統(tǒng)穩(wěn)定性指數(shù)不斷下降的原因之一。不過至2005年以來, 安溪縣政府不斷開展茶園生態(tài)綜合管理工作, 推行了“樹+草+肥+水+路”生態(tài)茶園建設模式, 開展茶山綠化工程, 進行生態(tài)脆弱區(qū)和25o以上陡坡地“退茶還林”工作, 并進行茶園綠色防控技術的應用, 推廣實行生物防治[40]等, 所以在縣政府的大力支持下, 專業(yè)化茶葉種植并不是茶農(nóng)盲目追求經(jīng)濟效益的舉措, 而是有管控、有規(guī)劃、有指導的“政-企-農(nóng)”一體的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟活動, 其農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)具有良好的可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Α?/p>

本文對以專業(yè)化茶葉種植為主的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)進行了評價, 揭示了專業(yè)化茶葉種植對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響, 基于能值理論展開的研究, 在系統(tǒng)能值投入、產(chǎn)出的計算中涉及了大量參數(shù), 而這些參數(shù)在不同研究尺度下其值是有差別的, 目前國內(nèi)外相關研究大都直接采用Odum[27]、藍盛芳等[4]提出的計算參數(shù), 本研究中也主要是參考這些參數(shù)。雖然由于不同區(qū)域、同一區(qū)域不同時間, 其參數(shù)都會有些許差異, 不考慮時空因素的直接引用能值轉(zhuǎn)化率和能值折算系數(shù)對計算結(jié)果的精確性必定會產(chǎn)生影響, 從而影響在橫向比較研究中評估結(jié)果的真實性與準確性, 但是對于本研究的研究問題和研究目的而言, 在同一個縣域內(nèi)對不同專業(yè)化茶葉種植間農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)進行對比研究, 研究結(jié)果的準確性尚不存在問題, 總體上可以準確評估, 不過在日后的研究當中對此問題會進一步改善, 以使研究更嚴謹, 結(jié)果更精準。另外, 由于本研究主要基于統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行宏觀層面的研究, 研究中未涉及具體試驗與監(jiān)測, 對于表層土壤流失與損耗、有機肥等指標的計算主要依靠宏觀數(shù)據(jù)進行估算, 存在一定的誤差, 但基于宏觀層面的相關研究結(jié)果, 對于日后進一步開展安溪縣專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)效應相關機理機制等中、微觀的研究具有重要的指導、借鑒作用。

研究通過劃分不同專業(yè)化茶葉種植等級, 基于能值理論, 構(gòu)建安溪縣不同專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)投入、產(chǎn)出指標以及8個相關能值評價指標體系, 進行專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的分析, 并得到以下結(jié)論: 1)安溪縣專業(yè)化茶葉種植并不是茶農(nóng)盲目追求經(jīng)濟效益的農(nóng)業(yè)活動, 以專業(yè)化茶葉種植為主的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)運行過程中以可更新環(huán)境資源投入為主, 具有較大的可持續(xù)發(fā)展?jié)摿? 2)茶葉種植專業(yè)化等級與產(chǎn)出能值密度之間總體上呈正相關, 隨著專業(yè)化等級的不斷增強, 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力總體上不斷提高; 3)專業(yè)化茶葉種植等級與凈能值產(chǎn)出率之間呈正相關, 專業(yè)化茶葉種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)不僅具有較高的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益, 而且對生態(tài)環(huán)境的負效應較小; 但4)專業(yè)化茶葉種植降低了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性, 且不同專業(yè)化等級間的系統(tǒng)穩(wěn)定性指數(shù)隨著茶葉種植專業(yè)化等級的提高而減小。因而在茶葉專業(yè)化種植過程中, 應注重復合生態(tài)茶園建設, 提高專業(yè)化茶葉種植系統(tǒng)的生物多樣性和穩(wěn)定性, 并加大科技管理投入、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術水平, 以進一步提高農(nóng)業(yè)系統(tǒng)總體經(jīng)濟發(fā)展水平, 提高可持續(xù)發(fā)展能力。

