摘要：农业生态系统是人类生存的最基本系统，对其结构和功能进行分析是破解农业生态环境问题的关键．本文应用能值分析理论并借助数据包络分析法、协整检验、误差修正模型等经济计量方法，对1997—2009年四川省及其21个地级市农业生态系统的运行动态、环境承载情况、运行效率、投入产出关系进行定量分析．结果表明:研究期间，四川省处在由传统农业向现代农业过渡阶段，农业机械化水平不断提高，资源利用效率不断加强，结构优势度总体情况较好，而过度依赖经济能值的投入使系统可持续性能力逐年减弱;区域间农业生态系统发展状况的差异较大，成都平原区和川西高原区要么资源开发过度，要么资源利用不足，而四川丘陵地区农业生态系统富有活力和发展潜力，属于四川农业未来发展的重点区域;四川省农业生态系统总体运行效率较低，各地状况不一，既包括技术效率较低因素，也有规模不当的原因;四川省农业生态系统经济能值指标与产出能值之间存在长期均衡动态关系，但短期内的能值投入远未达到理想的产出状态．

　　关键词：农业生态系统；能值评估；动态计量；四川省

　　农业生态系统是人类生存最基本的系统，研究其结构和功能是破解农业生态环境问题的关键．能值理论和方法将生态系统中不同种类、不可比较的能量转换为统一计量标准的能量，以评价它们在系统中的作用和功能，这为农业生态系统的定量分析开辟了新途径．国外一些学者对各类型生态系统和经济系统进行能值分析，如Helminen对芬兰和瑞典造纸工业的生产系统进行能值评价，Costanza等利用能值理论对全球生态服务价值评价进行了理论方法的探索和实践研究．蓝盛芳和钦佩首次将能值理论引入中国，在不同层面开展了对农业、城市、自然保护区等方面的能值分析和理论方法研究．目前，国内能值分析研究比较活跃，其中，对农业生态系统能值的研究主要集中在能值投入产出状况、运行效率和可持续发展等方面，研究视角涵盖全国范围、西部地区、省、市等不同尺度，研究方法包括构建能值评估指标体系、应用线性回归模型等．本文以上述研究为基础，对研究方法进行了改进，在应用能值分析理论的基础上借助数据包络分析法、协整检验、误差修正模型等经济计量方法，对四川省及其21个地级市农业生态系统运行动态、环境承载情况、运行效率、投入产出关系进行定量分析，以期为区域农业资源的科学评价与合理利用、农业经济发展方针的制定及可持续发展战略决策的实施提供依据．

　　1、研究地区与研究方法

　　1.1研究区概况

　　四川省(26°03'—34°19'N，97°21'—108°31'E)是中国西部地区典型农业大省，也是国家建设长江上游生态屏障、构建生态安全战略格局的重点区域，幅员面积约48.5×104km2，下辖18个地级市和3个自治州．该区气候温和、湿润，年均气温14～19℃，年均降水量900～1200mm，年日照时数1000～1600h．

　　1.2能值分析方法

　　能值分析方法由美国生态学家Odum于20世纪80年代初创立，他将能值定义为一种流动或贮存的能量中所包含的另一种类别能量的数量．该方法可定量分析自然和人类社会经济的真实价值，能将生态环境系统与社会经济系统统一起来，从根本上克服了单纯着眼于生态分析或经济分析的局面，有助于调整生态环境与经济发展的关系，其理论依据是能量等级理论和系统自组织理论，任何形式的能量均来自太阳能，随着能量在系统中流动，一部分能量散失掉(熵)，系统同时形成具有较高能量等级的新形式的能量，这些能量均可用同一种形式的能值来表示．该理论被认为是联结生态学和经济学的桥梁，是对生态系统和复合生态系统进行定量分析的新方法，被广泛用于分析国家或地区农业的生态经济状态与规律．本文涉及的太阳能值转换率基于全球能值基准(15.83E+24sej·a－1)展开．

