全 文 ：第 26 卷第 10 期
2006 年 10 月
生 　　态 　　学 　　报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 26 ,No. 10
Oct. ,2006
黄土丘陵区小流域系统生态经济要素分析
———以宁夏隆德县李太平小流域为例
党小虎1 ,2 ,刘国彬1 ,李小利1 ,2 ,薛　　1 ,2 ,锁冠侠3
(11 中国科学院、水利部水土保持研究所 ,陕西杨凌　712100 ;21 中国科学院研究生院 ,北京　100049 ;
31 兰州资源环境职业技术学院 ,兰州　730021)
基金项目 :国家自然科学基金重点资助项目 ;中国科学院重大资助项目 ;国家重点基础研究发展计划资助项目 (2007CB407205)
收稿日期 :2005211222 ;修订日期 :2006206224
作者简介 :党小虎 (1968～) ,男 ,宁夏隆德县人 ,博士生 ,高级工程师 ,主要从事流域生态及生态经济研究. E2mail :xiaohud2004 @163. com
Foundation item :The project was supported by National Natural Science Foundation of China ;knowledge innovation project of Chinese Academy of Sciences ;Nationa
Key Basic Research Program of China (No. 2007CB407205)
Received date :2005211222 ;Accepted date :2006206224
Biography :DANG Xiao2Hu , Ph. D. candidate , senior engineer , mainly engaged in watershed ecology and eco2economics. E2mail :xiaohud2004 @163. com
摘要 :以隆德县李太平小流域为例 ,对比分析了退化小流域系统恢复重建过程中系统的生态经济要素变化 ,揭示系统演变趋势。
应用能值方法分析了投入产出的动态变化 ,评价治理的生态经济效果。结果显示 :农、林、牧业用地比例由 1990 年的 612∶210∶
110 变为 2003 年的 119∶114∶110 ,土地利用及种植结构趋于合理 ,农业产值所占比重由 7916 %下降为 5418 % ,林业、牧业、副业产
值比例分别由 916 %、916 %、111 %上升为 2217 %、1511 %、714 % ,收入多样性指数也呈增加趋势 ,显示了流域收入构成的多元化 ,
有利于生态经济系统的稳定。同时 ,恩格尔系数减小 ,表明人民生活水平日益提高。基于能值的流域生态经济系统投入产出效
率动态研究结果表明在调整后的土地利用格局及种植结构下 ,净能值产出率由 1990 年的 215 增长到 2003 年的 3141 ,资源利用
效率逐年提高 ,环境负荷率在 1990、1995 和 2003 年分别为 2155、2144 和 2111 ,呈减小趋势 ,能值持续性指数从 1990 年的 0198 增
加到 2003 年的 1162 ,经济与生态环境的协调性不断提高。研究结果表明该治理模式是成功的。
关键词 :生态经济系统 ;生态经济结构 ;能值 ;小流域
文章编号 :100020933(2006) 1023516210 　中图分类号 :Q146 ,148 　文献标识码 :A
Analysis on small watershed eco2economic system in Loess Hilly Area :A case studies
in Litaiping Small Watershed of Longde County
DANG Xiao2Hu1 ,2 , LIU Guo2Bin1 , LI Xiao2Li1 ,2 , XUE Sha1 ,2 , SUO Guan- Xia3 　(11 Institute of Soil and Water Conservation , CAS
and MWR , Yangling Shaanxi 712100 , China ;2 : Graduate School of CAS , Beijing 100039 , China ;3. Lanzhou Polytechnic College of Resources and Environment ,
Lanzhou 730021 , China) . Acta Ecologica Sinica ,2006 ,26( 10) :3516～3525.
Abstract :Ecological degeneration on the Loess Plateau generally resulted from unreasonable land use and economic activities. To
study economic process related to ecological degeneration , to restore the degenerated ecosystem are important issues for sustainable
development of eco2economy on the Loess Plateau , and the loess hilly area is the key area to be cared on ecological restoration.
Integrated small watershed management , as one of main action of ecological restoration , was used widely in this region and many
achievements were made. In this study , Litaiping Small Watershed in Longde County was used as case study area , the eco2
economic system structure and its dynamic during the restoration process were analyzed from eco2economic perspective , and the
interactional approach and manner between economic and ecological in the system was explored. Based on emergy theory , an
analysis on the dynamic variety of the transfer efficiency of energy flow and matter flow was also conducted to evaluate the eco2
economic effect of the watershed management . The results showed that the pattern of cropland , woodland and pasture was improved
from 612∶210∶110 in 1990 to 119∶114∶110 in 2003 , and the land use structure and planting pattern became rational . The
proportion of agricultural production in gross production value was decreased from 7916 % in 1990 to 5418 % in 2003 , and the
proportions of forest and animal husbandry as well as sideline were improved from 916 % , 916 % and 111 % in 1990 , to 2217 % ,
1511 % and 714 % in 2003 , respectively. The diversity index of the farmer’s income tended to increase while a decrease was
found in Engel’s coefficient which indicated that the farmer’s living standard was improved. Upon the result of emergy2based
analysis , it was found that such land use change could increase net emergy yield ratio ( ENYR) from 215 in 1990 to 3141 in 2003.
