农业生产用能结构变化特点及消费弹性分析

2019-03-14 13:32:44 天津农业科学2019年2期

贾凤伶 陈琼 秦静

摘    要:多年来,我国农业生产用能一直以煤炭等直接能源及化肥、农药等间接能源消耗为主,在资源与环境的双重约束下,如何科学合理用能已成为我国农业供给侧结构性改革的重要内容。本文基于1980—2015年我国农业生产用能数据,在明确农业生产用能结构框架的基础上,对我国农业生产用能结构变化特点进行了总体分析,并采用消费弹性分析法,对我国农业生产用能的消费弹性进行了分析。结果表明,直接能源仍是我国农业生产的主要能源,间接能源消费的增长速度普遍低于农业经济增长速度,而可再生能源的增長速度要高于农业经济的增长速度,说明我国农业生产用能结构正在朝着更为优化的方向发展,这将有利于我国能源的节约化、清洁化和安全化。

关键词:农业生产用能;农业供给侧结构性改革;消费弹性;可再生能源

中图分类号:S21,F320.3          文献标识码:A         DOI 编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2019.02.011

Abstract: For many years, the energy consumption of agricultural production in China has been dominated by direct energy such as coal and other indirect energy sources such as chemical fertilizer and pesticide. Under the dual restriction of resources and environment, how to scientifically and rationally use energy has become an important part of the structural reform of agricultural supply side in China. Based on the energy consumption data of agricultural production from 1980 to 2015 in China, and on the basis of making clear the framework of energy consumption for agricultural production, this paper made a general analysis of the characteristics of energy consumption structure of agricultural production in China, and analyzed the consumption elasticity of energy consumption of agricultural production in China by using the consumption elasticity analysis method. The results showed that the direct energy was still the main energy source of agricultural production in China. The growth rate of indirect energy consumption was generally lower than the agricultural economic growth rate, while the growth rate of renewable energy was higher than the growth rate of agricultural economy. It showed that the energy consumption structure of agricultural production in China was developing in a more optimized direction, which would be beneficial to the economization, cleanness and safety of energy in China.

Key words: energy consumption of agricultural production; agricultural supply side structural reform; consumption elasticity; renewable energy

2017年中央一号文件提出:以提高农业供给质量为主攻方向,促进农业农村发展由过度依赖资源消耗、主要满足量的需求,向追求绿色生态可持续、更加注重满足质的需求转变。这为实现农业供给侧结构性改革指明了方向[1]。当前,我国正面临着人多地少、资源匮乏的严重局面,资源短缺及环境恶化已成为摆在我国乃至世界各国面前的重要议题。我国是农业大国,随着人口的增长,农业产出也在稳步提高。因此,农业生产越来越依赖现代物质文明,农业产出与投入的关系也越来越紧密,化肥、农药、农膜、柴油等农业生产用能的投入已成为支撑农业生产率快速增长的重要保障。然而,随着社会的进步和农业经济的增长,农业生产用能的结构也在发生着变化。从现有文献看,大多学者从单一能源视角探讨农业生产用能问题,而从总体用能的角度研究农业生产用能结构的文献还不多,目前仅有胡莉莉等[2]对农业生产用能与经济增长的关系进行了研究,结果表明,农业生产用能与农业产出增长均存在格兰杰因果关系;邢红等[3]对农业生产用能的区域差异及影响因素进行了探讨,研究指出农业经济总量与能源消费习惯对农业生产用能影响程度较大,需要通过提高农业综合机械化水平、合理施有机肥、改变能源消费习惯、培育新型农民等措施提高农业生产用能效率;李静等[4]提出,推动农业生产技术进步、增强农业用能的替代弹性、优化农业用能结构和通过资本驱动农业发展等是提高农业能源使用效率的适宜选择;朱立志等[5]通过对农业生产用能的一次能源进行预测表明,我国农业生产能源消费在较长时间内仍呈现不合理格局,这无论从生态角度还是从能源利用效率上看都是不合理的。

