趙琳琪 陳源泉

(中國農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院，北京 100193)

推進農(nóng)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展是我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要方向。我國的蔬菜產(chǎn)量和播種面積均位居世界第一，年播種面積在2×107hm2以上[1]。北京市每天蔬菜需求量達1×107kg[2]，蔬菜生產(chǎn)是北京市重要的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。目前，蔬菜生產(chǎn)方式主要有常規(guī)種植和有機種植，經(jīng)營主體主要包含農(nóng)戶和企業(yè)經(jīng)營管理。研究分析不同生產(chǎn)方式與經(jīng)營管理的生態(tài)經(jīng)濟可持續(xù)性對于區(qū)域農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[3]。

關于蔬菜生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展研究，已有研究主要從土壤重金屬、土壤質(zhì)量、氣體排放等角度研究蔬菜對人體的健康風險[4-9]；也有應用能值、生命周期評價等生態(tài)經(jīng)濟學方法對比蔬菜的有機種植與傳統(tǒng)種植模式的系統(tǒng)可持續(xù)性[10-12]。針對蔬菜生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，已有研究主要從成本—效益角度進行研究分析[13-14]。對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性評價需要綜合考慮生態(tài)與經(jīng)濟的協(xié)調(diào)性，因此，本研究擬采用能值分析與經(jīng)濟分析方法，從生態(tài)經(jīng)濟學角度對京郊大棚蔬菜3種生產(chǎn)經(jīng)營方式的可持續(xù)性進行綜合評價，以期為京郊蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供一定參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

本研究選取京郊農(nóng)戶常規(guī)種植、企業(yè)常規(guī)種植和企業(yè)有機種植3種生產(chǎn)經(jīng)營模式作為研究對象。3種模式均為蔬菜大棚生產(chǎn)，溫室大棚種植面積均為0.04 hm2，本研究的投入、產(chǎn)出數(shù)據(jù)來源于2019年3—7月實地調(diào)研，3種生產(chǎn)經(jīng)營模式具體情況見表1。

表1 京郊3種蔬菜生產(chǎn)經(jīng)營模式Table 1 Three patterns of vegetable production and management in Beijing suburbs

注：①企業(yè)有機種植模式中，若消費者預存4 000元，則所有蔬菜統(tǒng)一定價為28元/kg；若消費者預存8 000元，所有蔬菜統(tǒng)一定價為26元/kg。

Note: ① In enterprise with organic management, if the consumer deposits 4 000 yuan in advance, all vegetables will be uniformly priced at 28 yuan/kg. If 8 000 yuan, the consumer deposits all vegetables are uniformly priced at 26 yuan/kg.

1.2 研究方法

1.2.1能值分析

在生態(tài)經(jīng)濟可持續(xù)評價方面，本研究采用Odum[15]提出的能值方法進行生態(tài)經(jīng)濟評價。通過繪制出蔬菜大棚種植的系統(tǒng)能流圖(圖1)，從總體上反映本研究蔬菜大棚系統(tǒng)能流特征及其內(nèi)部動態(tài)變化。將生產(chǎn)蔬菜的原始投入數(shù)據(jù)進行單位轉(zhuǎn)換，能量單位、質(zhì)量單位和價格單位分別轉(zhuǎn)換為J、g和美元。通過能值轉(zhuǎn)換率(Unit emergy value，UEV)將所有的原始投入數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為太陽能值。根據(jù)系統(tǒng)的原始投入能量來源，將其劃分為環(huán)境資源和經(jīng)濟系統(tǒng)資源，其中環(huán)境資源(E)包括可更新環(huán)境資源(Re)和不可更新環(huán)境資源，經(jīng)濟系統(tǒng)資源包括購入資源能值(P)、服務性能值(S)。系統(tǒng)產(chǎn)出能值等于全部能值投入(Y)。在計算各部分投入能值加和時，利用可更新比例系數(shù)(Renewability factor，RNF)分別計算資源的可更新投入(R)與不可更新資源投入(N)，可更新比例系數(shù)來自文獻[16]—[18]的研究。本研究采用最新能值基準，即12.0×1024sej/年。UEV來源于能值EmCF數(shù)據(jù)庫(http:∥cep.ees.ufl.edu)。美元與人民幣的換算采用2018年均美元匯率，1美元=6.62元(國家統(tǒng)計局)。本研究主要核算指標包括：能值自給率 (ESR)、凈能值產(chǎn)出率(EYR)、能值投資率(EIR)、環(huán)境負載率(ELR)、可持續(xù)發(fā)展指數(shù)(ESI)(表2)。

