甘肅省農地利用碳排放測算及影響因素研究

朱亞紅 ，馬燕玲 ，陳秉譜

（1.甘肅省科學技術情報研究所，甘肅蘭州730000；2.甘肅農業大學經濟管理學院，甘肅蘭州730070）

農業生產所導致的碳排放量的大幅度增加以及引發的環境問題，越來越受到世界各國的關注。農業既是溫室氣體的排放源，也是最容易遭受氣候變化影響的產業。有關研究資料表明，包括森林砍伐、濕地排水、農業生產等在內的土地利用行為已成為全球第二大溫室氣體排放源，約占人為總排放量的1/3[1]，而農業生產的CO2排放量約占全球人為溫室氣體排放總量的20%[2]。究其原因，農業作為大多數發展中國家的基礎產業，隨著科學技術的進步和農業現代化的推廣，化肥、農藥、農業機械等高碳型生產資料的大量投入使用，使得農地利用領域的碳排放量在急劇增加。我國作為農業大國，農地利用所導致的碳排放量更加不容小覷。相關研究表明，我國農業溫室氣體排放總量為6.21億tCO2當量，占全國碳排放總量的17%[3]。農業生產和氣候變化之間的不協調所產生的環境問題嚴重影響著我國農業以及全社會經濟的可持續發展。甘肅是我國農業最早開發的地區之一，全省日照充足，晝夜溫差大，農作物資源種類豐富[4]。但是由于甘肅省地處我國西北內陸，屬于干旱半干旱氣候，全省地貌類型復雜，干旱少雨，生態環境極其脆弱，農業生產極易遭受極端天氣事件的破壞。鑒于農地利用碳排放的不斷增加可能對甘肅本已脆弱的生態環境帶來更大的沖擊。所以，定量測算甘肅省農地利用碳排放量，分析其時空變化規律，分析碳排放的影響因素、影響性質及累計效應，對于科學制定并有效實施碳減排政策，促進甘肅經濟社會長遠可持續發展具有重要的理論和現實指導意義。

近幾年關于農地利用碳排放問題國內外學者都開始有所關注，相關理論和實證研究結果具有以下特點：在研究時間上，國外研究起步較早，研究內容和方法體系上延續性較好，國內研究則比較滯后；在研究內容上，國外研究主要側重于碳排放產生機理、碳減排行政管控與市場手段，國內研究則主要偏重于碳減排工程實驗技術；在研究區域選擇上，國外較為注重某一特定地區的低碳農業技術突破，而國內注重從國家層面出發，分析全國或某一地區的農地利用碳排放現狀，提出應對建議措施。就目前研究而言，在碳排放的測算上，所取指標比較側重于農業生產的能源消費。對于農業碳排放影響因素的研究，國內外大多數研究多采用LMDI模型、IPAT模型、Laspeyres指數法、Kaya恒等式等分析方法[5,6]。本研究在合理界定農地生產過程中六類主要碳源的基礎上，測算分析2000-2011年甘肅省農地利用碳排放的時空差異特征，并運用LMDI模型從人口、經濟、效率、結構等方面進行因素分解，研究成果對于甘肅乃至西北地區科學制定碳減排政策，調整農業發展方向，都具有重要的現實指導意義。

1 研究方法及數據來源

1.1 研究方法

1.1.1農地利用碳排放估算方法 就現有研究而言，目前關于農業碳排放的測算相對復雜，還未形成統一的研究方法，也還未形成具體的觀察數據，所以本文在分析總結前人相關碳排放研究的基礎上，結合甘肅省農業的具體情況，選擇引發碳排放的主要農業投入源化肥、農膜、農藥、用電量、以及柴油消耗直接或間接導致的碳排放進行估算：①化肥，生產過程中化石能源耗費和施用對土壤碳庫破壞產生的碳排放；②農藥和農膜，是在生產和使用過程中所直接或間接引起的碳排放；③柴油，農業機械化過程中消耗柴油導致的碳排放；④農地翻耕，在翻耕過程中破環了土壤有機碳庫，導致有機碳的釋放；⑤灌溉，耗用電能(火電部分)間接導致的碳排放。依據系數法可確定農地利用碳排放的計算公式是：

表1 農地利用的碳排放系數及參考來源

式中，E為碳排放總量，Ei為各類農業投入源碳排放量，Ti為各碳排放源的能耗量，δi為各碳排放源的碳排放系數,其中化肥、農膜、農藥、用電量以及柴油的碳排放系數借用國內外學者的研究成果，具體見下表1:

