0.   引言

【研究意义】桃是南方高海拔丘陵山区群众发展生产的重要经济作物，为乡村产业开发与精准脱贫提供增收支撑。2017年福建省桃园面积9 925 hm²，部分分布在山区，地方群众通过开发本地品种，引进国外优良品种，实施精耕细作，逐步实现优质高效生产，取得一定的经济效益，是福建山区乡村产业振兴的重要内容^[1]。近年来，随着农业供给侧改革的不断深入，果农已经从单一追求高产向注重产量与质量并重的方向发展，明晰在这一转变过程中生态经济系统内在变化对桃园管理与优化生产具有重要意义。【前人研究进展】能值分析是生态经济系统评价的重要方法。与生命周期法、生态足迹法等评价方法相比，能值分析法在发展过程中更注重资源环境等自然属性和经营管理、市场因素等经济属性^[2-3]。黄文德等^[4]应用能值法分析甘肃省镇原县北庄村生态经济系统，表明退耕还草提高了北庄农业生态系统生产力和推动了系统的可持续发展。段娜等^[5]应用能值法对北京市顺义区北郎中村生态村循环系统的资源利用、环境安全与可持续性、经济生产效益以及自组织能力等方面进行定量解析。朱丽^[6]为寻求黄土高原沟壑区农业发展出路，应用能值法研究了西坡村、南安善村农果复合系统的投入产出、运行效率、环境负荷等，结果表明，2008–2011年村经济水平有所提高，但是农果复合系统过度依赖工业辅助能，可更新有机能投入不足。在有关能值分析的研究中，能值基准、人力投入核算、货币能值转换以及产出能值分析等直接影响评价的结果。Brown and Ulgiati经过反复计算认为全球能值基准为12.0×10²⁴ sej·y^−1[7]，并得到了全球能值学会的推荐。Yang等对以9.44×10²⁴ sej·y⁻¹为能值基准，分析中国经济能值认为货币能值转化率为5.87×10¹² sej·¥^−1[8]。【本研究切入点】就不同研究尺度而言，省域、县域的大尺度的和规模经营主体（合作社、家庭农场）小尺度的研究较为丰富，但是以村为单元的中等研究尺度能值分析相关研究较少见。【拟解决的关键问题】本文以能值为评价基准，以乡村为研究尺度，应用前人最新研究结果，遵守能值分析第一规则，深入开展福建乡村两种典型桃园管理模式的生态经济效益分析，明确桃园生产从传统清耕到生草管理的转变过程中投资效益与环境负荷的变化规律，以期为福建省桃园管理模式优化与应用提供科学参考。

1.   材料与方法

1.1   研究区概况

赖墩村位于福建省古田县平湖镇，属中亚热带气候，年平均气温18.5℃，年平均降水量1 679 mm，毗邻翠屏湖，土壤为酸性岩红壤。全村辖区面积6.34 km²，海拔300～700 m，耕地面积143.24 hm²，山地面积490.43 hm²，种植水蜜桃166.66 hm²，主要种植品种为中桃五号和黄金蜜蟠桃。主要草种有胜红蓟(Ageratum conyzoides L.)、辣蓼(Polygonum flaccidum Steward)、龙葵(Solanum nigrum Linn.)、铺地黍(Panicum repens Linn.)等。

虎头村位于福建省宁德市福安市穆阳镇，距离镇4.0 km左右，全村辖区面积9.68 km²，海拔200～600 m，土壤为酸性岩红壤，属中亚热带气候，年平均气温12.0℃，年降水量1 691 mm，适宜种植粮食等农作物。全村耕地面积109.73 hm²，山地面积466.6 hm²，人均耕地0.11 hm²，主要种植水蜜桃、粮食等作物，其中水蜜桃种植面积200 hm²，主要种植品种为穆阳水蜜桃。

1.2   研究方法

Odum提出了“能量系统语言”及使用规范用于绘制系统，能值图资源分类：可更新环境资源包括太阳能、化学雨水势能；不可更新环境资源包括土壤损失和生产用水；可更新有机能包括劳力(日常消费部分)、有机肥；工业辅助能包括：化肥、农药、纸袋，以及厂房和设施的当年损耗。系统反馈能主要来自桃园废弃枝条。能量耗散主要存在于桃树代谢、土壤侵蚀。

