鐘珍梅，黃錦祥，游小鳳，應(yīng)朝陽(yáng)，翁伯琦

(1.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所　350013； 2.福建省丘陵地區(qū)循環(huán)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心； 3.福建省寧化縣水土保持站)

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“茶
—畜—草—加”循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)能值分析

鐘珍梅1，2，黃錦祥3，游小鳳1，2，應(yīng)朝陽(yáng)1，2，翁伯琦1，2

(1.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所350013； 2.福建省丘陵地區(qū)循環(huán)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心； 3.福建省寧化縣水土保持站)

采用能值分析方法對(duì)“茶—畜—草—加”循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行能值分析，結(jié)果表明：“茶園—加工”系統(tǒng)和茶園生態(tài)系統(tǒng)以人力投入為主，分別占總能值投入的75.00%和63.86%，“茶—畜—草—加”循環(huán)農(nóng)業(yè)的主要投入為玉米飼料等，占總能值投入的41.91%，人力占總能值投入的21.16%；“茶園—加工”系統(tǒng)在凈能值產(chǎn)出率、環(huán)境負(fù)載率和可持續(xù)發(fā)展指數(shù)等多個(gè)能值指標(biāo)中均最優(yōu)，分別為13.55、0.31和44.22；“茶—畜—草—加”循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的能值凈收益最高。

循環(huán)農(nóng)業(yè)；茶—畜—草—加；能值分析

能值分析方法是20世紀(jì)80年代以美國(guó)著名系統(tǒng)生態(tài)學(xué)家H.T.Odum為首創(chuàng)立的系統(tǒng)分析方法[1-2]，該方法將不同等級(jí)的能量和物質(zhì)轉(zhuǎn)換為同一標(biāo)準(zhǔn)的太陽(yáng)能值，再進(jìn)行定量分析。能值分析方法是當(dāng)前進(jìn)行系統(tǒng)能量研究和可持續(xù)發(fā)展評(píng)估的一種重要方法[3-4]，并被廣泛應(yīng)用于評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能[5-9]。本研究應(yīng)用能值分析方法對(duì)茶園生態(tài)系統(tǒng)、“茶園—加”生態(tài)系統(tǒng)、“茶園—畜—草—加” 循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)(圖1)的投入產(chǎn)出進(jìn)行分析，評(píng)估不同管理模式下生態(tài)系統(tǒng)的自組織能力、環(huán)境承載力和可持續(xù)發(fā)展指數(shù)，以期為茶園循環(huán)農(nóng)業(yè)模式的推廣提供科學(xué)依據(jù)。

1　研究區(qū)與研究方法

1.1研究區(qū)概況

1.1.1自然概況研究區(qū)位于寧化縣中沙鄉(xiāng)半溪村，116°42′38.0 ″E、26°19′21.1″N，海拔336 m，坡度15°，坡向西南，土壤為山地紅壤，質(zhì)地為粘土，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候。全年實(shí)有日照時(shí)數(shù)1897.5 h，年降雨量1713 mm，年均溫15～18℃，7月均溫24.9～27.5℃，1月均溫3.7～7.0℃，無(wú)霜期214～248 d。

1.1.2生產(chǎn)模式所選系統(tǒng)運(yùn)行周期為2014年1月14日至2014年12月31日一個(gè)完整年度。茶園面積33.3 hm2，采用坡改梯種植，前埂后溝，梯壁種植黃花菜，茶園產(chǎn)值630萬(wàn)元。建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化蛋雞養(yǎng)殖大棚2棟，養(yǎng)殖蛋雞10萬(wàn)羽，年雞蛋產(chǎn)值1800萬(wàn)元，年用玉米飼料5000 t，雞蛋銷售獲利200萬(wàn)元；雞糞便經(jīng)干濕分離后折合干糞1825 t，其中：茶園用1500 t，余下的以700元/t的價(jià)格出售。

1.2研究方法

1.2.1資料收集與數(shù)據(jù)處理方法通過(guò)面上調(diào)查和定點(diǎn)記錄數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式收集研究區(qū)2014年完整年度生產(chǎn)記錄數(shù)據(jù)(表1)及當(dāng)?shù)貧庀蟛块T的氣象數(shù)據(jù)，根據(jù)以下公式計(jì)算太陽(yáng)能值：EM=OD×UEV；式中，EM為太陽(yáng)能值，OD為原始數(shù)據(jù)，UEV為能值轉(zhuǎn)換率。

