伊犁地区农业生态经济系统的时空分异规律与可持续发展(上)

  本文关键词：伊犁地区农业生态经济系统的时空分异规律与可持续发展，由笔耕文化传播整理发布。

伊犁地区农业生态经济系统的时空分异规律与可持续发展(上)

张伟 王秀红 张宏业 申建秀

年，伊犁地区农业生态经济系统的能值总投入和总产出均呈持续增长趋势。　　关键词：干旱区，绿洲，能值分析，GIS空间分析，可持续发展，伊犁地区

　　基金项目：国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2009CB421307)；国家自然科学基金项目(41101039、40971282)

　　作为典型的生态脆弱区和生态敏感区，干旱区一直是学者们普遍关注的焦点区域。绿洲是干旱区能量流、物质流最为集中的场所，也是干旱区山地—绿洲—荒漠系统的核心区域[1]。随着西部大开发战略的提出，我国西北干旱区水、土等资源的开发速度大大加快。但在自然和人为因素的双重作用下，该地区也出现了草场退化、湖泊萎缩、冰川退缩等诸多生态问题[2-3]，呈现出“局部改善，总体恶化”的局面[4]。因此，如何协调干旱区生态环境保护与绿洲农业生态化发展之间的关系，避免绿洲系统的荒漠化，是实现绿洲人地系统可持续发展过程中亟待解决的关键问题。

　　作为一种复合生态系统定量研究的重要方法，能值分析方法自创立以来，就受到了学界及政府的关注，，并已经在生态系统分析、环境价值评估、区域可持续发展等方面得到了广泛的应用[5-9]。但纵观目前的能值研究，其研究尺度仍主要集中于省域或流域等大中尺度上[10]；研究内容仍局限于计算或比较研究区能值及相关指标[8，11-12]。而借助GIS技术，将时序演化、区域综合评价、空间格局特征等分析角度进行有效耦合，进而全面探讨中小尺度区域农业生态经济系统可持续性的时空演化格局与特征的研究尚未见报道。因此，本文拟以能值分析和GIS空间分析为主要手段，从时序演化和空间格局分析的角度入手，探讨温带干旱区绿洲农业生态经济系统可持续性的时空演化特征与总体趋势，分析其演化发展中的时空差异与客观规律，进而提出促进绿洲农业生态经济系统可持续发展的调控措施，以期为我国温带干旱区绿洲农业的可持续发展和区域生态安全的维护提供科学依据。

　　1 研究区概况

　　新疆伊犁河流域(中国部分)位于新疆天山(中国境内，下同)最西部，准噶尔盆地西南缘，属半干旱的大陆性中温带气候。地形地貌属于南、北天山分隔而形成的，主要由断陷盆地与山间河谷组成的中亚内陆河流域。东、南、北三面高山环绕，地势东高西低、东窄西宽，呈喇叭型向西敞开[13]。独特的地形地貌和山体走向，使伊犁河流域成为了天山及亚洲中部的降水中心，孕育了干旱区的一块“湿岛”和气候资源宝库。得天独厚的气候与资源条件，使该区赢得了“塞外小江南”的美誉，成为新疆主要的粮、油、糖、肉生产基地，在自治区的国民经济中占有非常重要的地位[14]。

　　2 研究方法与数据来源

　　2.1 能值分析

　　1980年代，H. T. Odum在能量价值学说的基础上进一步发展出了能值理论[15-16]。通过能值这个共同价值尺度，能够有效地把自然、社会和经济等不同类型的亚系统统一起来，定量分析自然和人类社会经济系统，资源与环境的真实价值以及它们之间的关系[17-19]，从而大大推动了生态经济系统耦合分析研究的进程。能值分析是以太阳能值为基准，把生态经济系统中不同种类、不可比较的能量转换成同一标准的能值，利用一系列能值指标，综合分析系统中各种生态流的状况，评价各类系统的结构功能特征及其生态经济效益[1]，探讨系统生产和过程的资源配置状况、系统发展的可持续性，以及系统过程所造成的环境负荷等[8，20-21]。

