土地利用變動視角下農業生態系統能值發展探析
——以陜西大荔為例

楊世成，吳永常，陳學淵，韓曉靜，魚 坤

（中國農業科學院農業經濟與發展研究所，北京 100081）

【研究意義】在人類生產活動中，農業與環境資源的關系最為密切，它直接以一定的自然環境條件作為生產過程的組成部分，人類通過農業活動與自然界之間形成了最廣泛、最有生命活力的物質循環與能量交換關系［1］。2019 年習近平總書記首次提出“黃河流域生態保護和高質量發展”的重要論述［2］，2021 年國務院印發了《黃河流域生態保護和高質量發展規劃綱要》［3］，其中黃河“幾”字彎區的生態保護和高質量發展具有重要地位［4］。農業是高質量發展過程中最基礎、最根本的生態系統，《全國農業可持續發展規劃（2015—2030 年）》中提出要“修復農業生態，提升生態功能”，而農業本身是生態環境的一部分，具有生態功能，在生態脆弱地區更應注重開發農業的生態功能，發揮農業對生態環境的支撐和改善作用［5］。縣域是農業中長期發展規劃、要素投入與分配、產業結構調整等組織和管理的最基本行政單元［6］，因此推動縣域農業高質量發展符合黃河流域生態保護的現實要求，也是踐行黃河流域高質量發展的首要舉措。要實現農業高質量及可持續發展，必須對促進農業經濟效益和提高勞動生產率的物質、能量投入的來源和結構認真分析［7］?！厩叭搜芯窟M展】能值分析理論和方法由美國生態學家Odum 創立，20 世紀90 年代初由留美學者藍盛芳引入我國，最初主要用于分析和評價農業生態系統的結構及功能［8］。近年來，有關農業生態系統的能值分析則涉及各個尺度以及農業生產的各子系統，如胡小東等［9］分析了我國西部地區的農業生態系統的能值投入產出，發現西藏、青海和新疆是最具發展潛力的地區，四川、重慶、云南、廣西和甘肅的環境負載較高。鄭二偉等［10］對河南省農業生態系統研究發現整體可持續發展狀態保持良好，但對不可更新資源的依賴性較強。在子系統方面，周江等［11-12］對稻作系統及不同農田的作物做了能值分析比較，發現稻作經營仍屬于粗放型，不利于系統長期可持續發展，并提出比較不同作物系統的投入產出，能夠優化作物生產結構。黃黃等［13］通過分析農田-畜禽生產系統，發現系統廢棄物能值呈下降趨勢；通過能值比較分析，有研究找到了奶牛產業園區發展模式［14］、農戶型“豬-沼-石榴”循環農業模式［15］、畜禽糞污資源化利用模式［16］、林下種草養雞耦合模式［17］等循環農業中最優的模式。此外，也有研究分別從農戶減施意愿與行為［18］、農業現代化發展［19］、農業科技推廣［20］角度提到強化農業生態環境保護及促進農業生態系統可持續的重要性。物質循環與能量流動是農業生產過程中的最基本特征，通過能值分析有利于優化自然資源與經濟投入的比例并提高資源的利用效率，最終提升農業發展水平和可持續發展能力。【本研究切入點】現有文獻較少探究黃河流域縣域農業生態系統能值發展情況，也較少應用最新全球能值基準下的能值轉換率，與土地利用相結合也較為少見?；诖?，本研究從土地利用變動角度入手，通過能值分析法并采用最新的全球能值基準下的能值轉換率，探析大荔縣農業生態系統投入產出狀況?！緮M解決的關鍵問題】尋找農業生態系統發展存在的問題，提出解決對策，推動其可持續發展并促進資源合理投入和利用，為黃河流域縣域農業發展提供“大荔樣板”。

