基于能值的科尔沁沙地不同农牧比例村落发展可持续性对比

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00065

基于能值的科尔沁沙地不同农牧比例村落发展可持续性对比

韩丹^,¹^,², 李玉霖^,¹, 詹瑾¹^,², 杨红玲¹^,²

1.中国科学院西北生态环境资源研究院，甘肃兰州 730000

2.中国科学院大学，北京 100049

Emergy-based comparison on sustainable development of villages with different farming and pastoral ratios in Horqin Sandy Land

Han Dan^,¹^,², Li Yulin^,¹, Zhan Jin¹^,², Yang Hongling¹^,²

1.Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China

2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China

通讯作者: 李玉霖（E-mail： lyulin@gmail.com）

收稿日期: 2021-03-27 修回日期: 2021-05-13 网络出版日期: 2021-05-26

基金资助:

中国科学院A类战略性先导科技专项.  XDA23060404
内蒙古自治区科技重大专项.  2019ZD00704
国家重点研发计划项目.  2016YFC0500907

Received: 2021-03-27 Revised: 2021-05-13 Online: 2021-05-26

作者简介 About authors

韩丹（1995—），女，青海人，硕士研究生，主要从事干旱区生态研究E-mail：h_d177258@163.com , E-mail：h_d177258@163.com

摘要

为评估和比较科尔沁沙地不同生产经营模式自然村落的发展可持续性，通过能值分析方法，定量分析了分别以种植业和养殖业为主的2个自然村落的能值投入与产出情况，建立能值分析指标体系，对2种模式系统的可持续性进行评估。结果表明：在资源投入方面，村落外部辅助能约占总能值投入的39.17%，说明2种生产经营模式对外部资源依赖较小，能值自给率高；在以种植业为主的系统内，不可更新资源占比大于可更新资源，而以畜牧业为主的系统内部则相反。这说明，以畜牧业为主发展模式的环境承载率低于以种植业为主的发展模式；以畜牧业为主的生产系统净能值产出率大于以种植业为主的生产系统，说明在该区域畜牧业生产系统具有低投入、高产出的特点，而种植业则具有高投入、低产出特点；2种模式的可持续指数均小于1，说明科尔沁沙地农村可持续发展能力低。以畜牧业为主的村落可持续性发展指数大于以种植业为主的村落，说明以养殖业为主具有良好的自组织性和稳定性，这为科尔沁沙地农村生态-社会-经济发展提供参考案例。

关键词： 科尔沁沙地 ; 农牧比例 ; 村落 ; 能值分析 ; 可持续性

Abstract

In order to evaluate and compare the development sustainability of natural villages with different production and management models in Horqin Sandy Land， this study uses emergy analysis methods to quantitatively analyze the emergy input of natural villages in two production and management models， mainly planting and breeding. And output conditions， establish an emergy analysis indicator system to evaluate the sustainability of the two model systems. The results show that in terms of resource input， the external auxiliary energy of villages with different agricultural and pastoral structures in Horqin Sandy Land accounted for about 39.17% of the total emergy input， indicating that the two production and operation models rely less on external resources and have a high emergy self-sufficiency rate； In a system dominated by planting， non-renewable resources account for more than renewable resources， while in a system dominated by animal husbandry， the opposite is true. This shows that the environmental carrying rate of the animal husbandry-based development model is lower than that of the planting-based development model； by comparing the net emergy output rates of the two production and management models， the animal husbandry-based production system is greater than The production system dominated by planting industry shows that the animal husbandry production system in the region has the characteristics of low input and high output， while the planting industry has the characteristics of high input and low output； the sustainability index of the two models is less than 1. It shows that the rural sustainable development capacity of Horqin Sandy Land is low. However， the sustainable development index of Mandulahu Village， which is dominated by animal husbandry， is higher than that of Angnai Village， which is dominated by planting， indicating that the livestock-based industry has good self-organization and stability. This is the rural ecology of Horqin Sandy Land- Social-economic development provides reference cases.