This means that the efficiency of resources utilization was improved. However , a decrease was observed on environment loading
ratio ( ELR) which was 2155 , 2144 and 2111 respectively in 1990 , 1995 and 2003 , and emergy2based sustainability index( ESI)
was increased from 0198 in 1990 to 1162 in 20031 The results in this study indicated that harmony between economy and ecology
in the study area was improved and the model of Litaiping small watershed management was successful .
Key words :eco2economic system; eco2economic structure ; emergy ; small watershed
黄土高原的生态退化是其自身的脆弱性叠加了不合理的人类社会经济活动的产物和必然结果。研究生
态退化的经济过程 ,恢复重建退化的黄土高原生态系统 ,改善社会经济发展的生态基础 ,实现该区域生态经济
可持续发展是我国今后的战略任务之一。黄土丘陵区是黄土高原的主体部分 ,自 1980 年在山西省召开小流
域治理座谈会以来 ,我国初步确定以小流域为单元实施水土保持和生态建设的基本策略 ,此后以小流域为重
点单元的生态恢复重建工作即小流域综合治理全面推开并取得了巨大成效。有关小流域综合治理的理论基
础、实践及评价的论述比较多[1～5 ] ,传统的评价方法和指标体系在诸多文献中均有报道[6～9 ] 。现代承载人类经
济活动的小流域是一个生态经济系统 ,退化小流域的恢复重建是一个生态经济过程 ,评价其效果 ,仅仅局限于
一些静态的指标 ,结果往往难以有很强的说服力 ,对比分析系统生态经济要素变化 ,判断系统的演变趋势 ,分
析生态承载能力 ,可以比较好的评价治理效果。所谓生态经济系统是由生态系统和经济系统通过物质循环、
能量流动和信息传递耦合而成的复合系统 ,在这个复合系统的运动和演化中 ,经济过程与生态过程相互影响 ,
互为因果[10 ] ,因此分析生态2经济的耦合过程 ,揭示生态系统与经济系统相互作用机理 ,是小流域综合治理的
主要内容之一。
本文以宁夏隆德县李太平小流域 (财政部、水利部命名的“十、百、千”治理示范流域) 为例 ,分析小流域系
统重建过程中经济系统和生态系统的演化过程及其结构的合理性 ,探索经济与生态相互作用的途径与方式 ,
进行基于能值的投入产出动态研究 ,分析小流域系统能流、物流的转换效率 ,以评价生态经济效果。
1 　小流域概况及研究方法
111 　小流域概况
李太平小流域地处宁夏南部山区的隆德县 ,属渭河水系葫芦河的二级支流 ,为典型的黄土丘陵沟壑区地
貌 ,总面积 1116km2 ,海拔 1725～2025m ,治理前土壤侵蚀模数为 4200tΠ( km2 ·a) 。流域多年平均降雨量
49019mm ,蒸发量 133912mm ,是降雨量的 217 倍。人口密度 199 人Πkm2 ,人均耕地 0119hm2 ,人均有粮 500kg。
养殖初具规模 ,是全县主要的肉、禽、蛋供应地之一。按 1990 年不变价格计算 ,各业总产值达 30513 万元 ,人
均产值 1287 元 ,人均纯收入 902 元 ,高于全县平均水平 (865 元) ①。
112 　研究方法
该研究采用以往的研究成果[11 ] 、查阅研究年份内的相关资料和实地测量调查与农户访问相结合的方法 ,
收集了李太平流域 1990 年至 2003 年的基础数据。查阅的相关资料有 : ①乡村两级诸年社会经济统计年表 ;
②县统计部门的有关社会经济情况分析材料、统计年鉴 ; ③小流域综合治理初步设计、项目实施期间的年报、
项目竣工验收报告、后续追踪报告等 ; ④县林业局、农牧局、农业技术推广中心等项目参加单位的测试资料 ; ⑤
县土壤普查报告、农业区划报告等。实地调查植被生长状况 ,分别在沟坡、梁峁坡、人工草地等随即布设样地 ,
乔木层样地为 10m ×10m ,灌木层为 5m ×5m ,草地为 1m ×1m ,分别进行植物种类、郁闭度、盖度、地上生物量
715310 期 党小虎 　等 :黄土丘陵区小流域系统生态经济要素分析 　
① 隆德县统计年鉴 (2003 年)
(草地)调查。农户访问主要调查治理前后各年 (1990～2003 年)有关生态经济指标的变化情况 ,采用系统抽样
与随机抽样结合 ,一般调查和重点调查结合的办法 ,根据农业人口、农田、收入等指标 ,确定一定数量的典型农
户进行调查。这些农户一般占该村农户数量的 20 % ,然后划富裕、中等和贫困三个层次 ,在每个层次上抽取
农户进行重点调查。在原始数据基础上进行以下分析 :
11211 　小流域系统结构要素分析 　通过比较分析治理前后生态系统和经济系统结构变化 ,揭示小流域生态
