2. 农业部福州农业环境科学观测实验站, 350003, 福州;
3. 福建省农业科学院农业经济与科技信息研究所, 350003, 福州;
4. 杭州第十四中学, 310006, 杭州
中国水土保持科学 ![]() ![]() |
福建省总体生态环境较好,但仍然存在局部地区水土流失较严重等问题,水土流失区生态治理与可持续发展是确保福建生态优势,建设生态文明先行示范区的重要举措。就县域而言,长汀县曾是南方红壤区水土流失最严重县之一,经过初步治理,全县的森林覆盖率由1986年的59.8%提高到2012年的79.4%,治理区植被覆盖率由15%~35%提高到65%~91%,土壤侵蚀模数由8 580 t/(km2·a)下降到438~605 t/(km2·a),径流系数由0.52下降到0.27~0.35,被水利部誉为南方地区水土流失治理的典范[1]。经过水土流失初步治理,长汀县基本实现了植被恢复;但是,生态系统仍十分脆弱,农民收入仍较为低下,人口、资源和环境的突出矛盾依然突出。研究表明,长汀县资源利用效率较低,人均万元GDP足迹2.58 g·hm2,是福建省的2倍多,人均生态足迹为1.318 g·hm2,远小于全省平均水平[2]。地力恢复和生产恢复是当前和今后一段时间长汀县水土保持的重要内容[3]。
就农业而言,长汀县牧业比重大,牧业产值占农业总产值的比例高于同期全省平均水平16.9%[1],存在氮磷减排压力;同时,柑橘和桃等大宗经济林生产低效,单位面积产量分别低于同期全省平均水平63.06%和29.89%[1],其主要原因为坡耕地土壤肥力低。因此,实施种养结合,将农牧生产废弃物利用,并回流坡耕地,培肥地力是解决这一生产矛盾的有效途径,对于缓解区域人口、资源和环境矛盾,实现区域水土流失治理成果的巩固与可持续发展具有积极意义[4, 5]。
选择合适的链接模式是实现循环利用的关键。循环农业产业联盟模式是介于传统循环农业模式与循环农业园区模式之间的过渡模式。其特点是在深入分析区域资源与产业发展现状的基础上,以项目为带动,将现有的在资源上可相互利用,可形成循环链条,经营良好的企业进行引导,组成循环农业产业联盟。笔者依托福建省科技重大专项,在长汀县水土流失初步治理区,积聚种植、养殖、食用菌生产和废弃物利用等企业,构建循环农业产业联盟模式,并从能值分析的角度,剖析现阶段该模式能值流动特征,为阐明该模式的实施效果以及进一步优化模式提供科学依据。
1 研究区概况循环农业产业联盟试验区位于福建省长汀县河田镇和三洲镇(E116°16′~116°30′,N25°35′~25°46′),海拔230~340 m,是长汀县水土流失治理重点区(图 1)。该区属中亚热带季风气候区,平均温度18 ℃~19.5 ℃,年降雨量为1 550~1 750 mm。2013年底长汀县总人口数达到51.76万,生态公益林面积达到7.75万hm2,地区生产总值为141.72亿元,财政收入10.87亿元,农民人均纯收入9 222元,粮食产量2.123万t。
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图 1 长汀县循环农业产业联盟企业位置 Figure 1 Location of circular agriculture industry alliance companies in Changting County |
试验区总面积867 hm2,种植业包括油茶(Camellia oleifera) 0.13 hm2、杨梅(Myrica rubra) 6.67 hm2、互叶白千层(Melaleuca alternifolia) 0.67 hm2、牧草13.33 hm2,水稻(Orvza sativa L.) 2.67 hm2,其余为马尾松(Pinus massoniana);养殖业以生猪、河田鸡为主,菜猪年出栏84 000头,河田鸡年出栏4.062万只;食用菌生产年产量1 095 t。
长汀县循环农业产业联盟主要包括福建森辉农牧发展有限公司长汀生猪、肉鸡养殖基地(简称森辉养殖场),福建省远山惠民生物技术发展有限公司(简称远山惠民食用菌栽培基地)、长汀县枫林生态农业有限公司(简称枫林杨梅栽培基地)和福建森辉有机肥厂(简称森辉有机肥厂)。2013年以福建省科技重大专项为依托,将上述公司组成循环农业产业联盟,构建种植业、养殖业和菌业的循环农业模式(图 2)。
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图 2 长汀县循环农业产业联盟循环模式图 Figure 2 Cycle agriculture pattern of industry alliance in Changting County |
分析循环农业产业联盟和长汀县农业经济2个系统,循环农业产业联盟系统的研究边界为企业联盟的生产系统,包括种植、养殖、食用菌和废弃物再利用,长汀县农业经济系统的研究边界为除了生态公益林部分的农业系统,包括农业(种植业)、林业、牧业和渔业等。
2.2 分析方法采用能值分析法。以2014年为基准年,采用实地调查和调阅统计的方式,收集研究的基础和生产数据,以热力学定律和最大功率原则为基础,把不同种类物质转换为统一单位太阳能焦耳(sej),进而分析系统中的物质流和能量流等,并进行能值指标评价,定量分析生态系统的生态效益与经济效益。利用能值计算公式:太阳能值=原始数据×能值转换率。能值转换率主要参考H.T.Odum[6]、蓝盛芳等[7]和能量折算系数参考《农业经济技术手册》[8],能值与货币价值之间的转换参考张攀[9]的研究方法。
