全 文 ：第 32 卷 第 1 期 生 态 科 学 32(1): 126-132
2013 年 1 月 Ecological Science Jan. 2013 
收稿日期：2012-04-04 收稿， 2012-07-20 接受
资助项目：国家自然科学基金(41101126, 71033004)；中国科学院“百人计划”(08YBR111SS)；科技部中德国际合作项目(2011DFA91810)；辽宁
省博士科研基金(20101124)
作者简介：薛冰（1982—），男，理学博士，副研究员，主要从事人地关系理论与模型、生态经济(循环经济)方法与应用、应对气候变化与环
境技术政策评估等方面研究。E-mail:xuebing@iae.ac.cn 
薛冰，李春荣，任婉侠，耿涌，刘祚希，王美玲，于晓曼. 能值理论在农业生态经济的应用与展望[J]. 生态科学, 2013, 32(1):
126-0132.
XUE Bing, LI Chun-rong, REN Wan-xia, GENG Yong, LIU Zuo-xi, WANG Mei-ling,YU Xiao-man. Review of emergy theory applied
in agro-ecological economic system in China[J]. Ecological Science, 2013, 32(1): 136-0132.

能值理论在农业生态经济的应用与展望
薛冰 1, 李春荣 1, 2, 任婉侠 1, 耿涌 1, 刘祚希 1, 2, 王美玲 1, 于晓曼 1
1. 中国科学院污染生态与环境工程重点实验室/中国科学院沈阳应用生态研究所，沈阳 110016
2. 中国科学院研究生院，北京 100049
【摘要】农业生态经济系统是由农业生态系统和农业经济系统紧密嵌合而成的特殊的人工-自然复合系统，是人地关系地域系
统研究的主要对象之一，也是关于现代生态经济研究的核心主体之一。文章论述了能值理论内涵与方法，基于 CNKI 与 Web of
knowledge 数据库的文献分析表明，能值理论在中国农业生态经济领域研究具有普遍的认可度；能值研究在基础理论阐释、指
标体系开发、案例实证研究等方面取得了进步，但也存在一些急需解决的关键问题，主要包括农业能值流程图的绘制，农业
能值强度的区域适用性，农业能值计算的时空比较研究等三个方面。
关键词：人地关系；生态经济；农业生态经济系统；能值
doi:10.3969/j.issn. 1008-8873.2013.01.022 中图分类号：F291 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2013)01-126-07
Review of emergy theory applied in agro-ecological economic system in China
XUE Bing1,, LI Chun-rong1, 2, REN Wan-xia1, GENG Yong1, LIU Zuo-xi1, 2,WANG Mei-ling1,YU Xiao-man1
1. Key Laboratory of Pollution Ecology and Environmental Engineering, Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences,
Shenyang, 110016, China
2. Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: Agro-ecological economic system is a kind of a special complex artificial-natural system coupled by the agro-ecosystem and
the agricultural economic system, which is also one of the main targets studied in the field of regional human-natural relationship, and
the central agent of research on ecological economics. This paper briefly discusses the concept and framework of emergy theory, and
then, by literature analysis based on the database of CNKI and Web of knowledge, we concluded that the emergy theory has universal
recognition in the field of agriculture, and presents an increasing trend. The emergy theory applied in Agro-ecological economic system
research makes some progress in the field of basic theory research, indicators development and empirical studies. However, there are
also some key issues that need to be resolved, including agricultural emergy flow diagrams, regional applicable of emergy theory, and
comparative research on space-time scale.
Key words: human-nature relationship; ecological economics; agro-ecological system; emergy
1  引言  (Introduction) 

