個例剖析論文：循環(huán)農業(yè)個例剖析
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本文作者：周海川 作者單位：中國人民大學農業(yè)與農村發(fā)展學院
計算說明①
在進行能值指標計算時，由于太陽能、風能、水化學能、雨水重力勢能是相同自然現(xiàn)象共同的產物，為了避免重復計算可更新自然資源的投入，故只取能值最大的能值，取雨水化學勢能。同時對于只占整個系統(tǒng)能源總量的5％以下的能源進行忽略［2］。在計算勞動力、沼氣的設備等由市場定價的投入時所用到的能值貨幣比率直接取Lan［7］計算出的中國的能值貨幣比率，這并不妨礙本研究。計算時用到的相關草谷比、能量折算系數(shù)來自崔明等［8］、陳阜［9］、卞有生［10］的相關文獻，能值轉化率如表1所示。為了對比循環(huán)農業(yè)實施前后能值轉化率、可更新率等指標的變化，我們將循環(huán)農業(yè)實施前3個村的農業(yè)生產和銀河公司當成分離的系統(tǒng)，彼此之間物質、能量的循環(huán)數(shù)量極??；將實施循環(huán)農業(yè)后的3個村納入銀河整體的循環(huán)農業(yè)體系。文中所用的購買能值的原始數(shù)據如表2所示，其中發(fā)展循環(huán)農業(yè)前3個村種植業(yè)的每年每畝物質投入由表3的上面部分（4～10列）給出，養(yǎng)殖業(yè)的每年每畝物質投入由表3的中間部分（11～13列）給出。表3的下面部分（表14列）給出的是銀河發(fā)展循環(huán)農業(yè)后每年每畝物質投入。在表3的最底部的產值是3個村種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)的總產出值。由于發(fā)展循環(huán)農業(yè)后，銀河的產出包括商品豬5萬頭，鮮魚30萬kg，湘蓮藕160萬kg，蔬菜425萬kg，水稻50萬kg，優(yōu)質水果730萬kg，年接待游客10 000人次，單位難以統(tǒng)一，故表中不予標出。在計算3個村的農業(yè)生產時，取的是2005～2007年平均值，由于3個村農作物均實行兩季種植，且特定時間種植品種變化較小，所以用計入復種指數(shù)3年的平均耕種面積可以代替每年農戶實際種植各種農作物的面積。一些農作物如玉米、花生、苧麻、茶葉等，由于數(shù)量太少且主要用于自家消費，因而不予統(tǒng)計。所施的化肥按折純量計算，其中氮肥主要為尿素、碳銨，磷肥主要為過磷酸鈣，鉀肥主要為氯化鉀。畜力計算取能勞役的黃牛、水牛的數(shù)量計算（平均每4戶有1頭牲畜），農家肥主要是廄肥，以牛、豬、羊、禽類各自排泄物的總量乘以有機質和各種養(yǎng)分含量百分數(shù)得出，作物秸稈用作生活燃料、牲畜飼草，直接或經過漚糞還田的比例低，不計入有機肥。
實施循環(huán)農業(yè)前后能值計算
為了計算方便，均折算為1hm2計算，表3是對循環(huán)農業(yè)前水稻、小麥、棉花、蔬菜、柑橘、魚、豬（表3的第2～9列）和循環(huán)農業(yè)后銀河（表3的第10列）各個能值計算進行匯總后按照能值來源進行分類所得，詳細的能值計算過程均可向作者索取?！ ⊥ㄟ^對表3分析可以看到，銀河循環(huán)農業(yè)的總能值投入為2．67×1017 sej，大于任何分割的水稻、小麥、棉花、油菜、蔬菜、柑橘、魚、豬的生產系統(tǒng)的總能值。當?shù)乜筛伦匀毁Y源（R）能值投入均為1．92×1015 sej，其占總能值投入的比例為0．72％，與發(fā)展循環(huán)農業(yè)前種植業(yè)大于10％的比例相比顯得很小，這主要是由于養(yǎng)殖業(yè)占總能值投入的比例過高導致的。當?shù)夭豢筛伦匀毁Y源（N）為2．41×1014sej，其占總能值投入的比例分別為0．09％，說明了銀河在水循環(huán)系統(tǒng)節(jié)約了大量的用水。從系統(tǒng)外購買的工業(yè)輔助能（M）能值為1．71×1017 sej，占總能值投入的比例為64．04％，遠遠低于發(fā)展循環(huán)農業(yè)前的豬生產系統(tǒng)90．16％的比例，說明了銀河循環(huán)農業(yè)系統(tǒng)較發(fā)展循環(huán)農業(yè)前的豬生產系統(tǒng)對購買能值的依賴性要小。在購買的能值投入中，飼料和糧食幾乎占到了總購買的能值投入的90．3％，說明銀河的集約化的養(yǎng)豬場從外面購買了大量的飼料和糧食，但是值得注意的是，銀河并沒有購買化肥和農藥?？筛掠袡C能（S）能值投入為9．32×1016 sej，占總能值投入的34．91％，其中政府補貼占可更新有機能（S）能值投入的0．27％，部分來自政府對農戶的農業(yè)補貼，部分是政府對銀河沼氣工程的補貼。
