Emergy Structure, Efficiency and Driving Factors of Agricultural Input and Output in the Yangtze River Economic Belt

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0429

Abstract

Abstract:

The Yangtze River Economic Belt is a strategic development area with a high level of economic and social development in China. The modern agricultural production mode has brought serious pressure on the sustainable use of agricultural land. This study aims to provide scientific basis, data support and reasonable suggestions for the high-quality and green development of the Yangtze River Economic Belt. Based on the method of emergy analysis, this study calculated and constructed the emergy efficiency index system for the input-output projects of the Yangtze River Economic Belt from 2010 to 2018, and made an in-depth study on the emergy structure and efficiency of agricultural input-output in this region. The results showed that the total emergy input and total emergy output of the Yangtze River Economic Belt had an upward trend from 2010 to 2018, the total emergy output was always lower than the input, the input of non-renewable industrial auxiliary emergy was relatively high, the agricultural land use structure was unreasonable, the resource utilization efficiency was low, and the agricultural system had developed into a slightly unsustainable state by 2018, Among them, the input structure was the most important factor to affect the sustainable development of agriculture in these nine years. Therefore, the Yangtze River Economic Belt needs to actively adjust the agricultural input structure, reduce the dependence on external auxiliary emergy, especially the non-renewable industrial auxiliary emergy, and improve the efficiency of resource utilization, so as to realize the sustainable development of agriculture.

Key words: the Yangtze River Economic Belt, input-output, emergy structure, emergy efficiency, driving factor

CLC Number:

LIU Hongguang, DONG Xiaocui. Emergy Structure, Efficiency and Driving Factors of Agricultural Input and Output in the Yangtze River Economic Belt[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2022, 38(14): 130-138.

Figures/Tables 9

References 20

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一级项目	二级项目	三级项目	能值计算公式
投入	可更新资源环境投入(R)	太阳能	土地面积×太阳光平均辐射量×能值转换率^[12]
		风能	平均海拔×空气密度×涡流扩散系数×风度梯度×土地面积×能值转换率^[12]
		雨水势能	土地面积×平均海拔×降水量×雨水密度×重力加速度×能值转换率^[12]
		雨水化学能	土地面积×降水量×吉布斯自由能×雨水密度×能值转换率^[12]
		地球旋转能	土地面积×热通量×能值转换率^[12]
	不可更新资源环境投入(N)	表土层损失	土地面积×有机质含量×表土吉布斯自由能×能值转换率^[12]
	不可更新资源环境投入(N)	农业用水	农业用水量×能值折算系数(8.58 J/kg)×太阳能值转换率^[13]
	不可更新工业辅助能投入(F)	化肥	化肥用量×太阳能值转换率^[14]
		农药	农药使用量×太阳能值转换率^[14]
		农膜	农膜使用量×太阳能值转换率^[14]
		农用机械总动力	农用机械总动力×能值折算系数(3.60×10⁶J/kwh)×太阳能值转换率^[15]
		农用柴油	农用柴油使用量×能值折算系数(4.71×10¹⁰J/t)×太阳能值转换率^[15]
		电力	农业生产用电×能值折算系数(3.60×10⁶J/kwh)×太阳能值转换率^[12]
		能源	能源使用量×能值折算系数(4.4×10⁷J/kg)×太阳能值转换率^[16]
		农业固定资产投资	当年农林牧渔固定资产投资金额×能值折算系数(7 ￥/$)×太阳能值转换率^[12]
	可更新有机能投入(R)	劳动力	劳动力数量×能值折算系数(1.64×10⁹J/人）×太阳能值转换率^[13]
		有机肥	{[役畜（牛）数量（头）×0.5+非役畜数量（头）]×能值折算系数（7.03×10⁹ J/头）+猪数量（头）×能值折算系数（1.95×10⁹J/头）+羊数量（只）×能值折算系数（8.79×10⁸J/只）+家禽数量（只）×能值折算系数（5.44×10⁷ J/只）+[从事农业劳动力人数×0.3+从事农业劳动力人数]×能值折算系数（3.89×10⁸J/人）}×能值转换率^[15]
		种子	种子用量（当年粮食产量的2%）×能值折算系数(1.6×10¹⁰J/t）×太阳能值转换率^[15]
产出(Y)	耕地(Y1)	谷物	产量×能值折算系数(1.59×10⁷J/kg)×太阳能值转换率^[12]
		豆类	产量×能值折算系数(2.09×10⁷J/kg)×太阳能值转换率^[12]
		薯类	产量×能值折算系数(4.00×10⁶J/kg)×太阳能值转换率^[12]
		油料	产量×能值折算系数(2.30×10⁷J/kg)×太阳能值转换率^[15]
		棉花	产量×能值折算系数(1.67×10⁷J/kg)×太阳能值转换率^[15]
		糖料	产量×能值折算系数(4.20×10⁵J/kg)×太阳能值转换率^[12]
		麻类	产量×能值折算系数(1.63×10⁷J/kg)×太阳能值转换率^[12]
		烟叶	产量×能值折算系数(1.43×10⁶J/kg)×太阳能值转换率^[13]
		蔬菜	产量×能值折算系数(2.50×10⁶J/kg)×太阳能值转换率^[12]
	园地(Y2)	水果	产量×能值折算系数(3.30×10⁶J/kg)×太阳能值转换率^[13]
		茶叶	产量×能值折算系数(1.75×10⁷J/kg)×太阳能值转换率^[14]
		药材	产量×能值折算系数(1.43×10⁹J/t)×太阳能值转换率^[17]
	林地(Y3)	木材	产量×能值折算系数(1.57×10¹⁰J/t)×太阳能值转换率^[12]
		竹材	产量×能值折算系数(1.57×10¹⁰J/t)×太阳能值转换率^[14]
		油桐籽	产量×能值折算系数(3.86×10¹⁰J/t)×太阳能值转换率^[14]
		油茶籽	产量×能值折算系数(3.86×10¹⁰J/t)×太阳能值转换率^[14]
	牧草地(Y4)	牛肉	产量×能值折算系数(4.60×10⁹J/t)×太阳能值转换率^[12]
		羊肉	产量×能值折算系数(4.60×10⁹J/t)×太阳能值转换率^[12]
		牛奶	产量×能值折算系数(4.60×10⁹J/t)×太阳能值转换率^[16]
		羊毛	产量×能值折算系数(5×10⁷J/kg)×太阳能值转换率^[13]
		牧草	产量×能值折算系数(2.46×10⁶J/kg)×太阳能值转换率^[18]
	养殖水面(Y5)	水产品	产量×能值折算系数(5.50×10⁶J/kg)×太阳能值转换率^[12]

