全 文 ：文章编号: 1007-0435( 2004) 03-0251-05
基于能值分析理论的草业生态经济
系统可持续发展评价体系
邓　波1,洪绂曾2 ,高洪文3
( 1.吉林农业大学动物科技学院,长春 130118; 2.九三学社中央委员会,北京 100011; 3.中国农业科学院畜牧研究所 ,北京 100094)
摘要: 简要介绍了 Odum H T 创立的能值分析理论、能量分析与能值分析的主要区别以及能值分析在草业系统中应用
的实际意义。在现行的可持续发展度量方法中,很难有效地解决环境和资源在经济体系中的价值问题, 而能值理论在此
方面有了一个很好的尝试。所以, 本文提出了以能值分析 ( Emergy Ana ly sis)为理论支撑的草业生态经济系统可持续发
展的评价指数, 为正确认识草业资源环境的重要性和草业战略决策的科学化提供理论支持。
关键词　草原学; 能值分析; 能值指标; 可持续发展评价; 草业生态经济
中图分类号: S 812; Q948　　　　文献标识码: A
Evaluation of Sustainability Based on Emergy Analysis in Ecological
Economic System of Grassland Industry
DENG Bo1 , HONG Fu-zeng2 , GAO Hong-w en3
( 1. Institute o f Animal Science, Jilin Ag ricultural Univ ersit y, Changchun, Jilin Prov ince 130118, China;
2. Centr al Committ ee of the September-thrid Society , Beijing 100011, China;
3. Inst itute o f Anim al Science, CAAS Beijing 100094, China)
Abstract: T he paper out lines the emer gy analysis theory devised by H. T . Odum , and tells the difference betw een
energy analysis and emergy analysis, as well as the funct ional signif icance of apply ing the theo ry to the grass-
land indust ry. The commonly-used system of evaluat ion the sustainable development could hardly measure accu-
rately the value of environment and natural resources in the ent ire econom ic sy stem; w hich, nevertheless, has
been tried w ith bet ter results w ith methods evolved fr om the theory of emergy analsis. T he present paper puts
fo rth the emergy-based indices to evaluate the grassland indust rys ecological-economic system that ensures a
sustainable development , in order to help signify the importance of environment and natural resour ces to the
gr assland indust ry , and to present theoretical support to a scientif ic po licy-making for the development of forage
indust ry in the country .
Key words: Grassland science; Emergy analysis; Emergy-based indices; Evaluation of sustainable development ;
Ecological econom ics of forage industr y
　　在人类生产劳动的各行业中,草业和农业一样与
环境资源的关系最为紧密, 它一直是以自然环境为其
生产过程的重要组成部分。人类通过畜牧活动, 与自然
界之间形成了最广泛的有生命活力的物质循环和能量
交换关系,因此草业对社会的持续发展具有特殊的不
可替代的地位。长期以来,社会生产中仅仅注意到了对
草业系统不断投入的工业辅助能(如化肥、燃油、农药
等) ,对环境资源的价值认识不足,所以逐渐以外部有
目的调控方式取代了自然环境生态系统内部亚系统的
调控, 这是现代草业经营弊病的根源所在。因此, 合理
地认识和评价草地环境资源的贡献, 是草业持续发
展战略中的重要课题之一。美国著名生态学家 H. T .
　　收稿日期: 2003-08-28; 修回日期: 2004-02-11
　　基金项目:“十五”国家科技攻关项目“农村与社会发展资源管理与信息共享系统关键技术——中国草业政策与科技发展战略宏观决策信息系统
研究”( 2001BA903B)
　　作者简介:邓波( 1961-) ,男,满族,甘肃农业大学在读博士研究生,主要从事草原生态经济学研究
第12卷　第3期
　Vo l. 12　　No. 3
草　地　学　报
ACT A AGRESTIA SIN ICA
　2004年　9月
　Sept. 　2004
Odum 提出的能值分析 [ 1～5]理论开拓了一个对自然、
经济和社会复合系统全方位透视的新视野,开辟了一
条定量研究生态系统、生态经济系统以及人类活动的
新的方法,同时也是可持续发展评价的一条有效途径。
1　有关能值的基本概念
1. 1　能值
能值( emergy)与能量( ener gy )不同,它的英文拼
写带有一个字母“m”,是新出现的科学名词,由 H. T .