农业供给侧结构性改革,其实质是通过优化农业内部环境,逐步转变农业生产方式,调整优化农业生产结构,提高农业供给质量,以满足消费者需求。在农业生产过程中,农业生产用能的投入是非常重要的一环,直接决定着农产品的产量和质量。因此,研究农业生产用能结构的合理性是破解农业供给侧结构性改革难题的重要途径。本文基于1980—2015年我国农业生产用能数据,阐述了用能结构变化特点,并对其消费弹性进行了分析,探讨不同农业生产用能消费增长率相对于农业总产值增长率的变化情况,进一步明确农业生产用能结构变化趋势。

1 农业生产用能結构框架

在旧社会,农业生产用能主要来自人畜粪便,人畜粪便经堆积发酵后,直接投入到田地里作为肥料促进农作物生长。随着工业文明的不断进步,化肥、农药、薄膜的应用越来越多,尤其化肥和农药的施用,有效提高了农作物产量。近代以来,随着科技的进步以及农业规模化发展,农用机械的使用也越来越多,石油、燃煤、柴油、电等非再生能源的投入量也越来越大,发挥了不可替代的作用。纵观农业生产用能利用过程,由最初的可再生能源投入,转化为非再生能源与可再生能源投入相结合的局面;同时,一次能源与可再生能源在应用到农业生产过程中,不断丰富用能类型,共同推进现代农业可持续发展。目前,可用于农业生产用能的非再生能源及可再生能源类型概括如下。

(1)非再生能源。非再生能源即自然界中以原有形式存在的,不能再生的天然能源。在农业生产过程中,非再生能源又可分为直接能源和间接能源。直接能源即一次能源,如煤炭、焦炭、石油、原油、燃料油、汽油、煤油、柴油、液化石油气、天然气、电力等;间接能源是由一次能源转化的能源,如化肥、农药、农膜、农用机械等。

(2)可再生能源。可再生能源是指在自然界可以循环再生的能源,包括太阳能、水能、风能、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能、地热能等。目前,在农业生产中应用的可再生能源主要包括生物质能、太阳能、地热能等。我国是农业大国,生物质能丰富,除了畜禽粪便,在每年的农作物生产中可产生大量农作物秸秆,这些秸秆资源经粉碎后,直接投放到农田中,既丰富了土壤有机质,同时促进了农作物产量的提升和质量的提高,在一定程度上节约了商业化肥的使用。

按照非再生能源与可再生能源的分类方法,农业生产用能结构框架见表1。

2 农业生产用能结构变化特点

改革开放以来,我国农业得到了长足的发展。随着农业生产的进步,农业生产结构和生产方式均发生了重大变革。尤其从1980年以后,我国开始重视农业生产,逐渐加快农业发展步伐,农业生产经历了以体力劳动为主的小农经济时代,到以机械生产为主、适度经营的“种植大户”时代,再到以现代科学技术为主要特征的现代农业生产时代。在这个过程中,农业产出与投入不断发生着变化,尤其农业生产用能投入的变化,是推动农业产出迅速增长的重要因素。

2.1 农林牧渔业总产出不断增长

在国家政策的大力驱动以及农业科技不断进步的情况下,我国农林牧渔业得到逐年增长。1980年,农林牧渔业总产值仅为1 923亿元,2003年以后,随着现代农业规模化发展,农林牧渔业总产出迅速增长,到2015年底,总产值达到107 056亿元。从1980—2015年的发展趋势来看,农林牧渔业发展经历了3个阶段:第一阶段是1980—1993年,这13年中,农林牧渔业总产值缓慢增长,农业仍然处于传统农业经营时期;第二阶段是1993—2003年,这10年中,农林牧渔业总产出上升了一个新台阶,主要是因为90年代后,国家调整了优惠农业投入品供给政策,使农业种植成本降低,大大刺激了农业生产;第三阶段是2003—2015年,从2003年开始,农林牧渔业总产出迅速增长,年增长率达到11.28%,主要是因为2003年以后,我国农业进入现代农业发展阶段,规模化农业经营组织不断涌现,农业实现了规模化生产。1980年以来,农林牧渔业发展较好的是农业和牧业,1980年农业和牧业总产值占农林牧渔业总产值的94%。到2015年,林业和渔业虽然有较大幅度增长,尤其渔业近十几年来增速较快,但农牧业总产值仍然占总产值的80%以上,表明我国农业生产仍以农业和牧业为主。其中,农业即种植业,2015年总产值达到57 636亿元,占农林牧渔业总产值的53.8%,总播种面积达到16 634.4万hm2,粮食总产量达到62 111万t,单位播种面积粮食产量达到3.74 t·hm-2,且从1980年开始,呈波浪式增长趋势,表明农业生产要素的投入效果显著。可见,种植业产出占据着农林牧渔业总产出的半壁江山,在农业系统中居于主导地位。

