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摘要:以新疆干旱内陆典型代表区域——焉耆盆地为研究对象,运用能值分析理论和方法对该区域种植业生态经济系统的能值投入和产出进行了分析。结果表明:(1)焉耆盆地绿洲2006种植业生态经济系统的能值投入以不可更新的工业辅助能为主。在不可更新工业辅助能中,化肥对农业的产出影响较大;(2)该区域的能值利用强度高于全国平均水平,说明农业的科技投入水平较高;(3)系统的净能值产出率高于全国平均水平和发达地区水平,表明系统具有较高的经济活力,农业系统整体功能较好,运转效率较高,能值回报率较高;(4)农业生产对整个区域生态系统的压力较轻,引起的生态环境破坏较小,农业环境资源还有进一步开发利用的潜力;(5)焉耆盆地种植业系统具有可持续发展的潜力。
关键词:焉耆盆地;种植业系统;能值分析;可持续发展评价
中图分类号:S181文献标识码:ADOI编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2009.04.014
Emergy Analysis of Oasis Planting Economic Ecosystem in Arid Inland Basin—a Case Study of Yanqi Basin
KOU Wen1,WANG Shui-xian2 ,QIAN Yi1,3
(1.College of Grass Industry and Environment Science,Xinjiang Agricultural University,Urumchi,Xinjiang 830052,China;2.College of Earth and Environmental Sciences,Key Laboratory of Western China’s Environmental System s (Ministry of Education),Lanzhou University,Lanzhou,Gansu 730000,China;3.College of Environment and Safety Engineering,Qingdao University of Science and Technology,Qingdao,Shandong 266042,China)
Abstract:In this paper, taking the region of arid inland as the representation region-a case study of Yanqi basin, based on the theories and methods of emergy, emergy inputs and outputs of planting economic ecosystem were analyzed. The result showed that: (1) The unrenewable industrial assistance emergy were mainly in the region of farming eco-economic system, and the chemical fertilizers greater impacted on agriculture output; (2) The intensity of emergy use was higher than the national average on agriculture, which indicated that there were a higher levels of investment in science and technology in the region; (3) The net output rate of emergy in the planting economic ecosystem was higher than the level of the national average and developed regions of Guangdong Province, which showed that the system had higher economic vitality, and the better function of agricultural system, more efficient operation, higher returns of emergy; (4) The rate of environmental loading was a lower level, which