朱基杰，饒良懿?

(1.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，100083，北京；2.水土保持國(guó)家林業(yè)局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100083，北京)

基于能值理論的水土保持生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)
——以山西省長(zhǎng)治市為例

朱基杰1,2，饒良懿1,2?

(1.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，100083，北京；2.水土保持國(guó)家林業(yè)局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100083，北京)

運(yùn)用能值理論分析方法，選取2004—2014年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)長(zhǎng)治市水土流失治理生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的投入產(chǎn)出能值及主要能值指標(biāo)進(jìn)行分析。研究表明：系統(tǒng)能值投入波動(dòng)較大，整體呈增加趨勢(shì)，最低值為2008年的3.91×1021sej，最高值為2011年的4.33×1021sej；系統(tǒng)總能值產(chǎn)出呈現(xiàn)整體增加、局部時(shí)間段下降趨勢(shì)，最低值為2010年的5.95 ×1021sej，最高值為2014年的7.62 ×1021sej，其中2大主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)中畜牧業(yè)整體呈增加趨勢(shì)、農(nóng)業(yè)中蔬菜產(chǎn)量不斷增加都說明水土保持措施取得了一定成效；主要能值指標(biāo)中，凈能值產(chǎn)出率均>1、可持續(xù)發(fā)展指數(shù)1

水土保持; 生態(tài)效應(yīng); 生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng); 能值分析; 長(zhǎng)治市

水土流失是全球主要環(huán)境問題之一，它不僅破壞土地資源，導(dǎo)致生態(tài)平衡失調(diào)而且影響人類社會(huì)持續(xù)發(fā)展。以防治水土流失為目的的水土保持一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)，而水土保持生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)通過分析水土保持措施的生態(tài)效應(yīng)、水土保持規(guī)劃實(shí)施情況評(píng)估水土保持措施的合理性，為下一步水土保持的發(fā)展和規(guī)劃提供理論依據(jù)，是水土保持研究不可或缺的重要部分。目前，水土保持生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)方法主要有模擬分析法、灰色系統(tǒng)評(píng)價(jià)法等，這些方法在評(píng)價(jià)水土保持生態(tài)效應(yīng)時(shí)通常對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)分開進(jìn)行評(píng)價(jià)。由于二者的評(píng)價(jià)方式、度量標(biāo)準(zhǔn)都不同，因此對(duì)其進(jìn)行比較就非常困難，度量單位的統(tǒng)一對(duì)水土保持生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)具有重要意義。

20世紀(jì)80年代,美國(guó)著名生態(tài)工程學(xué)家H.T.Odum創(chuàng)立了能值(emergy)理論。能值理論以太陽能值為基礎(chǔ)，把生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來,并統(tǒng)一度量單位,由此從根本上克服了對(duì)生態(tài)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)分開進(jìn)行評(píng)價(jià)所面臨的困難[1-2]。由于能值理論能夠?qū)⑸鷳B(tài)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)用同一度量單位進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果客觀可靠，故被廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)和分析國(guó)家或地區(qū)的環(huán)境[3-5]、經(jīng)濟(jì)[6-7]、資源[8-9]、城市生態(tài)系統(tǒng)[10]及系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展[11]等方面。目前，能值理論在環(huán)境方面的應(yīng)用主要集中于濕地生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)[4]、森林生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)[5]等方面，而在水土保持生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用未見報(bào)道。筆者以山西省長(zhǎng)治市為例，將長(zhǎng)治市水土流失治理生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)投入和產(chǎn)出物質(zhì)轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一能值進(jìn)行分析研究，并制定能值分析表，探討長(zhǎng)治市水土保持措施的合理性和可持續(xù)性。期望提高長(zhǎng)治市水土保持生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)的科學(xué)性、系統(tǒng)性和準(zhǔn)確性，為區(qū)域水土保持措施的適宜性評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)，為我國(guó)其他地區(qū)水土保持綜合治理生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)提供參考，同時(shí)也豐富能值理論在水土保持生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用。

