羅志紅 劉祚希

(沈陽(yáng)航空航天大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110136)

引言

農(nóng)場(chǎng)化農(nóng)業(yè)是未來(lái)世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，在提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平、推廣農(nóng)業(yè)新技術(shù)、提高單位面積產(chǎn)量、降低成本、提升糧食質(zhì)量、提高資源利用率等方面，農(nóng)場(chǎng)化的發(fā)展起著重要作用。除此之外，農(nóng)場(chǎng)化的發(fā)展擴(kuò)大了耕地面積，釋放出巨大的勞動(dòng)潛力，加快城市化的步伐。在當(dāng)前農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的大背景下，農(nóng)場(chǎng)的農(nóng)作物生產(chǎn)正逐步成為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中的一個(gè)有機(jī)組成部分[1]。然而，為了追求糧食總產(chǎn)量，在農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中也產(chǎn)生了一系列環(huán)境問(wèn)題，如農(nóng)業(yè)機(jī)械、化肥、殺蟲劑的濫用，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生負(fù)面影響，降低了農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的資源消耗和污染物排放，從而導(dǎo)致地區(qū)的環(huán)境壓力過(guò)大，可持續(xù)性下降[2]。因此，建立適于我國(guó)農(nóng)場(chǎng)體系的環(huán)境可持續(xù)評(píng)估方法和指標(biāo)體系能夠?yàn)槲覈?guó)大型農(nóng)場(chǎng)的可持續(xù)管理模式提供幫助。本文采用能值分析方法，以國(guó)有農(nóng)場(chǎng)農(nóng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)為對(duì)象，包括糧食產(chǎn)量、棉花產(chǎn)量、油料作物產(chǎn)量、糖類產(chǎn)量、麻類產(chǎn)量、茶類產(chǎn)量和水果產(chǎn)量等，對(duì)我國(guó)2003—2018年國(guó)有農(nóng)場(chǎng)的農(nóng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行可持續(xù)績(jī)效評(píng)價(jià)。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究方法

1.1.1 能值分析概念

1987年，Odum第1次向外界闡述了能值概念理論，之后Odum又進(jìn)行了一系列調(diào)查研究并出版了世界上第1部能值專著《Environmental Accounting:EMERGY and Decision Making》，Odum將能值定義為某種流動(dòng)或貯存的能量包含另一種流動(dòng)或貯存的能量稱為該種能量的能值[3]。地球上的能量都直接或間接地來(lái)源于太陽(yáng)能，所以實(shí)際應(yīng)用中通常以太陽(yáng)能值(SolarEmergy)來(lái)度量不同類型能量的能值。

1.1.2 系統(tǒng)能值流圖

將生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者、消費(fèi)者以及其他組分聯(lián)結(jié)在一起，描述整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的流動(dòng)過(guò)程如圖1，圖中最大的矩形代表了國(guó)有農(nóng)場(chǎng)農(nóng)作物生產(chǎn)的系統(tǒng)邊界。陽(yáng)光和地球循環(huán)是基本的可再生能源，是推動(dòng)整個(gè)作物系統(tǒng)的初始能源。這些資源流動(dòng)和其他投入，如柴油、灌溉水、農(nóng)業(yè)機(jī)械、肥料和勞動(dòng)力等，支持了農(nóng)作物生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)作。虛線代表了投資和購(gòu)買勞動(dòng)力資源的貨幣流動(dòng)。

圖1 農(nóng)場(chǎng)農(nóng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)邊界圖

1.1.3 能值分析數(shù)據(jù)計(jì)算

收集2003—2018年國(guó)有農(nóng)場(chǎng)農(nóng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)的自然環(huán)境資源投入與消耗等各種數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)中主要能量來(lái)源和輸出項(xiàng)目進(jìn)行研究，然后對(duì)能值分析表中各類別資源能流量(原始數(shù)據(jù))進(jìn)行計(jì)算，用焦耳(J)來(lái)表示；每個(gè)參考(或功能)單元投入的太陽(yáng)能類型的輸入能值量被命名為單位能值(Unit Emergy Value，UEV)；將各類別的能量轉(zhuǎn)換成共同的能值單位(solar emjoule)，簡(jiǎn)寫為sej，評(píng)價(jià)其在系統(tǒng)中的貢獻(xiàn)和地位。在公式(1)中給出了相應(yīng)UEV計(jì)算的能值流量[4]。

