通过敏感性和风险建模视角来看待水产养殖（Aquaponics）在盈利性与可持续性之间的抉择

《Journal of Cleaner Production》：Aquaponics and the crossroads of profitability and sustainability viewed through sensitivity and risk modeling

本研究构建了水培与水产结合系统的经济模型，通过敏感性分析和蒙特卡洛模拟评估了NPV和IRR对73个参数的依赖性，发现劳动效率、产品价格和加工效率是主要盈利驱动因素，同时结合LCA和GAR评估了环境效益及欧盟可持续金融工具的适用性。

　　### 水培系统：一种可持续的农业创新

水培系统是一种将水产养殖和无土栽培结合在一起的封闭式、受控环境农业（CEA）技术。该系统通过将水产养殖的废料与植物生长相结合，实现了资源和水的高效利用，为传统农业提供了一种更加环保的替代方案。然而，尽管水培技术在近年来得到了显著发展，许多商业水培项目却存在运营周期短、经济回报不稳定等问题。因此，建立一个能够全面评估水培系统盈利性和可持续性的财务建模框架，成为当前研究的重点。

本研究构建了一个包含73个参数的财务模型，分析了净现值（NPV）和内部收益率（IRR）对水产养殖、无土栽培和设施运营参数变化的敏感性。通过敏感性分析和弹性分析，我们识别了对NPV和IRR影响最大的参数，并在现实参数范围内对其进行了排序。蒙特卡洛模拟用于评估产生正向收益的可能性，而拉丁超立方采样（LHS）则用于识别能够实现最优结果的参数组合。此外，生命周期分析（LCA）和绿色资产比率（GAR）被用于评估水培系统的环境影响及其在可持续融资中的适用性。

### 项目盈利性驱动因素

研究发现，劳动效率、管理效率、生产产量和市场价格是盈利性的主要驱动因素。其中，植物的销售收入对盈利性的影响远大于鱼类的销售收入。这意味着，尽管鱼类在水培系统中是重要的组成部分，但植物的高效产出和高附加值是实现盈利的关键。在模拟中，5年期的平均NPV为-21,991 ± 54,800美元，而平均IRR为4.8 ± 12.2%，仅有约25%的模拟结果显示出正向收益。这种高变异性表明，水培系统的运营存在一定的脆弱性，即其盈利性高度依赖于参数的稳定性。

### 水培系统的环境影响评估

生命周期分析（LCA）结果显示，电力是温室气体排放（GWP）的主要贡献者，占约20,000公斤二氧化碳当量每年（kg CO?-eq/y）。基础设施维护同样对GWP有显著影响，而由于水培系统中水产养殖的氮磷废料能够满足植物的营养需求，因此外部肥料的使用大幅减少，这在一定程度上降低了温室气体排放。此外，研究还指出，水培系统在提高资源使用效率的同时，其运营和建设成本可被归类为符合欧盟绿色金融框架的绿色资产，这使得其具备申请可持续融资工具的潜力。

### 绿色资产比率（GAR）的适用性

绿色资产比率（GAR）是衡量水培系统是否符合可持续融资标准的重要指标。根据欧盟绿色金融框架，GAR是绿色资本支出占总资本支出的比例。研究发现，水培系统的GAR得分在46%到94%之间，表明其在欧盟绿色金融体系中具有较高的适用性，能够缓冲投资风险。这一结果为投资者提供了清晰的评估依据，同时也为研究人员和运营者指明了优化的方向。

### 财务建模的多维度分析

本研究的财务建模方法不仅关注盈利性，还考虑了可持续性。通过敏感性分析，我们识别了对NPV和IRR影响最大的参数，并进一步通过蒙特卡洛模拟评估了这些参数的不确定性对整体经济表现的影响。拉丁超立方采样（LHS）则用于识别能够实现正向NPV的参数组合，从而帮助运营者和投资者制定更合理的策略。

### 无土栽培与水产养殖的协同效应

水培系统的核心在于水产养殖和无土栽培的协同效应。水产养殖的废料为植物提供必要的营养，而植物的生长又能够改善水质，形成一个闭环的生态系统。这种协同效应不仅提高了资源利用效率，还降低了对传统肥料的依赖，从而减少了农业生产的环境影响。然而，由于水培系统的运营成本较高，特别是电力和基础设施维护费用，其盈利性受到一定限制。

### 风险管理与优化路径

研究发现，水培系统的盈利能力高度依赖于运营效率和市场条件。例如，电力价格波动、市场供需变化以及管理效率低下都会显著影响系统的经济表现。因此，识别并优化关键参数成为提升水培系统盈利能力的重要手段。高价值鱼类和植物的选育、提高饲料转化率、优化设施设计以及减少运营成本等措施，均能有效提升系统的盈利潜力。

### 未来研究方向

尽管本研究已经构建了一个较为全面的财务模型，但仍存在一定的局限性。例如，模型未充分考虑营养补充的具体情况，以及水培系统的生产周期对盈利能力的影响。此外，模型未纳入能源价格波动、疾病爆发等外部不确定性因素，这些因素在实际运营中可能对盈利能力产生重大影响。因此，未来的模型需要更加精细地描述这些变量，并结合区域性的社会经济和气候条件，以提高风险预测的准确性。

### 结论

水培系统作为一种可持续的农业模式，其经济可行性和环境效益备受关注。然而，由于运营成本高、市场风险大，许多水培项目难以长期维持。本研究通过构建一个包含73个参数的财务模型，结合敏感性分析、弹性分析和蒙特卡洛模拟，揭示了影响水培系统盈利能力的关键因素。研究结果表明，虽然水培系统在特定条件下具有盈利潜力，但其经济表现高度依赖于运营效率和市场条件。因此，未来的研究和实践需要进一步优化关键参数，提高资源利用效率，并结合可持续融资工具，以推动水培系统的广泛应用。