农业生态经济系统是由农业生态系统和农业经
济系统紧密嵌合而成的特殊的人工-自然复合系
统，是人地关系地域系统研究的主要对象之一，也
是关于现代生态经济研究的核心主体之一[1,2]。农
业生态经济系统不仅具有高效的、直接的产品生产
功能，而且还具有环境服务、旅游服务以及文化教
育与景观美学等综合功能[3,4]，并在空间和时间上
具有明显的限制性与变动性[5]，因此，科学识别与
衡量农业生态经济系统的结构、功能和特征，对于
统筹、调控和优化区域生态经济系统的可持续演化
具有重要意义，同时也是学术界研究重点[2,3,5]。
作为连接生态学与经济学的桥梁，能值理论及
其分析方法能够用于分析生态经济系统内资源环境
与经济活动的真实价值以及它们之间的相互关系，
识别区域生态经济系统的结构、功能和特征，进而
成为生态经济系统领域的重要研究方法[6]。
自 20 世纪 90 年代初能值理论引入中国后，诸
多学者以能值理论为基础从多角度开展相关研究工
作[7,8]，并逐渐形成了区域生态经济系统（国家、省
市）、城市生态经济系统（城市）、农业生态经济
系统（农村或者城乡结合部）、产业生态系统（工
业园）和自然生态系统（自然保护区等）等五个主
要研究领域[2-7]，其中，区域生态经济系统是指包
含城市、农村或者城乡结合部、工业园以及自然保
护区等四个系统中的任意两个或者两个以上的复合
生态经济系统。能值分析方法在具体案例研究中的
广泛应用促进了能值分析理论的发展。2000 年以
后，先后有学者对能值理论在区域、城市或产业中
的应用进行了多视角回顾与展望[9,10]，但对于能值
理论在农业中的应用总结则相对缺乏。因此，本文
在概述能值理论内涵与方法的基础上，对能值理论
在农业中的应用进展进行了全面回顾与梳理，进而
提出了能值分析方法在农业生态经济系统分析中的
发展趋势，旨在为促进能值理论在农业生态经济系
统中的进一步广泛应用提供参考。

2 能值理论的基本内涵及其应用 (Concept and
application of emergy theory)

2.1 能值理论及其方法
能值(emergy)是指形成任何资源、产品、劳务、
信息等而直接或间接所需的某种能量的总量[6]。生
态经济系统是一个自组织系统，随着能量在系统中
的流动，一部分散失掉(熵)，而同时形成具有较高能
量等级的新形式的能；通过追溯研究，任何一种形
式的能都可以用同一种形式的能来表示[6-7]，在实际
研究中，一般用太阳能(solar emergy)来表示，单位
为太阳能焦耳(solar emjoules, 简称为 sej)[6,11]，这是
因为考虑到太阳能是能量转化的基础构成要素
[12-14]。能值理论和分析方法的创立，使得原本难以
统一度量的能量流、物质流、资金流等能够进行多
向比较和交叉分析 [12,16]，得出一系列反映系统结
构、功能和效率的综合指标，评价其在系统中的作
用和地位，定量分析系统的功能、特征和效益。
在能值理论应用与定量分析步骤中，主要包含
以下几个关键性环节：
1) 绘制能值流程图：基于既定的能值符号，
构建面向研究对象并体现其要素（物质、能量、信
息、产品、服务等）流动与转换方向的流程图；流
程图的绘制是整个研究的关键前提，对于区域数据
收集、能值转换率确定与计算、系统结构与功能分
析都具有决定意义；
2) 确定能值强度：能值强度是指系统内每单
位某类别要素（物质、能量、产品、服务、信息、
价值等）所含的能值量，主要有四种表现形式
[14,16-17]：能值转换率（产出的单位有效能所含太阳
能值量，单位为 sej/J）、特定能值强度（产出的单
位质量所含的太阳能值，单位为 sej/g）、单位货币
能值强度（也称为能值货币比率，单位为 sej/区域货
币单位，如 sej/美元等）、单位劳务能值转换率（为
支持单位劳务服务而投入的能值，一般可以表示为
单位时间的能值投入，如 sej/年或 sej/小时。此外，
单位货币能值强度也可被用于表示劳务能值，其中
货币代表着劳动者的工资，单位劳务能值转换率则
表示为单位劳务工资水平的能值投入量）；
3)简化能值系统图：根据研究对象的性质与
研究重点，特别是在考量要素指标的代表性、数据
的可收集性、能值强度的可确定性等三个约束条件
下，对能值流程图进行简化，使之在具备科学基础
上的前提下，具有可计算性；
(4)建立评价指标体系：在要素指标的能值计算
结果基础上，根据研究需要，通过对元指标的比较
与运算[16]，开发或开展能够代表系统结构、功能、
特征等一系列复合指标，并进行分析与讨论。