Em=∑fi×UEVii=1,…,n

(1)

式中，Em表示投入資源的太陽(yáng)能值；fi表示物質(zhì)或能量的輸入流；UEVi表示第i流的單位能值。

1.1.4 能值指標(biāo)評(píng)價(jià)體系

Noise Intensity Determination in Urban Rail Transit Environmental Impact Assessment……………HAN Li(2·5)

在能值分析評(píng)價(jià)體系的作用下，以能量流、信息流、物質(zhì)流、貨幣流等各種生態(tài)流統(tǒng)一能值為標(biāo)準(zhǔn)的衡量尺度上，對(duì)各個(gè)系統(tǒng)和子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能進(jìn)行了分析，從而反映出資源的價(jià)值，反映了人類社會(huì)的發(fā)展。如公式(2)所示，投入的總能值(Total emergy used，U)是將可更新資源能值(Renewable resource emergy，R)、不可更新資源能值(Nonrenewable resource emergy，N)與購(gòu)買能值(Purchased Resources，F(xiàn))相加。以國(guó)有農(nóng)場(chǎng)農(nóng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)為例，可更新能值包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、雨水能以及地球旋轉(zhuǎn)能；不可更新能值包括表層土損耗；購(gòu)買能值包括灌溉水、種子、勞動(dòng)力、農(nóng)業(yè)機(jī)械、柴油和化肥等。

U=R+N+F

(2)

利用可更新資源能值(R)、不可更新資源能值(N)、外購(gòu)資源能值(F)與總能值(U)對(duì)國(guó)有農(nóng)場(chǎng)農(nóng)作物生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行了分析，構(gòu)建能值產(chǎn)出率(Emergy yield ratio，EYR)、環(huán)境負(fù)載率(Environmental loading ratio，ELR)、能值可持續(xù)指數(shù)(Emergy sustainable index，ESI)3個(gè)指標(biāo)，對(duì)國(guó)有農(nóng)場(chǎng)農(nóng)作物生態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)量、環(huán)境負(fù)荷、可持續(xù)性以及經(jīng)濟(jì)強(qiáng)度進(jìn)行了評(píng)價(jià)(除西藏、香港、澳門和臺(tái)灣)。

1.1.4.1 能值產(chǎn)出率(EYR)

能值產(chǎn)出率是系統(tǒng)總能值與購(gòu)買能值之比，這一指標(biāo)是衡量系統(tǒng)產(chǎn)出對(duì)經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)的大小。能值產(chǎn)出率越高，表明農(nóng)場(chǎng)農(nóng)作物生產(chǎn)效率越高，經(jīng)濟(jì)效益越好。用公式(3)來(lái)表示：

(3)

1.1.4.2 環(huán)境負(fù)載率(ELR)

環(huán)境負(fù)載率是不可再生能源與可再生能源之比，是衡量農(nóng)作物生產(chǎn)對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成的壓力。環(huán)境負(fù)載率越大，表明農(nóng)作物生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境的壓力越大。用公式(4)來(lái)表示：

(4)

可持續(xù)發(fā)展指數(shù)定義為能值產(chǎn)出率(ELR)與環(huán)境負(fù)載率(ESI)之比。這個(gè)指標(biāo)衡量了生態(tài)和經(jīng)濟(jì)2個(gè)方面。當(dāng)ESI<1時(shí)，則該系統(tǒng)的可持續(xù)性較差；當(dāng)ESI在1～10時(shí)，表明該系統(tǒng)是一個(gè)發(fā)展中的經(jīng)濟(jì)體；當(dāng)ESI>10時(shí)，表明該系統(tǒng)的可持續(xù)較好。用公式(5)來(lái)表示：

(5)

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

此次研究采用的數(shù)據(jù)均來(lái)源于2004—2019年國(guó)家統(tǒng)計(jì)局所編制并發(fā)布的《中國(guó)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》，降雨量數(shù)據(jù)來(lái)源于2003—2018年30省份的水資源公報(bào)，農(nóng)業(yè)灌溉水使用量數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》。能值輸入流的UEV主要基于發(fā)表的研究和美國(guó)國(guó)家環(huán)境核算數(shù)據(jù)庫(kù)(National Environmental Accounting Database，NEAD)[5]。

