個例剖析論文：循環(huán)農(nóng)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(nóng)業(yè)與農(nóng)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(chǎn)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(nóng)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(nóng)業(yè)實施前3個村的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和銀河公司當成分離的系統(tǒng)，彼此之間物質(zhì)、能量的循環(huán)數(shù)量極小；將實施循環(huán)農(nóng)業(yè)后的3個村納入銀河整體的循環(huán)農(nóng)業(yè)體系。文中所用的購買能值的原始數(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(zhì)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)時，取的是2005～2007年平均值，由于3個村農(nóng)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(nóng)戶實際種植各種農(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，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(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質(zhì)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(jīng)過漚糞還田的比例低，不計入有機肥。
實施循環(huán)農(nóng)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(nóng)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(nóng)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。 通過對表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、豬的生產(chǎn)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(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(nóng)業(yè)前的豬生產(chǎn)系統(tǒng)90．16％的比例，說明了銀河循環(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(nóng)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(nóng)戶的農(nóng)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(chǎn)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(zhì)（MR）投入主要為農(nóng)家肥，由于當?shù)剞r(nóng)戶飼養(yǎng)生豬的飼料和糧食（主要為玉米）主要由購買獲得，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)對飼料和糧食進行初加工，故計其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(chǎn)出率藍盛芳等［18］認為，開發(fā)凈能值產(chǎn)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(chǎn)出率高的資源使用完之后才會開發(fā)凈能值產(chǎn)出率低的資源。我們認為凈能值產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(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)通過內(nèi)部的物質(zhì)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(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(chǎn)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(nóng)業(yè)的聯(lián)合產(chǎn)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(nóng)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(chǎn)系統(tǒng)的轉化率通常為1 000 000sej／J，種植業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的轉化率為100 000sej／J～300 000sej／J［2，13，15］，銀河循環(huán)農(nóng)業(yè)處于相關文獻關于種植業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)所在的范圍。在系統(tǒng)中，少量高能質(zhì)、高等級的能量需要大量低能質(zhì)、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(nóng)業(yè)能值轉化率非常低，即對低能質(zhì)、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(nóng)業(yè)前的魚和豬的生產(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)造更高的價值。（3）能值投資率能值投資率（EIR）是經(jīng)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(jīng)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(jīng)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(nóng)業(yè)的凈能值產(chǎn)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(nóng)業(yè)前由于其化肥、農(nóng)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(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(chǎn)系統(tǒng)，一方面是分割的豬和魚生產(chǎn)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(nóng)業(yè)的生豬養(yǎng)殖盡管也依賴于外部的飼料、糧食輸入，但是銀河可以對系統(tǒng)內(nèi)的部分農(nóng)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(jù)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(nóng)業(yè)要比單獨的農(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(chǎn)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(chǎn)過程對環(huán)境壓力微小，因為生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(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(chǎn)系統(tǒng)的環(huán)境負載率［19］，魚、豬的生產(chǎn)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(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(chǎn)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(jīng)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(nèi)（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(nóng)業(yè)的能值交換比率為2．79，意味著如果按照經(jīng)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(chǎn)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(chǎn)的能值交換比率接近于1。