全 文 ：中国生态农业学报 2009年 11月 第 17卷 第 6期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Nov. 2009, 17(6): 1252−1258


* 国家科技支撑计划项目(2006BAD05B10)资助
王闰平(1968~), 男, 汉族, 教授, 主要从事农业资源与生态研究。E-mail: wrp680712@163.com
收稿日期: 2008-11-04 接受日期: 2009-03-13
DOI: 10. 3724/SP.J.1011.2009.01252
山西省不同农业生态类型区能值比较研究*
王闰平 1,2 荣湘民 1 侯希红 2 高志强 3
(1. 湖南农业大学资源环境学院 长沙 410128; 2. 山西农业大学经济贸易学院 太谷 030801;
3. 山西农业大学农学院 太谷 030801)
摘 要 应用能值分析方法, 对山西省不同农业生态类型区的发展状况、生产效率和环境负荷进行比较分析
与评价。结果表明: 优等类型区能值投入总量较大, 集约化程度较高(能值功率密度 1.67E+12 sej·m−2), 但人
力能值投入过多(占能值投入总量的 70.62%), 工业辅助能值投入相对偏低, 制约了人力能值的发挥, 因而净
能值产出率低(0.70), 环境压力较大(9.33)。提高该类型区生产效率的途径在于转移农业剩余劳动力, 同时增加
工业辅助能、特别是高科技含量的工业辅助能的投入。中等类型区工业辅助能值(占能值投入总量的 23.36%)
与人力能值(占能值投入总量的 51.67%)配合较好, 能值产出总量大, 净能值产出率高(1.25), 农业生产效率较
高, 但仍需加强科技能值的投入, 以进一步提高系统效率。差等类型区环境条件恶劣, 农业生产经营方式粗放,
能值产出总量和生产效率都很低。如果该类型区能合理布局种植业、牧业、林业、渔业等生产功能区, 注意
规模化和集约化生产, 则农业生产效率可能会有新的提高。
关键词 山西省 农业生态类型区 能值分析 生产效率
中图分类号: Q148 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2009)06-1252-07
Emergy comparison for different agro-ecological regions in Shanxi Province
WANG Run-Ping1,2, RONG Xiang-Min1, HOU Xi-Hong2, GAO Zhi-Qiang3
(1. College of Resources and Environment, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China;
2. College of Economy and Trade, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, China; 3. College of Agriculture,
Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, China)
Abstract Based on emergy methods, we compared and evaluated development situation, production efficiency and environmental
loading of different agro-ecological regions in Shanxi Province. The results show that in the superior agro-ecological region, total
emergy input and intensive degree (empower density = 1.67E+12 sej·m−2) are high. However, human labor emergy is very high
(labor emergy ratio = 70.62%) and nonrenewable industry supplemental emergy input is low, restricting labor emergy action in the
region. Thus emergy yield ratio (EYR) is low (0.70) and environmental loading ratio (ELR) is high (9.33). One way to improve pro-
ductive efficiency in the superior agro-ecological region is transferring superfluous labor from agriculture to other industries while
increasing industry supplemental emergy input (especially high-tech industry supplemental emergy input). In the middlle
agro-ecological region, the combination of labor emergy (labor emergy ratio = 51.67%) and industry supplemental emergy (industry
supplemental emergy ratio = 23.36%) is better. Total emergy yield is high and so is EYR (1.25), showing a high agricultural produc-
tion efficiency. However, it is still necessary to reinforce high-tech industry supplemental emergy input in order to further improve
agro-ecosystem efficiency. In the inferior agro-ecological region, both total emergy yield and production efficiency are low since the
environment is poor and productive methods are highly rough. If agricultural productive areas are rearrange in the region, including
planting areas, forestry areas, livestock breeding areas, and fishing areas (with emphasis on dimension and concentrated production),
agricultural production efficiency in the region may improve anew.