　　1.3数据包络分析法

　　数据包络分析法(dataenvelopmentanalysis，DEA)是一种以相对效率概念为基础，用于评价具有相同类型的多投入、多产出的决策单元(decisionmakingunits，DMU)是否技术有效的非参数统计方法，其基本思路是通过对投入和产出比率的综合分析，以DMU的各个投入和产出指标的权重为变量进行评价运算，确定有效生产前沿面，并根据各DMU与有效生产前沿面的距离情况，判断各DMU是否有效．常用模型有C2R和C2GS2，前者用来评价DMU的规模有效性，后者用来评价DMU的技术有效性．由于C2GS2模型可将技术效率细分为纯技术效率和规模效率(其中，技术效率指在投入给定的情况下产出最大化的能力;纯技术效率指在规模报酬可变情况下因技术水平不同而导致生产水平与生产前沿之间的差距;规模效率指规模报酬不变与规模报酬变化时生产前沿之间的差距，技术效率=纯技术效率×规模效率)，从而能为系统运行效率的全面分析提供更充足的信息，因此本文选择C2GS2模型来考察四川农业生态系统运行效率．

　　1.4协整分析方法

　　协整分析方法是近年来处理非平稳时间序列之间长期均衡关系和短期波动的有力工具，其理论基础是虽然一些变量的本身是非平稳序列，但它们的某种线性组合却有可能是平稳的，这种平稳的线性组合被称为协整方程，该方程可被解释为变量之间长期稳定的均衡关系，从而避免了传统的最小二乘法估计所可能导致的“伪回归”问题．协整分析的意义在于，对于2个或2个以上具有各自长期波动规律的变量，如果它们之间是协整的，则它们之间存在一个长期均衡关系．基于协整理论的误差修正模型(errorcorrectionmodel，ECM)，可反映短期内系统对于均衡状态的偏离程度，即采用长期均衡误差作为短期波动的修正项，从而得到有关偏离程度的调整信息．

　　本文利用ADF单位根检验方法来判断残差序列是否平稳，从而确定变量间是否存在协整关系．对多个同阶单整序列建立回归方程，然后检验回归方程的残差序列是否具有平稳性，即是否存在单位根，若残差序列平稳，则可以确定变量间存在协整关系．

　　1.5能值指标的计算

　　1.5.1净能值产出率净能值产出率(netemergyyieldratio，NEYR)是评价能值利用效率的指标，其值为产出能值与经济能值之比．净能值产出率越高，表明系统经济效益越高，资源利用效率越强．

　　1.5.2能值投资率能值投资率(emergyinvestmentratio，EIR)是衡量经济发展程度和环境负载程度的指标，其值等于经济能值与环境能值之比．能值投资率低，说明农业经济发展水平较低，对自然环境的依赖度较高;反之，则表明农业生产方式更先进，对经济投入的依赖度更高．然而，能值投资率并非越高越好，过多的经济能值投入将增加产品成本，降低产品市场竞争力．

　　1.5.3环境承载力环境承载力(environmentloadingratio，ELR)是反映系统环境的承载压力，其值等于经济能值加上不可更新资源能值之和与可更新环境资源能值的比率．环境承载力是对农业生态系统的一种警示，较高的环境承载力意味着经济活动对环境造成的压力较大．

　　1.5.4系统结构优势度系统结构优势度(systemdominantdegree，SDD)的计算公式为:C=Σ(EYi/EY)2式中:C代表系统结构优势度;EYi代表第i个子系统的能值产出;EY代表系统能值的总产出．系统结构优势度是反映系统均衡性大小的指标，其值越接近0，说明各产业优势度差异越小;其值越接近1，说明某一产业越处于绝对优势地位．这两种情况均走向极端，不利于系统综合发展．在实际生产中，应以某一产业为主导，充分利用区域资源优势，并兼顾其他产业发展，因此系统结构优势度应维持在0.50左右较为合理．

　　1.5.5系统稳定性指数系统稳定性指数(S)的计算公式为:S=－Σ(EYi/EY)ln(EYi/EY)系统稳定性指数(systemstabilitydegree，SSD)是反映系统稳定性大小的指标，其值越高，说明系统各种能值流的连接网络越发达，系统的抵抗力和恢复力越强．

　　1.5.6可持续发展指数可持续发展指数(sustainabledevelopmentindex，SDI)为净能值产出率与环境承载力之比．1＜SDI＜10，表明经济系统富有活力和发展潜力;ESDI＞10是经济不发达的象征，表明对资源的开发利用不够;ESDI＜l则表明环境承载力较大，属消费性经济系统．

