楊 眈，呂凱倫，王皓琪，周浩瀾，吳宇航，金航峰＊，金佩華，2，黃凌霞

（1.浙江農林大學 動物科技學院 動物醫(yī)學院，浙江 杭州 311300；2.湖州師范學院，浙江 湖州 313000； 3.浙江大學 動物科學學院，浙江 杭州 310058）

?；~塘是遺存于我國南方太湖流域和珠江流域蠶區(qū)的一種傳統(tǒng)的循環(huán)農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，并在國際上享譽盛名。上世紀90年代，聯合國糧農組織曾將它盛贊為“世間少有美景、良性循環(huán)典范”[1]。浙江省湖州市?；~塘系統(tǒng)現存面積1.40×108m2，其中包括4×107m2桑地和1×108m2魚塘。該系統(tǒng)相對完整地保留了傳統(tǒng)?；~塘系統(tǒng)“?！Q—魚”循環(huán)共生的生產模式，具有重要的歷史價值和文化價值。2017年，聯合國糧農組織正式將其確定為“全球重要農業(yè)文化遺產”[2]。作為循環(huán)農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的典范，桑基魚塘系統(tǒng)除提供桑葉、桑果、蠶繭和魚等動植物產品外，還具有保持土壤、調節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源和觀光旅游等多方面的價值，在保護湖州地區(qū)生態(tài)環(huán)境和促進經濟可持續(xù)發(fā)展等方面發(fā)揮了重要作用。王靜禹等[3]對湖州?；~塘系統(tǒng)的各項生態(tài)服務功能的價值進行了貨幣化計算，發(fā)現在超過100億的總體生態(tài)系統(tǒng)服務價值中，休閑旅游價值和歷史文化價值遠遠高于提供產品的價值。這說明?；~塘系統(tǒng)需要以一個生態(tài)整體的形式存在，才能為社會提供更高的服務價值。

改革開放40年以來，我國的市場經濟得到快速發(fā)展的同時，傳統(tǒng)農業(yè)的生產模式也在不斷變化。?；~塘系統(tǒng)中，蠶業(yè)生產效益開始低于水產效益，“重養(yǎng)魚、輕養(yǎng)蠶”的生產觀念逐漸形成并占據主導地位，傳統(tǒng)“?！Q—魚”生產模式的整體性遭受破壞，?；~塘面積逐年下降，嚴重影響地方農業(yè)生產的可持續(xù)性發(fā)展[4]。同時作為典型的勞動密集型產業(yè)，該農業(yè)文化遺產的保護和傳承工作面臨的另一大難題就是農村地區(qū)普遍缺乏勞動力。近年來，家庭農場模式的出現和推廣，使得更多的農村勞動力從兼業(yè)、副業(yè)農戶轉變?yōu)閷I(yè)農戶，這為做好該遺產的保護傳承和創(chuàng)新發(fā)展工作提供了新的思路[5]。

湖州市南潯云豪家庭農場位于湖州?；~塘系統(tǒng)核心保護區(qū)內，是一家以?；~塘為主體，實行“機械化養(yǎng)蠶—跑道養(yǎng)魚”生產模式的家庭農場?！芭艿鲤B(yǎng)魚”是指跑道養(yǎng)魚技術，是一種集成了循環(huán)流水養(yǎng)殖、集中排污和生物凈水等技術的生產模式，與傳統(tǒng)水產養(yǎng)殖方法相比，具有更高的工業(yè)化、智能化和生態(tài)化水平[6]；“機械化養(yǎng)蠶”包括小蠶共育、機械伐桑和大蠶立體化飼養(yǎng)等環(huán)節(jié)，可以有效減少蠶業(yè)生產對勞動力資源的需求[7]。為了客觀評價“機械化養(yǎng)蠶—跑道養(yǎng)魚”模式的推廣價值，我們對該模式的生態(tài)性和經濟性開展研究。