1 相關概念界定

農業生態系統是世界上最重要的生態系統之一，僅耕地與牧區就占了地球陸地面積的24%～38%［21］。不同背景的研究者對其概念有不同理解，但較為共同的觀點是：農業生態系統是人們利用生物與非生物之間以及生物種群之間的相互作用建立，并按人類社會需求進行物質生產的有機整體［22］，其受自然規律的制約，也受人為活動的影響和調節，是一個社會、經濟、生態相互聯系的復合系統。此處所說的農業指廣義農業，所指的農業生態系統包括農田、林地、草地及有漁業生產活動的水體生態系統，盡管河流、海洋、濕地等自然生態系統都或多或少與農業生態系統有交叉，但本研究主要評述的是處于人類管理之下的、可歸納入農業生態系統的部分［23］。

能值可以理解為人類財富的自然價值體現，或者說能值是通過將人類社會所實現的價值推論至自然系統(生態系統)，并通過人類社會經濟體系(貨幣、市場價值)的轉換得以表現［24］。Odum 將能值定義為產品或勞務形成過程中直接和間接投入應用的一種有效能量，這些能量均直接或間接地來源于太陽能，故常以太陽能為基準來衡量各種能量的能值［8］。應用的太陽能數量或任何流動、貯存狀態的能量所包含的太陽能的量，就是其所具有的太陽能值，單位為太陽能焦耳（sej）［25］。能值轉換率是用來表示能量等級系統中形成一種能量、物質、信息等需要的另一種能量的數量，一般統一用太陽能值轉換率進行描述。

2 數據來源與研究方法

2.1 研究區概況

大荔縣古稱同州，地處陜西省東部，渭南市中部（34° 36′～35° 02′ N、109° 43′～110° 19′ E），距離西安市125 km?？h域東西長約46 km，南北寬約39 km，總面積1 800 km2、占渭南市面積的10.9%，是渭南市第一面積大縣、第四人口大縣，位于關中平原東部、汾渭平原中部，居黃河、洛河、渭河三河交匯處，地勢北高南低，海拔327～520 m。大荔屬暖溫帶半干旱大陸性季風氣候區，冷暖干濕，四季分明，年平均氣溫14.4 ℃，年均降水量514 mm，無霜期210 d左右，主導風向為東北風；平川、沙洲與臺塬相間其中，地勢平坦，光熱能源充足。域內過境水資源較為充沛，黃河、渭河和洛河境內流長分別為47.65、84.0、121.5 km，3 條河流年均徑流量為404.48 億m3，開采利用價值較高。濕地面積廣闊，總面積達6 萬多hm2，擁有陜西省最大的黃河濕地自然保護區。

從陜西省整體概況來看，大荔縣處于關中平原生態修復區［26］，屬于國家級重點開發區。從大荔縣自身條件來看，位于黃河“幾”字彎右下處，是黃河流域光熱水土資源匹配最好、山水林田湖草沙要素最全、農耕文化和現代文明交相輝映的重要區域，也是國家重要生態安全屏障和生態保護區、黃河流域生態修復重點區、黃河中游水土保持重點區、知名生態文化旅游區、黃土高原生態文明示范區，素有“關中糧倉、西北設施農業第一縣、中國設施冬棗第一縣”之稱，是西北地區最大的反季節瓜果菜生產基地，被譽為“陜西農業看渭南、渭南農業看大荔、大荔農業看設施”。從生態系統重要性、農業發展地位來看，大荔縣是黃河流域縣域農業發展的典型代表。

2.2 數據來源

根據大荔縣土地利用的特點和遙感影像數據的可獲取性，本研究的土地利用數據主要來自中國科學院資源環境科學與數據中心獲取的2014 年和2019 年2 個時期的LandsatTM/ETM 遙感影像，格式為tif，坐標系統為阿爾伯斯等積投影，利用數據處理平臺ENVI5.0 軟件對遙感影像進行預處理（圖像拼接、幾何校正、裁剪、融合、增強），基于ArcGIS10.6 軟件進行投影變換、拼接、提取得到所用土地數據，精度為30 m×30 m，并對其進行精確度核查。根 據Globeland30 分類系統及大荔縣土地自然屬性狀況，結合農業生態系統概念，將土地利用類型劃分為耕地、林地、草地、水體、人造地、濕地6 種類型（圖1）。本研究所采用的其他數據主要來源如下：歷年農業投入與產出、氣溫、日照時數、降水量、人口數量來源于《大荔縣統計年鑒》《陜西省統計年鑒》《渭南市統計年鑒》，種子用量、水產產量來源于大荔縣農業農村局，灌溉水用量來源于渭南市水利局，太陽輻射量來源于索比光伏網（https://news.solarbe.com/201902/07/302525.html），由日照時數折算得出。

