中國農業碳排放時空特征及影響因素分解

李 波 張俊飚 李海鵬

(1.湖北農村發展研究中心，湖北 武漢430070;2.華中農業大學經濟管理學院，湖北武漢430070;3.中南民族大學，湖北 武漢430074)

中國農業碳排放時空特征及影響因素分解

李 波1，2張俊飚1，2李海鵬3

(1.湖北農村發展研究中心，湖北 武漢430070;2.華中農業大學經濟管理學院，湖北武漢430070;3.中南民族大學，湖北 武漢430074)

農業生產所導致碳排放大幅增加以及引發的環境問題，越來越受到人們的關注。本研究基于農業生產中6個主要方面的碳源，測算了我國1993－2008年農業碳排放量。發現自1993年以來我國農業碳排放處于階段性的上升態勢，總體上可分為快速增長期、緩慢增長期、增速反彈回升期、增速明顯放緩期等四個變化階段。其中農業碳排放總量和強度年平均增長率分別為4.08%、2.38%。農業碳排放總量較高地區主要集中在農業大省，農業碳排放強度較高地區主要集中在發達城市、東部沿海發達省份和中部農業大省。進一步通過Kaya恒等式變形對農業碳排放影響因素進行分解研究，結果表明，效率因素、結構因素、勞動力規模因素對碳排放量具有一定的抑制作用，1994－2008年與基期相比分別累計實現12.95%、26.62%、33.29%的碳減排，而農業經濟發展則對農業碳排放具有較強推動作用，累計產生154.94%的碳增量。最后，據此提出促進農業減排的政策建議。

農業碳排放;時空特征;因素分解;Kaya恒等式

農業既是溫室氣體排放源，也是最易遭受氣候變化影響的產業。農業碳排放是指農業(本文所指種植業)生產過程中由于化肥、農藥、能源消費，以及土地翻耕過程中所直接或間接導致的溫室氣體的排放。由于農業生產活動的廣泛性、普遍性以及農業生產主體的分散性，加上農業碳排放涉及范圍廣、隨機性大、隱蔽性強、不易監測、難量化，使之存在著控制難度大的特點。據相關專家研究，18世紀以來，大氣中的CH4濃度增加了一倍多，其中約有70%是人類生產活動的結果，如水稻種植、生物燃燒等的快速增長等［1］。2000年發布的《中華人民共和國氣候變化初始國家信息通報》報道，農業溫室氣體排放總量約占全國排放總量的17%，其中農業排放的甲烷和二氧化氮分別占全國總量的50%和92%。在全球目光聚焦哥本哈根會議之際，溫室氣體減排行動正在逐步成為人類發展的責任和共識，如何實現農業碳減排也越來越被重視。因此，分析和準確把握我國農業碳排放的時空特征和影響因素，對科學制定農業碳減排政策具有重要的意義。

1 我國農業碳排放測算方法及數據來源

1.1 測算方法

一般而言，農業碳排放主要來源于6個方面:一是化肥生產和使用過程中所導致的農業直接或間接的碳排放;二是農藥生產和使用過程中所導致的碳排放;三是農膜生產和使用過程中所引起的碳排放;四是由于農業機械運用而直接或間接消耗化石燃料(主要是農用柴油)所產生的碳排放;五是農業翻耕破環了土壤有機碳庫，大量有機碳流失到空中所形成的碳排放;最后是灌溉過程中電能利用間接耗費化石燃料所形成的碳釋放。

碳排放估算公式為:E=∑Ei=∑Ti·δi

式中E為農業的碳排放總量，Ei為各種碳源的碳排放量，Ti為各碳排放源的量，δi為各碳排放源的碳排放系數。根據有關經驗數據，分別歸納出農業碳排放系數如表1。

1.2 數據來源

化肥、農藥、農膜、柴油數據均來自中國農村統計年鑒，以當年我國實際使用量為準;翻耕數據以當年我國農作物實際播種面積為準，農業灌溉以當年我國實際灌溉面積為準，農作物播種面積和灌溉面積也均出自中國農村統計年鑒。