能值指標評價
將表3的能值投入產出和相應的轉化率綜合并按照資源投入類型分類得到表4。其中可更新的物質（MR）投入主要為農家肥，由于當?shù)剞r戶飼養(yǎng)生豬的飼料和糧食（主要為玉米）主要由購買獲得，故將其歸為不可更新物質（MN）投入。而銀河循環(huán)農業(yè)系統(tǒng)對飼料和糧食進行初加工，故計其20％為可更新物質投入，80％為不可更新物質投入?？筛碌挠袡C能（SR）投入主要包括人力和畜力，按照Lan等人［7］的研究，計10％的人力和畜力為可更新的投入。不可更新的可更新有機能（SN）投入主要包括人力畜力的90％能值和政府補貼?！ 。?）凈能值產出率藍盛芳等［18］認為，開發(fā)凈能值產出率低的資源會消耗更多能量和資源，因此只有在凈能值產出率高的資源使用完之后才會開發(fā)凈能值產出率低的資源。我們認為凈能值產出率高的資源往往是原油、煤、天燃氣等污染比較高的資源，而低凈能值產出率的資源也有開發(fā)必要，沼氣作為銀河整個系統(tǒng)的主要能量來源，盡管其凈能值產出率僅為1．04，但對于整個系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展具有重要作用。銀河循環(huán)農業(yè)的凈能值產出率為1．23，水稻、小麥、棉花、油菜、蔬菜、柑橘、豬、魚的凈能值產出率為1．18、1．07、1．17、1．26、1．12、1．15、1．04、1．02，這些值與巴西的大豆生產系統(tǒng)類似（其值范圍為1．18～1．78）［15］?？梢钥闯鲢y河循環(huán)農業(yè)通過內部的物質能量循環(huán)，使得系統(tǒng)從外部購買的能值即使與發(fā)展循環(huán)農業(yè)前分割生產系統(tǒng)一樣，也同樣能創(chuàng)造更多的產出。（2）能值轉化率能值轉化率（Tr）通過將系統(tǒng)總能值投入除以所有系統(tǒng)以聯(lián)合產品計量的能量得到。表4中水稻、蔬菜、湘蓮藕、魚、豬、電、沼渣、旅游作為銀河循環(huán)農業(yè)的聯(lián)合產品輸出，擁有相同的能值轉化率（250 000sej／J），低于蔬菜、魚、豬的能值轉化率，高于循環(huán)農業(yè)前水稻、小麥、棉花、油菜、蔬菜、柑橘的能值轉化率?，F(xiàn)有文獻中，養(yǎng)殖業(yè)生產系統(tǒng)的轉化率通常為1 000 000sej／J，種植業(yè)生產系統(tǒng)的轉化率為100 000sej／J～300 000sej／J［2，13，15］，銀河循環(huán)農業(yè)處于相關文獻關于種植業(yè)生產系統(tǒng)所在的范圍。在系統(tǒng)中，少量高能質、高等級的能量需要大量低能質、低等級的能量傳遞、轉化、維持；并且能值轉換率隨著能量等級的提高而增加，較高等級者具有較大的能值轉化率。銀河循環(huán)農業(yè)能值轉化率非常低，即對低能質、低等級的能量需要較少，表明其在能量轉換方面，比發(fā)展循環(huán)農業(yè)前的魚和豬的生產系統(tǒng)更加有效，意味著銀河循環(huán)農業(yè)能夠利用相同的能值創(chuàng)造更高的價值。（3）能值投資率能值投資率（EIR）是經濟購買的能值（MN＋SN）除以當?shù)孛赓M能值（包括可更新資源R和（MR＋SR）、不可更新能值資源N）的比例。與目前中文文獻不同，我們按照Ortega等［15］、Cavalett等［14］、Lu等［16］的作法，考慮了從經濟購買的能值是部分可更新的，因此計10％的人力和畜力為可更新的投入，90％人力和畜力為不可更新的投入。