1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)治地處晉東南，晉冀豫3省交界，全境位于由太行山太岳山環(huán)繞而成的上黨盆地中(E111°58′03″～112°44′04″，N35°49′～37°08′)。地勢(shì)由西北向東南緩緩傾斜，總面積1萬3 896 km2，人口333.4萬。屬典型暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，年平均溫度9.7 ℃，年平均降水549.2 mm，主要災(zāi)害天氣為干旱，有十年九旱之說。全市地處黃土高原東部，土石山區(qū)面積大，石厚土薄，溝壑縱橫，植被稀疏，水土流失嚴(yán)重且危害巨大。針對(duì)水土流失問題，長(zhǎng)治陸續(xù)實(shí)施了建設(shè)“四田”(灘地、壩地、旱坪塬地、梯田)、退耕還林、水土保護(hù)造林種草、大棚種植、發(fā)展生態(tài)畜牧等水土保持措施。這些水保措施的實(shí)施有效改善了長(zhǎng)治市生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)環(huán)境。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

長(zhǎng)治市水土流失面積為1萬1 045 km2，水土流失區(qū)實(shí)施的水土保持措施有建設(shè)“四田”、退耕還林、大棚種植、發(fā)展生態(tài)畜牧等。為了系統(tǒng)衡量水土流失治理成效，根據(jù)水土保持措施對(duì)長(zhǎng)治市水土流失治理生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)用地類型、產(chǎn)品產(chǎn)出的影響，在長(zhǎng)治市水土流失治理區(qū)，選取相關(guān)的輸入和輸出能值指標(biāo)，構(gòu)建能值指標(biāo)體系，在此基礎(chǔ)上分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)水土保持生態(tài)效應(yīng)。本研究有關(guān)農(nóng)業(yè)機(jī)械、肥料、灌溉水、農(nóng)膜等相關(guān)生產(chǎn)要素投入以及農(nóng)、林、牧等相關(guān)產(chǎn)出數(shù)據(jù)來源于長(zhǎng)治統(tǒng)計(jì)年鑒(2005—2015年)[12]。年治理水土流失面積及新增水土流失面積等數(shù)據(jù)來源于長(zhǎng)治市水土保持監(jiān)測(cè)站。年均降雨量及年均太陽輻射量數(shù)據(jù)來源于長(zhǎng)治市氣象局。

2.2 水土保持生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)的指標(biāo)構(gòu)建

2.2.1 系統(tǒng)投入能值指標(biāo) 系統(tǒng)的投入能值按其來源可分為可更新自然資源、不可更新自然資源、工業(yè)輔助能和可更新有機(jī)能4部分，其中前2部分可以從自然界無償獲得，后2部分需要貨幣購(gòu)買?？筛颅h(huán)境資源，包括太陽光、雨水勢(shì)能、雨水化學(xué)能，由于這3部分資源能量來源相同，為避免重復(fù)計(jì)算，選取其中最大者數(shù)據(jù)為可更新環(huán)境資源。此外，筆者選取表土凈損耗能作為不可更新環(huán)境資源項(xiàng)目。選取氮肥、磷肥、鉀肥等作為工業(yè)輔助能項(xiàng)目。選取勞力、畜力、有機(jī)肥等作為可更新有機(jī)能項(xiàng)目。

2.2.2 系統(tǒng)產(chǎn)出能值指標(biāo) 本文選取種植業(yè)、畜牧業(yè)、林業(yè)等作為系統(tǒng)產(chǎn)出能值指標(biāo)因子。其中農(nóng)產(chǎn)品包括玉米、小麥、豆類等，畜產(chǎn)品包括豬肉、牛肉、奶類等。

2.2.3 能值指標(biāo)體系 凈能值產(chǎn)出率為系統(tǒng)產(chǎn)出能值與人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)輸入能值的比值，用來衡量系統(tǒng)產(chǎn)出對(duì)經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)大小的指標(biāo)，其值越高，表明系統(tǒng)投入一定的經(jīng)濟(jì)能值，產(chǎn)出的產(chǎn)品能值越高，即系統(tǒng)的生產(chǎn)效率越高[13]。公式為

EYR=Emy/(F+R1)。

(1)

式中：EYR為Emy為總產(chǎn)出能值；F為工業(yè)輔助能；R1為可更新有機(jī)能。

環(huán)境負(fù)載率為系統(tǒng)不可更新資源投入總量與可更新資源投入總量的比值，反映系統(tǒng)的負(fù)荷程度[14]。其值越小，說明系統(tǒng)所受環(huán)境壓力較小，公式為