　　2.2 数据来源和能值参数设定

　　本文所使用的行政界限、河流、县市位置等矢量数据来自于国家基础地理信息系统()和国家科技基础条件平台建设项目：地球系统科学数据共享网()；气象数据来源于新疆伊犁哈萨克自治州气象局；农业投入产出数据来源于1989—2008 年的《新疆统计年鉴》、《伊犁统计年鉴》和《伊犁哈萨克自治州统计年鉴》。农业生产资料、要素及农产品的能量折算系数主要参考《农业技术经济手册》[22]及骆世明[23]等的研究结果；能值转换率和计算方法参照odum、Brandt-Williams、蓝盛芳、董孝斌等人的研究[16，19，24-25]。

　　3 能值投入产出及指标的时序演化分析

　　3.1 能值投入产出分析

　　能值投入分析表明：①从总体上看，伊犁地区的能值投入呈逐步上升的趋势。其能值投入从1989年的2.69×1021sej上升到2008年的4.73×1021sej，增幅达76%。能值投入的增长趋势与伊犁地区近20年来社会经济的迅速发展是密不可分的。②从能值投入的内部结构上看，以20年的平均值计，可更新资源投入所占比例最大，为44.26%；其次是工业辅助能，占26.64%；再次是有机能。这表明，即使是在生态环境条件并不是特别好的干旱区，外部环境资源也为农业经济生产力提供了巨大的经济服务价值和环境能值储备。③从内部组分动态分异的角度上看，可更新资源投入的波动较大。这主要是因为在不少年份中，可更新资源中的最大值是雨水势能。但由于该地区降雨量年际波动较大，引起了可更新资源投入的振荡。工业辅助能的增长最为明显，其比例从1989年的18.4%上升到了2008年的26.6%，而其中贡献最大的要素是农业机械总动力的增长。这说明随着社会经济的发展，伊犁地区近20年的农业机械化程度有了大幅提升。

　　能值产出分析表明：从总体上看，伊犁地区的能值产出从1989年的3.28×1021sej上升到2008年的12.8×1021sej，增幅达290%，显示了伊犁地区农业经济发展的良好势头。从能值增长的内部动态分异来看，种植业和畜牧业的增长最为明显，它们带动了整个伊犁地区农业经济的发展。另外，从图中可以看出，1997—1999年，伊犁地区的农业能值产出出现了较大幅度的阶跃式增长，这主要是因为农业产业结构的调整。在此期间，伊犁地区的小麦播种面积分别下降了31%，而油料、甜菜、豆类等经济作物则有了较大幅度的增长；畜牧业能值产出的增长则主要源于养牛业的高速发展。

　　3.2 能值指标分析

　　对能值流相关指标的分析表明：①1989—2008年，伊犁地区的能值密度从1.02×1011 sej/m2上升到了1.75×1011sej/m2，共增长了72%；其能值密度也高于新疆的平均水平(1.25×1011sej/m2)[26]，表明其农业经济发展水平在新疆处于较高的位置。②伊犁地区的人均能值用量也从1989年的2.15×1015 sej/人上升到了2008年的3.05×1015sej/人，共增长了42%。这表明该地区的生活水平呈现出不断提高的趋势[27]。③伊犁地区的能值投资率从1989年的0.57上升到2008年的1.35，呈稳步上升趋势。这表明随着经济的发展，工业辅助能的大量投入，有效地促进了伊犁地区农业生态经济系统的发展。但是，目前伊犁地区的能值投资率仍低于世界平均水平(2.0)，更比不上美国(7.0)[16]。这说明伊犁地区的农业经济的发展水平还比较低，对环境的依赖性还比较强[16]。④研究期间，伊犁地区的能值产出率均大于3，且总体上呈现出波动上升的态势，这表明伊犁地区农业生态经济系统的效率正在逐渐提高[1]。但是，如果能值产出率过高，则表明该系统生产中在大量的使用着无偿或脱离其真实能值价值的环境资源能值。此时，产品生产的越多，意味着对系统环境资源的破坏和滥用也越严重[28]。因此，伊犁地区在今后的农业经济发展中，应注意提高农业生产系统的集约程度，避免依靠工业辅助能的短期粗放投入来增加农业产出。同时，提高对农副产品的深加工程度，实现二次升值，以提高农业系统的经济效益。