Key words Shanxi Province, Agro-ecological region, Emergy analysis, Production efficiency
(Received Nov. 4, 2008; accepted March 13, 2009)
第 6期 王闰平等: 山西省不同农业生态类型区能值比较研究 1253


农业生态系统作为人类生存的最基本系统, 对
其结构和功能进行分析, 对资源环境价值进行评价
和量化, 有利于加强人们对农业资源环境的认识和
保护意识, 对于农业发展决策具有重要意义。由于
农业资源分布的不均匀性, 农业生态系统内客观存
在着不同的农业生态类型区。要使有关农业政策措
施更加切合实际, 更加科学合理, 就不能忽视不同
农业生态类型区的差异。山西省地处黄土高原东部,
人口稠密的 6大盆地(大同、朔州、忻定、太原、运
城、上党)的自然植被已基本为农耕作物所取代, 大
部分地区严重缺水 , 山区水土流失现象十分严重 ,
农业生态系统十分脆弱, 加之境内地貌复杂, 地形
起伏大, 南北跨度长, 因此农业生态类型区差异十
分明显。本文拟应用国际上日益广泛应用的能值分
析理论, 对山西省不同农业生态类型区的投入产出
状况、运行效率和环境负荷等问题进行比较分析 ,
以期为山西省农业发展决策提供科学依据, 同时为
解决黄土高原农业资源利用重大问题提供一个新的
理论视野。
能值分析理论与方法是美国著名生态学家、系
统能量分析先驱 Odum教授创立的[1−4]。能值分析方
法克服了传统经济分析与能量分析方法无法在统一
尺度上对不同质的资源价值进行量化计算的局限 ,
为量化分析自然及经济活动的产品和服务提供了一
个统一的衡量标准和方法体系, 广泛应用于对自然
生态系统、农业生态系统、工业生产系统、城市生
态系统, 以及区域生态系统发展现状和可持续性的
分析评价[5−8]。目前, 国内农业生态系统的能值研究
主要集中于全国尺度和省域尺度, 也有针对某些流
域和县市的研究 [9−12], 但对某一省域不同农业生态
类型区进行能值比较的研究还少见报道。本文针对
山西省不同农业生态类型区能值差异进行比较研
究, 旨在为该省农业宏观决策提供理论依据。
1 研究区域概况与研究方法
1.1 研究区概况
山西省位于太行山和黄河中游之间 (34°34.8′~
40°43.4′N, l10°14.6′~l14°34.4′E), 总面积 15.6 万
km2。该区总体上为山地高原地貌, 属温带大陆性季
风气候, 春季干旱, 夏季高温多雨, 秋季爽朗, 冬季
寒冷干燥, 年降水量 400~650 mm, ≥10 ℃年积温
3 000~4 000 ℃, 太阳辐射 4 900~6 000 MJ·m−2。全
省 80%以上的土地为山地丘陵, 水土流失严重, 水
资源短缺。除中南部盆地外, 土地质量一般都很差,
耕地普遍缺磷少氮, 土地生产力水平低, 在全国属
中等偏下水平。
山西地貌复杂多样, 土壤、水分、热量等因素
组合和土地生产能力的区域差异很大。根据赵艺学[13]
的研究, 山西省可分成 5 个农业生态类型区。该研
究是从区域生态脆弱性角度入手, 并考虑到其原始
值的可获得性及准确性, 选取了影响山西省农业生
态系统的 21 个影响因素(降水量、霜冻、冰雹、大
风、年均气温、≥10 ℃年积温、作物生育期平均水
分亏缺量、人均土地面积、作物单产、荒山荒地荒
坡面积、水浇(水田)地/旱地、土壤有机质含量、坡
耕地面积/耕地总面积、垦植指数、森林覆盖率、人
工草地面积、生物多样性、土壤侵蚀模数、水土保
持治理度、地面切割度、单位土地面积农业总产值),
应用专家评估法和均值处理法进行研究, 其结果基
本反映了山西省农业生态系统内部的区域差异性。
本研究以此分区结果为基础, 将 5 个类型区合并为
优、中、差 3 个等级, 极优和优秀类型区合并为优
等类型区, 较优类型区为中等类型区, 一般和较差
类型区合并为差等类型区。优等类型区主要分布在
晋南平川、汾河谷地、上党盆地等地区的中心地带,
包括万荣、清徐、长治等县市, 该类型区一般土地
肥沃, 交通方便, 生产发达, 人口稠密; 中等类型区
主要分布在朔州盆地、忻定盆地的中心地带及晋南
平川、汾河谷地、上党盆地等区域的边缘地带, 包
括原平、晋城、河津等县市, 该类型区一般土地资
源丰富, 而水资源不足, 土地生产能力属省内中等
水平; 差等类型区主要分布在东西山区, 特别是晋
西北山区, 包括石楼、大同、寿阳等县市, 该类型区
一般沟壑纵横, 地形高差大, 气温较低, 水、土、热配
合普遍不好。
本研究根据以上划分结果, 在 3 个类型区中分
别选取地理位置典型、农业发展水平适中的 3 个县
市作为不同类型区的典型代表进行能值比较分析。
它们分别是万荣县(优等类型区)、原平市(中等类型
区)、石楼县(差等类型区)。万荣县位于山西省运城
盆地(晋南)的中心地带, 地处黄河、汾河交汇处, 农
业用地面积 87 737 hm2, 从事农业人口 11.9万人。
境内东部为台状黄土高原, 西部为黄土谷地, 昼夜
温差大, 光照时间长, 年平均气温 11.8 ℃, 年降雨
量平均为 545.3 mm, 无霜期 190 d左右, 为产粮基地
县, 主产粮棉, 是优等类型区的典型代表。原平市地
处山西省北中部, 东临五台, 西靠宁武, 南与忻州、