ELR=(F+N)/(R+R1)。

(2)

式中：ELR為N為不可更新環(huán)境資源；R為可更新環(huán)境資源。

可持續(xù)發(fā)展指數(shù)為凈能值產(chǎn)出率與環(huán)境負(fù)載率的比值，用來衡量系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展水平的指標(biāo)。若110表明系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)欠發(fā)展[15]。公式為

ESI=EYR/ELR。

(3)

2.3 能值計(jì)算方法

能值分析就是把生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中流動(dòng)和儲(chǔ)存的不同形式、不可分析比較的能量轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一能值標(biāo)準(zhǔn)，定量分析系統(tǒng)內(nèi)各種資源利用情況、系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展及生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益[1-2],實(shí)現(xiàn)不同類型物質(zhì)、能量與信息的統(tǒng)一評(píng)價(jià)?；痉椒ň褪菍⒏鞣N產(chǎn)品、資源所含的能量全部轉(zhuǎn)化為太陽能值，公式為

E=TB。

(4)

式中：E為太陽能值；T為太陽能值轉(zhuǎn)化率；B為物質(zhì)所含的能量或質(zhì)量。

筆者通過分析計(jì)算，將不同物質(zhì)和能量換算成同一標(biāo)準(zhǔn)的能值，編制長(zhǎng)治市水土流失治理生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)投入產(chǎn)出能值分析表，建立能值分析指標(biāo)體系，分析比較系統(tǒng)投入產(chǎn)出能值，評(píng)價(jià)長(zhǎng)治市水土保持生態(tài)效應(yīng)，為下一步的水土流失治理提供理論依據(jù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 長(zhǎng)治市水土流失治理生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)投入能值結(jié)構(gòu)比較

由表1和圖1可見，長(zhǎng)治市水土流失治理生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值投入主要包括可更新環(huán)境資源、不可更新環(huán)境資源、工業(yè)輔助能、可更新有機(jī)能?？筛颅h(huán)境資源組成成分為不規(guī)則變化的自然資源，由于其組成成分的特殊性，導(dǎo)致其能值變化的不確定。表土凈損耗能值，2004—2008年間上升，由2004年的3.58×1019上升到2008年的3.64×1019；2008—2014年間下降，由2008年的3.64×1019下降到2014年的3.53×1019。2004—2008年間表土凈損耗能值上升的原因主要是灘地、壩地、梯田等工程建設(shè)的影響。之后表土凈損耗能值呈下降趨勢(shì)說明水土保持措施正效益開始凸顯，有效保護(hù)了土地資源，減少了水土流失。工業(yè)輔助投入能值不斷增加，由2004年的1.91×1021增加到2014年的2.22×1021，表明隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，系統(tǒng)對(duì)機(jī)械動(dòng)力、電力、化肥等的消耗增加。另外，可更新有機(jī)能呈逐漸下降趨勢(shì)，由2004年的1.32×1021減少到2014年的1.15×1021，這主要是由于機(jī)械動(dòng)力對(duì)畜力的替代及勞動(dòng)力向其他行業(yè)轉(zhuǎn)移的結(jié)果。此外，工業(yè)輔助能值投入占總投入能值的比例分別為47.16%～55.46%，低于全國(guó)平均水平62%，說明系統(tǒng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平低于全國(guó)平均水平?？傮w來看，在系統(tǒng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平較低的情況下，工業(yè)輔助投入能值的增加、可更新有機(jī)能值的下降，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式逐漸被現(xiàn)代化技術(shù)所取代，使整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展更合理，人類有更多精力投入其他行業(yè)，在保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)增加的情況下創(chuàng)造更大社會(huì)價(jià)值。這一趨勢(shì)也表明水土流失治理措施沒有破壞系統(tǒng)生態(tài)環(huán)境平衡，也進(jìn)一步說明了措施的合理性。

表1 長(zhǎng)治市水土流失治理生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的投入能值Tab.1 Emergy input of the water loss and soil erosion control eco-economic system in Changzhi