indicated that agricultural production had less pressure on the entire regional ecosystems, and caused less damage to the ecological environment, and agriculture, environmental resources for further development and utilization; (5) The sustainable development index in Yanqi Basin indicated that farming systems in the region belonged to sustainable development areas.
Key words: Yanqi basin;planting system;emergy analysis;countermeasures of continual development
能值分析(Emergy analysis)[1] 理论和方法是美国著名生态学家、系统能量分析先驱Odum为首于20世纪80年代创立的。应用能值这一新的科学概念和度量标准及其转换单位能值转换率(transformity),可将生态经济系统内流动和储存的各种不同类型的能量和物质转换为同一标准的能值进行定量分析研究。该理论和方法一经提出便以它独到的研究角度获得广泛赞许。20世纪90年代以来,国内外关于能值分析研究异常活跃[2-11],研究领域不断拓宽。新疆是我国重要的粮棉生产基地,农业生产以高投入、高产出的模式为主,但由于资源利用效率偏低,这种模式已经对农业生态环境带来了很大的负面影响,如农业用水过量,既影响了生态用水供给,又造成土壤次生盐渍化;另外,大量使用化肥农药也使得土壤质量下降、非点源污染严重。
过去关于农业生产对生态环境影响的定量研究一直比较缺乏,已经妨碍了对农业生态系统的科学管理。因此,运用能值分析方法,定量分析该区域种植业系统主要农作物自然环境资源和辅助能的能值投入与产出,评价其环境资源能值基础、能值投入与农业发展水平,对更加合理地开发绿洲农业环境资源具有重要意义。笔者运用能值方法对新疆焉耆盆地2006年的种植业生态经济系统中能量、资金流动及系统的状况进行了分析研究,目的是为绿洲农业生态系统的调控提供科学依据。
1研究区概况
本研究以干旱内陆河流域典型代表区焉耆盆地作为研究对象。研究区主要是指焉耆盆地绿洲平原区(包括山前冲洪积扇和细土平原),位于东经86°39′～88°20′,北纬41°23′～43°31′。盆地东西方向长约160 km,南北方向宽60~90 km,绿洲区面积约576.8 km2。在行政区划上焉耆盆地包括巴音郭楞蒙古自治州的焉耆、和静、和硕与博湖四县的平原部分及兵团农二师21~27等7个团场。该区域地面海拔一般在1 050~1 200 m,地势西高东低、北高南低,总体呈现为四周向盆地倾斜的地貌形态。盆地内主要发育着流水地貌、风沙地貌和湖泊地貌类型。焉耆盆地的气候特征表现为热量充足,日照长,温差较大,平均降水量50.7~79.9 mm,相对湿度50%~60%,蒸发量为2 000.5~2 449.7 mm,属于南北疆过渡的大陆荒漠性气候。
2种植业生态经济系统能值分析相关数据表的建立
2.1能值分析表编制
以焉耆盆地2006年种植业生态经济系统中能量投入和产出数据为基础[12],结合部分农户调查数据,选取可更新环境资源、不可更新环境资源、可更新有机能、不可更新工业辅助能、农作物产出等作为主要分析指标。基于收集的资料数据,借助能量折算系数[13-15],将不同量纲的各种物质换算成对应的能量,折算为J(焦耳)和g(克)的能值分析原始数据,再将各原始数据乘以相应的太阳能值转换率[6,16,17],得到太阳能值量,再根据能量货币比率将太阳能值转化为能量—货币价值,并按投入和产出分类编制,最终形成2006年焉耆盆地种植业生态经济系统能值投入(表1)、能值产出(表2)结构表。
为了便于观察分析数据,将表1和表2的各项目合计进行汇总编制,得到焉耆盆地2006年种植业生态经济系统能值投入—产出汇总表(表3)。
2.2能值指标体系的建立
为分析各项投入产出能值所占比例,评价自然环境与辅助能对种植业系统中农业生产的贡献,根据系统特点和分析目的,将各项投入和产出数据进行相应比较,得出环境负荷率、辅助能值投入率、总能值产出率、有机能值投入率等能值指标,将这些数据与表达式汇总,编制成2006年焉耆盆地种植业生态经济系统能值指标体系(表4)。
3焉耆盆地种植业生态经济系统能值特征分析
3.1能值投入分析