定襄毗邻 , 北和代县、朔州接壤 , 农业用地面积
155 184 hm2, 从事农业人口 7.98万人。境内地域辽
阔 , 东部山区盛产水果 , 西部山区矿产丰富 , 中部
平川地带农牧条件较好, 年均气温 8 ℃左右, 年降
雨量 500 mm左右, 无霜期 160 d, 是中等类型区的
1254 中国生态农业学报 2009 第 17卷


典型代表。石楼县位于晋西吕梁山西麓, 黄河东岸,
农业用地面积 81 410 hm2, 从事农业人口 2.6万人。
境内地势东高西低, 东部、中南部为山地, 西部和北
部及城关一带均为黄土丘陵区, 全县山高坡陡, 沟
壑纵横, 自然条件恶劣, 年均气温 9.2 ℃, 年降雨量
550 mm, 无霜期 180 d, 是差等类型区的典型代表。
1.2 研究方法
本研究为区域农业生态系统能值分析, 其方法
是通过调查、测定、计算和文献搜索, 收集山西省
万荣县、原平市、石楼县 3 个不同农业生态类型区
典型县 2005年统计资料和其他相关材料[14,15], 将各
种物质和能量的投入换算成能值, 编制能值分析表,
建立能值指标体系, 分析比较山西省农业系统不同
生态类型区的发展现状, 并探讨山西省农业系统整
体发展策略。本研究所涉及的太阳能值转换率参照
Odum 及 Ulgiati 的文献[16−19], 能量折算系数参照骆
世明和严茂超的文献[20, 21]。
有关能值分析结果列于表 1~表 3。由于所选 3
个典型县市的农业用地面积不同, 而农业用地面积
又是影响系统能值流大小的重要因素, 考虑到指标
的可比性, 本文在对 3 个县市农业生态系统进行能
值比较分析时多采用各类资源能值的百分比及比率
指标, 而不使用能值的绝对值指标。换言之, 在系统
面积不同的情况下, 用绝对值指标难以比较出系统
的发展状况优劣和效率高低。
2 结果与分析
2.1 山西省不同农业生态类型区能值投入结构比较
能值投入结构分析有助于从整体上评价农业系
统的发展水平。由表 1、表 3可知, 山西省农业生态
系统主要的能值来源包括:可更新环境资源、不可更
新环境资源、不可更新辅助能、可更新辅助能等投
入能值。山西省万荣县、原平市、石楼县 3 个不同
农业生态类型区系统能值总流量分别为 1.77E+21
sej、1.62E+21 sej和 4.79E+20 sej。其中劳动力能值
投入分别占系统总能值流量的 70.62%、51.67%、
56.78%, 表明人力仍然是农业系统中的重要动力。
无偿环境资源能值分别占总能值流量的 8.40%、

表 1 不同农业生态类型区能值投入(2005)
Tab. 1 Emergy input of different agricultural ecological type regions in 2005
原始数据 Original data (J, g) 太阳能值 Solar emergy (sej) 项目
Item 万荣
Wanrong
原平
Yuanping
石楼
Shilou
能值转换率
Transformity
(sej·J−1, sej·g−1)
万荣
Wanrong
原平
Yuanping
石楼
Shilou
太阳能 Solar energy 2.92E+18 5.17E+18 2.71E+18 1.00E+00 2.92E+18 5.17E+18 2.71E+18
雨水势能 Rain geo-potential 1.14E+15 1.76E+15 9.41E+14 1.76E+04 2.01E+19 3.10E+19 1.66E+19
雨水化学能 Rain chemical potential 2.30E+15 3.54E+15 1.90E+15 3.05E+04 7.02E+19 1.08E+20 5.80E+19
风能 Wind energy 2.30E+15 4.07E+15 2.13E+15 2.45E+03 5.64E+18 9.97E+18 5.22E+18
地球循环 Earth cycle 1.27E+15 2.25E+15 1.18E+15 5.80E+04 7.37E+19 1.31E+20 6.84E+19
可更新环境能值
Renewable environmental emergy
1.44E+20 2.38E+20 1.26E+20
表土层损失 Topsoil loss 3.80E+13 7.95E+13 2.90E+13 1.24E+05 4.71E+18 9.86E+18 3.60E+18
不可更新环境能值
Nonrenewable environmental emergy
4.71E+18 9.86E+18 3.60E+18
总环境能值
Total environmental emergy
1.49E+20 2.48E+20 1.30E+20
电力 Electricity 5.95E+14 1.51E+14 2.47E+13 2.91E+05 1.73E+20 4.39E+19 7.19E+18
化肥 Chemical fertilizer (g) 2.85E+10 8.50E+10 9.18E+09 4.70E+09 1.34E+20 4.00E+20 4.31E+19
农药 Pesticide (g) 9.41E+07 1.19E+08 2.44E+07 2.72E+09 2.56E+17 3.24E+17 6.64E+16
