2005—2011年寶雞地區種植業生產過程中碳排放時空格局

李團勝，鄭亞云（等）

摘要：從化肥、農膜、農藥和農業機械的使用4個方面對寶雞各縣（區）2005-2011年種植業生產過程中碳排放量以及碳排放強度進行了估算，修正了碳排放強度計算方法。結果表明，寶雞地區種植業生產過程中碳排放量總體是增加的，7年間增加了32.08%，年均增長4.58%。2006年碳排放量最少，為173 436.71 t；2011年碳排放量最多，為233 109.78 t。碳排放強度在0.367～0.555 t/hm2之間，7年間增長了50.33%，年均增長7.19%。化肥碳排放占到總排放量的84%以上。從各縣（區）來看，隴縣碳排放量最高，每年都在60 000 t以上；陳倉、鳳翔、岐山、扶風和眉縣的碳排放量在20 000～50 000 t之間，渭濱、金臺、千陽、麟游、鳳縣和太白碳排放量在15 000 t以下。太白縣碳排放量最小，每年都在4 600 t以下。碳排放強度以隴縣最高，每年都在1.0 t/hm2以上；太白縣碳排放強度最小，每年都在0.36 t/hm2以下。

關鍵詞：碳排放；種植業；時空格局；寶雞

中圖分類號：X825 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）07-1546-05

The Spatio-temporal Patterns of Carbon Emissions in the Process of Crop Plantation in Baoji Region from 2005 to 2011

LI Tuan-sheng， ZHENG Ya-yun， WANG Han， CHEN Guo-hua， MA Chao-qun， YAO Hua-rong，

WANG Xiao-feng

（College of Earth Science and Resources， Changan University， Xian 710054， China）

Abstract： The carbon emissions and its intensities in the process of crop plantation in Baoji region during the period 2005 to 2011 were calculated from utilization of chemical fertilizer， agricultural plastic films， pesticide and agricultural machinery. The calculation method of carbon emission intensity was revised. The carbon emissions and its intensities were increased on the whole. The carbon emissions increased by 32.08% in the 7 years，with an average annual increase by 4.58%. The carbon emission in 2006 was 173 436.71t， being the minimum. The carbon emission in 2011 was 233 109.78 t， being the maximum. The carbon emission intensities were from 0.367 to 0.555， increased by 50.333% in the 7 years with an average annual increase of 7.19%. The carbon emission from the utilization of chemical fertilizer was more than 84%. The second was the carbon emission from the utilization of agricultural plastic films， the third was that from the utilization of pesticide. The carbon emission from the utilization of agricultural machinery was the minimum. The carbon emission of Longxian County was the maximum， with more than 60 000 t every year. The carbon emissions of Chencang district， Fengxiang County， Qishan County， Fufeng County were and Meixian County were 20 000 to 50 000 t every year. Those of Weibin District， Jintai District， Qianyang County， Linyou County， Fengxian County and Taibai County were less than 15 000 t every year. Those of Taibai County were less than 4 600 t every year， being the minimum. The carbon emission intensities of Longxian County were more than 1.0 every year， being the maximum. Those of Taibai County were less than 0.36 every year， being the minimum.

