基于投入产出分析的无土受控环境农业（CEA）经济、社会与环境综合影响评估——以美国果蔬生产为例

《Agriculture》：Cyclic Movable Cultivation Rack with TIR-Based Supplemental Lighting for Hydroponic Barley Fodder

　　

美国食品系统高度集中，严重依赖具有显著负面环境和社会外部性的生产与分配方式。无土受控环境农业（Controlled Environment Agriculture, CEA）具有实现粮食生产去中心化、将其迁移至更靠近消费市场，并减少传统农业部分负面外部性的潜力。然而，令人惊讶的是，尚没有大量研究对CEA的综合经济、社会及环境影响进行全面评估。研究人员提出了一种采用投入产出（Input-Output, I-O）分析的方法学路径，用于比较CEA与土壤种植水果和蔬菜生产的直接、间接及诱导效应。建模结果表明，CEA生产具有通过其供应链关联的经济部门创造就业、收入和净税收的潜力。结果进一步表明，与土壤种植生产相比，CEA生产与较低的土地利用、取水量以及氮、磷和农药释放相关。然而，一个潜在的缺点是较高的温室气体和空气污染物排放，这主要归因于CEA生产的能源需求。因此，必须进一步评估CEA扩产的总体影响，以同时把握其效益与潜在权衡。

美国食品系统高度集中，依赖大规模农村生产，造成显著负面环境和社会外部性，且面临食品不安全问题。无土受控环境农业（Controlled Environment Agriculture, CEA）有望实现分散化生产、靠近消费市场并减少外部性，但现有研究多聚焦技术优化，缺乏对CEA综合经济、社会与环境影响的全面评估，尤其忽略了间接和诱导效应。研究人员基于这一缺口，利用投入产出（Input-Output, I-O）分析框架，以美国为对象，比较CEA与传统土壤果蔬生产的直接、间接和诱导效应。研究构建了调整后的CEA生产函数，模拟1000万美元行业产出增加，并与传统蔬菜和水果种植比较。结果表明CEA在就业、收入、土地利用、取水和减少农药化肥释放方面具有优势，但能源需求导致更高温室气体排放。该研究提供了一种可复制的方法论，用于揭示CEA生产超越企业层面的全社会影响，为决策者和投资者提供更全面的成本效益信息。

研究人员使用投入产出（I-O）分析，结合社会核算矩阵（Social Accounting Matrix, SAM）和环境扩展投入产出（Environmentally Extended Input-Output, EEIO）模型，以IMPLAN 2022年数据（546部门）为起点，数据源自美国经济分析局、农业部、劳工统计局和人口普查局。根据文献及华盛顿特区哥伦比亚特区大学农业、城市可持续性及环境科学学院（College of Agriculture, Urban Sustainability and Environmental Sciences, CAUSES）十年CEA运营经验，对IMPLAN温室产业部门中农药、电力和劳动成本份额进行调整，以构建CEA生产函数。模型设置1000万美元年度行业产出增加情景，分别应用于CEA部门、传统蔬菜和水果部门，并采用±10%的敏感性分析检验参数稳定性。

**4.1 CEA生产的经济与社会影响**
通过I-O模型情景模拟，1000万美元产出增加产生约2600万美元总产出，其中间接和诱导效应占62%；创造204个职位，包括179个工资职位和25个所有者职位。前五大受影响的职业为农业相关、运输物流、行政、销售和管理。产出增益最大的行业为业主自住住宅、其他房地产、零售和服务业，凸显CEA扩产对供应链和家庭消费的显著溢出效应。

**4.2 CEA生产的环境影响**
模拟显示，CEA扩产导致13600公吨温室气体排放、97公吨标准及有害空气污染物和415000公吨淡水取用。由于闭路循环和无化学农药设定，直接氮磷和农药释放为零，但间接和诱导效应仍然存在。电力公用事业、输电配电行业是间接和诱导温室气体排放的主要来源，表明能源结构决定CEA环境绩效的关键作用。

**4.3 敏感性分析**
对劳动和电力支出进行±10%变动，结果显示总产出、就业和环境指标总体稳定，变化幅度约1%至6%。劳动变化通过家庭支出放大诱导效应，电力变化则通过产业间交易影响上游效应，证实模型结果对关键参数具有稳健性。

**4.4 CEA与土壤生产的比较**
经济方面，CEA的工资和就业约为传统土壤生产的两倍，但所有者收入和财产收入较低。环境方面，CEA土地利用强度为0.17 m²/美元，远低于传统蔬菜（1.02 m²/美元）和水果（0.92 m²/美元）；取水量为16 kg/美元，远低于蔬菜（234 kg/美元）和水果（607 kg/美元）；氮磷释放约低60倍，农药释放低217倍（蔬菜）和72倍（水果）；但温室气体排放量约为传统生产的三倍，主要来自能源需求。

**讨论与结论**
讨论指出，CEA生产在资源利用和污染减排方面具有显著优势，但高能源消耗带来温室气体排放权衡。政策评估应超越企业成本利润，考虑供应链、就业及环境外部性，尤其应鼓励能源效率提升和低碳电力供应。研究结论翻译：本研究引入的I-O建模方法能够捕捉CEA生产的直接、间接和诱导效应，结果显示CEA在就业、收入、土地利用、取水及减少氮磷和农药释放方面具有优势，但因其较高能源需求导致温室气体排放增加。模型可进一步纳入更精细的社会与环境数据，并用于评估支持CEA可持续发展的政策工具。