一种基于能值的农业生态经济系统用水正负效益统一度量分析方法与流程

本发明属于水资源经济技术领域，涉及一种农业生态经济系统用水正负效益的分析方法，具体涉及一种基于能值分析的农业生态经济系统用水正负效益统一度量分析方法。

技术背景

人类通过农业生产，干涉和利用自然生态系统，与其形成最广泛最具有生命活力的物质循环和能量转换过程。水是一切农作物生长所必需的物质基础，是农业的命脉、也是整个国民经济和人类生活的命脉。农业生产主要利用水的化学能，通过农作物的光合作用和呼吸作用将其转化为有机态的化学能，为人类提供赖以生存的农产品和工业原料，达到农业增产，实现农业用水的正效益。但是长期的高强度土地利用、过量工业辅助能投入，以及不合理的水资源开发和利用必然会引起一系列的环境负效应，如水质下降、水土流失、生态植被退化、地下水位变化等，即农业用水所引起的负效应。因此，在农业用水中存在正效益的同时也存在负效应，只有充分了解用水所引起的正效益及负效应，才能更有效的减小用水负效应、合理利用水资源。因此，对农业生态经济系统用水产生的正负效益进行分析计算，对于实现农业用水的可持续发展起着至关重要的作用。

然而，由于农业生态经济系统是自然因素与人为因素共同作用的系统，有直接带来的较好的的经济效益，也有造成的生态环境的效应，但是各种类型因素量纲各异，难以实现统一度量，因此难以实现多种因素的统一定量分析。因此，采用生态经济学中的能值理论和分析方法实现用水正负效益的统一度量分析，会成为解决定量分析农业生态经济系统用水正负效益、实现生态环境和社会经济协调发展的有效手段。

本发明通过能值计算将农业用水正负效益的分析结果进行统一，得出统一的分析结果，通过正负效益的定量对比分析，对该区域系统农业的用水情况建立客观的评价标准，指出区域农业用水存在的问题，用于为该区域农业用水的优化配置及节约型农业的发展提供参考。

技术实现要素：

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于能值分析的农业生态经济系统用水正负效益统一度量分析方法。该方法将农业用水系统、生态系统、经济系统视为一个完整的系统，在充分考虑各类能量、物质投入产出的基础上，对农业用水的正负效益进行总结，并以“能值”作为统一的度量尺寸对各项效益进行定量分析，实现最终的统一度量及对比分析。

本发明从生态经济学的角度，采用能值分析方法对农业生态经济系统进行研究，在对系统能值投入与产出分析的基础上，通过能值指标体系建立起农业生态经济系统投入与产出的数量关系，反映系统的经济效率，评价系统结构功能及运行状态；并从生态角度入手，考虑了用水过程中引起的环境负效应，以能值作为统一的度量尺度，提出了农业生产系统用水正负效益的计算方法。

本发明是通过以下技术方案实现的

一种基于能值分析的农业生态经济系统用水正负效益统一度量分析方法，包括以下步骤：

(1)构建农业生态经济系统能量系统图

所述农业生态经济系统能量系统图的构建包括以下步骤：

A.确定农业生态经济系统能量来源、物质来源、能量产出以及系统内部各组分间的作用过程；

B.绘制矩形，列出农业生态经济系统的能量来源、物质来源以及能量产出，分别用符号表示绘制在所述的矩形边框内部或矩形边框外部；

C.确定步骤A所述系统内部各组分间的作用过程，并以各种能量符号图例绘制；

D.列出步骤C所述系统内部各组分间的作用过程中的水循环过程，及其伴随的能物流、货币流以及生态经济流的能量流动和物质转化关系；

E.绘出农业生态经济系统图全图；绘制出步骤B所述的矩形，然后绘制矩形边框外部的各部分图例，沿矩形边框周边外排列；再绘制矩形边框以内各组分的图例，矩形边界内外各图例从投入到产出由左向右排列；得到所述的农业生态经济系统能量系统图；