本研究的基础数据是根据系统内2017–2018年度的投入和产出，以及当地气象部门的多年气象数据平均值计算并绘制桃园模式的能值流程图(图1)。将调查的原始数据转化成以J、g、¥为单位的能量或物质数据，将不同度量单位转换为统一的能值单位(sej)，编制能值分析表。列出系统的主要能量来源和输出项目，以及各能量或物质的太阳转化率。本文的能值基准为12.0×10²⁴ sej·y^−1[7]。太阳能值转化率主要参考蓝盛芳等^[9]的方法，并按新的能值基准进行转换。其中能值货币比参考Yang等^[8]的研究结果。能值理论的相关计算公式如下：

图  1  赖墩村（桃园生草）、虎头村（桃园清耕）桃园能值流动分析

Figure  1.  Emergy fluxes at Laidun(grass-growing) and Hutou(ground-clearing) peach orchards (sej·hm⁻²)

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本研究中，年太阳辐射取该区域中间值4 723 MJ；年降雨量为1 700 mm。表层土损耗能＝园地面积×土壤侵蚀率×单位质量土壤的有机质含量×能值转换率；2017–2018年土壤侵蚀率赖墩村（套种）为5.07×10⁶ g·hm⁻²·a⁻¹，2017–2018年土壤侵蚀率虎头村（清耕）为1.32×10⁷ g·hm⁻²·a⁻¹。赖墩村损耗有机能为1.06×10¹⁵ J·hm⁻²，虎头村平均损耗有机能为2.00×10¹⁵ J·hm⁻²。有机肥能量=有机肥用量×0.45×2.26×10⁴ J·g⁻¹；2017–2018年赖墩村和虎头村有机肥用量分别为4.15×10⁴ kg·hm⁻²与1.51×10⁴ kg·hm⁻²。赖墩村施豆饼肥，养分含量（N 5.68%，P₂O₅ 0.5%，K₂O 3.25%，有机质15.0%）和沼液（N 0.023%，P₂O₅ 0.025%，K₂O 0.5%，有机质0.023%）。草和废弃枝条按实际测定的N、P₂O₅、K₂O折算。

2.   结果与分析

2.1   桃园生产系统能值流动

2.1.1   不同类型能值投入量

两种桃园管理模式的能值流动见图1。投入分析结果（表1）表明：2017–2018年古田县平湖镇赖墩村桃园模式能值投入密度为1.16×10¹⁶ sej·hm⁻²，福安市穆阳镇虎头村桃园模式投入能值密度为2.36×10¹⁶ sej·hm⁻²，赖墩村较虎头村减少了50.8%。其中最大的差异在于工业辅助能的投入与可更新有机能投入同步减少。

表  1  赖墩村（桃园生草）、虎头村（桃园清耕）桃园栽培模式肥料、劳动力投入

Table  1.  Fertilizer and labor inputs at Laidun(grass-growing) and Hutou(ground-clearing) peach orchards

项目 Items	赖敦村 Laidun Village/(sej·hm−2)	虎头村 Hutou Village/(sej·hm−2)	节约幅度/%
化肥 Chemical fertilizer	1.87×1015	4.37×1015	−57.2
有机肥 Organic fertilizer	3.90×1015	9.07×1015	−57.0
劳动力 Labor Force	3.20×1015	5.29×1015	−39.5

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赖墩村桃园管理模式较虎头村节约59.0%的工业辅助能投入。调查显示（表1），赖墩村应用减肥措施，氮磷钾肥使用量为1.87×10¹⁵ sej·hm⁻²。虎头村使用较多化肥，氮磷钾肥使用量为4.37×10¹⁵ sej·hm⁻²。赖墩村在氮磷钾肥投入方面比虎头村减少2.50×10¹⁵ sej·hm⁻²，节约比例57.2%。分析显示，赖墩村的有机肥和劳动力投入分别是3.90×10¹⁵、3.20×10¹⁵ sej·hm⁻²，有机肥和劳动力投入分别比虎头村减少5.17×10¹⁵、2.09×10¹⁵ sej·hm⁻²，减幅分别达57.0%、39.0%。

