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1農業資源高效利用:農業持續發展的前提和保證

世界農業經歷了從原始農業、傳統農業到現代農業的發展歷程,在此過程中無論是西方發達國家的“石油農業”還是發展中國家的“綠色革命”,它們在創造了農業增產奇跡同時,也帶來了土壤退化、環境破壞、病蟲害爆發等一系列農業生態問題,它們所追求的高效都是建立在能源巨大消耗和環境破壞基礎上的,以投入產出進行成本核算,“高效”的意義殆盡,只能說是一種“高消耗”的農業。20世紀80年代以來全球可持續發展思潮的涌動使人們開始重新審視現代農業發展模式引發了全球農業可持續性的思考。1991年4月,FAO在荷蘭召開的“農業與環境”國際會議上所通過的《登博斯宣言》,給持續農業以新的完整定義:管理和保護自然資源基礎,調整技術和機構改革方向,以便確保獲得和持續滿足目前幾代人和今后世世代代人的需要。這種持續發展能保護土地、水資源、動植物遺傳資源,而且不會造成環境退化,同時技術上適當,經濟上可行,能被社會所接受[1]。發展可持續農業是目前全球的一項共識,而集約高效利用農業資源則是實現農業可持續發展的重要途徑。在農業資源利用過程中,既要維持或不斷提高資源利用的潛力,降低農業生產風險,又要保持農業生產環境的趨良性,促進經濟和社會的健康發展。在判定農業自然資源利用效率時,不能僅以農產品產出狀況為依據,判別“高效”利用的第一位標準是農業自然資源的開發利用必須是可持續的[2]。所以,有學者認為必須從更大范圍和尺度來界定農業資源高效利用。衡量農業資源利用高效與否的標準應該包括以下幾個方面:節約利用資源,資源利用率高;有效利用資源,資源產出率高;投入少產出多,經濟效益高;不造成資源退化、枯竭,可持續利用資源;不污染環境,保持高質量的農業生態環境[3]。由此可見,持續農業對農業資源高效利用提出了現實要求,而農業資源高效利用正是農業持續發展的重要前提和根本保證。

2農業資源利用效率評價方法

2•1比值分析法

比值分析法是一種簡便而又實用的方法,農業資源效率計算可以表達為[5]:Rec=E0-N0Ri(1)式中:Rec為廣義的農業資源效率,Ri為資源消耗量或占有量,E0為有效價值產出,No為伴隨該資源消耗利用過程產生的負面效應價值。利用比值分析法可以直接求算資源利用效率[4];還可以通過計算資源消耗系數來間接求算資源利用效率[5]。消耗系數越大,資源的利用效率就越低。比值分析法計算農業資源利用效率具有形式簡單、涵義明確的特點,當所消耗的資源數量比較容易量化,其數據易于獲得,并且所要評價的對象具有同質性,形成的評價指標具有可比性時,通常會用比值分析法。但使用比值分析法的關鍵是投入要素和產出要素數量的確定以及綱量的統一。由于農業資源利用效率評價中社會、生態、經濟資源的投入難于量化,也很難在投入與產出之間建立統一的量綱,因此,比值分析法在這一方面受到了限制。比值分析法通常是對單因素進行評價,不利于發現阻礙整體資源潛力充分發揮的限制因素,為了更全面地了解農業生產系統特征,高效配置農業資源,開展相應的技術體系集成,還需結合其他評價方法展開。

