全 文 ：黄土高原典型流域种植业发展模式的能值分析
邓　 健１，２　 赵发珠３　 韩新辉１，２　 冯永忠１，２　 杨改河１，２ ∗
（ １西北农林科技大学农学院， 陕西杨凌 ７１２１００； ２陕西省循环农业工程技术研究中心， 陕西杨凌 ７１２１００； ３西北大学城市与环
境学院， 西安 ７１０１２７）
摘　 要　 为客观评估和比较退耕还林后黄土高原典型小流域不同种植业发展模式的稳定性
和可持续性，本研究通过能值分析方法，定量分析了粮食和果树兼作、粮食生产为主和果树种
植为主 ３种典型流域种植业系统的能值投入和产出情况，建立能值分析指标体系，在自然资
源压力、社会和经济发展水平方面进行比较，进而对 ３ 种模式的系统可持续性进行评估．结果
表明： 黄土高原典型流域不同类型种植业系统外部辅助能值均占总能值投入的 ７５％以上，且
其中不可更新能值所占比例远大于可更新能值，由此造成了能值自给率低而环境承载率高的
特点；流域粮食种植业生产具有高投入、低产出的特点，而水果种植和粮果兼作具有高投入、
高产出的特点，３种模式能值密度均达到全国农业经济系统平均水平 ２ 倍以上，其中，粮食生
产为主的模式净能值产出率最低而粮果兼作型最高；流域种植业能值可持续发展指数均＜１，
能值 ／环境可持续指标均远低于全国农业系统平均水平，可持续发展能力较低，以粮食和果树
兼作的模式可持续发展指数最高．３种模式比较发现，粮果兼作发展模式在流域种植业发展中
具有相对较好的发展能力和较高的系统稳定性，能值生产效率适中且可持续性最高，因此黄
土高原地区以流域为单元的农业发展应该更加偏向于考虑多产业综合的复合结构生产方式．
关键词　 能值分析； 种植业； 流域； 黄土高原
本文由国家林业公益性行业科研专项项目（２０１３０４３１２）、国家自然科学基金项目（４１３０１６０１）和陕西省科技统筹创新工程计划项目（２０１５ＫＴＣＬ０２⁃
０７）资助 Ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｗａｓ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｆｕｎｄ ｆｏｒ Ｆｏｒｅｓｔ⁃Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎ ｔｈｅ Ｐｕｂｌｉｃ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ （２０１３０４３１２）， ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎ⁃
ｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ （４１３０１６０１） ａｎｄ ｔｈｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｎｇ Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆ Ｓｈａａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ （２０１５ＫＴＣＬ０２⁃０７）．
２０１５⁃０９⁃１１ Ｒｅｃｅｉｖｅｄ， ２０１６⁃０２⁃２２ Ａｃｃｅｐｔｅｄ．
∗通讯作者 Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｙｇｈ＠ ｎｗｓｕａｆ．ｅｄｕ．ｃｎ
Ｅｍｅｒｇｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ ｔｙｐｉｃａｌ ｗａｔｅｒｓｈｅｄｓ ｉｎ Ｌｏｅｓｓ Ｐｌａｔｅａｕ． ＤＥＮＧ
Ｊｉａｎ１，２， ＺＨＡＯ Ｆａ⁃ｚｈｕ３， ＨＡＮ Ｘｉｎ⁃ｈｕｉ１，２， ＦＥＮＧ Ｙｏｎｇ⁃ｚｈｏｎｇ１，２，ＹＡＮＧ Ｇａｉ⁃ｈｅ１，２ ∗ （ １ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ
Ａｇｒｏｎｏｍｙ， Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ａ＆Ｆ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｙａｎｇｌｉｎｇ ７１２１００， Ｓｈａａｎｘｉ， Ｃｈｉｎａ； ２Ｓｈａａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｒｅ⁃
ｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｒｅｃｙｃｌｅ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｙａｎｇｌｉｎｇ ７１２１００， Ｓｈａａｎｘｉ， Ｃｈｉ⁃
ｎａ；３Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｕｒｂａｎ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｘｉ’ａｎ ７１０１２７， Ｃｈｉｎａ） ．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｏ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｌｙ ｅｖａｌｕａｔｅ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｌａｎｔｉｎｇ
ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ ｔｙｐｉｃａｌ ｗａｔｅｒｓｈｅｄｓ ｉｎ Ｌｏｅｓｓ Ｐｌａｔｅａｕ ｏｆ Ｃｈｉｎａ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ Ｇｒａｉｎ ｆｏｒ Ｇｒｅｅｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ
ｕｓｅｄ ｔｈｅ ｅｍｅｒｇｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｑｕａｎｔｉｆｙ ｔｈｅ ｅｍｅｒｇｙ ｉｎｐｕｔｓ ａｎｄ ｏｕｔｐｕｔｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｗａｔｅｒｓｈｅｄｓ ｗｉｔｈ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｐａｔｔｅｒｎｓ， ｉ． ｅ．， ｂｏｔｈ ｇｒａｉｎｓ ａｎｄ ｆｒｕｉｔ ｔｒｅｅｓ （Ｇａｏｘｉｇｏｕ ｗａｔｅｒｓｈｅｄ）， ｍａｉｎｌｙ ｇｒａｉｎｓ
（Ｗｕｌｉｗａｎ ｗａｔｅｒｓｈｅｄ） ａｎｄ ｍａｉｎｌｙ ｆｒｕｉｔ ｔｒｅｅｓ （Ｍｉａｏｚｕｉｇｏｕ ｗａｔｅｒｓｈｅｄ）． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ， ａｎ ｅｍｅｒｇｙ ａｎａｌｙ⁃
ｓｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ ｏｆ