一级项目	二级项目	三级项目	能值计算公式
投入	可更新资源环境投入(R)	太阳能	土地面积×太阳光平均辐射量×能值转换率^[12]
		风能	平均海拔×空气密度×涡流扩散系数×风度梯度×土地面积×能值转换率^[12]
		雨水势能	土地面积×平均海拔×降水量×雨水密度×重力加速度×能值转换率^[12]
		雨水化学能	土地面积×降水量×吉布斯自由能×雨水密度×能值转换率^[12]
		地球旋转能	土地面积×热通量×能值转换率^[12]
	不可更新资源环境投入(N)	表土层损失	土地面积×有机质含量×表土吉布斯自由能×能值转换率^[12]
	不可更新资源环境投入(N)	农业用水	农业用水量×能值折算系数(8.58 J/kg)×太阳能值转换率^[13]
	不可更新工业辅助能投入(F)	化肥	化肥用量×太阳能值转换率^[14]
		农药	农药使用量×太阳能值转换率^[14]
		农膜	农膜使用量×太阳能值转换率^[14]
		农用机械总动力	农用机械总动力×能值折算系数(3.60×10⁶J/kwh)×太阳能值转换率^[15]
		农用柴油	农用柴油使用量×能值折算系数(4.71×10¹⁰J/t)×太阳能值转换率^[15]
		电力	农业生产用电×能值折算系数(3.60×10⁶J/kwh)×太阳能值转换率^[12]
		能源	能源使用量×能值折算系数(4.4×10⁷J/kg)×太阳能值转换率^[16]
		农业固定资产投资	当年农林牧渔固定资产投资金额×能值折算系数(7 ￥/$)×太阳能值转换率^[12]
	可更新有机能投入(R)	劳动力	劳动力数量×能值折算系数(1.64×10⁹J/人）×太阳能值转换率^[13]
		有机肥	{[役畜（牛）数量（头）×0.5+非役畜数量（头）]×能值折算系数（7.03×10⁹ J/头）+猪数量（头）×能值折算系数（1.95×10⁹J/头）+羊数量（只）×能值折算系数（8.79×10⁸J/只）+家禽数量（只）×能值折算系数（5.44×10⁷ J/只）+[从事农业劳动力人数×0.3+从事农业劳动力人数]×能值折算系数（3.89×10⁸J/人）}×能值转换率^[15]
		种子	种子用量（当年粮食产量的2%）×能值折算系数(1.6×10¹⁰J/t）×太阳能值转换率^[15]
产出(Y)	耕地(Y1)	谷物	产量×能值折算系数(1.59×10⁷J/kg)×太阳能值转换率^[12]
		豆类	产量×能值折算系数(2.09×10⁷J/kg)×太阳能值转换率^[12]
		薯类	产量×能值折算系数(4.00×10⁶J/kg)×太阳能值转换率^[12]
		油料	产量×能值折算系数(2.30×10⁷J/kg)×太阳能值转换率^[15]
		棉花	产量×能值折算系数(1.67×10⁷J/kg)×太阳能值转换率^[15]
		糖料	产量×能值折算系数(4.20×10⁵J/kg)×太阳能值转换率^[12]
		麻类	产量×能值折算系数(1.63×10⁷J/kg)×太阳能值转换率^[12]
		烟叶	产量×能值折算系数(1.43×10⁶J/kg)×太阳能值转换率^[13]
		蔬菜	产量×能值折算系数(2.50×10⁶J/kg)×太阳能值转换率^[12]
	园地(Y2)	水果	产量×能值折算系数(3.30×10⁶J/kg)×太阳能值转换率^[13]
		茶叶	产量×能值折算系数(1.75×10⁷J/kg)×太阳能值转换率^[14]
		药材	产量×能值折算系数(1.43×10⁹J/t)×太阳能值转换率^[17]
	林地(Y3)	木材	产量×能值折算系数(1.57×10¹⁰J/t)×太阳能值转换率^[12]
		竹材	产量×能值折算系数(1.57×10¹⁰J/t)×太阳能值转换率^[14]
		油桐籽	产量×能值折算系数(3.86×10¹⁰J/t)×太阳能值转换率^[14]
		油茶籽	产量×能值折算系数(3.86×10¹⁰J/t)×太阳能值转换率^[14]
	牧草地(Y4)	牛肉	产量×能值折算系数(4.60×10⁹J/t)×太阳能值转换率^[12]
		羊肉	产量×能值折算系数(4.60×10⁹J/t)×太阳能值转换率^[12]
		牛奶	产量×能值折算系数(4.60×10⁹J/t)×太阳能值转换率^[16]
		羊毛	产量×能值折算系数(5×10⁷J/kg)×太阳能值转换率^[13]
		牧草	产量×能值折算系数(2.46×10⁶J/kg)×太阳能值转换率^[18]
	养殖水面(Y5)	水产品	产量×能值折算系数(5.50×10⁶J/kg)×太阳能值转换率^[12]