2•2生產函數法

利用生產函數進行農業資源利用效率評價是指通過生產函數的建立與參數的求解,將實際觀察值與生產函數所要求達到的水平相比,來反映資源利用效率,并且分析各投入要素對產出的影響大小[6~9]。其基本表達式為[10]:Y=f(X1,X2,…,Xn)(2)式中:Y表示某一農產品的產出量;X1,X2,…,Xn表示參與該農產品生產的n項資源投入;f是投入轉化為產出的函數關系。在所有的n項資源投入中,有些是可控的,有些是不可控的,還有一些是當前條件下無法觀測的。通常研究的是可控投入對產出的影響,而把不可控和不可觀測投入作為一個隨機擾動項,因此,農業生產函數又可以表示為[10]:Y=f(X1,X2,…,Xk)+ε(3)式中:前k項投入表示可控投入;ε為代表隨機擾動項的隨機量。利用生產函數進行農業資源利用效率評價內容包括:利用生產函數模擬出固定投入下的理論最大產出,采用實際產出/理論產出來評價農業生產過程中的效率;采用同樣原理評價固定產出條件下最佳生產過程與被評價生產過程投入量之間的關系;采用農業生產函數中的系數(產出彈性),評價各投入要素對產出的影響;計算農業科技進步貢獻率,通過把除要素投入以外的其它所有因素對產出的綜合影響均看作科技進步的作用,常以余值或殘差的形式來評價農業科技進步對農業資源利用效率的影響。生產函數方法是針對同一農業部門(或單位)而言,不同農業部門(或單位)借助于回歸分析技術各自建立的生產函數模型是無法進行比較的。生產函數法是目前分析科技進步效果較為普遍的一種方法,但是它不能反映科技投入是如何影響科技進步進而影響農業資源利用效率的,這樣就容易導致人們對科技投入的忽視,最終延緩科技進步。

2•3包絡分析法

包絡分析法(DataEnvelopmentAnalysis)是美國著名運籌學家Chares和Cooper等人在1978年提出的,主要采用數學規劃方法,利用觀察到的有效樣本數據對決策單元(DecisionMakingUnits,DMU)進行生產有效性評價。DEA法用一組輸入———輸出數據來估計相對有效生產前沿面,這一前沿能夠很方便地找到,生產單位的效率度量是該單位與確定前沿相比較的結果。應用DEA法可以進行農業資源相對生產效率評價[11]及農業技術效率評價[12]。應用DEA法進行農業資源相對生產效率評價時,需要考察不同農業生產區域(作為決策單元),選取它們的主要投入指標作為輸入,選取一些主要的產出指標作為輸出。應用模型求各決策單元的最優解θ*,值為1的決策單元對應著最高的投入產出效率,從技術有效和規模有效的角度,它們構成了投入產出效率最高的一類農業生產區。由于行業投入產出的效率高低總是相對的,總可以將DEA有效的決策單元剔除,再對余下的單元進行DEA評價,以確定在余下的農業生產區中哪一個行業的投入產出效率最高,且構成一個類別(對應的θ*值為1)。經過有限多輪的DEA評價,就可以將不同發展水平的農業生產區按投入產出效率的高低自然而客觀地分成不同的類[13]。在農業資源利用效率評價中當某些數據不易于直觀獲得,尤其是評價對象結構較為復雜時,DEA法顯出其優勢。利用DEA模型進行評價可以得到一些相對性的結果,有利于具有相同類型的部門(或單位)之間進行對比,同時也可以對于同一部門不同時間段進行對比與評價[14]。該法主要用于多投入,多產出系統的相對效率的評價。其與生產函數的區別在于所估計前沿面的差別。生產函數的前沿面是一種理論前沿,代表一種理想狀態,而DEA的前沿面是一種相對有效生產前沿面,具有實際意義。但是DEA方法評價的結果只是農業資源利用效率相對高低,并不能說明相對效率低的原因,還需要結合其他方法來找出提高效率的對策;同時,有關DEA的模型大多沒有考慮實際生產過程中的隨機不確定性,因此評價結果與實際情況間會產生一定的偏移。在這一方面,國內外的許多學者正在進行研究與改進,如Banker[15]和肖渡[16]等把統計方法引入DEA,提出了用最大似然估計法處理DEA中的隨機性;O1esen和Petersen[17]使用可信度域的分段線性包絡方法提出了概率約束DEA模型;Cooper[18]等把滿意度概念引入DEA,提出了滿意度DEA模型等。

