基于能值的科爾沁沙地不同農(nóng)牧比例村落發(fā)展可持續(xù)性對(duì)比

　　摘要：為評(píng)估和比較科爾沁沙地不同生產(chǎn)經(jīng)營模式自然村落的發(fā)展可持續(xù)性，通過能值分析方法，定量分析了分別以種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)為主的2個(gè)自然村落的能值投入與產(chǎn)出情況，建立能值分析指標(biāo)體系，對(duì)2種模式系統(tǒng)的可持續(xù)性進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明：在資源投入方面，村落外部輔助能約占總能值投入的39.17%，說明2種生產(chǎn)經(jīng)營模式對(duì)外部資源依賴較小，能值自給率高；在以種植業(yè)為主的系統(tǒng)內(nèi)，不可更新資源占比大于可更新資源，而以畜牧業(yè)為主的系統(tǒng)內(nèi)部則相反。這說明，以畜牧業(yè)為主發(fā)展模式的環(huán)境承載率低于以種植業(yè)為主的發(fā)展模式；以畜牧業(yè)為主的生產(chǎn)系統(tǒng)凈能值產(chǎn)出率大于以種植業(yè)為主的生產(chǎn)系統(tǒng)，說明在該區(qū)域畜牧業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)具有低投入、高產(chǎn)出的特點(diǎn)，而種植業(yè)則具有高投入、低產(chǎn)出特點(diǎn)；2種模式的可持續(xù)指數(shù)均小于1，說明科爾沁沙地農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展能力低。以畜牧業(yè)為主的村落可持續(xù)性發(fā)展指數(shù)大于以種植業(yè)為主的村落，說明以養(yǎng)殖業(yè)為主具有良好的自組織性和穩(wěn)定性，這為科爾沁沙地農(nóng)村生態(tài)-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供參考案例。

　　關(guān)鍵詞：科爾沁沙地；農(nóng)牧比例；村落；能值分析；可持續(xù)性

　　0引言

　　科爾沁沙地是傳統(tǒng)的畜牧業(yè)基地，曾經(jīng)植被茂密，發(fā)育著北方獨(dú)特的沙地疏林草原［1］。近百年來，人類不合理的過度利用，使該區(qū)域的原生植被遭到嚴(yán)重破壞，土地沙化和生態(tài)退化問題突出。超載放牧和草原開墾一直被認(rèn)為是科爾沁沙地生態(tài)退化的主要誘因［2-4］。傳統(tǒng)上，科爾沁沙地住民的生產(chǎn)方式以放牧為主，然而近幾十年來隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及人們追逐更大經(jīng)濟(jì)效益的驅(qū)動(dòng)，傳統(tǒng)的放牧業(yè)逐漸被農(nóng)耕業(yè)取代，逐步形成了放牧和農(nóng)耕并行的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)［5］。與此同時(shí)，由于農(nóng)耕業(yè)擴(kuò)張擠占了放牧業(yè)的發(fā)展空間和資源，造成嚴(yán)重的超載放牧和水資源短缺等生態(tài)問題，引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注［6-7］。盡管近些年在該區(qū)域逐步實(shí)施退耕還林還草、糧改飼、種養(yǎng)結(jié)合等相關(guān)措施，以期改變農(nóng)牧業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)生態(tài)保護(hù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展［8-12］。但是由于生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展問題具有綜合性與復(fù)雜性的特點(diǎn)，究竟是“多種糧”或是“多放羊”有利于區(qū)域生態(tài)-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，尚需進(jìn)行客觀的評(píng)價(jià)。

　　1研究區(qū)概況與研究方法

　　1.1研究區(qū)概況

　　科爾沁沙地位于東北部西遼河沖積-湖積平原地區(qū)，處于內(nèi)蒙古高原向東北平原的過渡地帶。該區(qū)屬于溫帶半干旱大陸性氣候，年平均氣溫5.8—6.4°C，≥10°C的積溫3000—3200°C，無霜期140—160d。年降水量343—451mm，其中70%集中于夏季。年蒸發(fā)量1500—2500mm，干燥系數(shù)1.0—1.8。年平均風(fēng)速3.5—4.5m·s-1，春季平均風(fēng)速4.2—5.9m·s-1，每年風(fēng)速≥5m·s-1的侵蝕風(fēng)日數(shù)210—310d，風(fēng)速≥17m·s-1的大風(fēng)日數(shù)25—40d，其中沙塵暴天氣10—15d，主要出現(xiàn)在春季［1，27］。地表水系主要是西遼河水系，主要河流有希拉木倫河、老哈河、教來河、烏爾吉木倫河等，目前絕大多數(shù)河流均已干涸。大部分地區(qū)地下水位較淺，埋深2—10m，是目前生活、生產(chǎn)的主要水源［28］。

