前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的種植業生態經濟體系探討，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
作者：王千 金曉斌 周寅康 單位：南京大學地理與海洋科學學院
增加糧食產量，提高農業綜合生產能力是促進我國經濟社會可持續發展的驅動力和保障力的有效舉措。隨著耕地自然生態系統與經濟系統耦合程度的提高，在化石能源等不可再生資源日益枯竭，農藥、化肥等常規種植業投入要素引起的生態環境問題日益惡化的嚴峻形勢下，利用新方法、新技術對種植業生態經濟系統的投入產出狀況進行客觀評估與分析，從而逐步實現由傳統農業向生態型轉變，成為區域糧食生產與耕地合理利用的迫切要求［1-2］。能值(Emergy)理論是目前對種植業生態經濟系統進行能量分析的重要方法與手段。
該理論是由美國生態學家H．T．Odum等［3］于20世紀80年代在能量系統基礎上創立的新興理論方法，其為定量評價資源環境價值提供了科學依據與平臺。在國外，能值理論在農業生產方面得到了廣泛的應用，H．T．Odum、Brown、Ortega以及Ulgiati等［4-6］不僅構建了基礎的能值分析指標體系，而且將其應用到國家、區域以及農場等尺度，并取得了具有一定意義的研究成果。國內，在研究尺度上，藍盛芳等［7-9］開展了我國國家農業系統能值分析，以及廣東、海南等省的省級農業系統分析;董孝斌等［10］分析了黃土高原典型流域農業生態系統能值特點;陸宏芳等［11-13］對市級農業系統和水稻、水產、復合農林業系統的能值特點進行了研究;白瑜等［14］進行了耕地系統能值分析和不同耕作技術的能值分析研究。從研究內容上看，國內學者主要集中于基于能值理論的區域能值利用特征、能值時間變化序列特點［15］以及農業生態經濟系統可持續利用等方面的研究與分析。
格局分析是地理學與景觀生態學研究的重要內容，“格局影響過程，過程反衍機理，機理揭示規律”。種植業生態經濟系統能值指標空間格局研究，為高效合理利用人類社會經濟系統中的不可再生資源，充分挖掘自然生態環境資源生產潛力，制定科學合理的區域耕地保護政策提供依據［16］。而就目前研究而言，國內基于省域尺度縣級層次的種植業生態經濟系統投入產出能值指標的空間差異與態勢研究還較為鮮見，尤其是針對我國糧食主要產區的種植業生態經濟系統能值投入產出的研究仍需完善與加強。本研究基于能值理論與地理學研究中的空間分析技術，以國家糧食主產區河北省為例，估算了2009年河北省138個縣種植業生態經濟系統投入產出能值，重點探討其在省域范圍內的空間分布差異與特征。
1研究區域概況
河北省位于華北平原中部(36°03'～42°40'N，113°27'～119°50'E)，總面積18.88×104km2;從北向南依次為冀北壩上高原、冀北(燕山)山地和冀西北山間盆地，自東向西依次為太行山山地、太行山山前平原—燕山山前平原和冀中平原—濱海平原。區域內光熱資源豐富，呈北高南低、東西高中間低的分布趨勢。降水量時空分布不均勻，總體上東南部地區多于西北部地區。2009年全省耕地面積為5.90×106hm2。河北省是《全國新增1000億斤糧食生產能力規劃(2009—2020)》中所設置的國家級重要糧食主產區，為我國糧食安全、保障京津冀都市圈的糧食供應與經濟的良性發展發揮著關鍵作用。
2數據來源與研究方法
2.1數據來源與處理
本研究數據主要來源于河北省統計年鑒、河北省土地資源調查數據及環境質量公報等相關資料。采用9.44×1024sej/a的全球能值基準值，具體能值轉化率主要來自Odum與藍盛芳等學者的研究成果［17］，所涉及到的能量折算數據主要參考《農業生態學》［18］和《農業技術經濟手冊》［19］。
