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,对资源环境价值进行评价和量化研究,有利于加强人们对农业资源环境的认识和保护意识,有助于人们正确理解这个世界,积极而慎重地运用人类的力量,对人类社会和生态系统的持续发展具有不可替代的意义。山西省是黄土高原区的典型省份,处于半干旱农业向干旱农业的过渡地带,是三北防护林等六大生态保护工程的实施区域,人口稠密的六大盆地的自然植被已基本被农耕作物所取代,大部分地区严重缺水,山区水土流失现象十分严重,农业生态系统十分脆弱。因此,研究山西省农业生态系统的运行状态和效率,揭示其演替发展的规律和趋势,揭示人与环境在这一特殊区域的相互关系,对于黄土高原区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实施可持续发展战略均具有重要意义。本论文应用能值分析理论与方法,分析了山西省农业生态系统的投入产出状况、运行效率和环境负荷,揭示山西省农业生态系统能值演替的基本趋势,比较了不同农业类型区的发展水平差异,揭示了系统内种牧林渔(指种植业、牧业、林业、渔业,下同)各组分的构成情况及其发展优势,同时评价了系统的可持续发展状况。主要研究结果如下:(1)山西农业生态系统环境能值和可更新有机能值投入占能值总投入的81%以上,仍然处于主要依赖天然环境能值和人力有机能值的传统农业阶段。与国内平均水平和发达国家相比,山西农业能值投入的整体水平较低,能值投资率(EIR)为1.53,对环境资源的利用效率较低,农业系统相对不发达。(2)山西农业的主导产业是畜牧业和种植业,林业、渔业能值比重很小。在种植业能值产出中,玉米、小麦等作物仍然处于主导优势地位,小杂粮、蔬菜和干鲜果等远未成为优势产业。系统产出效率较低,存在能值亏损。与甘肃省(1.26)、重庆(3.67)及辽宁省(2.89)相比,山西省农业系统净能值产出率(EYR)较低,仅为0.96,这意味着研究区系统产出能值不足以补偿购买能值,没有能值利润,即使考虑到计算上的误差,山西省农业系统的能值产出也仅能维持简单的再生产,故不宜作为国民经济系统的主要能量来源。(3)在1980～2006年的27a中,由于系统能值投入结构及产出结构的优化,山西省农业生态系统的运行效率有了十分显著的提高。能值投入方面,不可更新工业辅助能值趋向增加(增长了143%),可更新有机能值趋向减少(主要是劳动力能值减少了9%),这意味着落后的农业手工劳动生产方式正在被先进的工业化手段所取代,劳动力能值和工业辅助能值的搭配正在趋于合理化。能值产出方面,种植业和畜牧业的量比关系发生了明显的此消彼长的变化,种植业能值比重由75.98%降低到40.71%,畜牧业能值比重由20.45%增加到55.66%。这种结构性变化是农业结构调整优化的结果,也是山西省农业生态系统运行效率大幅提高的另一重要原因。从绝对量来看,种牧林渔四部分的能值产出均有不同程度的增加,但增加幅度最大的是畜牧业能值。与此相应,系统的净能值产出率呈不断提高的趋势,由1980年的0.36增加到2006年的0.96,说明随着能值投入产出结构的不断优化,山西省农业生态系统的能值产出在不断提高,已经由能值严重亏损阶段向能值收支基本平衡阶段过渡。(4)系统未来发展趋势:1980至2006年,山西省畜牧业能值产出呈现出一路大幅攀升的趋势,由6.81E+21sej迅猛增长到5.21E+22sej,增长了665%,由此带动了整个系统能值产出的大幅提高。随着人民生活水平的不断提高及养殖规模的扩大,畜牧业将继续发挥系统引擎的作用。1990年之后的16a中,种植业能值呈现小幅波动状态,提高幅度不大,好象受到了某种阈值的限制。