基于GIS和能值分析的黑龙江省农业生态经济格局综合评价.pdf

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1、生态与农村环境学报 ， （）： 基于和能值分析的黑龙江省农业生态经济格局综合评价鲁莎莎 ，陈妮，关兴良，陈鹳筱 （北京林业大学经济管理学院，北京 ； 全国市长研修学院，北京 ）摘要：采用能值分析方法和空间分析技术，基于黑龙江省个县（市、区）的社会经济统计数据，从时空动态视角评价了黑龙江省域及各县域的农业生态经济格局及其综合发展水平。结果表明， 年间，黑龙江省农业生态经济系统的能值投入与产出均呈明显的增长趋势，林产品产出能值增长幅度较大。 年研究区的环境承受压力增大，环境负载率由 增加到 ，净能值产出率由 减少到 ，可持续发展指数由 下降到 ，说明该系统的可持续发展性能正在逐年弱化。在空间格局上

2、，黑龙江省南部地区经济发展水平显著优于北部地区，但其农业生态环境水平和系统可持续能力低于北部地区。为了增加黑龙江省农业生态系统的可持续发展能力，未来需进一步调整农业结构，优化资源配置的投入，提高资源利用效率，降低环境负载率，使农业生态经济系统逐渐步入健康可持续发展轨道。关键词：农业生态经济系统；能值分析；综合评估；时空格局；黑龙江中图分类号： ； 文献标志码： 文章编号： （）： ， ， ， （ ， ， ， ； ， ， ）： ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ： ； ； ； ； 收稿日期： 基金项目：国家自然科学基金（）；教育部人文社科研究项目（）；北京市社会科学

3、基金（）通信作者： 物质和能量是自然界最基本的代谢要素。自然系统、人类经济系统及社会系统共同构成了生态经济系统，各组分间的相互作用均涉及能量的流动、转换、贮藏与耗散。能量是反映物理世界、化学世界和生物世界运动变化的指标之一，可用于表达和了解自然的本质、生命与环境及人与自然的关系。 世纪年代发展起来的能值分析理论（ ，）克服了传统经济统计方法和能量分析中不同类别能量难以在统一尺度上比较的缺陷，将生态学与经济学相结合，日益成为研究区域生态经济系统可持续发展的重要手段。自能值理论提出以后，国外学者开展了较广泛万方数据 生态与农村环境学报第卷的研究。美国等和等于世纪年代对生态系统中的各种资源进行定量研

4、究，对意大利和泰国等国家的特定区域或流域生态经济系统进行了实证研究。国内起步较早的有严茂超和蓝盛芳等学者，近年来国内学者的研究成果非常多，涉及领域很广，包括城市生态经济系统、城市复合生态系统、农业生态经济、耕地系统、种植业生态经济系统和区域循环经济系统等，不少研究还引入能值分析理论评价城市居民生活用水水价和生态效率。黑龙江省目前正处于传统农业向以生态农业为主的现代农业转型阶段，面临农业产值增加慢、农民持续增收难以及农业发展竞争力弱等障碍，亟待加强农业生态系统的经济、社会、生态效益的定量评价，剖析农业生态系统的发展瓶颈，从而为黑龙江省农业发展政策制定和调整提供支持。为此，笔者运用能值理论和技术，

5、将动态与定量分析相结合，系统揭示黑龙江省个县（市、区）农业生态经济系统时空格局及其动态变化规律，并对黑龙江农业生态系统的调控和优化提出了对策建议。研究区域与研究方法 研究区域黑龙江省位于中国东北部，北纬 ，东经。 年末全省总人口 万，土地面积 万，以平原、丘陵为主。研究区属中温带到寒温带的大陆性季风气候区，年均温为 ，年均降水量为 ，夏季高温多雨，冬季寒冷漫长，春季易发生干旱。黑龙江省土地肥沃，具有得天独厚的自然资源，是世界著名的大黑土带之一，是我国重要的能源、木材、机械工业基地和国家粮食生产基地。 研究方法（）建立数据库。整理获得 年黑龙江省个县（市、区）的自然和社会经济数据，建立复合系统数

6、据库。能值分析所需社会经济数据来自于历年黑龙江省统计年鉴、黑龙江省社会统计年鉴和黑龙江省经济统计年鉴；气象水文数据为多年平均值，来源于当地气象台站；地形地貌数据借助空间分析模块对黑龙江省 万原始数字高程模型（）栅格数据进行统计后得到，来源于中国科学院资源环境科学数据中心。（）编制能值分析表。列出自然、社会、经济子系统和复合生态系统的主要能量来源和输出项目，包括当地自然环境资源、输入的不可更新资源和可更新资源、输出产品等。将各种产品能量乘以相应的太阳能值转化率归一为太阳能值，构建涵盖系统各种能值输入过程及输出关系的能值分析表。（）能值分析指标体系建立。选择能够衡量能值投入结构和能值产出结构的指标