3.1.1可更新能值投入分析从表1中可见,焉耆盆地种植业生态经济系统2006年投入能值总量为8.94E+20 sej。其中可更新环境资源、不可更新环境资源、可更新有机能、不可更新工业辅助能分别占总能值流量的5.06%,0.32%,38.10%,56.52%(图1)。不可更新的工业辅助能值投入最大,可更新的能值(可更新环境资源和可更新有机能)投入(占43.16%)居次。从图1中可见该地区可更新环境资源能值投入仅占总投入比例的5.06%,因此比例较小。
(1)可更新环境资源投入。焉耆盆地绿洲无偿环境投入能值占总投入能值的5.38%,低于全国平均水平(9%),也低于同为干旱区绿洲的甘肃凉州地区6.22%[19],与广州市16%[20]和海南省30%[21]相比,差距更大。可更新环境资源仅占5.06%,说明焉耆盆地绿洲无需付费的可更新资源并不丰富。
焉耆盆地可更新环境资源投入为4.52×1019 sej,占可更新总能值投入的11.7%,主要是太阳能、风能、雨水势能和雨水化学能,其中太阳能占可更新环境资源能值投入的89.16%,说明光热资源在该地区是优势资源。焉耆盆地太阳辐射能及光合有效辐射都较为丰富,但由于当地年降雨量只有70 mm左右,不能满足农作物等植物生长的需要,农作物生长所需的水分主要通过引水灌溉加以解决,因此该区域农业表现为灌溉农业的特征。
(2)可更新有机能投入。可更新的有机能投入为3.41×1020 sej,占可更新的总能值投入的88.3%,其中人力能值投入占有机能投入的9.00%,占总能值投入的3.43%。而农业机械能值投入占总能值投入的10.23%,这表明焉耆盆地种植业系统的生产是以机械为主,人力为辅。2006年焉耆盆地种植业系统的可更新有机能占总能值投入的38.1%,说明该地区农业生产在很大程度上依赖不可更新工业辅助能的投入。
3.1.2不可更新工业辅助能投入分析2006年焉耆盆地种植业系统能值投入中不可更新工业辅助能的投入为5.06×1020 sej,占总能值投入的56.52%。其中化肥的能值投入为3.52×1020 sej,占不可更新工业辅助能的69.57%,占总能值投入的39.37%。肥料投入一直是现代农业高产增产的主要手段,主要包括不可更新的化肥投入和可更新的有机肥投入。由于近些年来各地提高作物产量的措施比较单一,主要采取增施化肥的手段,导致肥料边际效益递减,化肥污染问题严重。焉耆盆地绿洲种植业系统肥料投入中,化肥占69.57%,说明工业辅助能投入中主要以化肥为主,而当地化肥利用率仅为30%~40%,单位面积化肥使用量较高,而利用率较低是种植业成本增加的主要原因,这不符合经济高效施肥的目标和生产绿色产品的要求。因此,必须继续调整肥料的投入,进一步增加有机肥的投入,焉耆盆地有丰富的秸秆资源,可以通过氨化发酵,以秸养畜,再以畜粪肥田,这样做不仅可以提高秸秆的利用率,使得畜牧业健康发展,提高单位耕地的产出效益,而且可以实现土地的用养平衡,最大限度地保持土壤的可持续性。
3.2能值产出分析
焉耆盆地2006年种植业总产出能值为1.60×1021 sej,在种植业系统产出能值中甜菜所占比重最高为52.94%,棉花为30.5%,其他依次为油料6.63%、蔬菜4.08%。主要作物的能值产出从大到小依次为:甜菜>棉花>油料>蔬菜>玉米>小麦>水果。从生态经济学角度来看,甜菜、棉花因能值产出高而在该地区作物结构调整中较具优势。
3.3能值指标体系分析
根据表4的指标含义和计算方法,对焉耆盆地绿洲种植业生态经济系统的主要能值指标进行了计算,并将其与有关国家及地区进行了比较,详见表5。
3.3.1能值投资率(Emergy Investment Ratio, EIR) 能值投资率为来自经济的反馈能值与来自环境的无偿能值的比值。这个比率指数是衡量开发单位本地区资源而需要的能值投入,也是衡量经济开发程度与环境负荷程度的指标。其值越大则表明系统经济发展程度越高;其值越小说明经济发展水平越低而对环境的依赖越强。太低的能值投资率将不利于吸引域外资金,进而影响本地资源开发。当这一比值较大时,说明系统主要的投入都是有偿的,会导致价格上涨,降低系统的竞争力。焉耆盆地种植业系统的能值投资率为10.52,高于全国平均水平4.93,也高于凉州地区的10.2,但低于日本的14.03(表5)。这表明焉耆盆地作为一个生产糖棉的主产区,在生产过程中投入了较多资金用于购买相关的生产资料,系统的运行和发展主要依赖于社会经济系统投入的能值。
3.3.2净能值产出率(Net Emergy Yield Ratio, EYR)净能值产出率为经济过程产生的能值量与来自经济过程的反馈输入能值的比值。它是衡量系统产出对经济贡献大小的指标。焉耆盆地2006年种植业系统净能值产出率为1.89,高于广东2003年种植业能值产出率的1.25和意大利1989年农业能值净产出率的1.13,更高于1998年全国的平均水平0.27,但低于凉州地区2005年农业的能值净产出率2.90(表5)。焉耆盆地种植业系统能值产出率较高,表明该地区种植业生态经济系统具有较高的经济活力,农业系统整体功能较好,运转效率较高,能值回报率较高。