经济系统演化趋势 ,并借用描述生态系统的多样性指数和恩格尔系数分析收入结构的稳定性和消费结构的合
理性。
11212 　小流域生态经济系统能值投入产出分析
(1)能值分析方法概述 　能值分析由美国著名生态学家 H. T. Odum提出 ,用以研究生经济系统 ,定量分析
资源环境与经济活动的真实价值以及他们之间的关系。Odum 把能值定义为 :产品或服务形成过程中直接和
间接消耗的一种能量总和[12 ] 。他认为任何一种形式的能都可以用同一形式的能来表示[13～15 ] ,不同类型的能
量具有不同的能级和能质 ,随着能量从低级的太阳能转化为较高质量的绿色植物的潜能 ,再传递和转化为更
高级质量和更为密集的各级消费者的能量 ,能量数量的递减伴随着能质和能级的升高 ,各类能量之间具有特
定的转换关系 ,即能值转换率 ( Emergy transformity) [12 ,16～19 ] ,通过能值转换率就可以把不同类型的能量转换为同
一量纲的能值 ,多用太阳能焦耳表示 ,即 Solar emergy joule , 简写为 sej。
(2)能值分析的主要指标
①净能值产出率 (net emergy yield ratio ; NEYR) 净能值产出率 (NEYR) = 产出能值Π投入辅助能值
净能值产出率是评价基本能源利用的指标 ,它也可以用来说明经济生产利用能源的效率 ,表示经济活动
的竞争力。净能值产出率愈高 ,说明经济效益愈好。
②能值投资比率 (emergy investment ratio ; EIR)能值投资比率 ( EIR) = 辅助投入能值Π环境资源能值
能值投资比率反映了利用经济系统输入能值与环境能值的关系 ,经济输入能值越高 ,生产的经济成本就
越高 ,能值投资比就越大。在环境能值投入产出一定的情况下 ,如果经济投入能值越少 ,该比值就越小 ,相应
地其产品的经济成本就越低 ,从而增加产品在市场上的竞争力。
③能值货币比 (emergy Πdollar ratio)能值货币比 = 总能值使用量Π国民生产总值 ( |S )
能值货币比的大小可以看出该地区工业、农业发展程度 ,比值高 ,代表单位经济活动所换取的能值量高 ,
显示生产过程中使用自然资源所占比重较大 ;比值小 ,其自然资源对经济的贡献较小 ,表示该地区的开发程度
高。
④宏观经济价值 (macroeconomic value ; MV ,也称 emdollar) 宏观经济价值 (MV) = 可利用能值Π能值货币比
是指某种资源或产品的能值相当于多少流动的货币 , 它可以被视作资源或产品本身的影子价格。某一
资源或产品宏观经济价值较高时 ,表明它对经济的贡献率较大。
⑤环境负荷率 (environment loading ratio ; ELR) 环境负荷率 ( ELR) = 不可更新能值投入Π可更新能值投入
⑥能值持续性指数 (emergy2based sustainability index , ESI) [20、23 ] 能值持续性指数 ( ESI) = 净能值产出率
(NEYR)Π环境负荷率 ( ELR)
ESI是对能值产出率与环境负载率的相对比较。很显然 ,如果一个国家或地区的经济系统能值产出率高
而环境负载率又相对较低 ,则它是可持续的 ,反之是不可持续的。但并不是 ESI 值越大 ,可持续性越高。ESI
值在 1～10 之间表明经济系统富有活力和发展潜力。
2 　结果分析
211 　小流域生态经济系统结构要素分析
21111 　生态系统结构要素分析
(1)土地利用结构演变及资源质量
土地利用结构的合理性和土地资源的质量是小流域生态恢复重建的主要决定因素 ,揭示农林牧用地结构
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的演变过程和未来发展趋势 ,分析其质量变化 ,可为评价生态恢复效果提供直观的判别依据。
①结构演变 　1990 年与 2003 年的土地利用结构 (各类土地利用占流域总面积的比例) 演变情况如表 1
和图 1 所示。可以看出 ,流域治理前 (1990 年) 荒地面积偏大 ,林草地面积偏小 ,土地利用结构十分不合理。
群众为了弥补土地生产力低下而一味扩大耕地面积 ,林牧业用地减少 ,造成燃料、饲料和肥料俱缺 ,农业生产
条件恶化。在治理中进行结构调整 ,到 2003 年小流域耕地面积所占比例由 4719 % (556hm2 ) 下降到 3818 %
(450hm2 ) ; 林地和草地面积分别由 1219 % ( 150hm2 ) 和 717 % ( 89hm2 ) 增加到 2716 % ( 320hm2 ) 和 2010 %
(232hm2 ) ;流域植被总覆盖率由 2016 %增加到 4716 % ,农、林、牧用地比例由 612∶2∶1 变为 119∶114∶1。
表 1 　土地利用变化情况
Table 1 　The variation of the landuse (hm2)
年份
Year
农业用地
Cropland
林业用地
Woodland
牧业用地
Pasture
荒地
Wasteland
非生产用地
Nonproductive land
合计
Aggregate