圖1 大荔縣2014、2019 年土地利用情況Fig.1 Land use in Dali County in 2014 and 2019

將能值投入具體化分為可更新環境資源能值投入（R）、不可更新環境資源能值投入（N）、工業輔助能值投入（F）、可更新有機能值投入（T），將能值產出細分為種植業能值產出、牧業能值產出、林業能值產出、漁業能值產出。由于大荔縣已經不用役用牛，因此不考慮畜力和占比極小的有機肥投入。此外，大荔縣是內陸地區，故不考慮海浪和潮汐能值。涉及的能量折算系數主要參照文獻［13,31-32］，所涉及的能值轉換率由作者根據Odum［25］著作折算得出，并參考藍盛芳等［8］、黃黃等［13］的研究成果（表1）。計算公式和雨水化學能涉及的吉布斯自由能，地球循環能涉及的熱通量，風能涉及的空氣密度、渦流擴散系數、風速梯度變化率，表土層損失能涉及的土壤侵蝕率、有機質含量、有機質所含能量等數據主要來自于Odum［25］的專著。

表1 農業生態系統主要投入產出能量折算系數Table 1 Energy conversion coefficient for the main inputs and outputs of agro-ecosystem

能值計算的一個難點及重要基礎是能值轉換率，而確定能值轉換率的前提是確定能值統一基準。由于全球能值基準不斷更新，導致能值研究出現轉換率選擇混亂的情況。不同文章采用了不同的能值基準，甚至同一篇文章中也使用了不同能值基準下的轉換率，因此有必要運用統一的能值標準開展能值評價［33］。查閱大量文獻，發現諸多能值分析文章沒有注意到能值基線在過去幾年的更新或者在他們的論文中采用了基于不同基線的能值轉換率（UEV），這種混亂不僅導致了能值計算的不確定性，而且不便于后人研究借鑒及對比。一項研究中所用的全部UEV 參數的能值基準一致，能值計算結果及其指標結果才有意義［34］。本研究采用Brown 等［35］于2016 年最新提出的全球能值基準12.0×1024sej/年，并將Odum 團隊提供的基準9.44×1024sej/年對應的能值轉換率進行折算（表2）。

表2 農業生態系統主要投入產出能值轉換率Table 2 Emergy conversion rates for the main inputs and outputs of agro-ecosystems

2.3 研究方法

2.3.1 能值分析法 能值分析是以能值為基準量綱，將生態系統中的各類物質和能量放到同一尺度下分析。能值分析法不僅克服了傳統的經濟學與能量分析方法中不同質的資源價值不可加總的局限，而且提供了一個衡量和比較各種能量的共同尺度，并綜合分析系統中各種生態流（能物流、貨幣流、人口流和信息流），從而評價其在系統中的作用和地位［7］，并分析系統的結構功能特征與生態經濟效益。

能值分析法的優點在于通過將環境要素納入能值計算范疇，體現了環境對于經濟發展的貢獻，并且充分重視人的作用，拓展了人是經濟活動單純消費者的理念，將人的勞動納入能值計算過程［27］。這提供了一個有別于價值型核算的新途徑，不僅將社會、經濟和自然3 個不同系統有機統一起來，而且避免了偏向生態或經濟單一方面分析的不足，有利于表征經濟發展與生態環境之間的關系，為人類研究自然-社會-經濟復合生態系統提供了新思路。在理論上，將生態學與經濟學連接起來，為區域可持續發展研究提供了具有明顯優勢的理論及方法，從根本上決定了其將在可持續發展度量、評價與規劃中發揮重要作用［28］。

