朱玉林 ，李明杰，侯茂章,b，王茂溪 ，龙雨孜 ，李晓敏,b

环洞庭湖区农业生态系统能值演变趋势的研究

朱玉林a，b，李明杰a，侯茂章a,b，王茂溪a，龙雨孜a，李晓敏a,b

（中南林业科技大学 a. 经济学院；b.农林经济研究中心，湖南 长沙 410004）

应用能值分析方法，对2000～2009年湖南省环洞庭湖区农业生态系统的能值总量、投入和产出结构以及各能值指标的变化趋势进行了分析。结果表明：研究期间，能值投入总量基本保持平稳，投入结构不断优化，其中工业辅助能值投入量由1.28E+22 sej增至1.68E+22 sej，增加了31.26﹪，可更新有机能值投入量由6.05E+21 sej下降为5.53E+21 sej；该系统能值产出总量和产出效率均有较大幅度提高，2009年总能值产出达到5.42E+22 sej，与2000年相比提高了40.04﹪，净能值产出率由2.05 上升至2.43，但由于环境负载率有更大幅度的上升，由1.23 上升到1.74 ；该系统可持续发展指数呈缓慢下降趋势，由1.67下降到1.40，且该数值一直维持在1＜ESI＜10的水平，表明环洞庭湖区农业生态系统属于富有活力和发展潜力的生态系统。发展生态农业，实现经济发展方式的转变是该系统面临的基本任务。

农业生态系统；能值；演变与趋势；环洞庭湖区

农业生态系统是人类生存和发展的最基本系统，明确其结构和功能，以及对资源环境价值进行评价和量化，有利于加强人们对农业资源环境的认识和保护意识，有助于人们对自身行为进行反思，对人类社会和农业生态系统的可持续发展具有十分重要的意义。作为湖南省和国家的重要粮食生产基地，环洞庭湖区农业发展问题一直处于非常重要的地位，研究该地区农业生态系统的运行状态和效率，揭示其演变规律和趋势以及人与环境在这一区域的相互关系，对于该地区农业资源的科学评价与合理利用、农业经济发展方针的制定及可持续发展战略的实施均具有重要意义。能值理论创立至今，在美国[1-2]、意大利[3]等西方国家已经得到了较深入细致的研究，我国于20世纪90年代初引入该理论。目前，能值理论的相关研究领域已遍及全球地化循环[4]以及国家[5]、省[6-8]、市[9-11]、县域[12-14]和企业[15]的各种空间尺度，并在农业[16-18]和工业[19-20]生态系统分析与评价研究中得到了广泛应用和高度重视。目前，关于环洞庭湖区农业可持续发展问题的研究已取得了一定成果，但其研究方法大多数是用经济学和管理学的研究方法，用能值理论研究该区域农业可持续发展问题的还较少。为此，本研究借助能值分析方法，对2000～2009年湖南省环洞庭湖区农业生态系统的能值变动趋势进行分析，旨在为该区域农业生态系统可持续发展政策的制定提供参考。

1 研究方法与数据来源

1.1 能值理论

能值理论由著名生态学家Odum[21]于20世纪80年代创立，以能值为基准，把生态系统或生态经济系统中不同种类的能量通过能值转化率转换成同一标准的太阳能值来衡量系统中的各种生态流（包括能物流、货币流、人口流和信息流等），得出一系列能值综合分析指标，从而评价各种生态流在系统中的作用和地位，可定量分析系统的结构功能特征与生态经济效益[22]。能值分析的基本方法就是将以物质、能量和信息等形式存在的含能物质全部转化为用太阳能值表达的能量形式，将物质或能量转化为太阳能值的基本表达式为：M = τB。式中：M为太阳能值（单位：sej）；τ为太阳能值转换率，B为可用能[23-24]。

1.2 环洞庭湖区农业生态系统简介及数据来源

环洞庭湖区位于湖南省北部，涉及常德、益阳、岳阳三个地市。从理论上说，环洞庭湖区应当只包括与洞庭湖相邻的滨湖堤垸地区，以及直接受洞庭湖影响需要堤垸保护的洞庭湖其它平原地区。本课题所指湖南环洞庭湖区依据的是王克英主编的《洞庭湖治理开发》一书对洞庭湖区的界定“洞庭湖区范围包括滨湖堤区及‘四水’尾闾受堤垸保护地区”。因此，根据这一界定，岳阳、常德、益阳三市除平江县、石门县、桃江县、安化县外，其余24个县、区都属于洞庭湖区，面积约3.2万km2，占三市总面积的71.11﹪。该区域以洞庭湖平原为主体，区内光照丰富，雨水充沛，耕地面积广大，水域宽广，农业资源相当丰富，自古以来该区就是我国农业精华地带，是湖南省农业最为发达的地区之一，也是国家重要的粮食、棉花、淡水水产和生猪等农产品生产基地，素有“鱼米之乡”、“洞庭粮仓”的美誉。但在过去相当长的时期内，由于人为围垦、泥沙淤积和江湖关系变迁等的影响，湖泊生态环境演替频繁，生态环境和自然资源质量呈下降趋势。