2.3 能值指标评价 2.3.1 净能值产出率净能值产出率可表征过程可持续发展指数是否具有向经济活动提供基础能源的竞争能力[10-12]。计算公式如下:
$ \rm{EYR=}\mathit{Y}\rm{/}\left( \mathit{F}+{{\mathit{R}}_{1}} \right)。$ | (1) |
式中:EYR为净能值产出率;Y为能值产出,sej;F为投入不可更新辅助能,sej;R1为可更新有机能,sej。
2.3.2 能值投资率能值投资率可作为测定自然环境对经济活动负荷量的指标,其值越大,则表明系统经济发展程度越高;反之,则说明发展水平越低,而对环境的依赖越强[7, 10-12]。计算公式如下:
$ \rm{EIR=}\left( \mathit{F}+{{\mathit{R}}_{1}} \right)/\left( \mathit{R}+\mathit{N} \right)。$ | (2) |
式中:EIR为投资率;R为可更新环境资源能值,sej;N为不可更新环境资源能值,sej。
2.3.3 环境负载率H.T.Odumn认为较高的环境负载率数值,意味着在经济系统中存在着高强度的能值利用和高水平的科技力量;同时,对环境系统保持着较大的压力,它是对经济系统的一种警示[6, 10-12]。计算公式如下:
$ \rm{ELR=}\left( \mathit{N}+F \right)/\left( \mathit{R}+{\mathit{{R}}_{1}}+\mathit{B} \right)。$ | (3) |
式中:ELR为环境负载率;B为反馈能值,sej。
2.3.4 可持续发展指数基于能值分析的可持续发展指数,是净能值产出率与环境负载率的比值。如果一个国家或地区的经济系统能值产出率高,而环境负载率又相对较低,表明它是可持续的;反之,则是不可持续的[7, 10-12]。计算公式如下:
$ \rm{ESI=EYR}/\rm{ELR}。$ | (4) |
式中ESI为可持续发展指数。
3 结果与分析 3.1 能值投入对循环农业产业联盟进行能值分析(表 1)表明,2014年总投入能值为4.98×1019 sej。其中,可更新有机能最多为3.31×1019 sej,占总投入总能值66.47%;不可更新工业辅助能其次,达1.51×1019 sej,占总投入总能值30.32%。两者累计占能值总投入的96.79%,是能值投入最主要来源。可更新环境资源、不可更新环境资源和反馈能值分别为9.37×1017、3.97×1016和5.64×1017 sej,分别占能值投入的1.88%、0.08%和1.13%。
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表 1 长汀县循环农业产业联盟能值投入 Table 1 Emergy input of cycle agricultural alliance pattern in Changting County |
对长汀县农业经济系统分析(表 2)表明,2014年总投入能值为1.46×1021 sej。其中,可更新有机能投入最大,能值为8.53×1020 sej,占能值总投入58.42%;可更新环境资源投入其次,能值为3.35×1020 sej,占能值总投入22.95%,两者累计占总投入的81.37%。不可更新工业辅助能和不可更新环境资源投入分别为2.70×1020 sej和6.39×1018 sej,占总投入18.49%和0.44%。
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表 2 长汀县农业经济系统的能值投入 Table 2 Emergy input of agricultural economy system in Changting County |
对循环农业产业联盟进行能值分析(表 3)表明,2014年总产出能值为3.43×1020 sej。其中,猪肉产出能值最多,为3.34×1020 sej,其次是马尾松和鸡肉,分别为8.20×1018 sej和6.07×1017 sej,油茶的产出能值最少,为3.32×1015 sej。
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表 3 长汀县循环农业产业联盟的能值产出 Table 3 Emergy output of cycle agricultural alliance pattern in Changting County |
长汀县农林牧渔业能值分析(表 4)表明,2014年总产出能值为1.35×1021 sej。其中,肉类产出能值最多,为8.5×1020 sej,其次是粮食和禽蛋,分别为2.94×1020 sej和1.68×1020 sej,蔬菜的产出能值最少,为1.02×1017 sej。
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表 4 长汀县农业经济系统的能值产出 Table 4 Emergy output of agricultural economy system in Changting County |
长汀县农业经济系统净能值产出率、能值投资率、环境负载率和可持续发展指数分别为1.20、3.29、0.23和5.17,长汀县循环农业产业联盟净能值产出率、能值投资率、环境负载率和可持续发展指数为7.12、49.35、0.44和16.26,分别高出前者5.92、46.06、0.21和11.09个单位(表 5)。