　　1.6数据来源

　　本研究采用的数据资料主要源自文献查阅和专家咨询，能量折算系数和能值转换率引自蓝盛芳等、Odum和李寒娥等的研究成果．

　　2、结果与分析

　　2.1四川省农业生态系统的能值投入和产出结构能值投入由可更新环境资源能值、不可更新环境资源能值、不可更新工业辅助能值、可更新有机能值4部分构成．其中，前两项称为环境能值，后两项称为经济能值．1997—2009年，四川省农业生态系统能值总投入由1.82E+23sej增至2.52E+23sej，累计递增38.5%，年均增加2.8%．其中，不可更新工业辅助能值显著增加91.0%，年均递增5.5%，在能值总投入中的比重也由46.9%大幅攀升至64.6%，其他3种能值投入量基本保持稳定．由此可见，四川省农业生态系统的正常运行主要依靠不可更新工业辅助能值，即电力、农药、化肥、机械动力等经济能值投入，具有不可持续性．从区域情况来看，成都、德阳、内江经济能值投入比重最高，2009年分别达到92.7%、90.8%、88.9%;而甘孜州、阿坝州、凉山州的环境能值投入比重较大，2009年分别为99.4%、98.0%、85.1%．经济发展不均衡是造成区域间能值投入差异的主要因素之一．

　　能值产出由种植业能值、畜牧业能值、林产业能值、渔产业能值4部分构成．1997—2009年，四川省农业生态系统能值总产出由3.26E+23sej增至4.31E+23sej，累计递增32.2%，年均增加2.4%，种植业能值在能值总产出的比重累计减少8.5%，畜牧业能值比重累计增加6.9%，两者差距总体呈逐年扩大趋势，在2006年达到最大．这主要是由于2006年四川省遭受了百年一遇的干旱影响，粮食总产量减产4.7%，而肉类总产量依然同比增长7.2%．从区域情况来看，阿坝州、甘孜州、雅安的畜牧业能值产出比重最高，2009年分别达79.6%、76.9%、70.8%;泸州、攀枝花、广元的种植业能值产出比重较大，2009年分别为70.1%、58.3%、45.0%，多数地区的畜牧业能值产出高于种植业能值产出，表明人民生活水平得到了提高，对肉、蛋、奶的需求大大增加．

　　2.2四川省农业生态系统的主要能值指标

　　2.2.1净能值产出率1997—2009年，四川省农业生态系统净能值产出率(NEYR)从3.56降至2.58，总体呈递减趋势，但与2008年全国农业平均净能值产出率(1.42)相比，仍处于较高水平．从区域情况来看，巴中、南充、遂宁、南充的净能值产出率较高，2009年处于6.06～8.69的高位，而成都、德阳的农业经济发展水平虽相对处于较高水平，但由于其过度依赖于经济能值的投入，导致净能值产出率低于1.88，农业生产运转效率较低．

　　2.2.2能值投资率从总体情况来看，四川省农业生态系统的能值投资率(EIR)呈逐年递增态势，其值由1997年的1.02增至2009年的1.99，年均递增图21997—2009年四川省农业生态系统能值产出的变化5.7%，但仍远低于全国平均水平(4.93)．从区域情况来看，成都平原区的能值投资率较高，大于3.7，其中又以成都的能值投资率最高，达到12.8，而甘孜州、阿坝州、凉山州的能值投资率较低，不足0.2．这表明成都平原区的农业生产发展水平较高，有较多的电力、化肥、农药、机械动力等经济能值的投入;而“三州”地区的农业生产技术水平落后，对自然环境的依赖度较高．

　　2.2.3环境承载力环境承载力(ELR)是反映系统环境的承载压力，其值等于经济能值加上不可更新资源能值之和与可更新环境资源能值的比率．环境承载力是对农业生态系统的一种警示，较高的环境承载力意味着经济活动对环境造成的压力较大．1997—2009年，四川省农业生态系统的环境承载力逐年增大，从1.16增至2.21．从区域情况来看，环境承载力与能值投资率的地理表达较接近，即成都平原区的环境承载力普遍较高，其中成都的环境承载力值高达13.02，而甘孜州、阿坝州、凉山州的环境承载力值低于0.2．这表明成都平原区的生态环境压力较大，主要原因是以化肥、农药、农膜为代表的经济能值投入过多，以化肥为例，2009年成都化肥施用量达18.53×104t，平均施用量为554kg·hm－2，远超过发达国家为防止化肥对水体污染而设置的标准(225kg·hm－2)，也远高于全国化肥平均使用量(330kg·hm－2)．国家“十二五”规划纲要指出，要推进农村环境综合整治，治理农药、化肥和等面源污染．因此，以成都为代表的成都平原区应加大科技管理投入，加大高素质农业人才队伍的投入，提高农业生产技术水平，大力发展低碳农业，减少化肥、农药、农膜等对环境的污染程度．2.2.4系统结构优势度四川省农业生态经济系统结构优势度(SDD)总体情况较好，1997—2009年均维持在0.48左右，今后应进一步保持这种态势．值得注意的是，阿坝州、甘孜州的农业生态系统结构优势度均大于0.6，这与其传统畜牧业发达有着密切联系．

