寧夏移民區種植業生態系統的能值分析——以紅寺堡移民開發區為例

韓 瑛,馮文勇,2

(1.忻州師范學院 地理系,山西 忻州034000;2.忻州師范學院區域規劃中心,山西 忻州034000)

能值分析理論是由美國著名生態學家 H.T.Odum于20世紀80年代綜合系統、生態、能量生態和生態經濟原理創立的。能值分析方法克服了傳統經濟學與能量分析法無法在統一尺度上對不同質的資源進行量化計算的缺陷,以同一種能量類別(太陽能)來分析系統中能量流動或存儲的不同類別,以及在該系統中的貢獻,從而分析該系統的運行效率[1]。能值分析對自然資源的科學評價、合理利用、制定經濟發展方針及實施可持續發展戰略均具有重要的意義。

本文采用能值分析法對全國最大的生態移民扶貧開發區種植業生態系統各種生態流進行系統分析,進而得出一系列的能值指標,并與其他地區的種植業生態系統進行對比分析,目的在于從一種新的視角對該地區種植業生態系統結構和功能進行統一分析,定性地揭示研究區種植業生態系統發展現狀及存在的問題,并提出相應的對策建議,為生態脆弱帶種植業生態系統的可持續發展提供理論參考。

1 研究區概況

紅寺堡移民開發區是全國最大的生態移民扶貧開發區。它位于寧夏回族自治區中部,海拔1 240～1 450 m,區域面積1 790 km2,已開發土地128 142 hm2,截止2008年底完成生態移民20萬人。該區氣候為干旱荒漠草原氣候,干旱少雨,年降雨量為255 mm,年內降雨分布極不均衡,大部分集中在7-9月,約占全年總降雨量的60%～70%,并多以暴雨、冰雹等災害形式出現。年日照數為2 900～3 500 h,是全國第二高值中心(僅次于西藏),≥10℃的總積溫為3 936.9℃。土壤次生鹽漬化、土地沙化、地力貧瘠問題突出。農作物以玉米、小麥、稻谷為主[2]。

2 種植業生態系統能值分析相關數據表的建立

2.1 能值分析表編制

本研究以寧夏紅寺堡移民開發區抽樣調查農戶的2007年種植業生態系統中能量投入與產出的原始數據為基礎,能量折算系數、能值轉換率和計算方法參照相關研究文獻[3-10]。選取可更新的環境資源、不可更新輔助能、可更新有機能等,最終得到各指標的太陽能值,并按投入與產出分類編制,最終形成2007年寧夏紅寺堡移民開發區樣本種植業生態系統能值投入表(表1)、能值產出表(表2)。

為了便于觀察分析數據,將表1與表2的各項目合并進行匯總編制,得到紅寺堡移民開發區2007年種植業生態系統能值投入-產出匯總表(見表3)

2.2 能值指標體系的建立

為了分析各項投入產出能值所占比例,評價自然環境與輔助能對種植業系統的貢獻,將各項投入與產出數據進行相應比較,得出系統太陽能轉換率、能值投入率、凈能值產出率、環境負載率、可持續性發展指數等能值指標,將這些數據與表達式匯總,編制成2007年紅寺堡移民開發區能值指標體系(表4)

3 種植業生態系統能值特征分析

3.1 能指投入分析

由表1可知,紅寺堡移民開發區2007年樣本種植業系統能值總流量估算為1.342×1018sej(Solar emjoules,太陽能焦耳),其中可更新資源、不可更新環境資源、不可更新的工業輔助能、可更新的有機能值各占總能值投入的3.67%,10.63%,65.18%,20.52%(圖1)