7、，建立研究区域生态经济格局的能值分析指标体系（表）。表农业生态经济系统能值评估指标及其计算公式 能值评估指标 计算公式 意义 自然子系统资源能值密度（） （） 单位面积内自然资源投入量可更新能值比（） （）区域农业土壤水文条件环境贡献率（） （） （）自然资源禀赋和对农业发展的贡献程度环境负载率（，） （） 地区资源利用效率和环境承载能力经济子系统能值投入率（，） （） （）地区农村发展程度和资源环境压力净能值产出率（，） （）地区农业产品综合竞争力和系统运转效率能值密度（） （） 地区农业生态系统网络发达程度投入产出比率（ ） （）地区农业综合生产效率和经济贸易地位能值货币比值（） （） 地

8、区农业经济开发程度和经济现代化程度社会子系统人均能值利用量（） （） 地区农业生活质量和农业经济发展等级人均能值产出量（） 单位劳动力生产效率和真实财富创造能力人均辅助能值（） 地区农业现代化水平和农民生活水平综合效应系统可持续发展能值指标（） （） 地区农业生态经济系统可持续发展能力为地区耕地面积； 为不可更新的工业辅助能； 为总投入能值； 为不可更新资源； 为农业人口； 为可更新资源； 为可更新有机能； 为总产出能值。万方数据第期鲁莎莎等：基于和能值分析的黑龙江省农业生态经济格局综合评价 （）系统的发展评价与展望分析。依照能值指标系统分析结果，进行系统结构与功能的能值评价，为未来农业政策的

9、制定和调整提供参考依据。结果分析 黑龙江省农业生态经济系统能值变化分析 能值投入动态分析 年黑龙江省农业生态经济系统能值投入总体呈持续上升趋势（表），增幅达 ，年均增长 。各项能值投入中不可更新工业辅助能值所占比例最高，介于 之间，说明影响农业发展的主要因素是不可更新工业辅助能值。研究期间，不可更新工业辅助能值占总能值的比例增加 百分点，表明黑龙江省农业发展主要依赖工业辅助能的投入。进一步分析不可更新工业辅助能构成，化肥能值投入始终占不可更新工业辅助能投入的以上，表明黑龙江省农业生产比较倚重于化肥的使用。表 年黑龙江省农业生态经济系统投入产出分析 项目太阳能值转换率（ 或 ）能值 年 年 年

10、年 年可更新资源 太阳能 风能 雨水势能 雨水化学能 地球旋转能 不可更新资源 表土层流失 不可更新辅助能 化肥 农药 农膜 农用机械 电力 可更新有机能 有机肥 种子 劳力 总能值投入 种植业产出 粮食 甜菜 油料 蔬菜 水果 畜牧业产出 肉类 奶类 林业产出 林产品 渔业产出 水产品 总能值产出 研究能值基准值为 ，应用的能量折算标准及能值转换率指标参照文献，的研究成果。化肥、农药、农膜和有机肥的能值转换率单位为 ，其余项目的能值转换率单位均为 。万方数据 生态与农村环境学报第卷可更新有机能的投入呈持续下降态势，其占总投入能值的比例由年的 下降到年的 。其中，劳动力投入比例始终最大，但其占

11、有机能值的比例呈逐年递减趋势，由年的 减少到年的 。可见，黑龙江省农业发展对于劳动力的依赖逐年减弱，而农业机械化水平不断提高。 能值产出动态分析 年，黑龙江省域农业生态经济系统的总能值产出呈波动增长趋势（表），从年的 下降到年的 ，年大幅度增长至 。具体来看，种植业总产出能值下降趋势显著，研究期间下降 。在种植业产出能值中，粮食产出能值占比由年的 增加到年的 。畜牧业能值产出呈上升趋势，年年均增幅达 ，表明研究区畜牧业的发展环境得到了有效保障。黑龙江省是我国重点林区之一，林产品的能值产出呈现显著上升趋势， 年年均增幅达 ；林业产出能值占总产出能值的比例也呈增长趋势，研究期间上升 百分点，表明该

