周淑梅,韓景元,劉力軍

1.河北科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,河北 石家莊 050018;2.河北省生態(tài)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展研究中心,河北 石家莊 050018)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程既受到自然資源條件的約束,又受到經(jīng)濟(jì)社會(huì)因素的影響,并對(duì)自然環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)產(chǎn)生反饋?zhàn)饔?農(nóng)業(yè)系統(tǒng)是自然系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)共同作用的耦合系統(tǒng)。ODUM[1]提出了著名的能值理論,采用太陽(yáng)能值將各類(lèi)系統(tǒng)中不同能源流、物質(zhì)流統(tǒng)一起來(lái),打破了原有人類(lèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)和自然資源系統(tǒng)分析的割裂局面,提高了系統(tǒng)研究的完整性和科學(xué)性。能值理論自創(chuàng)立以來(lái),在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)[2-5]、工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)[6]、森林生態(tài)系統(tǒng)[7]、旅游生態(tài)系統(tǒng)[8-9]、污水處理系統(tǒng)[10]等的能量流動(dòng)和代謝過(guò)程的分析和評(píng)價(jià),也為區(qū)域[11]和行業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究[12]提供決策支持,成為分析能量系統(tǒng)發(fā)展模式、演替規(guī)律,衡量系統(tǒng)發(fā)展的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)地位,預(yù)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展可持續(xù)性的重要方法之一[13]。

三元相圖法廣泛應(yīng)用于物理化學(xué)、地質(zhì)學(xué)和冶金學(xué)等領(lǐng)域。GIANNETTI等[14]和ALMEIDA等[15]首次將三元相圖法和能值分析結(jié)合起來(lái),定義并闡述了相圖中各特征曲線(xiàn)的生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)內(nèi)涵以及不同資源開(kāi)發(fā)及利用模式下各系統(tǒng)資源配置關(guān)系的發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)學(xué)者應(yīng)用三元相圖能值法研究不同區(qū)域(系統(tǒng))的可持續(xù)發(fā)展態(tài)勢(shì)并對(duì)系統(tǒng)資源配置關(guān)系進(jìn)行預(yù)測(cè)[13,16-17]。

河北省地處環(huán)京津要地,為京津冀地區(qū)提供農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)保障。然而,當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,過(guò)量施用化肥、農(nóng)藥,超采地下水用于農(nóng)業(yè)灌溉等現(xiàn)象極為普遍,導(dǎo)致資源浪費(fèi)、環(huán)境污染、生物多樣性銳減以及地下水位連年下降[18-19]等一系列生態(tài)問(wèn)題,追求農(nóng)業(yè)高產(chǎn)的同時(shí)付出了巨大的環(huán)境代價(jià)[20],嚴(yán)重制約著河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展的可持續(xù)性。因此,客觀認(rèn)識(shí)和科學(xué)管理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程,調(diào)整農(nóng)業(yè)發(fā)展方向是實(shí)現(xiàn)河北省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。筆者擬運(yùn)用能值理論結(jié)合三元相圖方法,研究河北省2001—2016年農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的資源利用配置關(guān)系,分析系統(tǒng)中各類(lèi)資源投入結(jié)構(gòu)和變動(dòng)趨勢(shì),對(duì)系統(tǒng)發(fā)展的可持續(xù)性進(jìn)行預(yù)測(cè)并優(yōu)化河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展路徑,以期為河北省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供借鑒,為其他類(lèi)似地區(qū)提供參考。

1 研究區(qū)概況

河北省地處天津市和北京市外圍,36°05′～42°40′ N,113°27′～119°50′ E,總面積18.77萬(wàn)km2。氣候?qū)贉貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候,多年平均氣溫16 ℃,多年平均降水量為532.65 mm(統(tǒng)計(jì)年份2001—2016年),約80%降雨量集中在夏季(6—9月)[21]。河北省土壤種類(lèi)繁多,從壩上高原地區(qū)的栗鈣土逐步過(guò)渡到平原地區(qū)的潮土、沼澤土和鹽土,不同地貌類(lèi)型的土壤具有較強(qiáng)的分帶性。據(jù)統(tǒng)計(jì),2016年河北省水土流失面積為7 125.49千hm2,主要集中在太行山迎風(fēng)坡地區(qū)。河北省為農(nóng)業(yè)大省,全省多年平均播種面積為8 744.06千hm2,盛產(chǎn)小麥、玉米、麻類(lèi)、糖類(lèi)、棉花、大豆、高粱、花生等。2016年全省總?cè)丝? 470.05萬(wàn),農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力1 369.28 萬(wàn)。農(nóng)、林、牧、漁業(yè)生產(chǎn)總值6 083.86億元,位居全國(guó)第6位[22]。

