张悦，刘元义，杨书搏，陶丽欢，李新澳，宋昕烔
(山东理工大学 农业工程与食品科学学院, 山东 淄博 255049)
20世纪80年代，生态学家Odum初创能值分析[1]，将研究对象所在的系统中不能量化的能量进行量化，将太阳能值转换率作为统一的转换率，构建能够反映系统结构的指标评价体系对系统进行科学全面的分析。林晓霞[2]以鄱阳湖区为研究对象，基于能值分析理论与现存传统耕地生态安全指标体系，利用AHP层次分析法确定指标权重进行综合评价；
王金照[3]基于能值分析法，以山西省麦米等为研究对象进行对比研究，得出此区域符合低碳的可持续经济发展模式的结论；
李涛等[4]采用能值分析法对绿色会计信息披露，解决信息难以计量和披露问题；
易军[5]以高新区为研究对象，提出基于能值分析生态经济评价指标体系，从不同角度反映不同绩效并提出了总体可持续发展指标；
张勇等[6]以许疃煤矿区为研究对象，构建能值指标体系和计算模型并给予分析和评价；
庞雪倩[7]利用包括能值分析法的多种方法构建拓展模型，利用此模型测算草原生态外溢价值确定补奖标准，为分配补奖资金提供一定依据；
张大瑜[8]以吉林省粮食生产系统为研究对象，利用能值分析法对生产系统中的三种作物分别进行分析，并建立与粮食相关的分析模型以实证辅助研究；
董珊珊等[9]采用能值分析法，构建能值指标评价体系对以沼气工程为纽带的农业产业园循环模式进行评价；
田宜水等[10]构建农业园区循环经济系统能值评价指标体系，以某农业科技园区为实际案例进行评价；
朱冰莹等[11]以现代“秸秆-羊-田”为研究对象，采用能值分析法对其循环系统的生产效率、可持续性进行评价；
赵俊锐等[12]基于能值分析法，以山东淄博某土地整理项目为研究对象，对开发整理后的土地进行效益评价，此研究有利于促进其可持续发展取得明显的经济、社会效益；
王晓青等[13]通过构建综合效益评价指标和综合评价模型，对黄淮海高标准农田抽样项目区进行研究，为科学运作和规划提供了参考依据；
卓拉等[14]采用水足迹和能值分析法针对黄河流域粮食生产系统构建水资源能值评价指标体系，该研究为黄河流域沿线农业生产系统水资源效率和优化配置提供参考。
综上所述，我国众多学者对能值理论进行多方面研究，针对不同研究对象运用能值分析等方法进行计算分析与评价，但针对山东丘陵区合作社的小麦、玉米生产系统的能值分析评价体系不够全面，采用多种方法进行评价的较少。本文采用能值分析法与AHP层次分析法，以实地合作社为案例为山东省丘陵区作物生产系统评价提供一定参考。
1.1 调研背景概况
1.1.1 自然条件
山东处于温带季风区大陆性气候区，年平均气温为16.3 ℃，年平均降水量1 131.2 mm，年平均日照总时长为3 336.15 h，此地区降水充沛、光照充足，为农作物的种植提供了良好的条件。按照小麦玉米周年种植生产活动及地形条件来划分，山东可以划分为平原黄灌区、平原井灌区、丘陵山区[15]3个周年种植区域，山东鲁中以南多为山地丘陵区，东部半岛多为波状丘陵区。
1.1.2 经济特征及农业发展
根据2021年山东统计年鉴，2020年山东省农用地为1 145.958 6 万hm2，其第一产业增加总值为5 363.76万元，比2019年增长102.7%，全省各地市都呈增长趋势，农作物耕种收综合机械化率达到89.7%，主要农作物良种覆盖率达到100%，农业新型经营主体规模逐步扩大[16]；
2020年山东省小麦、玉米常年播种面积为393.443万hm2、384.647万hm2，小麦、玉米总产量分别为2 568.854万t、2 595.401万t，小麦、玉米单产为6 529 kg/hm2、6 705 kg/hm2，其总产量、单产有上升趋势，农用机械保有量有上升趋势。
1.2 能值分析法的基本步骤