2.2 能值理论的主要发表文献分析
基于中国知网(CNKI)数据库，以“能值”、
“能值分析”、“能值理论”为首要检索关键词，
以“中国”、“农业”等为文献提取关键词，开展
1999-2011 期间发表的文献检索，通过归纳与演
绎，对能值理论在中国农业生态经济系统研究中的
应用进行了系统梳理与阐述，并在适当对比国外文
献资料的基础上开展比较分析。
根据 CNKI 数据库的文献资料，初步统计获得
1999 年至 2011 年期间发表的符合检索条件的 133
1 期 薛冰，等. 能值理论在农业生态经济的应用与展望 127
 
篇文献，其中，以农业为主题的总计有31篇，文献
数量占当年文献总数量的比例在 0-42.86%之间，多
年平均比率为 23.31%。在 1999-2011 年间，能值理
论的文献发表数量整体可以划分为四个阶段，分别
是 1999-2002（起步）、2003-2006（高峰）、2007-2009
（低落）以及 2010-2011（回升）四个阶段。其中，
文献发表最多的年份是 2003-2006 年度，总发表数
达 63 篇，占统计数的 47.36%，年均发表综述超过
15 篇；最少年份是 2007-2009 年度，总发表数为 18
篇，占统计总数的 0.75%（图 1）。
主要发表的刊物为《生态学报》（20 篇）、《生
态学杂志》（8 篇）、《资源科学》（8 篇）、《应用
生态学报》（7 篇）和《干旱区资源与环境》（5 篇）。
从整体分析来看，能值理论研究领域主要集中于农
业、城市、区域、自然生态系统、工业园区等五个
领域，理论研究经历了不同的阶段，这也反映了学
者对于能值理论的认可、应用、检讨及改进的学术
认知过程，而在其中，能值理论在农业方面的应用
也基本体现了相同趋势，这不但表明能值理论在农
业生态经济系统研究中具有普遍的认可度，而且体
现了农业生态经济系统是能值理论的重要应用领
域，而且进入2010年以后，能值理论及其在农业领
域的应用都呈现了回升的趋势。
进一步以 Web of knowledge 数据库为主，对国
外能值理论文献（文献类型限定为：文章/Article, 会
议论文/proceedings paper, 综述/review, 快报/letter）
进行检索，可以发现，有关于能值理论的论文发表
数量呈现不断上升趋势，由 1999 年 3 篇快速上升到
2011 年的 74 篇（图 2）。



 
图 1 中国知网(CNKI)能值理论文献年度发文数
Fig. 1 Papers on emergy theory research published in CNKI database


 
 
 
图 2  中英文能值理论文献年度发文数对比示意图 
Fig. 2 Comparison of the number of papers published in Chinese and English

128 生 态 科 学 Ecological Science 32 卷
在 1999-2011 年间，能值方面的文献合计 371
篇，其中文章（ Article ） 344 篇，会议论文
（proceedings paper）46 篇，综述（review）20 篇，
快报（ letter）7 篇，论文主要发表在 Ecological
Modelling (生态模型, 71 篇)，Ecological Engineering
(生态工程 , 29 篇)，Communication in Nonlinear
Science and Numerical Simulation (非线性与数值模
拟通讯, 20 篇)，Energy (能源, 18 篇)，Journal of
Cleaner Production (清洁生产杂志, 18 篇)和 Journal
of Environmental Management (环境管理杂志, 18 篇)
等期刊上，研究领域涵盖农业、城市、区域、工业
园区、产业生态系统、能源管理、文化遗产、废弃
物管理等诸多方面，这显示了能值理论在国外的应
用范畴较广，研究度不断上升，成果产出丰富。在
Web of knowledge 数据库中，1999-2011 年间发表的
农业领域的文献 38 篇，占全部总数的 10.24%，其
比例低于国内的 23.31%，其原因在于英文文献中的
能值应用领域更为广泛，英文文献中体现出来的关
于能值分析的研究深度与广度都比中文文献要更进
一步。