2 研究方法

2.1 河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值分析

能值理論認(rèn)為自然界所有能量均來(lái)自于太陽(yáng)能,其他形式的能量都是由太陽(yáng)能直接或間接轉(zhuǎn)化而來(lái),通常采用太陽(yáng)能值為基準(zhǔn)來(lái)衡量其他各種形式能量的大小。首先確定某單位物質(zhì)或能量所需要的太陽(yáng)能的量,即太陽(yáng)能值轉(zhuǎn)換率,然后用該種物質(zhì)或能量乘以太陽(yáng)能值轉(zhuǎn)換率,即為該種物質(zhì)或能量所具有的太陽(yáng)能值當(dāng)量。

收集2002—2017年《河北農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》《河北省水資源公報(bào)》《河北省氣候公報(bào)》《中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》等相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),收集并整理河北省2001—2016年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的各類(lèi)能源、資源投入數(shù)據(jù),對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的主要能源流、資源流及配置進(jìn)行了梳理(圖1)。系統(tǒng)主要輸入能值包括可更新資源(包括風(fēng)能、雨水勢(shì)能、雨水化學(xué)能和太陽(yáng)能)、不可更新資源〔包括農(nóng)業(yè)灌溉水量(主要來(lái)源于地下水)和表土層損失〕和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的反饋能值(包括農(nóng)業(yè)機(jī)械動(dòng)力、灌溉設(shè)施、農(nóng)藥、化肥、塑料薄膜、電力、勞動(dòng)力和種子)。

2.2 能值指標(biāo)及計(jì)算

以河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),分析研究期間河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)主要能值流量,并計(jì)算能值指標(biāo)(表1)。

能值產(chǎn)出率(emergy yield ratio,EYR,REY):系統(tǒng)的總能值與購(gòu)買(mǎi)反饋能值之間的比例,衡量某一過(guò)程通過(guò)引入外部資源開(kāi)發(fā)和使用本地資源的效率,由此產(chǎn)生對(duì)經(jīng)濟(jì)主體的潛在貢獻(xiàn)。

環(huán)境負(fù)載率(environmental loading ratio,ELR,REL):不可更新資源和購(gòu)買(mǎi)反饋資源的使用與可更新資源使用的比例,反映系統(tǒng)對(duì)環(huán)境造成的壓力程度和脅迫作用。

能值投資率(emergy investment ratio,EIR,REI):輔助能值總投入占環(huán)境資源總投入的比值,可用于衡量系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度和環(huán)境依賴(lài)程度。能值投資率越高,表明系統(tǒng)對(duì)經(jīng)濟(jì)投入依賴(lài)程度越高,對(duì)環(huán)境的依賴(lài)程度越小。

能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)(emergy sustainability index,ESI,IES):EYR與ELR之比,衡量本地系統(tǒng)在單位環(huán)境負(fù)載條件下對(duì)系統(tǒng)的潛在貢獻(xiàn),用于評(píng)價(jià)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力。

圖1 河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值流程Fig.1 Emergy analysis diagram of agricultural eco-economic system of Hebei Province

表1 能值相圖中各類(lèi)指標(biāo)的簡(jiǎn)化表達(dá)Table 1 Simplized expression of emergy indexes in ternary diagram

2.3 能值分析的三元相圖法

三元相圖指構(gòu)成整體的成分由3部分組成，3部分的比例之和為100%，3個(gè)變量之間的配比關(guān)系與系統(tǒng)的狀態(tài)及性質(zhì)相對(duì)應(yīng)。在三元相圖能值分析中,用一個(gè)等邊三角形表示構(gòu)成能值輸入的3部分:可更新資源能值(R)、不可更新資源能值(N)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)反饋能值(F),每個(gè)部分對(duì)應(yīng)三角形的一個(gè)頂點(diǎn),頂點(diǎn)到對(duì)邊的距離看作是100%。三角形內(nèi)部和各條邊上不同位置的點(diǎn)對(duì)應(yīng)了不同類(lèi)型能值投入結(jié)構(gòu),即三角形內(nèi)部或邊界上任一點(diǎn)到3條邊的垂直距離表示該底邊對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)代表的資源類(lèi)型在總能值輸入中所占的比例。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)和過(guò)程在能值相圖中不同相點(diǎn)的研究和對(duì)比,分析系統(tǒng)資源配置和發(fā)展趨勢(shì)。