　　2.2.5系统稳定性指数1997—2009年，四川省农业生态系统稳定性指数(SSD)总体呈现缓慢的下降趋势，1997年农业生态系统的稳定性指数为0.78，到2006年跌至0.66，2007年虽反弹到0.76，但随后两年又减少，2009年已降低到0.71．系统稳定性指数出现上述波浪式变化的主要原因是农业产业结构调整．从区域情况来看，2009年自贡、广元、内江、攀枝花、凉山州农业生态系统系统稳定性指数相对较高，在0.82～0.86，而雅安、泸州、阿坝州则低于0.71．表明雅安、泸州、阿坝州的农业生态系统各子系统内部连接网络不佳，系统整体抵抗力和恢复力较弱．今后应继续加强农业生态经济系统结构调整，注重结构调整的科学性，以增强其系统的稳定性．

　　2.2.6可持续发展指数1997—2009年，四川省农业生态系统的可持续发展指数(SDI)总体呈下降趋势，由3.08降至1.17，表明四川省农业生态环境虽仍具有一定的活力和发展潜力，但其可持续性正逐年减弱，接近临界点1．究其原因，一方面是净能值产出率逐年下降，另一方面是环境承载力不断增加，在双重压力之下，可持续发展指数加速下降．从区域情况来看，成都、德阳、眉山、自贡、内江等经济相对发达区域的农业生态系统可持续发展指数低于1，处于不可持续状态;经济落后地区如阿坝州、甘孜州、凉山州、广元、巴中的农业生态系统可持续发展指数大于10，资源开发利用明显不足;上述区域外的其余地级市多数位于四川丘陵地区，可持续发展指数在1～10，表明四川省农业发展的潜力在丘陵地区，应加强这些地区的农业发展．

　　2.3四川省农业生态系统运行效率评价

　　运用数据包络分析法(DEA)分析四川省农业生态经济系统运行效率，从经济能值的角度考虑，设定投入指标为农村用电量能值(X1)、化肥施用量能值(X2)、农药使用量能值(X3)、农业机械动力能值(X4)、农用塑料薄膜(X5)、农村劳动力(X6)，产出指标为总能值产出(Y)．从表1可以看出，四川省农业生态系统技术效率平均值为0.7，距效率最优尚存在不小的差距．其中，泸州、巴中、资阳、甘孜州4个地级市的农业生态系统效率值均为1，已达到最佳;内江、乐山、眉山、宜宾、广安、达州的效率平均值均低于0.6，主要原因是技术效率低，应着重在投入要素的有效使用方面下功夫;自贡、内江、攀枝花、雅安、阿坝州的整体效率平均值仅为0.57，主要原因则是规模不当，提高这类区域的农村生态环境应重点加强规模调整．值得注意的是，阿坝州还存在规模报酬递减的问题，即投入要素按相同比例同时增加时，产出增长的比例小于投入要素增长的比例，主要原因是其农业生态系统生产要素可得性被限制．2.4四川省农业生态系统投入产出关系协整分析农业生态系统是一个具有耗散结构的开放系统，利用协整分析方法可考察能值投入与产出之间的相互作用机制．由于不同年份间环境能值的变化程度较小，本文依然从经济能值的角度考虑设置投3期张颖聪等:四川省农业生态系统能值评价及动态计量分析831入产出的指标，各指标与2.3相同．为克服数据的剧烈波动和异方差的影响，对上述各变量取对数并分别记为:LY、LX1、LX2、LX3、LX4、LX5、LX6．2.4.1变量平稳性检验如果时间序列的统计规律随时间的位移而发生变化，则该序列为非平稳序列，因此在对时间序列进行协整分析之前，需进行单位根检验，以确定该时间序列是否平稳．本研究采用ADF检验方法，对投入产出各变量及差分变量进行平稳性检验，结果显示所有变量的原始值都不能拒绝存在单位根的原假设，因此都是非平稳序列，所有一阶差分变量在α=0.05的显著性水平下表现平稳，属一阶单整序列，满足进行协整检验的条件．