ｎａｔｕｒａｌ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｓｏｃｉａｌ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｌｅｖｅｌｓ． Ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ７５％ ｏｆ ｔｈｅ
ｔｏｔａｌ ｅｍｅｒｇｙ ｉｎｐｕｔｓ ｏｆ ａｌｌ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｗａｔｅｒｓｈｅｄｓ ｗｅｒｅ ｐｕｒｃｈａｓｅｄ， ａｎｄ ｎｏｎｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｅｍｅｒｇｙ ｉｎｐｕｔｓ ｈａｄ
ａ ｍｕｃｈ ｌａｒｇｅｒ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｔｈａｎ ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｅｍｅｒｇｙ ｉｎｐｕｔｓ， ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｌｏｗ ｅｍｅｒｇｙ
ｓｅｌｆ⁃ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅ ｈｉｇｈ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｌｏａｄｉｎｇ ｒａｔｉｏ． Ｔｈｅ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｇｒａｉｎｓ
ｈａｄ ｈｉｇｈ ｅｍｅｒｇｙ ｉｎｐｕｔｓ ｂｕｔ ｌｏｗ ｅｍｅｒｇｙ ｏｕｔｐｕｔｓ， ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｆｒｕｉｔ ｔｒｅｅｓ ａｎｄ ｐｌａｎｔ⁃
ｉｎｇ ｂｏｔｈ ｈａｄ ｈｉｇｈ ｅｍｅｒｇｙ ｉｎｐｕｔｓ ａｎｄ ｏｕｔｐｕｔｓ． Ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ ｏｆ ａｌｌ ｔｈｒｅｅ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｒｅａｃｈｅｄ ｔｗｏ
ｔｉｍｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ． Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ， ｔｈｅ ｎｅｔ ｅｍｅｒｇｙ ｏｆ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｇｒａｉｎｓ
ｐａｔｔｅｒｎ ｗａｓ ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ ｗｈｉｌｅ ｔｈａｔ ｏｆ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｂｏｔｈ ｇｒａｉｎｓ ａｎｄ ｆｒｕｉｔ ｔｒｅｅｓ ｗａｓ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ． Ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎ⁃
ｍｅｎｔａｌ ｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ ｉｎｄｅｘ （ＥＳＩ） ｏｆ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｇｒａｉｎｓ ｐａｔｔｅｒｎ ｗａｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ １ ａｎｄ ｂｏｔｈ ｅｍｅｒｇｙ ａｎｄ
ＥＳＩ ｗｅｒｅ ｍｕｃｈ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｎａｔｉｏｎａｌ ａｖｅｒａｇｅｓ． Ｔｈｅ ＥＳＩ ｏｆ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｂｏｔｈ ｇｒａｉｎｓ ａｎｄ ｆｒｕｉｔ ｔｒｅｅｓ ｐａｔｔｅｒｎ
ｗａｓ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ． Ｉｎ ｓｕｍｍａｒｙ， ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｂｏｔｈ ｇｒａｉｎｓ ａｎｄ
应 用 生 态 学 报　 ２０１６年 ５月　 第 ２７卷　 第 ５期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｃｊａｅ．ｎｅｔ
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｍａｙ ２０１６， ２７（５）： １５７６－１５８４　 　 　 　 　 　 　 　 　 ＤＯＩ： １０．１３２８７ ／ ｊ．１００１－９３３２．２０１６０５．０１８
ｆｒｕｉｔ ｔｒｅｅｓ ｈａｄ ｂｅｔｔｅｒ ｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｍｅｒｇｙ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｗａｓ ｈｉｇｈ．
Ｔｈｕｓ， ｉｔ ｗａｓ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｔｏ ｃｈａｎｇｅ ｔｈｅ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｆｒｏｍ ｗａｔｅｒｓｈｅｄ ｂａｓｅｄ ｕｎｉｔｓ ｔｏ ｍｕｌｔｉ⁃
ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍｏｄｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｅｍｅｒｇｙ ａｎａｌｙｓｉｓ； ｐｌａｎｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ； ｗａｔｅｒｓｈｅｄ； Ｌｏｅｓｓ Ｐｌａｔｅａｕ．
　 　 受到地形破碎、土质疏松等环境因素以及过度
放牧、植被破坏、陡坡开垦等人为因素的影响，黄土
高原地区成为我国生态环境最为脆弱的地区之
一［１］ ．随着社会经济的发展和政府政策的推动，黄土
高原地区农业生产水平发生了巨大变化，尤其是退
耕还林等生态治理工程的实施引起土地利用方式的
转变，推动了区域农业产业结构的调整，直接影响了
资源利用和分配［２］、农户种植结构调整［３－４］和劳动
力转移［５－６］等．这些影响使得区域农业生态经济系统
原有的结构发生改变，随之而来的问题是改变后的
农业生态经济系统发展是否具有可持续性？
为了评估农业生态系统可持续发展问题，不同
学者利用指标体系评价法、模型模拟评价法、生态足
迹法等方法进行了研究［７－１０］ ．但是由于自然资源投
入和社会经济投入之间差异较大，难以使用相同的
单位进行度量，从而导致单独从生态或者社会、经济
角度的评价结果各不相同．而由美国生态学家 Ｏｄｕｍ
