基于水足迹的作物生产生态效率评价——以陕西省为例

传统生产函数很少考虑农业生产中自然资源的要素功能，也无法表达化肥、农药的使用对环境产生的损害。研究将绿水、蓝水和灰水足迹，分别代表降水资源、灌溉水资源和作物生产的环境影响，引入农业生产函数，采用随机前沿方法测算陕西省作物生产生态效率，并分析其影响因素。结果表明：1）1985-2018年间陕西省作物生产总水足迹呈上升趋势，作物生产单位面积用水强度不断增强。单位面积水足迹及蓝、绿、灰水占比与气候、种植结构，灌溉条件和农业污染相关。2）研究期内，陕西省作物生产生态效率以2003年为分界点呈现先降后升趋势，陕西省作物生产生态效率的U型波动对应政府对耕地资源保护和农业污染管控政策变化。3）作物生产生态效率低下的区域集中在生产落后的农业区和农业条件差的工业区，农业耕地质量差，灌溉条件匮乏，低效率（产值角度）的灌溉和化肥农药施用以及落后农业生产方式是导致作物生产生态效率低下的主要原因。4）研究期内，陕西省作物生产经历了从规模报酬递增，到规模报酬递减2个阶段，与耕地面积的变化基本对应。短期内，考虑各投入要素的产出弹性调整种植结构和化肥农药施用量是提高作物生产生态效率的有效措施，而促进农业产业升级和技术革新是推动作物生产生态效率提升的根本路径。     

新疆城镇化进程中生态效率变化与影响因素

识别城镇化进程中经济社会发展与资源环境的动态关系，能够丰富生态效率影响机制和地域性分异研究，为区域可持续发展提供理论借鉴。本文以新疆干旱区为研究对象，结合超效率SBM模型、熵值法、OLS回归模型，对2002—2019年城镇化进程中生态效率变化，以及不同城镇化水平生态效率的影响因素进行研究，提出优化生态效率的政策建议。结果表明：新疆生态效率较低，具有“中部高、东西低”的空间分异特征；低、中等水平城镇化区域生态效率符合“U”形曲线变化规律，高水平城镇化区域生态效率呈倒“U”形；生态效率受到产业结构和经济发展水平的显著正向影响，低水平城镇化区域的生态效率受到能源结构的显著影响，中等水平城镇化生态效率受到对外联系、科研投入、发展水平影响显著，高水平城镇化生态效率受产业结构、能源结构和对外联系影响显著；推动能源产业升级、增强科研实力、制定差异化生态策略是优化生态效率的主要路径。     

旅游地生态效率测度的SBM-DEA模型及实证分析

旅游地是典型的人地关系相互作用的特殊区域,旅游地的生态效率研究是其制定与实施包容性、持续性发展政策与措施的基础。采用基于时间序列、包含非期望产出的SBM-DEA模型方法,构建旅游地生态效率测度模型及评价指标体系,以黄山风景区为例,利用1981—2014年的投入产出数据,测度旅游地复合系统的生态效率,分析其演化特征和阶段,并利用Tobit回归模型对其影响因素进行实证检验。结果表明:(1)34年来,黄山风景区旅游生态效率(综合效率)不断提升,且具较大发展潜力,在分解效率中,技术效率较高,规模效率次之,规模效率是决定综合效率的关键因素;(2)旅游生态效率的演化经历了初期低效、快速成长、成熟高效、下行风险四个阶段,不同阶段效率的特征不同,影响因素也存在差异;(3)旅游生态效率完成了由规模报酬递增向递减的过渡,资源要素的投入冗余已成为现阶段阻碍生态效率的进一步提高的关键因素;(4)旅游发展水平、产业结构和技术水平对生态效率产生显著的正向影响,投资水平产生显著的负向影响,以废弃物末端治理为表征的环保规制对生态效率的提升作用并不显著。文章最后提出,在山岳型风景区发展初期,应尽可能扩大资源要素投入规模,进入成熟阶段后,则转向逐渐控制投入规模,改善技术能力和资源配置能力,摒弃过度依靠资源消耗和环境污染的粗放式发展模式,走精细化、可持续的发展道路。     

