曾巧云，曾行吉，廖雪萍，周凤珏，黄京华

（1.广西大学农学院/广西高校作物栽培学与耕作学重点实验室，南宁 530004；2.广西壮族自治区气象信息中心，南宁 530022）

习近平总书记在党的十九大报告中指出，建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计，必须树立和践行“绿水青山就是金山银山”的理念，坚持节约资源和保护环境的基本国策。农业是国民经济的基础，同时也是社会稳定的基础，随着农业经济不断发展，生态环境也面临着挑战，土壤肥力下降、农业面源污染、自然资源浪费等一系列问题相继出现，协调农业经济与可持续发展关系刻不容缓［1］。

能值分析理论和方法是20 世纪80 年代末由美国生态学家、系统能量分析先驱H.T.Odum 教授创立，20 世纪90 年代初由留美学者蓝盛芳引入中国，最初主要应用于农业生态系统结构功能分析评价。多年来，农业生态系统的研究热度持续高涨，各学者相继对不同国家、省份、市、地区以及县级尺度的农业生态系统展开研究。马世昌等［2］通过能值理论和方法对安徽省农业生态经济系统的能值自给率、能值投入率、环境负载率和能值可持续发展指数4 个指标进行了分析评价；董晓佳等［3］对定西市农业生态经济系统的能值投入产出结构和主要能值指标进行了分析和研究；李云斌等［4］结合生产优势度、系统稳定性指数2 个能值可持续发展指标对新疆阿克苏绿洲农业生态经济系统进行分析研究；白小梅［5］运用能值分析理论和方法，并结合绿色GDP 核算和生态足迹模型对宁夏固原市原州区农业生态系统可持续性进行分析。结果表明，研究区农业生态系统处于不可持续发展状态，随着研究区生态条件的改善，不可持续状况有弱化的趋势，人口增长、人类对农业资源不合理的开发利用和自然气候条件较差是导致不可持续状况出现的主要原因。随着能值理论研究的不断深入，研究内容也涉及众多领域，包括城市生态系统［6］、湿地生态系统［7］、森林生态系统［8］、工业系统［9］等，能值研究理论和方法得到不断拓展和完善。

桂林市是一座山水甲天下的旅游名城，被誉为国际旅游明珠，同时，也是农业大市，农业资源丰富，气候条件优越，具有发展农业的良好基础，但也面临环境和资源约束的挑战。因此，本研究基于能值分析法对桂林市2014—2019 年农业生态经济系统运行特征和可持续发展状况进行分析，从中找出存在的问题并提出建议，以期为桂林市优化农业产业结构、协调经济发展与环境保护之间的矛盾、实现农业可持续发展提供科学依据。

1 研究区概况

桂林市位于南岭山系西南部、广西壮族自治区东北部，地处东经109°36′50″—111°29′30″，北纬24°15′23″—26°23′30″，平均海拔150 m，境域南北长236 km、东西宽189 km。桂林市辖6 个城区11 个县，即秀峰区、叠彩区、七星区、象山区、雁山区、临桂区和灵川县、兴安县、全州县、灌阳县、资源县、永福县、阳朔县、荔浦市、平乐县、龙胜各族自治县和恭城瑶族自治县，总面积27 809 km2，占广西壮族自治区总面积的11.64%。桂林市是典型的喀斯特岩溶地貌，有“八山一水一分田”之说，属于亚热带季风气候，季节变化明显，四季分明，年平均气温为20.3 ℃，全年日照1 357.6 h；平均年降水量2 000 mm。

2019 年桂林市农业用地222.23 万hm2，其中耕地面积33.73 万hm2，农作物播种面积69.09 万hm2，果园面积24.98 万hm2，水产品养殖面积1.11 万hm2。全市总人口540.60 万人，其中农村人口333.98 万人，农业从业人员142.89 万人。全市生产总值达2 105.56 亿元，其中第一产业占比23.1%。种植业和畜牧业是桂林市农业产业发展的支柱，林业和渔业所占比重较低。种植业以水稻和油料作物为主，2019 年袁隆平院士工作站在灌阳县挂牌运行。桂林市农业资源丰富，具有较好的发展前景，大力发展桂林市农业生态经济，对推动整个地区的经济发展具有重要的现实意义和战略意义。