1990 556 150 89 207 158 1160
2003 450 320 232 158 1160
图 1 　土地利用结构变化
Fig. 1 　The change in landuse
　　②资源质量变化 　分析表 1、表 2 ,实施治理前
(1990 年以前) ,由于人口的增加导致耕地短缺 ,耕地范
围不断向陡坡延伸 ,加之缺乏科学的适宜性评价 ,各类
用地格局不尽合理。耕地中 < 5°的占 811 % ,5～15°的
占 7211 % ,15～25°的占 1918 %。尽管 8012 %的耕地为
宜农土地 , 但由于坡地比例大 (占耕地总面积的
6716 %) ,用养不当 ,土壤质量呈逐年下降趋势 ,生产力
低 ;92 %的草地为草田轮作 ,而在 15～25°宜牧土地中 ,
有 6717 %之多被撂荒 ,导致土壤质量下降 ;林地多为疏林 ,林分质量较差 ,基本没有下木。
表 2 　土地资源现状
Table 2 　The condition of landuse
划分指标
Dividing indicator
划分等级 Dividing grade
1 2 3 4 5
地面坡度 Ground slope < 5° 5～15° 15～25° 25～35° > 35°
侵蚀程度 Erosion degree 微度 轻度 中度 强度 极强度
土层厚度 soil layer depth (cm) > 200 150～200 100～150 50～100
土壤质地 Soil texture 轻壤2中壤 轻壤2中壤 中壤2重壤 重壤 红壤、母质
有机质 Organism( %) 110～112 018～110 015～018 013～015
适宜性 Suitability 宜农 宜农、果、牧 宜农、林、牧 宜林、牧 暂难利用
面积 Area (hm2) 45 401 399 228 87
　　在治理过程中 ,根据土地适宜性评价结果及生产规模 ,重新调整了各类用地格局。到 2003 年 ,99 %耕地
分布在 15°以下的土地上 ,经过梯田化改造后 ,由于用养适当 ,土壤质量逐渐改善 ,尽管耕地面积有所减少 ,但
粮食及经济作物单产和总产持续稳定在较高水平 ,受气候波动影响减弱 ;草地主要布置在 15～25°的土地上 ,
人工草地单产较治理前提高了 117 倍 ,封育草地单产提高了 312 倍 ,草地生产力呈上升趋势 ;林业用地中有
159hm2 (占林地总面积的 50 %)分布在沟坡 ,坡度在 25～28°之间 ,其余均布置在 15～25°的宜林地上 ,现已成
林 ,郁闭度达 75 %以上 ,其中果园面积占 5 % ,分布在庭院周围 ,果树处于盛果期。
(2)种植结构变化 　流域一改治理前单一的粮食种植结构、农业生物结构简单的局面 ,初步形成了“粮食2
经济作物2饲料”的三元化种植模式。目前粮食种植面积为 310hm2 , 占总面积的 2617 % ;经济作物为 140hm2 ,
占 12 % ; 饲料作物为 232hm2 ,占 20 %。作物种类主要包括小麦 ( Triticum aestivum L1) 、玉米 ( Zea mays L1) 、胡
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麻 ( Uncerian grandidieri Stapf ) 、马铃薯 ( Solanum tuberosum ) 、高梁 ( Sorghum bicolor L1) 、苜蓿 ( Medicago sativa
Linn1) 、红豆草 ( ( Onobry chis viciae olia Scop1)以及各类蔬菜。这些作物可以在不同的时间范围内占据不同的
生态位 ,达到充分合理地利用土地和光、热、水、气等资源 ,充实食物网。
(3)植被结构变化 　治理前 ,由于缺乏科学指导 ,在一定程度上违背了生态规律 ,忽略了群落演替进程 ,忽
视乡土树种在植被恢复中的先锋种的作用 ,使植被恢复工作不尽人意。在造林实践中对立地条件和土地适宜
性评价不够充分 ,树种选择随意性大 ,导致流域大部分是单一的杨树 ( Populus ×beijingensis W1Y1Hsu ex C1
Wang et S1L. ) ,林分稀疏 ,郁闭度低 ,病虫害严重 ,根本达不到预期的生态效果 ,更谈不上经济效益。为了解决
饲草问题 ,人工草紫花苜蓿比例过大 ,导致草地出现土壤干层 ,忽略对天然草地的抚育管理 ,致使出现严重的
退化。
治理后 ,基于当地自然条件和群落演替规律 ,坚持“以草 (本)灌 (木)为主、辅以少量适宜的乔木林”的植被
建设原则 ,实践证明这个思路的正确性。目前 ,流域林草总覆盖率达 4716 % ,群落发育良好 ,沟坡植被主要以
禾本科、豆科草本和沙棘 ( Hippohae rhamnoides L·subsp·sinensis Rousi) 、柠条 ( Caragana korshinskii Kom1) 、紫穗槐
( Amorpha fruticosa)等灌木为主 ,群落的立体结构合理 ,生长良好 ,被覆率达到 85 %以上。梁、峁坡植被除饲草