上述的能量来源均是指该能源占整个农业生态经济系统能源总量的5％以上，低于5％的忽略。构建的农业生态经济系统能量系统图如图1所示；

(2)编制农业生态经济系统能值分析表

所述的农业生态经济系统能值分析表的编制包括以下步骤：

a.根据步骤(1)中的农业生态经济系统能量系统图，列出农业生态经济系统的能量来源、物质来源、能量产出项目，并按照能量来源、物质来源、能量产出项目的类别进行分类排列；b.收集步骤a所述系统内所有物质、能源相应的物质量、能量以及能值转换率的原始数据；c.将步骤b得到的各类物质量、能量，转换为共同的能值单位，分类汇总、列表，即可得到农业生态经济系统能值分析表；

步骤(1)及步骤(2)所述的能量来源和物质来源包括可更新自然资源、不可更新自然资源、可更新有机能和不可更新工业辅助能；所述的可更新自然资源包括：阳光、风能、地表水、地下水、雨水；所述的不可更新自然资源包括：土壤；所述的可更新有机能包括：种子、人力、畜力、有机肥；所述的不可更新工业辅助能包括：传统化肥、农药、电力、机械；

步骤(1)及步骤(2)所述的能量产出各项目包括种植业产品、林产品、畜产品、水产品；所述的种植业产品包括：谷类、小麦、玉米、豆类、薯类、油料、棉花、烟叶、蔬菜、水果；所述的林产品包括：木材；所述的畜产品包括：牛肉、羊肉、其他肉类、奶产品、羊毛、蜂蜜、禽蛋；所述的水产品包括：渔类产品；

步骤(2)c中所述各类物质量、能量与能值的转换公式为：EM＝τ×B；

式中，EM表示能值(sej)，τ表示能值转换率(sej/J或sej/g)，B代表能量或物质的量(J或g)；

(3)农业生态经济系统用水正效益的能值分析

农业生态经济系统是太阳能、水化学能及经济系统反馈投入的农药、化肥等工业辅助能共同作用的结果，因此，农业用水正效益只是农业产出效益的一部分，即水资源投入要素对农业总产出的贡献量。通过对系统各种能量流、物质流、货币流的分析，构建农业生态经济系统能量系统图，编制农业生态经济系统能值分析表，明确系统的各种能量的来源和能量产出。采用各类投入能值占投入总能值的比例来表示总产出能值中各类投入所做的贡献率；

在整个农业生态经济系统中，其中农业用水来源包括雨水、地表水和地下水；

农业生产过程利用水的化学能，包括雨水化学能、地表水化学能和地下水化学能，水资源对农业生产的能值贡献率(WCR)的计算公式如下：

$WCR=\frac{\underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{r}_i}{U}$

其中，

r_i＝l_i×τ_i

式中，U表示农业生态经济系统投入总能值，由步骤(2)表格中收集的数据计算即可得到该数据；表示农业生态经济系统水资源投入能值，由步骤(2)表格中收集的数据即可得出；r_p、r_sw、r_gw分别为雨水能值、地表水能值、地下水能值；l_i表示雨水水资源利用量、地表水水资源利用量或地下水水资源的利用量，τ_i为各项相应的能值转化率；其中，i表示雨水、地表水和地下水三项中的任一项，即i为p、sw或gw。

然后，将水资源对农业生产的能值贡献率与农业生态经济系统的总产出能值相乘，计算得到水资源对农业生产的贡献量(WCQ)，即为农业生态经济系统用水正效益(PB)，公式如下：

$PB=WCQ=\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{S}_o\×WCR$

其中，

S_o＝C_o×τ_o

式中，表示农业生态经济系统产出总能值，由步骤(2)表中收集的数据计算即可得出；S_o表示林产品能值、种植业产品能值、畜产品能值和水产品能值四项中的任一项；C_o表示林产品产出量、种植业产品产出量、畜产品产出量和渔产品产出量四项中的任一项，τ_o表示各项相应的能值转化率，其中，o分别表示林产品、种植业产品、畜产品和水产品四项中的任一项，即o表示f、p、l或α；S_f、S_p、S_l、S_a分别表示林产品能值、种植业产品能值、畜产品能值、水产品能值；WCR表示水资源对农业生产的能值贡献率；

