基于能值分析的農業園區循環經濟發展評價研究

田宜水，姚一晨,，宋成軍，劉天池，董 強，員學鋒

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基于能值分析的農業園區循環經濟發展評價研究

田宜水1，姚一晨1,2，宋成軍3，劉天池4，董 強4，員學鋒2※

（1. 農業農村部規劃設計研究院農村能源與環保研究所，農業農村部農業廢棄物能源化利用重點實驗室，北京 100125； 2. 長安大學地球科學與資源學院，西安 710054； 3. 農業農村部農業生態與資源保護總站，北京 100126； 4. 天水國家農業科技園區管理委員會，天水 741030）

為促進農業循環園區降低資源消耗和減少污染，實現農業現代化的新要求，該文構建了農業園區循環經濟系統能值評價指標體系，以西北某農業科技園區為例進行評價。結果表明：該園區經濟發展程度整體較好，但二三產業發展較為薄弱；園區能值投資率為8.06，能值產出率為1.12，能值再利用率為29.27%，整體資源再利用程度偏低；園區環境負荷率為8.11，廢棄物能值比為11.57%，廢棄物利用率為69.61%，廢棄物資源化利用程度有限；可持續發展指數為1.61，改進的可持續發展指數為3.42，生態效率指數為0.88，產業結構較為單一且不均衡。建議園區改善資源利用，優化產業結構，增加系統強度和生產效率。該研究對國內其他農業園區循環經濟的發展評價也有借鑒意義。

可持續發展；廢棄物；能值分析；循環經濟；農業循環園區

0 引 言

長期以來，中國農業生產以高投入、高消耗、資源透支、過度開發的粗放式經營為主要特征。近年來，黨和國家提出的推進生態文明建設的發展理念，以農業供給側結構性改革為主線，以綠色發展為導向，以體制改革和機制創新為動力的農業現代化道路?；谵r業現代化的新要求，清潔生產、資源再利用和多產業耦合的現代農業循環經濟已成為大勢所趨[1]，發展農業循環經濟成為了農業綠色發展的重點內容。

農業園區是在特定的區域內，運用資金的集中投入，集農業高新技術成果“源頭創新、中試展示（含休閑觀光）、輻射推廣”等多種功能于一體的現代農業示范基地，即是農業集約化生產和企業化經營的新型組織形式，又是農業科技與農村經濟緊密結合的切入點和高技術成果轉化為現實生產力的重要載體[2-4]。荷蘭、新加坡等發達國家通過較高的科學技術投入，利用節水節能的立體化現代農業設施，促進資源的有效利用和農業園區的高效生產[5-6]。中國農業循環園區根據當地產業狀況，發展農業循環經濟，構建循環產業鏈條，并對廢棄物資源進行了不同程度的再利用[7]。但是，整體上依然呈現資源利用程度較低和發展不均衡等問題，需要科學、系統和合理的評價。

農業園區的評價研究已較為成熟，Migliorini等[8]通過自然、社會經濟等相關指標，對南米蘭農業園區的可持續性進行分析評價；Davodi等[9]利用專家打分的方式，分析農業園區發展的多種戰略因素；國內學者基于國內實際情況，建立了分層指標評價、經濟效益評價與專家打分法等評價體系和評估方法[10-12]。但總體來說，此類方法指標過于繁雜，操作性、可比性不強，主觀性較強[13-14]。

本文以中國西北某農業科技園區為例，運用能值分析方法對系統內生態流進行分析核算，以降低不可更新資源消耗和減少污染排放壓力換取最大的經濟收益為目標，構建園區循環經濟系統能值評價指標體系，分析園區內生態系統對各種資源的需求以及排放的廢棄物對于系統的壓力，評價園區循環經濟發展的可持續性，并提出相關發展建議。這對農業園區循環經濟的發展評價具有借鑒意義。

1 指標體系的構建

能值分析方法由美國著名生態學家Odum（20世紀80年代）創立，該方法利用熱力學定律與最大功率原則，把生態經濟系統中不可比較、不可相互轉化的能量和不能用金錢表示其價值的自然資源等換算成統一單位的太陽能值進行比較和分析，定量分析出自然資源和人類經濟活動的真實價值及其之間的關系[11]，從而能較好地評價自然、社會、科技、勞務、商品等對經濟和環境的真實貢獻[15-17]。

通過對國內農業科技園區的實地調研，參考Odum、藍盛芳等學者的研究[18-21]，將園區循環經濟的度量標準分為能值流量、經濟發展、資源利用、環境負載和綜合指數等5個方面[22-26]。

在對園區生態系統不同環節的生產生活進行歸并劃分后，將能值流量指標分為可更新資源能值（renewable resources emergy，）、不可更新資源能值（non-renewable resources emergy，）、輸入能值（input emergy，）、再利用能值（reuse emergy，RE）、輸出能值（output emergy，）、廢棄物能值（waste emergy，）和總能值（unite emergy，）等7類[27-28]。