3.3.3环境负荷率 (Environmental Loading Ratio, ELR)环境负荷率为购买的和不可更新的本地能值与无偿的环境能值(可更新资源能值)之间的比值。Odum认为,这个比率很像电路负荷一样,较高的比率数值说明在系统中存在高强度的能值利用和高水平的科技含量,同时对环境系统保持着较大的压力,是对经济系统的一种警示,若系统长期在较高的环境负荷率下运行,系统平衡很容易遭到破坏,甚至产生不可逆转的功能退化或丧失。焉耆盆地2006年的环境负荷率为1.33,低于国内平均值的2.80,也低于其它一些地区和国家(表5)。较低的环境负荷力说明农业生产对整个生态系统的压力比较小,对自然可更新环境资源的利用程度比较低,农业环境资源还有进一步开发利用的潜力,可以进一步加大其购进能值的投入,提高生产力水平。
3.3.4能值利用强度和人均能值利用量(Emergy Density,ED;Emergy Per Capita, EPC)能值利用强度又称能值密度,等于系统的能值投入总量除以系统的土地面积,是评价系统经济发展程度和发展水平的指标。该值越大,表明系统经济开发程度越高,发展等级越高,同时也表明系统的环境压力越大。焉耆盆地2006年的能值利用强度为12.1E+11 sej,高于全国平均水平1.32 E+11 sej,也高于凉州地区的3.05E+11 sej,但比发达国家的这一指标要低(意大利为42.03E+11 sei,日本为41.09E+11 sej)(表5)。这表明焉耆盆地与国内一些地区相比科技投入水平比较高,但与发达国家相比,该区域对资源的利用效率还有提升的空间。人均能值利用量是从生态学的角度来评价人民生活水平的指标。它比传统的人均收入更具科学性和全面性,因为个人拥有的真正财富除了可由货币体现的经济能值外,还包括没有被市场货币化的自然环境无偿提供的能值、与他人物物交换而未参与任何货币流的能值等等,这些财富仅以经济收入不能全面体现。人均能值量较高的地区人均生活水平也较高。焉耆盆地人均能值为6.16E+15 sej,这一指标高于凉州地区5.73E+15 sej的水平,但低于广东省和发达国家的水平(表5),说明焉耆盆地农民的平均生活水平不是很高,经济发展水平相对于发达国家还比较落后。
3.3.5基于能值分析的种植业系统可持续发展指数(Emergy Based Sustainability Index, ESI)美国生态学家Brown和意大利生态学家TUlgiati将系统可持续发展指数定义为系统能值产出率与环境负荷率之比,即EYR/ELR。它是对净能值产出率与环境负荷率的相对比较。当一个地区的净能值产出率高而环境负荷率低,则它的能值可持续发展指数表现较高,经济发展是可持续的,反之是不可持续的[25]。李海涛等根据新疆能值分析表明,该值处于1~10范围则说明系统有活力、可持续,但大于10则是不发达的象征,小于1为消费型经济系统[10]。焉耆盆地的这一指标值为1.42,属于可持续发展的范畴。由此可见,焉耆盆地种植业系统具有可持续发展的潜力。
4结论
(1)焉耆盆地绿洲不可更新的工业辅助能占总能值投入的56.52%,说明区域内种植业生态经济系统的能值投入以不可更新的工业辅助能为主。在不可更新工业辅助能中,化肥的能值投入为3.52E+20 sej,占工业辅助能的69.57%,占总能值投入的39.37%,说明化肥对农业的产出影响较大。
(2)焉耆盆地2006年的能值利用强度为12.1E+11 sej,高于全国平均水平1.32E+11 sej,但低于意大利和日本等发达国家的水平。这表明焉耆盆地与国内一些地区相比科技投入水平比较高,但与发达国家相比,该区域对资源的利用效率还有提升的空间。
(3)焉耆盆地2006年种植业系统净能值产出率为1.89,高于广东2003年种植业能值产出率的1.25,更高于1998年全国的平均水平0.27,表明该地区种植业生态经济系统具有较高的经济活力,农业系统整体功能较好,运转效率较高,能值回报率较高。
(4)焉耆盆地2006年的环境负荷率为1.33,低于国内平均值的2.80,也低于其它一些地区和国家。说明农业生产对自然可更新环境资源的利用程度比较低,对整个区域生态系统的压力比较小,对环境资源的利用引起的生态环境破坏较小,农业环境资源还有进一步开发利用的潜力。
(5)焉耆盆地的可持续发展指数为1.42,属于可持续发展的范畴,表明该地区种植业系统具有可持续发展的潜力。
5建 议