Keywords： Horqin Sandy Land ; ratio of agriculture and animal husbandry ; villages ; emergy analysis ; sustainability

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本文引用格式

韩丹, 李玉霖, 詹瑾, 杨红玲. 基于能值的科尔沁沙地不同农牧比例村落发展可持续性对比. 中国沙漠[J], 2021, 41(3): 235-244 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00065

Han Dan, Li Yulin, Zhan Jin, Yang Hongling. Emergy-based comparison on sustainable development of villages with different farming and pastoral ratios in Horqin Sandy Land. Journal of Desert Research[J], 2021, 41(3): 235-244 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00065

0 引言

科尔沁沙地是中国传统的畜牧业基地，曾经植被茂密，发育着北方独特的沙地疏林草原^［1］。近百年来，人类不合理的过度利用，使该区域的原生植被遭到严重破坏，土地沙化和生态退化问题突出。超载放牧和草原开垦一直被认为是科尔沁沙地生态退化的主要诱因^［2-4］。传统上，科尔沁沙地住民的生产方式以放牧为主，然而近几十年来随着科学技术的进步以及人们追逐更大经济效益的驱动，传统的放牧业逐渐被农耕业取代，逐步形成了放牧和农耕并行的产业结构特点^［5］。与此同时，由于农耕业扩张挤占了放牧业的发展空间和资源，造成严重的超载放牧和水资源短缺等生态问题，引起社会各界的广泛关注^［6-7］。尽管近些年国家在该区域逐步实施退耕还林还草、粮改饲、种养结合等相关措施，以期改变农牧业产业结构，促进生态保护和社会经济协调发展^［8-12］。但是由于生态环境与经济协调发展问题具有综合性与复杂性的特点，究竟是“多种粮”或是“多放羊”有利于区域生态-社会-经济的可持续发展，尚需进行客观的评价。

能值理论通过将不同类型的服务功能换算成统一的量纲——太阳能值，以统一单位（sej）来度量各类生态系统服务^［13-14］。由于传统的价值理论体系和市场价格未能客观地反映环境与经济的本质联系，用能值作为判定工具可以较准确地对各类生态系统服务进行评估和比较分析^［15］。目前，能值分析方法已被广泛用于不同尺度或不同类型生态系统服务的价值核算、稳定性和可持续性评估等研究中^［16-20］。喻锋等^［21］基于此理论和生态用地分类核算了中国生态系统生产总值；Chen等^［22］利用此理论对中国农业系统的服务功能的可持续进行了评估；严茂超等^［23］采用这种方法调查了西藏的资源利用状况、发展潜力及其与外界的物质交换状况；邓健等^［24］比较退耕还林后黄土高原典型小流域不同种植业发展模式的稳定性和可持续性；孙特生等^［25］运用能值理论、方法，对准格尔旗农业生态系统的能值投入、产出结构和运行效率进行了定量评估。但是由于可获取数据的局限性，目前基于能值理论评估更小尺度如乡镇、村落或农户的生态系统服务价值的研究较少。而乡镇、村落及农户往往是国家或地区实施社会经济政策的最基本单元，其生产方式或经济行为与当地的自然资源和生态系统之间存在直接的相互联系，这种内在联系通常是决策者制定相关政策的重要依据^［26］。

本研究针对科尔沁沙地长期发展过程中形成的畜牧业和养殖业并存的产业结构特点，选取分别以养殖业和种植业为主要生产经营方式的自然村落，利用能值分析对其农业系统的投入产出进行分析，比较2种生产经营模式能值投入和产出，评价其可持续性和稳定性，为区域绿色发展和生态系统管理提供理论基础。

1 研究区概况与研究方法

1.1　研究区概况

科尔沁沙地位于中国东北部西辽河冲积-湖积平原地区，处于内蒙古高原向东北平原的过渡地带。该区属于温带半干旱大陆性气候，年平均气温5.8—6.4 ℃，≥10 ℃的积温3 000—3 200 ℃，无霜期140—160 d。年降水量343—451 mm，其中70%集中于夏季。年蒸发量1 500—2 500 mm，干燥系数1.0—1.8。年平均风速3.5—4.5 m·s^-1，春季平均风速4.2—5.9 m·s^-1，每年风速≥5 m·s^-1的侵蚀风日数210—310 d，风速≥17 m·s^-1的大风日数25—40 d，其中沙尘暴天气10—15 d，主要出现在春季^［1，27］。地表水系主要是西辽河水系，主要河流有希拉木伦河、老哈河、教来河、乌尔吉木伦河等，目前绝大多数河流均已干涸。大部分地区地下水位较浅，埋深2—10 m，是目前生活、生产的主要水源^［28］。