目标层	准则层	指标层	指标表达式	正负性
可持续利用综合指数(ESID)	经济指标(X₁)	净能值产出率(x₁₁)	总能值产出/辅助能值总投入	+
		能值投资率(x₁₂)	辅助能值总投入/环境资源能值投入	-
		能值密度(x₁₃)	总能值产出/区域面积	+
	社会指标(X₂)	人均能值利用量(x₂₁)	总能值投入/人口	-
	社会指标(X₂)	人均能值产出量(x₂₂)	总能值产出/人口	+
	环境指标(X₃)	环境贡献率(x₃₁)	环境资源能值投入/总能值投入	-
	环境指标(X₃)	环境负载率(x₃₂)	不可更新能值/可更新能值	-

目标层	准则层	指标层	指标表达式	正负性
可持续利用综合指数(ESID)	经济指标(X₁)	净能值产出率(x₁₁)	总能值产出/辅助能值总投入	+
		能值投资率(x₁₂)	辅助能值总投入/环境资源能值投入	-
		能值密度(x₁₃)	总能值产出/区域面积	+
	社会指标(X₂)	人均能值利用量(x₂₁)	总能值投入/人口	-
	社会指标(X₂)	人均能值产出量(x₂₂)	总能值产出/人口	+
	环境指标(X₃)	环境贡献率(x₃₁)	环境资源能值投入/总能值投入	-
	环境指标(X₃)	环境负载率(x₃₂)	不可更新能值/可更新能值	-

可持续利用综合指数值ESID	等级	可持续状况	特征
0<ESID≤0.2	Ⅰ	不可持续	农业系统生态环境受到严重破坏,土壤污染和土地退化非常严重,生态环境受损程度大,资源消耗过度,环境污染严重,社会经济发展受阻,农业系统恢复与重建极难,生态灾害频发。
0.2<ESID≤0.4	Ⅱ	轻度不可持续	农业生态环境受到较大破坏,系统功能逐渐退化,土壤污染与土地退化较为严重, 生态环境受损程度相对较大,资源消耗与环境污染比较严重,社会经济发展相对较慢, 农业系统的恢复与重建比较困难需要付出一定代价,生态灾害较多。
0.4<ESID≤0.6	Ⅲ	临界不可持续	农业生态环境受到一定破坏,系统功能出现一定程度恶化但还能维持基本运作, 土壤污染、土地退化较明显,资源消耗与环境污染程度较低,社会经济发展水平良好, 生态灾害时有发生,农业系统开始遭受破坏但仍能恢复。
0.6<ESID≤0.8	Ⅳ	轻度可持续	农业生态环境破坏较小,生态环境受损程度较小,资源消耗与环境污染问题不显著,社会经济发展水平较高,生态灾害不常发生,并且能及时控制和预防,生态能较容易的恢复和重建。
0.8<ESID≤1.0	Ⅴ	可持续	农业生态系统结构和功能完善,没有土壤污染、土地退化现象,生态环境几乎没有损坏, 资源充足、利用率高,社会经济发展水平高,没有生态灾害。