Key words： carbon emission； crop plantation； spatio-temporal patterns； Baoji

二氧化碳排放引發的溫室效應是當前全球關注的重要問題，聯合國政府間氣候框架組織（IPCC）的研究結果表明，人類生產生活所產生的溫室氣體排放是導致全球變暖的主要原因。因此碳排放研究成為學術界的一個研究熱點。目前碳排放研究主要集中在4個方面[1]，即碳排放量的測算及其碳排放因素分解模型實證分析；碳排放與產業發展、能源演變的關系；基于特定生態系統的碳儲量研究以及區域碳排放研究。中國已成為世界溫室氣體排放第一大國[2]，農業在中國是一個基礎性產業，改革開放后，農業生產條件得到很大改善，但農藥、農膜、化肥等的使用量大大增加，農業部門的碳排放占到總排放量的3.07%[2]，因此，研究農業碳排放具有重要意義。目前關于農業碳排放的研究主要集中在兩個方面，農業生產產生的碳排放量的核算以及農業碳排放的影響因素[3]。前者如Safa等[4]對新西蘭Canterbury地區的小麥生產中的碳排放量的核算，Dyer等[5]對加拿大地區層面的玉米生產中碳排放量的估算。何婷婷等[6]對安徽省農業碳排放的估算，田云等[7，8]基于投入角度對湖北農業碳排放的估算以及我國糧食主產區農業碳排放強度的估算。后者如李波等[9]與田云等[7]對我國農業碳排放的時空特征及影響因素分解等。目前我國無農業碳排放客觀的觀測數據，因此，國內的現有碳排放量研究多采用估算方法[3]，從目前的研究來看，對農業碳排放量的估算也不盡相同，有的是基于化肥、農藥、塑料薄膜的投入來估算，有的是基于農業生產中能源消耗與投入來估算，有的甚至把秸稈焚燒也納入核算。除此之外，農業碳排放研究存在一定缺憾，多數基于國家層面，基于地區層面較少[3]。基于縣級層面就更少，同時對農業碳排放的地區差異或縣域差異的研究略顯不足，還有國內關于農業（主要是種植業）碳排放的估算中，對碳排放源的確定不盡相同，有的把生產后的秸稈焚燒也納入其中，有的重復計算排放源導致估算值偏大。如農業機械投入中就包括柴油機動力、汽油機動力及電動機動力以及其他動力，而有的研究除了把機械投入計算外，還計算柴油、汽油的碳排放以及（或者）灌溉的碳排放。究其原因是沒有分清哪個環節的碳排放，沒有弄清楚農業（種植業）的投入項目。本研究基于投入角度，對寶雞地區2005-2011年各縣區種植業生產過程中碳排放量進行核算，分析其時空格局。

1 研究區域概況

寶雞市位于陜西省關中西部，東與咸陽接壤，南與漢中毗鄰，西北與甘肅的天水和平涼相連。地理位置位于東經106°18′-108°03′、北緯33°35′-35°06′之間，全市南北長160.6 km，東西寬156.6 km。區內山地、丘陵、河谷、平原等地貌類型兼有，地形起伏很大，秦嶺主峰太白山海拔3 767 m，是區內最高點。南、西、北三面環山，中部低平且向東擴展，南部秦嶺山地，除太白山頂部為高山地貌外，多屬中山地貌；西部為隴山山脈，屬中、低山山地；北部千山山脈及其以北的黃土丘陵殘塬地貌，多屬低山丘陵。中間為渭河谷地及渭北臺塬，總的來說山地占的面積最大，山地與丘陵約占全市面積的4/5。氣候屬于大陸性季風氣候，四季分明，雨熱同季。河谷平原及低山丘陵區域屬暖溫帶半濕潤氣候，山地氣候垂直差異懸殊。全市轄9縣3區，土地總面積18 172 km2，其中耕地36.437萬 hm2。2011年農作物播種面積為420 388 hm2。

2 研究方法

數據來源于寶雞市2006-2012年統計年鑒，其數據為2005-2011年的數據。種植業生產過程中的投入主要有4個方面，化肥、農藥、農膜以及農業機械。因此，本研究從化肥、農藥、農膜、農業機械4個方面來核算寶雞地區種植業生產過程中的碳排放量。具體計算公式[1，6-11]為：E=■ei=■（Tiδi）。其中，E為種植業碳排放總量，ei為投入類型i的碳排放量，Ti為第i種碳源的使用量，δi為第i種碳源的碳排放系數。從投入角度考慮，種植業中的碳排放源主要有農藥、化肥、農膜、以及農業機械的使用4部分。其中農藥使用的碳排放系數為4.934 1 kgC/kg[3，6，8-10]，化肥使用碳排放系數為0.895 6 kgC/kg[3，6，8，9，11]，農膜使用碳排放系數為5.18 kgC/kg[3，6，8，9]。農業機械使用和操作過程中帶來的碳排放為[6，12]： Em=AmB+WmC。其中，Em為農業機械使用中的碳排放，Am為農作物種植面積，Wm為農業機械總動力，B、C為轉化系數，B=16.47 kgC/hm2， C=0.18 kgC/kw。碳排放強度是用碳排放總量除以農作物播種面積，表示播種單位面積的農作物所排放的碳量，而不是目前一般文獻中用單位面積的耕地所排放的碳量來表示。