等［１１］在系统生态、能量生态和生态经济学基础上提
出的能值理论和分析方法，以太阳能值为度量单位，
将生态经济系统内的不同能量和物质转换为统一的
太阳能值（单位为太阳能焦耳，ｓｅｊ）进行分析，使得
定量分析系统内部资源和外部投入的物质、能量和
信息流之间的关系，进而评估该系统结构和功能状
况成为可能，被广泛用于评估不同系统的稳定性和
可持续性［１２－１４］ ．２０ 世纪 ９０ 年代，蓝盛芳［１５］将能值
方法引入中国并应用于生态经济系统开展了大量研
究［１５－１７］；尤其是能值分析在农业生态经济系统及农
业子系统的比较和可持续性研究中应用非常广泛，
如孙凡等［１８］研究发现，１９８３—２００７ 年，中国农业生
态经济系统能值投入呈现不断增长趋势，而且主要
是外界辅助能值投入增加，Ｃｈｅｎ 等［１９］对中国农业
生态系统 １９８０—２０００年的研究得到了相似的结果；
胡小东等［２０］将能值分析方法和 ＧＩＳ 技术结合，分析
了中国西部地区不同省份农业生态经济系统可持续
发展能力．
在黄土高原区域，已有针对单个流域农业生态
经济系统的能值分析．如董孝斌等［２１］对纸坊沟流域
的研究表明，该流域农业生态系统能值投入度低，能
效较低；而周萍等［２２］对该流域农业系统退耕还林前
后的能值分析表明，退耕还林后该流域能值产出减
少，但是单位面积农产品生产力有所增加，系统稳定
性和可持续发展能力增加；王红红等［２３］对黄土高原
农果复合系统进行能值分析和比较，结果表明黄土
高原沟壑区果业生态系统的自然资源利用率不高，
进一步开发的潜力巨大．其他学者也分别从不同尺
度和不同方面对黄土高原能值进行了分析研究［２４］ ．
但目前针对流域的不同发展模式进行评价和比较的
研究还较少．
本研究针对黄土高原流域农业生态经济系统中
的种植业系统，选取 ３ 个典型配置方式对应的流域
（分别是粮食生产为主、果业生产为主和粮果兼顾
性发展为主），利用能值方法对其种植业的投入产
出进行分析，客观评价和比较 ３ 种模式的系统稳定
性和发展可持续性，旨在寻求更加合理的流域农业
生态系统发展方式，为黄土高原和其他类似的干旱
半干旱地区生态治理后流域农业系统可持续发展提
供借鉴．
１　 研究地区与研究方法
１􀆰 １　 研究区概况
研究地点分别为陕西省榆林市米脂县高西沟、
延安市安塞县五里湾和延安市宝塔区庙咀沟 ３个小
流域（图 １）．
图 １　 研究区位置
Ｆｉｇ．１　 Ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ．
７７５１５期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 邓　 健等： 黄土高原典型流域种植业发展模式的能值分析　 　 　 　 　
　 　 高西沟流域 （ ３７° ５１′ １５″—３７° ５２′ ４６″ Ｎ，
１１０°０９′５３″—１１０°１２′０１″ Ｅ）是无定河一级支流金鸡
河的一条支沟，流域面积 ４００ ｈｍ２，流域内共有 １２６
户农户，５２２ 人．该流域自 ２０ 世纪 ５０ 年代开始试点
生态治理工程，流域土地利用由原来的纯种植粮食
作物逐渐发展为缓坡地种植苹果、梯田和川道种植
粮食作物的种植业结构，现有耕地面积 ６２．８ ｈｍ２，果
园面积 ３９．９ ｈｍ２，主要种植粮食作物为玉米、谷子
等，果树为苹果．年平均降水量 ４５１．６ ｍｍ，年均温 ８．５
℃，年无霜期 １６２ ｄ．
五 里 湾 流 域 （ ３６° ５１′ ２１″—３６° ５３′ ０２″ Ｎ，
１０９°１９′３９″—１０９°２１′５７″ Ｅ）是延河的一个二级支
沟，流域面积约 ４７６ ｈｍ２，流域内共有农户 ９０户，２９５
人．种植业以粮食作物为主，有少量的苹果园；现有
耕地面积 ３０．１ ｈｍ２，果园面积 ６．１ ｈｍ２，主要粮食作
物为玉米、谷子、豆类；果树为苹果；年平均降水量
５４９．１ ｍｍ，年均温 ８．８ ℃，年无霜期 １５７ ｄ．
庙 咀 沟 流 域 （ ３６° ３７′ ４９″—３６° ４０′ ２４″ Ｎ，
１０９°２０′５９″—１０９°２３′０９″ Ｅ）是延河支流西川河的一
条支沟，流域面积 ３８５ ｈｍ２，水土流失面积达 ２７４
ｈｍ２，涉及农户 ８９户，３５３人；该流域从 １９９９ 年开始
实施退耕还林工程，截止 ２０１１ 年底，累计水土治理
面积 ２５９ ｈｍ２ ．退耕后流域内大部分农户转向栽植果
树，同时种植一部分蔬菜销往城市，粮食种植面积较
小．庙咀沟共有粮食耕地面积 １１．５ ｈｍ２，果园面积
２５．２ ｈｍ２，主要种植粮食作物为玉米，果树为苹果．多
年平均降水量 ５５０．１ ｍｍ，年均温 ７．０ ℃，年无霜期
１５０ ｄ．
１􀆰 ２　 研究方法
通过能值转换效率，将系统内各项投入和产出
转换为太阳能值进行能值分析．参考已有的研
究［１１，２５－２６］，本文采用的能值分析方法分为以下 ４ 个
步骤：
１􀆰 ２􀆰 １确立研究范围和研究系统　 本文研究范围为
高西沟、五里湾和庙咀沟 ３个流域；对研究区域内的
种植业（包括粮食、水果和蔬菜）系统的能值情况进
行分析．
１􀆰 ２􀆰 ２资料收集和能值分析系统的建立 　 ２０１４ 年
１１—１２月，通过实地调研，开展农户问卷调查和访
谈，收集 ３个流域气候、地理、资源、社会和经济发展
基础资料，以及农户在农业生产中的投入和产出数
据资料，分析流域种植业结构中的主要产投指标和
能量流动方向，构建基础资料数据库．根据系统能量
流动情况，使用 Ｏｄｕｍ等［１１］提出的“能量系统语言”
绘制研究区退耕流域种植业系统能值图（图 ２），将
投入的能值分为可更新环境资源（ ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｅｎｖｉ⁃
ｒｏｎｍｅｎｔ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｒ，主要包括雨水、风能和太阳能
等）、不可更新环境资源（ｎｏｎ⁃ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ
ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｎ，主要包括土壤流失和灌溉水等）、可更
新有机辅助能（ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｐｕｒｃｈａｓｅｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｒ１，主
要包括劳力、蓄力、种子苗木和有机肥投入等）和不
可更新辅助能 （ ｎｏｎ⁃ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｐｕｒｃｈａｓｅｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，
Ｆ，主要包括化肥农药、农机农具、农膜、燃料等）４ 种
类型，由于研究区域电力很少用于农业生产，故未计
算电力投入；种植业系统产出能值（ｙｉｅｌｄ，Ｙ）包括各
类农作物籽实、秸秆、蔬菜、水果果实和修剪下来的
果枝等．
１􀆰 ２􀆰 ３能值分析表的编制　 根据收集得到的技术资
料和数据，利用各类资源的能值转换效率和能值计
算公式，将各项投入和产出统一计算为能值数量
（单位为 ｓｅｊ），根据能值图和计算结果编制能值投入
和产出分析表．本文能值分析采用 ９．２６×１０２４ ｓｅｊ·ａ－１
