


中国农业产业链隐含碳排放的复杂网络转移路径与演化模式:基于多节点流量特征的实证分析
PART 01
原文信息


文章发表于RES期刊
Volume 23, January 2026, 100291
原文链接:
https://doi.org/10.1016/j.resenv.2026.100291
PART 02
摘要图


PART 03
文章亮点

基于时间序列的投入产出表与复杂网络理论,构建了涵盖32个部门的中国农业全产业链隐含碳流网络,实现了从宏观总量到微观结构的系统追踪;
揭示了中国农业直接与隐含碳排放的“稳步上升、短暂下降、平台调整”三阶段演化轨迹,发现农业、食品加工、食品制造和化肥生产四个部门汇聚了71.55%的碳排放份额;
解析了内部核心路径:不仅“化肥制造→农业”和“农业→食品加工”构成了稳定的高碳流通道,自2012年起“农药制造→农业”路径的碳转移量也出现显著攀升;
农业产业链上游的碳排放驱动正由传统的石油基燃料向电力主导转变,而下游的碳排放则因消费升级高度集中于造纸及纸制品业。
PART 04
英文摘要

Against the backdrop of the intertwining challenges of global climate change and agricultural sustainable development, agriculture serves not only as a fundamental industry but also as a significant source of greenhouse gas emissions. As a major agricultural nation, China still lacks a clear understanding of the carbon flow processes within its agricultural industrial chain, which hampers the formulation of targeted emission reduction strategies. To systematically reveal the transfer structure and evolutionary patterns of agriculture-related carbon emissions and support the low-carbon transition of the industry in alignment with the “dual carbon” goals, this study develops an integrated “input-output and complex network” coupling framework and conducts an analysis based on six years of input-output tables. Key findings reveal a three-phase evolution of agricultural carbon emissions (growth, peak, and plateau), with 71.55 % of emissions concentrated in four sectors: agriculture, food processing, food manufacturing, and fertilizer production. The construction (S31) and basic chemical raw materials manufacturing (S16) are identified as the primary sectors for embodied carbon inflow, while electricity and heat production and supply (S21) and petroleum and nuclear fuel processing (S15) serve as the core sectors for embodied carbon outflow. Food processing (S5) and specialty chemical products manufacturing (S17) play critical intermediary roles. The “fertilizer manufacturing → agriculture” pathway shows the highest carbon transfer volume, while “agriculture → food processing” remains a stable high-carbon-flow route. The “pesticide manufacturing → agriculture” pathway has intensified significantly since 2012. Notably, the livestock sector achieved reduced embodied carbon transfer despite production scale expansion. At the upstream stage of the industrial chain, agriculture (S1) and the food processing industry (S5) exhibit a clear transition in the carbon emission structure of the high-carbon sectors they drive during production—shifting from reliance on petroleum based fuels toward electricity as the dominant energy source. At the downstream stage, driven by consumption demand from food-related industries, the resulting carbon emissions are highly concentrated in the paper and paper products industry (S29), accounting for more than 80 % of the total. Community detection identifies stable modular structures, revealing the systematic dependencies of embodied carbon flows. The study concludes by proposing enhanced technology adoption and optimized intermediate input management as key policy recom mendations for agricultural carbon mitigation.
PART 05
中文摘要

