DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-36075-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41545702
تاريخ النشر: 2026-01-16
المؤلف: Tingting Tang وآخرون
الموضوع الرئيسي: تحليل الكفاءة باستخدام DEA
نظرة عامة
تقدم هذه الدراسة إطارًا مبتكرًا متكاملًا لتحليل كفاءة انبعاثات الكربون الزراعية (ACEE) في الصين، باستخدام بيانات بانل من 266 مدينة على مستوى المقاطعة من 2003 إلى 2023. تجمع المنهجية بين نموذج SBM العالمي الديناميكي المعزز لقياس الكفاءة، ومعامل جيني داغوم لتفكيك التفاوت الإقليمي، ونماذج التقارب المكاني لتقييم الاتجاهات الديناميكية. تكشف النتائج الرئيسية عن نمط مكاني غير بديهي يتمثل في “كفاءة عالية في الغرب، ومنخفضة في الشرق”، مع الفجوات بين المناطق كمصدر رئيسي للتفاوت. بالإضافة إلى ذلك، تشير تقديرات كثافة النواة إلى اتجاه من الاستقطاب المتعدد، بينما تؤكد التحليلات وجود تقارب β مطلق وشرطي كبير على الرغم من غياب تقارب σ.
تؤكد الاستنتاجات على الحاجة إلى سياسات زراعية منخفضة الكربون إقليمية متميزة. يتحدى نمط “الغرب-عالي، الشرق-منخفض” الافتراض القائل بوجود مسار إزالة الكربون المدفوع بالتكنولوجيا بشكل خطي، مما يقترح استراتيجية متفرقة تعزز فك الارتباط التكنولوجي في الشرق وتحافظ على مزايا الكربون المنخفض في الغرب من خلال آليات السوق مثل التعويض البيئي. علاوة على ذلك، تسلط الدراسة الضوء على أن الفجوات بين المناطق هي المحرك الرئيسي لعدم المساواة في ACEE الوطني، داعية إلى تنسيق من أعلى إلى أسفل عبر المناطق، مثل تجارة الكربون ونقل التكنولوجيا، بدلاً من الجهود الإقليمية المعزولة. تؤكد نتائج التقارب β الشرطي والتأثيرات الإيجابية المكانية على أهمية السياسات الإقليمية المخصصة، المرتبطة بالظروف المحلية المحددة، لتسهيل انتقال أكثر عدلاً نحو الكربون المنخفض.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على القضية الحرجة لتغير المناخ العالمي، المدفوع أساسًا بانبعاثات غازات الدفيئة الناتجة عن الأنشطة البشرية، حيث تساهم الزراعة بحوالي 30% من هذه الانبعاثات كما أفادت منظمة الأغذية والزراعة (FAO) في 2023. تؤكد الورقة على أهمية كفاءة انبعاثات الكربون الزراعية (ACEE)، المعرفة كنسبة انبعاثات الكربون إلى الإنتاج الزراعي، كمقياس رئيسي لتقييم استراتيجيات إدارة الكربون. إن تحسين ACEE أمر ضروري لتقليل الانبعاثات من القطاع الزراعي، لا سيما في سياق المساهمة الكبيرة للصين في الانبعاثات الزراعية العالمية، والتي تقدر بنحو 14% إلى 17%. يتطلب تعهد البلاد بالحياد الكربوني “30•60” الانتقال إلى نظام زراعي منخفض الكربون، وهو ما تعقده التفاوتات الإقليمية في ACEE.
تهدف الدراسة إلى التحقيق في هذه التفاوتات وظاهرة التقارب المكاني في ACEE عبر 266 مدينة على مستوى المقاطعة من 2003 إلى 2023. تفترض ثلاث فرضيات مركزية: (1) تظهر ACEE تباينًا مكانيًا كبيرًا يختلف عن التدرج الاقتصادي التقليدي من الشرق إلى الغرب؛ (2) إن عدم المساواة في ACEE الوطني مدفوع أساسًا بالتفاوتات بين المناطق الاقتصادية الكبرى بدلاً من داخلها؛ و(3) يوجد اتجاه من التقارب β، حيث تتحسن المدن الأقل كفاءة بمعدل أسرع بسبب تأثيرات التسرب المكاني. لاختبار هذه الفرضيات، تستخدم البحث إطارًا تحليليًا متكاملًا، مستفيدًا من نموذج SBM العالمي الديناميكي المحسن، ومعامل جيني داغوم، ونماذج التقارب المكاني. من المتوقع أن توفر النتائج رؤى قائمة على الأدلة لصياغة سياسات زراعية منخفضة الكربون فعالة في الصين، ومعالجة الفجوات المنهجية الحالية في الأدبيات، لا سيما تلك المتعلقة بالتباينات داخل المناطق والقيود على التحليلات على مستوى المقاطعة.