上世紀80年代，美國生態(tài)學家Odum H.T.提出了能值理論，并逐漸發(fā)展稱為評價生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性的重要方法。該理論以太陽能值為標準，將生態(tài)系統(tǒng)中的所有能量和資源進行換算，定量分析各種自然資源和人類經濟投入資源的價值，從而實現對系統(tǒng)可持續(xù)性的客觀評價[8]。能值分析在國家[9]、區(qū)域[10]和地方[11]生態(tài)系統(tǒng)的應用十分廣泛，同時也適用于農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的研究。對于種養(yǎng)結合的復合生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)，朱冰瑩等[12]對“秸稈—羊—田”循環(huán)系統(tǒng)進行了能值評估，結果表明，系統(tǒng)終端產品的能值利用效率得到了顯著提高，同時緩解了部分環(huán)境壓力，但是生產效率和經濟效益有所降低；高承芳等[13]利用能值理論對馬尾松低效林林下種草養(yǎng)雞的種養(yǎng)結合模式進行了評價，結果表明該模式的產出效益明顯大于傳統(tǒng)模式，經濟活力更強，環(huán)境負載更低，有顯著的推廣價值。而對于?；~塘系統(tǒng)，國內僅有劉少慧等[14]曾用能值理論對?；Q—魚塘的傳統(tǒng)經營模式進行了可持續(xù)性評估，認為由于基塘比例的嚴重失調導致傳統(tǒng)?；~塘系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，并提出了適應經濟發(fā)展和生態(tài)保護的桑基—蠶—魚塘—大球蓋菇和油基—魚塘—湖羊兩種新型模式。

本文利用能值理論對南潯云豪家庭農場的“機械化養(yǎng)蠶—跑道養(yǎng)魚”生產模式進行能值的統(tǒng)計和分析，同時與傳統(tǒng)?；~塘生態(tài)系統(tǒng)的能值指標進行比較，評價該模式的生態(tài)性和經濟性，并提出相關發(fā)展建議。

1 研究對象和方法

1.1 研究對象

本文以湖州市南潯云豪家庭農場為研究對象，該農場位于東經120.12 °北緯30.71 °附近[3]，包括桑園子系統(tǒng)、養(yǎng)蠶子系統(tǒng)和養(yǎng)魚子系統(tǒng)。其中桑園子系統(tǒng)中有桑園面積48000 m2，桑樹品種為農桑14和大十，主要用于生產養(yǎng)蠶所需的桑葉；養(yǎng)蠶子系統(tǒng)包括小蠶共育室和立體化養(yǎng)蠶設備，建設費用為59萬元；養(yǎng)魚子系統(tǒng)中有魚塘面積52000 m2，其中包含3條由水泥鑄成的長25 m、寬5 m、深2.5m深的長形渠道，實現了“跑道養(yǎng)魚、池塘養(yǎng)水”，渠內主要飼養(yǎng)品種為草魚，系統(tǒng)建設費用為38萬元。

1.2 研究方法

根據能值分析理論，可以將系統(tǒng)輸入資源分為可再生當地環(huán)境資源（renewable local environmental resources，RE）、不可再生當地環(huán)境資源（non-renewable local environmental resources，NE）、可再生投入有機能源（renewable purchased organic energy，RO）和不可再生工業(yè)輔助能源（non-renewable purchased industrial auxiliary energy，NI）[8]。參照劉少慧[14]的研究方法，在“機械化養(yǎng)蠶—跑道養(yǎng)魚”模式中，可再生當地環(huán)境資源主要是雨水化學能；不可再生當地環(huán)境資源主要是表土損失能；可再生投入有機能源包括養(yǎng)蠶子系統(tǒng)中的蠶卵、養(yǎng)魚子系統(tǒng)中的魚苗，以及系統(tǒng)整體的電力、勞動力和機械設備租金；不可再生工業(yè)輔助能源包括桑園子系統(tǒng)中的復合肥和農藥、養(yǎng)蠶子系統(tǒng)中的蠶藥、養(yǎng)魚子系統(tǒng)中的飼料和魚藥，以及系統(tǒng)整體的基建折舊。輸出產品主要是蠶繭和鮮魚。根據以上分類，繪制“機械化養(yǎng)蠶—跑道養(yǎng)魚”模式能值流動圖，如圖1所示。