3 能值理论在农业领域的应用回顾(Emergy theory
applied in agro-ecological system)

3.1 在基础理论阐释方面
作为新兴的生态经济领域的研究手段，自能值
理论引入中国后，先后有学者对能值理论的基本概
念和应用前景等进行了分析，并结合案例进行了能
值理论的应用案例研究。隋春花等介绍了能值理论
的创立背景，通过具体实例来分析环境经济系统的
能值特征，评价环境生产的经济价值，认为能值理
论为人们正确评价环境和从事科研提供了新思路
[17]，随后，蓝盛芳和钦佩详细进一步论述能值分析
方法及其基本原理，并将能值分析与能量分析作比
较研究，认为以能值为尺度可衡量比较不同类别的
能量，用于综合分析各种生态系统的生态流，定量
研究生态与经济效率及其关联[18]，上述学者的研究
成果为能值理论在农业领域的初步应用奠定了基
础，阐明了基本方法，并指明了能值理论在农业领
域研究中的实用性及其重要意义。随后，陆宏芳等
进一步论述了能值分析理论与分析方法的产生背景
过程、主要的基本概念、特点，指出了其需要解决
的若干问题，并以种植业系统为例，介绍了能值分
析的基本方法和步骤以及能值指标的计算[13]，该文
进一步系统总结了能值理论的新进展，并发出了对
于能值理论的适用性的具体思考，这也是能值分析
在中国应用高潮期（2003-2006）的一篇具有引领性
的总结反思文章，对于后来学者的研究具有重要的
借鉴价值，也促进了能值理论在中国的本土化，特
别是在能值转换率研究方面，促使中国学者开始探
讨和计算适合中国国情或者符合研究区实际情况的
能值转换率[9]，这对于能值理论体系是一个重要的
补充与完善。

3.2 在指标体系研究方面
指标体系是能值理论应用的核心，也是能值理
论应用价值的关键工具，因此，是否能够开发出具
有科学意义的指标体系，是诸多从事能值研究学者
的重要方向，也是完善能值理论体系的重要内容，
陆宏芳等阐述农业生态系统能值分析主要指标的建
立方法和涵义作用，提出农业生态系统能值分析方
法推广中亟待解决的难题[19]。
学者们关于能值指标的应用与开发，先后基本
呈现出两个趋势，一个是对既有指标体系的修正，
并开发出能够代表系统不同功能与结构的二次指
标，例如，李双成等在对现行可持续发展水平度量
方法进行简要评述的基础上，提出了以能值为理论
支撑的区域性可持续发展评价指数[20]；严茂超等对
中国大陆各省区农林牧渔业主要产品的能值及其宏
观经济价值进行了评估，开发了单位面积产出、人
均农产品能值占有情况、农产品能值供应的余缺情
况等指标，并对各省区进行了分析比较和排序[21]。
陆宏芳等对国际能值分析理论现行能值评价指标体
系作了归并简化，提出了评价系统可持续发展能力
的新的能值指标(EISD)；并将其应用于珠江三角洲
3 种基塘农业生态工程模式的实例比较中，结果表
明，EISD 同时兼顾环境影响和经济效益,能更好地
评价同等环境压力下不同的产品生产结构对社会经
济发展贡献的不同，即系统可持续发展能力的不同
及其成因[22]；赵晟，李自珍应用能值理论，对总的
能值用量、能值货币比率、能值自给率、人均能值
用量、能值密度等一系列能值指标进行了定量研究
[23]；耿涌等则设计了既反映产业生态系统结构又表
征其功能的能值特征指标及反映系统整体绩效的综
合指标，能够确定不同形式的再利用和再循环对于
提高系统整体生态效率的贡献[24]，为科学地评价包
含农业生态经济系统在内的产业生态系统建设绩效
奠定了一个基础。上述具有代表性的研究成果，较
好地促进了能值指标体系的完善，进一步丰富和推
动了能值指标体系的研究内容。
第二个是在根据能值分析的初步计算结果，引
入生态足迹、计量经济学等方法，将能值理论的应
用推广到一个新的高度与领域。具有代表性的是，
李双成等构建了基于能值的标定土地持续利用态势
的若干指数，如土地利用环境负载指数以及土地可
持续利用指数，并用上述指数对 1978-1999 年中国
农用土地的可持续性进行判定，结果表明由过度使
1 期 薛冰，等. 能值理论在农业生态经济的应用与展望 129
 