2•4能量效率分析的評價方法

農業資源利用效率評價指標體系中除包括水、土、氣、生等單項資源利用效率評價指標外還包括物質、能量轉化效率等一些綜合性指標。能量效率分析就是要研究系統的能量流,從能量利用轉化的角度進行效率分析。在研究能量流的過程中,利用能量折算系數把各種性質和來源不同的實際投入產出物質轉換成能流量,通過計算機和統計分析確定系統內各成分間各種能流的實際流量。對于農業生產系統,主要是研究其輔助能量投入產出以及轉化率的大小,包括生物輔助能,工業輔助能,人工輔助能,產出能等。目前能流分析方法有統計分析法、輸入/輸出分析法、過程分析法三種[19]。以輸入輸出法為例,首先測定輸入輸出實際的流量,利用能量折算系數統一量綱;在此基礎上,進行能量效率分析,分別計算各種輔助能的能量利用效率(總產出能/各輔助能投入),太陽能利用率(系統能量總產出/系統太陽能輸入),總的能量利用效率(總產出能/總投入能)以及能量投入邊際產出等;還可以利用統計的方法,對各輔助能投入與能量總產出之間進行回歸分析,尋找農業生產中的限制性因子;應用灰色系統理論的關聯分析方法對影響能量總產出的各項投入因子的重要性進行量化分析,尋找較能影響系統產出的因素;計算各種能量的投入比例,分析系統的能量投入結構,以反映能量投入效果,確定能量投入是否合理[20]。能量效率分析把各種性質和來源根本不同的物質均以能量單位表示后進行比較和數量研究,然而,不同類型能量并不可比較和加減,例如,農業生態系統輸入的石化能和生物能存在根本差異,同是石化能煤炭燃燒產生的1J能與1J電能也存在極大差異,不可作簡單相加和比較。能量效率分析無法對系統的能物流、貨幣流、人口流、信息流進行綜合分析,能量單位也不能用于表達生態與經濟效率的關聯。能量效率分析主要計算系統能量的產投比,顯示投入能對產出能形成的效率,但通常對于自然資源能量的投入(如雨水能等)考慮得比較少,因此,其分析結果得出的各種產投比并不反映自然的巨大作用和貢獻,不能表示生態效益。

2•5因子-能量評價模型

因子-能量評價模型是基于能量分析,以能量作為評價“媒介”,采用能量的形式,將諸多功能、性質、量綱等都不一致的因子置于統一的衡量指標下[21,22];不同于能量效率分析的是,它以能量運動轉化的衰減過程為評價主線,不僅是對輔助能的評價,而且更多地是對自然資源利用效率的評價,評價過程也具有更好的層次性。因子-能量評價模型將農作物產量形成過程劃分為若干環節,每個環節加入一個資源因子,對應一個理論產量,隨著環節的深入,影響因子逐漸增多,理論產量呈衰減趨勢。通過建立因子間相互關系來尋找限制性資源因子及其定量制約程度。因子對生產過程的影響主要通過以下幾個方面體現:因子-能量損失量(相鄰理論產量的差值);因子-能量衰減率(差值與上一級理論產量的比值);資源組合利用效率(實際產量與各級理論產量的比值)。因子-能量評價模型最大的優點體現在通過“能量”作為載體,將不同類型、性質的評價對象統一在相同的量綱下,具有不同類型、不同部門、不同時段、不同區域的可比性。但由于模型中的階段變量均來源于不同生產級別的農業生產力模型的計算結果,因此,在實際應用中無論評價思路、評價環節劃分、還是評價結果都受到農業生產力模型研究進展及其精確程度的制約。同時,在實際工作中,劃分評價環節時,由于生產方式、制度及管理等因子難以量化,對應的因子評價工作難以進行。