奈曼旗地处内蒙古自治区通辽市辽西山地北部和西辽河平原南端（42°14′40″—42°32′20″N，120°19′40″—121°35′40″E），总面积约8 138 km²，是中国北方农牧交错带的典型代表区。奈曼旗的总人口约44万，以汉族和蒙古族为主，全旗共有14个乡镇和355个村落。土地利用以草地和耕地为主，两项合计占70%以上，并且区域内不同村落的农牧业结构受环境条件、民族结构等因素的影响^［29］。如新开河与西辽河之间的冲积平原，沙地面积少，种植业比重较大；西拉木伦河与新开河西北部沙地面积大，畜牧业比重较大。另外，汉族人口聚集的村落习惯经营种植业，而蒙古族人口聚集的村落养殖业比重较大。该区种植的作物以玉米为主，目前大多通过抽取地下水灌溉；养殖家畜以牛羊为主，从1999年当地政府开始在该区域实施季节性禁牧（4月1日至6月30日）政策，目前以季节性自由放牧（7月1日至次年3月30日）和舍饲相结合的养殖方式为主^［30］。

1.2　研究方法

1.2.1　调查对象

根据研究区自然村落的农牧业结构特点，在科尔沁沙地中部的奈曼旗选择一个主要经营种植业的自然村落（昂乃村，42°34′—42°40′N、120°05′—120°65′E）和一个主要经营养殖业的自然村落（满都拉乎村，42°06′—42.11′N、120°73′—120°79′E），2个调查村之间距离约10 km（图1）。昂乃村总面积为1 604.34 hm²，共有农户211户，723人。现有耕地面积579.74 hm²，草地面积661.15 hm²，林地面积155.15 hm²，其他用地面积208.31 hm²。人均耕地、草地、林地面积分别为0.8、0.91、0.21 hm²。满都拉乎村总面积1 759.45 hm²，共有农户98户，210人，现有耕地216.7 hm²，草地1 708.85 hm²，人均耕地、草地、林地面积分别为1.03、7.03、0.26 hm²。昂乃村种植的作物以玉米为主，种植面积约445.67 hm²，同时种植少量青贮饲草，面积约为134.07 hm²。全村共养殖家畜588头（只），人均约0.81头（只）。满都拉乎村种植玉米191.4 hm²，青贮饲料作物17.96 hm²，人均分别占0.91 hm²和0.09 hm²，养殖家畜1 210头（只），人均约5.76头（只）。

图1

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图1 研究区位置

Fig.1 Location of the studied area

1.2.2　资料收集、绘制系统能值分析语言

2020年4—8月，开展入户调研和土地利用类型勘测，收集2个村落的气候、地理、资源、经济和社会资料，分析村落农业系统结构中的投入产出指标和能量流动，构建基础资料数据库（图2）。使用能量系统语言绘制系统能值图，将投入资源分为可更新环境资源（R，包括太阳能、风能、雨水势能和化学能）、不可更新环境资源（N，主要包括灌溉水和表土流失等）、可更新有机辅助能（R₁，主要包括种子、牲畜、劳力、有机肥等）和不可更新辅助能（F，主要包括电力、机械、柴油、化肥等）4种类型。村落农业系统输出能值则包括玉米籽粒、玉米秸秆、牛羊、禽肉蛋等。由于研究区属于沙化地区，降尘的输入导致区域为表土增加的汇区，但同时风蚀带走的表土又使该区域成为表土的源区，且降尘量远远小于风蚀量^［31］，因此研究只重点分析表土损失量。此外，研究区农药和兽药投入很少，故未计算农药投入。

图2

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图2 科尔沁沙地农牧复合系统能量流动图

Fig.2 Energy flow diagram of agro-pastoral complex system in Horqin Sandy Land

1.2.3　能值分析表的编制

根据收集的基础资料，查阅文献得到各种资源的折能系数和能值转换率（UEV），最后计算得到统一的太阳能值（单位为sej），利用能值图和太阳能值编制能值投入产出数据表。本研究采用全球能值流动功率基准为12.0×10²⁴ sej·a^-1^［32］。能值转换率引用国内外相关研究成果以及能值数据库确定各个资源的能值转换率（表1）^{［13，33-36］}。