圖1 京郊大棚蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)能值流程圖
Fig.1 Emergy flow chart of greenhouse vegetable production system in Beijing suburbs

表2 主要能值指標的計算公式及其內(nèi)涵
Table 2 Calculation formula and description of main emergy indices

能值指標Emergy index計算公式Expression內(nèi)涵Description能值自給率(ESR)Emergy support ratioESR=E/Y反映其自給自足能力大小。ESR越高,則系統(tǒng)自給自足能力越強,對內(nèi)部資源開發(fā)程度越高。凈能值產(chǎn)出率(EYR)Net emergy yield ratioEYR=Y/P衡量系統(tǒng)產(chǎn)出對經(jīng)濟貢獻大小與生產(chǎn)效率。EYR越高,表明產(chǎn)出能值越高,生產(chǎn)效率、競爭力及其經(jīng)濟效益越高。能值投資率(EIR)Emergy investment ratioEIR=P/E衡量經(jīng)濟發(fā)展程度和環(huán)境負載程度指標。EIR越高,表明系統(tǒng)經(jīng)濟發(fā)展程度越高,對環(huán)境的依賴越小。環(huán)境負載率(ELR)Environment load ratioELR=N/R評價系統(tǒng)的環(huán)境壓力,及不可更新資源投入和使用,對環(huán)境造成的壓力。ELR越高,自然環(huán)境系統(tǒng)壓力越大?？沙掷m(xù)發(fā)展指數(shù)(ESI)Emergy sustainable indexESI=EYR/ELR衡量系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性與可持續(xù)性指標。ESI<1為發(fā)達國家,1

注：Y為總能值投入；E為自然環(huán)境資源能值投入；R為可更新能值投入；N為不可更新能值投入；P為購入資源投入。

Note:Yis total emergy input;Eis environment input;Ris renewable emergy input;Nis nonrenewable emergy input;Pis purchased materials input.

1.2.2經(jīng)濟理論

在經(jīng)濟效益方面，本研究主要考慮了大棚租金、人工、化肥、有機肥、機械、農(nóng)膜、設備采購及維修等支出成本以及蔬菜的年產(chǎn)出。由于3種模式的蔬菜種植種類不同，本研究統(tǒng)一以單位土地面積的產(chǎn)出進行經(jīng)濟效益核算。各生產(chǎn)經(jīng)營方式單位面積產(chǎn)出為：

Pi=Ii-Ci

(1)

(2)

(3)

各生產(chǎn)經(jīng)營方式單位面積的投入成本為：

(4)

式中：P為年利潤, 元/hm2；I為年收入, 元/hm2；C為年成本, 元/hm2；Q為2018年整個系統(tǒng)范圍內(nèi)的產(chǎn)量, kg；S為系統(tǒng)范圍內(nèi)的面積，hm2；l為蔬菜單價, 元/kg；k為市場銷量, kg；n為蔬菜種類；i為3種種植模式即農(nóng)戶常規(guī)種植、企業(yè)常規(guī)種植和企業(yè)有機種植；j為生產(chǎn)投入主要包含租金、種子、生物制劑、農(nóng)藥、人工、水電費、有機肥、化肥、農(nóng)機、農(nóng)膜、維修。

2 結(jié)果分析

2.1 能值分析

2.1.1能值投入分析

本研究利用能值理論能值轉(zhuǎn)換率(UEV)將環(huán)境資源與經(jīng)濟社會購入資源的各投入量統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為太陽能值(表3)，以計算結(jié)果為根據(jù)，計算各類相關能值投入，結(jié)果見表4。

