個(gè)例剖析論文：循環(huán)農(nóng)業(yè)個(gè)例剖析
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本文作者：周海川 作者單位：中國(guó)人民大學(xué)農(nóng)業(yè)與農(nóng)村發(fā)展學(xué)院
計(jì)算說(shuō)明①
在進(jìn)行能值指標(biāo)計(jì)算時(shí)，由于太陽(yáng)能、風(fēng)能、水化學(xué)能、雨水重力勢(shì)能是相同自然現(xiàn)象共同的產(chǎn)物，為了避免重復(fù)計(jì)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(xué)勢(shì)能。同時(shí)對(duì)于只占整個(gè)系統(tǒng)能源總量的5％以下的能源進(jìn)行忽略［2］。在計(jì)算勞動(dòng)力、沼氣的設(shè)備等由市場(chǎng)定價(jià)的投入時(shí)所用到的能值貨幣比率直接取Lan［7］計(jì)算出的中國(guó)的能值貨幣比率，這并不妨礙本研究。計(jì)算時(shí)用到的相關(guān)草谷比、能量折算系數(shù)來(lái)自崔明等［8］、陳阜［9］、卞有生［10］的相關(guān)文獻(xiàn)，能值轉(zhuǎn)化率如表1所示。為了對(duì)比循環(huán)農(nóng)業(yè)實(shí)施前后能值轉(zhuǎn)化率、可更新率等指標(biāo)的變化，我們將循環(huán)農(nóng)業(yè)實(shí)施前3個(gè)村的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和銀河公司當(dāng)成分離的系統(tǒng)，彼此之間物質(zhì)、能量的循環(huán)數(shù)量極?。粚?shí)施循環(huán)農(nóng)業(yè)后的3個(gè)村納入銀河整體的循環(huán)農(nóng)業(yè)體系。文中所用的購(gòu)買(mǎi)能值的原始數(shù)據(jù)如表2所示，其中發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)前3個(gè)村種植業(yè)的每年每畝物質(zhì)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(zhì)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(nóng)業(yè)后每年每畝物質(zhì)投入。在表3的最底部的產(chǎn)值是3個(gè)村種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)的總產(chǎn)出值。由于發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)后，銀河的產(chǎn)出包括商品豬5萬(wàn)頭，鮮魚(yú)30萬(wàn)kg，湘蓮藕160萬(wàn)kg，蔬菜425萬(wàn)kg，水稻50萬(wàn)kg，優(yōu)質(zhì)水果730萬(wàn)kg，年接待游客10 000人次，單位難以統(tǒng)一，故表中不予標(biāo)出。在計(jì)算3個(gè)村的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)，取的是2005～2007年平均值，由于3個(gè)村農(nóng)作物均實(shí)行兩季種植，且特定時(shí)間種植品種變化較小，所以用計(jì)入復(fù)種指數(shù)3年的平均耕種面積可以代替每年農(nóng)戶實(shí)際種植各種農(nóng)作物的面積。一些農(nóng)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(fèi)，因而不予統(tǒng)計(jì)。所施的化肥按折純量計(jì)算，其中氮肥主要為尿素、碳銨，磷肥主要為過(guò)磷酸鈣，鉀肥主要為氯化鉀。畜力計(jì)算取能勞役的黃牛、水牛的數(shù)量計(jì)算（平均每4戶有1頭牲畜），農(nóng)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(jī)質(zhì)和各種養(yǎng)分含量百分?jǐn)?shù)得出，作物秸稈用作生活燃料、牲畜飼草，直接或經(jīng)過(guò)漚糞還田的比例低，不計(jì)入有機(jī)肥。
實(shí)施循環(huán)農(nóng)業(yè)前后能值計(jì)算
為了計(jì)算方便，均折算為1hm2計(jì)算，表3是對(duì)循環(huán)農(nóng)業(yè)前水稻、小麥、棉花、蔬菜、柑橘、魚(yú)、豬（表3的第2～9列）和循環(huán)農(nóng)業(yè)后銀河（表3的第10列）各個(gè)能值計(jì)算進(jìn)行匯總后按照能值來(lái)源進(jìn)行分類所得，詳細(xì)的能值計(jì)算過(guò)程均可向作者索取?！ ⊥ㄟ^(guò)對(duì)表3分析可以看到，銀河循環(huán)農(nóng)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(yú)、豬的生產(chǎn)系統(tǒng)的總能值。當(dāng)?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(nóng)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(guò)高導(dǎo)致的。當(dāng)?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(shuō)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(gòu)買(mǎi)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(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)前的豬生產(chǎn)系統(tǒng)90．