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1研究區(qū)域與研究方法

1．1研究區(qū)域概況

山西省位于太行山和黃河中游之間(34。34．8’一40。43．4N’，110。14．6’一114。34．4’E1，總面積15．6萬km2。該區(qū)總體上為山地高原地貌，屬溫帶大陸性季風氣候，春季干旱，夏季高溫多雨，秋季爽朗，冬季寒冷干燥，年降水量400～650rflnl，>10~C年積溫3000~C-4000~C，太陽輻射4900～6000MJ／m。全省80％以上的土地為山地丘陵，水土流失嚴重，水資源短缺。這已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要制約因素。山西省主要種植有小麥、玉米、谷子、高粱、大豆、薯類等糧食作物。1980-2008年的29年間，山西省糧食總產(chǎn)從1980年的685．7萬t，增加到了2008年的1028萬t，年均遞增2．6％。而同期糧食播種面積則呈下降趨勢，糧食播種面積從1980年的3．51×10hm下降到2008年的3．11×10hm2，年均遞減0．61％。近年來，山西省農(nóng)業(yè)機械、水利、電力發(fā)展較快，有效灌溉面積有所增加，化肥及農(nóng)藥的用量增大，有力地促進了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。

1．2研究方法

通過調(diào)查測算和文獻搜索，獲得1980---2008年的29年問山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中有關自然環(huán)境、經(jīng)濟狀況等的基礎資料；根據(jù)上述資料計算各種來源的能值投入和不同的能值產(chǎn)出，并按照不同類別的資源進行歸類，制作系統(tǒng)能值投入產(chǎn)出分析表；在能值投入產(chǎn)出分析表的基礎上，建立農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值指標體系；評價自然環(huán)境資源和經(jīng)濟活動對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的貢獻和作用，探求山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能變化的基本規(guī)律。本研究的原始數(shù)據(jù)主要源于山西統(tǒng)計年鑒(山西省統(tǒng)計局，1981、1986、1991、1996、2001、2002、2006、2009)、中國統(tǒng)計年鑒(中國國家統(tǒng)計局，1981、1986、1991、1996、2001、2006、2009)，部分數(shù)據(jù)來自筆者的實地抽樣調(diào)查，能量折算系數(shù)參考《簡明農(nóng)機手冊》[51及駱世明等睜1的研究結(jié)果，能值轉(zhuǎn)換率(基于新的全球能值基準)和計算方法參照Odumt】，Brownt“1，Bran&．Williamst及Campbellt”等的相關文獻。

2結(jié)果與分析

2．1山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)主要年份能值分析表

應用能值理論及分析方法，對山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的各種生態(tài)流1980-2008年歷年的能值輸入量及能值輸出量進行了分析計算(具體過程略)，最后得出山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)主要能值指標匯總表(表1)。

2．2山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值總量變動趨勢

從能值總量分析(表1)可以清楚地看出，29年中山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的年總能值使用量基本上呈平緩增加的趨勢，由1980年的1．03×10sej增長為2008年的1．11×10∞sej，2008年僅比1980年增長了9％，但年總能值產(chǎn)出卻有了大幅度的增長，由1980年的3．33×10sej增長為2008年的9．36×10sei，增長了185％，這說明29年中山西省的農(nóng)業(yè)資源利用效率有了十分顯著的提高，同時山西省的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率有了十分顯著的提高，即在能值投入總量基本相同的前提下獲得了更多的能值產(chǎn)出。根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能關系的基本原理及系統(tǒng)投入產(chǎn)出的基本原理推斷，系統(tǒng)的產(chǎn)出功能發(fā)生了巨大變化一定是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化，即農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率之所以提高的原因，必然是由于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投入結(jié)構(gòu)及能值產(chǎn)出結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化。