表1 项目的能值转换率

Table 1 Project emergy conversion rate

项目		能值转换率	太阳能值单位 /原单位	能值转换率参考文献
可更新资源输入	太阳能	1.00	sej·J^-1	[33]
	风能	1.00×10³	sej·J^-1	[33]
	雨水化学能	7.00×10³	sej·J^-1	[33]
	雨水势能	1.13×10⁴	sej·J^-1	[33]
不可更新资源	灌溉水	1.94×10⁵	sej·J^-1	[36]
	表土损失	7.94×10⁴	sej·J^-1	[33]
不可更新工业辅助能投入	机械	3.81×10¹²	sej·kg^-1	[36]
	柴油	8.39×10⁴	sej·J^-1	[36]
	电力	2.13×10⁵	sej·J^-1	[36]
	N肥	5.33×10¹²	sej·kg^-1	[33]
	P肥	5.85×10¹¹	sej·kg^-1	[33]
	饲料	1.49×10¹²	sej·kg^-1	[37]
	滴灌带	4.83×10¹¹	sej·kg^-1	[33]
可更新有机能投入	种子	5.08×10⁷	sej·kg^-1	[33]
	劳力	2.56×10⁶	sej·J^-1	[36]
	有机肥	2.04×10⁹	sej·kg^-1	[33]
	牛	4.39×10⁶	sej·J^-1	[20]
	羊	1.57×10⁶	sej·J^-1	[38]
	鸡仔	1.84×10¹³	sej·kg^-1	[19]
	猪仔	1.29×10⁶	sej·J^-1	[18]
能值产出	玉米	1.06×10⁵	sej·J^-1	[33]
	水稻	2.82×10⁴	sej·J^-1	[33]
	青贮	4.96×10⁴	sej·J^-1	[36]
	牛	4.39×10⁶	sej·J^-1	[20]
	羊	1.57×10⁶	sej·J^-1	[27]
	猪	1.29×10⁶	sej·J^-1	[18]
	鸡	1.84×10¹³	sej·kg^-1	[19]
	鸡蛋	1.41×10¹⁴	sej·kg^-1	[27]
	秸秆	4.96×10⁴	sej·J^-1	[36]

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1.2.4　建立能值指标体系

在对区域不同系统能值投入和产出分析的基础上，为了进一步分析科尔沁地区不同农牧业结构模式的发展特点和系统发展的可持续性，根据研究区的地理位置和区域资源利用情况，选取了能值密度（ED）、净能值产出率（EYR）、环境负载率（ELR）、环境自给率（ESR）、人均能值利用量（EUPP）、人均能值产出量（EYP）、可持续发展指数（ESI）、能值/环境可持续指标（E/ESI）这8个指标，构建可持续性指标体系，以此来分析科尔沁沙地不同农牧结构村落的发展特点和可持续性。

2 结果与分析

2.1　村落系统能值投入结构对比

2.1.1　环境资源能值投入对比

在研究区自然村落系统中，自然资源投入包括可更新和不可更新资源，其投入比例反映系统内自然资源的占有和利用情况。由表2可以看出，种植业为主（昂乃村）和养殖业为主（满都拉乎村）的自然村落环境资源能值投入分别为5.33×10¹⁵、1.07×10¹⁶ sej·hm^-2，分别占总能值投入的62.67%、70.18%。可更新资源能值投入占自然资源能值投入的2.71%、1.39%，其中雨水化学能分别占2个村落可更新资源能值的81.89%（昂乃村）和86.06%（满都拉乎村），说明雨水在该区域生态-社会-经济系统中发挥了重要的作用。同时，表土损失均占2个村落不可更新资源投入的99%以上，说明表土流失是该地区生态-社会-经济系统中不可更新资源能值投入的主要因素。此外，由于以种植业为主的村落需要抽取较多地下水进行灌溉，昂乃村的地下水投入能值要远远大于满都拉乎地下水投入能值。

表2 科尔沁沙地农牧复合系统能值分析指标及说明

Table 2 Emergy analysis indexes and explanations of the farming and animal husbandry system in Horqin Sandy Land

指标	表达式	指标说明
能值密度（ED)	T/A	表示系统能值利用的集约化程度，衡量系统的发展情况，单位sej·m^-2
净能值产出率（EYR）	Y/(F+R₁)	体现经济贡献大小和系统生产效率的指标。其值越大，系统生产效率越高，具有更强的经济竞争力
环境负载率（ELR）	(N+F)/(R+R₁)	体现系统承受的环境压力。其值越大，系统承受的环境压力越大
环境自给率（ESR）	(R+N)/T	表示区域自然资源对农业发展的贡献程度
人均能值利用量（EUPP)	T/P	农业经济发展水平，评价生活水平高低，单位sej
人均能值产出量（EYP)	Y/P	单位劳动力生产效率和真实财富创造能力，单位sej
可持续发展指数（ESI）	EYR/ELR	农业生态系统的可持续性能力
能值/环境可持续指数（E/ESI）	ESR×EYR/ELR	表征系统能值效率，对环境的压力和自组织能力