外 ,主要以仁用杏 ( Prunus armeniaca L. ) 、花椒 ( Zanthoxylum bungeanum) 以及臭椿 ( Ailanthus altissima Swingle) 等
乡土树种为主 ,既可以防风 ,又可以增加收入。
21112 　经济系统结构要素分析
(1)农村产业结构分析 　治理前 (1990 年) 流域一、二、三次产业比例严重失调 ,一次产业以种植业为主 ,
由于作物单产偏低 ,为确保口粮 ,粮食播种面积超过农田面积的 77 % ,林牧业生产只是种植业的副业 ,处于从
属地位 ,产值低 ,不成规模 ;二、三产业基本空白 ,经济发展水平低。
结构调整后 ,二、三产业有了不同程度的发展 ,一次产业内部各业比重趋于协调。按 1990 年不变价格计
算 ,种植业、林果业、牧业生产性投入比例分别由 9017 %、315 %、518 %转变为 8214 %、615 %、1111 % ,结构渐趋
合理 ;农村各业产值呈逐年增加趋势 ,副业产值从无到有并逐年增加 ,经济成分趋向多元化 ,流域经济受自然
因素的影响趋于减弱 ,其中 : ①种植业产值占总产值比例由 7916 %下降为 5418 % ,粮食和经济作物单产稳中
有增。尤其是当地适生的油料作物胡麻 ,由于种植方式及技术的推广和新品种的引进 ,产量和品质均有不同
程度的提高 ,同马铃薯一道成为该地的支柱产业 ; ②林业产值由于林地面积的增加、结构调整和林分质量的提
高而增幅较大 ,占总产值比例由 916 %增加到 2217 % ;经济林果业的发展 ,使林业产值结构发生了根本改变 ,
经果林从无到有 ,产值一路攀升 ,2003 年经济林果业产值达 4316 万元 ,占林业总产值的 6219 % ; ③畜牧业平稳
发展 ,饲料作物面积 (包括人工)大幅提高 ,生猪存栏率和出栏率均较治理前大幅度提高 ,畜禽良种率达 73 % ;
产值比重由 916 %增加到 1511 %。家禽养殖业已具规模 ,成为本县的禽肉、蛋供应地之一。
以上分析显示 ,流域各业结构趋于协调 ,达到了均衡发展 (图 2、图 3) 。
图 2 　小流域各业产值变化
Fig. 2 　Variation of industries in the small watershed
图 3 　小流域农业产值结构变化
Fig. 3 　Variation of agricultural industries structue in the small watershed
　　(2)收入结构分析 　治理前后经济收入变化情况如表 3 所示 ,从中可得出治理后流域经济收入增加 ,收入
0253　 生 　态 　学 　报 26 卷
结构趋向多元化 ,其主要原因是由于农业产业结构的多元化。为了比较直观的反映收入结构 ,我们将描述生
态系统稳定性的多样性指数借用到经济系统中 ,用多样性指数来计算收入的多元化程度 ,在一定意义上可以
认为 ,经济收入途径越多 ,经济系统受外界干扰 (如灾害等) 的影响越小。用 Shannon2Weaver 公式[21 ] 计算经济
收入多元化指数 :
De = - ∑Pi ln ( Pi )
　　式中 , De 表示经济收入多元化指数 ; Pi 为各种经济来源所占百分比。
结果表明 (表 3) ,流域在治理初期 (1990～1995 年) ,当地的主要收入来源为种植业 ,这种收入结构单一 ;
在治理后期的 8a 中 ,收入趋向多元化 ,收入多样化指数呈上升趋势。
表 3 　李太平小流域经济收入变化情况
Table 3 　The variation of income in Litaiping small watershed
年份
Year
农业
Agriculture
林果业
Forestry
牧业
Animal husbandry
副业
Sideline
合计
Aggregate
万元
104 yuan
( %) 万元
104 yuan
( %) 万元
104 yuan
( %) 万元
104 yuan
( %) 万元
104 yuan
人均
Per capitaΠ(yuan) 收入多样化指数 Diversityindex of
incomes
1990 72150 7916 8178 916 8179 916 1103 112 91111 475 01297
1995 83131 7012 13128 1112 16134 1318 5182 419 118175 531 01397
2003 11712 5612 48158 2313 32139 1515 10124 419 208135 902 01478
　　(3)消费结构分析
①生活能源消费 　治理前后生活能源消耗结构发生了较大变化 ,主要表现在 :
治理前 (1990 年)流域经济发展水平较低 ,燃料缺乏是当地植被遭到破坏的主要原因之一 ,以作物秸秆为
主、煤炭等其它能源为辅的农村燃料消费结构 ,使得本来脆弱的生态环境趋于恶化。每年消费燃料折合标准
煤为 136t ,其中秸秆、薪柴占 8119 %。每年因燃料短缺而要烧掉 10919 万 kg 秸秆 ,占秸秆产出总量的 73 % ,每
年因此大约要损失氮素 514t ,磷素 212t ,钾素 616t (养分折算参数参照文献[27 ] ) 。
治理后流域经济逐步发展 ,薪炭林建设和“四位一体”生态型温棚 (农村微生物能源生产生活藕合 :牲畜2
