长江经济带农业投入产出的能值结构、效率及其驱动因素研究

刘红光，董晓翠

（南京农业大学公共管理学院，南京 210095）

0 引言

农业是保障民生和国民经济发展的基础。预计到2050年，全球粮食需求将增加1倍，这对农业生态效率和可持续发展而言都是巨大的挑战。既要满足日益增长的粮食生产需求，又要减轻气候变化和自然资源短缺对生态环境的不利影响，对中国这个人口众多、耕地稀缺的农业大国而言，这个挑战尤为严峻。过去传统农业以粮食种植为主，其特点是劳动密集型，严重依赖自然环境资源。近年来，传统低效率的粗放型模式已逐渐被技术和资本密集型、高投入高回报的生产模式所取代，大量耕地从粮食种植转变为畜禽和水产品养殖、经济作物种植等。随之而来的是土壤耕作层的破坏，农业面源污染的加剧，二氧化碳排放量的增加，从长远来看，其对于粮食安全和环境保护都是不利的，因此农业的可持续发展问题越来越受到社会的关注。

能值是直接或间接用于系统的一种可用能量，用于产品或服务的转换[1-2]。因此运用能值方法可以将不同形式的能流物流进行计算和比较。国内外将能值理论应用于生态、经济社会系统以及复合系统的研究已比较成熟，包括对不同领域和区域的研究，以及与其它方法相结合的研究。Ehsan等[3]采用能值分析法探讨了小麦、玉米2种种植制度对环境的影响。Zahra等[4]通过使用能值和经济指数对伊朗的商业化油菜生产系统进行了评估。Alkhuzaim等[5]运用能值方法有效评估了可持续供应链管理和循环经济系统。Jose等[6]基于能值分析对热带认证林业做出可持续性评价。杨瑾等[7]应用能值分析法分析了种植业、养殖业和生态旅游业复合生态系统的可持续发展现状。栗兴等[8]运用能值理论定量分析了黄土梁峁丘陵区农业生态系统能值投入产出情况及其可持续发展能力。童悦等[9]将能值分析法与生态足迹模型相结合，鲁莎莎等[10]将能值分析法与GIS空间分析相结合，王一超等[11]将能值分析和生命周期评价模型相结合等进行系统的评价。

长江经济带是中国重要的粮油、畜禽和水产品等主产区，近年来，农业系统存在资源开发强度大、生产经营方式不合理等问题。习近平总书记在十九届五中全会上再次强调推动长江经济带高质量发展，“把修复长江生态环境摆在压倒性位置，共抓大保护、不搞大开发”，继续推进生态环境治理，努力建设人与自然和谐共生的绿色发展示范带。本研究运用能值分析法构建农业能值效率评价指标体系，对长江经济带农业投入产出能值结构、效率及驱动因素进行分析，并提出相应的对策与建议，具有较大的现实意义。实现农业的可持续发展将对长江经济带经济社会可持续发展具有重大意义。且长江经济带地区横跨中国东中西部，农业发展具有一定的代表性，研究其农业系统投入产出和效率问题，对农业资源可持续利用问题的探讨具有一定理论意义，也能够进一步深化长江经济带可持续发展研究的内容。

1 数据来源和研究方法

1.1 数据来源

2010—2018年长江经济带投入产出项目原始数据和分解模型指标数据来自于农业农村部网站、《中国统计年鉴》、《中国农村统计年鉴》以及各省市统计年鉴。太阳能、风能等自然投入的计算数据，包括太阳辐射量、平均海拔、降水量等，来源于《中国农村统计年鉴》、国家自然资源部以及各省市自然资源厅网站。

1.2 研究方法

1.2.1 投入产出要素计算 本研究主要研究包含耕地、园地、林地、牧草地、养殖水面5种地类的农业系统，其投入划分为4个部分：可更新资源环境投入(R)、不可更新资源环境投入(N)、不可更新工业辅助能投入(F)、可更新有机能投入(R)，产出为5个地类的产出农产品。利用各投入产出项目的能值折算系数和能值转换率，将原始数据转换成统一的能值。长江经济带农业系统投入产出要素及其计算公式如表1所示。