1.1.2農業碳排放影響因素分解方法 農業生產碳排放影響因素分解是指運用數學的原理和方法，將農業生產產生的碳排放與農業生產總值、相關政策以及人口等影響因素建立起聯系。本文采用對數平均D式指數（Logarithmic Mean Divisia Index,LMDI），定量分解影響甘肅省農地利用碳排放的有關因素。LMDI方法滿足因素可逆，能消除殘差項，可以克服使用其他方法后存在的殘差項式對殘差項分解不當的缺點，使模型更具說服力。所以根據LMDI分析框架，結合現有研究文獻，對甘肅省農地利用碳排放的總量分解如下：

式(2)中C為農業碳排放總量，PLA為種植業的總產值，AGRI為農林牧漁生產總值，P為農業勞動力規模。式(3)中α為農業生產效率，β為農業產業結構，γ為農業經濟水平。因為該論文的研究是從農地利用過程中化肥、農藥、農膜等投入要素的生產利用產生碳排放，農業機械化及水利化過程中能源消耗碳排放以及農地翻耕過程中破環了土壤有機碳庫，導致有機碳的釋放這三方面展開研究，生產投入中的六類要素碳源均與種植業緊密相關，因此本研究中的農地利用碳排放主要為種植業生產過程中導致的溫室氣體排放。由于不同農業生產部門其產量和規模的量度存在較大差異，為便于計算，在此統一以產值為比較量[12]。

LMDI方法可采用“乘積分解”和“加和分解”兩種方法進行分解，且兩種方法最終分解結果是一致的[13]，所以，對于(2)式中模型，設基期碳排放總量為C0，T期碳排放總量為Ct，用下標tot表示總的變化量，采用加和分解的方法，將差分分解為：

所以，效率α，規模β，經濟水平γ等因素影響值分別表達為：

1.2 數據來源和處理

本研究在碳排放量的測算過程中所用要素化肥、農藥、農膜、柴油數據均來自2000-2011年甘肅發展年鑒和甘肅農村年鑒，數據的統計均以當年的實用量為準；翻耕面積以甘肅省當年的實際播種面積為準；灌溉面積也以當年的實際灌溉面積為準。影響因素分解分析中所用到的數據，種植業總產值和農林牧漁業總產值以及農業生產勞動人口等數據均來自2000-2011年甘肅發展年鑒；其中農業勞動人口以第一產業從業人數計；考慮到經濟發展過程中價格變化的因素，將產值以2000年為基期進行價格換算來進行比較分析。

2 甘肅省農業碳排放測算結果及分析

根據式(1)所列出的農業碳排放測算公式及表1碳排放系數值測算出甘肅省2000-2011年各農業投入元素的碳排放值及碳排放總量，見表2。

由表2測算結果顯示，2000年甘肅省農業碳排放總量為108.39×104t，至2011年達到205.89×104t，年平均增長率為6%。從構成看，化肥、農膜以及農藥利用所產生的碳排放是農地利用碳排放的主要來源。隨著農業經濟的發展，各投入要素農藥、農膜、農用柴油、化肥、灌溉、翻耕碳排放都呈現不同幅度的增長，其年均增長率分別為17.7%、7.6%、5.4%、2.8%、1.1%、0.3%。而且，從2000-2011年十二年間各生產要素碳排放量構成份額看，化肥、農膜、農藥、農用柴油、灌溉、翻耕碳排放量占總排放量的比重依次為47.4%、32.16%、9.76%、9.45%、1.2%、0.75%，由此看出，化肥和農膜的使用導致的碳排量占總量的比重高達79.56%，成為農業碳排放量不斷增長的主要因素，其次是農藥和農用柴油，二者所占比重為19.21%，雖所占份額較小，但兩要素年均碳排放增長速度較快，這也從另一個角度說明甘肅省的農業化學化和機械化水平在不斷提高，但由此帶來的碳排放量的增加也不容忽視。

表2 甘肅省2000-2011年農業碳排放量情況

從總量上看，甘肅省農業碳排放呈現一個總體的上升趨勢，但碳排放總量的環比增速可以看出，甘肅省碳排放總量呈現波動上升，具有階段性特點：

由圖1可以看出，總量在平穩上升，但就環比增速來看，卻是波動的，2003、2005、2008、2010年的環比增速是較低的，而2002、2007、2011年增速較快。甘肅省農地利用碳排放的年際變化有較大的波動性，究其原因，一方面，這與我國農業經濟發展過程中存在的問題及國家相關農業扶持政策密切相關，2003年以前，由于農業生產資料價格的上漲，農業生產成本過高，農民負擔加重，從而出現農民棄農務工潮，所以農民對農用生產資料的需求放緩，繼而減緩了農業碳排放增速；2004-2007年，碳排放增速在波動中回升，2007年增速一度達到9.42%，出現這一狀況的原因是2004年中央頒布惠農一號文件，其“兩減免，三補貼”的政策，極大的調動了農民種田積極性，農業開始復蘇，農業生產資料的大量投入使得農業碳排放快速增加；但是在2007年中共十七大強調了節約資源、保護生態環境的重要性，2008年中央一號文件又明確表示要通過降低生產成本實現增收，提高農業生產效益。所以2007-2011年碳排放增長速度雖然在波動上升，但增速明顯放緩。