本文原始数据主要来源于2000～2009年湖南省农村统计年鉴以及2000～2009年中国统计年鉴。本文的能量折算系数主要参考严茂超和H.T.Odum[25]、蓝盛芳[26]、陆宏芳[27]等的研究成果以及《农业技术经济手册》[28]，能值转换率主要参考《生态经济系统能值分析》[26]。能值投入与产出在已有研究基础上依据该区域农业生态系统的特点进行一定程度的细分，将能值投入细分为：可更新环境资源能值投入、不可更新环境资源能值投入、可更新工业辅助能值、不可更新工业辅助能值、有机能值投入，将能值产出细分为：种植业能值产出、牧业能值产出、林业能值产出、渔业能值产出，在此基础上对环洞庭湖区农业生态系统2000～2009年各种生态流变动情况进行计算，分别得到该区域2000～2009年农业生态系统能值投入（见表1）、2000～2009年农业生态系统能值产出（见表2）、2000～2009年农业生态系统能值指标（见表3）。

2 结果与分析

2.1 环洞庭湖区农业生态系统能值总量变化趋势

由图1可知：2000～2009年，环洞庭湖区农业生态系统年总能值投入量保持平稳增长势态，由2000年的2.34E+22 sej增加到2009年的2.65E+22 sej，增幅为13.24﹪；而总能值产出却有了较大幅度的增长，由2000年的3.87E+22 sej增长为2009年的5.42E+22 sej，增幅达40.04﹪，说明研究期间环洞庭湖区农业生态系统投入产出效率有了较大幅度的提高，且总能值产出大大高于总能值投入，表明环洞湖区农业生态系统的能值利用效率较高，具有较为明显的集约型发展特征。

2.2 环洞庭湖区农业生态系统能值投入结构的变化趋势

研究期间，环洞庭湖区农业生态系统总能值投入虽保持平稳增长势态，但各组分的变化却各不相同，其中，不可更新工业辅助能值投入显著增加（由1.28E+22 sej增至1.68E+22 sej，增幅达31.26﹪），而可更新有机能值投入量则有所下降（由6.05E+21 sej逐渐下降到5.53E+21 sej，见图2）。这种由农业产业化、农业现代化所带来的能值结构性变化是环洞庭湖区农业生产效率大幅提高的主要原因。

表1 2000～2009年环洞庭湖区农业生态系统能值投入Table 1 Energy value input of agro-ecosystem around Dongting lake area from 2000 to 2009

表2 2000～2009年环洞庭湖区农业生态系统能值产出Table 2 Energy value output of agro-ecosystem around Dongting lake area from 2000 to 2009

续表2The continuation of table 2

表3 2000～2009年环洞庭湖区农业生态系统能值指标Table 3 Emergy indices of agro-ecosystem around Dongting lake area from 2000 to 2009

图1 环洞庭湖区农业生态系统能值总量变化Fig.1 Changes of total energy of agro-ecosystem around Dongting lake area

研究期间可更新有机能值投入量下降的主要因素是劳动力能值投入量的下降，原因是农村劳动力转离农业系统而到广东、上海等东南沿海地区务工，劳力能值由2000年的5.26E+21 sej降到2009年的4.53E+21 sej，降幅达13.95﹪；充分说明环洞庭湖区由于平原区的地理优势，农业机械化水平在不断提高，劳动力在农业投入中的比重越来越低。在能值投入总量平缓变化的条件下，由于劳动力能值投入量的不断减少，以及不可更新工业辅助能值的不断增加，导致系统的能值产出呈不断增加的趋势，该区域农业现代化、机械化的演变轨迹较明显，呈现出良好的发展趋势；值得一提的是，可更新工业辅助能值比重不大，作为湖区水乡，可更新工业辅助能值的发展潜力巨大。