3 結果與分析

3.1 碳排放總量及時間變化

由表1可知，寶雞地區種植業生產過程中由于投入產生的碳排放總量2006年最少，為173 436.71 t；2011年最多，為233 109.78 t。2005年至2011年，碳排放總量增加了32.08%，年均增長4.58%。但也不是一直在增加，2006年與2005年相比有所減少，然后到2007年又增加了。而2008年又比2007年減少了，但與2005年和2006年相比是增加了，此后一直呈現增加趨勢。從碳源來看，化肥的使用在碳排放中占主導地位，均占到總排放量的84%以上，最高的2011年占到碳排放總量的90.39%。其次是農膜，各年都位于第二，多數年份農業機械使用排放的碳量位居第三，只有2009年農業機械使用排放的碳量低于農藥使用排放的碳量。除2009年外，農藥使用排放的碳量占碳排放總量最少，可見寶雞地區種植業生產過程中碳的排放主要來源于化肥的使用。從各類碳源的時間變化來看，化肥的碳排放在2005-2009年間呈波動性，2009-2011年一直持續增加；農膜使用排放的碳量2005-2008年間呈波動性，2008年后一直降低；農藥使用排放的碳量在2005-2008年間呈波動性，2009年后一直降低。農業機械使用排放的碳從2008年后一直降低。

從碳排放強度（圖1）來看，總排放強度在0.367～0.555 t/hm2之間，從2005-2011年，碳排放強度增長了50.33%，年均增長7.19%。總排放強度的趨勢與化肥排放強度的趨勢完全一致，主要是因為各年化肥碳排放占到了總排放的84%以上，也就是說寶雞地區種植業中的碳排放主要是由化肥的碳排放決定的。農業機械使用的碳排放強度基本沒有變化，約維持在0.017 t/hm2，農膜使用的碳排放強度在2007年達到最大，達到0.030 t/hm2，隨后逐漸降低。農藥使用的碳排放強度在2005-2008年間逐漸遞增，2009年突然增大，后又降低。

3.2 碳排放的空間格局

2005-2011年期間各縣（區）碳排放總量見圖2。根據碳排放量，可以把這12個縣（區）分為3組，第一組只有隴縣，隴縣各年的碳排放量都最大，大于60 000 t，第二組的縣（區）有陳倉、鳳翔、岐山、扶風和眉縣，碳排放量在20 000～50 000 t之間，第三組的縣（區）有渭濱、金臺、千陽、麟游、鳳縣和太白，其碳排放量在15 000 t以下。渭濱區在2007年是個例外，這年其碳排放量在30 000 t以上，主要是這年渭濱區的化肥使用量和農膜使用量比其他年份大得多，可能是這年統計數據異常所致，尤其是化肥使用量比其他年份高很多，除2007年外，2005年化肥使用量是最多的，而渭濱區2007年的化肥使用量是2005年的7.17倍，而2007年的農作物播種面積比2005年還少了1 186 hm2，因此，估計是2007年統計數據，尤其是化肥使用量數據出了問題，是一個異常情況。隴縣不僅耕地面積大，而且坡地多，農業生產主要依賴于化肥投入，隴縣在化肥使用量（折純量）最少的2005年也達到56 289.36 t，最多的2011年達到99 981.2 t。而鳳翔縣耕地面積和隴縣差不多，而坡地面積遠小于隴縣，其化肥使用量（折純量）最多的2011年才是4 249 t，比隴縣使用化肥最少年份的使用量還少。陳倉區耕地面積比隴縣還多，但由于陳倉區大部分耕地位于渭河平原以及渭北黃土塬，水肥條件比較好，因此化肥使用量也少，最多的2011年化肥使用量（折純量）才為30 077 t，除此而外，隴縣化肥的碳排放更是占到碳排放總量的90%以上（表2），所以隴縣的碳排放量是最大的。第二組縣（區）雖然都為寶雞地區主要的農業縣，也是產糧大縣，農作物播種面積較大，比隴縣農作物播種面積大，雖然化肥使用依然是碳排放的主要來源，但由于所處的自然條件好，水、土壤肥力條件等比較好，其化肥投入相比隴縣而言降低很多，因此碳排放量就低很多。第三組的鳳縣、太白主要位于秦嶺山區，耕地少，加之農作物熟制為一年一熟，因而農作物播種面積小，鳳縣的農作物播種面積在14 093 hm2～14 439 hm2之間，太白農作物播種面積在10 678 hm2～13 257 hm2之間，因此碳排放總量比較少。千陽縣和麟游縣耕地面積比太白和鳳縣大，農作物播種面積24 000 hm2～28 000 hm2，因而其碳排放也比太白和鳳縣高。從碳排放強度來看，也是以隴縣最高，各年都在1.0 t/hm2以上，2011年達最高，為2.21 t/hm2。其次是眉縣，在0.60～1.27 t/hm2之間，再次是扶風縣，碳排放強度多數年份約在0.5 t/hm2～1.0 t/hm2之間，最大為0.983 t/hm2，碳排放強度最小的年份是2006年，其值為0.48 t/hm2。其它縣（區），除渭濱區外，碳排放強度各年都小于0.50 t/hm2，渭濱區碳排放強度在2007年達到了3.29 t/hm2，估計這年的統計數據，尤其是化肥使用量的數據有異常所致，2011年為0.52 t/hm2，其余年份都小于0.50 t/hm2。太白縣的碳排放強度最小，各年的碳排放強度都小于0.36 t/hm2，最小為2005年的0.07 t/hm2，最大為2010年的0.355 t/hm2（圖3）。