　　2.4.2协整检验协整检验可以揭示非平稳时间序列间的长期稳定关系，本文运用Engle-Granger两步法检验各经济能值投入量与能值产出之间的协整关系．首先用OLS法对LX1、LX2、LX3、LX4、LX5、LX6分别与LY进行回归得到6个协整回归方程，再对回归方程得到的残差进行单位根检验．结果显示，所有模型拟合优度均较高，均通过t检验和F检验，在α=0.05显著性水平下均为平稳时间序列，即从长期来看，四川省农业生态系统各经济能值投入量与能值产出之间分别存在长期稳定关系，且均为正相关关系．

　　2.4.3误差修正模型分析根据Granger定理，一组具有协整关系的变量可以建立误差修正模型．因此，本文在协整检验的基础上建立误差修正模型(ECM)，进一步分析上述各变量间的短期动态调整关系．误差修正模型如下，△LY=0.21△LX1－0.84ECMt－1R2=0.43，RAD2=0.36，F=7.3；△LY=0.65△LX2－0.41ECMt－1R2=0.55，RAD2=0.45，F=3.56；△LY=0.55△LX3－0.77ECMt－1R2=0.37，RAD2=0.32，F=5.8；△LY=0.15△LX4－0.57ECMt－1R2=0.32，RAD2=0.25，F=4.66；△LY=0.04△LX5－0.57ECMt－1R2=0.47，RAD2=0.39，F=2.04(7)△LY=0.32△LX6－0.61ECMt－1R2=0.33，RAD2=0.27，F=5.01；各项系数均通过t检验和F检验，但各模型的修正R2均偏小，说明模型的标准误差较大，也说明四川省农业生态系统能值产出的波动受众多因素影响．上述模型中一阶差分项前的系数代表对应指标的短期弹性，相关系数所代表对应指标的长期弹性相比，短期弹性均小于长期弹性，这表明短期内经济能值投入对能值产出的贡献，由于受到各方面制度和环境因素的制约，远未达到长期的理想状态．

　　3、讨论

　　研究期间，四川省正处在由传统农业向现代农业的过渡阶段，农业机械化水平不断提高，资源利用效率不断加强，结构优势度总体情况较好．然而，农业生态系统产值的增长主要依靠投入大量电力、农药、化肥、机械动力等经济能值来实现，这不仅增加了生产成本，而且使系统产生不可逆转的功能退化，表现在环境承载力指标逐年增大，从而使农业生态系统可持续性能力逐年减弱，特别是2003年系统可持续发展指标值首次跌破2，到了2009年更是接近不可持续状态的临界点1，急剧下降的农业生态系统可持续能力应当引起警觉．

　　四川省各区域间农业生态系统发展状况的差异较大．以成都经济区(包括成都、德阳、绵阳、眉山、资阳)为代表的经济发展较快区域的农业生产发展水平较高，资源利用效率较高，对电力、化肥、农药、机械动力等经济能值的依赖度也较高，然而，其生态环境压力较大，农业生态系统可持续发展指数低于1，处于不可持续状态;经济落后的“三州”地区(包括凉山州、甘孜州、阿坝州)农业生产“靠天吃饭”，对自然环境的依赖度较高，资源开发利用明显不足;四川丘陵地区对经济能值的依赖度、资源利用效率适中，可持续发展指数在1～10，农业生态系统富有活力和发展潜力，属于四川农业未来发展的重点区域．四川省农业生态系统总体运行效率较低，尚未

　　达到最优值．农业生态系统运行效率较高的地区主要集中于泸州、巴中、资阳、甘孜州等地，其余区域的农业生态系统运行效率较低，原因既包括技术效率较低，也有规模不当所致，需对症下药．说明四川省大部分地区农业生产处于依靠资源大量投入的粗放型阶段，技术应用有待加强．同时，大部分地区农业生产仍处于规模收益递增阶段，即增加投入将带来更大规模的产出．这意味着加强规模调整、增加投资仍是四川省农业生产的有效途径之一．

　　尽管农村用电量能值、化肥施用量能值、农药使用量能值、农业机械动力能值、农用塑料薄膜能值、农村劳动力能值与产出能值的各自增长均表现为非平稳，但每项经济能值指标与产出能值之间均存在协整关系，即长期均衡动态关系．短期内，能值投入对产出的影响远未达到理论上的理想状态，这一事实表明四川省产出能值短期内除了受到经济能值投入的影响之外，还受到诸如制度和环境因素的制约等其他因素的影响．