(4)农业生态经济系统用水负效益的能值分析

农业生态经济系统用水负效益(NB)包括农业生产活动耦合作用造成的水土流失(r_wl)、农业生产系统整体的生物多样性减少(r_sj)、地下水超采造成的能量损失(r_gc)以及环境污染(r_ep)。

①水土流失造成的负效益

水土流失造成的负效益为水土流失量与其太阳能值转换率之积，表达式为：

r_wl＝m_wl×τ_wl

式中，r_wl表示水土流失负效益；m_wl表示水土流失量；τ_wl表示流失水土的太阳能值转化率；

②生物多样性减少负效益

所述的生物多样性减少负效益即以人类取用水资源造成野生动物的能值损失进行计算，为地表水化学能与取用单位地表水的野生动物损失能值的乘积和地下水化学能与取用单位地下水的野生动物损失能值的乘积之和，表达式如下：

r_sj＝ws×rs+wg×rg

式中，r_sj表示生物多样性减少负效益；w_s表示地表水化学能、w_g表示地下水化学能；r_s表示取用单位地表水的野生动物损失能值、r_g表示取用单位地下水的野生动物损失能值；

③地下水超采负效益

以灾害程度、经济发展水平和人口密度为参数进行估算，分析公式如下：

$E_p=\frac{2}{3}{G}_{GDP}+\frac{1}{3}\mathrm{Pr}$

r_gc＝(0.0011E_p+12.434)×A×τ_gc

式中，r_gc表示地下水超采负效益，E_p表示地下水超采经济损失的复合参数，A表示计算区域面积，τ_gc表示当地能值货币比率，G_GDP表示地均GDP，P_r表示人口密度；

④环境污染负效益

环境污染负效益包括种植业中化肥导致的水体、土壤、大气污染和畜牧业中养殖污水造成的环境损失。根据系统化肥施用量及单位化肥施用环境成本、畜牧业排放污水量及污染水体能值转换率进行估算：

r_ep＝q_f×l_f+q_w×τ_w

式中：q_f表示化肥施用量，kg；l_f表示单位化肥施用的环境成本，sej/kg；q_w表示畜牧业排放污水量，m³；τ_w表示污染水体能值转换率，sej/m³；

综上可得，农业生态经济系统用水负效益的计算公式为：

NB＝r_wl+r_sj+r_gc+r_ep

农业用水只有通过和其他资源、劳务等多种投入共同作用，才能生产出农产品价值。因此，通过整个系统中水资源对农业生产贡献率的计算，提取出水资源对应产生的价值，也就是水资源对农业生产的贡献量，即为上述的农业生态经济系统用水正效益；

农业生产活动耦合作用造成的水土流失、生物多样性减少以及超采地下水造成的地下水位变化等各种直接损失，即为上述的农业生态经济系统用水负效益。

与现有技术相比，本发明具有以下积极有益效果

(1)本发明的分析方法中，只需要获取各区域不同类型的基本物质投入产出量，即可求得相应的能值数据，进一步得到农业生态经济系统统一量纲的正负效益，通过正效益和负效益定量的对比分析，能够对该系统的农业用水情况建立客观的评价标准，通过正负效益的对比才能够体现出负效益的影响，通过负效益在综合效益中所占的比例，可以直观地反映出该区域农业生态经济系统用水的实际生产情况以及存在问题的严重程度。

(2)通过对负效益各项组成的定量分析，可以直接得到主要哪些因素导致了该区域农业用水对生态环境的破坏以及各项因素的重要性排序；可以更有针对性地从该区域问题最严重的方面入手采取相应措施(尽量减少不可更新资源的不合理投入和利用，避免因环境污染和地下水超采引发的危害)；通过综合评价、采取最优措施，来提高农业生产的正效益，降低生态环境的负效益，减少农业用水的浪费，提高用水效率，达到节约用水的目的，实现整个区域的综合效益最大化。

(3)根据本研究成果，可以对区域生态农业建设提供参考，并以更全面的角度将农业的生态效应和社会效应同时放在突出地位，以保证更好地维护和保证农业生产对区域的生态屏障作用。