圖1 2000-2011年甘肅省農業碳排放強度和年均環比增速

另一方面，就甘肅省而言，受地理環境、氣候條件、農產品及農業生產資料價格等市場因素的影響，農業種植結構及其農地投入要素化肥、農藥、農膜的使用以及農業機械化的推進上受外界環境影響較為突出，使得甘肅省農業碳排放的年均增速存在很大的不穩定性。

碳排放強度是指耕種一公頃地所投入的生產要素產生的碳排放量。由圖2所示，2000年甘肅省農地利用碳排放強度為1.40kg/hm2，2011年上升為2.61kg/hm2，10年間總的強度幾乎翻了一番，年均增長速度為5.81%。根據圖2所示，甘肅省農地利用碳排放強度總體還是呈現逐年上升趨勢，但碳排放強度的年均環比增長幅度變化差距較大，增長最快年份環比增速達到13.14%，而有的年份卻呈下降趨勢，2003年環比增速-0.32%，有關研究發現[3]，2008年全國農地利用碳排放強度為2.86kg/hm2，而甘肅省為2.01kg/hm2，農地利用碳排放強度較低是西部落后省份的共同特征。

圖2 2000-2011年甘肅省農業碳排放強度和年均環比增速

綜上結果，從甘肅省農地利用碳排放總量和碳排放強度的總體分析來看，首先，甘肅省農地利用碳排放的變化趨勢與國家宏觀農業政策變動息息相關；其次，甘肅省受客觀自然環境和資源要素稟賦的影響，農業生產當中面臨的不確定因素較多；第三，由于經濟發展條件的落后，農業產業化機械化發展規模限制，甘肅省農業生產依然處于高化學生產要素投入、高污染源排放的粗放式經營狀態，農業生產過程中重視發展農業而忽視環境保護，大量利用化肥、農藥、農膜等要素以提高農業產出，但卻忽視眾要素所帶來的高溫室氣體排放，較為落后的農業發展方式未能從根本上得到改變。

3 甘肅省農地利用碳排放影響因素分解分析

根據影響因素分析方法，選擇對數平均D式指數（Logarithmic Mean Divisia Index,LMDI），依據前文測算的甘肅省農地利用碳排放總量數據以及在相關年鑒上收集到的甘肅省種植業總產值、農林牧漁總產值、農業勞動力人數，最后將影響甘肅省農地利用碳排放的因素定量分解為農業生產效率、農業產業結構、農業經濟水平、農業勞動力規模四個方面，分析結果見表3。

表3 基于LMDI模型的甘肅省農地利用碳排放影響因素分解結果 （單位：104 t）

根據表3及圖3，甘肅省農地利用碳排放影響因素呈現以下特征：

農業生產效率的提高可以有效抑制農業碳排放。以2000年為基期的農業生產資料的效率因素對農地利用碳排放量的影響總體增量減少，該因素抑制了農業碳排放量的增加，2001-2011年生產效率因素的抑制總量達245.83×104t，占農地利用碳排放總量的15.18%；從年份差異看，少數年份該因素在一定程度上導致了農業碳排放量的增加，如2001、2002、2006年，農業生產因素引起的農業碳排放分別增加1.74×104t、3.79×104t和 10.54×104t，而且增量呈現上升趨勢；而其他年份均起到抑制的作用，而且抑制作用力在不斷的增加，2003年減少5.48×104t，2011年減少53.12×104t，抑制總量增加3倍。這說明甘肅省的農資利用效率在不斷提高，而農資利用效率的提高也必將成為甘肅省降低農地利用碳排放需要長期堅持的舉措。

農業產業結構的調整對農地利用碳減排具有明顯的推動作用。以2000年為基期，2001-2011年產業結構因素使農業碳排放量減少72.18×104t，農業產業結構的調整對農業碳排放具有一定的抑制作用。2003-2009年，產業結構因素對農業碳排放起抑制作用，年減少量最大時達到45.27×104t，但是該因素的抑制作用還存在不穩定性，2001、2002、2010、2011年出現了產業結構因素導致碳排放量增加的情況，通過分析發現，出現這一波動的原因與種植業占農林牧漁總產值的份額息息相關，2003-2009年，種植業占農林牧漁總產值的平均比重為66.05%，而2001、2002、2010、2011年所占份額平均比重為71.35%，說明種植業占農林牧漁產值比重的高低嚴重影響著農地利用碳排放量的增減，所以在農業經濟結構調整中必須要合理分配種植業與林業、牧業、漁業的投入規模，在經濟發展過程中不斷優化提升，從而真正實現甘肅省農業產業結構的優化升級，最終實現高產低排放的現代化農業發展模式。