2.3.2 能值指標體系 將能值分析應用于任何生態系統中，需要根據研究目的和系統特點建立能值指標評估體系，這些指標能從不同角度綜合反映生態系統的結構、功能與效率。根據大荔縣農業生態系統特點以及結合本研究目的，參考國內外常用的指標，確定7 個指標，以系統全面評價大荔縣農業生態系統特征，為系統綜合分析和可持續發展提供重要決策參考。各指標具體含義及計算公式見表3。

表3 能值指標描述及其表達式Table 3 Description and expression of emergy indexes

2.3.3 土地利用轉移矩陣 深入研究某一區域的生態環境必須從土地利用入手，人類對土地利用狀態的改變體現了對自然環境開發利用和協作交流的結果。而土地利用類型的變化是引起生態系統結構和功能改變的直接原因，影響著區域生態系統的健康狀況。

土地利用轉移矩陣是在系統分析中對于系統狀態及其狀態轉移的定量描述［29］，能夠全面且具體地刻畫區域土地利用類型在一定時期內變化的結構特征，有助于了解各類型土地的去向［30］，以便于分析研究期間各類型土地面積的相互轉化情況。其表達式為：

式中，S為土地類型面積，n為土地利用類型數量，i、j分別為研究初期與末期的土地利用類型。

3 結果與分析

3.1 大荔縣土地利用特征分析

3.1.1 土地利用面積 由表4 可知，2014—2019年期間大荔縣土地利用在不同程度上發生了很大變化，但基本上還是以耕地、人造地兩種土地利用類型為主，其中耕地所占面積比重最大，其次是人造地，林地占比最小。與2014 年相比，2019年林地、人造地和水體面積分別減少5.75%、0.60%、60.06%，草地、耕地、濕地面積則分別增加19.80%、1.44%、21.15%（表4）。

表4 2014、2019 年大荔縣土地利用類型面積及比例Table 4 Area and proportion of land use types in Dali County in 2014 and 2019

3.1.2 土地利用轉換 由表5 可知，2014—2019 年大荔縣不同土地利用類型之間發生轉移面積（轉出或轉入總面積）為12 739.36 hm2，占土地利用總面積的7.52%，未發生轉移面積為156 656.06 hm2，占土地利用總面積的92.48%，各土地類型均發生一定程度的相互轉移。在轉出方面，耕地和水體轉出面積居前兩位，分別為4 378.65、3 704.09 hm2，二者之和占大荔縣總轉出面積的63.45%；其次依次為人造地、濕地、草地和林地，轉出面積分別為2 785.68、1 203.18、364.32、303.45 hm2，分別占大荔縣總轉出面積的21.87%、9.44%、2.86%和2.38%。在轉入方面，耕地轉入面積居首位、為6 451.33 hm2，人造地轉入面積居其次、為2 696.61 hm2，二者之和占大荔縣總轉入面積的71.81%；其次依次為濕地、水體、草地、林地，轉入面積分別為1 626.25、878.81、839.52、246.83 hm2，分別占大荔縣總轉入面積的12.76%、6.90%、6.59%和1.94%。

表5 2014—2019 年大荔縣土地利用轉移矩陣Table 5 Land use transfer matrix of Dali County from 2014 to 2019 (hm2)

具體來看，2014—2019 年，大荔縣耕地主要轉出為人造地，轉出面積達到2 655.61 hm2，占耕地總轉出面積的60.65%，這是由于城鎮化進程加快，城鎮及農村居民點建設用地需求迅速擴張；其次，耕地轉出為草地、水體、濕地及林地，轉出面積分別為635.30、614.82、394.64、78.29 hm2。水體主要轉出類型為耕地和濕地，轉出面積分別為2 480.80、1 220.84 hm2；人造地、濕地主要轉出類型也均為耕地，轉出為耕地的面積分別為2 757.75、950.92 hm2，這是由于大荔縣實施高標準農田建設項目的需要；草地主要轉出為林地和耕地，其中轉出林地面積最多、163.36 hm2；草地共轉入839.52 hm2，主要由耕地轉入，轉入面積為635.30 hm2，占草地總轉入面積的75.67%，這主要與研究區域調整產業結構、大面積種植林木有關。林地主要轉出為草地和耕地，轉出面積分別為179.78、100.08 hm2，分別占林地總轉出面積的59.25%和32.98%。綜上，多數用地類型主要轉出類型多為耕地。