1.2.2能值指標(biāo)分析本研究主要選以下幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析：①能值自給率(ESR)：環(huán)境資源能值投入與總能值投入的比率，是衡量資源環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)程度的指標(biāo)，值越大表明環(huán)境資源對(duì)系統(tǒng)的生產(chǎn)貢獻(xiàn)率越大；②能值投資率(EIR)：輔助(購(gòu)買)能值與環(huán)境資源能值的比率，是衡量經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度的指標(biāo)，值越大表示系統(tǒng)發(fā)展程度越高；③凈能值產(chǎn)出率(EYR)：為系統(tǒng)產(chǎn)出能值與購(gòu)買能值的比率，是衡量生產(chǎn)效率的指標(biāo)，值越大表示生產(chǎn)效率越高；④環(huán)境負(fù)載率(ELR)：不可更新能值投入與可更新能值投入的比率，是衡量環(huán)境負(fù)載程度的指標(biāo)，值越大表示生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境的破壞越大；⑤可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)(ESI)：凈能值產(chǎn)出率與環(huán)境負(fù)載率的比率，值越高表明系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展態(tài)勢(shì)越好。

2　結(jié)果與分析

2.1能值投入與產(chǎn)出

由表2、表3可知，“茶—畜—草—加” 循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)、“茶園—加工”系統(tǒng)和茶園生態(tài)系統(tǒng)的能值流投入主要以可更新有機(jī)能為主，其次為不可更新的工業(yè)能投入，表明這3個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)率均較高，主要投入以購(gòu)買能值為主?！安琛蟆荨印?循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的可更新有機(jī)能投入占總投入的74.45%，而在可更新有機(jī)能投入中，飼料玉米、人力和雞苗3項(xiàng)投入最高，其中飼料玉米分別占總能值投入和可更新有機(jī)能投入的41.91%和56.47%，人力分別占總能值投入和可更新有機(jī)能投入的21.16%和28.43%，雞苗分別占總能值投入和可更新有機(jī)能投入的10.80%和14.51%。在不可更新工業(yè)能中，獸藥投入最高，分別占總能值投入和不可更新工業(yè)能投入的18.03%和69.97%。對(duì)“茶園—加工”系統(tǒng)和茶園生態(tài)系統(tǒng)而言，可更新有機(jī)能投入占總投入分別為75.01%和64.36%，主要為人力投入，其中“茶園—加工”系統(tǒng)的人力投入占總能值投入和可更新有機(jī)能投入的75.00%和100.00%，茶園生態(tài)系統(tǒng)人力投入分別占總能值投入和可更新有機(jī)能投入的63.86%和99.23%。表明“茶園—加工”系統(tǒng)和茶園生態(tài)系統(tǒng)屬于勞動(dòng)密集型行業(yè)。

2.2能值指標(biāo)

3種系統(tǒng)的能值指標(biāo)如表4所示。由于購(gòu)買能值投入大，因此導(dǎo)致“茶—畜—草—加” 循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)、“茶園—加工”系統(tǒng)和茶園生態(tài)系統(tǒng)能值自給率低，其中“茶—畜—草—加” 循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的能值自給率最低，其值為0.43%，低于“茶園—加工”系統(tǒng)(1.59%)和茶園生態(tài)系統(tǒng)(2.80%)，遠(yuǎn)低“茶—草—沼—畜禽” 循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)(11.23%)[10]。表明研究區(qū)3種系統(tǒng)對(duì)自然環(huán)境的利用程度均低于“茶—草—沼—畜禽”循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。研究區(qū)3種系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度均較高，其中“茶—畜—草—加” 循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度最高，其能值投資率高達(dá)232.61，遠(yuǎn)高于其他2個(gè)系統(tǒng)。除茶園生態(tài)系統(tǒng)的凈能值產(chǎn)出率低于1以外，其他2種系統(tǒng)的凈能值產(chǎn)出率均高于1，其中“茶園—加工”系統(tǒng)凈能值產(chǎn)出率值最大，為13.55。表明加工環(huán)節(jié)使茶葉的經(jīng)濟(jì)附加值大幅度增加，經(jīng)濟(jì)效益最高；而增加蛋雞養(yǎng)殖環(huán)節(jié)后，“茶—畜—草—加” 循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)凈能值產(chǎn)出率較“茶園—加工”系統(tǒng)降低54.69%。表4中3種系統(tǒng)的環(huán)境負(fù)載率均低于1，其中“茶園—加工”系統(tǒng)的環(huán)境負(fù)載率最低，茶園生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境負(fù)載率最高?？沙掷m(xù)發(fā)展指數(shù)(ESI)從高到低順序?yàn)椋骸安鑸@—加工”系統(tǒng)(44.22)>“茶—畜—草—加” 循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)(17.68)>茶園生態(tài)系統(tǒng)(1.06)，“茶—草—沼—畜禽”系統(tǒng)的ESI高于茶園生態(tài)系統(tǒng)，低于其他兩種系統(tǒng)。