企業(yè)有機種植模式的總能值投入為6.81×1016sej/hm2，小于農(nóng)戶常規(guī)種植模式的1.19×1017sej/hm2、企業(yè)常規(guī)種植模式的8.53×1016sej/hm2。企業(yè)有機種植模式的可更新能值投入和不可更新能值投入分別占到31.89%和68.11%，可知該生產(chǎn)系統(tǒng)目前主要依靠不可更新資源。企業(yè)常規(guī)種植模式的可更新資源投入占比為13.72%，在3種模式中最?。晦r(nóng)戶常規(guī)種植模式的總能值投入大于企業(yè)有機種植模式，所以每公頃可更新資源投入的能值也較大；企業(yè)有機種植模式的經(jīng)濟系統(tǒng)資源投入占97.79%，在3種生產(chǎn)模式中最大，企業(yè)有機種植模式環(huán)境資源能值投入占比為2.21%，在3種模式中占比最小，因此企業(yè)有機種植模式的生產(chǎn)主要通過大量經(jīng)濟系統(tǒng)資源驅(qū)動；企業(yè)有機種植模式的可更新環(huán)境資源的能值投入為1.19×1015sej/hm2，占總能值投入的1.75%，超過不可更新的自然資源使用量，表明企業(yè)有機種植模式系統(tǒng)對不可更新自然資源壓力較小。

在購入資源能值投入中(圖2)，企業(yè)有機種植模式的能值投入最大。其中，電力主要用于冬季溫室大棚內(nèi)的取暖、地下水澆灌和草柵電機的收放等，企業(yè)有機種植模式電力能值投入占總能值投入的30.59%，接近購入資源能值投入的1/3，大于農(nóng)戶常規(guī)種植模式電力能值投入的10.97%。在大棚的溫室環(huán)境下，能夠保證蔬菜生長所需溫、濕度、采光等環(huán)境條件。企業(yè)有機種植模式的建設費能值投入占比為25.44%、磚的能值為11.24%，主要為大棚的前期投入折算，2者之和占購入資源能值投入近40.00%。農(nóng)戶常規(guī)種植模式的磚能值投入占比6.44%與企業(yè)常規(guī)種植模式的磚能值投入8.96%均小于企業(yè)有機種植模式；農(nóng)戶常規(guī)種植模式的建設費主要是租金，能值投入占17.95%同樣小于企業(yè)有機種植模式。表明大棚種植的經(jīng)濟資源消耗主要來源于大棚的建設與維護，并且企業(yè)有機種植的建設投入最大。企業(yè)常規(guī)種植模式的有機肥投入能值占比30.58%，而企業(yè)有機種植模式除了使用有機肥料外，還使用了牛糞等糞肥，有機肥能值投入占比2.36%遠小于企業(yè)常規(guī)種植，表明企業(yè)有機種植模式下對有機肥料的使用較少，多使用牛糞堆肥。此外，3種模式對比，企業(yè)生產(chǎn)模式還使用了生物制劑，在購入資源能值投入中占較大投入，且企業(yè)的有機種植生物制劑投入能值占比7.90%大于企業(yè)常規(guī)種植的7.26%。

企業(yè)有機種植模式的服務性能值，主要來源于種植與采摘等過程的人工投入，能值為3.88×1015sej/hm2，占總能值投入的5.69%，比例較低，表明企業(yè)有機種植模式的人工投入產(chǎn)出效率較高。而在農(nóng)戶常規(guī)種植和企業(yè)常規(guī)種植模式的投入中，服務性能值投入占主要部分，農(nóng)戶常規(guī)種植人工投入占比46.95%，農(nóng)戶生產(chǎn)是自營，冬季生產(chǎn)葉菜，繁忙時期，有時工作超過20 h/d，1年平均投入13 h/d，企業(yè)常規(guī)種植的人工能值投入占比為32.08%，企業(yè)常規(guī)種植是規(guī)模生產(chǎn)，每人負責1～2棟大棚，因此人力投入均較大。