2•6能值評價方法

能值(Emergy)是由著名生態學家Odum創造的一個新詞,其定義為:一流動或貯存的能量所包含的另一種類別能量的數量,稱為該能量的能值[23]。在實際應用中通常以太陽能值為標準來衡量其它各類能量的能值,即一定數量的某種類型的能量中所包含的太陽能的數量。將單位數量(1J、1kg等)的能量或物質所包含的太陽能值稱為“太陽能值轉換率”。能值的提出是系統能量分析在理論和方法上的一個重大飛躍。借助太陽能值轉換率,生態系統的能量流、物質流和貨幣流等,均可換算為統一的能值。因此系統研究包含了自然和經濟資源,而且這些作用流可以直接加減和相互比較,從而實現了系統生態分析和經濟分析的有機統一。能值分析已被大量用在生態系統可持續性評價研究當中。利用能值分析可以得出一系列反映農業生態與經濟效率的能值指標體系,與傳統的能量分析相比,能值分析一方面延用了能流分析的一些基本思路與方法,反映系統投入—產出的情況,而且能夠更深刻地反映系統的能量等級、環境容納能力,生態經濟效率等,從而更好地說明系統的結構功能特征。根據能值分析的基本原理,可以構造以下常用的利用能值進行農業資源利用效率評價指標。這些指標從不同的側面反映農業資源利用系統特性,也可以綜合這些指標對系統進行效率與可持續性總體評價。能值評價方法的最終結果表現為不同農業資源在能值數量及其綜合評價指標上的差別,不同資源的能值最終以能值表示的價值來體現,從而掩蓋了不同類型的資源所包含的不同性質和類別的價值,及其相關的社會、經濟、生態服務功能。對于具有相同能值含量的石頭與金子,該評價方法最終顯示的將僅是數量相同的能值,這在一定程度上掩蓋了石頭與金子所包含的內在差別。如何將能值評價與不同資源類型所包含的社會、經濟、生態服務價值建立直接的聯系,是能值分析中需要深入探討的問題。能值分析評價方法在農業資源利用效率方面的應用尚處于初級階段,如何準確求得各種能量的太陽能轉換率,如何揭示能值內在差異,如何建立能全面評價系統特性的指標體系將是今后研究的重點。

2•7指標體系評價方法

為評價目標建立評價指標體系是較基礎而常用的方法,在農業資源利用效率研究中建立評價指標體系,根本目的在于通過制定適當的度量指標,并依據指標間的前后、左右關系,形成有序而全面的評價指標系統,用以定量反映和衡量農業資源利用的有效性狀況,識別和診斷不同地區、不同類型和不同模式農業生產和再生產過程中的限制性因素及其制約程度,藉以勾繪出農業發展的資源利用基本輪廓[25]。農業資源利用效率評價指標體系建立的基本思路為:由本底指標推算潛力指標,通過對現實生產力與潛力的對比計算出效率指標。其中,效率指標是評價值指標體系的核心和關鍵。在基本原則和思路的指導下,國內學者從多方面進行了深入探討,建立了類別多樣的農業資源利用效率評價指標體系,如李道亮等從農業資源高效利用基本內涵出發,充分考慮資料來源和實現可能性,建立了農業資源綜合利用效率評價指標體系和輔助指標體系[26];為便于研究分析,徐勇將農業生產系統概念性劃分為農業自然生產和經濟生產兩個相互嵌套的過程,并將農業資源利用效率評價指標體系從結構上劃分為自然資源評價指標體系和社會經濟資源評價指標體系兩大類,每個大類各含五個亞類,每個亞類又分別由本底指標、潛力指標和效率指標組成,并以效率指標為基礎形成評價指標體系[25];謝高地等人則在此基礎上,按衡量標準類別將評價指標劃分為資源利用效率評價指標、資源利用社會滿足程度評價指標、經濟評價指標、環境評價指標和可持續評價指標5個類別,而在指標層次方面,則沿用兩大類10個亞類思想,經過進一步的綜合與基礎層次歸位而設計為綜合評價指標層和基礎評價指標層兩個層次[2]。指標體系方法雖然比單純用模型方法評估更為全面,但是指標體系的研究中仍然存在以下問題:①有些指標看似合理,但由于數據不易獲得,實際操作起來就很困難;②有些指標在選擇上存在概念模糊和交叉現象,不少具體指標之間存在較高的正、負關聯性[27];③指標數據太多,不便操作。同時,評價指標體系中權重或貢獻率的確定也是很困難的技術問題,目前國內研究中常采用層次分析法、特爾菲法等方法,有很強的主觀性。