2 我國農業碳排放時空特征分析

2.1 我國農業碳排放的時序特征

根據已給出的碳排放測算公式，測算1993－2008年的農業碳排放(見表2)。結果表明，1993年的農業碳排放量為 4 307.54 萬 t，2008 年為7 843.08 萬 t，年平均增長率為4.08%。從環比增速情況來看，農業碳排放總量的環比增長率總體上處于階段性下降態勢(圖1)。化肥、農藥、農膜、農用柴油、灌溉、翻耕等所產生的碳排放量都不同程度出現了增長，年均遞增率分別為3.45%、4.65%、7.20%、4.77%、1.22%、0.38%。在總量增長的同時，碳排放的強度也在增加，從1993年的30.20kg/畝增長到2008年的42.96kg/畝，年均遞增率2.38%。從環比增速情況來看，農業碳排放強度的環比增長率總體上處于階段性下降態勢(圖2)，其中1996年出現異常，主要是由于耕地面積大幅調整所致。

表1 農業碳排放碳源、系數及參考來源Tab.1 Agricultural carbon emission source，coefficient and reference sources

從我國農業碳排放量變化趨勢(圖1、2)中可以看出，1993年至2008年我國農業碳排放量一直呈現上升趨勢，但不同階段增速存在著一定差異，總體上可以分為四個變化階段:

第一階段為1993－1997年，為快速增長期，年際增長率均高于5%。這主要是由于步入90年代后，我國農業現代化進程進一步加快，對柴油等能源需求增加，另一方面為了提高單位面積產量，農民加大了對化肥農藥等生產原料的使用。其中化肥使用量由1990年的2 590.3萬t上升到了 1997年的 3 980.7萬 t，短短七年間增長了53.68%。

表2 1993－2008年我國農業碳排放量情況Tab.2 Agricultural carbon emissions in China from 1993 to 2008 104t

圖1 我國農業碳排放總量及年均環比增速(1993－2008年)Fig.1 China's agricultural carbon emissions and average annual link relative ratio(1993－2008)

圖2 我國農業碳排放強度及年均環比增速(1993－2008年)Fig.2 China's agriculture carbon intensity and average annual link relative ratio(1993－2008)

第二階段為1998－2003年，為緩慢增長期，年際增長率均在3.5%以內，介于1.17% －3.33%之間。由于農民負擔過重，“三農”問題進一步凸顯，越來越多的農民放棄務農轉向務工。受其影響，農民對農用生產資料的需求增速放緩，這在一定程度上抑制了農業碳排放量的快速增加。但與此同時，在此階段，我國糧食產量總體上出現下滑趨勢，糧食安全問題逐漸顯現，我國農業生產尤其是糧食生產面臨巨大挑戰。

第三階段為2004－2007年，增速反彈回升期，年際增速介于3.3% －6.5%之間。導致這一狀況的最重要原因是2004年中央一號文件的頒布，其“兩減免，三補貼”的政策，刺激了廣大農民種田積極性，農業生產水平得到了較大提高。但農業的復蘇也帶動了農業生產資料投入的增加，進而使得農業碳排放增速加快。

第四階段為2008年—至今，增速明顯放緩，其中2008年僅為1.35%。這一方面是2007年中共十七大的召開強調了資源節約、生態環境保護的重要性，另一方面，2008年中央一號文件也明確指出，要通過降低生產成本實現增收，大力發展節約型農業，促進秸稈等副產品和生活廢棄物資源化利用，提高農業生產效益。本文中雖沒涉及2009年、2010年的農業碳排放數據，但隨著國家對低碳農業的重視，我們有理由相信，今后，我國農業碳排放量增速將進一步放緩，農業碳排放現狀得到更為明顯的改善。