2．3山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投入結(jié)構(gòu)變動趨勢

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投入由可更新環(huán)境能值、不可更新環(huán)境能值、不可更新工業(yè)輔助能值及可更新有機能值4部分構(gòu)成。從能值投入的角度看，山西省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的提高是由于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投入結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。最明顯的變化是，不可更新工業(yè)輔助能值顯著增加，而可更新有機能值投入量有所下降。可以認為是這種變化導致了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的大幅度提高。由能值投入結(jié)構(gòu)變動趨勢()可以看出，從198o__2008年的29年中，山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)不可更新工業(yè)輔助能值(主要是電力、化肥、機械、農(nóng)藥等)有了大幅度的增長，由1980年的1．11X10sej增長為2008年的2．17x10sej，增長了143％。伴隨著不可更新工業(yè)輔助能值的增加，山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可更新有機能值呈現(xiàn)平緩減少的趨勢()?？筛掠袡C能值在總能值投入里占主導地位，主要包括人力、畜力、有機肥、種子等投入，其中人類勞動力比重最大。從1980---2008年，可更新有機能值投入量有所下降，由8．12x10sej下降為7．53x10sej，主要是由于農(nóng)業(yè)勞動力轉(zhuǎn)離農(nóng)業(yè)系統(tǒng)引起的，這是國家合理引導農(nóng)村剩余勞動力流動的結(jié)果，但勞動力轉(zhuǎn)移幅度并不大，從事農(nóng)業(yè)的勞動力由1980年的702．58萬人減少為2008年的638。9萬人，29年里僅減少了不到1／10(9％)。由于勞動力能值的減少抵消了部分不可更新工業(yè)輔助能值的增加，因此，總能值使用量增加的趨勢表現(xiàn)為平緩狀態(tài)，但實際上內(nèi)部已經(jīng)發(fā)生了此消彼長的變化?？傮w來看，不可更新工業(yè)輔助能值趨向增加，可更新有機能值趨向減少，這對目前的山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)來說是一個良好的趨勢，它意味著落后的農(nóng)業(yè)手工勞動生產(chǎn)方式正在被先進的工業(yè)化手段所取代，山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)勞動力能值和工業(yè)輔助能值的搭配正在趨于合理化，從而促進了系統(tǒng)整體效率的提高。山西省的總環(huán)境能值投入所占總能值投入比重較小，平均值為11．28％。由能值投入結(jié)構(gòu)變動趨勢()可以看出，29年中可更新環(huán)境資源能值呈平緩增加的趨勢，由1980年的9．47×10。sei增長為2008年的1．26x10sej，這主要是由于林地草地面積有一定程度的增加導致的，是國家退耕還林還草政策實施的結(jié)果。與此相對應，不可更新環(huán)境能值(主要是表土層損失)在2000年后呈現(xiàn)穩(wěn)中有降的變動趨勢()，說明自2000年起實施的退耕還林還草政策在一定程度遏制了水土流失面積的擴大，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境惡化的狀況有所改善。從能值投入結(jié)構(gòu)變動趨勢(表1)還可以看出，自1980年以后，不可更新工業(yè)輔助能值的投入已經(jīng)超過了總環(huán)境能值的投入，且超出的幅度越來越大，到2008年，總環(huán)境能值的投入為1．42x10sej，而不可更新工業(yè)輔助能值的投入為2．17x10控sej，后者是前者的1．6倍。這說明山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展越來越依賴于工業(yè)輔助能值(主要是電力、化肥、機械、農(nóng)藥等)的投入，如果沒有工業(yè)輔助能值的支撐，山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的高效率將無法維持。

2．4山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值產(chǎn)出結(jié)構(gòu)變動趨勢