2.2研究方法
2.2.1能值理論能值，即一種流動或儲存的能量所包含的另一種類別能量的數量，其常用單位為太陽能焦耳(sej)。單位能量(或物質)所含的太陽能量稱為太陽能值轉換率，單位為sej/J(或sej/g)，是度量某種能量(或物質)質量的尺度。通過相應的能值轉換率，可將不同能質的能量轉換為其所包含的太陽能值，達到統一度量評價的目的。根據Odum、Ulgiati和Brown以及陸宏芳等［20］的研究成果，種植業能值分析流程為:①收集整理資料，客觀全面地收集與整理耕地生態經濟系統的能物流、信息流、貨幣流及人口流資料;②繪制能值系統圖，根據研究內容確定系統的主要能源，找出主要能源之間的關系，以符號化語言形式表示繪制能值系統圖;③編制能值分析表，能值分析表包括資源類別、資源能流量、太陽能值轉換率及太陽能值等項;④篩選能值指標，選擇能值指標對區域種植業能值經濟系統進行評價與分析。根據河北省種植制度與耕地利用特征，繪制能值系統圖，如圖1。在對已有研究成果所涉及到的能值指標進行初選的基礎上，邀請了相關研究領域的專家進行篩選，進而構建了河北省縣級層次種植業生態經濟系統能值評價指標體系，見表1。
2.2.2變異系數法變異系數法，又稱為標準差模型，記為CV，是分析變量之間離散程度最常用的數學方法之一［21］。
2.2.3趨勢面分析法趨勢分析利用多重回歸方法描述變量或變量集合在空間或時間上的大規模系統變化問題。趨勢分析方法能夠查明和刻畫研究變量在研究區域內的空間分布趨勢與格局，通過一般線性模型———最小二乘法用數學曲面(多項式曲面)擬合圖面觀測數據［22］。運用ArcGIS軟件中的地統計學模塊的趨勢分析工具，可以獲得各指標異向性分布特征以及空間分布趨勢效應特征。趨勢效應一般分為0階(沒有趨勢效應)、常量(區域化變量沿一定方向呈常量增加或者減少)、一階(區域化變量沿一定方向呈直線變化)、二階或多階(區域化變量沿一定方向呈多項式變化)。
3研究結果
3.1河北省種植業能值投入空間格局與態勢
利用ArcGIS空間分析工具，分析河北省種植業生態經濟系統能值投入與產出空間格局特征與態勢(如圖2、圖3)，利用自然斷點法(NaturalBreak)對各能值指標進行分級，見表2。河北省種植業經濟生態系統可更新資源能值(R)如圖2(a)所示，Ⅰ級區主要分布在衡水—滄州—邢臺地區和張家口地區，其中衡水—滄州—邢臺地區降水充沛，地上水資源豐富，張家口地區海拔較高且耕地面積較大;Ⅱ級區主要分布在河北省中部平原區;Ⅲ級區主要分布在太行山山地丘陵區，該區域降水較少且蒸發量較大，影響了可更新資源能值大小。在省域范圍內可更新資源能值(R)由北向南呈遞減趨勢，由西向東呈增加態勢，平均值為4.10×1014sej，其變異系數為0.226。經分析可知，耕地面積與降雨量是河北省縣級種植業可更新資源能值高低的重要影響因素。河北省種植業經濟生態系統不可更新資源能值(N)如圖2(b)所示，Ⅰ級區主要位于冀北壩上高原地區，該地區系內蒙古高原的南緣，土壤主要為栗鈣土，土壤質地粗而土層薄，易受風蝕和水侵，N值較高;Ⅱ級區主要分布在石家莊的西部地區和承德中部地區，分別屬于太行山南段山地和燕山山地，土壤類型主要為草甸土、淋溶褐土和棕壤為主，河網密度較大，該區植被為闊葉林和灌叢草原類型，高植被覆蓋率，降低了區域土壤侵蝕;Ⅲ級區主要位于河北省中西部地區，該區域屬于冀中平原區，土壤侵蝕相對較小。在省域范圍內不可更新資源能值(N)由北向南呈“U”型分布，在東西方向上呈倒“U”型分布，其平均值4.64×1020sej，變異系數為0.166。