的全球能值基准值；将人的劳动也纳入到计算过程，
作为可更新有机能值投入项；研究中能值转换效率
参照 Ｏｄｕｍ等［１１］、蓝盛芳等［２６］和 Ｊｉａｎｇ等［２７］，由于不
同文献采用的能值基准值不同，导致能值转换效率存
在差异，本文对基准值为 ９．４４×１０２４和 １５．８３×１０２４
ｓｅｊ·ａ－１的文献中涉及的能值转换率分别乘以 ０．９８
（９．２６ ／ ９．４４）和 ０．５８（９．２６ ／ １５．８３）得到本研究采用的
能值转换效率，资源投入和产出能值计算方法参照
文献［２６，２８］．
１􀆰 ２􀆰 ４建立能值指标体系 　 在能值分析表的基础
上，经过计算和分析处理，建立种植业能值指标分析
图 ２　 退耕流域种植业系统能值图
Ｆｉｇ．２ 　 Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｅｍｅｒｇｙ ｆｌｏｗ ｏｆ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｔｈｅ
Ｇｒａｉｎ ｆｏｒ Ｇｒｅｅｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ ｗａｔｅｒｓｈｅｄ．
Ｒ： Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｒｅｓｏｕｒｃｅ； Ｎ： Ｎｏｎ⁃ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｒｅ⁃
ｓｏｕｒｃｅ； Ｒ１： Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｐｕｒｃｈａｓｅｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅ； Ｆ： Ｎｏｎ⁃ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｐｕｒ⁃
ｃｈａｓｅｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅ．
８７５１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２７卷
表 １　 退耕流域种植业系统能值分析指标
Ｔａｂｌｅ １　 Ｅｍｅｒｇｙ ｉｎｄｉｃｅｓ ｆｏｒ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｔｈｅ Ｇｒａｉｎ
ｆｏｒ Ｇｒｅｅｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ ｗａｔｅｒｓｈｅｄ
指标
Ｉｎｄｅｘ
指标含义
Ｍｅａｎｉｎｇ
计算表达式
Ｆｏｒｍｕｌａ
能值自给率 Ｅｍｅｒｇｙ ｓｅｌｆ⁃ｓｕｆｆｉ⁃
ｃｉｅｎｔ ｒａｔｉｏ （ＥＳＲ）
区域自然资源对农
业发展的贡献程度
ＥＳＲ＝（Ｒ＋Ｎ） ／ Ｔ
环 境 承 载 率 Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ
ｌｏａｄｉｎｇ ｒａｔｉｏ （ＥＬＲ）
资源与环境的压力 ＥＬＲ＝（Ｎ＋Ｆ） ／ （Ｒ＋
Ｒ１）
净能值产出率 Ｅｍｅｒｇｙ ｙｉｅｌｄ ｒａ⁃
ｔｉｏ （ＥＹＲ）
产品竞争力和系统
运转效率，衡量系统
生产效率
ＥＹＲ＝Ｙ ／ （Ｆ＋Ｒ１）
能值密度 Ｅｍｅｒｇｙ ｄｅｎｓｉｔｙ （ＥＤ） 能值投入强度 ＥＤ＝Ｔ ／ Ａ
人均能值利用量 Ｅｍｅｒｇｙ ｙｉｅｌｄ
ｐｅｒ ｐｅｒｓｏｎ （ＥＹＰ）
农业经济发展水平，
评价生活水平高低
ＥＵＰＰ＝Ｔ ／ Ｐ
人均能值产出量 Ｅｍｅｒｇｙ ｕｔｉ⁃
ｌｉｚｅｄ ｐｅｒ ｐｅｒｓｏｎ （ＥＵＰＰ）
单位农村劳动力生
产效率和真实财富
创造能力
ＥＹＰ＝Ｙ ／ Ｐ
能值可持续发展指数 Ｅｍｅｒｇｙ
ｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ ｉｎｄｅｘ （ＥＳＩ）
农业生态系统的可
持续能力
ＥＳＩ＝ＥＹＲ ／ ＥＬＲ
能值 ／环境可持续指标
Ｅｍｅｒｇｙ ／ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｓｕｓｔａｉ⁃
ｎａｂｉｌｉｔｙ ｉｎｄｅｘ （Ｅ ／ ＥＳＩ）
表征系统能值效率、
对环境压力和系统
自组织能力
Ｅ ／ ＥＳＩ＝ＥＳＲ×ＥＹＲ ／
ＥＬＲ
Ｒ： 可更新资源 Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅ； Ｎ： 不可更新资源 Ｎｏｎ⁃ｒｅｎｅｗａｂｌｅ
ｒｅｓｏｕｒｃｅ； Ｒ１： 可更新辅助能 Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｐｕｒｃｈａｓｅｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅ； Ｆ 不可更
新辅助能 Ｎｏｎ⁃ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｐｕｒｃｈａｓｅｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅ； Ｔ： 能值总投入 Ｔｏｔａｌ
ｅｍｅｒｇｙ ｉｎｐｕｔ； Ｙ： 能值总产出 Ｔｏｔａｌ ｅｍｅｒｇｙ ｙｉｅｌｄ； Ａ： 系统面积，本研
究中为粮食和果园总面积 Ａｒｅａ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ （ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｉｔ ｗａｓ ｔｈｅ
ａｒｅａ ｏｆ ｃｒｏｐ ａｎｄ ｆｒｕｉｔ ｌａｎｄ）； Ｐ： 农业人口 Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ．
体系并进行分析［２６，２８］ ．本研究采用的能值分析指标
见表 １，其中，能值自给率（ｅｍｅｒｇｙ ｓｅｌｆ⁃ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ ｒａｔｉｏ，
ＥＳＲ）和环境承载率 （ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｌｏａｄｉｎｇ ｒａｔｉｏ，
ＥＬＲ）可反映流域种植业自然资源利用水平；能值产
出率（ｅｍｅｒｇｙ ｙｉｅｌｄ ｒａｔｉｏ， ＥＹＲ）和能值密度（ｅｍｅｒｇｙ
ｄｅｎｓｉｔｙ， ＥＤ）可反映经济资源发展水平；人均能值利
用量（ｅｍｅｒｇｙ ｕｔｉｌｉｚｅｄ ｐｅｒ ｐｅｒｓｏｎ， ＥＵＰＰ）和人均能值
产出量（ｅｍｅｒｇｙ ｙｉｅｌｄ ｐｅｒ ｐｅｒｓｏｎ， ＥＹＰ）可反映社会
资源发展水平；能值可持续发展指数（ ｅｍｅｒｇｙ ｓｕｓ⁃
ｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ ｉｎｄｅｘ， ＥＳＩ ） 和能值 ／环境可持续指标
（ｅｍｅｒｇｙ ／ ｅｍｅｒｇｙ ｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ ｉｎｄｅｘ，Ｅ ／ ＥＳＩ）可用来
评估流域种植业系统的可持续性．文中用于对照的
全国和陕西省能值指标数据来源于文献［２１－２２］．
２　 结果与分析