傳統的社會經濟數據忽視了經濟發展對生態環境造成的負效益[29]，本文選用能值-貨幣價值（Emdollar value，Em$）、人均能值（emergy per-person，EPP）、能值密度（emergy per-area，EPA）3個指標體現園區社會經濟的發育程度。

園區經濟系統反饋的可更新有機能中，有一部分資源通過初步的利用，生成了可以通過處理再次利用的中間產物，根據園區本身的產能情況，對部分資源進行一定程度的處理后，再次投入到經濟系統中進行生產利用。因此，本文在采用能值投資率（emergy investment ratio，EIR）、能值產出率（emergy yield ratio，EYR）分析園區資源利用的基礎上，新增了能值再利用率（emergy reuse rate，ERR）指標，計算再利用的能值占輸入能值的比率，對園區循環利用情況進行分析。

經濟發展中對資源的過度利用常常會造成環境的退化[30]，本文選用了環境負荷率（emergy loading ratio，ELR）和廢棄物能值比（emergy waste ratio，EWR）分析環境負載情況，并新增了廢棄物利用率（waste utilization ratio，WUR）指標，通過再利用資源能值占總廢棄能值的比例，度量廢棄物再利用對環境的改善程度。

結合農業園區自身的特點，本文從能值分析領域綜合指數評價的主要方法中選取可持續發展指數（emergy sustainable index，ESI）、改進的可持續發展指數（sustainable development index，SDI）、生態效率指數（urban eco-efficiency index，UEI）3個指標[31-33]，對該農業科技園區的循環農業發展進行綜合評價。

通過上述5大類共19個指標，構建了農業園區生態效率評價指標體系，具體見表1。

表1 農業科技園區循環經濟系統能值評價體系

2 農業科技園區循環經濟評價

該農業園區位于甘肅省天水市麥積區中灘鎮，海拔在1 000～2 100 m之間，屬大陸半濕潤季風氣候，年平均降水量600 mm，年均日照2 090 h，太陽輻射總量在2 395～2 703 MJ/m2，全年無霜期170多天。主要產業為果蔬種植、禽畜養殖、食用菌養殖、航天育種、農產品倉儲物流等，截至2016年，園區核心區面積達到3 333 hm2，入園企業36家，直接就業人員4 600多人，帶動各類從業人員10萬余人，園區生產總值達到8.36億元[34]，園區生態系統的能值分析圖見圖1。

圖1 農業科技園區能值分析

Fig1 Emergy analysis chart of agricultural science and technology park

2.1 能值投入-產出分析

園區總能值投入量為2.32×1020sej，可分為由太陽能、風能等可更新資源能值和水土流失等不可更新資源能值構成的環境能值投入，以及由化肥、農藥、電力、煤炭等不可更新的工業輔助能和種子、飼料、人力等可更新的有機能構成的購買能值投入。其中，可更新資源能值為2.55×1019sej；不可更新能值為1.05×1017sej；人類經濟社會反饋的輸入能值為2.06×1020sej。園區環境能值投入占總能值投入的11.03%，經濟發展主要了依賴于外界資源的輸入。外界資源投入中，主要部分是原材料和能源的投入。

園區的能值產出量為9.75×1019sej，肉類、蛋類、菌類等農畜產品8.05×1019sej，占產出能值的82.58%；奶制品、沼氣、有機肥等工業產品1.70×1019sej，占產出能值的17.42%，第一產業在園區占主導地位。此外，秸稈、牲畜糞便和菌渣等被再利用能值為6.15×1019sej。廢棄物能值為2.68×1019sej。具體見表2。

表2 農業科技園區能值數據（2016）

從產出流量上，輸出能值僅為總投入能值的42.05%。表明園區的經濟發展還有很大的提升空間，特別是二三產業。

2.2 經濟發展分析

根據甘肅省能值貨幣比1.19×1013sej/美元，對園區各資源的能值貨幣比進行轉化，具體見表2。結果表明，現行的產業結構下園區的生態效益較低，對資源的利用程度較為粗放，沒有充分發掘資源的利用潛力，因此園區的能值凈收益為負值?？梢酝ㄟ^調整產業結構，增進資源的利用效率，改善園區的能值收益。由于產業園區的資源集聚性，園區以較少的人口和土地資源實現較高的經濟產出，園區的產業發展為周邊農戶提供了工作崗位和農產品銷售渠道，帶動了農戶的發展，使得EPP和EPA都相對較高。如表3所示，園區的EPP為5.04×1016sej/人，EPA為6.96×1012m2。