河北省種植業經濟生態系統工業輔助能能值(FN)如圖2(c)所示，Ⅰ級區主要分布在石家莊的東部—唐山和秦皇島的中東部地區，該地區處于太行山山前平原和燕山山前平原區，區域地勢平坦，經濟發展水平較高，農業投入較大;Ⅱ級區，河北省東南部地區的邯鄲—滄州—邢臺地區，該區域農業基礎設施較為薄弱，使得工業輔助能能值投入相對較低;Ⅲ級區主要分布在張家口—承德地區，該地區屬于河北省經濟欠發達地區，農業生產條件較差，其中張家口的北部地區已屬于冀北壩上高原區，受到自然條件和經濟發展水平的雙重約束，導致工業輔助能能值投入較低。在省域范圍內工業輔助能能值(FN)由北向南呈遞減趨勢，在東西方向上呈“U”型分布，平均值為3.23×1018sej，最大值在贊皇縣，為9.40×1018sej，最小值在廣宗縣，為1.02×1018sej，變異系數為0.263。河北省種植業經濟生態系統有機能能值(FR)如圖2(d)所示，Ⅰ級區主要分布在省域北部的張家口地區;Ⅱ級區主要分布在燕山—太行山山麓地區;Ⅲ級區主要分布在河北省的平原地區。有機能能值(FR)在東西方向上呈“U”型分布，南北方向上分布趨勢不顯著，FR變異系數較小，僅為0.224，其主要原因是隨著農業現代化水平的提高，化石能源已經逐步取代有機肥成為農業生產的主要投入要素，其中尤以化肥、農藥的使用最為廣泛，加之機械化水平的提高，促使區域內有機能投入量減小，導致區際間的差異在縮小。有機能能值是提高種植業產量的重要能源，因此要加大區內有機肥、綠肥的投入水平，推廣秸稈還田等農業新技術。河北省種植業經濟生態系統能值投入功率(EmPower)如圖2(e)所示，Ⅰ級區主要分布在石家莊—唐山地區，該區域耕地生態環境優良，可更新資源能值與工業輔助能能值投入較高，EmPower值較大;Ⅱ級區主要分布在邢臺—邯鄲—滄州地區，該地區作為傳統的農耕區，農用地集約化程度較高;Ⅲ級區主要分布在張家口的北部地區，屬于壩上高原區，自然能值投入較高，而工業輔助能能值投入水平低，影響了EmPower值。#p#分頁標題#e#
3.2河北省種植業能值產出空間格局與態勢
3.2.1能值投入率分析
河北省種植業經濟生態系統能值投入率(EIR)如圖3(a)所示，在省域范圍內南北方向上分布趨勢不顯著，而東西方向呈倒“U”型分布，其變異系數為0.245。EIR平均值為15.81，表明河北省種植業經濟系統開發程度以及對環境的利用程度具有一定的水平。EIR指數Ⅰ級區主要分布在石家莊—唐山—秦皇島地區，由于地處平原區且經濟較為發達，工業輔助能能值投入高，同時豐富的地下水資源、較高的土壤質量以及良好的糧食生產氣候環境，為種植業生產提供了有力保障，區域種植業經濟系統開發程度較高;Ⅱ級區主要分布在河北省南部的邢臺—邯鄲地區，由子牙河—南運河—衛河所圍成的沖積平原區，部分處于黃土臺地區，土層較厚，土壤類型以潮土和褐土為主，土壤質量較高，區域可更新資源能值投入相對較多，而工業輔助能能值投入較低，成為種植業經濟系統開發程度約束因素，影響了其利用程度;Ⅲ級區主要位于冀西北山地—冀北高原區，年平均降雨量僅為350～400mm，介于0～4℃等溫線之間，土層薄而質差，糧食生產自然條件較差，加之經濟發展水平較低，使得糧食生產可更新資源能值投入與工業輔助能能值投入不足，制約了能值投入率的提高。
3.2.2能值產出功率分析