Odem 创立,经过长期研究发展出来的重要科学概念
和度量标准。Odum [ 2, 3]将能值定义为:一流动或储存
的能量所包含的另一种类别能量的数量, 就是该能量
的能值。任何资源、产品或劳务形成过程中直接或间接
应用的某一种能量的总量, 即为其所具有的能值。由于
各种能量均始于太阳能,实际应用中通常以太阳能值
( Solar Emergy )度量各种不同类别能量的能值, 单位
为太阳能焦耳( Solar Emjoules,缩写为 sej)。
1. 2　能值转换率
不同类别的能量具有不同的能质 ( Energ y
Qual ity ) , 因而在能量系统中所处的不同等级、不同能
质的能量则具有不同的能值转换率( T ransfo rmity) ,它
是度量某种能量(或物质)能质的尺度。能值转换率定义
为: 形成每一单位某种能量所需的另一种能量之量[ 3, 5]。
实际应用的是太阳能值转换率( So lar t ransform ity ) ,是
指形成1J产品或劳务所需要的太阳能值,单位为太阳
能焦耳(或克) ,缩写为 Sej/ j(或Sej/ g )。
1. 3　能值/货币比率
能值与货币的数量关系可以用能值/货币比率
( Emergy Rat io )表示。其定义为:指一个国家或区域的
能值与货币的比率, 等于该国或该区域经济体系全年
使用的所有太阳能能值除以当年国民生产总值
( GNP) ,单位是太阳能焦耳
美元- 1。能值/货币比率是
反映人类劳动与“工作”关系的一种指标[ 6]。
2　草业生态经济系统中能值状况
草业生态经济系统如同其他生态系统一样, 是一
个开放系统(如图1) ,具有能量的输入和输出,其能值
流动和贮存状况按照一定标准可分为以下类别:
2. 1　可更新能值(外界输入能值 R) 是指从外界输入
的太阳能、雨能、风能等的能值。
2. 2　不可更新能值(贮存能值 N) 是指草业生态经济
系统中已经存在的、经自然进化和系统演化生成的物
质和信息的能值, 如土壤、矿藏、生物遗传信息、人文建
筑、货币和未销售的商品的能值。
2. 3　经济输入能值(也称经济反馈能值 F) ,是指有草
业生态经济系统投入的商品和服务的能值,如燃料、电
力、农药、化肥、灌溉、人工及机械设备等能值,是系统
贮存能值的人为转移。
2. 4　经济输出能值( O) , 是指由草业生态经济系统输
出的商品和服务的能值,如畜产品、饲草、燃料、环境美
观等的能值。
图1　草业生态经济系统能值系统图
(实线为能量流和物质流, 虚线为货币流)
Fig. 1　Emergy diagr am of eco lo gical-economic
system o f Grassland Industry
3　草业系统持续发展水平的能值分析
3. 1　能量分析和能值分析的区别
3. 1. 1　生态系统的能量分析就是研究系统的能量流,
并对其加以分析[ 7]。而能值分析则是以同一标准为量
纲,把不同种类、不可比较的能量转换成同一标准的能
值来衡量和分析, 从中评价其在系统中的作用和地位。
这里克服了能量分析在数量研究上的困难和矛盾。环
境资源、商品、劳务和科技等, 都可用能值衡量真正的
价值[ 2, 6, 8, 9]。
3. 1. 2　能量分析和能值分析的区别在于
3. 1. 2. 1　以往能量分析把各种性质和来源根本不同
的能量均以能量单位表示进行比较和数量研究。然而
不同能量并不可以比较和加减。如草业生态系统输入
的石化能和生物能存在根本差异,不可作简单相加和
比较。而以能值为度量单位使系统分析建立在太阳能
值为共同标准的基础上。
3. 1. 2. 2　能量分析主要计算系统能量的产投比,通常
却不计算太阳能、雨水能等自然资源能量投入, 所以其
结果并不能反映自然的巨大作用和贡献, 而能值分析
却能很好的反映出来。
3. 1. 2. 3　能量很难表达和衡量人与自然、环境与经济
252 草　地　学　报 第12卷
的本质关系, 无法对系统的能物流、货币流、人口流、信
息流进行综合分析, 能量单位也不能用于表达生态与
经济效益的关联,而能值分析则把自然生态系统与人
类经济系统同一起来。如自然资源、商品、劳务和科技
信息均可以用能值衡量其固有的真实价值,评价它们
的贡献[ 6, 7, 10]。
3. 1. 3　在草业系统中,应用能值可以把草地生态经济
系统中的能物流与货币流综合起来, 达到相互换算的
目的,并以能值为量纲作定量分析研究,计算出一系列
能反映草地生态与草业经济效率的能值综合指标体
系。图2为简略的天然草地生态经济系统能值系统
图。　　
图2　天然草地生态经济系统能值系统图(实线为能值流, 虚线为货币流)
Fig . 2　Emergy system diag ram o f ecolog ical economic sy st em of natura l g rassland