R:可更新资源; N:不可更新资源; R₁:可更新有机能; F:不可更新辅助能; T:总能值投入; Y:总能值产出; A:系统面积; P:人口。

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2.1.2　辅助能值投入对比

村落系统对外部资源的依赖程度由可更新有机能值投入（R₁）和不可更新工业辅助能（F）的比值来反映。种植业为主（昂乃村）和养殖业为主（满都拉乎村）的村落辅助能值投入分别占总能值投入的39.17%、30.22%（表3）。2个村落的不可更新工业辅助能占辅助能值投入比例分别为54.84%（昂乃村）、21.85%（满都拉乎村），其中电力、化肥和饲料投入比例较大，分别占不可更新工业辅助能的11.53%、72.84%、12.89%（昂乃村），6.69%、42.27%、47.63%（满都拉乎村）；可更新辅助能分别占45.16%（昂乃村）和78.15%（满都拉乎村）。其中，昂乃村劳力投入最大，占工业辅助能的18.71%，说明该区域农业生产机械化水平较低，需要投入大量劳力，而满都拉乎村则是牲畜（牛和羊）的投入比较大，占工业辅助能的70%左右。其中，昂乃村以种植业为主，而满都拉乎村则以畜牧业为主，需要投入大量的牲畜和饲料。

表3 昂乃村和满都拉乎村系统能值投入结构对比

Table 3 Comparison of system emergy input structure between Angnai Village and Mandu Lahu Village

系统投入项目		昂乃村		满都拉乎村
系统投入项目		原始数据	太阳能值/sej	原始数据	太阳能值/sej
可更新资源输入	太阳能	3.73×10¹⁶J	3.73×10¹⁶	3.10×10¹⁶ J	3.10×10¹⁶
	风能	7.6×10¹⁰J	7.60×10¹³	8.33×10¹⁰ J	8.33×10¹³
	雨水化学能	2.71×10¹³ J	1.90×10¹⁷	3.22×10¹³ J	2.25×10¹⁷
	雨水势能	4.03×10¹¹ J	4.55×10¹⁵	4.79×10¹¹ J	5.41×10¹⁵
不可更新资源输入	地下水	2.76×10¹⁰ J	5.36×10¹⁵	3.56×10⁹ J	6.92×10¹⁴
	表土损失	1.05×10¹⁴ J	8.31×10¹⁸	2.34×10¹⁴ J	1.86×10¹⁹
不可更新工业辅助能投入	机械	7.44×10³ kg	2.83×10¹⁶	2.71×10³ kg	1.03×10¹⁶
	柴油	5.09×10¹¹ J	4.27×10¹⁶	4.19×10¹¹ J	3.51×10¹⁶
	电力	1.41×10¹² J	3.00×10¹⁷	5.13×10¹¹ J	1.09×10¹⁷
	N肥	3.36×10⁵ kg	1.79×10¹⁸	1.22×10⁵ kg	6.52×10¹⁷
	P肥	1.80×10⁵ kg	1.05×10¹⁷	6.54×10⁴ kg	3.83×10¹⁶
	饲料	2.25×10⁵ kg	3.36×10¹⁷	5.22×10⁵ kg	7.78×10¹⁷
	滴灌带	—	—	2.09×10⁴ kg	1.01×10¹⁶
可更新工业辅助能投入	种子	1.67×10⁴ kg	8.50×10¹¹	5.99×10³ kg	3.04×10¹¹
	劳力	4.02×10¹¹ J	1.03×10¹⁸	9.43×10¹⁰ J	2.41×10¹⁷
	有机肥	1.58×10⁶ kg	3.22×10¹⁵	3.25×10⁶kg	6.63×10¹⁵
	牛	2.20×10¹¹ J	9.66×10¹⁷	1.25×10¹² J	5.48×10¹⁸
	羊	3.11×10¹¹J	4.89×10¹⁷	4.13×10¹¹ J	6.48×10¹⁷
	鸡仔	8 kg	1.47×10¹⁴	6.20×10 kg	1.14×10¹⁵
	猪仔	7.03×10⁸ J	9.06×10¹⁴	1.49×10⁹ J	1.92×10¹⁵

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2.2　村落系统能值产出结构对比

2个村落系统内的能值产出主要分为作物籽粒、作物秸秆、畜牧产品和禽肉产品（表4）。昂乃村和满都拉乎村总能值产出分别为6.68×10¹⁵、8.45×10¹⁵ sej·hm^-2。其中，昂乃村产出以玉米为主，占总产出的75.35%，满都拉乎村以牛产品为主，占比为52.65%。

表4 昂乃村和满都拉乎村系统能值产出结构对比

Table 4 Comparison of emergy output structure of Angnai Village and Mandu Lahu Village