圖1 紅寺堡種植業系統能值投入結構

表1 2007年紅寺堡移民開發區樣本種植業生態系統能值投入

表2 2007年紅寺堡移民開發區樣本種植業生態系統能值產出

表3 2007年紅寺堡移民開發區樣本種植業生態系統能值投入-產出

表4 2007年紅寺堡移民開發區樣本種植業生態系統能值指標體系

其中不可更新的工業輔助能投入最大,化肥的投入占工業輔助能總值投入的80.08%,居于首位。根據優化施肥的相關知識可以判斷當地化肥利用率低,一定程度上成為種植成本增加的主要原因?；实耐度氩环辖洕咝┓实哪繕撕蜕a綠色產品的要求,故應擴大有機肥源,逐步減少化肥用量。可通過優質秸稈資源的利用途徑,氨化發酵后以秸養蓄,再以蓄肥養田,就可以做到保護土壤減少種植成本,并培肥地力的目的?？筛碌挠袡C能值投入比例為20.52%,僅次于工業輔助能,占重要的地位?？筛碌挠袡C能值投入中主要的能值投入來自人力,其能值為2.620×1017sej,人力能值投入是機械和化石燃料能值投入的2.07倍,說明紅寺堡移民開發區種植業生態系統的生產以人力為主,機械為輔,不可更新的環境資源占總能值投入量的10.63%,居于第三位,主要來自土壤次生鹽漬化、土地沙化造成的表土層養分損失,這表明作物的生長受土壤養分損失相對較小,但也不容忽視,而主要受工業輔助能投入量的影響。

3.2 能值產出分析

由表2可知紅寺堡移民開發區2007年樣本種植業系統總產出能值為1.629×1018sej,種植業系統產出能值中玉米、小麥所占比重高(分別為45.14%和22.59%),稻谷的比重也達到了16.02%。種植業生產系統的結構應遵循生態經濟原則,運用能值分析方法將各項農作物產出以同一量綱表示后有利于進行整體研究,對其構成的分析則有助于剖析種植系統中各生產格局合理與否。在紅寺堡移民開發區1.629×1018sej的產出能值中,主要農作物能值產出依次為玉米＞小麥＞稻谷＞豆類＞油料＞其它作物(甘草、黃芪等)＞高粱＞薯類,該年的播種面積依次為：玉米＞小麥＞稻谷＞高粱＞油料＞豆類＞薯類＞其它作物(甘草、黃芪等)。由此可見,從生態經濟學角度來看,其他作物(主要是甘草)、豆類因播種面積小能產高,在該地區作物結構調整中很具有優勢,應大力發展這兩種種植業。

3.3 能值指標體系分析

3.3.1 凈能值產出率 該指標是判斷系統中社會經濟資源利用率高低與否的指標,表明系統生產成本的高低,凈能值產出率越低表明系統生產越依賴系統自有的自然財富基礎,生產越落后。樣本種植業系統2007年凈能值產出率僅為1.42,低于重慶2006(3.67)、遼寧2006年(2.89)的值,略高于意大利1989年(1.13)、廣東1997年(1.20)、海南1994(1.27)的值[11-13]。這意味著紅寺堡移民開發區種植業系統能值利用率較低,生產成本較高,生產者收益相對較小。因而在同等條件下,其產品在國內市場上相對競爭力弱。3.3.2 能值投入率 能值投入率表示系統對環境資源利用程度,用于衡量開發單位本地自然資源需要的反饋能值投入,還可測知環境資源條件對經濟活動的承受力。其值越大表明系統經濟發展程度越高;其值越小說明經濟發展水平越低而對環境依賴越強。由表4可知,研究區2007年能值投入率為5.99,低于意大利 1989年(7.75)、廣東1997(6.05)、三水1997年(8.72)的值。表明研究區種植業生態系統對資源環境的依賴性大,且研究區種植業系統每單位無償環境資源利用只相應投入了較少的購買能值,導致了其對無償環境資源的利用效率偏低。因此,對于研究區而言,加大工業輔助能值(機械、電力)的投入有利于更好地利用農業資源、提高農業的集約化程度。

3.3.3 環境承載率 環境承載率指購買的和不可更新的本地能值與無償的環境能值之間的比值,體現系統對大自然環境壓力的大小。較大的比率值表明在系統中存在高度的能值利用,同時對環境系統保持較大壓力。若系統長期處于較高的環境承載率,將產生不可逆轉的功能退化或喪失。如表4所示,研究區2007年的環境承載率為26.32遠遠高于2005年山西(6.55)、2005年遼寧(4.33)、寧夏(13.84)及1998年全國平均水平(2.80)[13],說明研究區種植業的發展對環境壓力相當大,甚至可能會超過生態環境的承載力。因此,可適當減少某些高能值消耗的農作物的種植面積,保護生態環境,減少生產成本,提高種植效益。研究區種植業系統環境承載率過高的特點提醒我們應該采取一定措施來降低種植業系統的環境承載率,否則對無償環境資源的過度利用會引起生態與環境的破壞。