河北省種植業經濟生態系統能值產出功率(IEmPower)如圖3(b)所示，由北向南呈遞增趨勢，由東向西呈倒“U”型分布。省域范圍內各縣能值產出功率差異較大，變異系數為0.510。IEmPower平均值為8.95×1015sej•km－2•a－1，最小值為沽源縣(2.11×1014sej•km－2•a－1)，最大值為廣宗縣(2.46×1016sej•km－2•a－1)。IEmPowerⅠ級區主要分布在冀中平原地區的西部地區，包括衡水和邯鄲的東部地區，該區域是河北省主要糧食產區;Ⅱ級區主要分布在冀中平原中部地區和燕山山前平原區，其中冀中平原地區河網密集，由太行山流出的10條河流在山麓形成沖積平原，年平均降雨量500～600mm，土壤以壤質為主，土層較高，土壤質量較好，區域經濟水平高，糧食能值產出高，燕山山前平原和濱海平原區土壤有機質含量為0.6%～1.0%，年平均降雨量600～700mm，土壤質量高，降雨資源較充分，為高能值產出提供了條件保障;Ⅲ級區主要分布冀西北山地—冀北壩上高原區，該地區年平均降雨量＜500mm，地貌類型以山地丘陵和高原為主，土壤質量較低，較差的自然條件限制了種植業能值產出水平的提高。
3.2.3能值產出率分析
河北省種植業經濟生態系統能值產出率(EYR)如圖3(c)所示，南北方向上變化趨勢不顯著，由西向東呈遞增趨勢，平均值為1.34，其變異系數為0.820。EYRⅠ級區主要分布在邢臺—邯鄲的東南部地區，該區域具有較為優良的自然條件，為輔助能值潛力的發揮創造了良好條件，使得該區域種植業生態經濟系統運轉效率較高，作為傳統集約化農區，在同等的投入條件下能值回報率較高;Ⅱ級區主要分布在石家莊—保定的中西部地區，該地區主要分布在太行山山前平原區，較高的能值產出依賴于高能值投入，給區域生態環境造成一定壓力;Ⅲ級區主要分布在張家口地區，該區域主要位于冀西北山地—冀北高原區，生態環境因素和較低的耕地集約利用水平，影響了耕地能值產出，應加大農業投入，降低農業限制因子，通過退耕還林還草改善區域生態環境，降低糧食生產系統運轉的生態資本，增強系統內各子系統、各要素間的協同程度，提高系統能值產出能力和產出效率。
4結論與政策建議
4.1結論
基于能值理論與地理學研究中的空間分析技術，從投入與產出角度，對河北省138個縣種植業生態經濟系統能值利用狀況進行了估算，重點探討了138個縣的種植業能值投入產出指標空間分布差異與趨勢。主要結論為:(1)省域內各項能值投入指標具有顯著的空間地域分布特征?？筛沦Y源投入(R)高值區主要分布在張家口和衡水—滄州—邢臺地區，不可更新資源能值投入(N)高值區位于冀北壩上高原地區，河北省工業輔助能能值(FN)高值區主要分布在石家莊的東部和唐山的中部地區。(2)能值投入率(EIR)高值區主要分布在石家莊—唐山—秦皇島地區，平均值15.81，區域差異相對較大，變異系數為0.245;河北省能值產出率(EYR)高值區主要分布在邢臺—邯鄲的東南部地區，變異系數為0.127。(3)河北省種植業投入與產出關鍵指標以及能值產出效率指數在省域內，在東西方向和南北方向上，呈倒“U”型、一階型等空間分布趨勢規律(表3)。
4.2主要政策建議
(1)科學分析種植業能值投入結構，提高糧食產出能力按照《全國新增1000億斤糧食生產能力規劃(2009—2020年)》(簡稱《規劃》)中“糧食產能向主導區和產量大縣集中”和“著力打造糧食生產核心區，提高商品糧調出能力”的要求，河北作為主要原糧調出區和糧食生產核心區，提高區域糧食產出能力是耕地利用的重要目標?；谀苤到嵌龋N植業生態經濟系統是開放的耗散系統，充分考慮區域種植業生態經濟系統能值投入結構特征，是保持系統平衡和穩定發展并取得高效益的前提。比如河北省涿鹿縣雖然地處壩上高原區，其可更新資源能值(R)、有機能能值(FR)投入較高，而該地區工業輔助能投入(FN)較低，通過綜合考慮區域能值投入結構，可以適當增加化肥、農藥投入強度以及農業機械化水平以獲得較高的糧食產量;而贊皇縣處于平原地區，糧食產量較高，但該地區工業輔助能投入(FN)為9.40×1018sej，遠大于全省平均值3.23×1018sej，較高的工業輔助能投入不僅增加了糧食生產成本，同時化肥農藥的超標使用，造成了區域農業非點源污染，對地下水資源造成潛在危害。因此有必要通過對種植業能值投入結構分析，根據區域具體特點，合理確定區域種植業生態經濟系統能值投入結構，提高區域糧食產出能力。