表1 长江经济带农业系统投入产出表

1.2.2 能值效率评价指标体系 生态效率是定量分析区域或系统可持续性的重要方法之一，其主要特征是对社会经济系统的经济效益和环境影响作出全面评价。农业生态效率是农业生产的资源投入、农产品产出和环境效应3方面的综合效率。基于生态效率的概念，构建出新的能值评价指标：能值生态效率[20]。能值效率越高，系统的可持续利用程度越强，因此可以通过构建可持续利用综合指数来反映。本研究遵循科学性、代表性、可操作性等原则，构建包括目标层、准则层和指标层3个层次的长江经济带农业能值效率评价指标体系。具体见表2。

表2 农业能值效率评价指标体系

1.2.3 指标标准化 正向指标标准化见公式(1)。

负向指标标准化见公式(2)。

式中：X′ij为指标j的标准化值，Xij为指标j的实际值，Xmax、Xmin分别为指标j的最大值、最小值。

1.2.4 指标权重计算 本研究使用熵权法计算指标权重的具体过程如下。

式中，Wj为各指标权重值，X’ij为各指标标准化值。

1.2.5 能值效率等级划分 本研究参考当前已有研究成果，咨询相关专家，根据研究区域的自然环境和发展特点，采用等间距法将反映能值效率的农业可持续利用综合指数划分为5个等级，使计算结果对应到一个具体的可持续状态。

2 结果与分析

2.1 能值投入结构分析

长江经济带2010—2018年能值总投入不断升高，由图1可以看出2011—2016年间能值总投入保持较高速的增长，2016年后增速有所减缓，因为2016年后农业固定资产投资的涨幅在减小，可更新自然资源、化肥、农业劳动力和有机肥这几项在2016年后都出现降低。在可更新自然资源、不可更新自然资源、可更新有机能、不可更新工业辅助能4类投入中占比最大的始终是不可更新工业辅助能，可更新自然资源的投入始终是最少的，不可更新自然资源和可更新有机能的比重始终没有变化，分别是第二和第三位。不可更新工业辅助能投入与总能值投入的变化基本保持相同走势，其他3类投入的变化并不明显，说明总能值投入的变化主要是由不可更新工业辅助能决定，不可更新工业辅助能中的化肥、农业固定资产投资都是在历年投入中占比较大的。因此可以表明长江经济带农业系统主要依靠外界投入的不可更新工业辅助能，对自然资源投入的依赖性较小。

图1 长江经济带能值投入变化图

2.2 能值产出结构分析

长江经济带2010—2018年农业能值总产出呈递增趋势（见图2），同图1中能值总投入变化曲线相比，总产出的递增相对缓慢，且总产出能值始终低于总投入能值，长江经济带农业系统处于高投入低产出的状态。由图2也可以看出，5类农业土地的产出占比在2010—2018年间始终没有发生变化，耕地能值产出最高，其次是养殖水面、园地、牧草地，林地的能值产出最低。说明这9年间长江经济带的农业产业结构、种植结构等并没有发生较大的改变。长江经济带林地面积最广，但是其能值产出最低。养殖水面的面积最小，但是其能值产出位于第2，能值产出密度是最大的。园地面积稍高于养殖水面，在5个地类里排第4，能值密度排第2。占长江经济带总能值产出比重较大的始终是谷物、豆类、薯类等粮食作物，经济作物、各类牧渔业产品等高能值项目的能值产出相对较低，这也是导致长江经济带始终处于高投入低产出状态的重要原因。