3 結(jié)果與分析

研究河北省各類(lèi)資源能值投入結(jié)構(gòu)變化時(shí),選取2001、2003、2005、2007、2009、2011、2013、2015和2016年的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。通過(guò)觀察原始數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),2001年降雨量比研究期間年均降雨量低24.22%,導(dǎo)致該年可更新資源能值投入比例顯著偏小,反饋資源能值投入比例偏大;2016年農(nóng)業(yè)機(jī)械動(dòng)力比2015年下降33.33%,同時(shí)該年降雨量為595.9 mm,比研究期間年均降雨量高12.61%,導(dǎo)致該年反饋資源能值投入比例下降,可更新資源能值投入比例升高。表現(xiàn)在相圖中,2001和2016年相點(diǎn)偏離研究期間能值投入整體變化趨勢(shì)。該研究進(jìn)行單獨(dú)分析,重點(diǎn)通過(guò)比較2003和2015年2個(gè)年份分析系統(tǒng)能值投入變化趨勢(shì)。

3.1 能值指標(biāo)分析

河北省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,可更新資源、不可更新資源和系統(tǒng)外部反饋資源能值比例及能值指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果表明,研究期間系統(tǒng)可更新資源投入比例穩(wěn)中有降,不可更新資源投入比例則呈現(xiàn)單調(diào)下降趨勢(shì)(表2)。通過(guò)分析不可更新資源原始數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),不可更新資源投入比例的降低主要是由于農(nóng)業(yè)灌溉水量逐年下降。由于河北省地表水資源匱乏,農(nóng)業(yè)灌溉主要依賴(lài)于地下水。為緩解華北平原地下漏斗進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢(shì),2014年河北省開(kāi)展地下水超采綜合治理試點(diǎn),農(nóng)業(yè)灌溉水量下降速度加快。截至2017年,全省各級(jí)農(nóng)業(yè)部門(mén)通過(guò)休耕、引入節(jié)水品種、推廣水肥一體化等措施實(shí)現(xiàn)累計(jì)壓采量達(dá)18.6億m3[23],年降幅3.32%～5.79%。另外,南水北調(diào)中線(xiàn)工程一期工程于2014年底正式通水,每年可為河北省提供約30億m3水量,能夠有效緩解水資源供需矛盾,通過(guò)“開(kāi)源”、“節(jié)流”兩方面措施為河北省實(shí)現(xiàn)地下水壓采目標(biāo),促進(jìn)地下水資源采補(bǔ)平衡提供保障[24]。系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的反饋能值投入比例呈增加趨勢(shì),表明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程對(duì)外界資源的依賴(lài)加重,同時(shí)加大了本地環(huán)境的負(fù)荷。2003年到2015年系統(tǒng)能值投資率和環(huán)境負(fù)載率呈逐年上升態(tài)勢(shì),而能值產(chǎn)出率逐年下降。能值產(chǎn)出率的下降和環(huán)境負(fù)載率的升高,直接導(dǎo)致系統(tǒng)能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)逐年下降(表2)。

表2 河北省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值指標(biāo)計(jì)算結(jié)果Table 2 Emergy indexes of agricultural eco-economic system of Hebei Province

3.2 能值相圖分析

3.2.1資源線(xiàn)分析

利用能值計(jì)算結(jié)果,將研究區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)2001—2016年的能值投入在三相圖上表達(dá)出來(lái)。根據(jù)相圖理論,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)投入的3類(lèi)資源配置可以用相圖中不同的點(diǎn)進(jìn)行描述。相圖中,平行于三角形3條邊的一系列平行線(xiàn)成為該邊對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)所代表的資源類(lèi)型的資源線(xiàn),如平行于R′N(xiāo)′邊的稱(chēng)為F′資源線(xiàn)。任一類(lèi)型資源投入百分比由相點(diǎn)到該資源類(lèi)型頂點(diǎn)對(duì)邊的垂直距離來(lái)表示。在同一條資源線(xiàn)上的點(diǎn)表示這些點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的該類(lèi)資源的投入比例相同。因此,資源線(xiàn)可用于比較農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程對(duì)各類(lèi)資源的利用結(jié)構(gòu)。根據(jù)能值指標(biāo)的定義,能值投資率、能值產(chǎn)出率與F′資源線(xiàn)相對(duì)應(yīng),環(huán)境負(fù)載率與R′資源線(xiàn)相對(duì)應(yīng)[14]。