用化石能量引起的环境负面效应对农用土地生态系
统的压力不断增大，若不遏制这种发展势头，中国
农用土地生态系统的可持续性将得不到延存[25]；刘
小雷和丁桑岚则在传统生态足迹模型的基础上，结
合能值分析理论提出改进的能值生态足迹模型，将
环境污染和人类的作用考虑入内，并运用改进的模
型对重庆市的生态足迹与生态承载力进行了分析
[26]；薛冰在 2010 年和张子龙等在 2011 年则以能值
分析计算结果为基本依据，引入广义脉冲响应函
数、结构分解分析等经济学方法，实现了对经济发
展与环境影响的定量研究[27,28]；李渝等对贵州猪-
沼- 粮、菜(果) 规模化养殖场循环农业模式能值投
入和产出进行了分析，对该模式的资源利用效率、
环境压力和可持续发展指数等进行了评估[29]。实际
上，随着中国城市化进程的不断推进，农业生态经
济系统的经济功能、生态功能都将不断加强，并随
着农民生活水平的提高和农业技术的不断进步，使
得农业生态经济系统的要素更为繁杂，系统的功能
与结构也将日趋复杂，因此，基于能值理论的指标
体系研究，必将在自身不断完善的同时，不断地引
入新的计量方法，同步推动能值指标体系的发展。

3.3 在案例实证研究方面
基于农业生态经济系统具有地域性的客观事
实，能值理论在农业领域的案例应用研究较为广
泛，并结合案例实证，对能值理论的基本原理、指
标体系、评价路线等进行了不同程度的深入研究，
总的来说，能值理论在农业领域的应用范围覆盖了
中国的大部分地区，基本形成了两大各具特色的研
究尺度，一个是以流域等自然地理尺度为方向，一
个是以市州、乡县等行政地理尺度为主要方向。
在流域等自然地理尺度，陈东景和徐中民以黑
河流域中游张掖地区农业生态经济系统为例进行了
实证研究，认为张掖地区的农业发展存在环境负荷
不断增加、产出率降低、产品经济成本增加、能值
持续性指数下降等许多问题，应采取一定的措施来
增加农业生态经济系统的产出能力，减小农业生态
环境的压力[30]；董孝斌等以黄土高原丘陵沟壑区典
型小流域纸坊沟为案例，应用能值方法研究其植物
初级生产力、动物次级生产力、农户经济生产力及
生态系统服务生产力能值的特征及相互间的关系，
得出了“农户产业结构的不合理性，导致农业系统
产品能值的潜在经济价值向农户现实经济收入的转
化能力低下”等结论，并提出“调整农户种植结构
及产品配置是促进系统生产力高效转化的内在需
求”等有价值的结论[31]；沈善瑞等对广东省珠江三
角洲三水市农业生态系统进行分析，得出三水市农
业生态系统中种植业、渔业、畜牧业和林业之间存
在经济能值的依存关系，有着直接的相互作用，种
植业、渔业和畜牧业子系统间的经济能值交流网络
较为发达[32]。
在市州等行政区域尺度，张耀辉等对海南省农
业进行了分析和评价，结果表明农牧渔业产品的宏
观经济价值远大于市场价值，农业生产中有相当大
一部分环境资源无偿投入，环境压力较小，发展潜
力很大[33]。熊晓波等以吉林省延边朝鲜族自治州为
案例开展能值计算与分析研究，并将之与其他国家
或地区进行了比较，对延边的可持续发展提出了有
效的政策建议[34]；杨松等通过对重庆市农业生态经
济系统的能值流进行分析，认为重庆农业处于传统
农业向现代农业转变的转型期，应加强系统的能值
投入和农业基础设施的建设，增大农业的科学技术
研究和推广力度，优化系统的投能结构，调整农业
产业结构[35]；随后，孙凡等对中国农业生态经济系
统的能值投入产出进行了研究，发现中国农业生态
经济系统的发展速度由高到低依次为渔业、畜牧
业、林业、种植业，应加强可更新资源的利用，增
大科学技术研究和推广力度，优化系统的投能结构
[36]；尚清芳则以武威绿洲凉州区为例，通过一系列
的能值分析指标定量分析了该区农业生态经济系统
的发展现状及存在问题，并提出实现绿洲农业持续
发展的对策建议[37]。总的来说，能值分析在农业领
域的案例实证研究方面，过去10多年以来，取得了
丰硕的成果，对识别与理解区域农业生态经济系统
的功能与结构，促进区域农业的可持续发展做出了
积极的贡献。