焉耆盆地是新疆主要的糖棉粮产区,基于目前种植业系统能值投入中不可更新、工业辅助能比重较大、单位面积能值投入强度较高、系统净能值产出率较大、环境负荷率较低的现状,今后焉耆盆地农业增产战略应重点放在克服作物增产限制因子,调整种植业生产投入结构等方面。由于该地区拥有丰富的光、热资源,化肥投入比较多,因此,农业增产措施应放在提高水资源利用效率和增加有机肥的比重上,另外还应该对农业用水过量和大量使用化肥农药造成的环境问题给予足够的重视。
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关键词:焉耆盆地;种植业系统;能值分析;可持续发展评价
中图分类号:S181文献标识码:ADOI编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2009.04.014
Emergy Analysis of Oasis Planting Economic Ecosystem in Arid Inland Basin—a Case Study of Yanqi Basin
KOU Wen1,WANG Shui-xian2 ,QIAN Yi1,3
(1.College of Grass Industry and Environment Science,Xinjiang Agricultural University,Urumchi,Xinjiang 830052,China;2.College of Earth and Environmental Sciences,Key Laboratory of Western China’s Environmental System s (Ministry of Education),Lanzhou University,Lanzhou,Gansu 730000,China;3.College of Environment and Safety Engineering,Qingdao University of Science and Technology,Qingdao,Shandong 266042,China)
Abstract:In this paper, taking the region of arid inland as the representation region-a case study of Yanqi basin, based on the theories and methods of emergy, emergy inputs and outputs of planting economic ecosystem were analyzed. The result showed that: (1) The unrenewable industrial assistance emergy were mainly in the region of farming eco-economic system, and the chemical fertilizers greater impacted on agriculture output; (2) The intensity of emergy use was higher than the national average on agriculture, which indicated that there were a higher levels of investment in science and technology in the region; (3) The net output rate of emergy in the planting economic ecosystem was higher than the level of the national average and developed regions of Guangdong Province, which showed that the system had higher economic vitality, and the better function of agricultural system, more efficient operation, higher returns of emergy; (4) The rate of environmental loading was a lower level, which indicated that agricultural production had less pressure on the entire regional ecosystems, and caused less damage to the ecological environment, and agriculture, environmental resources for further development and utilization; (5) The sustainable development index in Yanqi Basin indicated that farming systems in the region belonged to sustainable development areas.