2000～2009年，环洞庭湖区农业生态系统总能值投入中总环境能值投入所占的比重不大，平均为19﹪；可更新环境资源能值投入呈平缓下降趋势，由4.43E+21 sej下降到4.13E+21 sej，原因在于近几年来，环洞庭湖区出现了不同程度的冰灾、水灾，使林地、草地面积有一定程度的减少；不可更新环境能值投入(主要是表土层损失)稳中有降，尤其是从2007年起有一个明显的下降过程，从2006年的1.45E+20sej下降到2009年的8.37E+19 sej（见图3），说明国家的退耕还林还草政策在该区域自2007年收到了明显效果，在一定程度上改善了农业生态环境。

图2 环洞庭湖区农业生态系统能值投入结构(a)、可更新工业辅助能值（b）不可更新工业辅助能(c)和可更新有机能(d)的变化Fig.2 Changes of structure of energy input (a), renewable auxiliary energy input of industry (b)auxiliary energy input of industry (c) and energy input of organic (d) of agro-ecosystem around Dongting lake area

图3 环洞庭湖区农业生态系统可更新环境资源能值(a)和不可更新环境资源能值(b)的变化Fig.3 Changes of renewable environmental resource (a)and nonrenewable environmental resource (b) of agro-ecosystem around Dongting lake area

研究期间，总辅助能值的投入的增长速度明显超出总环境能值的增长幅度，2000～2009年总环境能值的投入量略为下降，从2000年的4.58E+21 sej下降到2009年的4.22E+21 sej，增长速度为-7.8﹪，而总辅助能值投入从2000年的1.89E+22 sej增加到2009年的2.23E+22 sej，增长速度达18.35﹪。说明洞庭湖区农业生态系统的发展越来越依赖于工业辅助能值投入，如果没有工业辅助能值的支撑，该区域农业生态系统的可持续发展将无法维持。

2.3 环洞庭湖区农业生态系统能值产出结构的变化趋势

2000～2009年，环洞庭湖区农业生态系统能值产出大幅增长，总能值产出由3.87E+22 sej增至5.42E+22 sej（见表2），增幅为40.04﹪。从产出结构看，种植业、牧业、林业和渔业的量比关系由2000年的74.1∶21.3∶0.8∶3.8变为2009年的75.9∶19.3∶0.7∶4.1。其中，种植业能值比重最大，林业能值比重最小。种植业能值和渔业能值无论是绝对量和相对比重均呈平稳上升势态（见图4），牧业和林业能值中绝对量有增加，但比重略有减少 (见表4)。说明洞庭湖区“渔米之乡”名不虚传，这十年中种植业作为该区的主导产业和全国重要的商品粮基础其主导作用更强，影响力更大，渔业作为该区域的特色产业其优势在不断呈现。

表4 2000～2009年环洞庭湖区农业生态系统能值产出结构Table 4 Structure of energy output of agro-ecosystem around Dongting lake area(1999～2009)

图4 环洞庭湖区农业生态系统种植业、牧业、林业和渔业能值的变化Fig.4 Changes of total planting, stock farming, forestry and fisheries output energy of agro-ecosystem around Dongting lake area

从图5可以看出，在该区种植业中，油料和谷物所占比重最大，棉花、水果次之，薯类、蔬菜瓜果、豆类、甘蔗、茶叶、麻类和烟叶比重较小。对比种植业能值产出总量的变动趋势可以看出，种植业能值产出平稳增长，主要得益于油料、谷物、棉花、烟叶和水果的能值在不断增长，尤其是近几年油料能值增幅较大对种植业增长有较大贡献。研究期间，该区种植业总的增长速度为43.8﹪，其中水果的增长速度最快（355.69﹪），其次为烟叶（223.68﹪），然后分别是油料、谷物、蔬菜、瓜果、茶叶、麻类，烟叶、棉花，薯类、豆类、甘蔗则呈下降势态（见表5）。

图5 环洞庭湖区农业生态系统种植业组分能值的变化Fig.5 Changes of structure of planting output energy of agro-ecosystem around Dongting Lake area

2000～2009年间，该区域畜牧业能值产出呈较平稳变化，由8.26E+21 sej增至1.05E+22 sej，增幅为26.96﹪，低于总能值的产出增长水平，说明牧业在该区域的增长速度不及平均水平，在不断萎缩。

表5 1999～2008年种植业增长速度Table 5 Growth rate of planting industry’s energy value output (1999～2009)

环洞庭湖区林业能值产出所占比重最小。2000～2009年，该区林业能值产出呈不断增加的趋势，平衡增长速度为30.53﹪，低于总能值产出平均增长水平，林业能值产出比重略有下降，从2000年的0.8﹪下降到0.7﹪.尤其是从2006年开始，林业产出能值出现了较大增长，说明随着国家退耕还林政策的进一步稳定实施，湖南省林业能值产出的增长空间将更加广阔。