２􀆰 １　 流域种植业系统能值投入结构
２􀆰 １􀆰 １环境资源能值投入 　 在种植业系统中，自然
资源投入的比例反映系统内部自然资源的蕴藏和利
用情况，包括可更新资源投入（Ｒ）和不可更新资源
投入（Ｎ）．由表 ２ 可以看出，高西沟、五里湾和庙咀
沟的环境资源能值投入分别为 ２．１０×１０１５、２．５０×１０１５
和 １．９２×１０１５ ｓｅｊ·ｈｍ－２·ａ－１，分别占总能值投入的
１７．２％、２０．６％和 １０．６％，远低于陕西省农业生态经
济系统资源能值比例（３２．４％）．高西沟、五里湾和庙
咀沟 ３个流域可更新资源能值分别占投入资源能值
投入的 ５９．３％、５９．８％和 ６２．２％，其中最主要的是雨
水化学能，说明雨水在种植业系统中发挥关键作用．
同时，由于降水导致的表层土壤流失是 ３ 个流域不
可更新资源能值投入的最主要因素，占不可更新资
源投入比例均在 ９８．０％以上．
２􀆰 １􀆰 ２辅助能值投入 　 可更新有机能值投入（Ｒ１）
和不可更新的工业辅助能值投入（Ｆ）的比例能够反
映系统发展对外部资源的依赖程度．高西沟、五里湾
和庙咀沟辅助能值投入分别占总能值投入的
８２􀆰 ８％、７９．４％和 ８９．４％．其中，庙咀沟流域辅助能值
投入比例最大．３ 个流域不可更新工业辅助能占辅
助能投入比例分别为 ９３．６％、８６．５％和 ９３．３％，均以
机械动力和化肥投入比例最大；而可更新有机能投
入中以人工劳力所占比例最大，分别占工业辅助能
的 ６．４％、１３．３％和 ６．７％，其中，五里湾流域因主要种
植粮食作物且机械化程度低，需要投入更大量的人
力资源．
２􀆰 ２　 流域种植业系统能值产出结构
３个流域种植业系统能值产出主要分为作物籽
实、水果蔬菜和秸秆果枝 ３ 类（表 ３）．高西沟、五里
湾和庙咀沟总能值产出分别为 ６．１３×１０１６、９．６６×１０１５
和 ７．１９×１０１６ ｓｅｊ·ｈｍ－２·ａ－１ ．其中，作物籽实能值比
重分别为 ７．５％、４４．３％和 ３．１％，水果蔬菜能值比重
分别为 ９０．８％、４９．４％和 ９６．３％，而秸秆果枝产出能
值比重较小，分别仅占 １．７％、６．６％和 ０．７％．可见，高
西沟、五里湾和庙咀沟 ３ 个流域的作物种植面积结
构以粮果兼作、粮食和水果产出为主，但其能值产出
比例与耕地面积比例差异较大．３ 个流域蔬果类单
位面积能值产出分别达到粮食作物的 １８．７３、５．３６和
１０．４６倍，说明蔬果类产品对于总能值产出的影响大
于粮食作物．３ 个流域中粮食作物单位面积能值产
出以庙咀沟最高；蔬果单位面积能值产出以高西沟
最高；以粮食作物为主的五里湾流域粮食和蔬果单
位面积能值产出均最低．３ 个流域粮食生产中都以
谷物类为主；果树种植以苹果为主．
２􀆰 ３　 流域种植业系统能值指标和可持续性
在对种植业系统能值投入和产出比例进行分析
的基础上，为了进一步分析黄土高原典型流域不同
种植业发展模式发展特点和可持续性，根据研究区
９７５１５期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 邓　 健等： 黄土高原典型流域种植业发展模式的能值分析　 　 　 　 　
表 ２　 流域种植业的能值投入
Ｔａｂｌｅ ２　 Ｅｍｅｒｇｙ ｉｎｐｕｔ ｏｆ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｔｈｅ ｗａｔｅｒｓｈｅｄｓ
项目
Ｃａｔｅｇｏｒｙ
能值转换率
Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｔｙ
高西沟 Ｇａｏｘｉｇｏｕ
原始数据
Ｒａｗ
ｄａｔａ
能值
Ｅｍｅｒｇｙ
（ｓｅｊ）
五里湾 Ｗｕｌｉｗａｎ
原始数据
Ｒａｗ
ｄａｔａ
能值
Ｅｍｅｒｇｙ
（ｓｅｊ）
庙咀沟 Ｍｉａｏｚｕｉｇｏｕ
原始数据
Ｒａｗ
ｄａｔａ
能值
Ｅｍｅｒｇｙ
（ｓｅｊ）
转换率
参考文献
Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｔｙ
ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ
太阳能 Ｓｏｌａｒ ｒａｄｉａｔｉｏｎ １．００ ｓｅｊ·Ｊ－１ ５．６８×１０１５ Ｊ·ａ－１ ５．６８×１０１５ １．５４×１０１５ Ｊ·ａ－１ １．５４×１０１５ １．４６×１０１５ Ｊ·ａ－１ １．４６×１０１５ ［２６］
雨水势能 Ｇｅｏ⁃ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｏｆ ｒａｉｎ １．０３×１０４ ｓｅｊ·Ｊ－１ ２．０８×１０１２ Ｊ·ａ－１ ２．１４×１０１６ ６．８８×１０１１ Ｊ·ａ－１ ７．０７×１０１５ ７．７８×１０１１ Ｊ·ａ－１ ９．０１×１０１５ ［２６］
雨水化学能 Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｎｅｒｇｙ ｏｆ ｒａｉｎ １．８１×１０４ ｓｅｊ·Ｊ－１ ５．４６×１０１２ Ｊ·ａ－１ ９．８９×１０１６ １．８０×１０１２ Ｊ·ａ－１ ３．２６×１０１６ １．５１×１０１２ Ｊ·ａ－１ ２．７４×１０１６ ［２６］
风能 Ｗｉｎｄ １．４７×１０３ ｓｅｊ·Ｊ－１ １．２６×１０１２ Ｊ·ａ－１ １．８６×１０１４ ３．４３×１０１１ Ｊ·ａ－１ ５．０４×１０１４ ５．１７×１０１１ Ｊ·ａ－１ ７．５９×１０１４ ［２６］
可更新环境资源投入 Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｆｒｏｍ ｆｒｅｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ （Ｒ） １．２８×１０１７ ４．１８×１０１６ ３．７６×１０１６
土壤损失 Ｓｏｉｌ ｌｏｓｓ ６．１３×１０４ ｓｅｊ·Ｊ－１ １．４３×１０１２ Ｊ·ａ－１ ８．７８×１０１６ ４．５８×１０１１ Ｊ·ａ－１ ２．８１×１０１６ ３．７４×１０１１ Ｊ·ａ－１ ２．２９×１０１６ ［２６］
农业灌溉水 Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｗａｔｅｒ ４．０２×１０４ ｓｅｊ·Ｊ－１ ８．３０×１０７ Ｊ·ａ－１ ３．３４×１０１２ ８．１３×１００７ Ｊ·ａ－１ ３．２７×１０１２ ５．６３×１０７ Ｊ·ａ－１ ２．２７×１０１２ ［２７］
不可更新环境资源投入 Ｎｏｎ⁃ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｆｒｏｍ ｆｒｅｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ （Ｎ） ８．７８×１０１６ ２．８１×１０１６ ２．２９×１０１６
劳动力 Ｌａｂｏｒ ２．２５×１０５ ｓｅｊ·Ｊ－１ ２．９５×１０１１ Ｊ·ａ－１ ６．６４×１０１６ １．５８×１０１１ Ｊ·ａ－１ ３．５７×１０１６ １．５１×１０１１ Ｊ·ａ－１ ３．４１×１０１６ ［１１］
畜力 Ａｎｉｍａｌ ｌａｂｏｒ ８．５４×１０４ ｓｅｊ·Ｊ－１ ３．７０×１０９ Ｊ·ａ－１ ３．１６×１０１４ ７．４１×１０９ Ｊ·ａ－１ ６．３３×１０１４ １．６７×１０９ Ｊ·ａ－１ １．４２×１０１４ ［１１］