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表 5 长汀县循环农业产业联盟、农业经济系统的能值评价指标比较 Table 5 Comparison of energy analysis index between cycle agricultural alliance pattern and local agricultural economy system in Changting County |
循环农业产业联盟模式主要环节的能值流动分析表明(图 3),猪场冲栏污水能值8.12×1018 sej进入沼气池进行发酵,生产的沼肥(沼液和沼渣)可浇灌种植业(杨梅、油茶、水稻和马尾松等),进入种植业的沼肥为9.80×1016 sej,进入生产有机肥的沼渣能值为1.51×1017 sej,2项累计能值为污水能值3%;有机肥的原料除了沼渣之外,猪粪、鸡粪和菌棒均可投入到有机肥生产环节,能值分别为1.09×1017 sej、3.38×1016 sej和1.35×1017 sej,种植业废弃枝叶和牧草可用来培育食用菌,其利用能值为3.70×1016 sej,通过物质循环与资源再利用,实际生产有机肥2.70×1016 sej。利用的沼液和沼渣能值占废水能值3.07%,实际生产有机肥能值占有机肥生产原料能值的6.30%。
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图 3 长汀县循环农业产业联盟主要循环环节能值流动 Figure 3 Emergy flow of the main loop part of cycle agricultural alliance pattern in Changting County |
1) 长汀县是典型的水土流失初步治理区,林地立地条件差,耕地资源少,人口、资源和环境的矛盾突出。研究显示,长汀县农业经济系统净能值产出率1.20、可持续发展指数5.17(表 5),与2004年福建省农业系统相比,能值产出率略低于后者(1.58), 可持续发展指数高于后者(1.95)3.22个单位[15]。就农业结构而言,能值产出贡献以牧业为主,其总产出为62.96%(表 3)。种植业发展滞后,林地和果园能值产出少,这与土壤侵蚀和有限耕地负荷严重有关。林惠花等[16]研究表明,2007年长汀县土壤侵蚀的经济损失占当年农林牧副渔总产值7.02%,周碧青等[17]抽样研究表明,长汀县耕地过度施肥,富磷明显,已经存在面源污染风险。近年来,虽然发展杨梅自助采摘,观光农业取得初步成效,但农业生产水平总体低下的局面没有明显改变。
2) 生态环境对农业发展的限制性较强,是福建的主要特点,资源环境压力过大是未来福建生态经济发展面临的主要问题[18-19]。如何引导区域生态经济健康协调发展,已经成为关系水土流失初步治理区治理成果能否得以巩固和提升的关键。毕安平等[20]研究表明,长汀县一些村镇正从生态和经济双低,向生态低和经济高的形式跨越,即从生态经济低水平的平衡向不平衡前进。循环农业产业联盟的养殖和食用菌栽培企业经济效益较高,吸纳部分劳动力,是引导农业经济发展的主要引擎,但是也存在废弃物污染环境的特点,正是不平衡发展的代表。通过项目引导,形成循环产业联盟,净能值产出率、能值投资率和可持续发展指数分别为7.12、49.35和16.26,高出同期长汀县农业经济系统5.92、46.06和11.09个单位(表 5),实现生态经济向高水平的平衡方向前进,具有明显的示范带动作用。该模式与类似的生猪-沼气-固废处理-沼液利用[21]相比较,产投比高于后者(6.70),可持续发展指数略低于后者(17.11),与奶牛-沼气-牧草模式[22]相比,可持续发展指数有所下降。这与生猪养殖为耗粮型,奶牛养殖为草食型有关,佐证了任继周等[23 24]、高旺盛[25]发展草食动物养殖,能实现藏粮于草,实现南方农区可持续发展的观点。
3) 循环农业产业联盟的能值流动分析表明,利用的沼液和沼渣能值仅占废水能值的3.07%,大量的沼气未得到有效利用,实际生产有机肥能值占有机肥生产原料能值的6.30%,主要是因为有机肥销售渠道不畅,这些诸多循环环节亟待进一步优化。因此,在稳定的合作关系的基础上,控制牧业生产规模;积极打通有机肥销售渠道,提高产量;引进更多的种植业企业,参与循环产业联盟,利用沼液;增加科技投入,提高沼气使用率。
4) 循环运营的管理。循环农业模式运用必须融入与循环链条相关的不同产业,如何有效结合正是循环农业推广的重点与难点。农业生产过程中,种植业、养殖业和食用菌业是不同行业,生产方式差异很大,上下游的客户群也有很大不同。在传统循环农业模式,经营者往往是其中一个行业起家,逐步介入循环链条中的其他产业,但是由于精力、人才和渠道等方面的限制,并没有很好的融入其他产业,造成经营不善,影响循环农业功能的发挥。循环农业园区模式则实现各个循环环节的独立经营,是未来循环农业的发展趋势[25],但对软、硬件要求高。循环农业产业联盟模式是介于传统循环农业模式与循环农业园区模式之间的过渡模式,即保持了企业独立经营,也保障了循环环节基本运行,适宜在基础条件薄弱的生态脆弱区先试先行。
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