系统产出项目	昂乃村		满都拉乎村
系统产出项目	原始数据	太阳能值/sej	原始数据	太阳能值/sej
玉米	7.61×10¹³ J	8.07×10¹⁸	2.02×10¹³ J	2.14×10¹⁸
水稻	—	—	7.58×10¹¹ J	2.14×10¹⁶
饲草作物	—	—	8.35×10¹² J	4.14×10¹⁷
牛	3.33×10¹¹ J	1.46×10¹⁸	1.78×10¹² J	7.83×10¹⁸
羊	6.69×10¹¹ J	1.05×10¹⁸	7.04×10¹¹ J	1.10×10¹⁸
猪	7.52×10¹⁰ J	9.70×10¹⁶	7.74×10¹⁰ J	9.98×10¹⁶
鸡	3.68×10² kg	6.76×10¹⁵	3.98×10³ kg	7.31×10¹⁶
鸡蛋	1.92×10² kg	2.70×10¹⁶	2.15×10⁴ kg	3.03×10¹⁸
秸秆	1.20×10⁶ J	5.97×10¹⁰	3.20×10¹² J	1.59×10¹⁷

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2.3　村落系统能值指标和可持续性对比

2.3.1　自然资源发展水平

昂乃村和满都拉乎村农业复合系统的环境自给率ESR分别为0.63、0.70（表5），远高于全国农业生态系统（0.43）^［39］，说明该地区村落的生态-社会-经济系统对自然资源依赖度较高，主要依靠自然资源而非外界大量的辅助能值投入。昂乃村和满都拉乎村的环境负载率ELR分别为4.02、3.04，高于全国平均水平（2.72），意味着这2个村所承受的环境压力要大于全国水平。以种植业为主的昂乃村ELR明显大于以养殖业为主的满都拉乎村，反映出在该区种植业系统由于大量工业辅助能的投入对环境的压力较大，而以养殖业为主的生产方式对环境的压力相对较小。

表5 2种农牧结构村落系统能值分析指标

Table 5 Two village system emergy analysis indicators

能值分析指标	昂乃村	满都拉乎村	全国^[22]
净能值产出率EYR	2.11	1.81	2.08
能值自给率ESR	0.63	0.70	0.43
环境承载率ELR	4.02	3.04	2.72
能值可持续发展指数ESI	0.52	0.61	0.78
能值密度ED/（sej·m^-2）	8.50×10¹¹	1.54×10¹²	5.35×10¹¹
人均能值利用量EUPP/sej	1.48×10¹⁶	7.08×10¹⁶	3.93×10¹⁵
人均能值产出量EYP/sej	1.89×10¹⁶	1.29×10¹⁷	4.31×10¹⁵
能值/环境可持续指标E/ESI	0.33	0.43	0.33

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2.3.2　农业经济资源发展水平

昂乃村和满都拉乎村的净能值产出率EYR分别为2.11和1.81（表5），和全国（2.08）、内蒙古河套地区的农业生产系统（2.68）相比，昂乃村高于全国水平，说明该地区种植业的生产效率要高于养殖业系统，作物种植能够在一定程度上提高能值产出效率。２个村落系统的能值密度ED分别为8.50×10¹¹、1.54×10¹²sej·m^-2，为全国平均水平的1.24倍和2.87倍，说明科尔沁地区的2种生产方式的能值投入强度大于全国水平。相对而言，以养殖业为主的满都拉乎村发展模式具有较高的投入和较低的生产效率，而以种植业为主的昂乃村投入较低但产出效率较高。

2.3.3　农业社会资源发展水平

昂乃村和满都拉乎村的人均能值利用量EUPP分别为1.48×10¹⁶ sej和7.08×10¹⁶ sej，人均能值产出量EYP分别为1.89×10¹⁶ sej和1.29×10¹⁷ sej（表5）。２个村落系统的EUPP和EYP均高于全国水平，说明科尔沁地区的农牧业种养模式具有较高的劳动力生产效率，农民生活水平高于全国平均。其中，以养殖业为主的满都拉乎村EUPP和EYP远大于以种植业为主的昂乃村，这说明满都拉乎村系统在集约化程度、劳动力生产效率和农民生活水平上都高于昂乃村。

2.3.4　系统发展可持续性

昂乃村和满都拉乎村的可持续发展指数ESI分别为0.52和0.61（表5），说明这2个系统都属于消费性系统，可持续发展性低。同时，根据可持续发展指数可以得出，以畜牧业为主的生产方式系统可持续性大于以种植业为主的系统可持续性。从２个村落的能值/环境可持续指标E/ESI可以看出（昂乃村为0.33，满都拉乎村为0.43），以养殖业为主的满都拉乎村高于以种植业为主的昂乃村，说明以养殖业为主具有相对较好的自组织性，也意味着单位环境压力下的系统经济效益和可持续性都有比较良好的发展性能。