机械动力 Machine power 6.53E+13 3.05E+13 3.79E+12 1.11E+05 7.25E+18 3.39E+18 4.21E+17
塑料薄膜 Plastic film (g) 5.81E+08 2.40E+08 1.63E+07 6.38E+08 3.71E+17 1.53E+17 1.04E+16
劳动力 Labor (90%) 1.76E+15 1.18E+15 3.84E+14 6.38E+05 1.12E+21 7.53E+20 2.45E+20
不可更新辅助能值
Nonrenewable supplemental emergy
1.44E+21 1.20E+21 2.96E+20
灌溉用水 Irrigating water 1.90E+14 1.84E+14 8.61E+12 6.89E+04 1.31E+19 1.27E+19 5.93E+17
劳动力 Labor (10%) 1.96E+14 1.31E+14 4.27E+13 6.38E+05 1.25E+20 8.36E+19 2.73E+19
畜力 Livestock 1.23E+14 1.18E+14 3.76E+13 2.45E+05 3.01E+19 2.89E+19 9.21E+18
有机肥 Organic manure (g) 4.02E+11 5.58E+11 1.30E+11 4.54E+06 1.83E+18 2.53E+18 5.90E+17
种子 Seeds 4.90E+13 7.86E+13 4.51E+13 3.36E+05 1.65E+19 2.64E+19 1.52E+19
可更新辅助能值
Renewable supplemental emergy
1.87E+20 1.67E+20 5.28E+19
总辅助能值投入
Total supplemental emergy
1.63E+21 1.37E+21 3.49E+20
总能值投入 Total emergy input 1.77E+21 1.62E+21 4.79E+20
第 6期 王闰平等: 山西省不同农业生态类型区能值比较研究 1255


15.30%、27.06%。无偿环境资源能值和劳动力有机
辅助能值二者合计占系统总能值流量的 66%~83%,
说明山西省农业仍然处于主要依赖天然环境资源和
人力有机能的传统农业阶段。差等类型区的石楼县
对环境资源的依赖性最大, 环境贡献率达 27.06%,
体现了该类型区由于环境恶劣, 地广人稀, 导致农
业生产广种薄收的特点; 优等类型区的万荣县对人
力的依赖性最大, 劳动力能值比重达 70.62%, 体现
了该类型区土地肥沃, 人口稠密, 农业生产精耕细
作的特点; 而中等类型区的原平市对环境资源和人
力的依赖程度均处于中等水平。
万荣县、原平市、石楼县农业系统不可更新辅
助能值分别占系统总能值流量的 81.36%、74.07%、
61.80%。其中工业辅助能的投入主要是化肥, 分别
占系统总能值流量的 7.57%、24.69%、9.00%, 机械、
电力能值投入较小。机械能值投入分别仅占系统总
能值流量的 0.41%、0.21%、0.09%, 机械化程度极
低, 这与山西省农地破碎化程度较高有关, 而过多
的农业劳动力也对农业机械的使用形成了一定的排
斥作用。相比而言, 优等类型区的万荣县电力能值
投入最大, 占系统总能值流量的比重达 9.77%, 这
主要是由于该类型区农地灌溉面积比重(30%)较大,
因而耗电较多; 中等类型区的原平市化肥能值投入
最大, 占系统总能值流量的比重达 24.69%, 说明施
用化肥是该类型区提高农业产量的重要手段; 而差
等类型区的石楼县机械、电力、化肥能值的投入均
较小, 基本上仍处于靠天吃饭的状态。
2.2 山西省不同农业生态类型区能值产出结构比较
能值产出结构分析有助于从整体上评价特定区
域农业系统内种植业、牧业、林业、渔业各业的发
展优势。由表 2 可知, 万荣县、原平市、石楼县农
业系统能值产出总量分别为 1.14E+21 sej、1.71E+
21 sej、3.26E+20 sej。万荣县种植业、牧业、林业、
渔业各业的能值产出分别占系统总能值产出的
61.14%、33.25%、5.50%、0.25%, 原平市分别为
34.80%、61.40%、3.43%、0.36%, 石楼县分别为
54.91%、28.50%、16.41%、0.07%, 可见各类型区种
植业、畜牧业能值比重普遍较大, 林业、渔业能值
比重普遍很小, 说明山西省农业的主导产业仍是种
植业、畜牧业。其中处于雁门关生态畜牧经济区(山
西省北中部地带)的原平市牧业能值比重最高 , 为
61.40%, 说明生态畜牧经济区的建设在有关政策的
作用下已经取得显著成效。而种植业能值对位于山
西省西南部的万荣县的贡献率最大, 为 61.14%, 说
明优等类型区的种植业发展具有优势。实际上, 晋
南平川、汾河谷地、上党盆地等地区的中心地带历
来就是山西省的粮食主产区, 粮食、蔬菜水果的产
量普遍较高。处于山西省西部山区的石楼县种植业
能值比重也很大 , 为 54.91%, 但能值产出总量小 ,
贡献较大的作物主要是豆类、谷子等杂粮作物和油
料作物, 小麦、水果、蔬菜等作物的贡献则很小, 体
现了该类型区农业环境条件恶劣的实际状况。

表 2 不同农业生态类型区能值产出(2005 年)
