河南省農業碳排放時空特征及影響因素研究

劉立平

（河南教育學院 地理系，鄭州450046）

近年來全球氣候發生了巨大變化，全球變暖越來越成為共識。由全球變暖所引發的一系列的環境問題也越來越受到重視。導致全球變暖的一個重要的原因就是大量的碳排放。為了緩解全球變暖壓力，必須控制碳的排放量。農業不僅是易受氣候變化影響的產業，也是產生碳排放的碳源。《中華人民共和國氣候變化初始國家信息通報》指出農業溫室氣體排放總量約占到全國排放總量的17%，實現農業的碳減排也越來越受到重視。

目前，國內對農業碳排放變化的研究大多集中在國家層面［1－3］，對不同省份的農業碳排放的研究還存在不足，對于河南省的研究僅有趙榮欽等從碳源／匯的角度分析了河南省農田生態系統的碳排放情況［4］。河南作為一個農業大省，分析和準確把握其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 河南省農業碳排放測算方法及數據來源

1.1 測算方法

農業碳排放是指農業（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。故農業的碳排放主要源于化肥、農業、農膜、農業機械、土地翻耕和灌溉過程中所導致的農業直接或間接的碳排放［1］。

碳排放估算公式為：

其中：E——農業的碳排放總量；Ei——各種碳源的碳排放量；Ti——各碳排放源的量；δi——各碳排放源的碳排放系數。

本文的各碳源的碳排放系數參照李波歸納的農業碳排放系數［1］，分別為化肥0.895 6，農藥4.934 1，農膜5.18，柴油0.5927；翻耕312.6kg／km2，農業灌溉25kg／hm2。由于河南省火力發電占總發電量的比例較高，達到98%以上，故在此本文中未對農業灌溉的碳排放系數再進行調整。

1.2 數據來源

文中所涉及數據均來自各年度河南統計年鑒。化肥、農藥、農膜、柴油數據以當年實際使用量為準；翻耕數據以當年農作物實際播種面積為準；農業灌溉以當年實際灌溉面積為準。由于數據獲得的限制性，文章選取1998—2011年的數據進行時序特征分析。種植業增加值和農林牧漁增加值數據均來自2012年的《河南省統計年鑒》，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，可選擇采用可比價格換算，以1998年作為價格基準年來進行分析對比。

1.3 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）研討會上最先提出的［5］。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：C——碳 排 放 量；E——能 源 消 耗 總 量；GDP——國內生產總值；P——人口總量；CI——能源結構因素；EI——能源效率因素；G——經濟規模因素；P——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：

式中：C——碳排放量；AGRI——種植業增加值；AGR——農林牧副漁增加值；P——農業勞動力規模；EI——農業生產效率因素；AI——農業結構因素；EL——農業經濟發展水平。

鑒于農業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。殘差的存在不能很好地解釋碳排放的變化，為了更好地利用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［6］。

式中：ΔEIt——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他因子未發生變化導致的碳排放量相對于基年的碳排放量變化；ΔAIt——從T－1年到T年僅有農業結構發生變化而EI保持在T年水平條件，并且AGRI保持在基年水平而產生的碳排放量的變化；ΔELt——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；ΔPt——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公式：

事實上，這是一種沒有殘差的分解方法，這可以通過公式（6）、（7）、（8）、（9）來進一步驗證，可以得到：

2 結果與分析

2.1 河南省農業碳排放的時序特征

根據公式（1），計算出1998—2011年的河南省農業碳排放量，詳見表1。

表1 1998－2011年河南省農業碳排放量情況

圖1 1998－2011年河南省農業碳排放總量與年均環比增速

由表1看出，1998年河南省的農業碳排放量為488.9萬t，2011年為828.57萬t，年平均增長率為3.84%。從環比增速情況來看，河南省農業碳排放總量的環比增長率呈現階段性波動態勢（見圖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表現出不同程度的增長，年均遞增率分別為4.12%，5.17%，2.51%，2.41%，0.91%，0.95%。隨著碳排放總量的增加，河南省碳排放的強度也在增加，從1998年的389.04kg／hm2增長到2011年的581.1kg／hm2，年均增長率為2.91%。從環比增速看，河南省農業碳排放強度的環比增長率總體上呈現下降態勢（見圖2）。排放量的增速抑制。第二階段（2002—2008年）為快速增長階段。此階段中2003年、2007年為異常點，主要是由于河南省遭受干旱、凍害、洪澇等災害影響，致使該年度灌溉面積減少，柴油、農藥、化肥的使用量也隨之減少，造成農業碳排放量環比增速出現負值。剔除兩個異常點可發現，此階段的環比增速呈現快速上揚的趨勢，2006年的環比增速達到8.81%。主要原因是在此階段河南省相繼出臺了一些惠農政策，如2004年打造中原糧食生產核心區以保護基本農田，2005年率先在全國取消農業稅，進行農機項目補助。這些措施刺激了農民的積極性，農業生產活動水平的恢復提高導致農業碳排放量的快速增加。第三階段（2009—2011年）為增速下降階段。政府通過政策引導，強調資源節約、生態環境保護的重要性，通過降低生產成本實現增收，推進節約農業，提高了農業資料的使用率以及秸稈、生產廢棄物的再利用率。這些措施對農業的碳排放起到了抑制作用。隨著農業生產低碳化的推進，河南省農業的碳排放增速會繼續放緩。