1.3 數據采集

于2019年3月對南潯云豪家庭農場“機械化養(yǎng)蠶—跑道養(yǎng)魚”生產模式進行詳細調研，調研內容包括：管理模式、養(yǎng)殖規(guī)模、基建費用、電力支出、人工費用，以及購買蠶卵蠶藥、農藥化肥、魚苗魚藥等費用。參照孟祥海等[15]的計算方法，將系統(tǒng)中的基建和設備投入按照15 a經營期進行分攤。同時根據 Odum[16]和藍盛芳[17]提供的數據，對于貨幣值統(tǒng)計的項目，直接由貨幣能值轉換系數9.86×1012Sej/$計算得到能值；對于非貨幣值統(tǒng)計的項目，需要先根據能量折算系數計算得到該項目的能量值，再經能值轉換系數計算得到對應的能值。其中雨水化學能和表土損失能的計算方法參考喻鋒等[18]的方法，具體如下：

雨水化學能=土地面積×年降雨量×2.82×106。由《2018年湖州市水資源公報》中得知該地區(qū)2018年度降雨量為1681.3 mm。因此，雨水化學能=（48000-52000）×1.6813×2.82×106=4.74×1011J。

表土損失能=耕地面積×3.18×106，其中耕地面積即系統(tǒng)中桑園面積48000 m2，因此，表土損失能=48000×3.18×106=1.53×1011J。

2 結果與分析

2.1 能值輸入與輸出結構

“機械化養(yǎng)蠶—跑道養(yǎng)魚”模式各項目的能值計算結果如表1所示。由表1可知，該系統(tǒng)的總輸入能值為1.10×1018Sej。其中可再生當地環(huán)境資源RE能值為7.30×1015Sej，占比為0.66%，主要是環(huán)境資源中的雨水化學能；不可再生當地環(huán)境資源NE能值為9.72×1015Sej，占比為0.88%，主要是環(huán)境資源中的表土損失能；可再生投入有機能源RO能值為7.47×1017Sej，占比為67.91%，主要為勞動力資源的能值（占系統(tǒng)總輸入能值的44.82%）；不可再生工業(yè)輔助能源NI能值為3.41×1017Sej，占比為31%，主要為魚塘子系統(tǒng)中飼料的能值（占系統(tǒng)總輸入能值的19.18%）?？傒敵瞿苤礩為3.45×1018Sej，其中蠶繭的能值輸出為1.59×1018Sej，占比為46.09%；魚產品的能值輸出為1.86×1018Sej，占比為53.91%，兩者比較接近。

2.2 能值評價指標分析

根據 Odum[16]和藍盛芳[17]的論述，本文選用能值投入率（emergy investment ratio，EIR）、能值收益率（emergyyield ratio，EYR）、環(huán)境負荷率（environmental loading ratio，ELR）和能值自給率（emergy self-sufficiency ratio，ESR）4個指標對“機械化養(yǎng)蠶—跑道養(yǎng)魚”模式進行能值評估，并與劉少慧[14]對傳統(tǒng)桑基魚塘系統(tǒng)的評估結果進行比較，計算公式和結果如表2所示。

2.2.1 能值投入率

當系統(tǒng)運行主要依靠人類投入資源，對環(huán)境的依賴程度較低時，能值投入率的值較大。從表2可知，“機械化養(yǎng)蠶—跑道養(yǎng)魚”模式的能值投入率為63.92，是傳統(tǒng)?；~塘系統(tǒng)的6.96倍。這主要是因為與傳統(tǒng)?；~塘系統(tǒng)相比，“機械化養(yǎng)蠶—跑道養(yǎng)魚”模式中包含小蠶共育、立體化養(yǎng)蠶和跑道養(yǎng)魚等項目，工業(yè)化和集約化水平較高，生產過程中受溫度變化、自然災害等環(huán)境因素的影響較小。目前跑道養(yǎng)魚和小蠶共育的生產技術相對比較成熟，可以通過提高桑園管理過程中的科技化水平，改進立體化養(yǎng)蠶的自動化水平，來進一步提高系統(tǒng)的能值投入率。