3 讨论与结论

科尔沁沙地是中国北方农牧交错带的典型代表区，不同农牧业比重的经营模式在能值结构投入上既有相似之处，又存在一定差异。本研究中不论以种植业为主还是以养殖业为主的村落，辅助能值的投入占比都远大于环境资源的能值投入。其中不可更新工业辅助能投入都以化肥和饲料为主，可更新有机能则有不同的表现，以种植业为主的昂乃村以劳力为主，占辅助能的18.7%；以养殖业为主的满都拉乎村以牲畜投入为主，牛和羊的总投入约占辅助能的70%。以种植业为主的昂乃村的总能值投入中不可更新能值占80.66%，说明该村玉米种植系统对不可更新资源的依赖程度大于可更新资源，例如大量的化肥和灌溉水的投入势必会造成水资源浪费和土壤污染等环境问题，这与邓健等^［24］在黄土高原典型流域得出的结论相似。而以畜牧业为主的满都拉乎村的总能值投入则由于牲畜和有机肥等资源的大量投入，使可更新有机能的占比大于以种植业为主的昂乃村，说明有机肥的投入使用可以在较大程度上改善区域的生态环境。有机肥替代化肥的使用可以提高生产效率、降低环境承载力、提升可持续发展指数^［24］。除此之外，化肥的使用量与投入结构对于系统的可持续发展也是十分重要的。赵桂慎等^［40］发现，减少氮肥的投入量、增加钾肥投入、优化化肥投入结构、推广使用化肥机械深耕技术等措施大大提高了肥料的利用效率、土地利用率，进一步提高了系统可持续发展性能。

表土流失是2个村落不可更新资源能值的主要来源，比例高达99%，说明水土流失是这2个村落系统发展过程中需要解决的重要问题。以种植业为主的昂乃村因为种植玉米和青贮，需要在春季进行翻耕。研究区地处科尔沁沙地南缘，是荒漠化相对严重的地区，春季平均风速4.2—5.9 m·s^-1，每年风速 ≥5 m·s^-1的侵蚀风日数210—310 d，风速≥17 m·s^-1的大风日数25—40 d^［1］。该区域春季翻耕造成地表土壤疏松，大风吹起并带动疏松的表层土，降低土壤肥力，加剧土壤沙化。基于此，在该区域适宜地采取免耕措施可以降低表土损失量，减少作物种植系统对不可更新环境资源的依赖程度。而以畜牧业为主的满都拉乎村则因为放牧活动造成一定程度植被和土壤的退化。放牧会导致土壤团聚体的稳定性降低，原因是放牧导致地表凋落物减少，限制土壤微生物活性，减少土壤团聚体粘合剂，最终导致土壤结构松散，抗侵蚀能力变弱^［41-42］。所以，在该区域采取适宜的禁牧围栏政策可以缓解由放牧压力导致的土壤侵蚀问题。

此外，灌溉方式的不同也直接影响了该系统的能值投入，大水漫灌是以种植业为主的昂乃村农作物的主要灌溉方式，用水量是以滴灌方式灌溉用水量的3倍^［43］，这大大增加了系统的能值投入，造成水资源的浪费^［44］。上述这些特点主要与科尔沁沙地相对干旱的气候和脆弱的生态环境有关。本研究的区域处于半干旱和半湿润气候过渡区，雨季集中在7—8月，并且近年来降水变率呈逐渐增大的趋势，导致干旱发生的频率逐渐增加。同时，研究区土壤以风沙土为主，土壤肥力低下且持水性能较差，所以种植作物需要依靠大量化肥和灌溉以维持土壤肥力和作物产量^［27］。由此可见，在该区域推广雨水利用、滴灌等节水技术以降低种植业对环境的压力是非常必要的。