注：機(jī)械動(dòng)力、電力、勞力、畜力、有機(jī)肥、種子、灌溉水能值轉(zhuǎn)換率分別為7.50×107、1.59×107、3.80×105、1.46×105、2.70×104、6.60×104和8.99×104sej/g ，機(jī)械動(dòng)力、電力、勞力、畜力、種子能量轉(zhuǎn)換系數(shù)分別為3.60×106、3.60×106、3.74×109(按人均300 kg口糧計(jì)算)、9×109和1.6×1010，有機(jī)肥的計(jì)算公式,主要參考文獻(xiàn)[16]。太陽光、雨水勢(shì)能、表土凈損耗能、農(nóng)藥能值轉(zhuǎn)換率分別為1、1.00×104、6.25×104和1.60×109，主要參考文獻(xiàn)[17]。雨水化學(xué)能能值轉(zhuǎn)換率為1.80×104，雨水勢(shì)能、雨水化學(xué)能的能量計(jì)算公式，主要參考文獻(xiàn)[12]。氮肥、磷肥、鉀肥、復(fù)合肥、農(nóng)用塑料薄膜能值轉(zhuǎn)換率分別為3.80×109、3.90×109、1.10×109、2.80×109和3.80×108，主要參考文獻(xiàn)[18]。柴油能值轉(zhuǎn)換率為6.60×104，主要參考文獻(xiàn)[19]。Note:Emergy conversion coefficient of machine power,electric power,labor,livestock force,organic fertilizer,seeds,and irrigation water is 7.50×107sej/J ,1.59×107sej/J ,3.80×105sej/J ,1.46×105sej/J ,2.70×104sej/g,6.60×104sej/g,and 8.99×104sej/g.Energy conversion coefficient of machine power,electric power,labor,livestock force,and seeds is 3.60×106J·kW·h-1,3.60×106J·kW·h-1,3.74×109J·person-1(based on 300 kg grain ration per person),9×109J·head-1,and 1.6×1010J·t-1,the calculation formula of organic fertilizer referring to the reference [16].Emergy conversion coefficient of sunlight,geopotential energy in dispersed rain,loss energy of net surface soil,and pesticide is 1.00×104sej/J,6.25×104sej/J ,and 1.60×109sej/J,referring to the reference [17].Emergy conversion coefficient of chemical energy in dispersed rain is 1.80×104sej/J.The calculation formula of geopotential energy in dispersed rain,chemical energy in dispersed rain referring to the reference [12].Emergy conversion coefficient of nitrogenous fertilizer,phosphatic fertilizer,potassic fertilizer,compound fertilizer,agricultural plastic film is 3.80×109sej/g,3.90×109sej/g ,1.10×109sej/g,2.80×109sej/g,and 3.80×108sej/g,referring to the reference [18].Emergy conversion coefficient of diesel oil is 6.60×104sej/g,referring to the reference [19].

圖1 長(zhǎng)治市水土流失治理生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值投入結(jié)構(gòu)變動(dòng)趨勢(shì)Fig.1 Trend of emergy input structure of the water loss and soil erosion control eco-economic system in Changzhi

3.2 長(zhǎng)治市水土流失治理生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)產(chǎn)出能值結(jié)構(gòu)比較

由表2和圖2可見，長(zhǎng)治市水土流失治理生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值產(chǎn)出的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)為種植業(yè)和畜牧業(yè)，其中畜牧業(yè)能值波動(dòng)較大，整體呈增加趨勢(shì)，由2004年的4.08×1021增加到2014年的4.70×1021，表明長(zhǎng)治市生態(tài)畜牧建設(shè)措施取得了一定成效。農(nóng)產(chǎn)品中蔬菜產(chǎn)出能值不斷增加，由2004年的6.43×1019增加到2014年的7.19×1019，說明大棚種植政策措施已取得很大成效。系統(tǒng)內(nèi)主要作物(玉米、小麥、豆類、油料)的總產(chǎn)量，2004—2005年間上升，由2004年的2.01×1021上升到2005年的2.25×1021。2005—2009年間下降，由2005年的2.25×1021下降到2009年的1.69×1021。2009—2014年間上升，由2009年的1.69×1021上升到2014年的2.31×1021，上升了36.69%。造成這一趨勢(shì)的原因主要是在2005年到2009年由于淤地壩、梯田、退耕還林等工程建設(shè)的影響，系統(tǒng)壓力大，資源利用率低；在2009—2014年，隨著水土流失治理的生態(tài)效益的增加，淤地壩、梯田等工程的正效益凸顯，作物產(chǎn)量有所增加。水果的產(chǎn)出能值呈減少趨勢(shì)，由2004年的4.25×1019減少到2014年的3.42×1019，2013年更是只有1.51×1019，種植經(jīng)濟(jì)林是一種很好的水土保持措施；但由于現(xiàn)階段長(zhǎng)治市經(jīng)濟(jì)林主要分布于貧瘠山區(qū)，不利于機(jī)械作業(yè)，生產(chǎn)主要靠勞動(dòng)力，成本很高，不能帶來很好的經(jīng)濟(jì)效益，導(dǎo)致水果產(chǎn)出能值非但沒有提高，反而有下降趨勢(shì)。