能值理论通过能值转换率将研究的不同类型和不能直接比较的能量流转化为同类型输入、输出能值进行比较，是比较重要的评价生态系统可持续性关键性方法之一[17-18]。本文以小麦、玉米生产系统为研究对象，将自然生态环境系统与人类经济系统结合起来进行定量分析，建立能值指标体系进行综合性评价。能值分析法的一般步骤如下：
1)确定系统边界、资料收集。首先明确系统评价的边界，选用具体农业生产系统作为研究对象，通过文献检索、走访调研、收集原始数据，通过原始数据梳理出输出与输入能量流(能流、实物流、货币流)，为建立能值清单和后续指标计算与分析奠定基础。
2)采用绘图工具，利用“系统语言符号”绘制系统组成部分。能值图能直观表达不同能流的流动方向、从而明确各部分之间的相互影响关系。通过对山东丘陵区调研合作社小麦、玉米生产系统进行梳理，绘制的丘陵区小麦、玉米生产系统能值图如图1所示。
图1 丘陵区小麦、玉米生产系统能值图
3)制定能值表格，列出主要研究的资源类型并找到相应的能值转换率进行转换计算。能值分析表包括可更新资源与社会经济系统资源。社会经济系统资源又称社会经济系统反馈能，是购买性可更新资源与购买性不可更新资源之和，其中，购买性可更新资源主要包括农用机械、农药、柴油等，购买性不可更新资源主要包括农家肥、氮磷钾肥、复合肥、种子、劳动力等。
4)制定指标体系，优化制定原则。采用4个能值指标(见表1)，计算分析小麦、玉米生产系统可持续性的优劣[16]。
表1 主要能值指标描述及表达式
1.3 评价指标体系构建
1.3.1 评价原则
采用AHP层次分析法，按照指标层、中间层、方案层制定三级指标，以循环农业“3R”原则为参考将三者与可持续性理念相结合，制定的能值指标分类图如图2所示[18]。
图2 YAHP构建能值指标分类图
1.3.2 数据来源
本文以2021年山东省统计年鉴中威海市、淄博市、临沂市的数据及实地调研数据为基准，采用的各种核算方法、评价指标的能值转换率来自蓝盛芳等[20]、董佳[21]研究成果。以山东丘陵区典型8家农业合作社为调研对象，对小麦、玉米耕、种、管、收方面的投入进行分析和计算，结果见表2。
表2 山东省丘陵区农业合作社小麦、玉米种植综合能值表
1.3.3 指标确定及分值设定
参照孙任洁[22]、曹建如[23]、郑秀恋等[24]文献，采用AHP层次分析法对指标权重进行计算，利用YAHP软件，通过两两比较下层因素对上层因素的相对重要性、构造判断矩阵、计算特征值λmax，通过计算一致性指标、一致性比例、一致性比率等步骤，得出二级指标和三级指标权重，按照百分制原则将指标量化赋予相应分值，并制定评分标准。采用德尔菲法与AHP层次分析法进行分值设定，一级指标为能值生态指标，满分值为100分；
二级指标为循环-减量化指标和环境可持续性指标，权重分别为0.333 3和0.666 7，满分值分别为33分和67分；
三级指标的权重、评分标准、评分标准设定见表3。
表3 能值生态三级指标评价权重及分值设定
2.1 能值投入结构分析
威海市全年能值总投入为6.70×1014sej，可更新资源2.68×1014sej，不可更新工业辅助能4.02×1014sej，可更新的有机能7.11×1012sej；
淄博市全年能值总投入为4.34×1014sej，可更新资源1.68×1014sej，不可更新工业辅助能2.01×1014sej，可更新的有机能4.73×1012sej；
临沂市全年能值总投入为8.01×1014sej，可更新资源2.16×1014sej，不可更新工业辅助能2.52×1014sej，可更新的有机能4.12×1012sej。其中，威海市的不可更新工业辅助能占比最大为60%，临沂市的不可更新工业辅助能占比最大为53%，淄博市的不可更新工业辅助能占比最大为46%。
山东丘陵区合作社小麦、玉米生产系统全年能值总投入为1.52×1015sej，可更新资源6.51×1014sej，不可更新工业辅助能8.54×1014sej，可更新的有机能1.60×1013sej，占比分别为43%、56%、0.1%。在可更新资源中，占比最大的为风能和雨水资源，表明种植面积受当地气候影响较大；