2.2 我國農業碳排放的區域比較分析

從2008年各地區農業碳排放總量的大小排序來看(表3、圖3)，排在前10位地區依次為河南、山東、河北、江蘇、湖北、安徽、吉林、四川、湖南、廣東，10省碳排放總量占全國農業總排放的59.14%。排在后10位的地區依次為山西、重慶、貴州、海南、寧夏、天津、上海、北京、青海、西藏，10省市碳排放僅占全國8.01%。從排序結果可以看出，農業碳排放主要集中在農業大省。農業大省在發展方式上仍然以傳統成分占主導，高投入、高排放發展模式依舊普遍存在。其中，廣東相比而言盡管耕地面積不大，農業規模較小，但是化肥、農藥等投入強度依然較高，因而碳排放較大。廣東省政府副秘書長顏學亮指出廣東省化肥施用量每畝大約240 kg，農藥使用量平均每畝1.8 kg，化肥及農藥的使用量全世界最高(中國投資咨詢研究，2010)。從2008年各地區農業碳排放強度的大小排序來看，排在前10位地區依次為海南、上海、福建、浙江、湖北、廣東、北京、河南、天津、安徽，主要集中在發達城市、東部沿海發達省份和中部農業大省;排在后10位的地區依次為遼寧、云南、重慶、甘肅、寧夏、青海、山西、內蒙古、西藏、黑龍江，主要集中在西部落后省份以及東北地區。通過農業碳排放總量和強度的區域格局來看，首先說明了我國農業依然停留在高消耗、高污染、高排放的粗放經營狀態，農業發展方式還沒有發生根本性的改變，同時也反映了地區經濟發展中重發展輕環境、重利用輕排放的發展觀尚未發生根本改變。

圖3 2008年我國各地區農業碳排放總量與碳排放強度對比分析Fig.3 Compared agricultural carbon emissions with intensity of all provinces in China in 2008

表3 2008年我國各省市(區)農業的碳排放情況Tab.3 Agricultural carbon emissions of all provinces in China in 2008 104t

3 我國農業碳排放影響因素分解

3.1 研究方法

Kaya碳排放恒等式是由日本教授Yoichi Kaya于1989年在聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)研討會上最先提出［6］。他是用數學的方法將人類社會活動產生的碳排放與經濟、政策和人口等因素建立起聯系。根據該恒等式，碳排放主要是由人口、生活水平、能源使用強度和碳排放強度所決定的。具體公式如下:

其中，(1)式中，C、E、GDP、P 分別表示碳排放量、能源消耗總量、國內生產總值、人口總量。CI、EI、G、P分別為能源結構因素、能源效率因素、經濟規模因素、人口規模因素。

由于本文主要研究的是農業碳排放因素分析，結合農業生產的實際情況，對該恒等式進行適當變形，得到如下結果:

(2)式中，C、AGRI、AGR、P 分別表示農業碳排放量、種植業總產值、農林牧漁總產值、農業勞動力規模。EI、AI、EL分別為農業生產效率因素(隨著EI下降，農業生產效率提高)、農業結構因素、農業經濟發展水平。鑒于農業各部門之間無論產量還是規模的量化方式均不一致，為了便于分析，以產值代替規模，統一采用產值作為比較量。殘差的存在使得不能很好的解釋碳排放的變化，為了更好的利用Kaya恒等式進行分析，對該恒等式進行小的修改，去掉了暫時無法用于解釋的殘差［7］。

△EIt:代表從T－1年到T年僅有單位種植業產值碳排放強度變化而其它因子未發生變化而導致的碳排放量相對于基年的排放量變化;

△AIt:代表從T－1年到T年僅有農業結構發生變化而EI保持在T年水平，且AGRI保持在基年水平所引發的碳排放量變化;

△ELt:代表T－1年到T年僅有農業經濟發展水平發生改變而EI、AI均保持在T年水平條件下碳排放量的變化。

△Pt:代表T－1年到T年僅有農業勞動力規模發生改變而EI、AI、EL均保持在T年水平條件下碳排放量的變化。

通過變形可以分別得到以下計算公式:

事實上，這是一種沒有殘差的分解方法，我們可以通過公式(5)、(6)、(7)、(8)來進一步驗證它，可以得到:

ΔEIt+ΔAIt+ΔELt+ΔPt=ΔCt

3.2 數據來源及整理

種植業總產值和農林牧漁總產值數據均來自2009年的《中國統計年鑒》，考慮到經濟發展中價格不斷變化的因素，以實價計算的產值不能進行縱向對比，故采用可比價格換算，以1990年作為價格基準年來進行分析對比。