4 能值理论在农业领域的趋势展望(Perspective of
emergy theory applied in agro-ecological system)

能值理论在农业领域的应用不断得到推进，并
在基础理论阐释、指标体系开发、案例实证研究等
方面取得了进步，基于 CNKI 和 Web of Knowledge
的文献发表数量而言，能值理论在农业领域的应用
在国内外都呈现出日益活跃的趋势，考虑到中国农
业发展的状况与未来趋势，能值理论在农业领域的
应用必将迎来一个新的高潮期。但是，反思过去研
究中的若干现象，能值理论在农业领域的应用，也
存在一些急需解决的关键问题，主要有体现在以下
3 个方面。

4.1 农业能值流程图的绘制
目前的能值流程图绘制，呈现两种局面，一种
是过于繁杂但不实用，例如，将地球旋转能等要素
纳入分析流程，与现实中的农业经济活动管理较为
脱节；二是简单且缺失关键要素指标，例如，对于
农业的旅游景观功能考虑缺失，导致最终的分析结
130 生 态 科 学 Ecological Science 32 卷
果较为有所欠缺。相比以工业为主体的城市或者工
业园区生态经济系统而言，农业生态经济系统在投
入与产出要素上受地理环境制约性更强。农业领域
的能值投入和产出包含很多种类，有自然投入（太
阳能、风能、水、土壤等），也有人为投入（劳动
力、化肥、机械能、电能、燃料油等等），有实体
的物质产出也有看不见的信息知识产出，更有具有
审美价值的景观产出；不同的区域地理位置、自然
条件、资源禀赋等都导致能值投入 /产出上的差
别。因此，未来能值理论在农业领域应用的突破点
之一，就是在区域流程图模型的整理与归纳，并在
要素指标上有所突破。

4.2 农业能值强度的区域适用性
能值强度是决定能值分析结果的核心要素，但
是，目前的研究仍然较为局限于基于历史能值强
度，其尺度一般是全球标准，没有考虑到区域之间
的差别，使得在分析系统结构与功能方面，还有较
为广阔的提升空间。农业领域的要素能值强度主要
源于农产品形成过程的多样性或生产过程的产品多
样性和产品的多功能性，目前，仍然难以确定总投
入能值在各个项目的分配比例。随着农业科技进步
和农村发展而不断呈现区域差异，使得农业能值强
度的计算更为迫切，并成为需要攻关的核心方向之
一。

4.3 农业能值计算的时空比较研究
目前的既有研究，仍然较为侧重某一年度的断
面研究，忽略了区域农业发展的过程动态性和对象
区域性，实际上，区域农业的发展，不管是农业产
业体系的构建，还是不可或缺的农业技术的提升，
都具有时代的动态性，因此，利用能值理论分析比
较在一定历史内的农业生态经济系统的演化趋势及
其动力机制，进一步阐释农业生态系统在功能与结
构上的变动过程，对于制定具有针对性的农业管理
政策，实现农业可持续发展具有重要的指导意义，
因此，开展农业能值计算的时空比较研究，是能值
理论与实践结合的重要方向，也是迫切需求。

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