附图说明

图1为农业生态经济系统的能量系统图；

在该能量系统图中，实线表示能流、物流、信息流等生态经济流的流动路线和方向；虚线表示货币流；箭头便是流动方向。

具体实施方式

通过以下实施例对本发明进行更加详细的说明，但是本发明的保护范围并不限于以下实施例。

实施例1

一种基于能值分析的农业生态经济系统用水正负效益统一度量分析方法，包括以下步骤：(1)构建农业生态经济系统能量系统图

所述农业生态经济系统能量系统图的构建包括以下步骤：

A.确定农业生态经济系统能量来源、物质来源、能量产出以及系统内部各组分间的作用过程；

B.绘制矩形，列出农业生态经济系统的能量来源、物质来源以及能量产出，分别用符号表示绘制在所述的矩形边框内部或矩形边框外部；

C.确定步骤A所述系统内部各组分间的作用过程，并以各种能量符号图例绘制；

D.列出步骤C所述系统内部各组分间的作用过程的水循环过程，及其伴随的能物流、货币流以及生态经济流的能量流动和物质转化关系；

E.绘出农业生态经济系统图全图，绘制出步骤B所述的矩形，然后绘制矩形边框外部的各部分图例，沿矩形边框周边外排列；再绘制矩形边框以内各组分的图例，矩形边界内外各图例从投入到产出由左向右排列；得到所述的农业生态经济系统能量系统图；

得到所述的农业生态经济系统能量系统图，如图1所示；

(2)编制农业生态经济系统能值分析表

所述农业生态经济系统能值分析表的编制包括以下步骤：

a.根据步骤(1)中的农业生态经济系统能量系统图，列出农业生态经济系统的能量来源、物质来源、能量产出项目，并按照能量物质来源、能量产出项目的类别进行分类列排；

b.收集步骤a所述系统内所有物质、能源相应的物质量、能量以及能值转换率的原始数据；c.将步骤b得到的各类物质能源的物质量、能量，转换为共同的能值单位，分类汇总、列表，即可得到农业生态经济系统能值分析表；

在步骤(2)c中所述各类物质量、能量与能值的转换公式如下：EM＝τ×B

式中，EM表示能值(sej)，τ表示太阳能值转换率(sej/J或sej/g)，B代表能量或物质的量(J或g)；

上述步骤(1)和步骤(2)所述的能量来源和物质来源主要为可更新自然资源：阳光、风能、地表水、地下水、雨水；不可更新自然资源：土壤；可更新有机能：种子、人力、畜力、有机肥；不可更新工业辅助能：传统化肥、农药、电力、机械；

上述步骤(1)和步骤(2)所述的能量产出各项目包括种植业产品、林产品、畜产品和水产品，除了小部分农产品满足农民生活需要和留作种子外，大部分均进入市场进行销售，通过货币交易换取其他需要。

上述的能量来源均是指该能源占整个农业生态经济系统能源总量的5％以上，低于5％的忽略。

(3)农业生态经济系统用水正效益的能值分析

农业生态经济系统是太阳能、水化学能及经济系统反馈投入的农药、化肥等工业辅助能共同作用的结果，因此，农业用水正效益只是农业产出效益的一部分，即水资源投入要素对农业总产出的贡献量。通过对系统各种能量流、物质流、货币流的分析，构建能量系统图，编制系统能值分析表，明确系统的各种能量的输入和输出。采用各类投入能值占投入总能值的比例来表示总产出能值中各类投入所做的贡献率；

在整个农业生态经济系统中，其中农业用水来源包括雨水、地表水和地下水。

农业生产过程利用水的化学能，包括雨水化学能、地表水化学能和地下水化学能，水资源对农业生产的能值贡献率(WCR)的计算公式如下：

$WCR=\frac{\underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{r}_i}{U}$

其中，

r_i＝l_i×τ_i

式中，U表示农业生态经济系统投入总能值，由步骤(2)表格中收集的数据计算即可得到该数据；表示农业生态经济系统水资源投入能值，由步骤(2)表格中收集的数据即可得出；r_p、r_sw、r_gw分别为雨水能值、有效地表水能值、有效地下水能值；l_i表示雨水水资源利用量、地表水水资源利用量或地下水水资源利用量，τ_i为各项相应的能值转化率；其中，i表示雨水、地表水和地下水三项中的任一项，即i为p、sw或gw。