2.2.2 能值收益率

當系統(tǒng)具有較高的生產能力和經濟效益時，能值收益率的值較大。從表2可知，“機械化養(yǎng)蠶—跑道養(yǎng)魚”模式的能值收益率為3.17，比傳統(tǒng)?；~塘系統(tǒng)高53.14%?？紤]到傳統(tǒng)桑基魚塘系統(tǒng)幾乎沒有基礎建設費用，而“機械化養(yǎng)蠶—跑道養(yǎng)魚”模式在基建投資較大的前提下，依然收獲了更高的經濟效益，說明該模式具有較好的經濟性。

2.2.3 環(huán)境負荷率

系統(tǒng)在運行過程中可能會產生大量廢棄物，給環(huán)境帶來較大的壓力時，環(huán)境負荷率的值較大。從表2可知，“機械化養(yǎng)蠶—跑道養(yǎng)魚”模式的環(huán)境負載率為0.46，比傳統(tǒng)?；~塘系統(tǒng)低28.12%。這可能是因為在傳統(tǒng)?；~塘系統(tǒng)的養(yǎng)魚子系統(tǒng)中，容易發(fā)生塘泥淤積、殘餌腐爛和藥物污染等問題，可能會對當地的生態(tài)環(huán)境特別是水質造成破壞。而在“機械化養(yǎng)蠶—跑道養(yǎng)魚”模式中，養(yǎng)魚子系統(tǒng)產生的廢棄物被集中收集和處理，降低了環(huán)境壓力。根據Cavalett Otávio等人[19]的研究，系統(tǒng)環(huán)境負荷率小于2時，在生產過程中不會對環(huán)境造成明顯的壓力。所以“機械化養(yǎng)蠶—跑道養(yǎng)魚”模式具有較好的生態(tài)性，而傳統(tǒng)桑基魚塘系統(tǒng)也遠優(yōu)于環(huán)境負荷率為5.88的單一魚塘養(yǎng)殖系統(tǒng)[14]。

2.2.4 能值自給率

當系統(tǒng)內部資源循環(huán)利用程度較低時，能值自給率的值較小。從表2可知，“機械化養(yǎng)蠶—跑道養(yǎng)魚”模式的能值自給率為0.02，比傳統(tǒng)?；~塘系統(tǒng)低77.78%。主要原因是傳統(tǒng)?；~塘系統(tǒng)中，桑葉用于喂蠶，蠶沙和桑葉殘渣用于喂魚，塘底淤泥一部分用于肥桑，系統(tǒng)內部資源得到了充分的循環(huán)利用，可以減少從市場購入桑園復合肥、養(yǎng)魚飼料等生產資料。而“機械化養(yǎng)蠶—跑道養(yǎng)魚”模式的桑園子系統(tǒng)中，養(yǎng)魚產生的排泄物及吃剩的餌料會用作桑樹生長的肥料，但養(yǎng)魚子系統(tǒng)的飼料等生產資料幾乎全部由市場購入，系統(tǒng)整體購入的市場資料相較于傳統(tǒng)?；~塘系統(tǒng)更多。說明與傳統(tǒng)?；~塘系統(tǒng)相比，“機械化養(yǎng)蠶—跑道養(yǎng)魚”模式對內部可利用資源的開發(fā)比較不足。