النتائج
يكشف تحليل كفاءة انبعاثات الكربون المتوسطة (ACEE) عبر 266 مدينة صينية من 2003 إلى 2023 عن تفاوت جغرافي كبير، يتميز بقيم ACEE أعلى في المناطق الغربية مقارنة بالمناطق الشرقية. لتسهيل فهم أوضح لهذه الاختلافات الإقليمية، تم تصنيف المدن إلى مناطق شرقية ووسطى وغربية، وتم تجميع النتائج على مستوى المقاطعة. يسمح هذا التجميع برؤية أكثر تماسكًا لمشهد ACEE، مما يبرز الاتجاهات العامة التي قد تكون مخفية في مجموعة بيانات مفصلة على مستوى المدينة.
تضمن التحليل الإضافي، باستخدام المعادلات (6) و(7)، رسم منحنى كثافة نواة مكاني باستخدام برنامج MATLAB-R2024a لتوضيح ديناميات توزيع ACEE عبر البلاد. توفر هذه الطريقة رؤى حول أنماط التوزيع المكاني لـ ACEE، مما يعزز الفهم لكيفية اختلاف كفاءة انبعاثات الكربون إقليميًا داخل الصين.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في الورقة البحثية الضوء على أهمية تحليل كفاءة انبعاثات الكربون الزراعية (ACEE) على مستوى المدينة بدلاً من مستوى المقاطعة لالتقاط التباين الداخلي الكبير داخل المناطق في الصين. من خلال استخدام نماذج التقارب المكاني، تكشف الدراسة أن ACEE يتأثر بالاعتماد المكاني بين المدن، مما يبرز الحاجة إلى سياسات إقليمية منسقة. تستخدم البحث نظام قياس شامل يتضمن مؤشرات المدخلات مثل الأرض، والعمالة، ورأس المال الزراعي، وتطبق نموذج SBM الديناميكي الفائق لتقييم ACEE، مع الأخذ في الاعتبار قرارات الإنتاج طويلة الأجل والتفاوتات الإقليمية.
تشير النتائج إلى أنه بينما ظل التفاوت العام في ACEE عبر الصين مستقرًا من 2003 إلى 2023، هناك ديناميات داخلية ملحوظة. تظهر المنطقة الشرقية استقطابًا داخليًا، حيث تتركز التقدمات التكنولوجية في المناطق الحضرية ذات الأداء العالي، بينما تظهر المنطقة الغربية علامات التقارب بسبب الاستثمارات الوطنية الفعالة. تقدم المنطقة الوسطى نمطًا مختلطًا من التجانس الأولي يتبعه تمايز. كما يستخدم التحليل معامل جيني داغوم لت quantifying disparities, revealing that regional differences are the primary source of ACEE variation, with inter-regional disparities becoming more entrenched over time. This fragmented landscape poses challenges for sustainable agricultural development, necessitating targeted policies that address the unique dynamics of each region.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-36075-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41545702
Publication Date: 2026-01-16
Author(s): Tingting Tang et al.
Primary Topic: Efficiency Analysis Using DEA
Overview
This study presents an innovative integrated framework to analyze agricultural carbon emission efficiency (ACEE) in China, utilizing panel data from 266 prefecture-level cities from 2003 to 2023. The methodology combines an enhanced global dynamic super-efficiency SBM model for efficiency measurement, the Dagum Gini coefficient for regional disparity decomposition, and spatial convergence models to assess dynamic trends. Key findings reveal a counterintuitive spatial pattern of “high efficiency in the west, low in the east,” with inter-regional gaps as the primary source of disparity. Additionally, kernel density estimates indicate a trend of multipolar polarization, while the analysis confirms significant absolute and conditional β-convergence despite the absence of σ-convergence.