有机肥 Ｏｒｇａｎｉｃ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ２．６５×１０６ ｓｅｊ·ｇ－１ １．８３×１０７ ｇ·ａ－１ ４．８４×１０１３ ４．４２×１０６ ｇ·ａ－１ １．１７×１０１３ １．５２×１０７ ｇ·ａ－１ ４．０３×１０１１ ［２６］
种子 Ｓｅｅｄ ６．４７×１０４ ｓｅｊ·ｇ－１ ４．２７×１０５ ｇ·ａ－１ ２．７６×１０１０ ５．４１×１０５ ｇ·ａ－１ ３．５０×１０１０ ４．８６×１０５ ｇ·ａ－１ ３．１４×１０１０ ［２６］
可更新辅助能 Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｐｕｒｃｈａｓｅｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ （Ｒ１） ６．６８×１０１６ ３．６３×１０１６ ３．４２×１０１６
燃油（柴油）Ｄｉｅｓｅｌ ｏｉｌ ６．４７×１０４ ｓｅｊ·Ｊ－１ ２．７８×１０１０ Ｊ·ａ－１ １．８０×１０１５ ２．８５×１０１０ Ｊ·ａ－１ １．８４×１０１５ １．２２×１０１０ ７．８９×１０１４ ［２６］
氮肥 Ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ３．７２×１０９ ｓｅｊ·ｇ－１ ２．９５×１０７ ｇ·ａ－１ １．１０×１０１７ １．６１×１０７ ｇ·ａ－１ ５．９９×１０１６ １．８０×１０７ ｇ·ａ－１ ６．６９×１０１６ ［２６］
磷肥 Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ３．８２×１０１０ ｓｅｊ·ｇ－１ １．３６×１０７ ｇ·ａ－１ ５．１９×１０１６ ７．０６×１０６ ｇ·ａ－１ ２．７０×１０１７ ４．７１×１０６ ｇ·ａ－１ １．８０×１０１６ ［２６］
复合肥 Ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ２．７４×１０９ ｓｅｊ·ｇ－１ １．８１×１０７ ｇ·ａ－１ ４．９６×１０１６ ９．３５×１０６ ｇ·ａ－１ ２．５７×１０１６ ７．９７×１０５ ｇ·ａ－１ ２．１９×１０１５ ［２６］
农药 Ｐｅｓｔｉｃｉｄｅ １．５９×１０９ ｓｅｊ·ｇ－１ １．２４×１０６ ｇ·ａ－１ １．９６×１０１５ ６．９１×１０５ ｇ·ａ－１ １．１０×１０１５ １．１０×１０５ ｇ·ａ－１ １．７５×１０１４ ［２６］
机械动力 Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｍａｃｈｉｎｅ ７．３６×１０７ ｓｅｊ·ｇ－１ １．０３×１０１０ Ｊ·ａ－１ ７．５８×１０１７ １．５９×１０９ Ｊ·ａ－１ １．１７×１０１７ ５．２９×１０９ ３．８９×１０１７ ［２６］
农膜 Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｌａｓｔｉｃ ｆｉｌｍ ３．７２×１０８ ｓｅｊ·ｇ－１ １．８０×１０６ ｇ·ａ－１ ６．６８×１０１４ ５．１５×１０５ ｇ·ａ－１ １．９２×１０１４ ５．００×１０４ ｇ·ａ－１ １．８６×１０１３ ［２６］
不可更新辅助能 Ｎｏｎ⁃ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｐｕｒｃｈａｓｅｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ （Ｆ） ９．７３×１０１７ ２．３３×１０１７ ４．７７×１０１７
总投入能值 Ｔｏｔａｌ ｉｎｐｕｔ （Ｔ） １．２６×１０１８ ３．３９×１０１７ ５．７２×１０１７
表 ３　 流域种植业能值产出
Ｔａｂｌｅ ３　 Ｅｍｅｒｇｙ ｏｕｔｐｕｔ ｏｆ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｔｈｅ ｗａｔｅｒｓｈｅｄｓ
项目
Ｃａｔｅｇｏｒｙ
能值转换率
Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｔｙ
（ｓｅｊ·Ｊ－１）
高西沟 Ｇａｏｘｉｇｏｕ
原始数据
Ｒａｗ ｄａｔａ
（Ｊ）
能值
Ｅｍｅｒｇｙ
（ｓｅｊ）
五里湾 Ｗｕｌｉｗａｎ
原始数据
Ｒａｗ ｄａｔａ
（Ｊ）
能值
Ｅｍｅｒｇｙ
（ｓｅｊ）
庙咀沟 Ｍｉａｏｚｕｉｇｏｕ
原始数据
Ｒａｗ ｄａｔａ
（Ｊ）
能值
Ｅｍｅｒｇｙ
（ｓｅｊ）
转换率
参考文献
Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｔｙ
ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ
谷类 Ｃｅｒｅａｌａ ８．１３×１０４ ４．３３×１０１２ ３．５７×１０１７ １．０１×１０１２ ９．６７×１０１６ ３．３６×１０１１ ３．７８×１０１６ ［２６］
豆类 Ｓｏｙｂｅａｎ ４．４７×１０４ １．２１×１０１１ ５．４３×１０１６ ４．６２×１０１１ ２．０７×１０１６ ３．０４×１０１１ １．３６×１０１６ ［２７］
薯类 Ｔｕｂｅｒ １．５２×１０５ ３．８９×１０１１ ５．９１×１０１６ ２．２１×１０１１ ３．３６×１０１６ １．４９×１０１１ ２．２７×１０１６ ［２７］
油料 Ｏｉｌ ｃｒｏｐ ４．５３×１０５ ７．７３×１０９ ３．５０×１０１５ ８．７９×１０９ ３．９８×１０１５ １．５２×１０１０ ６．８６×１０１５ ［１１］
蔬菜 Ｖｅｇｅｔａｂｌｅ ２．６５×１０４ ３．２０×１０１１ ８．４６×１０１５ １．７５×１０１１ ４．６４×１０１５ １．１４×１０１２ ３．００×１０１６ ［２６］
水果 Ｆｒｕｉｔ ５．１９×１０５ １．１０×１０１３ ５．７１×１０１８ ３．２４×１０１１ １．６８×１０１７ ４．８３×１０１２ ２．５１×１０１８ ［２６］
秸秆 Ｃｒｏｐ ｓｔｒａｗｂ ８．７２×１０４ １．０２×１０１２ ８．８９×１０１６ ２．８４×１０１１ ２．１７×１０１６ １．２６×１０１１ １．１０×１０１６ ［２７］
修剪果枝 Ｐｒｕｎｅｄ ｂｒａｎｃｈ ２．５７×１０４ ６．１７×１０１１ １．５９×１０１６ １．８２×１０１０ ４．６８×１０１４ ２．７２×１０１１ ６．９９×１０１５ ［２７］
粮食作物单位面积产出能值
Ｅｍｅｒｇｙ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｇｒａｉｎ （ｓｅｊ·ｈｍ－２·ａ－１）
７．６８×１０１５ ５．３０×１０１５ ９．６６×１０１５
蔬果单位面积能值产出能值
Ｅｍｅｒｇｙ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｖｅｇｅｔａｂｌｅｓ ａｎｄ ｆｒｕｉｔｓ （ｓｅｊ·ｈｍ－２·ａ－１）
１．４４×１０１７ ２．８４×１０１６ １．０１×１０１７
总产出能值 Ｙｉｅｌｄ （ｓｅｊ） ６．３０×１０１８ ３．５０×１０１７ ２．６４×１０１８
ａ） 谷物主要包括谷物类粮食作物籽粒，在本研究区主要是玉米、糜子、谷子、荞麦、高粱、薏米、大麦和燕麦等 Ｃｅｒｅａｌ ｗａｓ ｒｅｆｅｒｒｅｄ ｔｏ ｃｅｒｅａｌ ｇｒａｉｎｓ