然后，将水资源对农业生产的能值贡献率与农业生态经济系统产出总能值相乘，计算得到水资源对农业生产的贡献量(WCQ)，即为农业生态经济系统用水正效益(PB)，所以农业生态经济系统用水正效益的分析公式为：

$PB=WCQ=\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{S}_o\×WCR$

其中，

S_o＝Co×τo

式中，表示农业生态经济系统产出总能值，由步骤(2)中能值表可得所需数据；S_f、S_p、S_l、S_a分别表示林产品能值、种植业产品能值、畜产品能值、水产品能值；C_o表示林产品产出量、种植业产品产出量、畜产品产出量和渔产品产出量四项中的任一项，τ_o为各项相应的能值转化率；其中，o表示林产品、种植业产品、畜产品和水产品四项中的任一项，即o表示f、p、l或α；

(4)农业生态经济系统用水负效益的能值分析

农业生态经济系统用水负效益(NB)包括农业生产活动耦合作用造成的水土流失(r_wl)、生物多样性减少(r_sj)、地下水超采造成的能量损失(r_gc)以及化肥等辅助能带来的环境污染(r_ep)所造成的一系列能量损失，即用以上四方面所对应损失的能值之和即为农业生态经济系统用水负效益，公式如下：

①水土流失负效益

水土流失为水土流失量与其太阳能值转换率之积，表达式如下：

r_wl＝m_wl×τ_wl

式中，r_wl表示水土流失负效益，m_wl表示水土流失量，τ_wl表示流失水土的太阳能值转化率；

②生物多样性减少负效益

生物多样性减少负效益即以人类取用水资源造成野生动物的能值损失进行计算，为地表水化学能与取用单位地表水的野生动物能值的乘积和地下水化学能与取用单位地下水的野生动物损失能值的乘积之和，表达式如下：

r_sj＝w_s×r_s+w_g×r_g

式中，r_sj表示生物多样性减少负效益，w_s表示地表水化学能，w_g表示地下水化学能，r_s表示取用单位地表水的野生动物损失能值，r_g表示取用单位地下水的野生动物损失能值；

③地下水超采负效益

地下水超采负效益是以灾害程度、经济发展水平和人口密度为参数进行估算，计算公式如下：

$E_p=\frac{2}{3}{G}_{GDP}+\frac{1}{3}\mathrm{Pr}$

r_gc＝(0.0011E_p+12.434)×A×τ_gc

式中，r_gc表示地下水超采负效益，E_p表示地下水超采经济损失的复合参数，A表示计算区域面积，τ_gc表示当地能值货币比率，G_GDP表示地均GDP，P_r表示人口密度；

④环境污染负效益

环境污染负效益包括种植业中化肥导致的水体、土壤、大气污染和畜牧业中养殖污水造成的环境损失。根据系统化肥施用量及单位化肥施用环境成本、畜牧业排放污水量及污染水体能值转换率进行估算，公式如下：

r_ep＝q_f×l_f+q_w×τ_w

式中：q_f表示化肥施用量，kg；l_f表示单位化肥施用环境成本，sej/kg；q_w表示畜牧业排放污水量，m³；τ_w表示污染水体能值转换率，sej/m³；

综上可得，农业生态经济系统用水负效益的计算公式为：

NB＝r_wl+r_sj+r_gc+r_ep

由以上得到的农业生态经济系统用水正效益及负效益的数值，即可得到在整个农业生态经济系统中用水正效益所占的份额以及用水负效益所占的份额。更好的了解整个农业生态经济系统中用水负效益的影响、以及用水负效益中影响较大的因素，以便采取相应的措施，调节农业用水的合理性，达到节约用水的目的。