对比不同农牧结构的生产经营方式，以种植业为主的昂乃村作为密集型种植产业，需要消耗大量的劳动力和不可更新辅助资源，对环境压力的影响较大，例如化肥和机械的投入不利于当地土壤质量和环境的改善，造成环境污染，引起系统可持续性降低。相较而言，以畜牧业发展为主辅以玉米和饲草作物种植的满都拉乎村则大大提高了系统发展的可持续性。这是因为，畜牧业和小比例农业的结合可以进行资源的优势互补。一方面种植青贮饲草和籽粒玉米可以减少向外部购买饲料的数量，使得养殖牲畜和种植所投入的劳动力可以更加充分利用，提高农业资源利用效率。另一方面，牲畜的大量投入相较于少量投入可以提高饲草的利用效率，而且动物粪便可以作为有机肥投入到种植业生产系统中，保护了区域农业生态环境，促进农牧业绿色发展。满都拉乎村以养殖规模为目标来划定种植规模的种养结合方式，从根本上解决了饲料和养殖业排污问题，改善了整体农牧业生态环境，即种植业与养殖业的科学配置提高了系统稳定性和可持续发展指数。从系统的构成来说，种植业比例过大，系统内部元素和结构比较单一，而以养殖业为主并辅以少量种植业的系统内部元素更加复杂，导致系统更加稳定，可持续性更强。因此，从2个村的生产经营模式来看，以种植玉米为主的生产经营模式存在可持续较低的问题，而以畜牧业为主的生产经营模式则具有较高的能值生产效益，系统内具有较好的自组织性，可持续性也更好。

尽管以养殖业为主的满都拉乎村的可持续性优于昂乃村，但是该系统的发展仍然保留着传统的发展理念，即种植业以种植籽粒玉米为主，养殖业则是以农户为单位的小规模养殖，因此需要改变传统观念，开展适应性种养结合。根据本文调查数据，饲料在系统中占据一定的地位，该区域的主要饲料为青贮饲草，因此在保证农民粮食充足的情况下，利用部分耕地种植优质高产饲草，寻找养殖牲畜与种植业之间的匹配点，根据养殖的牲畜所需要的营养来种植饲草，并探索多元化的饲草加工技术。同时，本研究中种植模式主要为单作玉米，不仅土地利用效率较低，还无法满足牲畜对于蛋白质饲料、优质牧草等的需求。玉米与豆科牧草间作，可以明显改善土壤养分、土壤酶活性、生长特性以及营养品质^［45］。于楚楚^［46］研究得出，豆科与非豆科作物间可以扩宽氮素生态位，刺激豆科作物结瘤固氮，促进非豆科作物生长。赵海明等^［47］研究得出在海河平原区青贮玉米与拉巴豆间作会提高经济效益和土地利用率。张建强^［48］指出，北农208与熊猫豆的混播模式下的鲜物质、干物质、粗蛋白、产奶净能和维持净能均高于单作模式。因此，在该区域有限的土地资源下，应该合理搭配种植作物种类和种植模式，例如采用大豆和玉米、紫花苜蓿等间作、混作模式来提升该区域作物生产力和土地利用效率，从而减少饲料投入对环境造成的压力，提升系统可持续性。与此同时，还应该加大对牲畜类的投入，做到规模化养殖。该区域传统的分散饲养往往存在饲养粗放、防疫分散、管理松散、市场价格难以统一等问题，导致农牧民养殖效益低，无法抵御较大的市场风险。同时市场上充斥的劣质饲料、兽药更使得不具备专业鉴别的农牧民在养殖过程中面临巨大的安全和经济风险^［49］。因此扩展养殖规模，改善养殖方式可以有效改善区域养殖环境，提高系统可持续性。随着社会的发展，规模化养殖逐渐成为市场经济的必然选择，提高养殖业的规模化、集约化、专业化、产业化、组织化和社会化程度有利于实现科学饲养的目标，提高养殖业的规模效益，降低市场销售风险^［49-51］。

综上所述，在科尔沁沙地村落现存的农牧业产业结构中，种植业为主或养殖业为主的生产经营模式都主要依靠外部资源，种植业以肥、机械和人工劳力为主，畜牧业以牲畜、化肥和饲料为主；同时，投入的不可更新资源能值占比大于可更新资源能值，主要为表层土壤流失，这导致ELR高而ESR低，进一步说明2种模式的发展中由于种植业的发展而增加了环境压力，其中以种植业为主的昂乃村对环境压力大于以畜牧业为主的满都拉乎村。此外，这2个村落的ED都相对较高但EYR较低，说明能值生产效率低。相对于其他地区，科尔沁沙地村落系统能值可持续性都较低，不利于长期发展。尽管如此，以养殖业为主的生产经营模式由于对生态资源和劳动力的合理利用使得其在系统效率和可持续性上均优于以种植业为主的模式。因此在科尔沁沙地，以种植业为主的生产经营模式应该将发展重心转移到养殖业，而以养殖业为主的生产经营模式则应该优化种植业的配置比例，考虑更多的种养结合发展模式。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

舒心心

马克思主义生态文明视域下沙地生态治理研究

［D］.长春：吉林大学，2019.

[本文引用: 3]

[2]

包慧娟

沙漠化地区可持续发展研究

［D］.北京：中国科学院研究生院，2004.