3.3.4 種植業系統可持續性發展指數 基于能值分析的可持續發展指數是對凈能產值產出率與環境承載率的相對比較。如果一個地區的生態經濟系統凈能值產出率高而環境負載率又相對低,則它是可持續的,反之是不可持續的,但并不是其值越大系統的可持續性越高,該值處于1～10范圍則表明系統富有活力和發展的潛力,是可持續的,但大于10則是經濟不發達的象征,小于1時為消費型經濟系統[14]。研究區這一指標值為0.054,表明研究區種植業生態系統屬于不可持續的消費型經濟系統。

4 可持續發展對策

4.1 增加系統投入,以提高系統能值產出

根據耗散結構理論,任何系統都有自發熵增過程,在人為(不正確行為)干預下,種植業生態系統熵增過程加快。保證該系統有序運轉、種植業持續發展,應從人類社會經濟系統中輸入更多負熵流-輔助能,以補充限制因子,增加種植業生態系統運轉的生態資本,使系統內各子系統或各要素間產生協同效應,從而提高系統對自然與經濟資源的轉化效率、提高種植業生態系統供給能力及對社會經濟發展的支撐能力。

能值產出率是判斷系統中社會經濟資源利用效益高低與否的指標,較少的輔助能值投入,在一定程度降低了種植業生產成本,其產品本應憑較低的市場價格而具競爭力,但系統要素相互關聯與作用的結果卻使得該系統周圍免費自然資源因為有效投入較少而不能被充分利用,達不到最佳利用效率,導致產出率偏低,反而影響了經濟效益發揮,低產出抵消了低投入帶來的生產成本降低。但目前研究區經濟落后與種植業生產比較效益低下的現實限制了生產投入的增加,為改變這一狀況,應采取相應措施保證必要的生產投入,提高能值投入,以提高系統凈能值產出水平?？筛碌馁Y源能值是該區農業持續發展的關鍵,因此應充分開發自然環境資源,提高太陽能利用率。

4.2 優化輔助能值投入結構,以提高種植業生態經濟效益

輔助能值投入的結構與數量決定了種植業產量和生態子系統對能值利用和轉化率的高低。其多寡表征了該系統自給能力的強弱。研究區有機輔助能值的投入有一定潛力可挖,如推廣良種,減少種子用量等,尤為重要的是廣辟有機肥源,推廣秸稈還田,提高人畜糞尿利用率。另外,在增加生產的同時為提高投入能值利用率,農業生產中各項能值的投入應根據當地實際保持恰當比例,如化肥應與有機肥按一定比例配合使用,否則不匹配的能值投入雖然增加生產,但利用效率低,種植業生態經濟效益也不高。同時還應該大力引進先進生產技術,推廣地膜覆蓋,提高機械化水平,實現當地農業現代化。

4.3 調整種植業結構,提高種植業系統能值

受自然條件限制,研究區作物種植結構單一,投入不高,且抵抗自然災害能力較低,因此調整栽培品種已成為適應本地自然資源、改善農民經濟的主要途徑。在種植業產品中,應選擇凈能值產出率高的作物以提高系統凈能值產出水平,中草藥甘草、豆類作物是最優選擇。故在種植業內部,應消減糧食作物小麥、稻谷等的種植,擴充經濟作物的栽種,大規模的發展經濟效益好,吸納勞動力多的甘草、豆類、花圃、籽瓜等作物的種植。

4.4 建立優化、配套的種植業技術科教體系

科學技術屬高能值轉換率和高能質等級,從本質上講,種植業的發展最終必須依靠現代農業科技進步。據發達國家統計,農業產值的增長有 60%～80%來自新科技的應用,而研究區農業科技進步的貢獻率很低,相比差距很大。因此,研究區種植業能值的投入重點應集中于加大科技成分的投入,提高勞動者的素質,促進科學技術在農業生產中的推廣和應用,合理利用農業自然環境資源。注重農業的整體性和生態合理性,促進物質和能量的良性循環,把傳統種植業技術的精華與現代高科技結合起來,建立優化、配套的農業技術科教體系。

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