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個例剖析論文:循環(huán)農(nóng)業(yè)個例剖析

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個例剖析論文:循環(huán)農(nóng)業(yè)個例剖析

本文作者:周海川 作者單位:中國人民大學(xué)農(nóng)業(yè)與農(nóng)村發(fā)展學(xué)院

計算說明①

在進(jìn)行能值指標(biāo)計算時,由于太陽能、風(fēng)能、水化學(xué)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(fù)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(xué)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(jìn)行忽略[2]。在計算勞動力、沼氣的設(shè)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(guān)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(guān)文獻(xiàn),能值轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化率、可更新率等指標(biāo)的變化,我們將循環(huán)農(nóng)業(yè)實施前3個村的農(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嵤┭h(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(biāo)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(fù)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(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)過漚糞還田的比例低,不計入有機(jī)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(jìn)行匯總后按照能值來源進(jìn)行分類所得,詳細(xì)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(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(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。可更新有機(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%,部分來自政府對農(nóng)戶的農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼,部分是政府對銀河沼氣工程的補(bǔ)貼。

能值指標(biāo)評價

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(jìn)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(jī)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(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(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(zhuǎn)化率能值轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化率(250 000sej/J),低于蔬菜、魚、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)、高等級的能量需要大量低能質(zhì)、低等級的能量傳遞、轉(zhuǎn)化、維持;并且能值轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化率。銀河循環(huán)農(nóng)業(yè)能值轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jì)購買的能值(MN+SN)除以當(dāng)?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(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(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(yuǎn)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(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,魚飼料能值高達(dá)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(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,同時沼氣作為子系統(tǒng)的反饋能,在進(jìn)行整體系統(tǒng)的計算時,根據(jù)能值轉(zhuǎn)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(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,意味著這個發(fā)展將給予環(huán)境壓力。環(huán)境負(fù)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(rèn)為,環(huán)境負(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)載率[19],魚、豬的生產(chǎn)系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(fù)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(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(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(dāng)?shù)孛赓M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。