本文是一篇新经济论文研究，本文首先通过搜集美国、日本、中国城市化进程中工业能量投入品的数据，展现城市化进程中机械对人力、化肥对土地的替代情况，描绘规模化农业生产的能源依赖特点，从三个国家的共性总结出城市化影响能源产投比的机理。其次构建城市化直接、间接影响农业能源产投比的双重机理——城市化通过替代效应直接影响农业能源产投比，并且会通过农业绿色技术进步、规模效应、农村人力资本间接影响能源产投比。
第一章 绪论
第一节 研究背景
随着全球城市化进程的深入，人均耕地面积和农村人口占总人口的比重都呈持续下降趋势。由世界银行公开数据可知，1961年至2014年全球城市化率从34%上升到了 54%。由于城市建设占用耕地，农业人口流向城市，同期人均耕地面积从 0.38 公顷/人下降到了 0.20 公顷/人，降幅约 47%；农村人口占总人口的比重也从 63%下降到 46%，减少了 30%。与此同时，全球人口大幅增加带来了对粮食需求的增加，唯有增产才能避免全球性的食品危机。以谷物[1]为例说明粮食产量的变化：1961 到 2014 年全球人口从 30 亿增加到 72 亿，同期谷物产量也从 7亿吨增加到 28 亿吨，这意味着每公顷土地生产谷物从 0.61 吨/公顷提高到了 2.03吨/公顷，农业人口谷物产出从 0.35 吨/人提高到了 0.88 吨/人。[2]在全球粮食需求大幅增加，而人均耕地面积与农村人口占总人口比重都下降的情况下，为满足日益增加的粮食需求，以工业能量替代土地与劳动力要素成为农业生产的普遍现象。农业中的工业能量投入品包括农用机械、化肥、农药、农田用电等（闻大中，1986）。以农用化肥、农用机械和农用柴油为例，1961 年全球化肥总投入为 0.29 亿吨，2014 年全球化肥总投入为 1.83 亿吨，年均增速为 10.0%；1961 年全球农业机械重量为 1.49 亿吨，2014 年全球农业机械重量为 2.79 亿吨，年均增速为 1.6%；1961 年全球农用燃油总投入为 55 万吨，2014 年全球农用燃油总投入为 115 万吨，年均增速为 2.1%。[3]全球规模化农业生产的工业能量依赖特征日益明显，工业能量投入成为规模化农业生产的重要驱动力。
2014 年全球农业消耗一次能源达到 13 艾焦（10^18J），相较 1961 年增长了137%（Pellegrinia，2017）。由于化石燃料的不可再生性和气候变化带来的减排压力，处于城市化进程中的国家农业用能将面临新的约束和挑战。作为全球最大的发展中国家，中国能源发展“十三五”规划将 2020 年煤炭消费总量限制在 41 亿吨之内，一次能源消费总量限制在 50 亿吨标准煤之内，而且中国也于 2015 年 6月向联合国提交了中国到 2030 年的自主行动目标，即非化石燃料占一次能源消费比重达到 20%，碳排放到 2030 年达到峰值并力争尽早达峰，单位 GDP 的碳排放比 2005 年下降 60%- 65%。作为世界第二人口大国和发展中国家——印度于2015 年 10 月宣布，将在 2030 年之前减少 33%至 35%的温室气体排放量，以实现联合国应对全球气候变化的目标和可持续发展。[4]此外，根据印度环保部 2015年 12 月出台的规范，严格限制燃煤发电端的温室气体排放，同时还限制了发电厂的能源消耗。中国作为能源消耗大国，需承担减排责任，提高农业能源效率，促进农业从粗放型农业向低碳绿色农业转变。
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第二节 研究目的与意义
一、研究目的
本文首先梳理城市化对农业用能的影响，通过整理和分析代表性发达国家和中国农业领域工业能量投入品使用的数据，以描述各国城市化进程中农业用能的规律性特征；其次立足于中国农业用能情况，研究在能源和气候变化强约束下中国城市化进程中农业用能情况，测算农业能源产投比，对农业用能、农业能源产投比的时序、区域演变特征进行分析，从时间与空间角度掌握中国城市化进程用能演变特征，以期为中国政府制定农业能源政策提供一定的参考和借鉴。本文研究目的分为以下几个方面：
首先，以代表性发达国家、中国城市化进程中化肥、机械等工业能量投入品的演变路径反映农业用能趋势，揭示三国农业用能和产出演变的异质与规律性特征，总结农业能源产投比随城市化变化的理论机理。
其次，选择农业能源产投比对农业能源效率进行评价，研究城市化对农业能源产投比的双重影响：城市化对农业能源产投比的直接影响，城市化通过绿色技术进步、规模效应、人力资本对农业能源产投比的间接影响。实证检验直接影响与间接影响是否显著。
再次，测算中国农业用能规模与结构，科学估算我国农业能源产投比。通过比较有机能产投比与无机能产投比，揭示农业劳动生产率的提高与工业能量大规模输入之间的关系。通过测算我国农业能源产投比，展示出我国农业能源产投比随着城市化的变动趋势。