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)由種植業(yè)、畜牧業(yè)、林業(yè)及漁業(yè)4部分構(gòu)成。系統(tǒng)能值產(chǎn)出總量的大幅度增加與這4個組成部分的變動情況有重大關系。29年中種牧林漁的量比關系由1980年的76：20：4：0變化為2008年的40．7：55．7：3：0．6，其中，種植業(yè)和畜牧業(yè)的量比關系發(fā)生了明顯的此消彼長的變化(及表2)，種植業(yè)能值比重由75．98％降低到40．71％，畜牧業(yè)能值比重由20．45％增加到55．66％。這種結(jié)構(gòu)性變化是農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化的結(jié)果，也是山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)效率大幅提高的另一重要原因。從絕對量來看，種牧林漁4部分的能值產(chǎn)出均有不同程度的增加，但增加幅度最大的是畜牧業(yè)能值，畜牧業(yè)能值總量的增加對系統(tǒng)生產(chǎn)效率的提高發(fā)揮了重大作用。需要指出的是，種植業(yè)能值比重雖然大幅降低，但是，29年中種植業(yè)能值絕對量仍然呈增長趨勢，由1980年的2．53x10sej增長到2008年的3．81×10se{，增長了66％。結(jié)合經(jīng)濟分析的結(jié)果，29年中山西省種植業(yè)單位面積產(chǎn)量提高很大，單產(chǎn)的提高是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力提高的重要標志，這是系統(tǒng)整體運行效率提高的結(jié)果，與能值投入結(jié)構(gòu)的優(yōu)化有重大關系。從能值產(chǎn)出結(jié)構(gòu)變動趨勢圖()可以看出，1980---1990年，山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)種植業(yè)能值產(chǎn)出呈大幅增長趨勢，這是家庭聯(lián)產(chǎn)承包責任制實行后，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力得到釋放，糧食產(chǎn)量得到大幅提高的時期。之后的l8年中，種植業(yè)能值呈現(xiàn)小幅波動狀態(tài)，提高幅度不大，好象受到了某種閾值的限制。筆者認為這種限制來自于自然環(huán)境能值(土壤、水分、陽光等)投入的有限性及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術水平的有限性。自然環(huán)境能值投入的有限性是無法改變的，因此，如果沒有農(nóng)業(yè)技術的新的重大突破，則種植業(yè)能值產(chǎn)出很難再有顯著的提高。能做的只是繼續(xù)優(yōu)化能值投入結(jié)構(gòu)，并且在種植業(yè)結(jié)構(gòu)上作一些合理的調(diào)整。從能值產(chǎn)出結(jié)構(gòu)變動趨勢(及表2)可以看出，1980---2008年，山西省畜牧業(yè)能值產(chǎn)出呈現(xiàn)出一路大幅攀升的趨勢，由1980年的6．81×10sej迅猛增長到2008年的5-2l×l0sei，增長了665％。2005年以后畜牧業(yè)能值產(chǎn)出更是超過了種植業(yè)而躍居第1位，由此帶動了整個系統(tǒng)能值產(chǎn)出的大幅提高，這是由于人民生活對肉奶蛋等畜產(chǎn)品需求的增加刺激了畜牧業(yè)的發(fā)展。隨著養(yǎng)殖規(guī)模的擴大及人民生活水平的不斷提高，畜牧業(yè)能值產(chǎn)出將來應該還會有大的增長，將繼續(xù)發(fā)揮系統(tǒng)引擎的作用。山西省林業(yè)能值產(chǎn)出所占比重較小，從能值產(chǎn)出結(jié)構(gòu)變動趨勢()可以看出，1980-2008年，山西省林業(yè)能值產(chǎn)出呈現(xiàn)不斷小幅增加的趨勢。林地包括有林地、灌木林、疏林地、未成林造林地、跡地、苗圃等，林業(yè)能值產(chǎn)出主要來自有林地，而IlJ西省有林地僅占林地總面積的53．36％，發(fā)展空間還很大。隨著國家退耕還林政策的進一步穩(wěn)定實施，加之三北防護林工程、天然林保護工程、京津風沙源治理工程的繼續(xù)實施，山西省的林業(yè)能值產(chǎn)出應該還會有大的提高。山西省漁業(yè)能值產(chǎn)出比重最小，但增長的幅度比較大()。29年中，由1980年的1．09x10sej增長到2008年的5．86x10柏sej，增長了53倍。盡管如此，由于山西省魚類養(yǎng)殖只能在黃河沿岸等少數(shù)區(qū)域進行，受自然條件制約，對系統(tǒng)能值總產(chǎn)出的貢獻不會很大。