2 研究方法和数据来源

2.1 研究方法

能值分析方法主要包括确定系统边界、制定能值分析表、建立能值指标体系、综合分析评价等［10］。本研究的基本步骤如下。

2.1.1 确定系统边界、收集整理资料、编制能值分析表 确定系统边界，收集整理系统主要的能流资料，区分归并录入各能值流。为更好地分析桂林市农业生态经济系统的能值投入产出情况，建立该系统的能值投入产出分析表，如表1 和表2 所示。首先利用收集的原始数据通过能量折算系数和能值转换率转换为能值分析数据，再利用公式得到各项能值，最后通过累加的方法计算得到能值的总投入量和总产出量［11］。由于降水、风能、地球循环能等都是太阳能的不同转化形式，为避免重复计算，可更新环境资源只取最大一项即雨水化学能。

表1 桂林市农业生态经济系统的能值投入结构分析

表2 桂林市农业生态经济系统的能值产出结构分析

2.1.2 系统能值的计算方法 桂林市农业系统的投入能值包括可更新环境资源、不可更新环境资源、工业辅助能和可更新辅助能，产出能值包括种植业、林业、畜牧业和渔业，部分能值的计算公式如下［11，12］：

1）太阳能值=农业用地面积（m2）×太阳年平均辐射量（J/m2）；

2）雨水化学能=农业用地面积（m2）×年降雨量（m）×吉布斯自由能（J/g）×雨水密度（g/m3），吉布斯自由能为4.94 J/g，雨水密度为1×106g/m3；

3）雨水势能=农业用地面积（m2）×平均海拔（m）×年平均降雨量（m）×雨水密度（kg/m3）×重力加速度（m/s2），平均海拔高度为150 m，重力加速度为9.8 m/s2；

4）风能=农业用地面积（m2）×高度（m）×风的密度（g/m3）×涡流扩散系数（m2/s）×风速梯度（m/s），空气层平均1 000 m，风的密度为1.29×103g/m3，涡流扩散系数为12.95 m2/s，风速梯度为3.93×10-3m/s；

5）地球循环能=农业用地面积（m2）×单位面积热通量（J/m2），桂林市地质稳定，其热通量为1.0×106J/m2；

6）表土流失能=耕地面积（m2）×侵蚀率（g/m2）×流失土壤中有机质含量（%）×有机质能量（J/g），侵蚀率为250 g/m2，有机质含量为3%，单位有机质含能2.09×104J/g；

7）其他能值=能量×能值转换率；

8）各农产品产出能值=产量×能量折算系数×能值转换率，相应的能量折算系数和能值转换率详见表1 和表2。

2.1.3 建立系统的能值评价指标 对桂林市农业生态经济系统的研究采用能值投资率、净能值产出率、环境负载率和可持续发展指数4 个指标进行分析，各指标的计算公式详见表3。

表3 桂林市农业生态经济系统的能值评价指标

2.2 数据来源

以2014—2019 年为研究时段，对桂林市农业生态经济系统的能值进行分析评价，本研究所用到的原始数据来自于2014—2019 年《桂林市经济社会统计年鉴》和《广西统计年鉴》，所使用的能量折算系数参照陈阜［13］，骆世明［14］和闻大中［15-17］的研究结果，能值转换率参照Odum［18，19］、蓝盛芳等［10］的研究结果。

3 结果与分析

3.1 桂林市农业生态经济系统能值投入分析

桂林市农业生态经济系统的能值投入结构可以反映系统的经济发展水平，从表4 可以看出，2019 年桂林市农业生态经济系统的能值投入总量为11.59×1021sej，其中环境资源投入量为6.47×1021sej，占总投入能值的55.82%。可更新环境资源能值为6.42×1021sej，不可更新环境资源为4.97×1019sej，分别占总投入能值的55.39%、0.43%。总辅助能值为5.12×1021sej，占总投入能值的44.18%，其中工业辅助能占70.22%，可更新辅助能仅占29.78%，劳动力占可更新辅助能值的94.46%。该结果表明，桂林市的农业发展主要依赖于可更新环境资源能值和工业辅助能值的投入，同时需要大量劳动力的投入，是因为桂林市的农业属于劳动密集型产业，尤其是柑桔等水果的采摘，无法实现机械化只能依靠劳动力投入来进行作业，农业经济发展水平较为落后。2014—2019 年，桂林市农业生态系统的能值投入在9.91×1021～13.94×1021sej，波动不大，降雨量的变化是能值投入变动的主要原因。