表4 京郊3種蔬菜生產(chǎn)經(jīng)營模式能值投入結(jié)構(gòu)分析
Table 4 Emergy inputs structure analysis for three patterns of vegetables production and management in Beijing suburbs

投入指標Input index農(nóng)戶常規(guī)種植Farmers with conventionalmanagement企業(yè)常規(guī)種植Enterprise with conventionalmanagement企業(yè)有機種植Enterprise with organicmanagement能值/1016sejEmergy比例/%Ratio能值/1016sejEmergy比例/%Ratio能值/1016sejEmergy比例/%Ratio全部能值投入(Y)Total emergy input11.90100.008.53100.006.81100.00可更新能值投入(R)Renewable emergy input2.4921.011.1713.722.1731.89不可更新能值投入(N)Nonrenewable emergy input9.3778.997.3686.284.6468.11購入資源能值投入(P)Purchased materials input11.2094.836.9681.576.6697.79服務性能值投入(S)Service inputs5.5746.952.7432.080.395.69環(huán)境資源能值投入(E)Environment input0.615.170.607.030.152.21可更新環(huán)境資源能值投入(Re)Renewable environment input0.282.410.293.360.121.75

A，電；B，建設費；C，磚；D，生物制劑；E，人力；F，牛糞；G，維修費；H，鋼鐵；I，有機肥；J，設備費；K，棚膜；L，機械；M，地膜；N，混凝土；O，種子；P，N肥；Q，豬糞；R，P肥；S，K肥；T，柴油。 A is electricity; B is building investment; C is brick; D is biology reagent; E is labor; F is cow dung; G is repair; H is steel; I is organic fertilizer; J is equipment; K is greenhouse film; L is machine; M is ground film; N is cement; O is seeds; P is N fertilizer; Q is pig manure; R is phosphate fertilizer; S is potassium fertilizer; T is diesel oil.
圖2 京郊3種蔬菜生產(chǎn)經(jīng)營模式的購入資源能值投入分布
Fig.2 Purchased emergy analysis for three patterns of vegetables production and management in Beijing suburbs

2.1.2能值綜合指標分析

通過5個綜合評價指標的計算結(jié)果(表5)可以看出：

1) 能值自給率(ESR)，企業(yè)有機種植模式的能值自給率為0.02，農(nóng)戶常規(guī)種植為0.05與企業(yè)常規(guī)種植模式0.07，3種模式的能值自給率都比較低，說明京郊蔬菜大棚生產(chǎn)的自然資源開發(fā)、利用程度較低，系統(tǒng)主要從生產(chǎn)系統(tǒng)外導入能源，表明當下生產(chǎn)模式對系統(tǒng)內(nèi)部資源依賴程度較低。

2)凈能值產(chǎn)出率(EYR)，企業(yè)有機種植模式系統(tǒng)的凈能值產(chǎn)出率為1.02，表明本地資源的利用效率不高，系統(tǒng)生產(chǎn)主要依賴購入經(jīng)濟資源驅(qū)動。其凈能值產(chǎn)出率低于農(nóng)戶的1.05與企業(yè)常規(guī)種植模式的1.23，表明企業(yè)有機種植模式的單位產(chǎn)出能值小于其他2種模式，這也是有機蔬菜大棚生產(chǎn)比一般蔬菜大棚產(chǎn)量低的主要表現(xiàn)。

3)能值投資率(EIR)，企業(yè)有機種植模式系統(tǒng)的能值投資率為44.20，是農(nóng)戶常規(guī)種植18.33的2.41倍，是企業(yè)常規(guī)種植模式生產(chǎn)11.60的3.81倍，表明企業(yè)有機種植模式系統(tǒng)的經(jīng)濟開發(fā)程度較高，系統(tǒng)承受的環(huán)境壓力較小。