　　对能值指标分析表明：①伊犁地区的环境负载率还比较低，低于世界平均水平(1.15)[29]；除了2008年以外，也低于0. 95的全国平均水平[30]。但我们也必须看到，20年间，伊犁地区农业生态经济系统的环境负载率从0.41上升到了0.95，增长了132%。这表明随着农业生产强度的增加，人类活动对环境的压力也在逐步增加。伊犁地区环境负载率的上升，主要是由于工业辅助能从1989年的4.96×1020sej上升到2008年的1.757×1021sej，增长了254%。因此，在伊犁地区今后的农业生产中，一方面应注意工业辅助能的适度投入和科学引导，防止掠夺式粗放生产；另一方面，高能质的工业辅助能也需要低能质的有机能相结合，才能加强农牧生态系统的能流[16]。因此，应适度提高牲畜、有机肥等有机能的投入，提高系统生产的生态经济效益。②在可持续发展状况方面。从值域范围上看，1989—2008年，伊犁地区的可持续发展指数(ESI)基本处于5—10之间，农业经济发展富有活力；从时序演化上看，ESI指数从1989年的8.19下降到2008年的4.96，经历了振荡式下降的变化过程。1997—2000年，伊犁地区依靠科学的农业结构调整，增加了经济作物的比例，同时有效地提高了畜牧业的生产能力，从而在能值产出率提升的同时，环境负荷率亦处于较稳定状态。最终使得这一时期的农业可持续发展指数处于快速上升阶段；但从2004以来，工业辅助能的快速增长(增幅为58%)加重了环境的负担，但产出效率却并没有相应地提高，导致系统的可持续发展指数下滑明显。因此，在今后的农业生产过程中，伊犁地区不应继续依靠大量的工业辅助能投入来换取农业产出，而应通过农业内部结构的优化、农业生产保障体系的完善、农业传统生产方式的变革等手段，推动农业生产系统向生态农业的转变，从而促进农业系统的结构功能优化和可持续发展，防止系统生态环境的恶化。

　　4 能值投入产出及指标的空间分异

　　4.1 能值投入产出情况

　　研究结果表明：①从总量上看，各县投入产出的差异还比较大。投入最高的霍城县(9.51×1020sej)是投入最低的特克斯县(3.36×1020sej)的2.83倍；能值产出的差距同样明显。产出最高的伊宁县(2.648×1021sej)是产出最低的特克斯县(8.96×1020sej)的2.96倍。投入差异的产生与各县的社会经济情况密切相关。相关分析表明，各县2008年的能值投入与其GDP总量的相关系数达0.76。产出差异的产生主要来源于各县畜牧业和种植业的发展情况。其中尤以畜牧业对各县的能值产出影响最大。而在生产过程中，工业辅助能的投入情况是引起各县能值产出的重要因素，二者的相关系数达到了0.83。②从产出效率上看，各县的生产效率同样存在较大的差异。生产效率最高的巩留(投入产出比为0.32∶1)远远高于效率较低的霍城和昭苏(投入产出比为0.67∶1)。分析表明，可更新资源投入与投入产出比的相关系数达-0.76，这说明越依赖于自然环境的县，其农业生产效率越低。因此，在伊犁地区今后的农业生产中，应通过农业基础设施的完善、集约化程度的提高等措施，改变“靠天吃饭”的状况，提高农业系统的生产效率。

责任编辑：何容

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