4 小結與討論

1）就碳排放而言，種植業生產過程中的投入主要有4個方面：化肥、農膜、農藥和農業機械。

2）從2005年到2011年，整個寶雞地區種植業生產過程中，基于投入的碳排放總量介于173 436.71～233 109.78 t之間，7年間碳排放總量增長了32.08%，年均增長4.58%。碳排放強度7年間增長了50.33%，年均增長7.19%。

3）化肥的使用是碳排放的主要來源，占到碳排放總量的84%以上，其他依次是農膜、農業機械和農藥的使用。

4）寶雞地區種植業生產過程中基于投入的碳排放以隴縣最大，碳排放各年都在60 000 t以上，其次是陳倉、鳳翔、岐山、扶風和眉縣，碳排放在20 000～50 000 t之間，碳排放比較少的有渭濱、金臺、千陽、麟游、鳳縣和太白縣，在15 000 t以下。碳排放強度以隴縣最大，眉縣和扶風縣較大，太白縣最小。

5）計算農業碳排放要分清楚哪個環節的碳排放，在基于投入的碳排放計算中，也要搞清楚投入項目，既不要重復計算投入項目，也不要遺漏投入項目，以免多算或少算。

6）目前文獻中在計算種植業碳排放強度時，用單位面積的耕地上排放的碳量作為計算的依據，本研究認為，用農作物播種面積更好，即碳排放強度用單位農作物播種面積上的碳排放總量作為碳排放強度。因為投入是針對農作物而言的，在其他條件相同的情況下，農作物播種面積的多少直接決定了投入的多少。農作物播種面積的多少，不僅與耕地面積有關，而且與農作物熟制有關，如果兩個縣耕地面積相同，如果農作物熟制不同，則決定了其農作物播種面積的不同，如在其他條件相同的情況下，一年兩熟的地區農作物的播種面積就要比相同耕地面積的一年一熟地區的農作物播種面積大，因而需要的投入也就大。因此用單位農作物播種面積上碳排放量作為碳排放強度更科學，更方便于進行不同縣（區）的比較。

參考文獻：

[1] 張秀梅，李升峰，黃賢金，等.江蘇省1996年至2007年碳排放效應及時空格局分析[J].資源科學，2010，32（4）：768-775.

[2] 劉 慧，樊 杰，GIROIR G.中國碳排放態勢與綠色經濟展望[J].中國人口·資源與環境，2011，12（3）：151-154.

[3] 楊 鈞.中國農業碳排放的地區差異和影響因素分析[J].河南農業大學學報，2012，46（6）：336-342.

[4] SAFA M，SAMARASINGHE S. CO2 emissions from farm inputs “Case study of wheat production in Canterbury New Zealand”[J].Environmental Pollution，2012（171）：126-132.

[5] DYER J A，KULSHRESHTHA S N，MCCONKEY B G. An assessment of fossil fuel energy use and CO2 emissions from farm field operations using a regional level crop and land use database for Canada[J]. Energy，2010（3）：2261-2269.

[6] 何婷婷，張麗瓊.安徽省農業碳排放現狀及低碳農業發展路徑探討[J].安徽農業大學學報（社會科學版），2012，21（5）：30-34.

[7] 田 云，張俊飚，李 波.基于投入角度的農業碳排放時空特征及因素分解研究——以湖北省為例[J].農業現代化研究，2011，32（6）：752-755.

[8] 田 云，張俊飚，李 波.中國農業碳排放研究：測算、時空比較及脫鉤效應[J].資源科學，2012，34（11）：2097-2105.

[9] 李 波，張俊飚，李海鵬.中國農業碳排放時空特征及影響因素分解[J].中國人口資源與環境，2011，21（8）：80-86.

[10] 李 波.經濟增長與農業碳排放關系的實證研究[J].生態環境學報，2012，21（2）：220-224.