在全球气候变化与农业可持续发展交织的挑战背景下,农业不仅是基础产业,也是温室气体排放的重要来源。作为农业大国,中国对其农业产业链内的碳流过程仍缺乏清晰的认识,这阻碍了针对性减排策略的制定。为了系统揭示涉农碳排放的转移结构和演化模式,并支持与“双碳”目标相一致的行业低碳转型,本研究开发了一个集成的“投入产出与复杂网络”耦合框架,并基于六年的投入产出表进行了分析。主要研究结果揭示了农业碳排放的三阶段演化(增长、达峰和平台期),71.55%的排放集中在四个部门:农业、食品加工、食品制造和化肥生产。建筑业(S31)和基础化学原料制造业(S16)被确定为隐含碳流入的主要部门,而电力、热力生产和供应业(S21)以及石油和核燃料加工业(S15)则是隐含碳流出的核心部门。食品加工业(S5)和专用化学产品制造业(S17)发挥着关键的中介作用。“化肥制造→农业”路径的碳转移量最高,而“农业→食品加工”仍然是一条稳定的高碳流路线。自2012年以来,“农药制造→农业”路径显著增强。值得注意的是,尽管生产规模扩大,畜牧业仍实现了隐含碳转移的减少。在产业链的上游阶段,农业(S1)和食品加工业(S5)在生产过程中驱动的高碳部门的碳排放结构呈现出明显的转变——从依赖石油基燃料转向以电力为主要能源。在下游阶段,受食品相关行业消费需求的驱动,由此产生的碳排放高度集中在造纸和纸制品业(S29),占总量的80%以上。社区发现算法识别出稳定的模块化结构,揭示了隐含碳流的系统依赖性。本研究最后提出,加强技术采用和优化中间投入管理是农业碳减排的关键政策建议。
PART 06
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一、 研究背景
在全球气候变暖加剧的时代背景下,温室气体减排已成为国际社会最为紧迫的议题。中国作为全球最大的农业国,不仅肩负着保障1.4亿人口粮食安全的战略重任,同时也面临着农业生产带来的巨大资源消耗与环境排放压力。数据表明,中国农业碳排放约占全球农业排放的12.54%,占全国总排放的16%-17%。现代国民经济是一个高度互联的复杂网络,农业的运作不仅需要化肥、农药、电力等工业产品的大量投入,其产出也广泛流向食品加工、纺织及餐饮等下游行业。这种深度的产业嵌套导致了隐含碳排放在部门间的复杂转移。然而,现有的研究大多局限于单一节点或局部环节,如残膜污染或农业机械电气化,缺乏将整个涉农产业置于统一网络框架下的系统性考量。
二、 研究方法
为了精确核算并追踪产业间的碳转移轨迹,研究团队摒弃了单一的生命周期评价法(LCA),转而构建了“投入产出模型-复杂网络理论”的耦合分析框架。研究选取了中国2002、2007、2012、2017、2018及2020年共六个关键节点的非竞争型投入产出表,结合能源消耗统计数据,对涉及农业及关联上下游的32个核心部门进行了系统梳理(行业划分详见表2)。在网络构建中,研究不仅计算了直接碳排放与隐含碳排放总量,更利用Weaver-Thomas(W-T)综合指数法,客观设定了筛选显著碳流路径的阈值,有效排除了网络噪音。随后,研究团队依托网络密度、平均路径长度、加权度、中介中心性以及社区模块度等一系列图论核心指标,从宏观拓扑结构、中观产业关联以及微观节点角色三个维度,深度解构了中国农业产业链碳流网络的运行机制与演化规律。
三、 研究结果
1. 农业隐含碳的规模与行业分布特征
中国农业碳排放的动态演化呈现出显著的阶段性特征。如图3(a)所示,2002至2020年间,农业直接碳排放与隐含碳排放的变动趋势保持了高度的一致性,具体表现为“稳步上升、短暂下降、平台调整”三个历史阶段。在2002至2017年的快速增长期,隐含碳排放从1804.27Mt攀升至2296.68 Mt,这主要归因于国家对农业生产支持力度的加大以及高碳农资投入强度的增加。然而,随着2015年“化肥农药零增长行动”等绿色发展政策的推行,排放量在2017年迎来拐点,并在2018年出现明显下降。从行业结构来看,如图3(b)所示,隐含碳排放在部门间表现出高度的集中性。农业(S1)、食品加工业(S5)、食品制造业(S6)和化肥制造业(S9)始终是贡献最大的四个部门,截至2020年,这四大行业合计占据了农业隐含碳排放总量的71.55%,构成了中国农业产业链碳减排的核心阵地。