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Emergy-based agricultural ecosystem analysis for specialized tea planting: A case study of Anxi County, Fujian Province*

SHUI Wei1,2, CHEN Yiping1, SU Zheng’an3, FAN Shuisheng2**

(1. College of Environment and Resources, Fuzhou University / Fujian Provincial Key Laboratory of Remote Sensing of Soil Erosion and Disaster Protection, Fuzhou 350116, China; 2. Anxi College of Tea Science, Fujian Agriculture and Forestry University / Center for Tea Industry Development, Fujian Agriculture and Forestry University, Anxi 362400, China; 3. Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041, China)

Inpacewith sustainable growth of tea drinking habit prevalent in the world today, the scale of tea plantation which is traditional agriculture activity in China, has been rapidly expanding. Accordingly, a mainly market-driven factor is the economic benefit of tea, but the effect of planting tea on the eco-environment has been easily ignored. In this paper, the specialized tea planting region of Anxi County in Fujian Province was used as a case study to grade the specialization of tea planting among towns. A total of 5 levels of tea planting specialization (high, sub-high, middle, low and no tea planting) were graded with the integration of 3 indices (tea planting area, location quotient and coefficient of concentration) in the study. Based on emergy theory and method, emergy investment and output indices were calculated and 8 emergy evaluation indices were used to analyze agricultural ecosystems at different specialized levels of tea planting. The study showed that: (1) the operation of Anxi’s specialized tea planting agricultural ecosystem was given priority to renewable environmental resources. The environmental contribution ratio for different specialized levels of tea planting was 0.96–0.99 while the emergy investment ratio was only 0.01–0.04. (2) A positive correlation existed between the density of emergy yield and specialized levels of tea planting. Agricultural ecosystem productivity improved with increasing specialized level of tea planting. Then the density of emergy output of high specialization tea planting was 4.15E+11 sej·m-2, which was 1.32 times that of specialized level of no tea planting. (3) Specialized tea planting agricultural ecosystem had high production efficiency and economic benefit, with a positive correlation between emergy yield ratio and specialized level of tea planting. The emergy yield ratio of tea planting and high specialization was 1.29, which was 2.86 times that of specialized level of no tea planting. The environmental load ratio of each specialized level was 0.05, indicating that its environmental friendly nature. (4) Specialized tea planting reduced agricultural ecosystem stability and there was a negative correlation between system stability index and specialized level of tea planting. The system stability index of specialized level of no tea planting was 1.12, which was 1.56 times that of high specialization level. The corresponding countermeasures and suggestions based on the results were therefore as follows: (1) there was the need for compound ecological tea garden construction to focus on improving the biodiversity and stability of tea planting agricultural ecosystems with increasing specialization. (2) It was necessary to pay more attention on the management and technical aspects of agricultural production for well-coordinated and sustainable development of tea productivity capacity in the study area.

Tea; Specialized planting level; Agricultural ecosystem; Emergy; Anxi County

10.13930/j.cnki.cjea.160206

S181

A

1671-3990(2016)12-1703-11

2016-03-02 接受日期: 2016-04-05

* 國家社會科學基金項目(12CJL063)資助

**通訊作者:范水生, 主要從事生態(tài)農(nóng)業(yè)、休閑農(nóng)業(yè)研究。E-mail: nt666@126.com 稅偉, 主要從事土地利用/覆被變化與生態(tài)環(huán)境效應、生態(tài)農(nóng)業(yè)、遙感與地理信息技術應用研究。E-mail: shuiwei@fzu.edu.cn

* The study was supported by the National Social Science Foundation of China (12CJL063).

**Corresponding author, E-mail: nt666@126.com

Received Mar. 2, 2016; accepted Apr. 5, 2016