3結語

農業資源利用效率評價是指根據農業生產的過程、特點及發展目標,選取一定評價指標,通過適宜的指標量化和集成,定量分析農業生產狀況和可持續程度。農業資源利用效率評價是衡量資源是否達到合理利用的評判標準,在對國內外農業資源利用效率評價方法分類、總結和評述的基礎上可以看出,無論何種評價方法都具有資源利用現狀功能描述、結果功能評價和未來發展的預警導向功能,是農業發展方向政策制定、農業土地利用規劃和適宜開發戰略選擇的重要依據。只有科學的對農業資源利用方式做出評價,才能合理、高效的利用土地資源,保護耕地,進而保障整個社會經濟的可持續發展。農業資源利用效率評價主要從農業生產系統整體出發,思維過程依照“從上至下”(topdown)的分析方法,指標聚合則采取“從下到上”(bottomup)的實現過程,具有系統分析的優勢。針對特定區域可選擇具有代表性的指標和評價模型,通過一定數量指標的分析,能夠找出制約區域農業資源高效利用的主要限制因素,從而為區域制定農業持續發展戰略服務。但是不同評價方法指標數量和綜合模型的選擇差別很大,進行區域對比和可移植性差。指標選取過程中的指標共線性、重疊性、因數據獲取而導致的指標缺失等經常出現。由于農業資源利用涉及的直接、間接因素眾多,相互之間存在復雜的作用過程與機理,少量指標難以窮盡所有的影響因素;而要對每一因素的影響程度做出準確判斷,就應該分析該因素對系統整體的影響機理,存在很大難度。上述各種農業資源利用評價方法各有優缺點,為了更加科學地進行農業資源利用效率評價,拓展資源科學的研究領域和內容,并且能夠為區域糧食安全、資源合理利用、持續發展提供科學的決策依據,需要在上述方法的基礎上進行尋求綜合的研究途徑。

這種綜合首先是理論上的綜合,在理論綜合的指導下,需要在尺度綜合、多因素綜合和評價方法綜合等多層面展開:①理論的綜合:資源利用效率的研究以人們對資源的認識為基礎,現在的研究綜合了可持續發展的理論、系統理論、經濟學理論、生態學理論、社會學理論和市場理論等,今后,還需要對農業資源的概念不斷地加以審視,將不同學科的理論綜合起來,以形成一個綜合的科學理論框架;②尺度的綜合:由于農業生產模式的空間異質性,小范圍的資源利用效率不能代表大區域的整體狀況。這就需要將多個典型地區的研究聯結為一個可代表區域空間異質性的網絡,作多空間尺度的研究,從而將地方尺度和區域尺度聯系起來,達到區域綜合研究的目的;③多因素的綜合:綜合考慮多因素的影響,發展綜合的評價模型,進行指標的集成以及多個集成指標的配合使用,以求既能更加客觀地反映生產實際,又能以簡單明了的方式反映評價結果,為決策應用服務;④方法的綜合:為了更為客觀地評價農業資源利用效率,尋找限制因子,為資源高效、持續利用提供決策支持,使用單一的評價方法是不夠的,需要多種方法的配合使用,取長補短。