3. 2　基于能值分析的草业生态经济系统可持续发展
评价的指标体系
3. 2. 1　近年来,国内外学术界和决策部门对于可持续
发展水平的综合测度工作进行了大量的探索,研究成
果日渐丰厚。国际可持续发展水平的测度途径归纳起
来有三种:一是以物质为测度单位的经济系统的物质
核算体系( M FA )方法;二是以货币作为测度单位的环
境经济系统的综合核算体系( SEEA )方法; 三是能量
作为测度单位的环境系统的能量核算体系( EBA )方
法[ 10 ]。其中 EBA 途径将环境、经济系统的过程和产品
统一折算成能量单位,分析其在各个环节上的分配和
流转,藉以诊断和判定系统的现实状态与演化态势。
EBA 途径中包含多种方法和技术,其中以 Odum 的能
值分析 ( emergy analysis, EMA) 理论影响巨大。
3. 2. 2　草业生态经济系统为一复合开放式生态系统,
包含着各种各样的子系统(自然子系统、经济子系统和
社会子系统)。任继周等 [ 11, 12]认为, 草业系统存在3个
主要界面,即草丛- 地境界面、草地- 动物界面、草畜
- 经营管理界面,这3个界面将草业4个生产层[ 12]连缀
成完整的草业系统。我国目前已有许多草业系统评价
方法及评价指标可咨参考[ 13～15] ,但对整个系统的综合
分析与评价, 尚难找到完善的方法,特别是综合草业系
统当中的自然、经济与社会系统的可持续发展评价指
标研究尚少, 而能值理论在此领域却有一定的优势, 必
将开辟草业系统可持续性发展综合评价的先河。
3. 2. 3　草业生态经济系统能值分析的重要指标应包
括以下几方面:
3. 2. 3. 1　净能值产出率( NEYR)　为草业经济过程
产生的能值量与来自草业经济过程的反馈输入能值的
比值(反馈输入能值由燃料、劳务、货物等构成)。
　　NEYR= ( R+ N+ F) / F
这个指数表征了草业经济过程是否满足向草业经
济活动提供物质基础。通过比较净能值产出率, 可以更
好地了解某种草地资源的竞争能力和经济效益的大
253第3期 邓　波等:基于能值分析理论的草业生态经济系统可持续发展评价体系
小。如果 NEYR小,则说明这种草地资源的竞争力较
弱。开发时产生回报效益较低。反之, 竞争力强, 开发效
益较高。
3. 2. 3. 2　能值投资率( Ir)　为草业经济反馈能值与
环境投资能值的比率, 即
　　Ir= F/ I= F/ ( R+ N)。
能值投资率是衡量经济开发强度和反馈因子冲击
强度的重要指标。为了使草业生产过程更经济, 开发中
应该同其他竞争者具有相似的比率。如果草业系统的
运行主要依赖于本地资源, 则比率较小。当比其他竞争
者无偿从环境中获取较多能量时,这一比值也会较低。
然而,太低的能值投资率将不利于吸收外来资金,进而
影响草业资源的开发。当比值较大时,几乎所有的投资
都是有偿的, 价格上涨, 系统竞争力较低。这一指数大
小常受政治或社会经济因素的制约。
3. 2. 3. 3　输出反馈率( Fr )　是指草业经济输出能值
与经济反馈能值的比率, 即 Fr= O/ F。输出反馈率是
衡量经济效益的指标,也是传统经济学中的边际效益
指标。
3. 2. 3. 4　实际能值产出率(
r)　是指草业系统产出
能值与表观总能值的比率,即
r =
/ T e,实际能值产
出率反映的是系统竞争力(即草业系统优化性)。
实际能值产出率是衡量草业系统生产力的指标,
也是草业系统可持续发展的重要指标。草业的可持续
发展要求有一个持续的友好环境,更重要的是在此基
础上寻求持续的发展。所以实际能值产出率是草业持
续发展测度的重要指标之一。
3. 2. 3. 5　贮存能值变化( N c)　是系统运行一个过
程,贮存能值的增减量。贮存能值变化也是衡量可持续
发展的重要指标。它体现着持续发展的公平性原则, 特
别是代际之间的公平性。所以此项指标可对当前的草
地诸项保护政策起到重要的理论支持。
3. 2. 3. 6　环境负载率( ELR)　为草业系统内反馈的
和非更新的本地能值与无偿的环境能值(可更新资源
能值)之间的比值,即
　　ELR= ( F+ N) / R
如果是一个较大的比率数值,表明在草业系统中
存在高强度的能值利用,同时对草地环境系统保持着
较大的压力。ELR是对经济系统和社会系统的一种警
示,若草业系统长期处于较高的环境负载率,将产生不
可逆转的功能退化或丧失。从能值角度来看,草地系统
外界过度的能值输入以及高强度开发本地非更新资源
是引起草地环境系统恶化的主要原因之一。
3. 2. 3. 7　基于能值分析的可持续发展指数( EISD)
在 Odum 建议的能值分析指标体系当中。能值产出率