图2 长江经济带能值产出变化图

2.3 能值指标体系结果分析

根据上述研究方法和基础数据，计算得出长江经济带农业系统2010—2018年的可持续利用综合指数（见表4）及其变化趋势（见图3）。

表4 长江经济带可持续利用综合指数

按照上文等级划分标准和计算结果，对长江经济带2010—2018年农业系统的可持续状态进行划分，得到表5所示结果。

表5 长江经济带2010—2018年农业系统等级划分

图3表明长江经济带可持续利用综合指数在2010—2018年间总体是呈下降趋势。最大值出现在2011年0.64，最小值是2018年的0.38，表明长江经济带农业系统的可持续状况是逐渐恶化的，长江经济带农业系统的等级由轻度可持续发展为轻度不可持续状态。在2010—2012年时，农业可持续状况是有好转的倾向，2014年国务院印发《关于依托黄金水道推动长江经济带发展的指导意见》，指出将长江经济带建设为具有全球影响力的内河经济带、沿海沿江沿边全面推进的对内对外开放带等，党中央、国务院对长江经济带发展的重视度和政策资金支持不断增强，长江经济带11个省市依托国家发展格局，拥有了更多发展机会，加大各行业的投入以加快社会经济发展步伐，因此农业土地利用的投资也随之增加，大量外界辅助能（化肥、农机等）被投入，在此过程中忽略了生态环境的保护，可持续利用综合指数降到0.38，系统面临不可持续，资源利用率低，环境污染比较严重。虽然近年来关于长江经济带农业生态环境、生态文明建设的相关政策、方针等非常有针对性地被提出，但依本研究结果来看，其执行与实施仍存在很大问题，长江经济带农业生态环境截至2018年并没有得到改善，因此生态问题依然是长江经济带发展建设的重点。

图3 长江经济带2010—2018年农业可持续利用综合指数变化趋势图

3 驱动因素分析

3.1 LMDI分解模型

本研究运用LMDI模型分析各影响因素对单位能值产出所需不可更新能值投入变化的贡献程度，单位能值产出所需不可更新能值投入越高，表明系统投入了较多的不可更新资源而能值产出较低，系统的资源利用效率不高，环境资源压力很大，因此其值越大系统的可持续状况越差。根据LMDI模型首先构建单位能值产出所需不可更新能值投入的Kaya恒等式，见公式(8)。

式中FO为单位能值产出所需不可更新能值投入；F表示不可更新能值投入量；S表示区域农业土地面积；P表示区域总人口数量；G为地区农业生产总值；O表示区域总产出能值量。

将式(8)进一步简化可得到公式(9)。

式中FS为单位农业土地面积的不可更新能值投入，定义为投入结构效应；SP为人均农业土地面积，定义为土地面积效应；GP为人均农业GDP，定义为人口规模效应；GO为单位能值产出的农业生产总值，定义经济效应。

设基期单位能值产出所需不可更新能值投入为FO0，t年时为FOt，用ΔFO表示从基期到t年的变化，因此单位能值产出所需不可更新能值投入从t-1年至t年的变化趋势见公式(10)。

式中：ΔFOt,t-1为单位能值产出所需不可更新能值投入从t-1年到t年的变化；ΔSFt,t-1为投入结构效应变化量；ΔSPt,t-1为土地面积效应变化量；ΔGPt,t-1为人口规模效应变化量；ΔGOt,t-1为经济效应变化量。

因此，各效应变化量的表达式分别见公式(12)、(13)、(14)、(15)。

3.2 驱动因素分解结果分析

由图4可以看出，在这8个时间段内，土地面积效应和经济效应对长江经济带农业系统单位能值产出所需不可更新能值投入的变化均是正向影响。2010—2018年间，农业土地的面积扩大需要更多的资源投入到系统中进行生产，而投入的资源中不可更新能值投入占绝大部分，从而使得单位能值产出所需不可更新能值投入增加。同样，在2010—2018年期间单位能值产出的农业生产总值也是持续增长的，农业收入和产值增加，使农业从业者更有信心和基础去展开对农业系统的开发利用，以及去追加更多的投入，因此，经济产值的增长即经济效应，对单位能值产出所需不可更新能值投入的变化做出正向贡献。土地面积效应贡献度在0左右上下波动，长江经济带农业系统的可持续状况受农业土地面积的影响较小，贡献度最大是在2010—2011年，之后的各时间段其贡献度均是最小的，且在2011—2012年、2013—2014年、201—2016年、2016—2017年这4个时期土地面积效应的影响是负向的，说明农业土地面积若控制在合理的范围内是会对农业系统的可持续状况有利的，因此如何合理开发和调整农业土地利用是一个值得深入研究的问题。除2010—2011年外，投入结构效应都是贡献度最大的因素，2011年以前，长江经济带农业系统的投入结构相对合理，可更新资源投入占比约25%，随着不断发展，不可更新资源投入占比超80%，投入结构效应的最大贡献值在2014—2015年达到108.10%。因此，想要实现长江经济带农业可持续发展最关键的是调整农业投入结构。总体来说，2010—2018年8个时间段可以分为3个不同阶段。