Key words: Yanqi basin;planting system;emergy analysis;countermeasures of continual development
能值分析(Emergy analysis)[1] 理论和方法是美国著名生态学家、系统能量分析先驱Odum为首于20世纪80年代创立的。应用能值这一新的科学概念和度量标准及其转换单位能值转换率(transformity),可将生态经济系统内流动和储存的各种不同类型的能量和物质转换为同一标准的能值进行定量分析研究。该理论和方法一经提出便以它独到的研究角度获得广泛赞许。20世纪90年代以来,国内外关于能值分析研究异常活跃[2-11],研究领域不断拓宽。新疆是我国重要的粮棉生产基地,农业生产以高投入、高产出的模式为主,但由于资源利用效率偏低,这种模式已经对农业生态环境带来了很大的负面影响,如农业用水过量,既影响了生态用水供给,又造成土壤次生盐渍化;另外,大量使用化肥农药也使得土壤质量下降、非点源污染严重。
过去关于农业生产对生态环境影响的定量研究一直比较缺乏,已经妨碍了对农业生态系统的科学管理。因此,运用能值分析方法,定量分析该区域种植业系统主要农作物自然环境资源和辅助能的能值投入与产出,评价其环境资源能值基础、能值投入与农业发展水平,对更加合理地开发绿洲农业环境资源具有重要意义。笔者运用能值方法对新疆焉耆盆地2006年的种植业生态经济系统中能量、资金流动及系统的状况进行了分析研究,目的是为绿洲农业生态系统的调控提供科学依据。
1研究区概况
本研究以干旱内陆河流域典型代表区焉耆盆地作为研究对象。研究区主要是指焉耆盆地绿洲平原区(包括山前冲洪积扇和细土平原),位于东经86°39′～88°20′,北纬41°23′～43°31′。盆地东西方向长约160 km,南北方向宽60~90 km,绿洲区面积约576.8 km2。在行政区划上焉耆盆地包括巴音郭楞蒙古自治州的焉耆、和静、和硕与博湖四县的平原部分及兵团农二师21~27等7个团场。该区域地面海拔一般在1 050~1 200 m,地势西高东低、北高南低,总体呈现为四周向盆地倾斜的地貌形态。盆地内主要发育着流水地貌、风沙地貌和湖泊地貌类型。焉耆盆地的气候特征表现为热量充足,日照长,温差较大,平均降水量50.7~79.9 mm,相对湿度50%~60%,蒸发量为2 000.5~2 449.7 mm,属于南北疆过渡的大陆荒漠性气候。
2种植业生态经济系统能值分析相关数据表的建立
2.1能值分析表编制
以焉耆盆地2006年种植业生态经济系统中能量投入和产出数据为基础[12],结合部分农户调查数据,选取可更新环境资源、不可更新环境资源、可更新有机能、不可更新工业辅助能、农作物产出等作为主要分析指标。基于收集的资料数据,借助能量折算系数[13-15],将不同量纲的各种物质换算成对应的能量,折算为J(焦耳)和g(克)的能值分析原始数据,再将各原始数据乘以相应的太阳能值转换率[6,16,17],得到太阳能值量,再根据能量货币比率将太阳能值转化为能量—货币价值,并按投入和产出分类编制,最终形成2006年焉耆盆地种植业生态经济系统能值投入(表1)、能值产出(表2)结构表。
为了便于观察分析数据,将表1和表2的各项目合计进行汇总编制,得到焉耆盆地2006年种植业生态经济系统能值投入—产出汇总表(表3)。
2.2能值指标体系的建立
为分析各项投入产出能值所占比例,评价自然环境与辅助能对种植业系统中农业生产的贡献,根据系统特点和分析目的,将各项投入和产出数据进行相应比较,得出环境负荷率、辅助能值投入率、总能值产出率、有机能值投入率等能值指标,将这些数据与表达式汇总,编制成2006年焉耆盆地种植业生态经济系统能值指标体系(表4)。
3焉耆盆地种植业生态经济系统能值特征分析
3.1能值投入分析
3.1.1可更新能值投入分析从表1中可见,焉耆盆地种植业生态经济系统2006年投入能值总量为8.94E+20 sej。其中可更新环境资源、不可更新环境资源、可更新有机能、不可更新工业辅助能分别占总能值流量的5.06%,0.32%,38.10%,56.52%(图1)。不可更新的工业辅助能值投入最大,可更新的能值(可更新环境资源和可更新有机能)投入(占43.16%)居次。从图1中可见该地区可更新环境资源能值投入仅占总投入比例的5.06%,因此比例较小。