图3. 2002-2020年农业隐含碳排放与直接碳排放 (a);农业各子部门的隐含碳排放贡献率 (b).
2. 产业链关键节点识别与跨部门转移路径
通过对复杂网络节点角色的深度解构,研究识别出了网络中具有不同功能属性的关键枢纽。在碳流入网络中,建筑业(S31)和基础化学原料制造业(S16)长期占据加权入度前两位,作为典型的末端需求部门,它们在城镇化进程中汇聚了大量来自上游的隐含碳 。在碳流出网络中,电力热力生产(S21)和石油加工(S15)等能源供应部门则扮演着核心策源地的角色,承担着支撑全产业链运行的碳输出功能。与此同时,中介中心性的计算结果进一步证实了食品加工业(S5)与化肥制造业(S9)在网络中的桥梁作用,它们处于多条高碳流径的咽喉位置,控制着跨部门的碳循环效率。
在转移路径层面,如图7所示,边权重的累积分布规律揭示了碳流在网络中的极端不平衡性:仅占总数约11.44%-16.67%的关键路径承载了全系统80%的隐含碳流量。具体到农业内部的转移细节,如图8所示,涉及“化肥制造(S9)→农业(S1)”的路径始终是规模最大的转移通道,反映了集约化生产对化学投入品的深度依赖。此外,“农业(S1)→食品加工(S5)”作为稳定的高载荷链路,体现了农业碳足迹在产后加工环节的系统性继承;而自2012年起,“农药制造(S10)→农业(S1)”路径的显著增强,也标志着农药生产能耗已成为农业碳源结构中不可忽视的新变量。

图7. 边权重的累积分布函数.
3. 网络结构的动态演化与能源驱动机制转型
网络社团从2002年的四个逐步收敛至2020年的三个稳定集群,形成了分别由能源行业锁合、建设需求拉动以及农资投入依赖驱动的功能模块,这反映了农业产业链碳关联的整合与深化。最为显著的系统性转变体现在能源驱动结构的优化上。如图9所示,在产业链上游,农业(S1)与食品加工业(S5)驱动高碳部门排放的逻辑正发生剧变,表现为对石油加工业(S15)拉动强度的持续下降以及对电力供应业(S21)依赖程度的显著攀升。这种“降油增电”的趋势印证了农业生产灌溉与食品冷链物流电气化改造的成效。而在产业链下游,受消费升级和包装替代政策的影响,食品饮料业对造纸业(S29)的碳排放驱动效应日益增强,占比已突破80%。这种转变表明,农业碳减排正从单纯的生产端治理演进为涵盖能源结构调整与下游消费链路优化的全系统协同阶段。

图9. 2002-2020年农业各部门对其他产业的跨部门碳排放关联拉动效应(USI:上游产业,DSI:下游产业).
结论与意义:
本研究突破了传统的局部视角,基于复杂网络全景式刻画了中国农业产业链碳流的演化逻辑与症结所在。研究证实,农业系统的减排已无法依靠单一生产环节的末端治理来实现,而必须切入系统级别的联合干预。针对农业、食品加工及化肥制造等“核心枢纽”,政策层面应建立严格的重点排放清单制度;针对“化肥→农业→食品加工”这条高碳传输动脉,亟需建立涵盖全供应链的产品碳足迹核算与标签体系。此外,利用网络的传播特性,优先对电力供应和食品加工等中介桥梁部门进行清洁技术升级与绿电交易试点,将能以最高的效率带动整个农业生态网络向低碳、韧性和可持续的现代农业模式稳步迈进。

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本期编辑
石浩前,南京信息工程大学,博士生
徐志伟,河海大学,硕士生

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Resources, Environment and Sustainability(RES)是南京大学(溧水)生态环境研究院于2020年创办的一本跨学科英文学术期刊,依托Elsevier BV出版发行,旨在发表资源、环境和人类可持续性探索方面的高质量原创性文章。当前期刊编委会成员共计141人,来自全球24个国家/地区。截至2026年4月,RES期刊共发表25期299篇文章,作者分布在全球60余个国家/地区,期刊已陆续被ESCI、Ei Compendex、Scopus、GEOBASE、GeoRef、WorldCat、CAB Abstracts、CNKI等国内外数据库收录,入选中国地理资源领域高质量科技期刊分级目录(T1)、中国环境科学领域高质量科技期刊分级目录(T3)、2025年中国科学院文献情报中心期刊分区表1区,已建成国内外社交平台(微信公众号、推特、领英等)。期刊影响因子达到7.8,CiteScore达到18.5。

期刊主页
https://www.sciencedirect.com/journal/resources-environment-and-sustainability
排版&责编|周乐

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