　　1.2研究方法

　　1.2.1調(diào)查對(duì)象

　　根據(jù)研究區(qū)自然村落的農(nóng)牧業(yè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在科爾沁沙地中部的奈曼旗選擇一個(gè)主要經(jīng)營種植業(yè)的自然村落（昂乃村，42°34′—42°40′N、120°05′—120°65′E）和一個(gè)主要經(jīng)營養(yǎng)殖業(yè)的自然村落（滿都拉乎村，42°06′—42.11′N、120°73′—120°79′E），2個(gè)調(diào)查村之間距離約10km（圖1）。昂乃村總面積為1604.34hm2，共有農(nóng)戶211戶，723人?，F(xiàn)有耕地面積579.74hm2，草地面積661.15hm2，林地面積155.15hm2，其他用地面積208.31hm2。人均耕地、草地、林地面積分別為0.8、0.91、0.21hm2。滿都拉乎村總面積1759.45hm2，共有農(nóng)戶98戶，210人，現(xiàn)有耕地216.7hm2，草地1708.85hm2，人均耕地、草地、林地面積分別為1.03、7.03、0.26hm2。昂乃村種植的作物以玉米為主，種植面積約445.67hm2，同時(shí)種植少量青貯飼草，面積約為134.07hm2。全村共養(yǎng)殖家畜588頭（只），人均約0.81頭（只）。滿都拉乎村種植玉米191.4hm2，青貯飼料作物17.96hm2，人均分別占0.91hm2和0.09hm2，養(yǎng)殖家畜1210頭（只），人均約5.76頭（只）。

　　1.2.2資料收集、繪制系統(tǒng)能值分析語言

　　2020年4—8月，開展入戶調(diào)研和土地利用類型勘測，收集2個(gè)村落的氣候、地理、資源、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)資料，分析村落農(nóng)業(yè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的投入產(chǎn)出指標(biāo)和能量流動(dòng)，構(gòu)建基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫（圖2）。使用能量系統(tǒng)語言繪制系統(tǒng)能值圖，將投入資源分為可更新環(huán)境資源（R，包括太陽能、風(fēng)能、雨水勢能和化學(xué)能）、不可更新環(huán)境資源（N，主要包括灌溉水和表土流失等）、可更新有機(jī)輔助能（R1，主要包括種子、牲畜、勞力、有機(jī)肥等）和不可更新輔助能（F，主要包括電力、機(jī)械、柴油、化肥等）4種類型。村落農(nóng)業(yè)系統(tǒng)輸出能值則包括玉米籽粒、玉米秸稈、牛羊、禽肉蛋等。由于研究區(qū)屬于沙化地區(qū)，降塵的輸入導(dǎo)致區(qū)域?yàn)楸硗猎黾拥膮R區(qū)，但同時(shí)風(fēng)蝕帶走的表土又使該區(qū)域成為表土的源區(qū)，且降塵量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于風(fēng)蝕量［31］，因此研究只重點(diǎn)分析表土損失量。此外，研究區(qū)農(nóng)藥和獸藥投入很少，故未計(jì)算農(nóng)藥投入。

　　2結(jié)果與分析

　　2.1村落系統(tǒng)能值投入結(jié)構(gòu)對(duì)比

　　2.1.1環(huán)境資源能值投入對(duì)比

　　在研究區(qū)自然村落系統(tǒng)中，自然資源投入包括可更新和不可更新資源，其投入比例反映系統(tǒng)內(nèi)自然資源的占有和利用情況。由表2可以看出，種植業(yè)為主（昂乃村）和養(yǎng)殖業(yè)為主（滿都拉乎村）的自然村落環(huán)境資源能值投入分別為5.33×1015、1.07×1016sej·hm-2，分別占總能值投入的62.67%、70.18%?？筛沦Y源能值投入占自然資源能值投入的2.71%、1.39%，其中雨水化學(xué)能分別占2個(gè)村落可更新資源能值的81.89%（昂乃村）和86.06%（滿都拉乎村），說明雨水在該區(qū)域生態(tài)-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中發(fā)揮了重要的作用。同時(shí)，表土損失均占2個(gè)村落不可更新資源投入的99%以上，說明表土流失是該地區(qū)生態(tài)-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中不可更新資源能值投入的主要因素。此外，由于以種植業(yè)為主的村落需要抽取較多地下水進(jìn)行灌溉，昂乃村的地下水投入能值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于滿都拉乎地下水投入能值。