不可更新工业辅助能占比最大的是化肥(氮、磷、钾)，可更新的有机能中人力和种子是不可缺少的投入，表明系统对化肥、人力机械等有较强的依赖。
2.2 能值指标实例验证分析
调研合作社综合得分见表4。根据表4综合得分情况由高到低依次为威海、淄博、临沂，其得分受能值产出率EYR、环境负载率ELR、可持续性指标ESI、能值转换率UEV影响，且受可持续性指标得分影响较大，参考曾巧云等[27]、钟颖等[28]文献中4个指标的评价方法，对调研地合作社评价指标进行分析。
表4 调研合作社综合得分表
1)能值产出率EYR值。山东丘陵区合作社小麦、玉米生产系统EYR值为2.22，其中威海、淄博、临沂三地合作社EYR值由低到高排序为威海市1.60、淄博市1.92、临沂市3.37，其中威海、淄博合作社的EYR值小于2000年中国农业系统EYR值2.08，表明同等条件下该地区粮食生产系统的能值利用率较低。
2)环境负载率ELR值。山东省丘陵山区典型合作社ELR值为1.34，威海市合作社ELR值为1.50，淄博市合作社ELR值为1.08，临沂市合作社ELR值为1.16，三者环境负载率的值都较小，说明该地区生产系统对环境造成较小的压力。但1990年日本环境负载率ELR值为14.49，2000年中国农业系统的ELR值为2.72，表明该地区的科技、机械化水平有待提高。
3)可持续性指标ESI。山东省丘陵山区典型合作社ESI值为1.66，其中威海市合作社ESI值为1.06，淄博市合作社ESI值为1.78，临沂市合作社ESI值为2.91，该系统ESI值介于1～10之间，表明该地区的可持续发展能力有很大发展空间。
4)系统的能值转换率UEV。山东省丘陵区调研合作社生态系统能值转换率UEV为2.20，临沂市系统能值转换率UEV为4.18、淄博市系统能值转换率UEV为1.73、威海市系统能值转换率UEV为1.0，调研的临沂区域合作社系统单位所产出的产品能值转换率较高。
本文以山东丘陵区农业合作社小麦、玉米生产系统为研究对象，利用文献检索和实地调研方法计算分析的所得数据，采用AHP层次分析法和能值分析法构建了能值指标评价体系，并以实地调研合作社为案例进行了验证并进行评价。结果表明：
(1)山东丘陵区合作社小麦、玉米生产系统全年能值总投入为1.52×1015sej，可更新资源为6.51×1014sej，不可更新工业辅助能为8.54×1014sej，可更新的有机能为1.60×1013sej。其中，威海、淄博、临沂调研合作社的不可更新工业辅助能中肥药占比较大，表明系统对化肥、人力机械等有较强的依赖，农业机械投入占比较少，但机械化程度仍有较大的提升空间。
(2)通过综合得分能直观看出调研合作社综合得分由高到低排列依次是威海、淄博、临沂，其可持续性指标ESI、能值转换率UEV是主要影响因素，其ESI值介于1～10之间，对周围环境造成较小压力，有较强的可持续发展能力。综上，对威海、淄博、临沂调研合作社现阶段的生产系统结构投入及依赖程度、环境的压力、可持续发展性等进行的研究有一定参考价值，采用非单一性评价方法，有利于进一步完善现存的丘陵区评价体系。
分析表明，合作社生产系统对化肥、人力机械等有较强的依赖，其中不可更新工业辅助能中肥药占比较大，因此可在种植环节中优化关键技术，充分发挥合作社带动优势，通过典型合作社成熟种植技术模式推广带动周边农户发展，优化种植模式，向更加高效和可持续方向转型。丘陵区存在租赁机械作业成本较高、机具成本较高、配套难、技术力量相对匮乏等问题，未来应大力推广研发适合丘陵区“小型化、轻量化、复合式”的小型机械。山东丘陵区合作社生态系统能维持自身生态健康，在保障社会经济发展方面发挥重要作用，有利于推动当地农业的发展。
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