2014—2019 年大荔縣6 種土地利用類型的主要轉出土地類型的空間分布狀況如圖2 所示。從圖2 可以看出，耕地轉為人造地多分布于大荔縣城區中心，人造地轉為耕地多分布于大荔縣中部及北部，水體向耕地的轉移多發生于大荔縣東北部、向濕地的轉移多分布于東部地區，濕地向耕地的轉移多發生于東部和南部地區。

圖2 2014—2019 年大荔縣不同土地利用類型之間轉移狀況分布Fig.2 Distribution of transfer among different land use types in Dali County from 2014 to 2019

3.2 能值分析

3.2.1 農業生態系統的能值投入結構分析 總體來看，大荔縣農業生態系統的能值投入總量在增加。由表6 可知，2014 年，大荔縣農業生態系統投入的能值總量為2.79×1021sej，其中可更新環境資源、不可更新環境資源、不可更新工業輔助能以及可更新有機能投入分別占系統能值輸入的2.92%、15.24%、54.73%、27.11%；2019 年投入能值總量為3.96×1021sej，其中可更新環境資源、不可更新環境資源、不可更新工業輔助能以及可更新有機能投入分別占2.06%、10.92%、67.39%、19.63%。2019 年與2014 年相比，可更新環境資源、不可更新環境資源、可更新有機能投入所占比重均有所下降，只有不可更新工業輔助能比重增加，而工業輔助能投入中，以化肥投入增長最快，從2014 年占比27.84%增長到2019年的51.18%；可更新環境資源能值投入減少0.22%，不可更新環境資源、不可更新工業輔助能、可更新有機能投入分別增加1.44%、74.36%和2.57%，以不可更新工業輔助能增長幅度最快，這表明大荔縣農業發展對經濟投資依靠較大，農業生態系統現代化水平快速提高，農業原始狀態逐步擺脫。

不可更新環境資源投入分別占2014、2019年環境資源投入的83.93%和84.15%，由于大荔縣耕地面積增長浮動較小，因此表土損失能增長較平穩，但氣候因素和人類活動也是影響水土流失的重要原因。

3.2.2 農業生態系統的能值產出結構分析 通過能值產出可了解其整體變化特征，也能看出各子系統的結構特點。大荔縣農業生態系統的能值產出由種植業、林業、畜牧業和漁業構成，各項能值產出如表6 所示。從表6 可以看出，大荔縣總能值產出由2014 年4.80×1021sej 變為2019 年4.36×1021sej，減幅為9.28%。與2014 年相比，2019 年種植業、畜牧業、林業能值產出分別減少0.87%、20.03%、12.77%，漁業能值產出增加37.25%。

表6 2014、2019 年大荔縣農業生態系統能值投入和產出Table 6 Inputs and outputs of agro-ecosystem energy values in Dali County in 2014 and 2019

大荔縣農業生態系統主要以種植業、畜牧業為主，2014 年種植業、畜牧業、林業、漁業分別占當年能值產出的42%、44%、11%和3%，2019年分別為47%，38%，10%和5%，2014 年以畜牧業占比最大，到2019 年變為以種植業占比最大，這是由于大荔縣落實糧食安全戰略，耕地面積略有增加，使得糧食產量提高。但種植業能值產出略有降低，這是由于自然資源投入變化幅度是有限的，而農業生產技術水平和對經濟資源利用水平短時間內又無法大幅度提高。2014 年，大荔縣種植業能值產出最高的是蘋果，2019 年變成了棗，此變化一定程度上反映大荔縣種植業在穩定糧食產量的基礎上，優化調整種植業作物結構，做大做強當地優勢農產品。畜牧業產出中，豬肉占有絕對優勢。相比2014 年，2019 年豬牛羊禽能值產出均有減少，且畜牧業在整個農業生態系統中減幅最大。近年來，政策層面對大荔縣環保管理的力度不斷加大，對農業行業尤其是養殖業影響較大，由過去放養牛羊逐漸轉變為圈養，這使得一定時期內大荔縣牛羊養殖數量有所減少，但大荔縣畜產品的能值產出與農產品較為相近，這表明未來大荔縣畜牧業仍有較大的發展潛力。