环洞庭湖区渔业能值产出比重较小，但增长速度很快，由2000年的1.48E+21 sej增至2009年的2.19E+21sej，增幅达48.19﹪。由于该区域具备鱼类养殖的自然优势，雨水充足，对系统能值总产出的贡献较大，故这部分的产出潜力还非常大。

2.4 环洞庭湖区农业生态系统能值指标的变化趋势

2.4.1 能值投资率变化趋势

能值投资率是总辅助能值投入与环境资源能值投入的比率。2000～2009年，环洞庭湖区农业生态系统能值投资率从4.12上升到5.29(见图6)，总体呈不断上升的趋势，其总体水平与国际水平相比差距甚远（如1989年意大利农业生态系统能值投资率为7.55）[26]。说明环洞庭湖区农业生态系统农业资源的利用率有待进一步提高，总辅助能值投入还有较大的增长空间。

图6 环洞庭湖区农业生态系统能值投资率、净能值产出率、工业辅助能值比率、有机辅助能值比率、环境负载率和可持续发展指数的变化Fig.6 Changes of EIR, EYR, purehased energy contribution ratio, orgnic energy contribution ratio ELR and sustainable development index of agro-ecosystem around Dongting lake are

2.4.2 净能值产出变化趋势

净能值产出率是总能值产出与总辅助能值投入的比率。研究期间，环洞庭湖区农业生态系统净能值产出率呈不断提高的趋势，由2000年的2.05 上升至2009年的2.43 ，说明随着该区域农业生态系统能值投入和产出结构的不断优化，系统能值产出效率在不断提高，发展趋势良好。能值产出率常被用来判断系统在获得经济输入能值上是否具有优势，这在一定程度上反映了系统的可持续发展状况。H T Odum[21]认为，该值应在1～6之间，如果该值小于1，说明系统的产出不敷投入。据此说明该区域农业生态系统能值利用效率处于一个较合理的水平。

2.4.3 工业辅助能值比率、有机辅助能值比率变化趋势

工业辅助能值比率是工业辅助能与总能值投入的比率。研究期间，环洞庭湖区农业生态系统工业辅助能值投入比率总体呈平衡上升的趋势，由2000年的55﹪增加到2009年的63%，明显高于同期有机辅助能值投入水平。其原因主要有两点：一是该区域属于平原区，有利于农业规模化、机械化；二是近10年来，国家对农业基础作用的重视、对“三农”问题的重视以及国家对农产品价格实行保护价，在一定程度上提高了农民的生产和投资的积极性。有机辅助能值比率是可更新有机能值投入与总能值投入的比率。研究期间，环洞庭湖区农业生态系统有机辅助能值比率变化总体呈下降趋势，由2000年的26﹪下降到2000年的21﹪（见图6），有机辅助能值比率的变化趋势与工业辅助能比率刚好相反，这也是农业机械化、现代化的一种必然结果。在有机能值投入中，劳力能值占绝对优势，而有机肥所占比例则很小，2009年有机肥与工业辅助能中化肥的比例为1∶18。因此，在该区域农业工业化、工业辅助能值比率上升的过程中，需适当控制工业辅助能中化肥比重的增长，鼓励有机辅助能值投入中有机肥的使用，这也是该区域建设生态农业、保护农业生态环境的要求。

2.4.4 环境负载率变化趋势

环境负载率指不可更新环境资源能值投入和不可更新工业辅助能值投入之和除以可更新环境资源能值投入、可更新工业辅助能值和可更新有机能值之和的比率。研究期间，该区域农业生态系统的环境负载率呈明显上升趋势，由2000年的1.23上升到2009年的1.74。该区域农业生态系统环境负载率不断上升的主要原因在于：可更新的环境资源能值投入在不断减少，由2000年的4.43E+21 sej降为2009年的4.13E+21 sej，这是由于工业化和城市化的影响，使农业用地面积有一定程度的减少，特别是林地草地面积有所减少；可更新工业辅助能值也在不断减少，由2000年的3.40E+19 sej下降到2009年的2.45E+19 sej，也就是说洞庭湖区水资源在不断减少；随着劳动力往城市的不断转移，可更新有机能值也在不断减少，由2000年的6.05E+21 sej降为2009年的5.53E+21 sej；随着农业工业化步伐的加快，不可更新工业辅助能值投入在不断增加，由2000年的1.28E+22 sej上升到2009年的1.68E+22 sej，尽管不可更新环境资源有一定程度的下降，由2000年的1.44E+20 sej下降至2009年的8.37E+19 sej，下降绝对幅度远远抵不过不可更新工业辅助能的上升幅度。2000年区域的环境负载率（1.23）低于1998年全国平均水平(2.80)，也远远低于日本1990年水平(14.49)和意大利1989年水平(10.03)[26]，说明该区域在农业现代化过程中还有一定的环境负载空间。