3.3 長(zhǎng)治市水土流失治理生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)主要能值指標(biāo)分析

3.3.1 凈能值產(chǎn)出率 表3及圖3示出，長(zhǎng)治市水土流失治理生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)凈能值產(chǎn)出率呈先減少后增加趨勢(shì)，由2004年的2.03減少到 2010年的1.80,之后持續(xù)增加，在2014年達(dá)到最大值，為2.26。造成這一趨勢(shì)的原因主要是總產(chǎn)出能值的變化，由2004年的6.56×1021減少到2010年的5.95×1021，之后持續(xù)增加，在2014年達(dá)到最大值7.62×1021，相比2004年增加了16.16%,說明系統(tǒng)經(jīng)過一段時(shí)間對(duì)投入結(jié)構(gòu)變化的適應(yīng)后經(jīng)濟(jì)效益及資源利用效率在不斷提高。此外，凈能值產(chǎn)出率在1～6之間為合理區(qū)間,本系統(tǒng)2004—2014年凈能值產(chǎn)出率分別為1.80～2.26，表明系統(tǒng)產(chǎn)出能值在補(bǔ)償投入能值后仍有剩余，系統(tǒng)具有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，而系統(tǒng)一直具有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力表明長(zhǎng)治市水土流失治理措施是合理并且可持續(xù)的。

3.3.2 環(huán)境負(fù)載率 由表3及圖3可知，長(zhǎng)治生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的環(huán)境負(fù)載率在2004—2009年間逐漸上升，由0.92上升到1.21，上升了31.52百分點(diǎn)。2010—2014年間，除了2012年的1.29，其他年份相對(duì)2009年減少。這一趨勢(shì)與凈能值產(chǎn)出率的變化趨勢(shì)基本相同，表明2004—2009年系統(tǒng)壓力大，資源利用率低，2010—2014年隨著水土流失治理的生態(tài)效益的增加，所以系統(tǒng)的環(huán)境負(fù)載率減少，環(huán)境有所改善。因此，水土保持措施的選擇要因地制宜，盡可能的減少對(duì)環(huán)境的影響，以達(dá)到提高環(huán)境資源利用效率，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的。

3.3.3 可持續(xù)發(fā)展指數(shù) 用來衡量系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展水平的指標(biāo)。由表3及圖3可知，系統(tǒng)2004—2014年的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)均位于1～10之間，系統(tǒng)具有發(fā)展?jié)摿突盍?。表明水土流失治理措施沒有破壞系統(tǒng)生態(tài)環(huán)境平衡，也進(jìn)一步說明措施的合理性。

表2 長(zhǎng)治市水土流失治理生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)產(chǎn)出能值Tab.2 Emergy output of the water loss and soil erosion control eco-economic system in Changzhi