4)環(huán)境負載率(ELR)，企業(yè)有機種植模式生產(chǎn)的環(huán)境負載率為2.14，小于農(nóng)戶常規(guī)種植的3.76，企業(yè)常規(guī)種植模式生產(chǎn)的6.29，說明此種植方式對自然環(huán)境的破壞性較低，對環(huán)境影響較小，企業(yè)常規(guī)種植模式的環(huán)境負載率最大，對環(huán)境的影響最大。3種模式生產(chǎn)所需的主要購買資源多為不可更新資源，且地下水資源的消耗及表層土的損失都會給環(huán)境造成一定的壓力。

5)可持續(xù)發(fā)展指數(shù)(ESI)，企業(yè)有機種植模式系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)為0.48，高于農(nóng)戶常規(guī)種植的0.28與企業(yè)常規(guī)種植模式的0.19，說明該系統(tǒng)在3種模式下的可持續(xù)發(fā)展程度相對較好。3者的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)均小于1，主要在于大棚設施前期投入較多，如建設費、租金等；企業(yè)有機種植模式可通過消費者預存蔬菜消費金額，較快的進行資金周轉(zhuǎn)，支持有機蔬菜生產(chǎn)。

表5 京郊3種蔬菜生產(chǎn)經(jīng)營模式能值指標Table 5 Emergy indices for three patterns of vegetables production and management in Beijing suburbs

注：FC為農(nóng)戶常規(guī)種植；EC為企業(yè)常規(guī)種植；EO為企業(yè)有機種植，EO/FC為企業(yè)有機種植的各指標值與農(nóng)戶常規(guī)種植各指標值的比值；EO/EC為企業(yè)有機種植的各指標值與企業(yè)常規(guī)種植各指標值的比值。

Note: FC is farmers with conventional management; EC is enterprise with conventional management; EO is enterprise with organic management; EO/FC is the ratio of the value of each indicator of enterprise with organic management to the value of each indicator of farmers with conventional management; EO/EC is the ratio of the value of each indicator of enterprise with organic management to the value of each indicator of enterprise with conventional management.

2.2 經(jīng)濟分析

企業(yè)有機種植的年利潤為1.45×106元/hm2(表6)，遠高于農(nóng)戶常規(guī)種植的3.34×105元/hm2，而企業(yè)常規(guī)種植的收入低于成本，年利潤為負；企業(yè)有機種植年收入最高為2.09×106元/hm2，大于企業(yè)常規(guī)種植的3.00×105元/hm2與農(nóng)戶常規(guī)種植的4.29×105元/hm2，說明企業(yè)有機種植模式的經(jīng)濟效益最高；成本投入方面，企業(yè)有機種植的年成本最高為6.45×105元/hm2，同樣為企業(yè)，常規(guī)種植模式下生產(chǎn)成本為3.37×105元/hm2，農(nóng)戶常規(guī)種植的生產(chǎn)成本最小為9.52×104元/hm2，表明企業(yè)有機種植模式的經(jīng)濟投入最多；單位產(chǎn)出方面，農(nóng)戶常規(guī)種植模式的年產(chǎn)量最高，為3.80×105kg/hm2，企業(yè)常規(guī)種植產(chǎn)量為6.10×104kg/hm2，因為不使用化肥、農(nóng)藥，企業(yè)有機種植的產(chǎn)量最小為2.88×104kg/hm2，低于其他2種模式，而收入高、利潤高，證明有機生產(chǎn)的單價高于其他2種模式，這符合有機生產(chǎn)高價格、高投入、低產(chǎn)出、高利潤的特點。因此，綜合來看，企業(yè)有機種植的經(jīng)濟可持續(xù)性最好。

表6 京郊3種蔬菜生產(chǎn)經(jīng)營模式的經(jīng)濟效益對比指標Table 6 Cost and benefit for three patterns of vegetables production and management in Beijing suburbs