一個系統(tǒng)的能值投資率越低，說明該系統(tǒng)對外部經濟系統(tǒng)的需求越小，而更多的依賴于自然環(huán)境［18］。銀河循環(huán)農業(yè)的凈能值產出率為4．38，主要原因是實現(xiàn)了能量的循環(huán)利用，使得外部輸入的購買能值量變小。而發(fā)展循環(huán)農業(yè)前由于其化肥、農藥、動力的投入都要更多的從外部系統(tǒng)購買，其能值投資率比較大。（4）可更新率如表4所示，銀河循環(huán)農業(yè)的可更新率為18．51％，發(fā)展循環(huán)農業(yè)前的豬和魚生產系統(tǒng)的可更新率僅為4．06％和2．03％?？梢钥闯鲢y河循環(huán)農業(yè)對系統(tǒng)外的不可更新資源的依賴性要遠低于分割的豬和魚生產系統(tǒng)，一方面是分割的豬和魚生產系統(tǒng)的能值輸入中，不可更新資源比例要遠遠大于可更新資源輸入，其中豬飼料能值高達3．94×1016sej，魚飼料能值高達8．33×1016 sej，同時還需要電、煤這一部分能值輸入。另一方面，銀河循環(huán)農業(yè)的生豬養(yǎng)殖盡管也依賴于外部的飼料、糧食輸入，但是銀河可以對系統(tǒng)內的部分農作物進行加工，自行配置飼料，因此這部分有20％是可以更新的資源，80％是不可更新的資源，同時沼氣作為子系統(tǒng)的反饋能，在進行整體系統(tǒng)的計算時，根據能值轉化率計算規(guī)則4，這部分不計入系統(tǒng)。水稻、小麥、棉花、油菜、蔬菜、柑橘的可更新率為14．48％、6．42％、13．80％、20．11％、10．75％、12．65％，可以看出銀河循環(huán)農業(yè)要比單獨的農作物（除油菜）生產系統(tǒng)更加可持續(xù)，沼氣工程使得廢棄物豬糞和秸稈得以利用，增加系統(tǒng)的反饋能流，提高了系統(tǒng)可持續(xù)性。（5）環(huán)境負載率環(huán)境負載率是系統(tǒng)不可更新資源投入能值總量（N＋MN＋SN）與可更新能源投入能值總量（R＋MR＋SR）的比值。當系統(tǒng)發(fā)展要求環(huán)境資源付出代價，意味著這個發(fā)展將給予環(huán)境壓力。環(huán)境負載率可以作為評估生產系統(tǒng)的承載能力，Brown和Ulg－iati［17］認為，環(huán)境負載率為2或更小意味著生產過程對環(huán)境壓力微小，因為生產過程將被更大范圍環(huán)境予以“稀釋”；環(huán)境負載率為3～10意味著生產過程對環(huán)境中等程度的壓力；環(huán)境負載率大于10意味著生產過程對環(huán)境壓力巨大，這是因為集聚的不可更新能值在相對較小的地域環(huán)境大量流動將產生巨大的環(huán)境壓力。表4的水稻、小麥、棉花、蔬菜、柑橘的環(huán)境負載率為3．97～8．30，接近Ulgiati評估意大利的玉米（2．49～5．63）和小麥（3．4）生產系統(tǒng)的環(huán)境負載率［19］，魚、豬的生產系統(tǒng)遠遠大于10表明對環(huán)境巨大的壓力。與發(fā)展循環(huán)農業(yè)前農業(yè)生產相比，銀河能夠在相同的土地面積承載更多的生豬（目前1hm2平均承載62．5頭的生豬，而發(fā)展循環(huán)農業(yè)前系統(tǒng)承載25頭豬），但對環(huán)境的壓力更?。ōh(huán)境負載率僅為4．40）。（6）能值交換比率能值交換比率（EER）是購買的產品或能流的總能值Y與為此支付與貨幣相當?shù)哪苤担╯ej／￥）比率，即在經濟中貨幣的能值交換比率。其中能值貨幣比率（sej／￥）是一個國家或地區(qū)單位時間內（一年）使用的總能值與GNP的比例，中國的能值貨幣比率為8．38×1011 sej／￥［16］。按照EER＝Y／［￥＊（sej／￥）］，如表5所示，銀河循環(huán)農業(yè)的能值交換比率為2．79，意味著如果按照經濟供需規(guī)則，購買者只需要支付1元錢，就可以購買實際為2．79元的能值的產品，即有1．79倍的價值人類并沒有支付，而這價值是由當?shù)孛赓M的可更新資源（R）和不可更新資源（N）創(chuàng)造，相應的分割系統(tǒng)水稻、棉花、油菜、蔬菜生產的能值交換比率接近于1。