16％的比例，說(shuō)明了銀河循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)較發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)前的豬生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)購(gòu)買(mǎi)能值的依賴性要小。在購(gòu)買(mǎi)的能值投入中，飼料和糧食幾乎占到了總購(gòu)買(mǎi)的能值投入的90．3％，說(shuō)明銀河的集約化的養(yǎng)豬場(chǎng)從外面購(gòu)買(mǎi)了大量的飼料和糧食，但是值得注意的是，銀河并沒(méi)有購(gòu)買(mǎi)化肥和農(nóng)藥?？筛掠袡C(jī)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(bǔ)貼占可更新有機(jī)能（S）能值投入的0．27％，部分來(lái)自政府對(duì)農(nóng)戶的農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼，部分是政府對(duì)銀河沼氣工程的補(bǔ)貼。
能值指標(biāo)評(píng)價(jià)
將表3的能值投入產(chǎn)出和相應(yīng)的轉(zhuǎn)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(zhì)（MR）投入主要為農(nóng)家肥，由于當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶飼養(yǎng)生豬的飼料和糧食（主要為玉米）主要由購(gòu)買(mǎi)獲得，故將其歸為不可更新物質(zhì)（MN）投入。而銀河循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)對(duì)飼料和糧食進(jìn)行初加工，故計(jì)其20％為可更新物質(zhì)投入，80％為不可更新物質(zhì)投入?？筛碌挠袡C(jī)能（SR）投入主要包括人力和畜力，按照Lan等人［7］的研究，計(jì)10％的人力和畜力為可更新的投入。不可更新的可更新有機(jī)能（SN）投入主要包括人力畜力的90％能值和政府補(bǔ)貼?！ 。?）凈能值產(chǎn)出率藍(lán)盛芳等［18］認(rèn)為，開(kāi)發(fā)凈能值產(chǎn)出率低的資源會(huì)消耗更多能量和資源，因此只有在凈能值產(chǎn)出率高的資源使用完之后才會(huì)開(kāi)發(fā)凈能值產(chǎn)出率低的資源。我們認(rèn)為凈能值產(chǎn)出率高的資源往往是原油、煤、天燃?xì)獾任廴颈容^高的資源，而低凈能值產(chǎn)出率的資源也有開(kāi)發(fā)必要，沼氣作為銀河整個(gè)系統(tǒng)的主要能量來(lái)源，盡管其凈能值產(chǎn)出率僅為1．04，但對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展具有重要作用。銀河循環(huán)農(nóng)業(yè)的凈能值產(chǎn)出率為1．23，水稻、小麥、棉花、油菜、蔬菜、柑橘、豬、魚(yú)的凈能值產(chǎn)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(chǎn)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(nóng)業(yè)通過(guò)內(nèi)部的物質(zhì)能量循環(huán)，使得系統(tǒng)從外部購(gòu)買(mǎi)的能值即使與發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)前分割生產(chǎn)系統(tǒng)一樣，也同樣能創(chuàng)造更多的產(chǎn)出。（2）能值轉(zhuǎn)化率能值轉(zhuǎn)化率（Tr）通過(guò)將系統(tǒng)總能值投入除以所有系統(tǒng)以聯(lián)合產(chǎn)品計(jì)量的能量得到。表4中水稻、蔬菜、湘蓮藕、魚(yú)、豬、電、沼渣、旅游作為銀河循環(huán)農(nóng)業(yè)的聯(lián)合產(chǎn)品輸出，擁有相同的能值轉(zhuǎn)化率（250 000sej／J），低于蔬菜、魚(yú)、豬的能值轉(zhuǎn)化率，高于循環(huán)農(nóng)業(yè)前水稻、小麥、棉花、油菜、蔬菜、柑橘的能值轉(zhuǎn)化率?，F(xiàn)有文獻(xiàn)中，養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化率通常為1 000 000sej／J，種植業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化率為100 000sej／J～300 000sej／J［2，13，15］，銀河循環(huán)農(nóng)業(yè)處于相關(guān)文獻(xiàn)關(guān)于種植業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)所在的范圍。在系統(tǒng)中，少量高能質(zhì)、高等級(jí)的能量需要大量低能質(zhì)、低等級(jí)的能量傳遞、轉(zhuǎn)化、維持；并且能值轉(zhuǎn)換率隨著能量等級(jí)的提高而增加，較高等級(jí)者具有較大的能值轉(zhuǎn)化率。銀河循環(huán)農(nóng)業(yè)能值轉(zhuǎn)化率非常低，即對(duì)低能質(zhì)、低等級(jí)的能量需要較少，表明其在能量轉(zhuǎn)換方面，比發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)前的魚(yú)和豬的生產(chǎn)系統(tǒng)更加有效，意味著銀河循環(huán)農(nóng)業(yè)能夠利用相同的能值創(chuàng)造更高的價(jià)值。