ｐｌａｎｔｅｄ， ａｎｄ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｍａｉｚｅ， ｂｒｏｏｍ ｃｏｒｎ ｍｉｌｌｅｔ， ｆｏｘｔａｉｌ ｍｉｌｌｅｔ， ｂｕｃｋｗｈｅａｔ， ｓｏｒｇｈｕｍ， ｐｅａｒｌ ｂａｒｌｅｙ， ｂａｒｌｅｙ ａｎｄ ｏａｔ， ｅｔｃ． ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ； ｂ） 秸
秆和修剪果枝的量按照张无敌等［２９］的研究中作物草谷比与实际产量估算；秸秆原始数据根据研究中各类秸秆热值和秸秆量进行计算［３０］
Ｓｔｒａｗ ａｎｄ ｐｒｕｎｅｄ ｂｒａｎｃｈｅｓ ｗｅｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｆｒｏｍ Ｚｈａｎｇ， ｅｔ ａｌ．［２９］ ａｎｄ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ． Ｒａｗ ｄａｔａ ｏｆ ｓｔｒａｗ ｗｅｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｆｒｏｍ ｉｔｓ ｃａｌｏｒｉｆｉｃ ｖａｌｕｅ ａｎｄ
ｙｉｅｌｄ［３０］ ．
域特点和能值分析方法，选定环境能值贡献率
（ＥＳＲ）等 ８ 个指标，构建不同种植模式的可持续性
指标体系（表 ４）．
２􀆰 ３􀆰 １自然资源发展水平 　 高西沟、五里湾和庙咀
沟种植业系统 ＥＳＲ 分别为 ０． １７、０． ２１ 和 ０． １１，远
低于全国农业生态系统（ ０．４３） ［１９］和陕西省农业
０８５１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２７卷
表 ４　 退耕流域种植业系统能值分析指标
Ｔａｂｌｅ ４　 Ｅｍｅｒｇｙ ｉｎｄｉｃｅｓ ｏｆ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｔｈｅ Ｇｒａｉｎ ｆｏｒ Ｇｒｅｅｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ ｗａｔｅｒｓｈｅｄ
指标
Ｉｎｄｅｘ
高西沟
Ｇａｏｘｉｇｏｕ
五里湾
Ｗｕｌｉｗａｎ
庙咀沟
Ｍｉａｏｚｕｉｇｏｕ
陕西ａ
Ｓｈａａｎｘｉ
全国ｂ
Ｃｈｉｎａ
能值自给率 ＥＳＲ ０．１７ ０．２１ ０．１１ ０．３８ ０．４３
环境承载率 ＥＬＲ ５．４５ ３．３４ ６．９６ ２．１５ ２．７２
净能值产出率 ＥＹＲ ６．０６ １．３０ ５．１６ ３．０３ ２．０８
能值密度 ＥＤ （ｓｅｊ·ｍ－２） １．２２×１０１２ １．２１×１０１２ １．８２×１０１２ ９×１０１１ ５．３５×１０１１
人均能值利用量 ＥＵＰＰ （ｓｅｊ） ４．１７×１０１５ １．１５×１０１５ １．９４×１０１５ ５×１０１５ ３．９３×１０１５
人均能值产出量 ＥＹＰ （ｓｅｊ） ２．１０×１０１６ １．１９×１０１５ ８．９４×１０１５ １×１０１６ ４．３１×１０１５
能值可持续发展指数 ＥＳＩ １．１１ ０．３９ ０．７４ １．４１ ０．７８
能值 ／环境可持续指标 Ｅ ／ ＥＳＩ ０．１９ ０．０８ ０．０７ ０．５４ ０．３３
ａ） 陕西省指标数据来源于胡小东等［２０］ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ｏｆ Ｓｈａａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ｗｅｒｅ ｆｒｏｍ Ｈｕ， ｅｔ ａｌ ［２０］ ； ｂ） 全国指标数据来源于 Ｃｈｅｎ等［１９］ ，其中全国人
均能值利用量和产出量为利用 ２０００年人口普查结果中农业人口计算得到 Ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ｏｆ Ｃｈｉｎａ ｗｅｒｅ ｆｒｏｍ Ｃｈｅｎ， ｅｔ ａｌ ［１９］ ， ｔｈｅ ＥＵＰＰ ａｎｄ ＥＹＰＰ ｏｆ
Ｃｈｉｎａ ｗｅｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｍｏｇｒａｐｈｉｃ ｃｅｎｓｕｓ ｉｎ ２０００．
（０􀆰 ３８） ［２０］，说明黄土高原典型流域种植业系统对自
然资源依赖性较低．以粮食种植为主的五里湾流域
的 ＥＳＲ最高，而以果树种植为主的庙咀沟流域最
低．说明在果树种植过程中，主要依靠大量的辅助能
投入而非当地本身资源来维持其发展． ３ 个流域
ＥＬＲ均高于全国（２．７２）和陕西省（２．１５）农业生态系
统，以庙咀沟流域最高 （ ６． ９６），五里湾流域最低
（３．３４），反映出退耕流域单纯的果树种植虽然科技
成果投入较高，但是也因大量的工业辅助能投入而
对自然环境造成较大压力，而粮食种植压力最小．
２􀆰 ３􀆰 ２农业经济资源发展水平 　 高西沟、五里湾和
庙咀沟流域 ＥＹＲ分别为 ６．０６、１．３０ 和 ５．１６，仅五里
湾流域 ＥＹＲ低于全国（２．０８） ［１９］和陕西省（３．０３） ［２０］
农业系统水平，其他两个流域均较高．说明黄土高原
流域发展依靠单纯的粮食种植能值生产效率较低，
果树种植能够一定程度上提高能值产出．３ 个系统
ＥＤ分别为全国农业系统的 ２．２８、２．２６ 和 ３．４０ 倍，说
明 ３种模式能值投入强度均远远大于全国农业系
统．综合看来，退耕流域种植业的 ３ 种发展模式中，
粮果兼作和果树种植均属于高投入高产出率的模
式，其中又以粮果兼作性模式相对具有较低的投入
和较高的生产效率；而单纯的粮食种植投入较高，但
是产出效率较低．
２􀆰 ３􀆰 ３农业社会资源发展水平　 ３ 个流域中仅高西
沟流域 ＥＵＰＰ 和 ＥＹＰ 高于全国水平，分别达到全国
农业生态系统 １．０６和 ４．８７倍；其他两个流域的两个
指标均低于全国和陕西省水平，以五里湾流域人均
能值利用量和产出量最低．说明粮果兼作模式具有
比较高的劳动力生产效率，也提高了农民的生活水
平，而单纯以粮食种植为主的发展模式的劳动力生
产效率和农民生活水平均较低．
２􀆰 ３􀆰 ４种植业系统发展可持续性 　 高西沟、五里湾
和庙咀沟 ＥＳＩ 分别为 １．１１、０．３９ 和 ０．７４，仅高西沟
＞１，均低于陕西省农业系统水平，说明单纯的粮食
或果树种植模式的种植业系统均为消费性系统，系
统可持续性较低，以单纯粮食生产模式的可持续性
最低；而粮果兼作模式可持续性相对较高．从高西
沟、五里湾和庙咀沟的 Ｅ ／ ＥＳＩ 值（分别为 ０．１９、０．０８
和 ０．０７）可以看出，粮果兼作模式远高于其他两种
模式，说明该模式系统具有相对较好的自组织性，能
值生产效益和对环境的压力相对其他两种模式都具
有优势．但 ３种模式 Ｅ ／ ＥＳＩ 值均低于全国（０．３３） ［１９］
和陕西省（０􀆰 ５４） ［２０］水平．
３　 讨　 　 论
在黄土高原地区，不同种植业发展模式能值投
入具有一定的相似性．辅助能值投入比例远大于环
境资源能值投入，其中，不可更新辅助能投入以化肥
和机械动力投入为主，可更新有机能以人工劳力投
入为主．总能值投入中不可更新能值占很大比例，尤
其是辅助能值投入中不可更新能值占 ８０％以上，说
明该区域种植业系统需要投入大量的外界资源来维
持其发展，从而造成了巨大的环境压力，例如大量化
肥和农药的投入势必会造成对自然环境的干扰和污
染．这与董孝斌等［２１］在纸坊沟流域开展的研究结果
一致．３个流域的不可更新资源能值 ９８％以上都来
自于表层土壤流失，说明水土流失治理在该地区流