2.2 农林牧渔业从业人员逐年减少,农用机械总动力迅速增长

由1980—2015年农业的发展过程可知,农业发展经历了由传统农业到现代农业过渡的过程。1980年,从业人员数为2.9亿人,虽然随着时间的推移,农村人口数也在不断增长,但从1992年开始,从业人员数到达顶峰并开始下降,到2002年之后开始迅速下降,到2015年,从业人员降为2.6亿人;1980年,农业机械总动力为1.47亿kW,30多年来一直稳步上升,2015年达到11.17亿kW,是1980年的7.6倍。这一状况表明,在传统农业生产中,农林牧渔业的从业人员较多,随着现代农业的规模化发展,越来越多的农业机械投入到农业生产中,于是把劳动力从农林牧渔业中解放出来,转移到二、三产业就业。

2.3 直接能源消费仍居高不下,尤其煤炭消费一直处于领先地位

在农业生产资料的投入中,一次能源投入对产出的贡献是巨大的。由统计数据来看,农业生产能源的消费虽然占一次能源消费总量的比例很小,但对农业的支撑作用非常明显。在一次能源消费中,1980年用于农林牧渔业消费的总量为3 471万t标准煤,从1980—2015年农林牧渔业能源消费的趋势来看,呈波浪递增式发展,尤其2000—2005年的年消费增长率较高。2005年后,随着生态文明建设的加强,农业生产向生态农业生产转型,对环境污染较大的一次能源消费得到有效控制。但从近10年的增长率来看,每年仍以2.7%的速度增长,到2015年,农林牧渔业一次能源消费总量已达到8 232万t标准煤。在一次能源消费中,煤炭的消费量是最大的,2015年,消费总量达到2 625万t标准煤,近10年的增长速度为5.7%;其次是柴油消费,2015年消费总量达到1 493万t标准煤,近10年的增长速度为0.9%;电力消费也十分巨大,2015年消费总量达到1 040万t标准煤,近10年的增长速度为2.3%;同时,汽油的消费量也在逐年增长,2015年消费总量达到231万t标准煤,近10年的增长速度为3.2%。可见,在农林牧渔业一次能源消费中,煤炭的消费量和增长速度均是最大的,其次是汽油、电力和柴油。虽然一次能源消费总量仍然较大,但增速已经放缓,尤其柴油和电力消费。这一现状表明,在农业产值不断增长的情况下,随着一次能源利用的增速放缓,可再生能源发挥着重要的支撑作用。

2.4 化肥、农药、农膜等间接能源消费仍处于增长趋势,但增长速度趋于平缓

在农林牧渔生产中,间接能源主要包括化肥、农药和农膜等,这些间接能源主要用于种植业生产。化肥和农药一直是提高农作物产量的重要农业生产资料,大部分农民依靠化肥、农药提高农产品产量。据中国统计年鉴统计,1980年,化肥施用量为1 269万t,单位播种面积化肥施用量为87 kg·hm-2,到2015年达到6 023万t,单位播种面积化肥施用量为362 kg·hm-2,自1995年开始至今,单位播种面积化肥施用量一直高于225 kg·hm-2的国际上限标准,近10年来仍以年均1.1%的速度增长。从发展趋势看,虽然1998年出现了拐点,施用量增长速度有所减缓,但总体上一直处于增长趋势;农药的使用也一直处于增长趋势。从1990年的73万t,增长到2015年的178万t,近10年的增长速度为1.5%,近两年有减缓的趋势;农膜的使用是促进农产品提前上市的重要材料,尤其2005年以来农膜的使用量快速增加,2015年使用量已达到260万t,近10年来的增长速度为3.5%。按照胡莉莉等[2]测算的化肥、农药和农膜的折标煤系数计算,即化肥为0.98 kg·hm-2、农药为3.41 kg·hm-2、农膜为3.57 kg·hm-2,2015年化肥、农药和农膜的折标煤量已达到7 440万t标准煤,近10年来年均增长2.2%。由此可见,化肥、农药和农膜虽然增速放缓,但其施用量仍大于国际标准,且仍处于缓慢增长的趋势。然而,化肥、农药和农膜的使用是把双刃剑,一方面对农民增收起到重要的推动作用,另一方面过度施用对大气环境和土壤均造成了严重的污染,对农业乃至社会可持续发展起到严重的阻碍作用。