（3）能值投資率能值投資率（EIR）是經(jīng)濟(jì)購(gòu)買(mǎi)的能值（MN＋SN）除以當(dāng)?shù)孛赓M(fèi)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(xiàn)不同，我們按照Ortega等［15］、Cavalett等［14］、Lu等［16］的作法，考慮了從經(jīng)濟(jì)購(gòu)買(mǎi)的能值是部分可更新的，因此計(jì)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(gè)系統(tǒng)的能值投資率越低，說(shuō)明該系統(tǒng)對(duì)外部經(jīng)濟(jì)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(nóng)業(yè)的凈能值產(chǎn)出率為4．38，主要原因是實(shí)現(xiàn)了能量的循環(huán)利用，使得外部輸入的購(gòu)買(mǎi)能值量變小。而發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)前由于其化肥、農(nóng)藥、動(dòng)力的投入都要更多的從外部系統(tǒng)購(gòu)買(mǎi)，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(nóng)業(yè)的可更新率為18．51％，發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)前的豬和魚(yú)生產(chǎn)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(nóng)業(yè)對(duì)系統(tǒng)外的不可更新資源的依賴性要遠(yuǎn)低于分割的豬和魚(yú)生產(chǎn)系統(tǒng)，一方面是分割的豬和魚(yú)生產(chǎn)系統(tǒng)的能值輸入中，不可更新資源比例要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于可更新資源輸入，其中豬飼料能值高達(dá)3．94×1016sej，魚(yú)飼料能值高達(dá)8．33×1016 sej，同時(shí)還需要電、煤這一部分能值輸入。另一方面，銀河循環(huán)農(nóng)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(duì)系統(tǒng)內(nèi)的部分農(nóng)作物進(jìn)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(shí)沼氣作為子系統(tǒng)的反饋能，在進(jìn)行整體系統(tǒng)的計(jì)算時(shí)，根據(jù)能值轉(zhuǎn)化率計(jì)算規(guī)則4，這部分不計(jì)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(nóng)業(yè)要比單獨(dú)的農(nóng)作物（除油菜）生產(chǎn)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(fù)載率環(huán)境負(fù)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(dāng)系統(tǒng)發(fā)展要求環(huán)境資源付出代價(jià)，意味著這個(gè)發(fā)展將給予環(huán)境壓力。環(huán)境負(fù)載率可以作為評(píng)估生產(chǎn)系統(tǒng)的承載能力，Brown和Ulg－iati［17］認(rèn)為，環(huán)境負(fù)載率為2或更小意味著生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境壓力微小，因?yàn)樯a(chǎn)過(guò)程將被更大范圍環(huán)境予以“稀釋”；環(huán)境負(fù)載率為3～10意味著生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境中等程度的壓力；環(huán)境負(fù)載率大于10意味著生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境壓力巨大，這是因?yàn)榧鄣牟豢筛履苤翟谙鄬?duì)較小的地域環(huán)境大量流動(dòng)將產(chǎn)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(fù)載率為3．97～8．30，接近Ulgiati評(píng)估意大利的玉米（2．49～5．63）和小麥（3．4）生產(chǎn)系統(tǒng)的環(huán)境負(fù)載率［19］，魚(yú)、豬的生產(chǎn)系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10表明對(duì)環(huán)境巨大的壓力。與發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(nóng)業(yè)前系統(tǒng)承載25頭豬），但對(duì)環(huán)境的壓力更小（環(huán)境負(fù)載率僅為4．40）。（6）能值交換比率能值交換比率（EER）是購(gòu)買(mǎi)的產(chǎn)品或能流的總能值Y與為此支付與貨幣相當(dāng)?shù)哪苤担╯ej／￥）比率，即在經(jīng)濟(jì)中貨幣的能值交換比率。其中能值貨幣比率（sej／￥）是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)單位時(shí)間內(nèi)（一年）使用的總能值與GNP的比例，中國(guó)的能值貨幣比率為8．38×1011 sej／￥［16］。按照EER＝Y(jié)／［￥＊（sej／￥）］，如表5所示，銀河循環(huán)農(nóng)業(yè)的能值交換比率為2．79，意味著如果按照經(jīng)濟(jì)供需規(guī)則，購(gòu)買(mǎi)者只需要支付1元錢(qián)，就可以購(gòu)買(mǎi)實(shí)際為2．79元的能值的產(chǎn)品，即有1．79倍的價(jià)值人類并沒(méi)有支付，而這價(jià)值是由當(dāng)?shù)孛赓M(fèi)的可更新資源（R）和不可更新資源（N）創(chuàng)造，相應(yīng)的分割系統(tǒng)水稻、棉花、油菜、蔬菜生產(chǎn)的能值交換比率接近于1。