域农业发展过程中依然具有非常重要的作用，这一
结果在王红红等［２３］的研究中也得到证实．造成以上
特点的主要原因可能是：１）虽然该地区降水量有
限，但降水多集中在 ７—９月，造成水分利用效率低
和严重的水土流失；２）黄土高原地区土壤肥力总体
偏低，需要通过大量外部肥料投入来维持作物的生
长．因此，在后续发展中应该：１）减少不可更新能值
１８５１５期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 邓　 健等： 黄土高原典型流域种植业发展模式的能值分析　 　 　 　 　
投入，增加可更新能值，例如采取有机肥代替化学肥
料、减少农药使用等措施；２）提高环境资源能值利
用效率，减少资源浪费，例如修建蓄水池收集雨水用
于灌溉、合理安排作物布局和采用更加科学合理的
农作物种植技术等；３）通过综合水蚀防控技术减少
耕作造成的水土流失，从而减小种植业对环境的
压力．
３种种植业发展模式中，粮食种植作为劳动密
集型产业，消耗劳动力资源和辅助能值投入较多，环
境压力较小，但相应的产出却有限，因而也导致其可
持续性较低．果业种植具有高投入、高产出的特点，
但是由于大量外部能值的投入导致对于环境的压力
较大，例如化学肥料的投入不利于土壤质量的改善，
而且会造成一定的环境污染，不利于流域的可持续
发展．粮食种植和果树种植两者结合后，因为二者生
长和管理时间的交错，更加充分利用投入的劳动力，
因而具有更高的劳动生产效率；同时，从系统构成的
角度，单纯的粮食或果树种植系统中，内部元素和系
统结构较为单一，而粮果兼作种植系统的内部元素
相对复杂，系统更加稳定，也使得系统可持续性更
强；此外，从单位面积能值产出也可以看出，粮果兼
作型模式下单位面积能值产出较高，粮食和蔬果单
位面积能值产出均对应地高于以粮食和果树为主的
其他两个流域，其原因可能是由于通过粮食和果树
的科学配置，对土地利用更加合理，从而提高了土地
的产出效率．因此，从 ３ 种模式比较来看，单纯的粮
食或者果业发展都存在可持续性较低的问题，而粮
果兼作模式具有相对较高的劳动力生产效率和能值
生产效益，对环境的压力也相对较小，而且该模式下
种植业系统具有相对较好的自组织性，可持续性也
更强，总体上优于其他两种模式．
从 ３个流域作物类型的土地面积来看，高西沟、
五里湾和庙咀沟分别为粮果兼作、粮食为主和果树
为主的发展模式，粮食种植面积占总耕地面积比例
分别为 ６１．２％、８３．２％和 ３１．３％．然而能值产出结果
与耕地面积比例却不一致，３ 个流域粮食作物能值
产出比例分别为 ７．５％、４４．３％和 ３．１％．造成这种不
一致的原因来源于两个方面：１）粮食作物单位面积
产量相对低于果树产量；２）由于在生产中需要的投
入更大，造成了蔬果类产品能值转换效率高于粮食
作物，因而导致果蔬种植对于流域种植业能值的影
响远大于粮食种植．这也启示在今后流域土地利用
配置中，对于传统以单纯的粮食种植为主、产出效率
不高的问题可以适当采取引入果树、蔬菜或者其他
类作物种植，科学合理配置以提高其生产效率．
流域发展中种植业系统仅仅是流域生态经济系
统的一个子系统，本研究以此为例进行了研究．但是
流域发展涵盖了生态、社会和经济多个方面，尤其是
生态治理，例如退耕还林工程等对流域的影响是综
合的．在农业产业结构调整的同时也带来了林草覆
盖面积的增加、散养放牧的减少等．因此，要考虑流
域长久的发展，应该将林业、畜牧以及农户等均纳入
进行研究，从而更加全面地分析流域发展的可持续
性．同时流域内植树造林带来的固土保水、固碳增肥
和生物多样性恢复等生态服务功能恢复也是影响流
域发展持续性的重要方面［３１－３２］ ．此外，本研究基于 １
年的调查数据对 ３ 个流域种植业系统进行了分析，
但该系统处于不稳定状态，动态监测才能够对于系
统发展情况有更加深入的认识．因此，今后的研究应
该通过对流域生态经济系统的农、林、牧综合能值分
析，并通过后续跟踪和动态评估来准确反映流域发
展情况和制定发展策略．
能值分析的方法解决了以往系统投入中自然、
社会和经济资源无法同等比较的问题，使得不同能
量和物质可以同等加减和比较［３３］，提供了解决生态
经济系统分析问题的新方法．此外，与以往经济价值
核算方法不同的是，能值分析方法将自然资源纳入
到农业生产的资源投入计算中，充分考虑了农业生
产对自然资源的消耗和利用情况，从而对农业生产
过程的投入和产出分析更加客观，对生态经济系统
可持续性的分析更加合理．本研究采用的能值转换
率均为前人研究中已经使用的固定值，由于自然条
件、社会经济发展和生产力水平的差异，实际能值转
换率可能存在偏差．因此，黄土高原地区生态经济系
统的各项能值转换效率需要进一步研究，结合本区
域实际生产中各类投入和产出的能值使用情况，在
现有的能值转换率基础上进行适当修正，从而能够
更加科学地通过能值分析研究本区域生态经济系统
发展．
４　 结　 　 论
在黄土高原典型流域种植业系统发展中，粮食
和果树兼作、粮食生产为主和果树种植为主的 ３ 种
模式都主要依靠外部辅助能值投入，以化肥、机械和
人工劳力为主；同时，投入的能值中不可更新能值所
占比例大于可更新能值，不可更新资源投入主要是
表层土壤流失；由此也造成了 ＥＳＲ 低而 ＥＬＲ 高，说
明种植业发展对当地环境造成了很大压力． ＥＤ 很
２８５１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２７卷
高，而相对的 ＥＹＲ较低，能值生产效率低．相对于全
国水平，黄土高原退耕流域种植业系统能值可持续
性和系统内自组织能力较弱，不利于长期发展．
比较 ３ 种不同的种植业发展模式发现，粮果兼
作型发展模式由于对劳动力和生产资源的更合理利
用，具有优于其他两种模式的能值生产效益和劳动
力生产效率以及较小的环境压力，可持续发展能力
强于其他两种模式．因此，在自然条件相对贫瘠的黄
土高原地区，以流域为单元的种植业发展应该更加
偏向于考虑多产业综合的复合结构生产方式．
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作者简介　 邓　 健，男，１９９０年生，博士研究生． 主要从事农
业区域发展、资源生态与生态重建研究． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｄｅｎｇｊｉａｎ＠
ｎｗｓｕａｆ．ｅｄｕ．ｃｎ
责任编辑　 杨　 弘
邓健， 赵发珠， 韩新辉， 等． 黄土高原典型流域种植业发展模式的能值分析． 应用生态学报， ２０１６， ２７（５）： １５７６－１５８４
Ｄｅｎｇ Ｊ， Ｚａｈｏ Ｆ⁃Ｚ， Ｈａｎ Ｘ⁃Ｈ， ｅｔ ａｌ． Ｅｍｅｒｇｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ ｔｙｐｉｃａｌ ｗａｔｅｒｓｈｅｄｓ ｉｎ Ｌｏｅｓｓ Ｐｌａｔｅａｕ． Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒ⁃
ｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， ２０１６， ２７（５）： １５７６－１５８４ （ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
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