黄土高原典型流域农业生态系统生产力的能值分析

      1　引言

      黄土高原丘陵沟壑区是我国典型的农牧交错区和生态环境脆弱区，资源和环境问题一直是困扰该区稳定发展的瓶颈，而这一矛盾导致的直接后果是系统生产力水平低下。然而当众多的研究试图从其入手时，以往的经济学或生态学方法并不能清楚地分析资源环境的利用与保护及其相互作用的本质关系，而能值理论及分析方法为我们解决这一问题提供了很好的工具。能值分析是美国著名生态学家H.T.Odum在系统生态、能量生态、生态经济理论基础上于20世纪80年代创立的系统分析新方法和理论。能值分析常用太阳能值(solar emergy joules,sej)来衡量某一能量的能值大小。任何资源、产品或劳务形成所需直接和间接应用的太阳能之量就是其所具有的太阳能值[1]，单位为太阳能焦耳。能值分析为定量分析生态系统和复合生态系统提供了一个衡量和比较各种不同种类、不可比较的能量（能量流、物质流、经济流、信息流）的共同尺度和标准，该理论把自然、社会和经济等亚系统统一起来，可以定量分析自然和人类社会经济系统，资源与环境的真实价值以及它们之间的关系[2-4]。90年代以来国内外能值分析研究很活跃[2-11]，但进行生态环境脆弱区农业生态系统生产力分析的研究还未见报道。而研究一个区域农业生态系统的生产力对于调整该区域的农林牧结构、产业化选择、生态环境治理及最终实现生态经济的良性发展具有十分重要的意义，特别是在生态环境脆弱的黄土高原地区更有其现实意义。

      2　研究区概况与研究方法

      2.1　自然概况

      纸坊沟流域地处黄土高原中心，属于陕西省安塞县，位于109°13′46″～109°16′03″E,36°42′42″～36°46′28″N，属丘陵沟壑区第二副区，面积8.27，包括纸坊沟、寺崾岘、瓦树塌三个村，现有113户，499人，人口密度60.3人／。流域内大部分土壤是黄绵土，占总面积的77.1%。流域属暖温带半干旱气候区，年日照总时数2415.6h，年辐射量132Kcal/，年平均气温8.8℃，≥10℃积温3113.9℃，平均无霜期159天。年平均降雨量549.1mm，但分布不均，7、8、9三个月降雨量占年降雨量的61.1%，且多暴雨，是造成水土流失的主要原因。流域内梁峁起伏，地形破碎，沟壑密度高达8.06km/，海拔1100～1400m。该流域从“六五”期间开始在中科院等单位的技术支持和大量投资下进行了长达20多年的综合治理，已经成为黄土高原地区的典型样板流域，1999年流域林草地总面积586.53，林草覆盖率达70.9%，人均粮食产量603kg，农民人均纯收入2137元。

      2.2　研究方法

      高旺盛2002年提出农业系统生产力是由特定区域边界尺度下，由植物初级生产力(NPP)、动物次级生产力(SP)、农户经济生产力(FEP)以及生态系统服务生产力(ESP)四部分相互耦合形成的整体生产力[12]，利用此概念理论，采用以往科研成果和实际测量调查结果以及与农产访问相结合的方法，收集纸坊沟流域2001年统计资料和其他相关资料[13-16]，将各种物质能量的投入换算成能值量[2-4]，以系统生产力组成并结合一些能值指标进行分析。

      3　结果与分析

      3.1　纸坊沟流域环境与资源的能值投入结构分析

      能值投入结构分析有助于从整体上评价特定区域农业系统的开放与发展程度。从表1可见，纸坊沟流域的总能值年投入量为，与该流域的农林牧总产值比得其能值／货币比率为8.52×sej/＄，高于1995年中国大陆能值／货币比率7.38×sej/＄[6]，远大于美国1983年能值／货币比率2.55×sej/＄[9]，这是因为该流域使用了大量无需付费的环境能值及其国民生产总值较低，这一结果表明纸坊沟流域仍属于工业化程度很低的纯农业地区。

      表1　2001年纸坊沟流域的能值投入

      Tab.1　Emergy input of Zhifanggou valley (2001)

      

      注1、原始数据是根据调查的数据及参考文献14-16计算得到的。2、太阳能值转换率参考文献1-3,5-7。

      进一步分析，该流域能值投入结构具有5个特点：一是纸坊沟流域环境投入能值占总能值投入的21%，低于海南省30%[8]的比率，但高于广东省1997年的14%[10]和意大利的1989年的12%[10]，而1996年全国所使用的环境能值占总能值用量的9%[5]，说明该流域的发展使用了较多的无偿环境能值；二是不可更新环境资源投入占总能值投入的7%，由于自然和人为的原因，纸坊沟流域农业生产系统中对不可更新环境资源的无效损失比较高，而土壤侵蚀是主要原因；三是不可更新的辅助能值投入占能值总投入的5.7%，低于海南省1994年的6.5%，其中机械能投入仅占不可更新辅助能值投入的7%，电力投入甚至低于1%，可见工业辅助能值的使用量非常低，说明农业系统仍处于粗放化阶段；四是可更新的有机能投入占总能值投入的73%，表明其农业能值投入仍以有机肥、劳动力等传统的有机能投入为主；第五方面值得注意的是在能值投入中人力能值投入占总能值投入的71%，而工业辅助能仅占总能值投入的5.7%，这是生态环境脆弱区存在的普遍问题，大量的人力能值投入形成了较低的劳动生产率，不利于培养产品的竞争力。