1998—2011年間河南省農業碳排放量波動趨勢可分為三個階段：第一階段（1998—2001年）為增速放緩階段。此階段中，碳排放量總量從1998年的488.9萬t增長到2001年的559.11萬t，但是年環比增速卻呈現出下降趨勢，從4.67%下降到3.59%。該時期內由于三農問題的壓力，造成一部分從業人員棄農務工，且對農業資料的需求放緩，從而對農業碳

圖2 河南省農業碳排放強度及年均環比增速

2.2 河南省農業碳排放的空間特征

（1）總量特征。從2011年河南省各市農業碳排放總量看，排放量較高的為南陽、周口、駐馬店、信陽、新鄉，5市的排放總量約占到全省農業碳排放總量的50%。而濟源、鶴壁、三門峽，三市的碳排放量僅占到全省排放量的3.4%。從排序結果看，碳排放總量較大的市不僅耕地面積大，而且其農業在區域經濟中占據的比重也較高（表2）。

表2 2011年河南省各市農業的碳排放情況

（2）碳排放強度特征。由于剔除了農業生產規模的影響，農業碳排放強度比碳排放總量更能反映各市的碳排放情況。碳排放強度較高的市有濟源、新鄉、平頂山、鄭州、安陽，碳排放強度均超過了1 110 kg／hm2。碳排放強度較低的市有洛陽、駐馬店，碳排放強度均不超過760kg／hm2。通過對比發現，碳排放強度較高的區域大多為經濟條件較好、地勢相對平坦的區域，這有利于各種農業資料的投入使用，尤其是大型農業機械的使用。如濟源，雖然其耕地面積少，農業生產規模小，但其碳排放強度卻高居全省之首，說明其依然有比較高的化肥、農藥等農業資料的投入。而碳排放強度較低的區域大多位于經濟發展相對落后，多山地的區域。如洛陽，雖然洛陽的經濟發展在省內居于前列，但由于洛陽所轄區域地形較為復雜，山地、丘陵多，平原少，不利于農業機械等農業資料的廣泛使用，所以碳排放強度較低。

2.3 河南省農業碳排放影響因素分析

通過總貢獻量分析看，農業生產效率因素、農業結構因素、勞動力規模因素在一定程度上抑制了農業碳排放的總量，但是作用有限（表3）。

農業生產效率因素對河南省農業碳減排總貢獻量達46.36萬t，貢獻率達13.63%。說明近年來河南省農業生產資料的使用效率得到提高，但是由于受到農業生產方式整體較為落后的大環境影響，總體上還處于低位增長的態勢。所以雖然農業生產的效率提高在一定程度上促進了河南省農業的碳減排，但是作用有限。

農業結構因素對于河南省農業碳減排的總貢獻量達34.75萬t，貢獻率為10.23%。農業結構因素的變化說明河南省種植業在河南省農業中的比重在逐漸降低，而農業的碳排放主要來源于種植業，種植業比重的下降也促進了河南省農業的碳減排。但是由于河南省農業產業結構變化幅度較小，故農業結構因素對河南省農業減排的作用亦是有限。

勞動力規模因素對于河南省農業碳減排總貢獻量達86.65萬t，貢獻率為25.51%，在影響河南省農業碳排放的4個因素中對抑制碳排放貢獻最大。說明由于農業勞動力向非農產業的轉移，提高了農業的生產效率和實現規模經營，進而促進了河南省農業碳減排。

通過分析發現，農業經濟發展成為了河南省農業碳排放增加的最主要因素。1998—2011年相比基期，規模因素累計產生了507.42萬t的碳排放增量，貢獻率達149.39%。說明河南省的農業發展主要是依靠資源的投入。尤其是在2003年后由于農業經濟發展產生的碳排放增量快速增加，這主要是由于在2003年后河南省一些惠農政策的實施，刺激了農民種田的積極性，使全省的農業發展水平得到了快速提高。但是這種以資源投入所帶來的發展水平提高也促進了碳排量的升高。