12、地区林业商品化开发利用强度正在逐年增强。渔业能值产出呈波动上升趋势，受该地区自然资源与地理条件的制约，增长幅度相对较小，年均增幅为 。渔业产出能值占总产出能值的比例呈现增长趋势，说明该地区农业产业结构逐步由单一向多元化转变。 黑龙江省农业生态经济格局的综合分析 总体格局及其动态变化分析（）农业自然环境基础水平的动态变化分析由表可知，研究区环境负载率呈上升趋势，年为 ，年为 ，低于国内一些发达地区（如江苏为 ，浙江为 ，表），但远远高于中国和世界平均水平，这表明该地区环境压力相对较大。黑龙江省环境负载率不断增加主要源于黑龙江省正处于经济飞速增长期，农业、工业及第三产业的发展对环境资源（尤其是不可

13、更新资源）过度开发利用。表黑龙江省农业生态经济系统能值指标值 年份自然子系统评价指标经济子系统评价指标社会子系统评价指标（ ） （ ） （元）（人）（人）（人） 为资源能值密度； 为可更新能值比； 为环境贡献率； 为环境负载率； 为能值投入率； 为净能值产出率； 为能值密度； 为投入产出比率； 为能值货币比值； 为人均能值利用量； 为人均能值产出量； 为人均辅助能值； 为可持续发展能值指标。表各地区农业生态经济系统能值的比较， 地区总能值 能值投入率净能值产出率环境负载率能值密度（ ）人均能值利用量（ 人）可持续发展指数能值货币比（ 元）甘肃 新疆 内蒙古 江苏 江西 浙江 中国 美国 泰国

14、意大利 瑞典 世界 万方数据第期鲁莎莎等：基于和能值分析的黑龙江省农业生态经济格局综合评价 （）农业经济发展水平的动态变化分析能值投入率是衡量经济发展程度和环境负载率的指标，一个地区生态经济系统的能值投入率越大，表明系统经济发展程度越高，环境负载率也越高。黑龙江省农业生态经济系统的能值投入率呈上升趋势（表），其值从年的 波动上升到年的 ，高于全国平均水平（ ）和世界平均水平（ ），说明该地区能值投入水平较高，这就需要有更多的可更新环境资源与高能值的能量合理搭配，进而达到恰当的能值投资比值。净能值产出率为系统产出能值与经济反馈能值之比，是衡量系统生产效率的指标，该值越大表明系统生产效率越高。黑龙

15、江省农业生态系统的净能值产出率呈波动下降趋势，由年的 下降为年的 ，但仍显著高于全国平均水平（ ），表明该系统的能值回报率和运行效率较高，系统整体功能良好，并具有较高的经济活力，产品价格也具有一定的竞争优势。（）农民生活水平的动态变化分析人均能值利用量是从生态学的角度反映居民生活水平、生活质量和经济发展水平的指标，利用能值可对这些环境资源的投入进行恰当评价，从而衡量居民的真实生活水平。黑龙江省人均能值利用量已由年的 人增加到年的 人（表），但仍低于全国平均水平（ 人），这表明黑龙江省农民生活水平和生活质量虽有较大提高，但总体水平仍较低。能值密度由年的 增加到年的 ，与发达地区相比，该区域的能值

16、密度仍处于较低水平，如美国为 ，意大利为 ，说明黑龙江省农业发展尚处在非集约化的传统农业阶段。（）可持续发展性能的动态变化分析美国生态学家 和意大利生态学家 提出能值可持续发展指数的评价标准为：其值为 时，系统富有活力和发展潜力；时，经济不发达，系统对资源的开发利用程度不足； 时，系统为高消费型经济系统，即消耗大量不可更新的环境资源，环境负载率增加。研究期间，黑龙江省的能值可持续发展指数由 下降到 ，呈波动下降趋势（表）。根据划分标准可知，黑龙江省农业生态经济系统处于富有活力和发展潜力阶段，但其可持续发展指数逐年减小，说明该系统的可持续发展性能正在逐年弱化。如果能值可持续发展指数持续下降，那么

17、该地区农业生态经济系统将面临着倒退到消费型经济发展阶段的危险，系统发展将不可持续。 农业生态经济系统的空间分异格局（）农业自然环境基础水平的空间分异格局基于平台，采用自然断裂点法将年黑龙江省各农业生态经济系统能值分析指标进行聚类分析。根据能值理论可知，可更新能值比（，）高、环境负载率（，）低的县市农业自然环境水平相对较高，反之则较低（图）。农业生态环境水平高（ ， ）的区域主要集中分布在大、小兴安岭和长白山地区，生态系统较稳定、植被覆盖率相对高、生物多样性丰富、人口密度较低和水网密度大是这些市县农业生态环境水平高的主要原因。农业生态环境质量良（ ， ）的区域分布在三江平原和松花江及其支流沿岸，