3 結論

本文以2018年云豪家庭農場的運營數據為標準，運用Odum H.T.的能值理論原理和方法，定量計算了反映“機械化養(yǎng)蠶—跑道養(yǎng)魚”模式生態(tài)性和經濟性的能值指標。結果顯示：該系統(tǒng)的能值投入率（EIR）為63.92，比傳統(tǒng)?；~塘系統(tǒng)高5.96倍，科技水平更高，運行過程受環(huán)境影響更??；能值產出率（EYR）為3.17，略高于傳統(tǒng)?；~塘系統(tǒng)，經濟效益優(yōu)勢不明顯；能值自給率（ESR）為0.02，低于傳統(tǒng)?；~塘系統(tǒng)，系統(tǒng)內部資源的利用水平較差；環(huán)境負載率（ELR）為0.46，低于傳統(tǒng)桑基魚塘系統(tǒng)，對環(huán)境的保護效果更好。這些指標表明，“機械化養(yǎng)蠶—跑道養(yǎng)魚”模式是典型的生態(tài)農業(yè)生產新模式，具有顯著的推廣價值。

4 討論

從系統(tǒng)內資源利用配比來看，“機械化養(yǎng)蠶—跑道養(yǎng)魚”模式的機械化養(yǎng)蠶子系統(tǒng)中，目前小蠶共育室提供的小蠶和桑園提供的桑葉數量過剩，可以適當增加立體化養(yǎng)蠶設備；跑道養(yǎng)魚子系統(tǒng)中，目前水塘面積能承擔更多的生物凈化工作，可以適當增加養(yǎng)魚跑道。蠶繭和魚產品的生產技術相對成熟，生產規(guī)模的擴大能夠顯著提高經濟收入。

從系統(tǒng)結構來看，根據劉少慧[14]的研究結果，通過引入大球蓋菇子系統(tǒng)，充分利用農作物的副產品，形成?！Q—魚—大球菇模式，在系統(tǒng)能值投入基本不變的前提下，能值總產出比?；Q—魚塘模式顯著提高?？梢栽谠到y(tǒng)中養(yǎng)蠶子系統(tǒng)和養(yǎng)魚子系統(tǒng)的基礎上，適當增加其他子系統(tǒng)：如果桑子系統(tǒng)，通過合理密植葉桑來增加果桑種植面積，配套桑椹鮮果的加工設備，生產桑果汁、桑果酒等產品，延長產業(yè)鏈；食用菌子系統(tǒng)，利用桑園廢棄物桑枝進行食用菌栽培，實現系統(tǒng)資源的充分開發(fā)；家禽養(yǎng)殖子系統(tǒng)，利用桑園的土地和剩余的桑葉、桑椹進行桑園養(yǎng)雞，糞便可以增加桑園土壤有機質含量。目前云豪家庭農場已經開拓多種渠道對桑樹資源進行綜合利用，但是產能有限，輸出產品的能值相對較低，需要進一步擴大生產規(guī)模，才能增加系統(tǒng)結構的穩(wěn)定性，同時提高整體經濟效益，在市場中獲得更強的生存和競爭能力。

從技術集成水平來看，將物聯網技術應用于跑道養(yǎng)魚生產模式中，可以實現各項水質指標的實時監(jiān)控和遠程調節(jié)，可節(jié)約大量人力和物力；機械化養(yǎng)蠶生產模式是對傳統(tǒng)養(yǎng)蠶技術的改革和創(chuàng)新，實現了養(yǎng)蠶過程的半自動化，但是系統(tǒng)中勞動力資源的能值占比依然過高（占總輸入能值的44.82%），可以將物聯網技術結合溫室大棚應用于桑園的種植管理中，實現溫濕度的實時監(jiān)控、水肥一體化的遠程控制、桑樹病蟲害的快速診斷等功能，有利于進一步減少勞動力，節(jié)約成本。

從系統(tǒng)生態(tài)服務價值來看，根據王靜禹等[3]的研究結果，桑基魚塘系統(tǒng)每年的休閑旅游價值為82.92億元，占總生態(tài)服務價值的77.50%，說明可以結合養(yǎng)蠶科普、果桑采摘、魚塘垂釣、新農村建設等內容，對該系統(tǒng)的休閑旅游價值進行深度開發(fā)。