中国农业生态效率评价方法与实证——基于非期望产出的SBM模型分析

生态效率是衡量经济与资源环境协调发展的重要指标.基于将农业面源污染作为非期望产出的考量,在对传统DEA模型进行修正的基础上,采用非径向、非角度的SBM模型对中国30个省份的农业生态效率进行了测算,并给出了农业生态效率的改善途径.研究结果表明:1998-2009年中国农业生态效率虽然呈现缓慢上升态势,但整体仍处于较低水平,除北京、上海、海南、重庆外,其余省市都需要改变投入和产出来优化农业生态效率;资源的过度消耗和环境污染物的过量排放是农业生态效率损失的主要原因.提高资源利用效率、降低资源消耗量和环境污染物的排放量是农业生态效率改善的重要途径.     

农业生态效率评价——以盆栽水稻实验为例

农业面源污染已成为我国主要环境污染源,但目前缺乏一套针对农业生产的综合评价体系,作为对农业面源污染评估和监督的依据.根据生态效率理论,结合农业生产的特点,建立了综合考虑经济效益、资源物质消耗和环境影响的农业生态效率评价指标体系.以不同氮处理下(0.05、0.15、0.25 g N kg-1)不同水稻品种(锡稻11和武粳4)的盆栽实验为例,以氨挥发、肥料使用量和经济产量等数据为基础,运用基于层次分析法的TOPSIS法对6个评价对象的农业生态效率进行了评价和排序,分析各对象在经济效益、资源物质消耗和环境影响方面的差异与特点,指出施氮量和作物品种都对生态效率具有明显的影响.该评价体系的建立,将为我国农业生产模式从片面追求产量向经济、资源、环境协调可持续发展起到一定的推动作用.     

2001—2018年典型南北过渡带地区农业生态效率测度及时空特征分析

农业生态效率是评价农业可持续发展与生态经济性的重要指标,对衡量农村环境改善及农业生态系统稳定具有重要意义。以安徽省为例,运用单元调查和清单分析法测算农村面源污染,使用投入导向型的超效率DEA—SBM模型测算南北过渡带农业生态效率,对其空间相关性与差异性进行评估。结果表明:农村面源污染相对稳定, COD、TN、TP污染物的变化幅度较小,在5%以内,禽畜养殖和化肥使用带来的环境压力大,地区农村面源污染差异具有明显南北特征;农业生态效率呈“倒N”型趋势,受“空间邻近效应”和“马太效应”作用,农业生态效率具有空间集聚特征,存在空间上的正相关关系,地域内部差异显著,异质性增强,南部地区差异性最大,北部地区其次,中部地区最小,但地域间差异波动性较小。环境资源要素合理配置有利于农业经济与环境保护协调发展,为农业生态可持续发展和农业生态系统长效稳定创造更好条件。     

中国农业环境效率时空演变及其驱动因素

农业环境效率是衡量经济与资源环境协调发展的重要指标，研究农业环境效率对实现农业资源的高效率利用具有重要意义。基于2004-2019年中国30个省（市、区）面板数据，运用SBM （Slacks-based model）模型、空间马尔科夫链、GIS技术和空间计量模型，分析了农业环境效率的时空演变特征，研究了农业环境效率变动的驱动因素。结果表明：（1）2004-2019年，考虑非期望产出的农业环境效率要低于不考虑非期望产出情况，呈持续上升趋势；区域差异整体呈倒"V "型变化趋势，东西方向上递减，南北方向上呈" U"型趋势特征。（2）中国不同等级的农业环境效率空间差异明显，地理空间格局在空间演变过程具有重要作用，空间关联性特征显著，不同类型的演变存在显著的时空惯性。（3）中国农业环境效率存在空间溢出效应，农业经济水平、环境规制、农业生产能力是提升农业环境效率的关键因素，财政支农水平、工业化水平、农作物种植结构、农业机械强度则是制约效率提升的约束要素。     