研究期間河北省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的資源配置發(fā)生了變化。2003—2015年河北省可更新資源投入比例從32%下降到24%,系統(tǒng)環(huán)境負(fù)載率從2.15上升至3.18,意味著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程對(duì)不可更新資源依賴(lài)程度加大。圖2表明,河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中可更新資源能值的利用比例和反饋資源能值的利用比例表現(xiàn)為互為消長(zhǎng)。2003年降雨量高達(dá)656.23 mm,是研究期間降雨量最大年份,導(dǎo)致該年可更新資源能值投入比例最大,反饋能值投入比例最低。研究期間不可更新資源能值投入比例單調(diào)遞減,不可更新資源能值投入比例從2003年的18%降為2015年的14%,說(shuō)明農(nóng)業(yè)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境資源的依賴(lài)程度減弱,導(dǎo)致系統(tǒng)的能值自給率逐漸下降。

R′—可更新資源能值比例；N′—不可更新資源能值比例；F′—反饋能值比例；REI—能值投資率；REL—環(huán)境負(fù)載率。下標(biāo)中的03和15分別表示2003年和2015年。

研究期間經(jīng)濟(jì)社會(huì)反饋能值投入比例逐年攀升,從2003年的50%上升到2015年的62%,不可更新資源(工業(yè)輔助能值)配置比例的不斷上升(0.21→0.37)必然伴隨著系統(tǒng)能值投資率的上升(1.01→1.63),意味著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程在利用等量的本地資源的同時(shí)需要投入更多的反饋能值,產(chǎn)品中所凝聚的能值更多來(lái)自于系統(tǒng)外來(lái)能值資源的貢獻(xiàn)。這部分不可更新資源的利用伴隨著溫室氣體和污染物質(zhì)的排放,會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生潛在的危險(xiǎn),因此河北省應(yīng)積極采取相關(guān)措施提高對(duì)不可更新的經(jīng)濟(jì)社會(huì)反饋資源的利用效率,避免或降低該類(lèi)資源利用的不利影響。

3.2.2敏感線(xiàn)分析

相圖中某一點(diǎn)與頂點(diǎn)的連線(xiàn)被定義為“敏感線(xiàn)”,表示該頂點(diǎn)所對(duì)應(yīng)資源類(lèi)型的百分率沿這條直線(xiàn)變化,而另2類(lèi)資源的投入比例保持恒定。敏感線(xiàn)對(duì)于模擬系統(tǒng)中特定資源變化具有重要意義[14-15]。圖3表明河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的資源配置比例沿R′/N′比例保持穩(wěn)定,反饋能值比例增大的敏感線(xiàn)F″F′移動(dòng)的發(fā)展路徑(F″→F′)。河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的R/N比約為1.71∶1,高于遼寧朝陽(yáng)市和撫順市[13]、寧夏固原市原州區(qū)[25]等地區(qū),表明河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)投入的可更新資源大于不可更新資源投入,即河北省比上述地區(qū)具有更為優(yōu)越的自然環(huán)境和氣候資源。結(jié)合前面的資源線(xiàn)分析,雖然河北省自然環(huán)境基礎(chǔ)相對(duì)較為優(yōu)越,但河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)反饋能值的投入比例仍在逐年提高(2003—2015年),一方面反映了河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)更高的工業(yè)化程度,另一方面也勢(shì)必對(duì)當(dāng)?shù)赜邢薜淖匀画h(huán)境產(chǎn)生更大壓力,導(dǎo)致系統(tǒng)向不可持續(xù)的方向進(jìn)一步發(fā)展。

R′—可更新資源能值比例；N′—不可更新資源能值比例；F′—反饋能值比例。

3.2.3可持續(xù)線(xiàn)分析

可持續(xù)發(fā)展指數(shù)(IES)定義為系統(tǒng)凈能值產(chǎn)出率與環(huán)境負(fù)載率的比值。一般地,一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)凈能值產(chǎn)出率越高,環(huán)境負(fù)載率越低,則認(rèn)為這個(gè)國(guó)家或地區(qū)的生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)是可持續(xù)的,反之不可持續(xù)。具體而言,IES>10是經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)的象征,表明對(duì)資源的開(kāi)發(fā)利用力度不夠;IES值在1和10之間表明經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)富有活力和發(fā)展?jié)摿?IES<1為消費(fèi)型經(jīng)濟(jì)系統(tǒng),此時(shí)系統(tǒng)的進(jìn)口資源及勞務(wù)能值量在總能值使用量中所占比例較大,對(duì)本地不可更新資源的利用也較大,環(huán)境負(fù)載率較高[6]。