3.3 結果及分析

根據上述模型以及搜集得來的數據，借助相關分析工具，得出我國農業碳排放驅動分析結果如表4所示:

表4 基于Kaya恒等式的我國農業碳排放影響因素分解結果Tab.4 Factors decomposition of agricultural carbon emission based on Kaya equation 104t

圖4 基于Kaya恒等式的我國農業碳排放影響因素分解結果Fig.4 Decomposition result of influential factors of agricultural carbon emission based on Kaya equation

農業生產效率因素、農業結構因素、勞動力規模因素一定程度上抑制了農業碳排放量，盡管促進農業碳減排逐年增強，但是作用有限。1994－2008年相比基期，農業生產效率因素、農業結構因素、勞動力規模因素僅分別累計貢獻 12.95%(557.91 萬 t)、26.62%(1146.50 萬 t)、33.29%(1434.01萬t)的碳減排。總體來看，農業碳減排的效果大小排序依次為:勞動力規模因素﹥農業結構因素﹥農業生產效率因素。從圖4波動下降的態勢可以看出，近年來隨著農業生產效率的提高和農業結構的優化，有助于農業碳減排。而隨著農業勞動力的非農轉移，有利于農業實現規模經營，進而有利于農業碳減排。

而農業經濟發展則成為了農業碳排放增加的最主要因素。結果表明，1994－2008年相比基期，規模因素累計產生了154.94%(6 673.95萬t)的農業碳排放增量。這與很多學者關于農業資源環境與經濟發展的EKC驗證結果是一致的，目前我國經濟發展與環境質量仍然處于拐點左側，隨著經濟的發展會帶來環境質量的惡化。因此隨著我國農業經濟發展，農業碳排放會增加，今后一段時間內，農業經濟發展仍將是我國農業碳增量的主要因素。

4 促進我國農業碳減排的政策建議

4.1 樹立低碳經濟意識，切實轉變農業發展方式

意識是行動的先導，因此要加強宣傳，使廣大農民和涉農主體充分認識氣候變化問題的復雜性和長期性，深刻認識到農業對于氣候變化的雙刃劍的作用，樹立低碳經濟發展意識。因此切實轉變農業發展方式，必須摒棄傳統的發展思維和發展模式，在發展思路上徹底改變重開發、輕節約，重速度、輕效益，重外延擴張、輕內涵發展，片面追求GDP增長、忽視資源和環境的傾向，加快推進低碳農業發展，實現農業生產中經濟、社會、生態效益三者統籌兼顧，促進農業經濟與氣候資源環境的全面協調可持續發展。

4.2 進一步調整優化農業產業結構，減少農業碳排放

在確保糧食安全的前提下，進一步調整優化農業產業結構，不斷優化區域布局和農產品種植結構。在農業產業間，當前我國農業產業結構仍以種植業、牧業為主，林業漁業發展水平相對滯后。因此，我國農業在未來發展中應減少種植業比重，適當向林漁業擴展，尤其是林業產業，一方面發育水平較低，擁有廣闊的開發潛力，另一方面還能起到增加碳匯、保護生態環境的作用。在產業內部，在確保糧食安全的前提下，應進一步優化種植業結構，減少資源高消耗、化學品投入大的農作物的種植，加大高產、抗逆農作物品種作物的種植。

4.3 加大低碳農業投入和政策支持力度，充分發揮支持和導向作用

在我國目前還存在二元社會體制的實際情況下，發展低碳農業離不開國家的財政和政策的支持。首先，加大農業投入，加強以農田水利為重點的農業基礎設施建設，為低碳農業發展提供堅實基礎。其次，要大力推動農業生產制度創新，實行涉農生產節能減排的管理考核責任制，從國家法律法規高度逐步開發完善農業能源效率標準，制定鼓勵低碳農業的政策和優惠措施。第三，政府應加大政策導向，建立起一套完整的低碳農業生態補償技術體系，加大補償力度，激勵廣大農民積極參與休耕、免耕以及植樹造林等活動，以在減少碳源的同時，增加碳匯;并進一步倡導“環境友好型、資源節約型”的兩型農業之路，大力發展循環農業，實現農業的可持續發展［8］。