厕所2沼气2蔬菜) 、太阳灶、节柴灶的推广 ,燃料结构趋向多元化并且转型。治理后的 8a 中 ,流域燃料由秸秆
为主转变为以煤炭、薪柴为主 ,沼气、太阳能为辅的多元化消费结构。按每年人均实际消耗燃料折合标准煤
604kg 计算 ,其中人均外购燃料增加到 175kg 标准煤 ,可供薪柴人均折合 508 kg 标准煤 ,年可供燃料尚有剩余 ,
无需秸秆补充。随着经济的不断发展 ,外购燃料逐年增加 ,沼气和太阳能的推广使用 ,燃料短缺对生态环境造
成的压力会最终消除。
②粮油及副食品消耗 　治理前 (1990 年)人均粮油及副食品消耗折合热量为 4199 ×109J ,其中蔬菜和畜禽
产品 (肉、蛋、奶)为 0184 ×109J ,占总消耗的 1618 %。治理后 ,农业生产势头稳中有增 ,1995 年人均粮食及副食
品消耗为 5123 ×109J ,蔬菜和畜禽产品 1121 ×109J ,占 2311 % ;到 2003 年上升为 6124 ×109J ,蔬菜和畜禽产品为
2101 ×109 J ,占 3212 %。从中可以看出 ,消耗总体水平增幅不大 ,但副食品的消耗增长幅度比较大 ,人民的膳
食结构显著改善。
③恩格尔系数 　恩格尔系数是消费结构分析的一个重要指标 ,它是指食品消费支出在生活消费支出中所
占份额[22 ] 。其表达式为 :
恩格尔系数 = (食品消费支出额Π生活消费支出总额) ×100 %
本文恩格尔系数是以能值为单位计算的 ,是以物质量透过能值转换率计算的 ,计算过程同能值分析 ,由于
篇幅所限在此省略。1990、1995 和 2003 年人均生活消费能值分别为 2179 ×1015 sej、410 ×1015 sej 和 6168 ×1015
sej ,其中食品消费分别为 1185 ×1015 sej ,2131 ×1015 sej 和 3134 ×1015 sej ,各年的恩格尔系数分别为 66 %、58 %和
50 % ,虽然治理后有所下降 ,但按照联合国曾经确定的以恩格尔系数划分的标准[22 ] ,该流域仍然处于温饱阶
125310 期 党小虎 　等 :黄土丘陵区小流域系统生态经济要素分析 　
段 (如图 4) 。
图 4 　小流域恩格尔系数变化
Fig. 4 　The variation of Engelpis coefficient(4)饲料平衡分析 　治理前 (1990 年) ,由于草地面积偏小 ,产草量低 ,加之大部分秸秆被燃烧 ,流域内饲料短缺。为了弥补这种短缺 ,人们继续破坏植被搜罗饲料 ,生态经济系统陷入恶性循环 ,饲料短缺成为限制畜牧业发展和生态环境恶化的关键因素之一。治理后 ,由于土地利用结构的调整和草场改良 ,饲料供应得到满足 ,加之燃料得到稳定解决 ,上述现象得到遏制并趋向好转。2003 年 ,流域生猪和大家畜存栏折合羊单位 5 926 个 ,按一个羊单位年消耗干饲草
500kg 计算 ,草地提供 254kgΠ个羊单位 ,粮食秸秆提供
298kgΠ羊单位 ,年尚可剩余饲草 52kgΠ个羊单位 ,不但畜牧业发展了 ,植被还得到了有效保护。
212 　小流域生态经济系统能值分析
李太平小流域生态经济系统的能值投入产出计算结果如表 4、表 5 所示。流域治理基础年 (1990 年) 、治
理完成年 (1995 年)和调查年 (2003 年)各年的总能值使用量波动较小 ,其中化石能使用基本保持稳定 ,并且所
占比例均在 60 %以上 ,环境能值比例逐年减小 ,有机能呈增加趋势。人均利用能值水平 2003 年为 216 ×1015
sej ,低于我国 1996 年平均水平 (4138 ×1015 sejΠ人) [23 ]和甘肃 2000 年水平 (5162 ×1015 sejΠ人) [24 ] ,并且呈减少趋
势 ,表明系统能值输入水平较低 ,尤其是农田生态系统的能值投入水平仍然较低 ,这显然不利于提高和保持土
地生产力 ,人口增长速度高于能值使用的增长速度 ,对流域生态经济的发展十分不利。
表 4 　李太平小流域生态经济系统能值投入产出 (2003 年) [17 ,18 ]
Table 4 　The analysis of input2output based on emergy in Litaiping small watershed eco2ecosystem(2003a) [ 17 ,18]
投入 Input 产出 Output
项目
Item
能量
Energy
(J)
能值转换率
Transformity
(sejΠJ) 能值Emergy(sej) 宏观经济价值 emdollar( |S ) 项目Item 能量Energy(j) 能值转换率Transformityse(jΠJ) 能值Emergy(sej)
可更新资源源 Renewable resources
　太阳能 Solar 3132 ×1016 1 3132 ×1016 3152 ×103
　降雨潜能 Precipitation 2181 ×1013 18199 5112 ×1017 5144 ×104
　水资源 Water resources 2162 ×1013 10488 2174 ×1017 2192 ×104