在三元相圖中通過(guò)對(duì)各點(diǎn)的計(jì)算繪出可持續(xù)性指標(biāo)相同的點(diǎn),得出相等各點(diǎn)的連線(xiàn),稱(chēng)為可持續(xù)線(xiàn)。可持續(xù)線(xiàn)從N′頂點(diǎn)出發(fā)向R′F′邊移動(dòng),可持續(xù)線(xiàn)將相圖劃分為系統(tǒng)多個(gè)不同的可持續(xù)性發(fā)展區(qū)域。河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值相圖中,可持續(xù)性指標(biāo)IES=1的可持續(xù)線(xiàn)以上部分表示系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程的可持續(xù)指數(shù)大于1,以下部分表示系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程的可持續(xù)指數(shù)小于1。由圖4可知,研究期間河北省各年農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展指數(shù)均小于1,2003年IES取值最大為0.93,其余年份IES逐年降低,均值為0.60。IES值小于1意味著系統(tǒng)對(duì)當(dāng)?shù)刭Y源的開(kāi)發(fā)效率逐漸降低,對(duì)本地自然環(huán)境的壓力日益增大,系統(tǒng)為消費(fèi)型的生產(chǎn)過(guò)程,長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看系統(tǒng)發(fā)展不可持續(xù)。

R′—可更新資源能值比例；N′—不可更新資源能值比例；F′—反饋能值比例；IES—可持續(xù)發(fā)展指數(shù)。

值得注意的是,相圖中可持續(xù)線(xiàn)是將系統(tǒng)的能值產(chǎn)出視為1的情況下繪制的,即系統(tǒng)的能值產(chǎn)出保持恒定,如果考慮實(shí)際的能值產(chǎn)出,計(jì)算可持續(xù)發(fā)展指數(shù)多年平均值為0.27,同樣低于臨界值1。說(shuō)明能值相圖描述的系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r與實(shí)際較為符合,研究期間系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r基本處于不可持續(xù)狀態(tài)。然而,2016年IES值有所提高,可能原因是政府大力推廣節(jié)水灌溉,加上南水北調(diào)工程供水補(bǔ)給及較2015年相比降水增加16.67%,導(dǎo)致2016年農(nóng)業(yè)灌溉用水量即不可更新資源利用比例大幅度降低,提高了系統(tǒng)可持續(xù)性。

3.2.4系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)與建議

通過(guò)能值相圖分析,發(fā)現(xiàn)近年來(lái)河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中,可更新自然資源能值和不可更新自然資源能值投入比例雖有波動(dòng),但兩者比例相對(duì)穩(wěn)定,而來(lái)源于經(jīng)濟(jì)社會(huì)的反饋資源能值投入呈現(xiàn)顯著增加趨勢(shì)。2003—2015年,IES值下降幅度達(dá)45.16%,年均下降約3.76%,下降速度快于新疆精河縣[17],相圖中的相點(diǎn)位置表現(xiàn)為逐漸向右下方偏移,即沿靠近頂點(diǎn)F的方向發(fā)展。從當(dāng)前現(xiàn)狀來(lái)看,系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展方向分2種可能。一種可能是繼續(xù)沿著反饋能值的敏感線(xiàn)(F″F′),向著實(shí)心箭頭的方向發(fā)展(圖5),系統(tǒng)反饋能值投入進(jìn)一步增加,可更新資源能值投入比例繼續(xù)下降,系統(tǒng)可持續(xù)性進(jìn)一步降低。加之外部資源主要以燃料、化肥、農(nóng)藥等形式存在,反饋能值投入的大量增加勢(shì)必會(huì)加大環(huán)境負(fù)荷,對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能造成一定負(fù)面影響。照此態(tài)勢(shì)發(fā)展下去,系統(tǒng)發(fā)展的不可持續(xù)性會(huì)得到進(jìn)一步加強(qiáng)。