如果没有农业技术的新的重大突破,种植业能值将继续呈小幅波动状态,提高幅度不会很大。山西省有林地仅占林地总面积的53.36%,发展空间还很大,随着国家退耕还林等政策的进一步稳定实施,林业能值产出将继续呈不断增加的趋势。由于山西省鱼类养殖只能在黄河沿岸等少数区域进行,受自然条件制约,对系统能值总产出的贡献不会很大。(5)种植业结构变动趋势:从1980年到2006年的27a中,玉米能值产出呈现不断增长的趋势,到2006年已经占到种植业能值产出的39%,遥遥领先于其他作物,对种植业能值产出的提升作用十分强劲。油料产出波动对种植业能值产出波动的影响最大,二者均在1995年和2005年发生了大幅度的下滑。小麦、杂粮、棉花等作物的能值产出呈现小幅波动状态,对种植业能值产出变动趋势的影响不明显。杂粮(主要包括谷子、糜子、杂麦、杂豆、高粱等)的能值产出呈现不断下滑的趋势。薯类能值产出在27a中起伏不大。蔬菜和水果的能值产出均呈现良好的增长趋势。(6)对不同生态经济类型区的能值比较结果表明:不同类型区农业系统发展状况差异明显。优等类型区(以万荣县为例)对人力的依赖性最大,劳动力能值比重达到70.62%,该类型区土地肥沃,人口稠密,农业生产以劳动密集为特点;差等类型区(以石楼县为例)对环境资源的依赖性最大,能值自给率达到27.06%,该类型区农业生产以粗放经营为特点;中等类型区工业辅助能值(占能值投入总量的27.64%)与人力能值(占能值投入总量的51.67%)配合较好,能值产出总量大,净能值产出率高(1.25)。优等类型区种植业发展具有优势(种植业能值比重61.14%);中等类型区畜牧业发展具有优势(畜牧业能值比重61.40%);差等类型区能值产出总量小,不具有优势。优等、中等、差等3个不同生态经济类型区系统净能值产出率分别为0.70,1.25,0.93。中等类型区净能值产出率最高,超过了1,说明系统产出的能值在补偿投入的辅助能值后仍有盈余,回报效率高,系统竞争力较强。优等、中等、差等3个不同生态经济类型区系统环境负载率(ELR)分别为9.33、5.79、2.80,优等类型区指数最高,由于主要依靠大量高能值的人力投入来获得产量的提高,因而对环境的压力最大;中等、差等类型区则因为低投资率而对环境的压力较小。与此相反,3个不同生态经济类型区系统可持续发展指数(ESI)依次为0.06、0.22、0.33,优等类型区较低,可持续发展性能较差。(7)山西省农业生态系统的可持续发展指数的最大值为0.12(2006年),远远小于1,说明系统为消费型系统。山西省农业环境资源有限(表现为可更新环境能值小,仅占总能值投入的11.28%),人口众多,在农业生态系统中投入了相对较多的劳动力(劳动力能值投入占总能值投入的61%)。但是由于农业环境条件差,加之科技对农业的支撑能力弱,所以过多的人力能值投入并没有导致能值产出相应的大幅度提高,因此目前的发展状态是不可持续的。此外,山西省农业生态系统的可持续性还受到来自生态环境恶化的严重威胁。(8)通过采取退耕还林还草、转移农业剩余劳动力、加大农业科技要素投入力度等措施,山西省农业生态系统可持续性有所改善。1980年～2006年,随着退耕还林还草政策的实施,林地面积由1605kha增加到3757kha,可更新环境资源能值由9.47E+21sej增长为1.26E+22sej;从事农业的劳动力由702.58万人减少为639.7万人,农业劳动力能值由此减少了9%;不可更新工业辅助能值由1.11E+22sej增长为2.17E+22sej,增长了143%。以上因素导致山西省农业生态经济系统的环境负载率由9.87降低到7.83,而系统的净能值产出率由0.36增加到0.96,因此能值可持续发展指数由0.04上升到0.12。