相對來說，林業能值產出比例不高，是由于林地面積輕微減少，加上實施森林保護政策，影響了林下經濟的發展；另外，降水總量不高，水土流失較為嚴重，使得樹木種類不夠豐富，木材產量不高。漁業能值產出份額相對較小，但發展速度很快，增幅較為明顯。

大荔縣農業生態系統總體上能值產出大于能值投入，但與2014 年相比，2019 年能值投入在增加，能值產出反而減小，表明大荔縣農業產出效率和資源利用效率在下降，發展特征仍較為粗放。

3.2.3 土地利用與能值變化綜合分析 理論上，農業用地減少，則太陽能、雨水化學能、雨水勢能、地球循環能、風能、表土流失能和四類農業產出都會隨之減少，反之則增加。從表4、表5 可以發現，大荔縣農業用地總面積呈略微減少趨勢，但可更新環境資源和不可更新環境資源內部的各個能值投入卻呈現不同方向的變化。

從投入方面來看，雨水化學能、雨水勢能變化不符合上述理論，其原因是由于降雨量增加，表土層流失能增加的原因主要是由于耕地面積大幅增加和降雨量增加。從產出方面來看，耕地面積稍增加，但種植業能值產出略減小，主要是受生產技術水平和資源利用水平影響；草地增加，畜牧業能值產出減少，主要是受政策調控影響；最明顯的是水體大幅減少，但漁業能值產出增幅較明顯，主要是由于黃河灘區附近集中建設了專項水產養殖基地。

因此，農業各類用地面積增加與農業產出能值增加并不同步，土地利用類型的變化只是影響農業能值產出和環境資源能值投入變化的因素之一。

3.2.4 能值指標的比較分析（1）能值自給率（ESR）：指無償自然環境資源能值與系統總能值投入的比值，反映了農業生態系統自給自足能力，也能反映對自然資源的依賴程度，衡量自然資源對系統經濟發展的貢獻。ESR 越高，表明系統自給和支持能力越強，同時對外部投入資源的需求量相對較少，也從側面反映此系統經濟發展現狀不是很好。大荔縣ESR 由2014 年18%減小為2019 年13%，說明大荔縣農業發展對自然的依賴程度逐步減小，自然資源對農業發展的貢獻也在減小。

（2）凈能值產出率（EYR）：指系統能值產出與不可更新工業輔助能值、可更新有機能投入之和的比值，能有效度量系統的生產效率和市場競爭力，也重點體現了系統產出對經濟發展所做出的貢獻，這與經濟學中“產投比”原理極其相似。EYR 越高，表示農業生態系統的生產效率越高，經濟效益越好，產品價格競爭力越強，但其值大到一定限度也有弊端，即各類產品進行商品交換時所支付的是勞動報酬，而沒有支付相應的環境代價，這對于生產者不利，因為資源枯竭的風險要自身承擔。大荔縣的EYR 由2014 年2.10 減小為2019 年1.27，說明大荔縣的農業生產運行效率及對工業輔助能的利用效率變低，能值產出增速小于經濟能值投入增速，意味著生產同等數量的農產品，大荔縣農業生態系統被投入了更多資源，即在相同的能值投入下，獲得的能值產出減少。同時也說明農業生產成本提高，生產者獲益變小，農產品競爭力在減弱。從農產品產出結構可以發現，目前初級產品占比仍較大，產品類型不夠豐富，單位農產品增值能力不足，不利于農民增加收入。