18、其中东部三江平原地区最多，其次为松花江及其支流马延河、通肯河等沿岸，而西部较少。这些地区湿地面积大，水系发达，土地脆弱指数相对较低，生物多样性比较丰富，生态环境质量良好。农业自然条件适中（ ， ）的区域主要分布在松嫩平原以及东部煤炭产地，这些地区自然条件一般，其中松嫩平原土地比较脆弱，水土流失面积、盐碱地面积以及成灾面积比例均高于黑龙江省其他地区。位于哈大齐工业走廊区的城市以及东部煤炭城市的可更新能值较低（ ），环境负载率较高（ ），农业自然环境水平较低。（）农业经济发展水平的空间分异格局能值投入率和净能值产出率能在一定程度上反映农业生态经济系统的经济发展水平。黑龙江省能值投入率在空间上呈南高

19、北低、片状分布的规律（图），以大庆、哈尔滨、七台河和双鸭山一线为南北分界线，以南各地区经济发展水平明显高于以北地区。高能值和较高能值投入区主要分布在哈大齐工业走廊周边地区，而低能值和较低能值投入区主要分布于大、小兴安岭和长白山地区。这些地区不可更新工业辅助能投入比例相对较小，农业经济的开发程度较低，农业经济综合发展水平较低，但其生态保育功能价值优势突出，今后应加大高科技含量的辅助能值投入，更有效地利用农业资源。万方数据 生态与农村环境学报第卷图 年黑龙江县域环境负载率和可更新能值比的空间分异格局 图 年黑龙江县域能值投入率和净产出能值率的空间分异格局 净产出能值率在空间上总体呈南高北低的分布规

20、律（图）。大兴安岭地区、松嫩平原以及东部煤炭产地的净产出能值率较高（ ），该类型区不可更新的工业辅助能投入相对较高，种植业和畜牧业产出比例较高，但有机能值投入率较低，种植业和畜牧业的能值产出持续增加，进而维持了较高的能值产出水平。三江平原区和松花江及其支流沿岸的净产出能值率处于中等水平（ ）。小兴安岭和长白山地区的净产出能值率最低（ ），该类型区科技投入水平低，农业劳动力整体素质不高，导致大量人力能值的投入并没有转化为更高的能值产出。（）农民生活水平的空间分异格局人均产出能值量越高，说明农民创造真实财富的能力越强，其自身收入水平和提高生活质量的潜力就越大。人均产出能值量高的地区（ 人）主要分布

21、在哈大齐工业走廊带（图），这些地区农村经济市场化程度高，高优农业发展占主导地位，农业总产出能值中种植业和畜牧所占比例较高，农产品市场竞争力较强，在农民财富创造和积累上有较大的区域优势。人均产出能值较高的县域（ 人）在三江平原和松花江及其支流沿岸、松嫩平原以及东部煤炭产地形成了集中连片的优势“高地”。人均产出能值最低的地区（ 人）主要分布在黑龙江省中部和北部的大、小兴安岭和长白山地区，多为经济落后区，农业集约化程度低，农业机械化能值投入不高，总产出能值较低，进而影响万方数据第期鲁莎莎等：基于和能值分析的黑龙江省农业生态经济格局综合评价 了生产效率。（）可持续发展性能的的空间分异格局可持续发展性能

22、是综合农业自然环境经济社会个子系统的复合评价指标，其值为时，数值越高说明系统可持续发展能力越强。可持续发展性能在空间分布上具有明显差异（图），海拔较高的多山地区可持续发展性能较好（ ），如大、小兴安岭，长白山地区，三江平原和松花江及其支流沿岸，松嫩平原以及东部煤炭产地。可持续发展性能较差的地区（ ）集中分布在哈大齐工业走廊区域，其农业生态经济系统的可持续发展能力较弱。图 年黑龙江县域人均能值产出率和可持续发展性能的空间分异格局 结论与建议（）黑龙江省环境负载率呈逐年上升趋势，年可更新能值较年有所下降，而化肥农药等工业不可更新化学辅助能明显增加。今后应提高农业生态系统的综合生产力和经济效益，使农

23、业增长以科技贡献为主，同时要科学合理地开发利用可更新资源，减少化肥、农药、农膜等的污染。（）研究区总产出能值中畜牧业和种植业占据主导地位，物质循环利用率及有效能值的转化率都有很大提高。但该地区现行的农业产出结构不尽合理，由此导致农业系统产品能值的潜在经济价值向现实经济收入转化的能力低下，因此调整农业产出结构及产业配置是促进系统生产力高效转化的内在需求。（）黑龙江省能值密度与人均能值利用量高于许多国家和地区，说明研究区具有较大的发展潜力。同时也要看到，高能值密度意味着土地将成为经济发展的限制因子，因此要因地制宜，合理布局种植业、牧业、林业、渔业等生产功能区。（）黑龙江省可持续发展性能较高，农业生态系统整体运