表3 園區能值評價指標計算值

2.3 資源利用分析

產業園區具有資源集聚性，其能值投資率必然高于較大尺度的區域，園區EIR為8.06，略高于發達國家，如美國和西班牙7.00的標準[35]。此外，盡管農業企業的利潤率相對較低，但農業園區在地方政府宏觀規劃、調控以及國家補貼、企業免稅上具有一定優勢，園區的整體經濟發展程度有很大的提升空間，對投資者具有一定的吸引力，但經濟發展對環境的壓力也相對偏高。

一般而言，EYR越高，則系統的資源利用效率越高[36]；ERR越高，表明系統的生產層次越高，系統的資源利用水平也越高。園區EYR為1.12，ERR為29.27%。表明園區產業發展相對粗放，生產效率較低，市場互補機制發育程度較低；園區產業結構具有一定的層次性，但園區整體資源再利用程度偏低。從實際情況上看，園內占主導地位的產業是食用菌養殖業和禽畜養殖業，園區的資源利用呈現出較高的外部依賴性，自身資源的利用和生產效率還有很大的提升空間。

2.4 環境負載分析

一般而言，ELR<3時，表示環境壓力很??；3≤ELR≤10時，表示環境壓力處于中等水平；ELR>10時，表明環境壓力較大[37]。園區外界購置的能值較高，其ELR為8.11，表明園區生產活動對環境壓力處于中等水平。園內存在廢棄物再生產產業，對部分種植、養殖的菌渣、秸稈和牲畜糞便等廢棄物進行回收加工，生產沼氣和有機肥，但尚有大部分未得到有效利用。園區EWR為11.57%，WUR為69.61%，表明該園區內廢棄物資源已經得到了一定的利用，由廢棄物造成的環境壓力不高，但廢棄物尚未得到充分利用，仍有很大的提升空間。

2.5 綜合指數分析

園區現有的經濟系統對生態環境的壓力不高，廢棄物有一定程度的利用，因此，系統對環境的主要影響來源于較高的能值輸入對本地不可更新資源能值的占用，園區具有足夠的環境承載力來發展產業和經濟；但是，目前園區的整體產業結構較為單一，盡管已經就多種產業的協同發展進行了規劃設計，園區現有的產業結構依然不均衡，主導產業對外部輸入能源的依賴性限制了園區的可持續發展；此外，園區現有產業對資源的利用和產出效率較低，限制了園區的進一步發展。

根據表1和表2計算可知，該農業科技園區的ESI為1.61，SDI為3.42，UEI為0.88。一般而言，ESI在1～10之間時，經濟系統具有活力和發展潛力；ESI>10表示經濟不發達；ESI<1時是消費型經濟系統[38]。而SDI值越高，說明經濟系統的可持續發展性能越好。由此可知園區經濟系統層次簡單，產業結構較為單一，自組織能力、發展潛力和循環再生能力還有一定的欠缺，可持續發展性能有待提升。

3 園區發展建議

3.1 開發內部資源，改善資源利用，增加系統強度

由于地理位置和空間的限制，該園區可利用的系統內資源相對較少，對外界購置的資源的依賴性大。目前，園區周邊的輻射區依然有大量的農田未與園區發生資源互換，園區可以借助政府平臺，與農戶協商以合作社形式將周邊農田充分利用，補充園區生產需要的各種資源，并將園區生產的有機肥等產品還田，生產高附加值的有機產品。同時，園區應加大資源的再利用程度，增加資源的利用效率，在保障園區環境壓力不增加的前提下，充分合理的利用資源提升園區經濟發展水平。

3.2 調整產業結構，突出產業優勢，增進生產效率

循環農業園區應協同“種養加”配套產業，突出產業發展優勢。園區現有的產業發展不均衡，限制了園區資源交流和生產效率。園區的食用菌養殖業和生態禽畜養殖業是園區的主要廢棄資源的供給者，但園內并沒有形成對應規模的廢棄物資源再利用產業，受限于現有的沼氣產能，只有一半的禽畜糞便和極少量菌渣被進行資源化再生產，其余部分只能在未經加工處理的情況下以較低的利用效率進行再利用。同時，園區也應當重視目前較為短板的農產品加工業，該產業利潤水平提高對園區可持續發展具有促進作用。因此，協調產業發展，防控有害物質循環，促進資源的最大化利用是園區進一步發展的關鍵之處。

3.3 多元投入驅動，創新體制建設，推動綠色發展

園區應加大對自身發展的科技投入和科研支持力度，通過政府杠桿，對部分重點項目予以積極引導，并鼓勵企業加大科技投入。此外，園區還應創新體制建設，深化服務意識，建立高效的服務支撐體系，改進人才結構，激發人力資源的創新能動性，為園區構建現代農業產業技術體系和綠色發展提供堅實的支撐。