(1)可更新环境资源投入。焉耆盆地绿洲无偿环境投入能值占总投入能值的5.38%,低于全国平均水平(9%),也低于同为干旱区绿洲的甘肃凉州地区6.22%[19],与广州市16%[20]和海南省30%[21]相比,差距更大。可更新环境资源仅占5.06%,说明焉耆盆地绿洲无需付费的可更新资源并不丰富。
焉耆盆地可更新环境资源投入为4.52×1019 sej,占可更新总能值投入的11.7%,主要是太阳能、风能、雨水势能和雨水化学能,其中太阳能占可更新环境资源能值投入的89.16%,说明光热资源在该地区是优势资源。焉耆盆地太阳辐射能及光合有效辐射都较为丰富,但由于当地年降雨量只有70 mm左右,不能满足农作物等植物生长的需要,农作物生长所需的水分主要通过引水灌溉加以解决,因此该区域农业表现为灌溉农业的特征。
(2)可更新有机能投入。可更新的有机能投入为3.41×1020 sej,占可更新的总能值投入的88.3%,其中人力能值投入占有机能投入的9.00%,占总能值投入的3.43%。而农业机械能值投入占总能值投入的10.23%,这表明焉耆盆地种植业系统的生产是以机械为主,人力为辅。2006年焉耆盆地种植业系统的可更新有机能占总能值投入的38.1%,说明该地区农业生产在很大程度上依赖不可更新工业辅助能的投入。
3.1.2不可更新工业辅助能投入分析2006年焉耆盆地种植业系统能值投入中不可更新工业辅助能的投入为5.06×1020 sej,占总能值投入的56.52%。其中化肥的能值投入为3.52×1020 sej,占不可更新工业辅助能的69.57%,占总能值投入的39.37%。肥料投入一直是现代农业高产增产的主要手段,主要包括不可更新的化肥投入和可更新的有机肥投入。由于近些年来各地提高作物产量的措施比较单一,主要采取增施化肥的手段,导致肥料边际效益递减,化肥污染问题严重。焉耆盆地绿洲种植业系统肥料投入中,化肥占69.57%,说明工业辅助能投入中主要以化肥为主,而当地化肥利用率仅为30%~40%,单位面积化肥使用量较高,而利用率较低是种植业成本增加的主要原因,这不符合经济高效施肥的目标和生产绿色产品的要求。因此,必须继续调整肥料的投入,进一步增加有机肥的投入,焉耆盆地有丰富的秸秆资源,可以通过氨化发酵,以秸养畜,再以畜粪肥田,这样做不仅可以提高秸秆的利用率,使得畜牧业健康发展,提高单位耕地的产出效益,而且可以实现土地的用养平衡,最大限度地保持土壤的可持续性。
3.2能值产出分析
焉耆盆地2006年种植业总产出能值为1.60×1021 sej,在种植业系统产出能值中甜菜所占比重最高为52.94%,棉花为30.5%,其他依次为油料6.63%、蔬菜4.08%。主要作物的能值产出从大到小依次为:甜菜>棉花>油料>蔬菜>玉米>小麦>水果。从生态经济学角度来看,甜菜、棉花因能值产出高而在该地区作物结构调整中较具优势。
3.3能值指标体系分析
根据表4的指标含义和计算方法,对焉耆盆地绿洲种植业生态经济系统的主要能值指标进行了计算,并将其与有关国家及地区进行了比较,详见表5。
3.3.1能值投资率(Emergy Investment Ratio, EIR) 能值投资率为来自经济的反馈能值与来自环境的无偿能值的比值。这个比率指数是衡量开发单位本地区资源而需要的能值投入,也是衡量经济开发程度与环境负荷程度的指标。其值越大则表明系统经济发展程度越高;其值越小说明经济发展水平越低而对环境的依赖越强。太低的能值投资率将不利于吸引域外资金,进而影响本地资源开发。当这一比值较大时,说明系统主要的投入都是有偿的,会导致价格上涨,降低系统的竞争力。焉耆盆地种植业系统的能值投资率为10.52,高于全国平均水平4.93,也高于凉州地区的10.2,但低于日本的14.03(表5)。这表明焉耆盆地作为一个生产糖棉的主产区,在生产过程中投入了较多资金用于购买相关的生产资料,系统的运行和发展主要依赖于社会经济系统投入的能值。
3.3.2净能值产出率(Net Emergy Yield Ratio, EYR)净能值产出率为经济过程产生的能值量与来自经济过程的反馈输入能值的比值。它是衡量系统产出对经济贡献大小的指标。焉耆盆地2006年种植业系统净能值产出率为1.89,高于广东2003年种植业能值产出率的1.25和意大利1989年农业能值净产出率的1.13,更高于1998年全国的平均水平0.27,但低于凉州地区2005年农业的能值净产出率2.90(表5)。焉耆盆地种植业系统能值产出率较高,表明该地区种植业生态经济系统具有较高的经济活力,农业系统整体功能较好,运转效率较高,能值回报率较高。