3 討論與結論

3.1 提高農業生產效率，降低碳排放強度

河南省農業發展普遍存在著農業資料利用水平偏低的情況。河南省平均化肥施用量為517.5kg／hm2［7］，遠高于全國的平均水平319.5kg／hm2［7］。而我國的主要糧食作物肥料利用率水平也低于國際水平。農業機械利用效率方面河南也低于全國平均水平。河南農機利用效率水平為2.88kW／萬元［8］，全國的農機平均利用效率為2.51kW／萬元［9］。鑒于此，河南省通過提高農業生產效率來降低農業碳排放還有較大的空間。河南省可通過農業科技的普及，通過政策傾斜等措施引導農民進行科學種田，提高農業的生產效率，進而實現農業的碳減排。

3.2 優化農業產業結構，從源頭控制碳排放

當前，河南省農業產業結構仍以種植業為主，牧、漁、林業發展水平相對滯后，尤其是漁業、林業水平更低。因此，河南省農業在今后發展中應在確保糧食安全的情況下減少種植業比重，適當向其他產業擴展。而在產業內部，也應進一步優化種植業結構，減少高投入、高消耗的農作物的種植，增加高產、抗逆農作物品種種植，從碳排放的源頭減少碳的排放。

3.3 擴寬就業渠道，實現農業勞動力的轉移

河南省是人口大省，擁有豐富的勞動力資源，并且農業勞動力資源所占的比重較大。但是河南省勞動力的生產效率卻低于全國平均水平，全國勞動力平均糧食產量為2 147.9kg／人［9］，河南省的勞動力平均糧食產量為2 075.8g／人［9］。可見，豐富的勞動力資源并沒有促進河南省農業發展的發展水平。由于農業勞動力的轉移可以間接促進農業生產效率的提高，和相應農業資料投入的減少，客觀上對農業碳減排起到了抑制作用，所以，河南省可通過擴寬就業渠道，實現農業富余勞動力的轉移，來減少農業碳排放的總量。

3.4 樹立低碳意識，轉變農業發展方式

通過加強宣傳，使廣大農民和農業從業者充分認識到氣候變化問題的復雜性和長期性，農業發展不僅是受到氣候條件和氣候變化的影響，而且農業的發展也會對氣候變化產生影響，樹立低碳發展的意識。

現有的農業發展方式為粗曠的高投入、高產出的模式，對農資資料具有高依賴性。按現有發展方式繼續發展的話，將會形成農業發展水平越高，碳排放量越高的惡性循環。因此，要實現河南省農業的低碳發展必須要轉變農業發展方式。將傳統的“重投入、輕效率，重規模，輕效益”的片面追求產量增長和經濟效益的傳統發展模式摒棄，實現農業投入重視效能，農業發展注重經濟、社會、環境綜合效益的新的發展模式，只有這樣才能真正實現河南省農業的碳減排。

3.5 增加低碳農業投入，實施政策引導

根據河南省農業發展的現狀，要想推進低碳農業的發展，必須走“自上而下”道路。先由政府在宏觀層面給出發展方向，加以政策的引導，然后才能實現微觀層面的操作。如農業機械的使用，現有的情況是農村各家各戶小型農業機械一應俱全，但是利用效率偏低。這既造成了資源的浪費，也提高了總體的能耗，會導致碳排放量的增加。要想提高利用效率，必須實現規模化經營。所以政府有關部門可通過對農民購買小型農機具進行指導，發揮農村合作組織的作用，通過發展資金補貼等形式，鼓勵以村組為單位或農戶聯合購買使用，從而達到減少能耗，提高利用效率，實現農業的碳減排目標。

［1］ 李波等，張俊飆，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.

［2］ 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.

［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（3）：336-342.

［4］ 趙榮欽，劉英，丁明磊，等.河南省農田生態系統碳源／匯研究［J］.河南農業科學，2010（7）：40-44.

［5］ Yoichi Kaya.Impact of carbon dioxide emission on GNP growth：interpretation of proposed scenarios［C］.Paris：Presentation to the energy and industry subgroup，response strategies working group，IPCC，1989.

［6］ 馮相昭，鄒驥.中國CO2排放趨勢的經濟分析［J］.中國人口·資源環境，2008，18（13）：43-47.

［7］ 中華人民共和國農業部.《中國農業統計資料2000》［M］.北京：中國農業出版社，2001.

［8］ 中華人民共和國農業部.《中國農業統計資料2010》［M］.北京：中國農業出版社，2011.

［9］ 中華人民共和國國家統計局.《中國發展報告2013》［M］.北京：中國統計出版社，2013.