2.5 农作物秸秆肥料化已成为当前秸秆的主要利用方式,是农业可再生能源的重要来源之一

生物质资源是农业可再生能源的重要来源。我国生物质资源丰富,尤其农作物秸秆,是生物质资源的重要来源渠道。我国是农业大国,随着农作物产量的不断增长,农作物秸秆资源量也在不断增加。按照不同农作物秸秆的草谷比,1980年,稻谷、小麦、玉米等13种主要农作物的秸秆产量为4.1亿t,到2015年已达到9.3亿t,且有进一步增长的趋势,其中,稻谷、小麦、玉米、大豆、薯类、花生和油菜籽等作物秸秆占大部分比例,是农业可再生能源的主要来源。目前,我国十分重视秸秆的综合利用,已实现秸秆肥料化、能源化、饲料化、原料化和基料化等“五化”利用。据国家发展改革委、农业部共同组织各省有关部门和专家对全国“十二五”秸秆综合利用情况的终期评估,2015年,秸秆综合利用率达到80.1%,其中秸秆肥料化利用量为3.9亿t,占可收集资源量的43.2%。按照1980—2015年秸稈肥料化比例为30%,以及各农作物的折能系数测算[6],2015年主要农作物秸秆中,可作为有机肥施用农业生产的数量已达到14 213万t标准煤。可见,秸秆已成为农业有机肥的重要来源,对生态农业发展具有重要推动作用。

2.6 可再生能源中,畜禽粪便作为有机肥始终是

农作物生产的重要肥料

自古至今,畜禽粪便作为肥料施用于农业生产。随着对畜禽产品需求的不断增加,畜禽养殖量也逐渐扩大。畜禽由农户的分散养殖向规模化养殖小区集中。在畜禽养殖中,主要畜禽种类包括牛、马、驴、骡等大型畜禽,同时包括羊、猪及家禽等,这些是我国养殖业的重点畜禽种类。到2015年,牛存栏10 817万头、马存栏591万头、驴存栏542万头、骡存栏210万头、羊存栏31 100万头、猪出栏70 825万头、家禽出栏1 198 721万只。按照畜禽日粪便排泄量、全年饲养天数、粪便干物质比例、粪便收集系数及粪便折能系数(表2)测算[7],2015年,畜禽养殖所产生的畜禽粪便量折合标准煤达到15 859万t,其中,羊、牛和猪的粪便折标煤量最大,分别是7 026万t、4 909万t和2 789万t,这些畜禽粪便成为向农业提供有机肥的重要来源。从发展趋势看,随着养殖业的不断发展,畜禽粪便作为有机肥的量将进一步增加。

3 农业生产用能消费弹性分析

3.1 农业生产用能消费弹性的概念

能源消费弹性是指能源消费的增长速度与国民经济增长速度的比值,这个数值越大,说明经济的增长对能源的依赖程度就越大。农业生产用能消费弹性,是指煤炭、汽油、柴油、电力、化肥、农药、农膜、秸秆和畜禽粪便等能源年消费增长速度与农林牧渔业总产值增长速度的比值,比值越大,表明农业经济增长对这类生产用能的依赖也就越大。

3.2 农业生产用能消费弹性计算公式

农业生产用能消费弹性计算公式如下:

其中,为农业生产用能弹性,ΔECi为第i种农业生产用能消费的年均增长速度,ECi为能源消费总量;ΔAE为农林牧渔业总产值年增长速度,AE为农林牧渔业总产值。当AEE=1时,表示第i种农业生产用能与农业经济同步增长;AEE>1时,表示第i种农业生产用能增长快于农业经济增长;当AEE<1时,表明尽管某种农业生产用能的绝对量可能增大,但其增长速度慢于农业经济增长速度。

3.3 农业生产用能消费弹性分析

根据公式(1),利用农林牧渔业生产总值与各类农业生产用能折标煤量统计数据,计算各类农业生产用能消费弹性,计算结果见表3。

根据农业生产用能发展趋势及表3,对各类农业生产用能的消费弹性分析如下。

(1)直接能源仍是农业生产的主要能源。从煤炭、汽油、柴油和电力的消费弹性来看,在1981—2015年,生产用能大于1的情况较常出现,4者出现的年份频次依次为8,17,9,8,表明在相应年份这些能源消费增速普遍大于农林牧渔总产值增速,尤其汽油的增长速度有接近一半的年份均高于农林牧渔业总产值的增长速度。这一状况表明,直接能源仍是当前现代农业发展的主要能源,尤其汽油、煤炭、柴油及电能等这四大能源,在未来一段时间内仍发挥能源主力军的作用,支撑现代农业发展。

(2)间接能源的增速有所放缓。间接能源主要是化肥、农药和农膜。从这三类能源的消费弹性来看,在1981—2015年,化肥和农药消费的增长速度一直低于农业经济增长速度,化肥仅有1991年和1999年消费弹性大于1,主要是因为1991年,农业经济增速较小,而化肥投入量较高,而1999年农业经济出现负增长;农药仅有1999年、2000年和2006年消费弹性大于1,主要是因为农业经济增长的缓慢及负增长的原因;农膜相对化肥和农药,其消费增长速度有10年次高于农业经济增长速度,尤其在1996—2002年表现比较明显,2016年之后,其消费增长速度虽然小于农业经济增长速度,但消费量仍呈增长趋势,表明农膜在现代农业发展中的应用越来越重要。

(3)可再生能源利用始终保持较低水平。农业可再生能利用,除了包括秸秆、畜禽粪便外,还包括太阳能、沼气、沼渣、沼液、风能、地热能等可再生能源。受条件限制,本研究仅统计了可回用于农业生产的秸秆及畜禽粪便的数量。从秸秆和畜禽粪便的消费弹性来看,1998—2000年和2006年,农业经济增长缓慢或出现负增长,而秸秆和畜禽粪便的增长速度要高于农业经济的增长速度,主要是受这几年农产品价格走低的影响,即使农作物及畜禽数量较大,农业经济仍受到一定程度的影响。未来随着生态农业的推进,农业产量和质量均将有所提高,而生态农业的发展,对可再生能源也会越来越重视,秸秆和畜禽粪便作为有机肥来替代化肥的比例将会越来越高。

4 结 论

农业生产用能主要包括直接能源、间接能源和可再生能源。其中,直接能源主要包括煤炭、汽油、柴油、电力等一次能源;间接能源主要包括化肥、农药、农膜等一次能源转化能源;可再生能源主要包括秸秆、畜禽粪便、太阳能、风能、地热能等自然界可再生的能源。這三类能源搭建起了农业生产用能的框架结构。对1980—2015年的数据分析结果表明,随着农林牧渔业总产值的不断增长,农业生产用能消费量也在不断增长,然而其消费结构发生了明显变化,化肥、农药等间接能源消费量增速有所减缓,秸秆、畜禽粪便等可再生能源消费正在逐渐攀升,表明我国农业生产用能正在由以非再生能源为主,向非再生能源与可再生能源相结合的优化结构转型。另外,从目前我国农业生产用能的消费弹性来看,直接能源仍是我国农业生产的主要能源,间接能源消费的增长速度普遍低于农业经济增长速度,而可再生能源的增长速度要高于农业经济的增长速度。总之,从发展趋势看,随着农业供给侧结构性改革的不断推进,农业生产用能结构也将不断优化,绿色能源必将成为农业生产用能的主导能源,符合消费需求的绿色农产品也会越来越多。

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