農業經濟水平快速增長是農業碳排放的最重要驅動因素。相比2000年而言，經濟因素導致2001-2011年農地利用碳排放增加量的總量高達715.73×104t，增加量占排放總量的比重高達44.19%。雖然這一要素是最重要的碳增量驅動要素，但是只有農業的快速發展，才能實現農民增收，從而進一步實現社會主義新農村建設，因此，要實現農業經濟增長和農地利用碳減排的脫鉤發展必將是一項艱巨而長期的任務，所以在未來一段時間內，經濟因素仍將是導致甘肅省農地碳排放增量的主導因素。

勞動力因素對農業碳排放的影響較小。甘肅省農業從業勞動力數量的變化對農地利用碳排放的影響程度較小，但總體上還是導致碳排放量增加的要素之一，這一要素的作用力主要是農業從業人員的增加所導致的，農業從業人員的數量年際變化幅度不大，所以該因素的影響作用也比較小，較為穩定。

4 促進甘肅省農業碳減排的對策建議

通過各影響因素分解結果的作用力程度，甘肅省可通過以下措施降低農地利用碳排放量：

第一、樹立低碳農業意識，切實轉變農業發展方式。在發展思路上改變以往只重視量的提升和速度的進步，而忽視綜合效益，一味追求GDP增長、忽視資源和環境的錯誤傾向，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，促進農業經濟與資源環境的全面協調可持續發展。

第二、發揮政府的低碳農業政策扶持力度。從農業投入力度、低碳農業制度創新角度出發，并進一步加大政策導向，建立完整的低碳農業生態補償技術體系，加大補償力度，激勵農民積極參與休耕、免耕以及植樹造林等活動，達到在減少碳源的同時，增加碳匯；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。

第三、依靠低碳農業技術，提高農資利用率。通過LMDI因素分解分析發現，農資利用效率因素對甘肅省農地利用碳排放具有較強的抑制作用，因此，可以因地制宜，不斷研發和推廣節約型的耕作、噴藥、施肥、灌溉等低碳農業技術，并進一步加強低碳農膜的開發與利用，突出農業生態環境保護和節水、節肥、節藥、節地、節能技術和管理模式創新應用，發展有機農業、生態農業，從根本上實現農業生產方式向精準、集約、低排放轉變。

第四、優化農業產業結構，降低農地利用碳排放。在依據自然環境和經濟發展特點的基礎上，一方面，積極調整農業生產結構，適度增加林業漁業產業比重，尤其具有重要碳匯功能的林業；另一方面，在確保糧食安全的前提下，優化種植業品種結構，加大高產抗逆等農作物品種的種植規模，減少化學品投入多、資源消耗大的農作物種植規模，積極培育低碳、高產、高效的優良作物新品種，并加快示范和推廣。

[1]賴力.中國土地利用的碳排放效應研究[D].南京：南京大學土地利用與規劃專業,2010.

[2]謝淑娟.廣東省農業生產能源消費碳排放分析及減排對策[J].安徽農業科學,2012,39(28):17514-17516.

[3]李波,張俊飚,李海鵬.中國農業碳排放的時空特征及影響因素分解研究[J].中國人口·資源與環境,2011,21(8):80-86.

[4]岳立,趙婷.甘肅農業碳足跡動態變化研究[J].北方經濟,2012,11(9):67-69.

[5]宋德勇,盧忠寶.中國碳排放影響因素分解及周期性波動研究[J].中國人口·資源與環境,2009,19(3):18-24.

[6]孫建衛,趙榮欽,黃賢金,等.1995—2005年中國碳排放核算及因素分解實證研究[J].自然資源學報,2010,25(8):1284-1290.

[7]West T O,Marland G.A synthesis of carbon sequestration,carbon missions,andnetcarbon flux inagriculture:comparing tillagepractices in theUnited States[J].Agriculture Ecosystemsand Environment,2002(9):117-232.

[8]李俊杰.民族地區農地利用碳排放測算及影響因素研究[J].中國人口·資源與環境,2012,22(9):42-44.

[9]IPCC,Climate Change2007:The AR4 Synthesis Report.Geneva,Switzerland:IPCC,2007.

[10]伍芬琳,李琳,張海林,等.保護性耕作對農田生態系統凈碳釋放量的影響[J].生態學雜志,2007,26(12):2035-2039.

[11]Dubey A,La1 R.Carbon footprintand sustainability ofagricultural production systems in Punjab,India and Ohio,USA[J].Crop Improvement,2009(23):332-350.

[12]田云,李波,張俊飚.我國農地利用碳排放的階段特征及因素分解研究[J].中國地質大學學報:社會科學版,2011,11(1):59-63.

[13]雷厲,仲云云,袁曉玲.中國區域碳排放的因素分解模型及實證研究[J].當代經濟科學,2011,33(5):59-61.