3.3.3环境负荷率 (Environmental Loading Ratio, ELR)环境负荷率为购买的和不可更新的本地能值与无偿的环境能值(可更新资源能值)之间的比值。Odum认为,这个比率很像电路负荷一样,较高的比率数值说明在系统中存在高强度的能值利用和高水平的科技含量,同时对环境系统保持着较大的压力,是对经济系统的一种警示,若系统长期在较高的环境负荷率下运行,系统平衡很容易遭到破坏,甚至产生不可逆转的功能退化或丧失。焉耆盆地2006年的环境负荷率为1.33,低于国内平均值的2.80,也低于其它一些地区和国家(表5)。较低的环境负荷力说明农业生产对整个生态系统的压力比较小,对自然可更新环境资源的利用程度比较低,农业环境资源还有进一步开发利用的潜力,可以进一步加大其购进能值的投入,提高生产力水平。
3.3.4能值利用强度和人均能值利用量(Emergy Density,ED;Emergy Per Capita, EPC)能值利用强度又称能值密度,等于系统的能值投入总量除以系统的土地面积,是评价系统经济发展程度和发展水平的指标。该值越大,表明系统经济开发程度越高,发展等级越高,同时也表明系统的环境压力越大。焉耆盆地2006年的能值利用强度为12.1E+11 sej,高于全国平均水平1.32 E+11 sej,也高于凉州地区的3.05E+11 sej,但比发达国家的这一指标要低(意大利为42.03E+11 sei,日本为41.09E+11 sej)(表5)。这表明焉耆盆地与国内一些地区相比科技投入水平比较高,但与发达国家相比,该区域对资源的利用效率还有提升的空间。人均能值利用量是从生态学的角度来评价人民生活水平的指标。它比传统的人均收入更具科学性和全面性,因为个人拥有的真正财富除了可由货币体现的经济能值外,还包括没有被市场货币化的自然环境无偿提供的能值、与他人物物交换而未参与任何货币流的能值等等,这些财富仅以经济收入不能全面体现。人均能值量较高的地区人均生活水平也较高。焉耆盆地人均能值为6.16E+15 sej,这一指标高于凉州地区5.73E+15 sej的水平,但低于广东省和发达国家的水平(表5),说明焉耆盆地农民的平均生活水平不是很高,经济发展水平相对于发达国家还比较落后。
3.3.5基于能值分析的种植业系统可持续发展指数(Emergy Based Sustainability Index, ESI)美国生态学家Brown和意大利生态学家TUlgiati将系统可持续发展指数定义为系统能值产出率与环境负荷率之比,即EYR/ELR。它是对净能值产出率与环境负荷率的相对比较。当一个地区的净能值产出率高而环境负荷率低,则它的能值可持续发展指数表现较高,经济发展是可持续的,反之是不可持续的[25]。李海涛等根据新疆能值分析表明,该值处于1~10范围则说明系统有活力、可持续,但大于10则是不发达的象征,小于1为消费型经济系统[10]。焉耆盆地的这一指标值为1.42,属于可持续发展的范畴。由此可见,焉耆盆地种植业系统具有可持续发展的潜力。
4结论
(1)焉耆盆地绿洲不可更新的工业辅助能占总能值投入的56.52%,说明区域内种植业生态经济系统的能值投入以不可更新的工业辅助能为主。在不可更新工业辅助能中,化肥的能值投入为3.52E+20 sej,占工业辅助能的69.57%,占总能值投入的39.37%,说明化肥对农业的产出影响较大。
(2)焉耆盆地2006年的能值利用强度为12.1E+11 sej,高于全国平均水平1.32E+11 sej,但低于意大利和日本等发达国家的水平。这表明焉耆盆地与国内一些地区相比科技投入水平比较高,但与发达国家相比,该区域对资源的利用效率还有提升的空间。
(3)焉耆盆地2006年种植业系统净能值产出率为1.89,高于广东2003年种植业能值产出率的1.25,更高于1998年全国的平均水平0.27,表明该地区种植业生态经济系统具有较高的经济活力,农业系统整体功能较好,运转效率较高,能值回报率较高。
(4)焉耆盆地2006年的环境负荷率为1.33,低于国内平均值的2.80,也低于其它一些地区和国家。说明农业生产对自然可更新环境资源的利用程度比较低,对整个区域生态系统的压力比较小,对环境资源的利用引起的生态环境破坏较小,农业环境资源还有进一步开发利用的潜力。
(5)焉耆盆地的可持续发展指数为1.42,属于可持续发展的范畴,表明该地区种植业系统具有可持续发展的潜力。
5建 议
焉耆盆地是新疆主要的糖棉粮产区,基于目前种植业系统能值投入中不可更新、工业辅助能比重较大、单位面积能值投入强度较高、系统净能值产出率较大、环境负荷率较低的现状,今后焉耆盆地农业增产战略应重点放在克服作物增产限制因子,调整种植业生产投入结构等方面。由于该地区拥有丰富的光、热资源,化肥投入比较多,因此,农业增产措施应放在提高水资源利用效率和增加有机肥的比重上,另外还应该对农业用水过量和大量使用化肥农药造成的环境问题给予足够的重视。
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