表3　3種系統(tǒng)太陽(yáng)能值總投入和產(chǎn)出　(單位：sej)

綜合分析指標(biāo)，得出研究區(qū)3種系統(tǒng)的優(yōu)劣順序?yàn)椋骸安鑸@—加工”系統(tǒng)>“茶—畜—草—加” 循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)>茶園生態(tài)系統(tǒng)。

表4　研究區(qū)3種循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)能值指標(biāo)及與其他茶園生態(tài)系統(tǒng)的比較

注：表中“茶—畜—草—加”各指標(biāo)值引自文獻(xiàn)[10]。

2.3經(jīng)濟(jì)效益分析

3種系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值分析如表5所示。茶園生態(tài)系統(tǒng)的能值貨幣價(jià)值與現(xiàn)金價(jià)值的產(chǎn)投比均低于1，凈收益均為負(fù)值，而增加茶葉加工環(huán)節(jié)后兩者的產(chǎn)投比和凈收益均增加，且為正效益。與“茶園—加工”系統(tǒng)相比，“茶—畜—草—加” 循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的能值貨幣價(jià)值產(chǎn)投比降低，但凈收益增加。表明增加循環(huán)鏈接后系統(tǒng)的生產(chǎn)效率降低，但盈利增加；而從現(xiàn)金價(jià)值分析，兩種系統(tǒng)的產(chǎn)投比差異不大，“茶—畜—草—加” 循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的凈收益高于“茶園——加工”系統(tǒng)。

表5　3種循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值分析

3　結(jié)論和討論

藍(lán)盛芳等[10]在計(jì)算茶葉的太陽(yáng)能值時(shí)，選擇的太陽(yáng)能值轉(zhuǎn)換率為2.00×105Sej/J茶葉。本研究參照藍(lán)盛芳的太陽(yáng)能值轉(zhuǎn)換率計(jì)算鮮茶葉的太陽(yáng)能值，通過(guò)這種方式計(jì)算茶園生態(tài)系統(tǒng)的凈能值產(chǎn)出率為0.53<1，表明該系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益不高。但在實(shí)際生產(chǎn)中，茶葉是高附加值的產(chǎn)業(yè)，且這種高附加值主要體現(xiàn)在加工過(guò)后，茶葉增值過(guò)程中除了人力物力投入外，更多的是信息投入，由于無(wú)法對(duì)信息投入進(jìn)行量化。本研究以能值貨幣價(jià)值轉(zhuǎn)換率計(jì)算干茶葉的太陽(yáng)能值， “茶園—加工”系統(tǒng)的凈能值轉(zhuǎn)化率為13.55，遠(yuǎn)高于1，較茶園生態(tài)系統(tǒng)提高24.57倍，這與實(shí)際相符。