(2)充分利用自然資源，實現生態型農業隨著人類對自然資源的過度使用，終將導致資源的枯竭，農業生產是人類存在基礎，其必將由傳統農業向生態型農業轉變。F.Aostinho等［23］、E.Ortega等［24］利用能值理論對巴西3典型農場以及農田生態系統研究，表明生態型農業比傳統農業具有更大的可持續發展潛力;而河北省耕地生態系統環境負載率為5.72，遠低于日本的14.49［25］，農業生態系統可持續發展潛力較大。根據能值投入與產出的空間格局特征，考慮到河北省北部的壩上高原區，其可更新資源能值(R)、有機能能值(FR)投入較高，能值產出率(EYR)較低的特點，可將該區域作為生態農業優先發展區，發展生態型、綠色農業產品;而省域中部的平原地區，包括太行山山前平原和燕山山前平原，作為傳統農業區域其能值投入功率(EmPower)高，能值投入率(EIR)較高，表明其種植業經濟系統開發程度以及對環境的利用程度較高，同時由于化肥、農藥等不可更新工業輔助能能值(FN)投入較高，其農業生產潛在風險較大，因此在保持該種植業生產優勢的情況下，優化調整現有種植作物品種結構與空間布局，逐步實現由傳統農業向生態農業過渡與轉變，提高可持續發展潛力，實現生態與經濟的“雙贏”。#p#分頁標題#e#
(3)基于能值投入產出格局，進行土地整治合理分區規模化是種植業取得高效益的重要條件。土地整治通過零碎化地塊的歸并、權屬的調整，提高耕地連片程度，進而充分發揮農業生產的規模效益，為合理施肥、提高機械化水平提供有力的保障。研究表明區域土地整治提高了區域能值產出率和利用效率［26］。隨著土地整治內涵的不斷豐富，生態型土地整治已成為我國土地整治發展趨勢。而土地整治分區是土地整治規劃研究的重要內容，是合理進行土地整治項目空間配置的前提，區域種植業能值投入結構空間格局可作為土地整治分區的參考標準。如根據河北省種植業生態經濟系統能值產出指標空間差異，將河北省劃分為:“能值高投入-低產出”整治區，主要包括屬于廊坊—保定北部的部分縣(市);“能值高投入-高產出”整治區，即河北省中部平原地區的石家莊中東部以及衡水西部的部分縣(市);“能值低投入-高產出”整治區，包括滄州東部和邢臺中東部的部分地區;“能值低投入-低產出”整治區，主要包括屬于壩上高原的張家口—承德北部的部分縣(市)。在進行基于種植業能值投入產出差異的土地整治分區的基礎上，可以提出相應的措施與建議，同時還可以與其他功能區劃相結合進一步細分。
(4)提高農民素質，實現科學種田根據李小建等［27］、方鵬等［28］、孔祥斌等［29］關于農戶行為的研究結果，農民素質對種植業生產活動具有重要影響。利用多種形式對農民進行農業生產培訓，引導農民科學種田。對于河北省北部地區其可更新資源能值(R)、不可更新資源能值(N)、有機能能值投入(FR)較高，工業輔助能投入(FN)相對較低，可以考慮適當增加工業輔助能投入以提高區域種植業產出水平，對于中部平原其工業輔助能投入(FN)較高，為了避免農業污染，該類地區可考慮增加有機能能值投入，充分利用作物秸稈等可再生能源，合理調整種植業能值投入結構，從而促進區域農業種植業生態經濟系統平衡，不僅可以提高自然資源利用效率，同時可以達到保護生態環境、提高耕地價值、增加農民收入的目標。