注：玉米、小麥、棉花、油料、水果、蔬菜能量轉(zhuǎn)換系數(shù)分別為1.63×1010、1.63×1010、1.67×1010、1.67×1010、3.3×109和2.5×109，主要參考文獻(xiàn)[16]，豆類、豬肉、牛肉、木材、羊肉、禽肉、奶類、禽蛋能量轉(zhuǎn)換系數(shù)分別為2.09×1010、2.025×1010、9×109、1.67×1010、1.275×1010、5.5×109、2.9×109和8.4×109，主要參考文獻(xiàn)[20]。玉米、小麥、豆類、棉花、油料、蔬菜、水產(chǎn)品、木材能值轉(zhuǎn)換率分別為8.52×104、6.80×104、6.90×105、8.60×105、6.90×105、2.70×104、2.00×106和3.49×104，主要參考文獻(xiàn)[18]，豬肉、牛肉、羊肉、禽肉、奶類、禽蛋能值轉(zhuǎn)換率分別為1.70×106、4.00×106、2.00×106、1.70×106、1.71×106和1.71×106，主要參考文獻(xiàn)[19]。Note:Energy conversion coefficient of corn,wheat,cotton,oilbearing,fruits,and vegetables is 1.63×1010J·t-1,1.63×1010J·t-1,1.67×1010J·t-1,1.67×1010J·t-1,3.3×109J·t-1,and 2.5×109J·t-1,referring to the reference [16].Energy conversion coefficient of bean,pork,beef,wood,mutton,poultry,dairy,and eggs is 2.09×1010J·t-1,2.025×1010J·t-1,9×109J·t-1,1.67×1010J·t-1,1.275×1010J·t-1,5.5×109J·t-1,2.9×109J·t-1,and 8.4×109J·t-1,referring to the reference [20].Emergy conversion coefficient of corn,wheat,bean,cotton,oilbearing,vegetables,aquatic product,and wood is 8.52×104sej/g,6.80×104sej/g,6.90×105sej/g,8.60×105sej/g,6.90×105sej/g,2.70×104sej/g,2.00×106sej/g,and 3.49×104sej/g,referring to the reference [18].Emergy conversion coefficient of pork,beef,mutton,poultry,dairy,and eggs is 1.70×106sej/g,4.00×106sej/g,2.00×106sej/g,1.70×106sej/g,and 1.71×106sej/g,1.71×106sej/g,referring to the reference [19].

圖2 長(zhǎng)治市水土流失治理生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值產(chǎn)出結(jié)構(gòu)變動(dòng)趨勢(shì)Fig.2 Trend of emergy output structure of the water loss and soil erosion control eco-economic system in Changzhi

表3 長(zhǎng)治市水土流失治理生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值分析主要指標(biāo)Tab.3 The main indexes of emergy of the water loss and soil erosion control eco-economic system in Changzhi

圖3 長(zhǎng)治市水土流失治理生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值分析主要指標(biāo)Fig.3 Main indexes of emergy of thewater loss and soil erosion control eco-economic system in Changzhi

4 結(jié)論與建議

筆者基于能值理論分析2004—2014年長(zhǎng)治市水土流失治理生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值投入產(chǎn)出情況。經(jīng)過分析，系統(tǒng)能值投入波動(dòng)較大，整體呈增加趨勢(shì)，最低值為2008年的3.91×1021sej，最高值為2011年的4.33×1021sej。其中，不可更新資源能值投入呈先減少后增加趨勢(shì)、可更新有機(jī)能投入能值呈減少趨勢(shì)，工業(yè)輔助能值投入呈增加趨勢(shì)。2004—2014年系統(tǒng)總能值產(chǎn)出呈現(xiàn)整體增加、局部時(shí)間段下降趨勢(shì)，最低值為2010年的5.95 ×1021sej，最高值為2014年的7.62 ×1021sej。其中2大主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)中的畜牧業(yè)整體呈增加趨勢(shì)、農(nóng)業(yè)中的蔬菜產(chǎn)量不斷增加等變化趨勢(shì)都說明水土保持措施取得了一定成效。通過對(duì)2004—2014年長(zhǎng)治市水土流失治理生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)具代表性的能值指標(biāo)進(jìn)行分析，凈能值產(chǎn)出率均>1、可持續(xù)發(fā)展指數(shù)1

無論從能值投入產(chǎn)出結(jié)構(gòu)還是能值指標(biāo)分析都表明長(zhǎng)治市水土保持措施取得了一定效果，具有合理性和可持續(xù)性。為了使長(zhǎng)治市水土保持生態(tài)效應(yīng)達(dá)到最大化，本文提出以下建議：

1)明確方向，分區(qū)治理。長(zhǎng)治市分為黃土丘陵溝壑區(qū)、黃土丘陵階地區(qū)、土石山區(qū)、沖積平原區(qū)四大類型區(qū)，由于各區(qū)的自然條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等都不同，因此要明確方向，不同的類型區(qū)治理措施不盡相同。