2 結(jié)果與討論

2.1 能值產(chǎn)出率(EYR)

從圖2可以看出，2003年的國(guó)有農(nóng)場(chǎng)的能值產(chǎn)出率是1.29，到了2018年，能值產(chǎn)出率已經(jīng)下降到了1.24，年均下降率為0.23%。表明用于產(chǎn)生農(nóng)作物產(chǎn)量的最大一部分能值是從系統(tǒng)外部投資來(lái)驅(qū)動(dòng)這一過(guò)程的，系統(tǒng)更多地依賴于外購(gòu)資源，而不是當(dāng)?shù)刭Y源。從表1可以看出，2003—2018年，EYR的平均值是1.25，和其他國(guó)家相比，我國(guó)農(nóng)場(chǎng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)的EYR值比較高，給環(huán)境系統(tǒng)帶來(lái)了不小的壓力。

圖2 2003—2018年國(guó)有農(nóng)場(chǎng)EYR、ELR和ESI分析結(jié)果

2.2 環(huán)境負(fù)載率(ELR)

根據(jù)圖2可知，2003年農(nóng)場(chǎng)的環(huán)境負(fù)載率為4.4，到了2018年，增長(zhǎng)到了5.12，年均增長(zhǎng)速率為1.01%。從表1也可以看出，農(nóng)場(chǎng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)的環(huán)境負(fù)載率比其他國(guó)家高，也就是說(shuō)，我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)對(duì)環(huán)境造成了中度影響。而在未來(lái)的農(nóng)業(yè)發(fā)展中，此值勢(shì)必會(huì)呈現(xiàn)逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)，因此，要對(duì)國(guó)有農(nóng)場(chǎng)重新進(jìn)行評(píng)估，適當(dāng)減少農(nóng)場(chǎng)不可再生資源的投入，保證農(nóng)場(chǎng)的功能不退化。

2.3 能值可持續(xù)指數(shù)(ESI)

從圖2可以看出，2003年國(guó)有農(nóng)場(chǎng)的環(huán)境可持續(xù)性指數(shù)是0.29，到了2018年，已經(jīng)下降到了0.24。從表1也可以看出，與其他國(guó)家相比，我國(guó)農(nóng)場(chǎng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)的可持續(xù)性較低，系統(tǒng)對(duì)經(jīng)濟(jì)投入的依賴程度太大。

表1 國(guó)有農(nóng)場(chǎng)作物系統(tǒng)與其他研究的比較

3 結(jié)論與建議

結(jié)果表明，從2003年開始，總能值的投入在逐年增加。截至2018年，外購(gòu)資源的投入已經(jīng)占到了最高比例，國(guó)有農(nóng)場(chǎng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)的EYR值逐年下降，ELR值逐年上升，因此ESI值逐年下降。這表明我國(guó)國(guó)有農(nóng)場(chǎng)由傳統(tǒng)的農(nóng)場(chǎng)模式轉(zhuǎn)變成了大型的機(jī)械農(nóng)場(chǎng)模式，采用了更加先進(jìn)的技術(shù)，如自動(dòng)播種機(jī)、自動(dòng)收割機(jī)等，提高了農(nóng)作物生產(chǎn)效率，但與此同時(shí)，大量的生產(chǎn)也導(dǎo)致了一系列的環(huán)境問(wèn)題。根據(jù)本研究得到的結(jié)論對(duì)國(guó)有農(nóng)場(chǎng)農(nóng)作物系統(tǒng)在未來(lái)的發(fā)展提出相應(yīng)的政策建議。具體建議如下：提高化肥的使用效率，可以采用新的化學(xué)成分、準(zhǔn)確的施用方法和更好的農(nóng)業(yè)管理技術(shù)，各農(nóng)場(chǎng)還可以實(shí)行種植養(yǎng)殖一體化模式，還可以推廣秸稈還田，推廣水肥綜合利用技術(shù)來(lái)提高化肥的利用率；發(fā)展農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，如可以應(yīng)用3R原則，以減少整體不可再生投入，將現(xiàn)有的農(nóng)場(chǎng)發(fā)展模式轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷳B(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)模式，延長(zhǎng)其可持續(xù)發(fā)展。