具体应用实施例

下面以郑州市的用水情况为例，对郑州市的农业生态经济系统能值的投入产出进行分析，包括以下步骤：

所述农业生态经济系统能量系统图的构建包括以下步骤：

A.确定农业生态经济系统能量来源、物质来源、能量产出以及系统内部各组分间的作用过程；

B.绘制矩形，列出农业生态经济系统的能量来源、物质来源以及能量产出各项目，分别用符号表示绘制在所述的矩形边框内部或矩形边框外部；

C.确定步骤A所述系统内部各组分间的作用过程，并以各种能量符号图例绘制；

D.列出步骤C所述系统内部各组分间的作用过程的水循环过程，及其伴随的能物流、货币流以及生态经济流的能量流动和物质转化关系；

E.绘出农业生态经济系统图全图，绘制出步骤B所述的矩形，然后绘制矩形边框外部的各部分图例，沿矩形边框周边外排列；再绘制矩形边框以内各组分的图例，矩形边界内外各图例从投入到产出由左向右排列；得到所述的农业生态经济系统能量系统图；

得到所述的农业生态经济系统能量系统图；如图1所示；

(2)编制郑州市农业生态经济系统能值分析表

所述的农业生态经济系统能值分析表的编制包括以下步骤：

a.根据步骤(1)所述的农业生态经济系统能量系统图，列出郑州市农业生态经济系统的能量来源、物质来源和能量产出项目，并按照能量来源、物质来源、能量产出项目的类别进行分类列排；

b.根据《郑州市统计年鉴》、《郑州市水资源公报》以及《生态经济系统能值分析》收集步骤a所述系统内各类物质、能源相应的物质量、能量及相应的能值转换率的原始数据；

c.将步骤b得到的各类物质量、能量根据公式EM＝τ×B转换为共同的能值单位，然后进行分类汇总，即可得到农业生态经济系统能值分析表，如表1所示；根据公式EM＝τ×B进行计算，如下所示：

物质量或能量与能值之间的转化为：太阳能值＝物质量/能量×相应的太阳能值转换率

即，太阳能值＝(3.63×10¹⁹J)×1sej/J＝3.63×10¹⁹sej

风能与能值之间的转化为：风能的能值＝风能×相应的能值转换率

即，风能的能值＝(6.29×10¹⁶J)×(6.23×10²sej/J)＝3.92×10¹⁹sej

依次对各个能量进行转换，均得到相应的能值，在表1中进行记录。

表1郑州市农业生态经济系统能值投入产出值

上述步骤(1)和步骤(2)所述的能量来源主要为可更新自然资源：阳光、风能、地表水、地下水、雨水；不可更新自然资源：土壤；可更新有机能：种子、人力、畜力、有机肥；不可更新工业辅助能：传统化肥、农药、电力、机械；

上述步骤(1)和步骤(2)所述的能量产出各项目为种植业产品、林产品、畜产品和水产品，除了小部分农产品满足农民生活需要和留作种子外，大部分均进入市场进行销售，通过货币交易换取其他需要；

(3)郑州市农业生态经济系统用水正效益的能值分析

由步骤(2)表1中的记录可得，农业生态经济系统投入总能值为：可更新自然资源、不可更新自然资源、不可更新工业辅助、可更新有机能中各项的能值总和U，结果为7.20×10²¹sej，农业生态经济系统水资源投入能值为雨水、地表水和地下水的能值总和结果为5.24×10²⁰sej；所以，根据公式可得水资源对农业生态经济系统的贡献率为：WCR＝(5.24×10²⁰sej)/(7.20×10²¹sej)＝7.28％；

由表1可得，农业生态经济系统总能值产出为：2.22×10²²sej，所以根据可得，水资源对农业生态经济系统的贡献量可得农业生态经济系统用水正效益为1.62×10²¹sej，结果如表2所示；

表2郑州市农业生态经济系统用水正效益分析结果

(4)郑州市农业生态经济系统用水负效益能值分析

在农业生态经济系统用水过程中，根据郑州市农业生态经济系统用水负效益的记录表3收集到的数据可知：

①水土流失量为3.75×10⁹g、相应的太阳能值转换率为1.70×10⁹sej/g，所以水土流失所造成的损失能值r_wl＝(3.75×10⁹g)×(1.70×10⁹sej/g)＝6.38×10¹⁸sej；