茶園生態(tài)系統(tǒng)增加蛋雞養(yǎng)殖環(huán)節(jié)后，系統(tǒng)循環(huán)利用的是蛋雞養(yǎng)殖過(guò)程中產(chǎn)生的雞糞有機(jī)肥，但較大幅度增加玉米、雞苗等投入，其中飼料玉米的投入占總能值投入的41.91%，人力投入比例下降至21.16%，這使茶葉生產(chǎn)這種傳統(tǒng)的勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)向生產(chǎn)率較高的高能耗產(chǎn)業(yè)發(fā)展?！安琛蟆荨印毖h(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的凈能值產(chǎn)出率為6.14，還是遠(yuǎn)大于1，表明該系統(tǒng)仍處于高盈利狀態(tài)，但低于茶園—加工”系統(tǒng)。本研究結(jié)果表明，“茶園—加工”系統(tǒng)在凈能值產(chǎn)出率、環(huán)境負(fù)載率和可持續(xù)發(fā)展指數(shù)等多個(gè)能值指標(biāo)的評(píng)估中均最優(yōu)，但該系統(tǒng)為傳統(tǒng)的勞動(dòng)密集型系統(tǒng)，對(duì)人力依賴較大，屬生產(chǎn)率較低的系統(tǒng)。增加循環(huán)環(huán)節(jié)后系統(tǒng)的凈能值產(chǎn)出率降低54.69%，但總的經(jīng)濟(jì)效益增高59.91%。因此，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際、投資需求和周邊農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整需求，耦合茶業(yè)生態(tài)系統(tǒng)與畜禽養(yǎng)殖系統(tǒng)的生產(chǎn)資料，優(yōu)化資源配置，構(gòu)建具有區(qū)域產(chǎn)業(yè)特色、能滿足生產(chǎn)需求并有資金保障的循環(huán)農(nóng)業(yè)模式。

[1]ODUM H T.Self-organization，transformity，and information[J].Science，1988，242:1132-l139.

[2]ODUM H T.Environment Accounting:Emergy and Environ-mental Decision Making[M].New York：John Wiley & Sons，1996:20-50.

[3]藍(lán)盛芳，欽佩.生態(tài)系統(tǒng)的能值分析[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2001，12(1):129-131.

[4]JORGE L.HAU.，BHAVIK R.BAKSHI.Promise and problems of emergy analysis[J].Ecological Modeling ，2004，178:215-225.

[5]BASTIANONI S，MARCHETTINI N，PANZIERI M，et al.Sustainability assessment of a farm in the Chianti area (Italy)[J].Journal of Cleaner Production，2001(9):365-373.

[6]CHEN G Q，JIANG M M，CHEN B，et al.Emergy analysis of Chinese agriculture[J].Agriculture，Ecosystems & Environment，2006，115:161-1 73.

[7]HU Q H，ZHANG L X，WANG C B.Emergy-based analysis of two chicken farming systems: a perception of organic production model in China[J].Procedia Environmental Sciences，2012(13)：445-454.

[8]AGOSTINHO F，DINIZ G，SICHE R，et al.The use of emergy assessment and the Geographical Information System in the diagnosis of small family farms in Brazil[J].Ecological Modeling，2008，210：37-57.

[9]FRANZESE P P，RYDBERG T，RUSSO G F，et al.Sustainable biomass production:A comparison between Gross Energy Requirement and Emergy Synthesis methods[J].Ecological indicators，2009(9):959-970.

[10]鐘珍梅，翁伯琦，黃勤樓，等.以牧草為紐帶的循環(huán)農(nóng)業(yè)能值分析[J].福建農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，28(9)：925-930.

(責(zé)任編輯：劉新永)

Energy analysis of circular agriculture system of “Tea-livestock-forage-processing”

ZHONG Zhen-mei1,2, HUANG Jin-xiang3, YOU Xiao-feng1,2, YING Zhao-yang1,2, WENG Bo-qi1，2

(1.AgriculturalEcologyInstitute,FujianAcademyofAgriculturalSciences,FujianProvince350013;2.FujianEngineeringandTechnologyResearchCenterforCircularAgricultureinHillyAreas;3.NinghuaWaterandSoilConservationStation,FujianProvince)

In this paper, energy analysis of circular agriculture system of “Tea-livestock-forage-processing” was carried out. The results showed that manpower input was the main part in Tea garden-system and tea garden ecological system, accounting for 75.00% and 63.86% of total energy input, respectively. Corn as feed was the main part in circular agriculture system “Tea-livestock-grass-processing”, accounting for 41.91% of total energy input human input for 21.16%. Net energy output rate, environment load rate and index of sustainable development of “Tea garden-processing” system showed the best, reaching 13.55, 0.31 and 44.22, respectively. Highest net benefit of energy was obtained in “Tea-livestock-grass-processing” system.

Circular agriculture; Tea-livestock-grass-processing; energy analysis

2016-03-03

鐘珍梅，女， 1975年生，副研究員。

翁伯琦，男，1957年生，博士，研究員(E-mail：wengboqi@163.com)。

福建省科技計(jì)劃項(xiàng)目——省屬公益類科研院所基本科研專項(xiàng)(2014R1017-7)。

10.13651/j.cnki.fjnykj.2016.03.007