Tab. 2 Emergy output of different agricultural ecological type regions in 2005
原始数据 Original data (J) 太阳能值 Solar emergy (sej) 项目
Item 万荣
Wanrong
原平
Yuanping
石楼
Shilou
能值转换率
Transformity
(sej·J−1)
万荣
Wanrong
原平
Yuanping
石楼
Shilou
小麦 Wheat 7.62E+14 1.78E+13 7.50E+12 1.56E+05 1.19E+20 2.78E+18 1.17E+18
玉米 Corn 7.20E+14 3.10E+15 1.24E+14 1.43E+05 1.03E+20 4.43E+20 1.77E+19
大豆 Bean 4.42E+13 1.26E+13 3.11E+13 1.16E+06 5.13E+19 1.46E+19 3.61E+19
棉花 Cotton 2.44E+13 — — 1.44E+06 3.51E+19
薯类 Tubers 1.83E+13 1.07E+13 5.13E+12 2.60E+05 4.76E+18 2.78E+18 1.33E+18
杂粮 Sundry grain 4.21E+13 1.44E+14 6.32E+13 1.39E+05 5.85E+18 2.00E+19 8.78E+18
油料 Oil-bearing crop 1.10E+14 7.28E+13 9.22E+13 1.16E+06 1.28E+20 8.44E+19 1.07E+20
水果 Fruit 6.32E+14 6.15E+13 1.79E+13 3.81E+05 2.41E+20 2.34E+19 6.82E+18
蔬菜 Vegetable 2.19E+14 8.14E+13 1.24E+13 4.54E+04 9.94E+18 3.70E+18 5.63E+17
种植业小计 Total planting 6.97E+20 5.95E+20 1.79E+20
肉类 Meat 7.65E+13 1.66E+14 2.20E+13 3.36E+06 2.57E+20 5.58E+20 7.39E+19
奶类 Milk 1.49E+13 3.00E+13 — 2.87E+06 4.28E+19 8.61E+19
蛋类 Egg 2.35E+13 1.22E+14 5.66E+12 3.36E+06 7.90E+19 4.10E+20 1.90E+19
畜牧业小计 Total stockbreeding 3.79E+20 1.05E+21 9.29E+19
木材 Wood 1.07E+15 1.00E+15 9.13E+14 5.86E+04 6.27E+19 5.86E+19 5.35E+19
林业小计 Total forestry 6.27E+19 5.86E+19 5.35E+19
水产品 Aquatic product 8.51E+11 1.85E+12 6.48E+10 3.36E+06 2.86E+18 6.22E+18 2.18E+17
渔业小计 Total fishery 2.86E+18 6.22E+18 2.18E+17
总能值产出 Total emergy yield 1.14E+21 1.71E+21 3.26E+20
1256 中国生态农业学报 2009 第 17卷


2.3 山西省不同农业生态类型区净能值产出率比较
净能值产出率(EYR)是农业系统中的能值产出
与来自人类经济系统的能值(辅助能值)的比值, 反
映农业系统整体的回报效率, 表征经济活动的竞争
能力[1]。净能值产出率越高, 说明经济效益越高, 系
统竞争力越强。由表 3 可知, 万荣县、原平市、石
楼县农业系统净能值产出率分别为 0.70、1.25、0.93。
优等类型区的万荣县净能值产出率最低, 说明农业
系统整体的回报效率低下, 系统没有竞争力。这主
要是因为该类型区人口密集, 系统投入了大量的具
有高能值的劳动力, 但由于科技投入水平低, 大量
人力能值的投入并没有转化为更高的能值产出。雨
热条件配合不好 , 农地灌溉比重大(30%)也提高了
农业生产成本, 削弱了系统的竞争力。由于该类型
区是山西省农业的主产区, 因而也代表了山西省农
业整体生产成本较高, 竞争力差的特点。中等类型
区的原平市净能值产出率最高, 超过 1, 说明系统产
出的能值在补偿投入的辅助能值后仍有盈余, 回报
效率高, 系统竞争力较强。其原因在于该类型区劳
动力有机能投入相对较低, 工业辅助能投入相对较
高, 二者配合得当, 加之高能值的畜牧业产出比重
较大, 因而在降低辅助能值投入总量的情况下, 维
持了较高的能值产出水平。差等类型区的石楼县尽
管地广人稀, 但净能值产出率仍低于 1, 主要是由于
该类型区自然条件恶劣, 农业生产粗放经营, 因而
效益低下。
2.4 山西省不同农业生态类型区能值投资率比较
能值投资率(EIR)等于人类经济系统投入(反馈)
的能值与自然环境资源输入生产过程的能值之
比[1]。前者如机械、电力、化肥和劳务等, 均需花钱
购买, 故称为“购买能值”; 后者来自自然界无偿投
入, 称为“无偿能值”, 包括土地、矿藏等不可更新资
源和太阳光、风、雨等可更新环境资源。该指标反
映系统的开发程度及对环境资源的利用程度。不发