( EYR)用于评价系统的产出率, 环境负载率( ELR)用
于评价环境压力[ 6]。二者分别代表了草业系统可持续
发展性能评价的两个指标。但仅用这两项指标还不能
完成系统可持续发展性能的综合性评价。U lgiat i. S 和
Br own. M . T
[ 16]提出了能值可持续指标 ESI ( emergy
sustainable indices) ,定义为系统能值产出率与环境负
载率之比(即 EYR/ ELR)。并量化了 ESI 的标准, ESI
< 1为发达国家或地区, 1< ESI< 10为发展中国家或
地区。但 ESI 中忽略了两点内容:系统排出的废弃物
质和能量仍有其价值所在, 所以并非所有的系统产出
都是有益于人类的正效益产出,有的具有负的能值交
换率。即使相同的能值产出,在交易过程中受市场、文
化、伦理等的影响也具有不同的能值交换率( EER, 即
购买者获得的能值与购买者支付货币相当的能值之
比) ,从而对系统发展产生不同的影响。
社会经济发展要求系统能值产出收益要高, 即
EYR与 EER的乘积要高;而环境可持续则要求 ELR
要低。因 EYR、EER 与 ELR 间并无相关关系,可将三
者合并[ 6] ,得到一个可同时兼顾社会经济效益与生态
环境压力的系统的可持续发展性能复合评价指标——
能值指标( emergy index for sustainable development ,
EISD)。EISD值越高, 意味着单位环境压力下的社会
经济效益越高,系统的可持续发展性能越好。其数学表
达式[ 6]为:
　　EISD= EYR×EER / ELR
在草业系统优化分析中, 可引入经济学中的边际
效益分析法, 用能值扩大率( EAR)取代系统分析中的
EYR, 进行单位新增能值投入所引起的草业系统
EISD 变化分析:
　　△ EISD= EAR×EER / ELR
△ EISD 定义为评价系统可持续发展性能的能值
指标边际效益,单位新增能值投入所引起草业系统的
EISD 正向变化越大则表明引入的正效益越显著。
3. 3　可持续发展能值评价体系的应用
以评价草业系统可持续发展性能的能值指标
( EISD)为基本评价指标, 以净能值产出率 ( NEYR)、
能值投资率( Ir)、输出反馈率( F r)、实际能值产出率
(
r)、贮存能值变化( Nc)、环境负载率( ELR)以及评
价系统可持续发展性能的能值指标边际效益
(△EISD)等为内因分析辅助指标,在具体的草业系统
评价中可应用于两个方面:
3. 3. 1　用于产出相同的不同草业生态经济系统模式
间的横向比较研究。EISD 高的系统, 在可持续发展的
长远尺度上具竞争优势。
254 草　地　学　报 第12卷
3. 3. 2　对现存或新兴的草业生产系统模式进行纵向
优化评价。在草业生态经济系统原有基础上不断引进
新的技术创新组分,可提高能值扩大率;降低草业系统
对不可更新资源的依赖程度, 增加可更新资源利用能
力;提高草业系统产出能值的能值交换率, 提高单位环
境压力所换取的社会经济效益,实现草业生态经济系
统模式的优化。
4　结语
4. 1　能值分析的优点在于:可将草业环境要素纳入能
值计算范畴, 在评判指数中体现了环境及其服务功能
对于经济发展的贡献; 将各种要素(经济、资源、环境)
换算成统一的太阳能值单位, 避免了传统可持续发展
分析中各指标量纲不一,以及难以计算和比较的缺陷;
充分重视人的作用,将人的劳务纳入了能值计算过程。
所以将能值理论方法框架引入到草业生态系统分析当
中,可以综合衡量分析草地自然系统和人类社会经济
系统以及草地资源环境与经济活动的真实价值, 有助
于调整它们之间的关系,对草地资源的科学评价,草业
经济发展方针的制定,实施可持续发展战略及决策的
科学化,均具重要意义。
4. 2　能值分析提供了一种对草地生态经济系统演进
可持续性判定的新途径。在草业可持续发展评价体系
中,以能值指标( EISD)为基本评价指标, 以净能值产
出率( NEYR)、能值投资率( Ir )、输出反馈率( F r )、实
际能值产出率(
r)、贮存能值变化( Nc)、环境负载率
( ELR)以及评价系统可持续发展性能的能值指标边际
效益(△EISD)等为内因分析为辅助指标。但作为一种
评价草地可持续发展性能的新的途径, 能值分析也并
非完美无缺, 有许多问题亟待解决。例如, 在草业经济
系统异质性存在的情况下, 对于草地资源或产品使用
单一的转换率是缺乏准确性的。另外,可持续发展常受
到限制因子的制约(如荒漠草原的水资源) ,而能值分
析对限制因子关注不够;对系统的动态变化还缺乏完
善处理的手段。
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