②地表水化学能为4.89×10¹⁴J，取用单位地表水的野生动物损失能值为1.12×10⁵sej/J，即地表水过度开采造成的生物多样性减少损失能值为(4.89×10¹⁴J)×(1.12×10⁵sej/J)＝5.48×10¹⁹sej；

地下水化学能为1.58×10¹⁵J，取用单位地下水的野生动物损失能值为2.55×10⁵sej/J，即地下水超采造成的生物多样性减少损失能值为(1.58×10¹⁵J)×(2.55×10⁵sej/J)＝4.03×10²⁰sej；

所以生物多样性减少造成的用水负效益为：(5.48×10¹⁹sej)+(4.03×10²⁰sej)＝4.58×10²⁰sej；

③地下水超采负效益：郑州市总GDP为4979亿元，总人口为8857385人，总面积为7446km²，由此计算可得地均GDP为(4979亿元)/(7446km²)＝6687万元/km²、人口密度为(8857385人)/(7446km²)＝1189人/km²，即由公式可得，地下水超采经济损失的复合参数为6687×(2/3)+1189×(1/3)＝4585万元/km²；地下水超采年平均经济损失为(0.0011×(4585万元/km²)+12.434)×(7446km²)＝130132万元；

所以地下水超采造成的能值损失为：(130132万元)×(19.33×10¹³sej/万元)＝2.52×10¹⁹sej；

④环境污染负效益：化肥施用量为2.15×10⁸kg，单位化肥施用的环境成本为2.65×10¹¹sej/kg，所以化肥使用造成的环境能值损失为(2.15×10⁸kg)×(2.65×10¹¹sej/kg)＝5.70×10¹⁹sej；

畜牧业排放污水量为3.41×10⁶m³，水污染损失能值转换率为7.49×10¹²sej/m3，所以水污染造成的能值损失为(3.41×10⁶m³)×(7.49×10¹²sej/m³)＝2.55×10¹⁹，

所以环境污染造成的负效益为(5.70×10¹⁹sej)+(2.55×10¹⁹sej)＝8.25×10¹⁹sej；

由以上数据可知：农业生态经济系统用水负效益为：(6.38×10¹⁸sej)+(4.58×10²⁰sej)+(2.52×10¹⁹sej)+(8.25×10¹⁹sej)＝5.72×10²⁰sej，数据记录及分析结果如表3所示：

表3郑州市农业生态经济系统用水负效益的分析记录

上述计算结果表明，郑州市农业生态经济系统用水的正效益为1.62×10²¹sej，负效益为5.73×10²⁰sej，即负效益占正效益的35.37％，即郑州市农业生态经济系统用水过程中存在较大的用水负效益，需要加强农业用水的调节，合理利用水资源以达到节约用水的目的。即本发明通过将农业用水正效益与用水负效益进行度量统一，更好的了解了在农业生态经济系统运转过程中，用水负效益在整个系统中所占的份额以及对整个系统的影响。若是没有两者的度量统一，则无法得到农业生态经济用水正效益以及负效益在整个系统中占的份额，无法进行更好的判断。

在农业生态经济系统负效益中，生物多样性减少负效益是由于用水过程中造成的水质污染在一定程度上损坏了河流的自净能力，使河水理化性质恶化，现代农业动植物品种更加单一，进一步加剧了生态多样性的破坏与丧失，进而造成严重的生态系统失调。种植业与畜牧业生产造成的环境污染负效益是由农业生产方式及产业结构不合理带来的弊端。地下水超采部分，是因为地下水超采会引起地下水位的变化，其上升或下降会直接导致水土、水盐平衡失调，土壤质量下降，造成土地荒漠化、盐渍化、生态植被退化的严重问题。水土流失负效益说明农业生产资料投入量大且利用效率较低，浪费了大量能值资源。因此可以通过采取合理开采地下水、有效控制不可更新资源的投入及使用方面的手段、达到节约用水的目的。该结果说明：郑州市农业生态经济系统用水在取得正效益的同时也带来了较大的用水负效益。