表 3 不同农业生态类型区能值指标体系(2005)
Tab. 3 Emergy indexes system of different agricultural ecological type regions in 2005
能值指标
Index of emergy
表达式
Expression
万荣
Wanrong
原平
Yuanping
石楼
Shilou
能值投入总量 Total emergy input (sej) T 1.77E+21 1.62E+21 4.79E+20
能值自给率 Emergy self-support ratio (R+N)/T 8.40% 15.30% 27.06%
可更新环境能值比重 Renewable environmental emergy ratio R/T 8.14% 14.69% 26.30%
不可更新环境能值比重 Nonrenewable environmental emergy ratio N/T 0.27% 0.61% 0.75%
购买能值比重 Purchased emergy ratio (F+R1)/T 91.92% 84.38% 72.82%
不可更新辅助能值比重 Nonrenewable supplemental emergy ratio F/T 81.36% 74.07% 61.80%
电力能值比重 Electric power emergy ratio E/T 9.77% 2.71% 1.50%
机械能值比重 Machine power emergy ratio M/T 0.41% 0.21% 0.09%
化肥能值比重 Chemical fertilizer emergy ratio C/T 7.57% 24.69% 9.00%
可更新辅助能值比重 Renewable supplemental emergy ratio R1/T 10.56% 10.31% 11.02%
劳动力能值比重 Labor emergy ratio L/T 70.62% 51.67% 56.78%
能值产出总量 Total emergy yield (sej) Y 1.14E+21 1.71E+21 3.26E+20
种植业能值/总能值产出 Planting emergy/total emergy yield Y1/Y 61.14% 34.80% 54.91%
畜牧业能值/总能值产出 Stockbreeding emergy/total emergy yield Y2/Y 33.25% 61.40% 28.50%
林业能值/总能值产出 Forestry emergy/total emergy yield Y3/Y 5.50% 3.43% 16.41%
渔业能值/总能值产出 Fishery emergy/total emergy yield Y4/Y 0.25% 0.36% 0.07%
净能值产出率 Net emergy yield ratio (EYR) Y/(F+R1) 0.70 1.25 0.93
能值投资率 Emergy investment ratio (F+R1)/(R+N) 6.94 5.52 2.69
能值功率密度 Empower density (sej·m−2) T/A 1.67E+12 9.93E+11 5.49E+11
人均能值投入量 Emergy input per capita (sej) T/P 1.49E+16 2.03E+16 1.85E+16
人均能值产出量 Emergy yield per capita (sej) Y/P 9.57E+15 2.14E+16 1.26E+16
环境负载率 Environmental loading ratio (ELR) (F+R1+N)/R 9.33 5.79 2.80
可持续发展指数 Emergy sustainability index (ESI) EYR/ELR 0.06 0.22 0.33
T、R、N、F、R1、E、M、C、L、Y、Y1、Y2、Y3、Y4分别表示总能值投入、可更新环境能值、不可更新环境能值、不可更新辅助能值、
可更新辅助能值、电力能值、机械能值、化肥能值、劳动力能值、总能值产出、种植业能值、畜牧业能值、林业能值、渔业能值; A为农业区
面积, P为从事第一产业人口。T, R, N, F, R1, E, M, C, L, Y, Y1, Y2, Y3, Y4 show total emergy input, renewable environmental emergy, nonrenewable
environmental emergy, nonrenewable supplemental emergy, renewable supplemental emergy, electric power emergy, machine power emergy, chemi-
cal fertilizer emergy, labor emergy, total emergy yield, planting emergy, stockbreeding emergy, forestry emergy, fishery emergy. A is agriculture field
area. P is the total worker of the first industry.