图4 2010—2018年长江经济带各效应贡献度

（1）2010—2011年人口规模效应贡献度＞经济效应贡献度＞投入结构效应贡献度＞土地面积贡献度。

（2）2011—2012、2012—2013、2013—2014、2014—2015、2015—2016年投入结构效应贡献度＞人口规模效应＞经济效应＞土地面积效应。

（3）2016—2017和2017—2018年 投入结构效应＞经济效应＞人口规模效应＞土地面积效应。

4 结论与建议

4.1 结论

本研究运用能值分析法、熵权法和LMDI分解模型，从经济、社会、环境3个层面选取指标构建能值指标体系，综合分析了长江经济带农业系统的投入产出结构、可持续利用状况，并进行驱动因素分析，最终得出以下结论。

（1）基于能值理论和方法对长江经济带农业系统的投入产出项目和能值指标体系进行计算，将不同类型的能流物流转化为能值，不仅可以全面客观的对农业系统利用情况进行研究，也能将各类能量的差异直接进行比较。

（2）长江经济带农业系统的总能值投入在2010—2018年间不断上升，自然资源能值投入占比很小，系统主要依靠外界辅助能的投入，其中不可更新工业辅助能起决定性作用，到2018年不可更新工业辅助能占比已高达80%。

（3）长江经济带总能值产出在2010—2018年同样是递增的，2015年后增长趋势变得较为缓慢平稳，总能值产出始终低于总能值投入。5类农业土地的产出占比在2010—2018年间始终没有发生变化，耕地能值产出最高，林地的能值产出最低。长江经济带多个省份都是中国重要粮食和经济作物的主要生产地，但由于谷物等低能值作物较多且产量较大，使系统总的能值产出并不高。长江经济带农业土地利用结构存在一定的弊端，需要对此做出调整才能改变当前长期处于的高投入低产出能值状态。

（4）整个系统的可持续利用综合指数自2011年后开始不断下降并始终小于1，到2018年已发展为轻度不可持续状态，若按此态势继续发展则可持续状况不容乐观。长江经济带虽然经济发展水平和经济效益居于全国前列，但在2010—2018年片面追求发展而忽视了生态环境的保护，无序的投入不可更新资源，加之其资源利用效率较低，给农业生态环境带来过大的压力。

（5）自2011年后投入结构效应居于长江经济带农业系统单位能值产出所需不可更新能值投入贡献度的主导地位，土地面积效应的贡献度最小，除土地面积效应外，其它3个影响因素对单位能值产出所需不可更新能值投入的变化基本是正向影响。

4.2 建议

基于本研究结果，给出以下建议。

4.2.1 改善能值投入结构 当前长江经济带农业的发展过度依赖外界辅助能，特别是不可更新工业辅助能。而机械、农药、化肥等的使用又对生产效率和产量至关重要，想要改变当前过度依赖性的局面，首先要减少农药、化肥等的使用，增加有机肥的投入，提高肥料的利用率，使农业系统实现自身的物质循环；其次，应当继续引进先进的农业机械，提高资源利用率；积极推广优质种子的播种使用，提高产出。

4.2.2 调整农业土地利用结构，增加能值产出 在长江经济带农业系统能值产出的5个地类中，耕地的产出能值最高，占比在40%左右，其他4种地类的能值产出占比较小。所以目前长江经济带在保证粮食产量和供求的同时需要积极扩大蔬菜、水果等高能值产出经济作物的种植和林业、畜牧业、渔业的发展，利用各地优势发展特色产品，既能提高能值产出又能获得高的经济收益。

4.2.3 因地制宜，实现可持续发展 长江经济带横跨中国东中西部，各省市在自然资源、气候条件、经济水平等方面都有很大的差异，针对各省市的农业特点，制定有区别的农业发展政策，充分发挥地域优势和特色，实现信息、资源的优化配置和互惠共享。

4.2.4 更新观念，强化农业可持续发展意识 强化民众环保意识，加强法制观念，使节约资源和保护生态环境成为全社会的共识，提高保护农业生态环境的积极性和主动性，加强全民的可持续发展观。大力推广低碳型农业和节能型农业，提高资源利用效率，减小农业发展对生态环境的压力，形成环境友好型、资源节约型的农业生产体系。