（3）能值投資率（EIR）：指經濟能值投入與自然環境資源能值投入的比值，也稱為購買能值與無償能值的比值，其值越大則表明農業生態系統自然投入相對越少、購買資源投入多，其值越小則表明對環境越依賴、發展水平越差。大荔縣的EIR 由2014 年4.51 增長為2019 年6.71，主要是由于大荔縣不可更新工業輔助能占比在增加且比重較大，表明農業發展模式逐漸邁向下一階段，對勞動力的依附減輕，科技占比增大，系統采用的生產方式更先進，農業現代化水平快速提高。

（4）環境負載率（ELR）：指不可更新與可更新資源能值的比值，可衡量系統的環境壓力大小。ELR 值越大，表明系統內不可更新資源消耗量越多，對環境的壓力越重，同時說明發展潛力越小。ELR＜3，環境承受壓力較輕；3＜ELR＜10，壓力處于中等水平；ELR＞10，環境承受壓力已相對較大［36］。若ELR 長期處于高水平，會引起生態系統服務退化甚至喪失。

大荔縣的ELR 由2014 年2.33 增加為2019年3.61，說明大荔縣農業生產活動對環境所造成的壓力日益增大。主要是由于不可更新工業輔助能投入比重增大，如農藥、農膜、化肥的投入總量在快速上漲，這也從側面表明大荔縣農業生態系統發展水平提高，雖然環境負載率在增大，但從數值來看，大荔縣在農業現代化進程中還有一定的環境負載空間。

（5）可持續發展指數（ESI）：指EYR 與ELR 的比值，體現系統的可持續發展能力。在農業生態系統中，若EYR 較高，而ELR 較低，意味著此系統是可持續的。當ESI＜1，表明該地區農業經濟較為發達，但環境壓力大于系統的產出效率，能值利用率不高，農業生態系統屬于資源消耗型或消費型經濟系統；1＜ESI＜10，說明可持續水平較高，農業生態系統具有活力及發展潛力；ESI＞10，則說明系統生態保持較高，農業活動對自然資源的開發程度較低，經濟發展水平不足［37］。大荔縣的ESI 由2014 年0.90 減小為2019 年0.35，是由于農業生態系統能值產出率下降，而環境負載率上漲，且上漲速度較快，說明大荔縣不可更新資源消耗比例大，屬于高消費驅動下的農業生態系統，其可持續發展狀態有待進一步提高。

（6）能值密度（ED）：指生態系統投入的所有能值與系統面積的比值，反映區域的經濟集約水平和經濟發展等級。ED 值越大，表明該地區系統發展的集約化程度越高，等級地位越高，經濟水平越好。大荔縣的ED 由2014 年1.93×1012sej/m2增大為2019 年2.69×1012sej/m2，說明能值密度變大且水平也較高，表明大荔縣農業集約化程度變高。但與日本（9.51×1012sej/m2）、瑞士(6.15×1012sej/m2)等發達國家［38］仍有一定差距，即大荔縣農業生態系統的集約化水平仍有提高空間。

（7）人均能值用量（EUPP）：是反映區域人們生活標準和福利水平的有效指標之一。雖然此處的福利不同于社會學意義上的福利含義，如低犯罪率、較高文化水平，但能值意義上的福利指標與社會學意義上的指標并不分離，沒有較高的能值福利指標作為基礎，想要保持一個地區社會學意義上的高質量生活水平較為困難［39］。另外，在不發達地區，人們對于自然資源多是直接索取的，能夠維持其生存，也不需要為此支付任何金錢，但這種情況下單純依靠貨幣分析他們的福利水平也不足以全面剖析問題。大荔縣的EUPP 由2014 年1.03×1016sej/人上升為2019 年1.41×1016sej/人，人均可利用能值量呈增大趨勢，說明人們的生活水平和福利水平在提高，能值投入穩定上升，為農業經濟發展提供了有力支撐。