3 討 論

在生態(tài)方面，本研究運用能值評價京郊蔬菜3種生產(chǎn)經(jīng)營方式的生產(chǎn)效率。3種模式的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)(ESI)均小于1，表明京郊蔬菜整體可持續(xù)發(fā)展仍有較大的提升空間。企業(yè)有機種植不使用任何已知有毒的化學合成農(nóng)藥或化肥，通過良好的人工田間管理，最大程度減少病蟲害發(fā)生的機率，定期對土壤和蔬菜進行抽樣檢測，透明生產(chǎn)記錄和檢測結(jié)果，供消費者選擇判斷。企業(yè)有機種植模式的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)最高為0.48，企業(yè)有機種植能值年總投入最低為6.81×1016sej/hm2，相對于農(nóng)戶常規(guī)種植與企業(yè)常規(guī)種植具有更高的可持續(xù)性，農(nóng)戶常規(guī)種植過程中使用了大量的化肥、農(nóng)藥，加之缺少有效的生產(chǎn)技術指導，對環(huán)境的影響較大[19]。企業(yè)常規(guī)種植的規(guī)模大，缺乏有效管理，生產(chǎn)過程的投入較多，造成大量浪費，對環(huán)境的影響大于企業(yè)有機生產(chǎn)模式。企業(yè)有機種植過程采用低碳、有機模式，追求可持續(xù)生產(chǎn)，對環(huán)境的壓力較小。因此，在能值方面，京郊蔬菜的可持續(xù)發(fā)展?jié)摿^大，且3種經(jīng)營生產(chǎn)模式中，企業(yè)有機種植模式最優(yōu)。

在經(jīng)濟方面，農(nóng)戶常規(guī)種植的年產(chǎn)量最高為3.80×105kg/hm2，而其年收入4.29×105元/hm2與年利潤3.34×105元/hm2均低于企業(yè)有機種植模式，這與已有研究結(jié)果基本一致[20-21]。京郊小農(nóng)戶的無公害蔬菜生產(chǎn)具有良好的市場和需求優(yōu)勢，但存在著銷路單一、成本上漲、技術落后和市場競爭的困境[22]。將京郊蔬菜的流通效率與國外的蔬菜作對比，也可發(fā)現(xiàn)，在蔬菜流通的各環(huán)節(jié)利益分配中，農(nóng)戶的利益最低[23]。本研究中，農(nóng)戶常規(guī)種植以自主為特點，生產(chǎn)過程缺少專業(yè)的生產(chǎn)指導，使用較多農(nóng)藥與化肥，生產(chǎn)成本高；另外，農(nóng)戶生產(chǎn)規(guī)模有限，無法形成規(guī)模效益，這也是農(nóng)戶收益較低的原因之一。而企業(yè)常規(guī)種植具有一定的規(guī)模效益，但其生產(chǎn)的核心目標是利益最大化[24-25]，追求高質(zhì)量、高收入的同時，有效管理跟不上，如蔬菜一旦出現(xiàn)病害有可能全部拔除，重新種植，造成了大量浪費與巨大損失。有機生產(chǎn)的理念是綠色、低碳，全程不使用農(nóng)藥、化肥[26]，企業(yè)有機種植模式中，消費者預存金額，所有蔬菜根據(jù)預存金額等級統(tǒng)一定價，解決了有機生產(chǎn)投入高、資金回流慢等主要問題。3種模式中，企業(yè)有機種植的年收入最高為2.09×106元/hm2，年利潤最高為1.45×106元/hm2，實現(xiàn)了收益高，產(chǎn)生廢棄物少，資源循環(huán)利用的多重效益；達到企業(yè)盈利，消費者吃到放心菜的雙贏效果，是當前生產(chǎn)條件下的最優(yōu)方式。因此，在經(jīng)濟方面，3種生產(chǎn)經(jīng)營方式中，企業(yè)有機種植模式的經(jīng)濟可持續(xù)性最高。

綜合生態(tài)能值分析與經(jīng)濟分析結(jié)果，京郊蔬菜3種生產(chǎn)經(jīng)營模式中，企業(yè)有機種植模式的生態(tài)可持續(xù)性最好；經(jīng)濟收入最高，利潤最大，經(jīng)濟可持續(xù)性最高，更適合在蔬菜產(chǎn)業(yè)中推廣。