2.1.2   反馈能值

两种桃园管理模式的反馈能值分析结果（表2）表明：赖墩村和虎头村反馈能值差异不大，但是前者的工业辅助能和可更新有机能投入较后者明显降低。工业辅助能中，赖墩村化肥磷素1.38×10¹⁵ sej·hm⁻²低于虎头村（3.21×10¹⁵ sej·hm⁻²），纸袋7.46×10¹⁴ sej·hm⁻²低于虎头村（2.01×10¹⁵ sej·hm⁻²）。可更新有机能中，赖墩村劳力投入3.20×10¹⁵ sej·hm⁻²，低于虎头村（5.29×10¹⁵ sej·hm⁻²），有机肥投入2.58×10¹⁵ sej·hm⁻²，低于虎头村（7.56×10¹⁵ sej·hm⁻²）。

表  2  赖墩村（桃园生草）、虎头村（桃园清耕）桃园栽培模式的能值投入和产出

Table  2.  Emergy input and product output at Laidun(grass-growing) and Hutou(ground-clearing) peach orchards

项目 Items	能值转换率 Emergy conversion rate	投入/产出原始数据 Input and output primary data			太阳能值 Solar emergy
		赖墩村 Laidun Village	虎头村 Hutou Village		赖墩村 Laidun Village	虎头村 Hutou Village
可更新环境资源(R) Renewable natural resources					8.66×1014	8.66×1014
太阳能 Solar energy/J	1.00	4.72×1013	4.72×1013		4.72×1013	4.72×1013
雨水化学能 Rainfall chemical energy/J	1.17×104	7.00×1010	7.00×1010		8.19×1014	8.19×1014
不可更新环境资源(N) Nonrenewable natural resources					1.06×1015	2.00×1015
表层土损耗能 Energy loss of surface soil/J	8.46×104	1.70×1010	4.47×1010		1.06×1015	2.00×1015
生产用水 Production water/g	6.81×104	3.75×107	1.72×105		2.55×1012	1.17×1010
工业辅助能(F) Industrial auxiliary energy					2.61×1015	6.37×1015
化肥氮素 Nitrogen of chemical fertilizer/g	3.50×109	1.02×105	2.39×105		3.57×1014	8.35×1014
化肥磷素 Phosphorus of chemical fertilizer/g	1.35×1010	1.02×105	2.31×105		1.38×1015	3.12×1015
化肥钾素 Potassium of chemical fertilizer/g	1.32×109	1.02×105	3.12×105		1.35×1014	4.12×1014
纸袋 Kraft paper bag/元	7.46×1012	2.69×102	2.69×102		7.46×1014	2.01×1015
农药 Pesticides/g	1.49×107	1.97×103	1.97×103		2.94×1010	2.94×1010
可更新有机能(R1) Renewable organic energy					7.10×1015	1.44×1016
劳力 Labor force/ (d·人)	3.55×1013	90.0	1.49		3.20×1015	5.29×1015
有机肥氮素 Nitrogen of organic fertilizer/g	3.50×109	2.39×105	1.65×105		8.35×1014	5.78×1014
有机肥磷素 Phosphorus of organic fertilizer/g	1.35×1010	2.12×104	6.00×104		2.86×1014	8.10×1014
有机肥钾素 Potassium of organic fertilizer/g	1.32×109	1.50×105	9.30×104		1.98×1014	1.23×1014
有机肥有机质 Organic matter of organic fertilizer/J	4.47×104	1.38×1010	7.87×1010		2.58×1015	7.56×1015
系统反馈能(R0) Feedback energy					6.98×1014	6.54×1014
草和桃树枝条折算氮肥 Nitrogen in grass and branch waste/g	3.50×109	1.28×105	1.20×105		4.49×1014	4.21×1014
草和桃树枝条折算磷肥 Phosphorus in grass and branch waste/g	1.35×1010	1.14×104	1.07×104		1.54×1014	1.44×1014
草和桃树枝条折算钾肥 Potassium in grass and branch waste/g	1.32×109	7.14×104	6.69×104		9.42×1013	8.84×1013
总投入(T) Total input					1.16×1016	2.36×1016
产出(Y) Yield					1.16×1016	2.36×1016
注：能值转换率单位为sej·J−1或sej·g−1或sej·元−1或sej·d−1·人−1；太阳能值单位为sej·hm−2。 Note: Unit for emergy conversion rate is sej·J−1或sej·g−1或sej·元−1或sej·d−1·人−1, and solar emergy is sej·hm−2.