R′—可更新資源能值比例；N′—不可更新資源能值比例；F′—反饋能值比例。

如若沿著實(shí)心箭頭相反的方向,降低反饋能值投入的同時(shí),增加可更新和不可更新資源能值的投入。由于系統(tǒng)可更新資源在特定時(shí)間段內(nèi)的有限性和減少以及對(duì)系統(tǒng)不可更新資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)與利用的雙重制約,因此通過(guò)減少反饋能值的利用比例以適應(yīng)系統(tǒng)本地資源的數(shù)量這一路徑仍不可行[17]。如果按照?qǐng)D6中所畫(huà)的空心箭頭方向,即沿著系統(tǒng)可更新資源能值R的敏感線(xiàn)R′R″由R″→R′所指示的方向發(fā)展,保持系統(tǒng)不可更新資源能值和反饋能值的比例基本穩(wěn)定,增加系統(tǒng)內(nèi)部可更新資源能值的投入。沿著這一方向發(fā)展的過(guò)程中,系統(tǒng)反饋能值的使用比例與系統(tǒng)不可更新資源投入比例同等程度的減少。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),2001—2014年期間華北平原每年約有60億～80億t地下水虧損。通過(guò)提高可更新資源利用效率,如對(duì)雨水資源的高效利用等,可以大幅度降低用于農(nóng)業(yè)灌溉的地下水開(kāi)采量,減緩地下水水位下降速度,為地下水的自我更新?tīng)?zhēng)奪寶貴的時(shí)間。減少不可更新資源投入如減少表土層的損失等,可以通過(guò)改變耕作措施對(duì)土地實(shí)行免耕,減少土壤流失并能降低耕作所需的農(nóng)業(yè)機(jī)械動(dòng)力投入,同時(shí)減少二氧化碳等溫室氣體的排放。對(duì)于減少反饋能值的投入,可以通過(guò)減少化肥、農(nóng)藥等施用量,增加有機(jī)肥的施用量,采用新型抗蟲(chóng)抗旱高產(chǎn)品種,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)低碳生產(chǎn)。以上措施都會(huì)極大促進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的健康可持續(xù)發(fā)展。需要指出的是,農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)是一種能量系統(tǒng),要維持其結(jié)構(gòu)和功能的“有序性”,必須依賴(lài)于能量的輸入(負(fù)熵)。能量等級(jí)高的資源類(lèi)型,在使用的過(guò)程中能量轉(zhuǎn)化率和效率也越高,高能質(zhì)能量的輸入會(huì)提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和發(fā)展速度[26]。因此,現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中低能質(zhì)的可更新資源只能在一定程度上替代高能質(zhì)的反饋資源,即可更新資源對(duì)反饋資源的替代作用是有限的。

4 結(jié)論

利用能值理論結(jié)合三元相圖分析方法,對(duì)河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,研究河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)資源投入結(jié)構(gòu)、變化趨勢(shì)及可持續(xù)性,對(duì)未來(lái)系統(tǒng)發(fā)展方向進(jìn)行預(yù)測(cè),得出以下結(jié)論:

(1)研究期間河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)資源投入結(jié)構(gòu)不合理,經(jīng)濟(jì)社會(huì)反饋能值投入比例逐年增加,系統(tǒng)環(huán)境負(fù)載率和能值自給率逐年降低,本地環(huán)境負(fù)荷增大。

(2)河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)指數(shù)小于1,系統(tǒng)為消費(fèi)型系統(tǒng),且系統(tǒng)發(fā)展不可持續(xù)性逐年增強(qiáng)。

(3)針對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)投入結(jié)構(gòu)不合理問(wèn)題,應(yīng)在保持不可更新資源和經(jīng)濟(jì)社會(huì)反饋資源利用比例的基礎(chǔ)上,提高可更新資源利用比例,提高系統(tǒng)可持續(xù)性。

該研究對(duì)河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀的評(píng)價(jià)及趨勢(shì)預(yù)測(cè)是否客觀取決于能值分析方法及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)兩方面。能值分析指標(biāo)選取是否全面,以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)來(lái)源、手段及標(biāo)準(zhǔn)均存在差異會(huì)影響研究結(jié)果的客觀性。另外,筆者重點(diǎn)研究河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的資源投入結(jié)構(gòu),下一步工作擬結(jié)合農(nóng)業(yè)產(chǎn)出相關(guān)資料對(duì)城市系統(tǒng)、工業(yè)系統(tǒng)等對(duì)河北省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的影響作進(jìn)一步深入分析。