基于地理探测器的中国农业生态效率时空分异及其影响因素

研究农业生态效率的时空分异及其影响因素对实现中国农业生态高质量发展具有重要意义。基于2000—2018年中国30个省/区/市的面板数据,采用超效率SBM模型测算省际农业生态效率,在时间序列、空间可视化及趋势面分析揭示农业生态效率时空演变规律的基础上,进一步利用地理探测器模型识别影响农业生态效率空间分异的主导因子及其交互作用。结果表明: 2000—2018年,中国农业生态效率整体呈现稳定上升的趋势,但仍然处于较低水平,存在较大提升空间;中国农业生态效率具有显著的空间分异特征,总体上呈现出东西部地区较高、而中部地区较低的空间分布格局;中国农业生态效率的空间分异受到农业资源禀赋、社会经济、自然生态环境等多种因素的影响,不同因子对农业生态效率空间分异的影响存在明显差异且因子间交互作用会增强其空间分异。综上,要关注农业生态效率时空分异的主导因子,并注重区域间的协同合作,以实现农业的高质量发展。     

中国资源再生利用的生态效率演变特征与空间分异格局

解析资源生态效率演变特征和分异格局,可为我国实现资源再生利用区域均衡发展和提高生态利用效率水平提供参考。本研究以26个省(市、区)的资源再生利用面板为对象,采用超效率DEA模型测算了2004—2017年其产业生态效率水平,并基于地理区划,分析该产业生态效率演变特征和空间分异格局。结果表明: 2004—2017年,研究区的资源再生利用产业生态效率逐年提高,约有年均1.5%的增长势能,整体表现为由内陆逐渐向沿海递增的演变态势。该产业生态效率全局空间相关性显著,且省(市、区)之间存在明显的空间集聚特征;随着年份推移,区域差异性减弱,高水平省(市、区)辐射带动力较强。研究期间,我国资源再生利用的生态效率空间分异趋于缓和,主要因为华北、东北、华东、华南、华中和西北地区的空间分异减弱,而西南地区的分异不断增强,从而弱化了整体降低趋势。     

安徽省铜陵市生态效率变化及其驱动因素

首次应用物质流分析(material flow analysis,MFA)方法构建了三层面区域生态效率评价指标体系,其指标分别为:区域直接生态效率(regional direct eco-efficiency,RDE)、区域总体生态效率(regional total eco-efficiency,RTE)、整体生态效率(holistic eco-efficiency,HE),采用数据包络分析(data envelopment analysis,DEA)方法评价了铜陵市1990—2008年间的区域生态效率.本文同时引入莫氏生产力指数(Malmquist productivity index,MPI)研究了相邻年份区域生态效率变化,并找出其生态效率变化的驱动因素.结果表明:1)铜陵市区域直接生态效率虽得到了不断提升,但相对区域总体生态效率和区域整体生态效率而言,其相对生态效率均值不高,80%左右年份的相对生态效率在0.8以下;2)铜陵市直接生态效率的持续增长与铜陵市多年来不断加大资源利用和环境保护技术投入密切相关.为进一步提高直接生态效率,铜陵市既可以通过扩大原材料进口、减少本地采掘实现,又可以通过提高资源生产率...     

Comprehensive evaluation of eco-environmental resources in the main grain-producing areas of China

By evaluating the eco-environmental resources of China's major grain-producing regions, the development status of the eco-environmental resources in major grain-producing regions of China was clarified. This is of great significance in maintaining green and sustainable agricultural development and ensuring food security. This paper takes 13 major grain-producing regions in China as the study area, constructs the eco-environment index system by using the Driver-Pressure-State-Impact-Response (DPSIR). The average annual growth rate represents the dynamic changes of each indicator, and the random forest model by using Jupyter Notebook is selected to evaluate the current state of development of the eco-environment resources from 2005 to 2020. The combination of dynamic and static evaluation of the eco-environmental resources is more conducive to decision makers to keep abreast of developments in the eco-environmental resources. The results show that: Firstly, there are differences between static and dynamic conditions that more number of important indicators in static conditions than in dynamic conditions, and the number of important indicators located at the driving force criterion level is higher. Secondly, under static conditions, the evaluation results of eco-environmental resources show an overall upward trend (4.10 in 2005 and 4.65 in 2020); under dynamic conditions, the evaluation results of eco-environmental resources show an overall downward trend (4.35 in 2005 and 4.13 in 2020). Thirdly, there are differences in spatial distribution. Under static conditions, the spatial distribution of regional eco-environmental resource levels is generally “high in the north and low in the south”, while under dynamic conditions, it is “high in the south and low in the north”. Finally, according to the different important indicators in the north and south, the northern region should develop plans to increase the penetration rate of agricultural mechanization and improve the efficiency of water resources utilization, while the southern region should pay more attention to the development of green agriculture, accelerate the construction of urbanization, and improve the efficiency of water resources utilization.     