4.4 強化科技創新和推廣，提高低碳農業的科技引領和技術支撐能力

要以提高資源利用效率和生態環境保護為核心，以節地、節水、節肥、節藥、節能和農業生態環境建設為重點，加大科技攻關和技術組裝配套集成力度，不斷研發和推廣節約型的耕作、播種、施肥、施藥、灌溉與旱作農業、減少農業廢棄物生成、注重水土保持等低碳農業技術［8］。同時，引進低碳農業的各種技術，相應的設備、知識和人才，爭取相關高校、科研單位和社會組織的指導和培訓等等，大力推廣應用節水灌溉技術和節能耕作技術、測土配方施肥等低碳農業技術。通過科技創新和推廣，使現代農業科技成為農業過程中實現減碳增匯的重要支撐力［9］。

4.5 建立并不斷完善碳交易市場運行機制，增強相關主體責任和減排動力

《京都協議書》的正式生效，標志了國際碳市場的形成，每個國家的碳排放權也因此成為了一種稀缺資源。我國目前雖然試驗性建立了碳交易市場，但往往有價無市，碳交易主體積極性相對較低，運行效果不甚明顯。因此，首先明確責任主體，以“生產者責任制”為原則，明確碳排放市場交易的主體，使得化肥、農藥等生產廠家充分參與交易，積極承擔排放成本。其次，建立制定農業低碳認證制度，開展低碳認證試點，為碳交易市場提供標準。第三，合理的碳定價。碳交易市場價格必須足夠高，到達決策拐點，才能從經濟上改變人們行為。因此必須合理確定碳價，積極改變和引導生產主體行為向低碳方式轉變。

References)

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Research on Spatial-temporal Characteristics and Affecting Factors Decomposition of Agricultural Carbon Emission in China

LI Bo1，2ZHANG Jun-biao1，2LI Hai-peng3
(1.Rural Development Research Center of Hubei，Wuhan Hubei 430070，China;2.College of Economics and Management，Huazhong Agricultural University，Wuhan Hubei 430070，China;3.South-Central University for Nationalities，Wuhan Hubei 430074，China)

More and more people are paying attention to the environmental problems caused by agricultural carbon emissions.The research，based on six kinds of main carbon sources from agricultural production，calculates China's agricultural carbon emission load from 1993 to 2008.We find that the agricultural carbon emission load is in the gradual upward trend since 1993.In general it can be divided into four periods:rapid growth period，slow growth period，qrowth rate rebound period and growth rate slowing-down period.The average annual growth rate of agricultural carbon emissions is 4.08%，while that of intensity is 2.38%.Higher carbon emission areas distribute intensively in the major provinces of agriculture，and the higher carbon emission intensity areas are mainly located in the developed cities，eastern coastal provinces and the central major provinces of agriculture.Decomposing all the affecting factors through transformation of Kaya identical equation，the result shows the factors of efficiency，structure and labor scale can restrain carbon emission，but the effect is not obvious and fluctuating drastically.Compared with the carbon emission load in 1993，the load from 1994 to 2008 decreased by 12.95%because of efficiency，while structure did 26.62%and agricultural labor did 33.29%.In contrast，agricultural economic development played an active role in agricultural carbon emission，which increased cumulatively to 154.94%of carbon emission load.Finally，some policy suggestions are proposed to reduce agricultural carbon emissions.

agricultural carbon emission;spatial-temporal characteristics;factor decomposition;Kaya identical equation

F323，X22

A

1002－2104(2011)08－0080－07

10.3969/j.issn.1002－2104.2011.08.013

2011－03－25

李波，博士生，主要研究方向為資源與環境經濟。

國家社會科學基金(編號:07BJY043);中央高校基本科研業務費專項資金項目(編號:CSY10012)。

(編輯:劉文政)