4 結 論

根據能值分析理論，通過循環經濟的評價指標分析了該農業科技園區能量、物質和經濟的流動狀況，結果表明：園區能值投資率為8.06，能值產出率為1.12，能值再利用率為29.27%，現有的經濟系統對生態環境的壓力不高；園區環境負荷率為8.11，廢棄物能值比為11.57%，廢棄物利用率為69.61%，廢棄物的資源化利用程度有限，系統對環境的主要影響來源于較高的能值輸入對本地不可更新資源能值的占用，園區具有足夠的環境承載力來發展產業和經濟；園區可持續發展指數為1.61，改進的可持續發展指數為3.42，生態效率指數為0.88，整體產業結構較為單一，盡管已經就多種產業的協同發展進行了規劃設計，園區現有的產業結構依然不均衡，主導產業對外部輸入能源的依賴性限制了園區的可持續發展；此外，園區現有產業對資源的利用和產出效率較低，限制了園區的進一步發展。本研究對國內其他農業園區循環經濟的發展評價也有借鑒意義。

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Cycle economic development evaluation of agricultural park based on emergy analysis

Tian Yishui1, Yao Yichen1,2, Song Chengjun3, Liu Tianchi4, Dong Qiang4, Yuan Xuefeng2※

(1.,,,,100125,; 2.,’,710054,; 3.,,100126,; 4.741030,)

Circular agricultural park is a new organizational form of agricultural intensive production and enterprise management. It is also a cut-in point for the close combination of agricultural science and technology with rural economy and an important carrier for the transformation of high-tech achievements into real productive forces.In order to promote the reduction of resource consumption and pollution reduction in the circular agricultural park, realize the new requirements of agricultural modernization, with the development of agricultural supply side as the main line, the green development as the guide, and the institutional reform and mechanism innovation as the driving force. “Reduce”, “Reuse” and “Recycle” are the core agricultural recycling economy. Based on the field research, the emergy value analysis is used to analyze and calculate the ecological flow in the agricultural recycling park system, and to reduce non-renewable resource consumption and reduce pollution. In order to maximize the economic benefits, the discharge pressure is the goal of building the circular economy system emergy value evaluation index system. Taking an agricultural science and technology park in the northwest as an example, the demand for various resources in the ecosystem of the park and the pressure of the discharged waste on the system are analyzed. The aim is to evaluate the sustainability of the park's circular economy development and make relevant development proposals. The results show that the primary industry in the park is dominant, and the economic development is highly dependent on the external raw materials and energy. The output emergy value is 42.05% of the total input emergy value, the emergy per-person value (EPP) is 5.04×1016sej/person, emergy per-area (EPA) is 6.96×1012m2. The overall economic development is better, but the development of the secondary and tertiary industries is weak; the park's emergy investment ratio (EIR) ) is 8.06, the emergy yield ratio (EYR) is 1.12, and the emergy reuse rate (ERR) is 29.27%. The resource utilization shows high external dependence, the overall resource reuse degree is low, and the use of its own resources. There is still much room for improvement in production efficiency; the emergy loading ratio (ELR) of the park is 8.11, the emergy waste ratio (EWR) is 11.57%, the waste utilization ratio (WUR) is 69.61%, the pressure of production activities on the environment is at a moderate level, and there is a certain waste recycling industry, but the overall utilization is limited; the emergy sustainable index (ESI) is 1.61, the sustainable development index (SDI) is 3.42, and the urban eco-efficiency index (UEI) is 0.88. The economic system is simple in level, the industrial structure is relatively simple, and there are still some shortcomings in self-organization ability, development potential and recycling capacity. The sustainable development performance needs to be improved. The industrial structure is relatively simple and is not balanced, and the utilization and resource efficiency of existing industries is low, which limits the further development of the park. It is recommended that the park further develops internal resources, improves resource utilization, increases system strength, adjusts the industrial structure of the park, coordinates industrial development, and enhances production efficiency. This is also useful for the evaluation of the development of circular economy in other agricultural parks in China.

sustainable development; wastes; emergy analysis; circular economy; circular agricultural park

田宜水，姚一晨，宋成軍，劉天池，董 強，員學鋒. 基于能值分析的農業園區循環經濟發展評價研究[J]. 農業工程學報，2019，35(4)：241－247. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.04.030 http://www.tcsae.org

Tian Yishui, Yao Yichen, Song Chengjun, Liu Tianchi, Dong Qiang, Yuan Xuefeng. Cycle economic development evaluation of agricultural park based on emergy analysis[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(4): 241－247. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.04.030 http://www.tcsae.org

2018-08-28

2019-01-31

“十二五”國家科技支撐計劃（2015BAL04B05）

田宜水，研究員，研究方向：生物質能、秸稈綜合利用和農業循環經濟研究。Email：yishuit@yahoo.com

員學鋒，博士，副教授。研究方向：土地資源調查評價與農業資源利用。Email：zyxfyun@chd.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.04.030

S9

A

1002-6819(2019)-04-0241-07