表4 2014—2019 年桂林市农业生态经济系统能值投入 （单位：1.00×1019 sej）

3.2 桂林市农业生态经济系统能值产出分析

桂林市农业生态经济系统的能值产出包括种植业产出、林业产出、畜牧业产出和渔业产出。从表5可知，2019 年，种植业产出能值为6.68×1021sej，林业产出能值为2.70×1021sej，畜牧业产出能值为5.56×1021sej，渔业产出能值为1.04×1021sej，分别占总产出能值的41.82%、16.88%、34.81%、6.49%。可以看出，桂林市农业系统主要以种植业和畜牧业为主，种植业能值产出中稻谷、油料、水果最高，分别占种植业产出的33.65%、24.43%、22.54%。这得益于桂林市采取的一系列举措，2018 年启动12.37 万hm2粮食生产功能区划定工作，推广优质稻种植面积22.48 万hm2，占水稻面积的92.1%。同时坚持“优势柑桔为主、特色水果为辅”的水果产业发展原则，形成了恭城月柿、兴安葡萄、荔浦砂糖橘等一批特色明显的水果主产县。肉类占畜牧业产出的90.25%，占据主导地位。随着经济发展，人们生活水平不断提高，消费结构也发生了变化，对肉类的需求日益增多。林业和渔业的产出能值相对较低。应以此为契机发展林业和渔业，增加二者的能值产出。

表5 2014—2019 年桂林市农业生态经济系统能值产出 （单位：1.00×1019 sej）

2014—2019 年，桂林市农业生态系统能值产出呈现先上升后下降的趋势，2014—2017 年呈上升趋势，2017 年总产出能值达到最大值为1.71×1022sej，后逐渐下降，2019年总产出能值最低，为1.60×1022sej，总体变动幅度不大。

3.3 桂林市农业生态经济系统能值指标分析

3.3.1 能值投资率分析 能值投资率（EIR）是衡量一个系统对经济投入依赖程度的重要指标，一个系统的EIR越低，说明该系统对经济系统的需求越小，而更多地依赖于自然环境［20］。从图1 可以看出，2014—2019 年桂林市农业生态经济系统能值投资率呈先下降后上升再下降的趋势，2015 年有所下降，2016—2018 年能值投资率有所上升，2018 年达到最大值，2019 年开始下降，桂林市农业生态系统的能值投资率持续维持在较低水平，结果说明，该系统对自然资源的利用程度较低，在环境承载力允许的前提下，通过增加经济能值投入来提高环境资源的利用效率，尤其是先进科学技术这一类能值转换率高的资源投入，从而提高系统的总能值产出。

图1 2014—2019 年桂林市农业生态经济系统能值投资率变化趋势

3.3.2 净能值产出率分析 净能值产出率（EYR）反映了系统的投入产出效率，通过比较EYR可以更好地了解某一种资源是否具有竞争力和经济效益大小［21］。从图2 可以看出，2014—2017 年净能值产出率逐渐上升，2017 年达到最大值3.20%，2018—2019年开始有所下降，净能值产出率在3.12%～3.20%波动。说明桂林市农业生态经济系统的能值产出率还是处于相对较高的水平，这与桂林市优越的气候条件有关，辅助能值投入较少，生产成本少，农产品的市场竞争力大，经济效益高。因此，可进一步加大对农业科技的投入和农业技术的推广力度，充分利用优越的自然环境，提高系统的能值产出。

图2 2014—2019 年桂林市农业生态经济系统净能值产出率变化趋势

3.3.3 环境负载率分析 环境负载率（Environment load ratio）用来表示一定经济活动水平下环境系统所承受的压力，具有一定的环境预警作用［22］。从图3 可以看出，2015—2018 年环境负载率呈缓慢上升的趋势，说明桂林市加大了对环境的利用程度，自然资源消耗在增加。总体来看，桂林市农业生态系统的环境负载率还是比较稳定的，保持在较低水平，说明桂林市作为一个国际旅游城市，在生态环境保护方面的一系列举措取得了较好的成效，自然资源得到了保护和有效利用，经济发展和环境保护达到了一定的平衡状态。