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2.2   能值指标分析

根据能值转换率换算，2017–2018年赖墩村桃园的能值产出密度1.16×10¹⁶ sej·hm⁻²，2017–2018年虎头村桃园能值产出密度2.36×10¹⁶ sej·hm⁻²。能值自给率指本地环境资源能值投入与系统能值总投入之比。分析(表3)表明，2017–2018年赖墩村桃园能值自给率为0.166，虎头村桃园能值自给率为0.102。虎头村低能值自给率低，表明虎头村桃园生产需要大量的养分，园地自身的土壤养分并不能满足目标产量，需要外界输入大量的有机肥满足生产，与此同时劳力，农药的投入比例也较高。赖墩村、虎头村桃园的能值投资率分别为5.030和8.823，高于全国农业的平均水平，这也说明桃园生产带来可观的投资回报，是贫困山区农民青睐的优势产业。赖墩村桃园净能值产出率为1.199，虎头村桃园为1.113，赖墩村桃园环境负载率0.425，虎头村桃园为0.410。从净能值产出率、环境负载率中可以看出虎头村桃园的劳动力投入比赖墩村桃园高，高投入的肥料能值导致较低的净能值产出率。2017–2018年赖墩村桃园的可持续发展指数为2.822，虎头村桃园为2.716，前者高于后者0.106。虎头村采用清耕的方式，而赖墩村使用的生草方式减少土壤的有机质流失，同时也降低化肥使用量，有利于可持续发展。从能值反馈率上来看，虎头村桃园为0.026，低于赖墩村桃园（0.072）。

表  3  赖墩村（桃园生草）、虎头村（桃园清耕）桃园栽培模式的能值指标

Table  3.  Emergy indexes at Laidun(grass-growing) and Hutou(ground-clearing) peach orchards

能值指标 Emergy indicator	表达式 Expressions	赖墩村 Laidun Village	虎头村 Hutou Village
能值自给率（ESR） Emergy self-sufficiency ratio	(R+N)/T	0.166	0.102
能值投资率（EIR） Emergy investment ratio	(F+R1)/(R+N)	5.030	8.823
净能值产出率（EYR） Emergy yield ratio	Y/(F+R1)	1.199	1.113
环境负载率（ELR） Environmental load ratio	(F+N)/(R+R1+R0)	0.425	0.410
可持续发展指数（ESI） Environmental sustainability index	EYR/ELR	2.822	2.716
能值反馈率（FYE）Emergy feedback ratio	R0/(F+R1)	0.072	0.026

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2.3   单位经济产值的能值消耗

桃园主要产出为桃精品果、普通果和次果。2017–2018年赖墩村桃园精品果、普通果、次果产量分别为7.5、9.0、1.5 t·hm⁻²（表4），商品果产地销售均价分别为16、10、2元·kg⁻¹，产值分别为12、9、0.3万元·hm⁻²。虎头村桃园精品果、普通果、次果产量为1.50、15.0、0.75 t·hm⁻²。商品果产地销售均价分别为21、16.5、11.5元·kg⁻¹，产值分别为3.15、24.75、0.86万元·hm⁻²。2017–2018年赖墩村桃园年产值达21.30万元·hm⁻²，总投入能值为1.16×10¹⁶ sej·hm⁻²，万元产值的能值消耗量为5.46×10¹⁴ sej，其中可更新能值消耗量为3.74×10¹⁴ sej，不可更新能值消耗量为1.72×10¹⁴ sej。虎头村桃园年产值达28.26万元·hm²，总投入能值为2.36×10¹⁶ sej·hm⁻²，万元产值的能值消耗量为8.36×10¹⁴ sej，其中可更新能值消耗量为5.40×10¹⁴ sej，不可更新能值消耗量为2.96×10¹⁴ sej（表5）。

表  4  赖墩村（桃园生草）、虎头村（桃园清耕）桃园栽培模式年平均产量、产值

Table  4.  Average annual product yields and values at Laidun(grass-growing) and Hutou(ground-clearing) peach orchards

项目 Items	赖墩村 Laidun Village			虎头村 Hutou Village
	产量 Yields/(t·hm−2)	产值 Product value/(万元·hm−2)		产量 Yields/(t·hm−2)	产值 Product value/(万元·hm−2)
精品果 Top quality level	7.50	12.00		1.50	3.15
普通果 Common level	9.00	9.00		15.0	24.75
次果 Unqualified level	1.50	0.30		0.75	0.85
小计 Total	18.00	21.30		27.25	28.26