2．5能值投資率變動趨勢

能值投資率是指經(jīng)濟反饋能值(購買能值)與自然環(huán)境資源輸入生產(chǎn)過程的能值之比值。經(jīng)濟反饋能值來自于人類社會經(jīng)濟系統(tǒng)，包括電力、機械、化肥、農(nóng)藥等各種生產(chǎn)資料所含的能值。經(jīng)濟反饋能值投入越大，則能值投資率越高，系統(tǒng)開發(fā)程度也越高，同時，系統(tǒng)生產(chǎn)成本也越高。反之，經(jīng)濟反饋能值投入過低，則環(huán)境資源得不到充分的開發(fā)，資源利用效率低下，系統(tǒng)發(fā)展水平處于落后不發(fā)達狀態(tài)。因此，農(nóng)業(yè)系統(tǒng)要具有競爭力，必須遵循能值投入搭配原則，即高能質(zhì)的經(jīng)濟反饋資源與低能質(zhì)的環(huán)境資源須搭配適當。中國農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)1998年的能值投資率是4．93E“】，意大利農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)1989年的能值投資率是7．55t”】。從1980--2008年，山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投資率從1．04上升到1．53(表1)，呈現(xiàn)不斷上升的趨勢，這說明山西省經(jīng)濟反饋能值投入水平在不斷提高，但是與國內(nèi)平均水平和國際水平相比仍然差距甚遠。因此，對山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)來說，經(jīng)濟反饋能值投入不是過高，而是過低，這使農(nóng)業(yè)資源得不到高效的利用，制約了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。因此，以后應該繼續(xù)增加對農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟投入，以進一步提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力。

2．6值產(chǎn)出率變動趨勢

凈能值產(chǎn)出率可以用來說明某一地區(qū)生產(chǎn)活動的能值利用效率。如果生產(chǎn)過程中產(chǎn)出的能值大于自經(jīng)濟社會投入的能值，則凈能值產(chǎn)出率大于1，系統(tǒng)有能值盈余；反之，如果產(chǎn)出的能值小于自經(jīng)濟社會投入的能值，則凈能值產(chǎn)出率小于1，系統(tǒng)有能值虧損。由表1可以看出，山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的凈能值產(chǎn)出率呈不斷提高的趨勢，由1980年的O．36增加到2008年的0．96，說明隨著能值投入結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能值產(chǎn)出在不斷提高，已經(jīng)由能值嚴重虧損階段走向能值收支基本平衡階段，照此趨勢繼續(xù)發(fā)展下去，有希望出現(xiàn)一定的能值盈余，為國民經(jīng)濟發(fā)展提供更有力的支撐。凈能值產(chǎn)出率也反映了系統(tǒng)在獲得經(jīng)濟輸入能值上是否具有優(yōu)勢，這在一定程度上反映了系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展狀況。Odum認為該值應在1—6之間，如果一個系統(tǒng)的凈能值產(chǎn)出率小于1，則該系統(tǒng)的能值將不會增加；如果一個系統(tǒng)的凈能值產(chǎn)出率小于另一個系統(tǒng)的凈能值產(chǎn)出率，那么該系統(tǒng)獲得經(jīng)濟投資的機會和數(shù)額就會小于另一系統(tǒng)，從而降低該系統(tǒng)獲得經(jīng)濟投入能值的競爭能力，最終會被凈能值產(chǎn)出率高的系統(tǒng)所替代。目前，山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)在獲得經(jīng)濟輸入能值上顯然處于劣勢，改變這一劣勢的途徑在于進一步調(diào)整能值投入結(jié)構(gòu)，提高農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化裝備和技術。

2．7環(huán)境負載率變動趨勢

29年間，山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的環(huán)境負載率呈現(xiàn)緩慢降低的趨勢，由1980年的9．87降低到2008年的7．83(表1)。盡管如此，這一數(shù)值仍然較高(海南2．44，新疆5．23t”】，甘肅6．08E]，中國2．8t)，這主要是因為山西省在單位面積農(nóng)用土地上投入了相對較多勞動力造成的。環(huán)境負載率越高，一方面表明系統(tǒng)在能值利用上的技術水平越高，另一方面也反映了當?shù)丨h(huán)境所承受的壓力越大；非常高的環(huán)境負載率意味著經(jīng)濟活動對當?shù)氐沫h(huán)境壓力過大，甚至可能會超過生態(tài)系統(tǒng)維持其穩(wěn)定性的臨界值，引發(fā)生態(tài)危機。Odum聲稱，這個比率很像電路上的負荷，一個較大的比率數(shù)值表明在經(jīng)濟系統(tǒng)中存在高強度的能值利用，同時對環(huán)境系統(tǒng)保持著較大壓力。環(huán)境負載率是對經(jīng)濟系統(tǒng)的一種警示，若系統(tǒng)長期處于較高的環(huán)境負載率，將產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的功能退化或喪失。山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的環(huán)境負載率雖然較高，但是與東部沿海地區(qū)(浙江11．25E】，江蘇23．16E。)相比，仍然不算太高，即增加農(nóng)業(yè)投入的空間還很大。山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的環(huán)境負載率有所降低的主要原因在于，山西省有1／3的未利用土地，29年來農(nóng)業(yè)用地面積在原來的基礎上有一定地增加，特別是林草地面積有所擴大，因而可更新環(huán)境資源能值有所增加。但是農(nóng)業(yè)用地面積要繼續(xù)擴大是十分困難的，因為剩余的未利用土地都屬于難利用土地，因此，山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境負載率將會長期居高不下。解決的辦法不是減少工業(yè)輔助能的投入，而是加大農(nóng)業(yè)剩余勞動力的轉(zhuǎn)移力度。