当地不可更新资源Local nonrenewable resources
　表土流失 Topsoil loss 3180 ×1012 62500 2137 ×1017 2152 ×104
工业品投入 Industrial input
　氮肥 Nitrogen 3 8110 ×107 4162 ×109 3174 ×1017 3198 ×104
　磷肥 Phosphor 3 1193 ×108 1178 ×1010 3144 ×1018 3165 ×105
　钾肥 Potassium 3 2196 ×109
　机械动力 Machanical power 2143 ×1011 66000 1160 ×1016 1170 ×103
　燃油 Fuel 1128 ×1011 66000 8145 ×1015 8198 ×102
可更新有机能源 Renewable organic energy
　劳力Labor 8145 ×1011 380000 3121 ×1017 3141 ×104
　畜力Livestock 3118 ×1011 146000 4164 ×1016 4194 ×103
　有机肥 Organism 2128 ×1013 27000 6116 ×1017 6155 ×104
　种子 Seed 1198 ×1012 66000 1131 ×1017 1139 ×104 粮食产量 Yield　小麦 Wheat 1183 ×1013 159000 2191 ×1018其他作物 Others　胡麻 Benne 1179 ×1012 6900000 1123 ×1019　马铃薯 Potato 1105 ×1013 2700 2183 ×1016　蔬菜 Vegetable 8101 ×1011 2700 2116 ×1015　果品 Fruit 8184 ×1011 287000 2154 ×1017　干饲草 Forage 6135 ×1012 80000 5108 ×1017畜产品 Animal products　猪肉 Pork 3151 ×1011 1710000 6100 ×1017　鲜蛋 Egg 6144 ×1010 1710000 1110 ×1017作物副产品 Crop byproducts　秸秆 Stalk 2176 ×1013 4420 1122 ×1017
　　实物转换量和能值转换率参照文献[17 ,18 ] ;带 3 的氮、磷、钾能量单位为 g ;宏观经济价值以 1990 年不变价和 1990 年人民币兑美元汇率
4178 元Π＄计算 ;氮、磷栏标 3 者单位为 g ;因缺少林木年蓄积量 ,玉米多与蔬菜套种且量少 ,粮食只计算小麦 ,可能会导致部分误差
　　净能值产出率 (NEYR)由 1990 年的 215 增长到 2003 年的 3141 ,如果一个系统的净能值产出率小于 1 ,表
明系统经济生产资源利用率低 ,经济效益差 ,经济活动缺乏竞争力。由此可见该流域能值投入水平虽低 ,但治
理后资源利用效率呈增加趋势 ,治理的经济效益是显著的。
2253　 生 　态 　学 　报 26 卷
表 5 　小流域生态经济系统能值分析主要指标比较
Table 5 　Comparisons indices based on emergy analysis in the watershed
指标 Index
年份 Year
1990 1995 2003
总投入能值 Total input emergy(sej) 6123 ×1018 5189 ×1018 6101 ×1018
　环境资源 Environmental emergy(sej) 1148 ×1018 1122 ×1018 1106 ×1018
　可更新环境资源 Renewable environment emergy(sej) 8120 ×1017 8120 ×1017 8120 ×1017
　不可更新环境资源 Nonrenewable environment emergy(sej) 6165 ×1017 4100 ×1017 2137 ×1017
　辅助能 Auxiliary emergy(sej) 4175 ×1018 4167 ×1018 4195 ×1018
　可更新有机能 Renewable organic emergy(sej) 9134 ×1017 8193 ×1017 1111 ×1018
　化石能 Fossil emergy(sej) 3181 ×1018 3177 ×1018 3183 ×1018
总产出能值 Total output emergy(sej) 1119 ×1019 1131 ×1019 1169 ×1019
　农产品 Agricultural products emergy(sej) 1117 ×1019 1124 ×1019 1162 ×1019
　畜产品 livestock products emergy(sej) 1198 ×1017 6159 ×1017 7110 ×1017
国内生产总值 GDP( |S ) 292920 406564 638645
人均可用能值 Emergy per capita (sejΠcap) 3100 ×1015 2167 ×1015 2160 ×1015