Renewable resource for agricultural ecosystem in China: Ecological benefit for biogas by-product for planting

In China, renewable resources have attracted rising concerns in the sustainable development of circular agricultural economy because renewable resources are considered as a clean energy source and substitutes for chemical fertilizer in rural areas. However, a comprehensive analysis on renewable resources' effect on agricultural ecosystem is still absent. To fill the blank, this paper chose two typical planting-soil ecosystems including greenhouse-soil ecosystem and orchard-soil ecosystem to evaluate the amount of nonrenewable energy (NE) saving, ecological benefits and economic benefits by utilizing biogas fertilizer, in comparison to those by using chemical fertilizer. The results show that compared with chemical fertilizer treatment, in the greenhouse-soil ecosystem, the biogas fertilizer treatment can save 82667.18 MJ NE per hectare, reduce 6554.12 kg carbon dioxide (CO₂) emission per hectare, improve soil fertility (soil organic matter, ammonia nitrogen, available phosphorus and available potassium), enhance plant quality (dry matter, solid content, reduced sugar, VC and soluble protein content), increase plant yield and add to 59,232.5 Yuan net income per hectare. We also found out that the optimum ratio of irrigation water and biogas fertilizer is water irrigated with 50% biogas slurry, which can lead to best fruit yield and quality in the orchard-soil ecosystem. It is concluded that promotion of biogas fertilizer can help China to realize low-carbon circular development of agriculture.     

基于能值的沼气农业生态系统可持续发展水平综合评价——以恭城县为例

近年来,农村传统的粗放式发展模式对资源和环境造成了巨大的压力,严重阻碍农村的可持续发展进程,为此,国家在农村大力推行以沼气为重点的农村生态建设,加快建立以沼气为纽带的可持续农业发展模式。因此,对沼气农业生态系统的可持续性进行评价对农村能源生态建设和沼气工程的推广具有重要意义。本文选取广西恭城瑶族自治县沼气农业生态系统作为案例,将种植业、养殖业和生态旅游业作为一个复合生态系统,应用能值分析方法将不同能质的能量折算为统一的能值单位,分析了复合农业生态经济系统的可持续发展现状,通过能值分析发现案例区域恭城县沼气农业生态系统具有以下特点:(1)与传统农业生态系统相比,有机肥所占比重较大;(2)水果生产为当地主导产业,生态旅游业有了初步发展;(3)农业的快速发展使人民具有较高物质生活水平;(4)科技水平相对落后,生产率低;(5)沼气替代传统能源,大大减小了环境压力。通过对恭城县农业生态系统发展中的问题进行识别,提出相应政策建议,能够对其未来的发展模式提供参考,对沼气农业生态系统的推广具有重要意义。     

红壤丘陵区粮食生产的生态成本

人类的生产活动必然对资源与环境造成影响,以红壤丘陵区的湖南省祁阳县为研究对象,应用经济学和生态学方法,对粮食生产中的生态成本进行了研究。结果表明:2008年该区粮食生产生态损失总价值相当于当年农业总产值的4.85%;早、中、晚稻生态成本已分别达到3.18、2.44、3.02元/kg,而出售单价分别为1.76、1.90、1.84元/kg,高成本低收益的情况对该区域的可持续发展产生着不利影响;在当前生产力水平条件下,适度提高化肥、农药、农业机械、农膜、劳动力的投入,提高水稻产量,扩大家庭种植规模,可降低生产单位水稻的生态成本。     