[11] 李 波，張俊飚，李海鵬.中國農業碳排放與經濟發展的實證研究[J].干旱區資源與環境，2011，25（12）：8-13.

[12] 馬 濤.上海農業碳源碳匯現狀評估及增加碳匯潛力分析[J].農業環境與發展，2011（5）：38-41.

[1] 張秀梅，李升峰，黃賢金，等.江蘇省1996年至2007年碳排放效應及時空格局分析[J].資源科學，2010，32（4）：768-775.

[2] 劉 慧，樊 杰，GIROIR G.中國碳排放態勢與綠色經濟展望[J].中國人口·資源與環境，2011，12（3）：151-154.

[3] 楊 鈞.中國農業碳排放的地區差異和影響因素分析[J].河南農業大學學報，2012，46（6）：336-342.

[4] SAFA M，SAMARASINGHE S. CO2 emissions from farm inputs “Case study of wheat production in Canterbury New Zealand”[J].Environmental Pollution，2012（171）：126-132.

[5] DYER J A，KULSHRESHTHA S N，MCCONKEY B G. An assessment of fossil fuel energy use and CO2 emissions from farm field operations using a regional level crop and land use database for Canada[J]. Energy，2010（3）：2261-2269.

[6] 何婷婷，張麗瓊.安徽省農業碳排放現狀及低碳農業發展路徑探討[J].安徽農業大學學報（社會科學版），2012，21（5）：30-34.

[7] 田 云，張俊飚，李 波.基于投入角度的農業碳排放時空特征及因素分解研究——以湖北省為例[J].農業現代化研究，2011，32（6）：752-755.

[8] 田 云，張俊飚，李 波.中國農業碳排放研究：測算、時空比較及脫鉤效應[J].資源科學，2012，34（11）：2097-2105.

[9] 李 波，張俊飚，李海鵬.中國農業碳排放時空特征及影響因素分解[J].中國人口資源與環境，2011，21（8）：80-86.

[10] 李 波.經濟增長與農業碳排放關系的實證研究[J].生態環境學報，2012，21（2）：220-224.

[11] 李 波，張俊飚，李海鵬.中國農業碳排放與經濟發展的實證研究[J].干旱區資源與環境，2011，25（12）：8-13.

[12] 馬 濤.上海農業碳源碳匯現狀評估及增加碳匯潛力分析[J].農業環境與發展，2011（5）：38-41.

[1] 張秀梅，李升峰，黃賢金，等.江蘇省1996年至2007年碳排放效應及時空格局分析[J].資源科學，2010，32（4）：768-775.

[2] 劉 慧，樊 杰，GIROIR G.中國碳排放態勢與綠色經濟展望[J].中國人口·資源與環境，2011，12（3）：151-154.

[3] 楊 鈞.中國農業碳排放的地區差異和影響因素分析[J].河南農業大學學報，2012，46（6）：336-342.

[4] SAFA M，SAMARASINGHE S. CO2 emissions from farm inputs “Case study of wheat production in Canterbury New Zealand”[J].Environmental Pollution，2012（171）：126-132.

[5] DYER J A，KULSHRESHTHA S N，MCCONKEY B G. An assessment of fossil fuel energy use and CO2 emissions from farm field operations using a regional level crop and land use database for Canada[J]. Energy，2010（3）：2261-2269.

[6] 何婷婷，張麗瓊.安徽省農業碳排放現狀及低碳農業發展路徑探討[J].安徽農業大學學報（社會科學版），2012，21（5）：30-34.

[7] 田 云，張俊飚，李 波.基于投入角度的農業碳排放時空特征及因素分解研究——以湖北省為例[J].農業現代化研究，2011，32（6）：752-755.

[8] 田 云，張俊飚，李 波.中國農業碳排放研究：測算、時空比較及脫鉤效應[J].資源科學，2012，34（11）：2097-2105.

[9] 李 波，張俊飚，李海鵬.中國農業碳排放時空特征及影響因素分解[J].中國人口資源與環境，2011，21（8）：80-86.

[10] 李 波.經濟增長與農業碳排放關系的實證研究[J].生態環境學報，2012，21（2）：220-224.

[11] 李 波，張俊飚，李海鵬.中國農業碳排放與經濟發展的實證研究[J].干旱區資源與環境，2011，25（12）：8-13.

[12] 馬 濤.上海農業碳源碳匯現狀評估及增加碳匯潛力分析[J].農業環境與發展，2011（5）：38-41.