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表  5  赖墩村（桃园生草）、虎头村（桃园清耕）桃园单位经济产值的能值消耗量

Table  5.  Emergy consumption per economic output at Laidun(grass-growing) and Hutou(ground-clearing) peach orchards

项目 Items	赖墩村 Laidun Village	虎头村 Hutou Village
单位产值的总能值消耗量 Total emergy input of product(sej·万元−1)	5.46×1014	8.36×1014
单位产值的可更新能值消耗量 Renewable emergy consumption of product(sej·万元−1)	3.74×1014	5.40×1014
单位产值的不可更新能值消耗量 Nonrenewable emergy consumption of product(sej·万元−1)	1.72×1014	2.96×1014
注：单位产值的能值总消耗量=T/产值，单位产值的可更新能值消耗量=(R+R1)/产值，单位产值的不可更新能值消耗量=(N+F)/产值。 Note: Total emergy consumption per unit of product value = T/product value; renewable emergy consumption per unit of product value = (R+R1)/product value; nonrenewable emergy consumption per unit of product value = (N+F)/product value.

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3.   讨论

3.1   传统型桃园管理模式的生态系统分析

虎头村桃园应用清耕模式，与应用生草模式的赖墩村相比，化肥投入4.37×10¹⁵ sej·hm⁻²，是后者的2.33倍，纸袋投入2.01×10¹⁵ sej·hm⁻²，是后者的2.63倍。由此可见，虎头村桃园投入的工业辅助能明显高于赖墩村。虽然清耕模式增加环境负载风险，但分析结果显示两种管理模式桃园系统的环境负载率相差不大。主要原因是虎头村在投入工业辅助能的同时，也投入了大量的可更新有机能，其中有机肥、劳动力分别是赖墩村的2.32倍、1.65倍，从指标上缓解了环境负载压力。但就技术而言，传统型桃园的劳动生产效率还有较大的提升空间。

3.2   生态型桃园管理模式的优化方向

实践表明，与传统型清耕山地果园相比较，赖墩村桃园采用生草栽培模式，能有效防控水土流失、改善果园生态环境、就近开发使用绿肥，从生态、农艺、肥料3个方面改善果园生产条件。显然，不断优化桃园生产模式是推进绿色桃产业发展的重要内容。虽然赖墩村桃园还处于从注重数量到注重质与量并重的生产转型初期，产量和产值方面还有所落后，但是节本增效的趋势已经显现。就万元产值的能值消耗而言，赖墩村桃园比虎头村节约46.32%，同时化肥投入能值节约57.2%（2.50×10¹⁶ sej·hm⁻²），能值反馈率提高0.046。下一步将跟踪分析2种典型模式产品（桃）的商品性与内在品质。

后期生态型桃园管理模式优化建议如下：一是相互取长补短。虎头村可在桃树下种植一些有益草本植物，有利于减少土壤流失，保持土壤湿度，向生态型建设逐渐过渡；赖墩村可增施有机肥，既能提升桃果实品质，又能降低环境负载；二是提升价值空间。赖墩村桃园精品果率高且投入劳动力成本低，说明其管理水平略高于虎头村，但是售价却相反，根本原因是该村品种区域特色不明显村。借鉴虎头村发展经验，农户联合行动提升包装品味，政府搭台宣传推介是赖墩村桃产业发展的赋能路径。

4.   结论

能值投资率是评价农业生产模式活力与否的重要指标。虎头村桃园依靠工业辅助能和可更新有机能的协同投入实现了高产出，能值投资率达8.823，产值达28.26万元·hm⁻²，这与实际情况基本相符，同时也获得赖墩村桃园相当的环境负载率和可持续发展指数。就长远而言，随着劳动力的不断提高，有机肥上山的经济压力不断加大，发展动能将不断趋弱。赖墩村桃园通过生草、循环利用沼液，可持续发展指数达2.822。其中能值反馈率较虎头村桃园提高0.046，万元产值的能值消耗节约46.32%，化肥能值投入减少57.2%，是值得拓展与集成推广的高效低耗的绿色生产模式。