基于能值分析的华南双季稻种植模式可持续性评

【研究意义】传统农业系统依赖自然资源以及人工劳动力的投入，得到较高的可持续性发展能力，但同时其产出率也相对较低；现代农业过分依赖工业辅助能的投入，忽略了自然环境因素的作用，导致农业系统可持续能力不断降低。因此，正确认识以及评价环境资源的贡献，是研究农业持续发展战略的重要课题。长期以来，人们以“地大物博”为由，对资源进行掠夺式开发，导致经济效益低下，这也从侧面反映了人们并没有正确对待自然和合理利用自然资源的观念。【前人研究进展】20世纪80年代，美国生态学家ODUM以系统生态学和能量生态学为理论基础，提出了能值分析方法［1］。该方法以太阳能值为统一尺度的方法和理论，克服了不同能质之间无法简单比较和计算的问题，并将自然环境资源、社会经济资源、生态系统服务纳入评价范围，实现了对系统科学而全面的分析。近年来，国内外农业生态经济系统能值分析研究十分活跃，涉及主要农产品的能值价值评估［2］、无公害蔬菜生产系统的可持续性研究［3］、海涂不同水生利用模式评价［4］、湖南不同季别稻作系统的生态系统能值分析［5-6］、湖南水稻生态系统的能值分析［7］、海南农业能值分析［8］等领域。【本研究切入点】华南双季稻区是我国重要的水稻主产区之一，其产量占全国水稻总产量的12.8%以上，仅次于长江中下游平原［9］。近年来，随着该地区城市化速度加快，农村劳动力大量转移，双季稻种植模式开始向高投入高排放型的石油依赖性农业转变。例如，广东省近15年间农药、化肥、农用柴油和塑料薄膜使用量分别提高33.1%、41.6%、15.5%和82.6%［10］。因此，从生态经济角度判断华南地区当前双季稻种植模式的可持续性，对于我国农业健康稳定发展具有重要意义。但是，目前对我国华南地区双季稻种植模式的能值分析却尚未有报道。因此，本研究以广东省典型双季稻种植系统为研究对象，采用能值分析方法对其可持续发展能力进行定量化评价，并提出系统优化建议，以此为华南双季稻生产的可持续性提供研究参考。【拟解决的关键问题】水稻作为我国的基础作物之一，如何正确认识并合理规划其在工业辅助能与自然资源的投入比例，得到较高产出率的同时保持其一定的可持续发展能力，对于我国农业整体发展情况具有不可替代的意义。

1 材料与方法

1.1 系统描述

本研究选取广东省广州市增城宁西镇的双季稻常规种植模式进行研究。该区域年平均太阳辐射5.06×109 J/m2，年平均降雨量1 957.7 mm（数据来源于广东省气象局），属于典型的华南亚热带季风性气候，具有代表性。研究区域所种植的早稻品种为华航38号、晚稻品种为华航52号，其中早稻3月中下旬移栽、7月底收割，晚稻8月中下旬移栽、11月底收割。每季水稻移栽前施药两次，农药品种包括爱苗（用于治病）、福戈（用于杀虫）、密达（用于祛除福寿螺）。每667 m2施芭田复合肥（15-15-15）30 kg作底肥，秧苗移栽后施用尿素20 kg，孕穗期再追施尿素10 kg；插秧1周后喷洒除草剂（丁草胺，含量60%），每667 m2用量为70～80 mL；水稻收获后，秸秆直接还田，稻田整地、收割都采用机械化操作，其他田间农事操作皆由人工完成。在本研究中，由于所用机械重量难以获得，故不在系统分析中考虑，机械操作的投入仅计算其作业过程中的柴油消耗。

1.2 能值分析方法

1.2.1 能流图 能值是指产品或劳务形成过程中直接或间接投入应用的一种有效能总量［11］。根据ODUM所设计的能量语言符号，本研究绘制了华南双季稻田种植系统的物能流动图，从总体上反映该系统的能量投入产出过程（图1）。按照能量来源和性质的不同，本研究将投入双季稻系统的能量划分为4类，即包括太阳能、风能、雨水化学能、灌溉水的“环境可更新资源”，包括表土层损耗能的“环境不可更新资源”，包括化肥、柴油、农药、电力等农资投入的“不可更新辅助能”，包括人力、种子等的“可更新辅助能”。前两类都属于环境资源，后两类则属于经济系统辅助能。由于电力和人力通常由不可更新资源和可更新资源共同作用而产生，因此，根据国际上广泛采用的资源分类方法，将二者分别分为可更新辅助能部分和不可更新辅助能部分。其中，人力的可更新部分按照其投入的12.0%计算，电力的可更新部分按照其投入的68.8%计算［12］。此外，由于系统中投入的秸秆来源于稻田本身，在收获后又被归还于农田，因此，根据能值第四计算规则，为避免重复计算，秸秆投入被归为系统反馈能，且在系统总能值投入中不计入。

文章来源：《华南地震》 网址: http://www.hndzzz.cn/qikandaodu/2021/0514/796.html