　　2.1.2輔助能值投入對(duì)比

　　村落系統(tǒng)對(duì)外部資源的依賴程度由可更新有機(jī)能值投入（R1）和不可更新工業(yè)輔助能（F）的比值來反映。種植業(yè)為主（昂乃村）和養(yǎng)殖業(yè)為主（滿都拉乎村）的村落輔助能值投入分別占總能值投入的39.17%、30.22%（表3）。2個(gè)村落的不可更新工業(yè)輔助能占輔助能值投入比例分別為54.84%（昂乃村）、21.85%（滿都拉乎村），其中電力、化肥和飼料投入比例較大，分別占不可更新工業(yè)輔助能的11.53%、72.84%、12.89%（昂乃村），6.69%、42.27%、47.63%（滿都拉乎村）；可更新輔助能分別占45.16%（昂乃村）和78.15%（滿都拉乎村）。其中，昂乃村勞力投入最大，占工業(yè)輔助能的18.71%，說明該區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化水平較低，需要投入大量勞力，而滿都拉乎村則是牲畜（牛和羊）的投入比較大，占工業(yè)輔助能的70%左右。其中，昂乃村以種植業(yè)為主，而滿都拉乎村則以畜牧業(yè)為主，需要投入大量的牲畜和飼料。

　　2.2村落系統(tǒng)能值產(chǎn)出結(jié)構(gòu)對(duì)比

　　2個(gè)村落系統(tǒng)內(nèi)的能值產(chǎn)出主要分為作物籽粒、作物秸稈、畜牧產(chǎn)品和禽肉產(chǎn)品（表4）。昂乃村和滿都拉乎村總能值產(chǎn)出分別為6.68×1015、8.45×1015sej·hm-2。其中，昂乃村產(chǎn)出以玉米為主，占總產(chǎn)出的75.35%，滿都拉乎村以牛產(chǎn)品為主，占比為52.65%。

　　3討論與結(jié)論

　　科爾沁沙地是北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的典型代表區(qū)，不同農(nóng)牧業(yè)比重的經(jīng)營模式在能值結(jié)構(gòu)投入上既有相似之處，又存在一定差異。本研究中不論以種植業(yè)為主還是以養(yǎng)殖業(yè)為主的村落，輔助能值的投入占比都遠(yuǎn)大于環(huán)境資源的能值投入。其中不可更新工業(yè)輔助能投入都以化肥和飼料為主，可更新有機(jī)能則有不同的表現(xiàn)，以種植業(yè)為主的昂乃村以勞力為主，占輔助能的18.7%；以養(yǎng)殖業(yè)為主的滿都拉乎村以牲畜投入為主，牛和羊的總投入約占輔助能的70%。以種植業(yè)為主的昂乃村的總能值投入中不可更新能值占80.66%，說明該村玉米種植系統(tǒng)對(duì)不可更新資源的依賴程度大于可更新資源，例如大量的化肥和灌溉水的投入勢必會(huì)造成水資源浪費(fèi)和土壤污染等環(huán)境問題，這與鄧健等［24］在黃土高原典型流域得出的結(jié)論相似。而以畜牧業(yè)為主的滿都拉乎村的總能值投入則由于牲畜和有機(jī)肥等資源的大量投入，使可更新有機(jī)能的占比大于以種植業(yè)為主的昂乃村，說明有機(jī)肥的投入使用可以在較大程度上改善區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。有機(jī)肥替代化肥的使用可以提高生產(chǎn)效率、降低環(huán)境承載力、提升可持續(xù)發(fā)展指數(shù)［24］。除此之外，化肥的使用量與投入結(jié)構(gòu)對(duì)于系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展也是十分重要的。趙桂慎等［40］發(fā)現(xiàn)，減少氮肥的投入量、增加鉀肥投入、優(yōu)化化肥投入結(jié)構(gòu)、推廣使用化肥機(jī)械深耕技術(shù)等措施大大提高了肥料的利用效率、土地利用率，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展性能。

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