2)深化土地改革，加快規(guī)模化和集約化生產(chǎn)。長(zhǎng)治市大部分區(qū)域溝壑縱橫、土地分散，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式粗放。如果能夠因地制宜，合理布局農(nóng)、林、牧、漁業(yè)，加快規(guī)?；图s化生產(chǎn)，則能夠起到以點(diǎn)帶面的作用，提高群眾保持水土的積極性。

3)加強(qiáng)水土保持監(jiān)督執(zhí)法。通過不斷宣傳水土保持法律、法規(guī)來強(qiáng)化民眾水土保持意識(shí)，完善監(jiān)督執(zhí)法體系，開展監(jiān)督執(zhí)法培訓(xùn)，提高執(zhí)法水平和素質(zhì)，與農(nóng)業(yè)、國(guó)土、環(huán)保、水務(wù)等部門開展合作，加強(qiáng)水土流失執(zhí)法力度和水土流失防治費(fèi)征收。

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Analysis of the ecological effects of soil and water conservation based on emergy theory:A case study of Changzhi City of Shanxi Province

ZHU Jijie1,2，RAO Liangyi1,2

(1.School of Soil and Water Conservation,Beijing Forestry University,100083,Beijing,China; 2.Key Laboratory of State Forestry Administration on Soil and Water Conservation,Beijing Forestry University,100083,Beijing,China)

[Background] At present,the methods of ecological effects of soil and water conservation are usually dispersed in the evaluation of the ecological system and economic system.Since two methods of evaluation and measurement are different,it is difficult to compare them.Thus it is very necessary to evaluate the ecological effects of soil and water conservation by unifying measurement units.Emergy theory is based on the solar energy,which combines the ecological system and economic system,and unifies the unit of measurement.In this way,that can overcome the difficulties from the separation of ecological and economic systems.So far,the application of emergy theory in the evaluation of eco-economic effects of soil and water conservation has not been reported.[Methods] Based on the theory of emergy analysis and statistical yearbooks as well as other related information of Changzhi City from 2004 to 2014,we analyzed the emergy indexes of input and output of the soil and water losses control eco-economic system in Changzhi City.By analyzing and calculating,the different materials and energy were converted into the same standard emergy.Then the analysis tables of input and output of soil and water losses control eco-economic system as well as the emergy analysis index system in Changzhi City were established for analyzing and comparing the input-output emergy values.They were used for the assessment of soil and water conservation ecological effects in Changzhi and providing theory basis for the further soil and water losses control.[Results] The results showed that the emergy input of the water loss and soil erosion control eco-economic system was large and the overall trend was increasing.The lowest value was 3.91×1021sej in 2008,the highest value was 4.33×1021sej in 2011.Emergy input of the water loss and soil erosion control eco-economic system in Changzhi City was overall increasing,and the local time period declined.The lowest input value was 5.95 ×1021sej in 2010,and the highest value was 7.62 ×1021sej in 2014.The total emergy of stockbreeding and vegetable production in agriculture overall increased,indicating that soil and water conservation measures have achieved some success.When the structure of the total emergy output was healthy,the net emergy output ratio both were greater than 1 and sustainable development index was in a reasonable range,indicating that the soil and water conservation measures in Changzhi City were rational and sustainable.[Conculsions] Generally speaking,the comprehensive level of the water loss and soil erosion control eco-economic system in Changzhi City is getting better and the sustainable development eco-economic system showed that the project′s ecological and economic purpose was basically fulfilled.In order to maximize the ecological effect of soil and water conservation in Changzhi City,we should clear the direction of governance and zoning,deepen the reform of land,speed up the scale and intensive production,and strengthen the supervision and enforcement of soil and water conservation.

soil and water conservation; ecological effects; eco-economic system; emergy analysis; Changzhi City

2017-01-20

2017-03-22

項(xiàng)目名稱：水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)“水土保持生態(tài)效應(yīng)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)研究”(201501045)

朱基杰(1992—)，男，碩士研究生。主要研究方向：水土保持和生態(tài)工程。E-mail：871113622@qq.com

?通信作者簡(jiǎn)介：饒良懿(1976—)，女，博士，教授。主要研究方向：水土保持和生態(tài)工程。E-mail：raoliangyi@bjfu.edu.cn

S157

A

2096-2673(2017)04-0078-09

10.16843/j.sswc.2017.04.010