第 6期 王闰平等: 山西省不同农业生态类型区能值比较研究 1257


达系统往往更多依赖无偿环境资源能值, 而需支付
货币的购买能值投入较少, 故系统的能值成本和投
资率都较低, 在以能值为通用货币的前提下, 这将
有利于市场竞争, 但能值投资率过低又会影响环境
资源的利用效率。从表 3 可知, 山西省万荣县、原
平市、石楼县农业系统能值投资率分别为 6.94、5.52、
2.69, 万荣县＞原平市＞石楼县 , 说明万荣县类型
区的农业能值成本相对较高 (人力能值投入过多 ),
这在科技水平不高、能值产出增幅不大的情况下 ,
必然削弱其系统的竞争力(表现为净能值产出率最
低)。但与发达国家相比(资源利用程度较高的意大利
1989 年该指标达到 8.52)[22−24], 山西省农业能值投
入的整体水平较低 , 对环境资源的利用效率较低 ,
农业系统相对不发达, 因此对山西省农业而言, 加
大购买能值、特别是高科技含量的辅助能值的投入,
有利于更有效地利用农业资源。
2.5 山西省不同农业生态类型区能值利用水平比较
能值功率密度、人均能值用量、人均能值产出
率三者结合可以反映一个地区农业系统的集约化程
度和生产效率。能值功率密度是指某一区域经济活
动在单位时间内使用的总能值与区域面积的比值 ,
表征能值使用的集约情形[1]。由表 3可知, 万荣县、
原平市、石楼县农业系统能值功率密度分别为 1.67E+
12 sej·m−2、9.93E+11 sej·m−2、5.49E+11 sej·m−2, 万
荣县能值功率密度最高, 说明万荣县农业集约化程
度较高。但人均能值投入量(1.49E+16 sej)和产出量
(9.57E+15 sej)均较低, 甚至低于工业辅助能值最低
的石楼县, 说明该类型区存在较多的农业剩余劳动
力, 因而摊平了人均指标, 影响了生产效率。石楼县
虽然人均能值投入量较高(1.85E+16 sej), 但由于地
广人稀, 能值功率密度居于最低, 表明该类型区农
业集约化程度最低。由于该类型区广泛存在粗放经
营、广种薄收的生产方式, 所以尽管从事农业的人
口不多 , 但人均能值产出量并不高 (1.26E+16 sej),
农业生产效率低下。原平市能值功率密度和人均能
值投入量均属中等水平, 但该类型区自然资源和经
济辅助能值投入配合较好 , 人均能值产出量最高 ,
达 2.14E+16 sej, 因而农业系统整体运行效率较高。
2.6 环境负载率与可持续发展指数比较
环境负载率(ELR)是经济投入能值加上不可更
新环境资源能值的总和与可更新环境资源能值的比
值, 它反映现行生活水准下, 可更新环境资源负载
压力的大小[1]。在一定条件下, 能值投资率越高, 环
境资源的利用率越高, 农产品产量增加的幅度越大,
环境负载率也越大。由表 3可知, 万荣县、原平市、
石楼县农业系统环境负载率分别为 9.33、5.79、2.80,
优等类型区的万荣县指数最高, 可见该类型区由于
主要依靠大量高能值的人力投入来获得产量的提高,
对环境资源的利用程度最高, 同时对环境的压力也
最大, 原平市、石楼县则因为低投资率而对环境的
压力较小。与此相反, 3个不同农业类型区系统可持
续发展指数依次为 0.06、0.22、0.33, 万荣县最低, 原
平市、石楼县则较高。可持续发展指数(ESI)为净能
值产出率与环境负载率的比值, 其值越低, 系统的
可持续性能越差[1]。可见人口稠密的万荣县类型区
可持续发展性能较差。农业人口较少的石楼县类型
区可持续发展指数最高, 可持续发展性能较好, 但
这是建立在低效率基础上的可持续发展。山西省农
业如果能在现有环境负载率水平下通过科技投入提
高系统的净能值产出率, 可持续发展性能将会得到