净能值产出率 Net emergy yield ratio 2150 2181 3141
能值货币比 EmergyΠmoney ratio 2113 ×1013 1145 ×1013 9141 ×1012
能值投资比 Emergy investment ratio 5179 5169 6104
环境负荷率 Environment loading ratio 2155 2144 2111
能值持续性指数 Emergy sustainable index 9180 ×10 - 1 1115 1162
环境投入占总投入 Ratio of environment to input ( %) 2138 ×10 2107 ×10 1176 ×10
化石能投入占总投入 Ratio of fossil to input ( %) 6112 ×10 6141 ×10 6138 ×10
可更新有机能占总投入 Ratio of organic to input ( %) 1150 ×10 1152 ×10 1186 ×10
可更新有机能占可更新能值比 Ratio of organic to renewable ( %) 5133 ×10 5122 ×10 5176 ×10
　　系统能值投资比率 ( EIR)在 1990、1995、2003 年分别为 5179、5169 和 6104 ,期间波动较小 ,高于我国 1996 年
平均值 (0112) [23 ]和甘肃 2000 年水平 (3187) [24 ] 。较高的能值投资率与该流域农业生产对化肥的依赖程度较高
的事实是相符合的。
能值货币比率 (emdollar)是当年总能值与国内生产总值的比率 ,发达国家或地区的能值货币比率远远低
于发展中国家或地区[19 ] 。该流域 1990 年、1995 年和 2003 年 3a 能值货币比率分别为 2113 ×1013 sejΠ|S 、1145 ×
1013 sejΠ|S 和 9141 ×1012 sejΠ|S ,呈下降趋势 , 2003 年的能值货币比率略低于 2000 年的甘肃 (11188 ×1012 sejΠ
|S ) [24 ] ,高于我国 1996 年平均值 (6154 ×1012 sejΠ|S ) [23 ] ,远高于 2000 年的浙江 (2182 ×1012 sejΠ|S ) 、江苏 (3102 ×
1012 sejΠ|S )等发达省份[25 ,26 ] ,这同系统能值低水平输入一样 ,流域开发程度较低 ,系统仍然具有一定的封闭
性。
环境负荷率 ( ELR)在 1990、1995 和 2003 年间分别为 2155、2144 和 2111 ,治理后逐年减小 ,表明经过治理和
经济结构调整 ,流域生态与经济发展逐步趋于协调 ,环境的压力有所缓解。同时低于 2000 年的甘肃
(3173) [23 ] ,远低于 2000 的浙江 (11125)和江苏 (23116) [25 ,26 ]等发达地区 ,表明该流域的经济开发水平仍然较低 ,
这与恩格尔系数分析结果是一致的。
流域生态经济系统的能值持续性指数 ( ESI)从 1990 年的 0198 增加到 2003 年的 1162 ,高于我国 1996 年的
平均值 (0191) [23 ] 。
总体上 ESI从 0198 < 1 到 116 > 1 ,NEYR 从 215 到 3141 ,表明该流域经综合治理后环境经历了从低产出、
高环境负载到较高产出、低环境负载的质的变化 ,其发展是可持续的 ,经济与生态环境的协调性在不断提高。
3 　结论与讨论
以上分析结果显示 ,治理后流域土地利用结构渐趋合理 ,农、林、牧土地资源质量有所改善。农业产业结
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构、收入结构和消耗结构的演变过程及趋势显示农、林、牧各业产值比例趋向合理 ,收入多样性指数呈增加趋
势 ,消耗结构趋向合理 ,饲料、燃料供需平衡 ,能值分析结果显示 ,净能值产出率 (NEYR) 和能值持续性指数
( ESI)均呈增加趋势 ,环境负荷率 ( ELR)有所下降 ,流域生态环境的压力趋于减小 ,持续性增强 ,资源利用效率
呈增加趋势 ,经济效益显著提高。生态经济系统结构明显有利于系统的进展演变 ,系统结构趋于稳定 ,系统功
能协调 ,能、物流通畅 ,基本实现了生态和经济双赢的目标 ,表明该治理模式是成功的。
但通过对流域系统恢复重建过程的生态经济分析 ,仍然暴露了一定的问题 ,需要在流域今后的进一步治
理及结构调整中给以重点关注 : (1)人口增长过快 ,部分抵消了生态、社会经济发展成果 ,因此在今后的发展中
必须将控制人口作为社会经济发展中的只要目标之一。(2)在产业培育中有地方主导产业 ,却没有形成规模。
(3)与国内发达地区比较 ,整体经济水平实际上仍处于自然经济向半商品经济过渡期 ,农业发展实际上从有机
阶段直接过渡到无机阶段 ,远未达到可持续农业的要求。群众生活仍然处于温饱阶段 ,远不及小康水平。能
值分析结果显示该流域能值输入水平相对较低 ,对土地资源过渡依赖 ,利用强度高 ,整个系统仍然较封闭 ,因
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