图3 2014—2019 年桂林市农业生态经济系统环境负载率变化趋势

3.3.4 可持续发展指数分析 可持续发展指数（ESI）是对系统的可持续发展状态的评价，最能表征系统的可持续发展能力。当ESI＜1 时，系统属于消费性系统；当1≤ESI≤10 时，系统富有活力，属于可持续发展状态；当ESI＞10 时，系统资源开发利用不足［23］。2014—2019 年桂林市农业生态系统的ESI在5.32～8.69 波动，2015 年波动较大，是因为降雨量的增加导致可更新环境资源的增加。说明桂林市农业生态经济系统具有较强的经济发展潜力和可持续发展空间，桂林市应在保持生态良好状态下稳步提高能值产出，促进农业的进一步发展。

图4 2014—2019 年桂林市农业生态经济系统可持续发展指数变化趋势

4 小结与建议

4.1 小结

本研究以2014—2019 年为研究时段，根据能值分析理论，利用能值分析方法，对桂林市农业生态经济系统的能值投入和产出情况进行研究和分析，在此基础上对能值投资率、净能值产出率、环境负载率和可持续发展指数4 个能值指标进行分析，得到如下结论。

1）2014—2019 年，桂林市总投入能值波动不大，能值投入受自然资源的影响较大，对环境资源依赖性较强，辅助能值投入先增加后减少。2019 年，可更新辅助能中劳动力占比94.46%，说明桂林市农业生态经济系统以劳动力投入为主，农业机械等工业辅助能投入占比较小，机械化水平有待提高。

2）2014—2019 年，桂林市农业生态经济系统能值产出在1.60×1022～1.71×1022sej，波动较小，产出相对稳定。种植业所占比重最高，其次为畜牧业，林业和渔业的产出较低，还有较大发展空间。因此，可以充分利用自然环境资源，大力发展林业和渔业，从而增加二者的能值产出。桂林市利用优越的气候条件和地理位置，发展了一批柑桔、葡萄、月柿等特色水果种植业，水果的产出能值增长较快。畜牧业能值产出以肉类为主，这与人们的消费结构转变有关。

3）通过对桂林市农业生态经济系统能值评价指标进行分析，可以看出，2014—2019 年，桂林市农业生态经济的发展水平还比较低，经济发展依赖于自然资源，但对自然环境的利用效率不高。环境负载率较低，系统处在可持续发展状态，富有活力和发展潜力，可以适当增加辅助能值的投入，提高系统的能值产出。

4.2 建议

以上分析结果表明，桂林市农业生态系统的能值投入和产出波动性不大，农业生态环境得到了较好的保护，系统环境压力较小，但是在农业发展过程中还存在一定的问题。桂林市农业正处在由传统农业向以生态循环农业为主的现代农业的转型阶段，能值投入水平较低，自然资源得不到有效利用，农业产业结构不合理，这些都在不同程度上影响着桂林市农业转型和进一步发展。为此，提出以下几点建议。

1）增大农业科学技术研究和推广力度，提高农民的整体素质，通过高能值的科技投入来提高农业能值产出。转变生产模式，通过依靠科学技术而不是劳动力投入来提高农业的发展水平，发展有机循环农业，降低环境压力的同时提高农产品的品质和质量。

2）优化系统投能结构同时提高能值投入，提高自然资源利用效率。重点增加有机能值投入，推广种植绿肥和人畜粪尿还田，建立畜牧业粪污资源化利用体系，坚持有机肥和化肥配合使用，降低对高污染化学品的使用，保持系统可持续发展活力。

3）调整农业产业结构，提高林业和渔业的能值产出贡献率。2019 年桂林市森林覆盖率达71.58%，林业能值产出主要为林产品，应充分利用这一优势发展林下经济，推广“林-药”“林-菌”“林-禽”等生态种养模式，提高林业产出。同时依托全州禾花鱼这一中国特色农产品，大力发展禾花鱼养殖业，提高渔业能值产出。