中国农作物生产碳足迹及其空间分布特征

基于中国1993—2013年的农业统计数据,采用生命周期评价、重心模型以及GIS等方法分析农作物生产碳排放及碳足迹的时序变化、碳足迹重心的移动轨迹、碳排放和碳足迹的空间分布特征以及影响碳排放的主导因素.结果表明: 研究期间,中国农作物生产碳排放量(GHGe)、单位播种面积碳足迹(CFs)和单位耕地面积碳足迹(CFc)均显著增加,而单位产量碳足迹(CFy)和单位产值碳足迹(CFv)显著减少.CFs重心一直分布在河南,且逐渐移向西南;CFc重心位于湖北或河南,并向西北方向移动;CFy重心位于陕西或河南,且整体移向东南;CFv重心始终在河南,并逐渐移向西南.GHGe和碳足迹存在显著的省域差异,GHGe具有南北低、中部高的特点,CFs是东西两翼高、中间低,CFc高值区主要集中在中部及东部沿海省份,CFy在西北-东南方向上表现为“高-低-高”,CFv在西北-东南方向上则是由高走低.农业生产过程中不同投入占农作物碳足迹的比例以化肥最为突出,化肥投入构成中以氮肥和复合肥所占比例较大.通过分析GHGe与各影响因素的关联度,得出化肥尤其是磷肥和氮肥、灌溉以及农田N₂O排放是导致GHGe显著增加的主导因素,并据此提出发展低碳农业的对策建议.     

Weakened growth of cropland‐N2O emissions in China associated with nationwide policy interventions

China has experienced rapid agricultural development over recent decades, accompanied by increased fertilizer consumption in croplands; yet, the trend and drivers of the associated nitrous oxide (N₂O) emissions remain uncertain. The primary sources of this uncertainty are the coarse spatial variation of activity data and the incomplete model representation of N₂O emissions in response to agricultural management. Here, we provide new data‐driven estimates of cropland‐N₂O emissions across China in 1990–2014, compiled using a global cropland‐N₂O flux observation dataset, nationwide survey‐based reconstruction of N‐fertilization and irrigation, and an updated nonlinear model. In addition, we have evaluated the drivers behind changing cropland‐N₂O patterns using an index decomposition analysis approach. We find that China's annual cropland‐N₂O emissions increased on average by 11.2 Gg N/year² (p < .001) from 1990 to 2003, after which emissions plateaued until 2014 (2.8 Gg N/year², p = .02), consistent with the output from an ensemble of process‐based terrestrial biosphere models. The slowdown of the increase in cropland‐N₂O emissions after 2003 was pervasive across two thirds of China's sowing areas. This change was mainly driven by the nationwide reduction in N‐fertilizer applied per area, partially due to the prevalence of nationwide technological adoptions. This reduction has almost offset the N₂O emissions induced by policy‐driven expansion of sowing areas, particularly in the Northeast Plain and the lower Yangtze River Basin. Our results underline the importance of high‐resolution activity data and adoption of nonlinear model of N₂O emission for capturing cropland‐N₂O emission changes. Improving the representation of policy interventions is also recommended for future projections.     

基于国家生态足迹账户计算方法的福建省生态足迹研究

运用国家生态足迹账户计算方法(2010版),计算并分析2000-2009年福建省的生态足迹和生态承载力,旨在展示国外生态足迹计算方法研究的最新进展,更准确地揭示近年来福建省的生态足迹和生态承载力状况。结果表明:2000-2009年福建省人均生态足迹由1.2902 gha^**快速增长至2.4925 gha;人均生态承载力由0.9772 gha轻微下降为0.9363 gha;生态赤字持续快速扩大,支撑经济发展由需要1.32倍的福建生态承载力变为需要2.66倍;碳吸收地在生态足迹结构中始终占据首位且呈快速扩大趋势,是福建生态赤字的主导因素;生态效率年均增长率大大低于地区生产总值年均增长率,目前福建生态效率还远低于主要发达国家。     

Sub-regional dimensions of agricultural and environmental nitrogen: The case of Asia

Asia embraces a wide range of cropping environments, largely related to the diversity of climate. To meet the high food requirements of a very large population (some 59% of the earth's total) large inputs of mineral N fertilizer are required (44.2 Tg N.yr-1 in the mid 1990s).However, because of the low (20%-50%) overall efficiency of use of fertilizer N, sometimes coupled with heavy use in intensively-farmed areas (for example in parts of China), losses of fertilizer N from agricultural land are expected to be high. Part of the N lost is thought to cause pollution of the atmosphere and water resources.A sub-regional approach, based on the FAO Agroecological Zone (AEZ) concept, has the potential to provide meaningful assessments of the agricultural and environmental dimensions of N.The AEZ concept can also provide the rationale for locating Sub-regional Centers of the International Nitrogen Initiative (INI) by basing the considerations, as far as practicable, on agroecological conditions.