最后，从实证角度考察核心变量城市化和其他控制变量例如极端天气、财政支农政策、生产资料与农产品价格、农民收入、农业结构对农业能源产投比的影响，以期为我国农业节能转型提供全面的依据。
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第二章 城市化进程中农业领域工业能量投入品的演变路径
第一节 城市化进程中农业机械动力增长的演变路径
本节展示了美国、日本和中国城市化进程中机械动力对役畜动力的替代过程。该替代过程说明了以美国为代表的劳动力稀缺型国家、日本为代表的耕地稀缺型国家以及中国农业机械动力的演变路径。
一、美国城市化进程中农业机械动力对役畜动力的替代
图 2.1 1880-1960 年美国城市化进程中机械动力替代役畜动力示意图
从图中整体变化趋势看，1880年到1960年美国城市化率从29%上升到70%。亩均拖拉机动力从 0 上升到 880 马力/千公顷。亩均役畜存栏从 181 头/千公顷下降到 17 头/千公顷。将研究区间分成两个阶段看，城市化率 29%-49%阶段亩均役畜存栏从 181 头/千公顷下降到 153 头/千公顷，年均减速是 0.4%。由于拖拉机还未问世，亩均拖拉机动力始终为 0。城市化率 49%-70%阶段亩均拖拉机动力快速提升，从 3 马力/千公顷上升到 880 马力/千公顷，年均增速为 649%。这对亩均役畜存栏形成替代，使得亩均役畜存栏从城市化率 49%之后开始下降，从 153 头/千公顷下降到 17 头/千公顷，年均减速为 2.0%。
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第二节 城市化进程中农业用化肥增长的演变路径
本节展示了美国、日本和中国城市化进程中化肥对土地生产要素的替代过程。该替代过程说明了以美国为代表的劳动力稀缺型国家、日本为代表的耕地稀缺型国家以及中国农业化肥用能的演变路径。
一、美国城市化进程中农业用化肥对土地生产要素的替代
图 2.4 1880-1960 年美国城市化进程中农业用化肥替代土地生产要素示意图
从整体变化趋势看，1880-1960 年美国城市化率从 29%上升到 70%，亩均化肥氮磷钾投入量从 1.5 千克/公顷上升到 42 千克/公顷，人均耕地从 1.5 公顷/人开始下降到 1.0 千克/公顷。分段来看，城市化率 29%-49%阶段人均耕地上升到 1.8公顷/人，年均增速为 0.57%，城市化率 49%-70%阶段人均耕地面积大幅度减少，从 1.8 公顷/人下降到 1.0 公顷/人，年均降速为 0.99%。化肥投入和产出投入增长呈现出相似的趋势，城市化率 29%-58%阶段化肥氮磷钾投入量变化较平稳，年均增速是 5.9%，城市化率 58%-70%阶段亩均化肥氮磷钾投入量迅速增大，从 6.4千克/公顷上升至 42 千克/公顷，年均增速为 22.2%。再看产出变化趋势，城市化率 29%-70%阶段亩均玉米产量从 25.6 蒲式耳/英亩上升到 57 蒲式耳/英亩，年均增速是 1.5%，城市化率大于 58%之后亩均玉米产量飞速增长，从 22.6 蒲式耳/英亩上升到 57 蒲式耳/英亩，年均增速达到 6.1%。侧面反映出化肥投入量的提升具有增产效应。
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第三章 城市化对农业能源产投比的影响机理分析 ............26
第一节 城市化对农业能源产投比的直接影响 ........................26
一、工业能量投入品对人畜力的替代效应........................27
二、工业能量投入品对土地的替代效应..........................28
第四章 中国农业能源产投比测算...........................31
第一节 农业能源产投比测算原理 ..........................31
一、农业能源投入和作物产出的折能系数确定....................31
二、农业能源产投比测算原理.................................34
第五章 中国城市化对农业能源产投比的实证检验 .............41
第一节 模型与变量 ...........................41
一、模型设置.........................41
二、变量说明......................41
第五章 中国城市化对农业能源产投比的实证检验
第一节 实证结果分析
一、直接影响检验
根据 Hausman 检验的结果，本文选用固定效应模型。为了防止出现多重共线性问题，在模型中逐一引入变量研究城市化率对农业能源产投比的直接影响。同时为了防止能源产投比和城市化进程互为因果的内生性问
