论文标题：Spatiotemporal variation and evaluation of agriculture green development: a case study of Hainan Province, China

期刊：Frontiers of Agricultural Science & Engineering

作者：Tianxiang YU , Jichen ZHOU , Lin MA, Fusuo ZHANG, Zed RENGEL , William J. DAVIES , Jianbo SHEN

发表时间：15 Mar 2024

DOI：10.15302/J-FASE-2024538

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中国农业绿色发展：洞察与进展

Agriculture Green Development in China: Insights and Advances

专 辑 文 章 介 绍

· 第六篇 ·

▎论文ID

Spatiotemporal variation and evaluation of agriculture green development: a case study of Hainan Province, China

农业绿色发展时空演变与评价：以海南省为例

发表年份：2024年

第一作者：于天祥1,2，周骥晨1,3

通讯作者：申建波1,2

jbshen@cau.edu.cn

作者单位：1. 中国农业大学资源与环境学院；2. 中国农业大学三亚研究院；3. 荷兰瓦赫宁根大学土壤物理与土地管理组。

Cite this article :

Tianxiang YU, Jichen ZHOU, Lin MA, Fusuo ZHANG, Zed RENGEL, William J. DAVIES, Jianbo SHEN. Spatiotemporal variation and evaluation of agriculture green development: a case study of Hainan Province, China. Front. Agr. Sci. Eng., 2024, 11(1): 83?99 https://doi.org/10.15302/J-FASE-2024538

· 文 章 摘 要 ·

实现农业绿色可持续发展是世界各国的共同追求。农业绿色发展 (AGD) 被提出作为中国的可持续发展战略，但在区域尺度上对AGD时空演变的定量评价尚不充分。本研究旨在评估基于县/市的区域尺度上AGD的时空演变。为此，建立了一个系统的指标评价体系，以评估中国重点经济区 (海南省) 的社会经济、食物生产和环境的绩效。海南的AGD指数 (代表实现AGD的总体表现) 从1988年的38.8提高到2019年的40.9。随着时间的推移，社会经济发展和农业生产力不断提高；1988–2013年，环境质量因化学品过度使用而下降，但2013年以后环境质量稳步改善，表明减少化学品投入的积极作用。沿海地区的AGD指数高于中部地区，南部地区高于北部地区。改善营养管理或优化饮食结构并减少浪费的方案提高了经济效益和社会生产力，同时减少了环境退化。这些结果为中国海南省乃至其他国家类似地区未来发展绿色可持续农业和政策提供了新的见解。

· 文 章 亮 点 ·

1. 在区域尺度上对AGD变化进行了定量评价。

2. 评估海南省AGD的进展和潜在途径。

3. 海南的AGD指数由1988年的38.8提高到2019年的40.9。

4. 优化养分管理和饮食结构可显著提高AGD指数。

5. 研究方法可用于评估未来政策的效果。

· Graphical abstract ·

· 研 究 内 容 ·

▎研究背景

随着与农业相关的环境和资源问题日益严重，促进农业可持续发展已在中国许多地区以及境外得到建议。中国政府于2015年首次提出绿色发展，并于2017年实施了农业绿色发展规划，以解决与中国农业未来发展和农村人民福祉有关的一系列问题。与传统农业发展理念相比，AGD是一种将环境可持续性与经济社会可持续发展相结合的良性发展战略。大量研究表明，量化和跟踪可持续发展的进展对于指导不同地区的政策制定和实施至关重要。然而，对于如何量化AGD的时空演变，并以产生数值来恰当地代表AGD的整体性能，目前还没有广泛的共识。1988年，海南建省办经济特区，其地理位置和30多年来的重点发展政策为全面分析该地区的AGD进展提供了便利，这反映了中国经济发展的一个缩影。本文以海南省为例，基于改进的NUFER (Nutrient flows in food chain, environment and resource use) 模型和 AGD 指标评价体系，评估了 1988–2019 年海南AGD 的时空演变特征；并通过情景分析预测不同优化情景下2030年海南 AGD 发展进程，为该地区相关发展政策的制定提供参考。

▎研究方法

(1) AGD评价指标体系：共包括3个组成部分 (社会经济、食物生产、环境)、9个一级指标、35个二级指标 (图1)。

(2) NUFER-AGD模型：用于计算与农业相关的环境、社会和经济发展指标的确定性静态模型。

(3) AGD指数计算：以AGD指数代表实现AGD的整体表现。

(4) 敏感性分析：为了评估敏感性水平，考虑了单个二级指标增加或减少10%的各种情况。

(5) 情景分析：以2019年为基准年，主要探究了优化养分管理，优化饮食结构及减少浪费对2030年海南AGD的提升作用。

图1 食物生产系统中的 (a) 养分流动和 (b) AGD指标评价体系。

▎结果与分析

1. 海南AGD的时间演变特征

1988–2019年，海南省的AGD指数呈现“升–降–升”的趋势，总体提高了5.4% (图2)。其中社会经济发展和农业生产力的提高是以牺牲环境质量为代价的。从AGD的三个组分来看，随着时间的推移，社会经济发展和农业生产力不断提高；1988–2013年，由于过度使用化学品，环境质量有所下降，但2013年以后环境质量稳步改善，表明减少化学品投入的积极作用。从9个一级指标来看，资源投入高、废弃物管理不合理、环境问题突出是海南AGD的主要制约因素 (图3)。