4 結論與建議

從整體來看，陜西省大荔縣土地利用規劃目標年與基期年相比，農業生態系統發展與問題并存，探究農業生態系統能值發展情況應考慮土地利用變化情況。2019 年，大荔縣能值投資率、能值密度、人均能值用量均有提高且數值較大，表明其發展速度較為可觀，這與楊華等［40］的觀點基本一致。同時，可持續發展指數減小、環境負載率增大問題不容忽視，化肥、農藥、柴油、農膜用量大幅提高，不僅增加了農業生產成本，而且使得地力下降、耕地板結、水體污染等問題更加明顯，導致大荔縣農業面源污染不斷加劇，影響了大荔縣農業生態系統的可持續發展，這與鐘麗娜等［41］、芮旸等［42］的研究結論一致。事實上，在大荔縣農業發展狀況較好的基礎上，推動其農業生態環境改善，加快農業轉型升級，充分利用地區資源并合理減少不可更新工業輔助能投入，降低廢棄物產出，大荔縣農業各方面都有廣闊的發展前景。

基于以上分析，對未來大荔縣優化和改善農業生態系統提出如下建議：

第一，提高資源利用效率。降低單位產品能值消耗，提高各類資源投入品尤其是工業輔助能的利用水平，可減少廢棄物并同時提高產出效率。全面推行以廢棄物資源化和綜合利用為主的生態工程建設，釆用循環技術降低農業廢棄物排放帶來的環境污染，延長資源使用期限，降低能源消耗。推行“誰購買誰交回”和廢棄農藥包裝物押金制度，提升回收率，建設一批廢農膜、農藥包裝物無害化處理和回收利用廠家。加速轉變農業發展模式，改變農業經濟增長方式，實施化肥、農藥、除草劑減量增效行動，但要保證農業生產效率和注重降低成本。努力推廣果菜茶有機肥及專用有機肥替代化肥，以生物治理手段減少土壤重金屬和農藥殘留。提高病蟲害監測預警預報能力，以預防為主，并推行生物防治綠色防治方式。

第二，開發應用先進農業技術。科學技術具有較高的能值轉換率和能值等級，能夠提高投入產出率。政府要與高校、科研院所加強合作，研發水肥利用效率高的農作物品種。推動農機裝備逐步向高質量發展轉變，淘汰落后及耗能大的農機，努力實現農業機械化全程參與、全面應用、高效運行，并將信息化應用于農業生產與管理，促進機械化與信息化融合。政府提高對新型農機的政策補貼，增加農民購買動力，支持馬力大、性能好、復合型農機的示范推廣，促進無人機施肥施藥應用。

第三，推動農業結構調整和升級?？傮w堅持穩糧、優果、興牧、擴蔬，統籌農業區域布局，扎實推進特色現代農業、有機農業、智慧農業發展。加速轉變農業發展模式，努力發展高效、耗能少、污染小的生態農業。穩步推進種養加結合及循環農業，建立沼氣工程，深入開展畜禽養殖糞污畜禽糞污集中處理和資源化利用，綜合運用“畜禽養殖-糞便-沼氣-沼液沼渣利用”“畜禽養殖-糞便-無害化處理-有機肥”“農作物秸稈-青貯-草食家畜養殖-過腹還田”等循環模式，實現養殖場飼養標準化，推動全縣畜牧業轉型升級，有效降低資源投入成本以及有效解決糞便污染問題。

第四，加強土地資源和水資源保護。合理制定土地利用規劃，提高土地資源利用效率，宜農則農，不適合開展農業活動的土地要堅決還林還草。加強恢復植被建設，提升土壤的控制能力，減少因水土流失造成的無效輸出能。做到用地與養地相結合，提髙秸稈的還田率，改善土壤有機質，推動農機深松整地，促進輪作休耕制度符合實際并得到常態化實施。加強農業用水管理，因地制宜推廣節水農業，努力推動滴灌、噴灌等節水灌溉技術，并在蓄水、改水環節做文章。

第五，普及農業管理和生產知識。建立健全系統的農民科教體系，提高農民的整體素質，使其農業管理知識和環保意識能夠與時俱進。嚴格落實安全間隔期（休藥期）制度，制作農產品質量安全宣傳資料并發放到農民手中，不斷強化農產品生產者法制意識和安全第一責任人意識，塑造農產品質量安全觀念和安全生產氛圍。