3討論

1980--2008年，山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能值投入呈快速的增長趨勢，其中源于經(jīng)濟系統(tǒng)的反饋能值的增長尤為明顯。由于山西省的地質(zhì)地貌、氣候、生物、土壤等自然條件和人文要素，尤其是土地利用方面，都表現(xiàn)出過渡性和波動性特點，加之長期以來科學技術、資金投入以及人們對生態(tài)環(huán)境重要性認識的不足，導致了其生態(tài)環(huán)境不斷惡化，旱澇災害頻繁、土地鹽堿化、沙漠化和草地退化等問題目趨加重，環(huán)境資源能值投入呈現(xiàn)波動變化狀態(tài)，從而影響著其農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的穩(wěn)定性。1980-2008年，山西省總?cè)丝谝呀?jīng)由1980年的2530萬人增加到2008年的3410萬人?？焖俚娜丝谠鲩L需要更多的營養(yǎng)食品，通過農(nóng)業(yè)生產(chǎn)獲取更多食物的能力依賴于耕地和各種形式的能量輸入。隨著對有限資源需求的不斷增加，山西省農(nóng)業(yè)將面臨嚴重的資源短缺和環(huán)境退化，因此建設一個高效又可持續(xù)的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是非常必要的。

4結(jié)論

經(jīng)過29年的演替發(fā)展，山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)效率有了十分顯著的提高。其原因有二：第一，山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值投入結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，不可更新工業(yè)輔助能值趨向增加，可更新有機能值趨向減少。這意味著落后的農(nóng)業(yè)手工勞動生產(chǎn)方式正在被先進的工業(yè)化手段所取代，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)勞動力能值和工業(yè)輔助能值的搭配正在趨于合理化，從而促進了系統(tǒng)整體效率的提高；第二，由農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整導致農(nóng)業(yè)能值產(chǎn)出結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，是山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)效率大幅提高的另一重要原因。畜牧業(yè)能值總量的增加對系統(tǒng)生產(chǎn)效率的提高發(fā)揮了重大作用。隨著養(yǎng)殖規(guī)模的擴大及人民生活水平的不斷提高，畜牧業(yè)能值產(chǎn)出將來應該還會有大的增長，將繼續(xù)發(fā)揮系統(tǒng)引擎的作用。山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展越來越依賴于工業(yè)輔助能值(主要是電力、化肥、機械、農(nóng)藥等)的投入，如果沒有工業(yè)輔助能值的支撐，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的高效率將無法維持。但是山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)在獲得經(jīng)濟輸入能值上處于劣勢，改變這一劣勢的途徑在于進一步調(diào)整能值投入結(jié)構(gòu)，提高農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化裝備和技術。山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境負載率將會長期居高不下，解決的辦法不是減少工業(yè)輔助能的投入，而是加大農(nóng)業(yè)剩余勞動力的轉(zhuǎn)移力度。山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能值產(chǎn)出在不斷提高，已經(jīng)由能值嚴重虧損階段走向能值收支基本平衡階段，照此趨勢繼續(xù)發(fā)展下去，有希望出現(xiàn)一定的能值盈余，為國民經(jīng)濟發(fā)展提供更有力的支撐。