2.4.5 可持续发展指数变化趋势

可持续发展指数（ESI）指能值产出率与环境负载率的比值，该指数能够较客观地说明区域可持续发展能力，1＜ESI＜10表明该区域农业生态系统富有活力和发展潜力；ESI＞10是农业经济不发达的象征，表明对资源的开发利用不够；ESI＜1表明该区域农业生态系统属于高消费驱动型生态系统，本地不可更新资源的利用量较大。2009年，环洞庭湖区农业生态系统可持续发展指数ESI为1.40，处于1＜ESI＜10的区间，说明该农业生态系统富有活力和发展潜力。研究期间，环洞庭湖区农业生态系统ESI呈有不断下降的趋势，从1.67下降到了1.40（见图6），原因在于：2000年以来，该系统的能值产出率虽在不断提高，但与之相对应的环境负载率也在不断提高且提高速度更快。因此，转变农业经济发展方式，发展生态农业也是该系统的基本任务。

3 结 论

利用能值理论在大量数据搜集、整理、分析基础上，对环洞庭湖区农业生态系统的能值演变进行研究，并得出如下结论：研究期间，该系统的（ESI）数值一直处于1＜ESI＜10的水平，表明环洞庭湖区农业总体属于富有活力和发展潜力的生态系统，该系统总能值使用投入量基本保持平稳，但能值投入结构不断优化，该系统能值产出总量和产出效率均有较大幅度提高，但由于该系统环境负载率也呈不断上升趋势，该系统可持续发展指数（ESI）呈不断下降趋势，因此，发展生态农业、实现经济转型是该系统的基本任务。值得说明的是：本文的能量转换系数和能值转换率主要参考的是H. T. Odum等学者的研究成果，虽然能量转换系数和能值转换率能满足大范围内的分析，但由于各国和各地区生产水平与效益等因素存在一定的区域性差异，这可能造成一定的误差，这些有待于作者在进一步的研究中去改进。

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Study on emergy evolution trend of agro-ecosystem in Dongting lake area

ZHU Yu-lina,b, LI Ming-jiea, HOU Mao-zhanga,b, WANG Mao-xia, LONG Yu-zia, LI Xiao-mina,b
(a. School of Economy, b.Economic Research Center for Agriculture and Forestry, Central South University of Forestry & Technology,Changsha 410004, Hunan, China)

By using the energy analysis method, the trendencys of total energy value, input-output structure and changes of energy indicators in Hunan Dongting lake area’s agro-ecosystem from 2000 to 2009 were analyzed. The results indicate that during the study period, the system had maintained a stable total energy value input, and its input structure was continuously optimizing. The value of input industrial auxiliary energy increased from 1.28E+22 sej to 1.68E+22sej and added 31.26﹪, while the value of input renewable organic energy decreased from 6.05E+21sej to 5.53E+21 sej. The results also show that the system’s total output energy value and output efficiency had risen greatly. The total output energy value in 2009 reached 5.42E +22 sej which was higher than that of 2000 by 40.04 ﹪ and the net output ratio of energy increased from 2.05 to 2.43. Furthermore, the system’s environmental loading ratio had got an ever-increasing trend which changed from 1.23 to 1.74. The system’s sustainable development index had got a slow down trend and decreased from 1.67 to 1.40. The index value which was always more than 1 and less than 10, indicated that agriculture of Dongting lake area is a system of vitality and has development potential. The development of ecological agriculture, realizing the transformation of economic development mode of the system is a fundamental task.

agro-ecosystem; emergy; evolution and trend; Dongting lake area

S181

A

1673-923X (2012)07-0133-08

2012-04-10

国家社科基金项目（11BJY029）；湖南省社科基金项目（2010YBB348）；湖南省高校创新平台开放基金项目（10K080）和湖南省软科学重点项目（2011ZK2046）

朱玉林（1968—），男，湖南双峰人,教授，博士，主要研究领域：生态经济；E-mail: zh-y-lin@126.com

[本文编校：谢荣秀]