图2 海南AGD指数 (a) 及其三个组分得分 (b) 随时间的变化

图3 1988–2019年海南AGD一级指标得分变化

2. 海南AGD的空间演变特征

海南各市县AGD指数变化范围在增大：1988年为35.9–44.6 (平均40.6)，1999年为38.8–49.6 (平均43.4)，2009年为33.1–49.1 (平均39.1)，2019年为29.8–50.1 (平均41.3，表1)。随着时间推移海南AGD的空间变异在不断增大，形成了南部高于北部，沿海高于中部的格局。

表1 1988、1999、2009、2019年海南岛18个市县AGD指数

3. 海南AGD的优化路径

情景S3将对社会经济和粮食生产要素产生积极影响，并将减轻环境影响 (增加养分循环，降低环境成本)，这将使AGD指数从S0情景下的47.9提高到57.3 (图4)。情景分析表明，改善养分管理、优化饮食结构和减少浪费是推进AGD的有效措施。

图4 根据4种情景对2030年海南AGD指数的预测。S0，一切照旧；S1，优化养分管理；S2，减少消耗和浪费；S3，S1和S2的综合。

▎讨论

1. 海南AGD的时空演变特征

海南作为一个新兴的省份，其发展与中国的整体发展是平行的。1988年，农业相关产业是海南省人口的主要收入来源，约占GDP的50%。土壤肥力低和优质作物品种缺乏限制了农业发展。随着化肥工业的兴起，这一时期矿物肥料的使用更为广泛，导致土壤养分的快速积累。加之，农业管理普遍变得更加多样，1988–1999年海南粮食产量和养分利用效率快速提高。1999–2013年，热带经济作物成为海南农业生产的重点。持续过度的肥料投入和农业机械使用的增加，加之，作物和牲畜生产脱节，导致环境污染加剧和大量的能源消耗。自2013年以来，为了打破经济发展的上升趋势与环境质量下降的明显联系，政府更加重视环境保护。总体而言，2013–2019年，海南社会经济发展和环境质量得分稳步上升。

空间上，海南沿海地区地势相对平坦，适宜人类居住和农业生产，AGD指数较高。耕地主要集中在沿海平坦地区 (84.6%)，而中部地区 (15.4%) 较少。沿海城市的社会经济发展较好，反映了旅游业和渔业的发达。海南南部的AGD指数高于北部，首先，海南北部是粮食产业优势区，相比之下，南部地区主要种植经济作物。其次，南方地区有较好的基础设施和农业生产条件 (例如肥料和灌溉设施)。第三，旅游业的快速发展促进了南方地区社会经济的繁荣。

2. 海南AGD的优化路径

1988–2013年，AGD指数显示，海南省经济和社会发展得分越高，环境得分越低，表明经济和粮食生产力的发展是不可持续的。因此，海南AGD的实现不仅取决于作物产量的提高和社区经济效益的提高，还需要出台限制环境污染和退化的手段/政策。潜在的适应措施包括优化农业社区的空间规划、合理的农业施肥、更健康的饮食和减少食物浪费 (图4)。此外，许多国家现在强调土地管理政策，利用土地节约或土地共享等技术为自然腾出空间。

· 结 论 与 展 望 ·

本文结合海南特色构建了一套指标评价体系，进行了海南农业绿色发展评价及优化路径分析。结果表明，1988–2019年，海南AGD指数提高了5.4%。随着时间的推移，社会经济发展和农业生产力不断提高；1988–2013年，由于过度使用化学品，环境质量有所下降，但2013年以后环境质量稳步改善，表明减少化学品投入的积极作用。空间上，海南AGD存在较大差异，沿海城市的AGD指数高于中部城市，南部城市的AGD指数高于北部城市。改善养分管理、优化饮食结构和减少浪费的情景提高了经济效益和社会生产力，同时减少了环境退化；但是资源投入高、养分利用效率低、环境压力大仍是海南AGD的主要制约因素。未来的研究可以从以下三个方面着手：首先，为了在不同尺度上完善AGD框架，需要付出更多的努力来监测AGD各组成部分的协同 (和抵消) 效应。其次，需要更准确的县级数据来分析AGD的区域差异。第三，由于政策的制定和实施是AGD的重点，因此也需要仔细评估政策对AGD指数的影响。

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