The conclusions emphasize the need for differentiated regional low-carbon agricultural policies. The persistent “west-high, east-low” pattern challenges the assumption of a linear, technology-driven decarbonization path, suggesting a bifurcated strategy that promotes technological decoupling in the East and preserves the low-carbon advantages of the West through market mechanisms like eco-compensation. Furthermore, the study highlights that inter-regional gaps are the main driver of national ACEE inequality, advocating for top-down, cross-regional coordination, such as carbon trading and technology transfer, rather than isolated provincial efforts. The confirmation of conditional β-convergence and positive spatial spillovers underscores the importance of tailored regional policies, contingent on specific local conditions, to facilitate a more equitable low-carbon transition.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the critical issue of global climate change, primarily driven by greenhouse gas emissions from human activities, with agriculture contributing approximately 30% of these emissions as reported by the Food and Agriculture Organization (FAO) in 2023. The paper emphasizes the importance of Agricultural Carbon Emission Efficiency (ACEE), defined as the ratio of carbon emissions to agricultural output, as a key metric for evaluating carbon management strategies. Improving ACEE is essential for reducing emissions from the agricultural sector, particularly in the context of China’s significant contribution to global agricultural emissions, estimated at 14% to 17%. The country’s “30•60” carbon neutrality pledge necessitates a transition to a low-carbon agricultural system, which is complicated by regional disparities in ACEE.
The study aims to investigate these disparities and the phenomenon of spatial convergence in ACEE across 266 prefecture-level cities from 2003 to 2023. It posits three central hypotheses: (1) ACEE exhibits significant spatial heterogeneity that deviates from the conventional east-west economic gradient; (2) national ACEE inequality is primarily driven by disparities between major economic zones rather than within them; and (3) a trend of β-convergence exists, where less efficient cities improve at a faster rate due to spatial spillover effects. To test these hypotheses, the research employs an integrated analytical framework, utilizing an improved global dynamic super-efficiency SBM model, the Dagum Gini coefficient, and spatial convergence models. The findings are expected to provide evidence-based insights for formulating effective low-carbon agricultural policies in China, addressing existing methodological gaps in the literature, particularly those related to intra-regional heterogeneities and the limitations of provincial-level analyses.
Results
The analysis of the Average Carbon Emission Efficiency (ACEE) across 266 Chinese cities from 2003 to 2023 reveals a significant geographical disparity, characterized by higher ACEE values in the western regions compared to the eastern regions. To facilitate a clearer understanding of these regional differences, cities were categorized into eastern, central, and western regions, and the results were aggregated at the provincial level. This aggregation allows for a more coherent visualization of the ACEE landscape, highlighting overarching trends that might be obscured in a detailed city-level dataset.
Further analysis, utilizing Equations (6) and (7), involved plotting a spatial kernel density curve with MATLAB-R2024a software to illustrate the distribution dynamics of ACEE across the nation. This method provides insights into the spatial distribution patterns of ACEE, enhancing the understanding of how carbon emission efficiency varies regionally within China.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the importance of analyzing agricultural carbon emission efficiency (ACEE) at the city level rather than the provincial level to capture the significant internal heterogeneity within regions in China. By employing spatial convergence models, the study reveals that ACEE is influenced by inter-city spatial dependence, emphasizing the need for coordinated regional policies. The research utilizes a comprehensive measurement system that includes input indicators such as land, labor, and agricultural capital, and applies a dynamic super-efficiency SBM model to assess ACEE, accounting for long-term production decisions and regional disparities.
The findings indicate that while the overall disparity in ACEE across China remained stable from 2003 to 2023, there are notable intra-regional dynamics. The eastern region exhibits internal polarization, with technological advancements concentrated in high-performing metropolitan areas, while the western region shows signs of convergence due to effective national investments. The central region presents a mixed pattern of initial homogenization followed by differentiation. The analysis also employs the Dagum Gini coefficient to quantify disparities, revealing that regional differences are the primary source of ACEE variation, with inter-regional disparities becoming more entrenched over time. This fragmented landscape poses challenges for sustainable agricultural development, necessitating targeted policies that address the unique dynamics of each region.