改善。事实上, 山西省农业系统环境负载率还远低
于一些发达国家的水平(如意大利 1989 年为 10.03,
日本 1990 年为 14.49)[22−24], 农业发展的空间还
很大。
3 结论与讨论
山西省农业仍然处于主要依赖天然环境能值和
人力有机能值的传统农业阶段, 这也是黄土高原省
份农业发展的共同特点。与发达国家和发达地区相
比, 山西省农业能值投入的整体水平较低, 对环境
资源的利用效率较低, 农业系统相对不发达。在此
情况下, 单纯依靠人力能值的大量投入不可能有效
提高农业系统生产效率(如万荣县类型区), 反而可
能因系统无法消化过多的劳动力而导致系统竞争力
的下降; 而单纯依靠大量增加不可更新的工业辅助
能值(如化肥能值), 必然加速损害土壤的理化性质,
同时加大对环境的污染, 损害系统的可持续发展性
能, 也不可能从根本上提高农业系统生产效率。只
有适当控制人力能值的投入, 同时配合以相应的工
业辅助能值、特别是高科技含量的辅助能值, 二者
配合得当(如原平市类型区), 才能产生较高的农业
生产效率, 这是整个山西省农业未来发展的方向。
山西省不同农业生态类型区的能值流量差异很
大, 应当有针对性地采取不同的农业政策措施。差
等类型区(如石楼县)由于沟壑纵横, 地形高差大, 气
温较低, 水、土、热配合普遍不好, 加之地广人稀,
农业生产经营方式粗放, 能值产出总量和生产效率
都很低。如果该类型区能因地制宜、合理布局种植
业、牧业、林业、渔业等生产功能区, 注意规模化
和集约化生产及自然资源和人工辅助能源的高效利
用, 则农业生产效率可能会有新的提高。优等类型
区(如万荣县)尽管处于河谷中心地带, 土地肥沃, 自
1258 中国生态农业学报 2009 第 17卷


然环境条件优越, 系统能值产出总量很高, 但由于
人口稠密, 农业系统存在较多的剩余劳动力, 加之
工业辅助能值投入相对偏低, 制约了人力能值的发
挥, 因而农业生产效率反而较低, 没有竞争力。提高
该类型区农业生产效率的出路在于转移农业剩余劳
动力, 同时增加工业辅助能、特别是高科技含量的
工业辅助能的投入。中等类型区(如原平市)环境条件
和人口密度适中 , 自然资源和经济辅助能值投入
配合较好, 农业生产效率较高, 但仍需加强科技能
值的投入, 以进一步提高系统效率。以上 3 种农业
生态类型区的特点在黄土高原区域具有一定代
表性。
山西省不同区域的农业发展优势差异明显, 山
西北中部地带(原平市所在区域, 包括朔州盆地、忻
定盆地等地区)牧业资源丰富, 畜牧业能值比重很高,
优势明显, 今后应使相关产业进一步向优势区集中,
逐步形成专业化、规模化、标准化、产业化、社会
化的优质畜产品生产基地。山西中南部地带(万荣县
所在区域, 包括汾河谷地、运城盆地、上党盆地等
地区)农业生产条件总体较好(属优等和中等类型区),
粮食、水果、蔬菜产量大, 种植业能值比重较高, 今
后应发展为优质粮果菜生产基地。山西东西两山和
晋西北地带(属差等类型区)地广人稀, 自然条件恶
劣, 仅适于杂粮作物、油料作物和少量干果的生产,
可在集约经营前提下, 发展为杂粮干果生产区, 同
时保护好现有林草资源, 以维护生态平衡。
能值分析把环境资源价值和经济资源价值均作
定量化处理, 从而阐明自然环境资源与经济的本质
关系, 这是以往单纯能量分析和经济分析所不能达
到的, 对改变人们长期以来忽视环境资源价值贡献
的不正确观念具有重要意义, 特别是对研究黄土高
原地区的农业资源利用问题更具有指导意义。本文
仅对山西省不同农业生态类型区进行了能值比较分
析, 今后还有待进行更深层次和更大范围的研究。
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