基于LMDI模型的中部六省農田生態系統碳足跡研究

于洋

（安徽農業大學，安徽 合肥 230036）

基于LMDI模型的中部六省農田生態系統碳足跡研究

于洋

（安徽農業大學，安徽 合肥 230036）

運用中部六省1998-2011年農田生產資料投入和農作物產量等統計數據估算了中部地區農田生態系統碳足跡，構建基于農資效率、農業結構和碳足跡恒等式，采用對數均值分解法（LMDI）分解碳足跡的影響因素，結果表明:碳足跡總量呈增長趨勢，農田生態系統碳庫能力有縮小的趨勢；農業規模的增長是碳足跡持續增加的主要因素，農業生產資料利用率的提高是抑制碳足跡最關鍵的因素，農業結構的優化在一定程度上抑制了碳足跡，但效果不夠顯著.

LMDI模型；農田生態系統；碳足跡；中部六省

隨著環境問題的日益突出，碳足跡作為人類活動對環境影響和壓力程度的衡量，成為學術界研究熱點之一.碳足跡的概念衍生于生態足跡，是指消納碳排放所需要的生產性土地的面積[1,2].目前碳足跡的研究主要涉及碳足跡的內涵、估算方法、不同視角和領域的分析、與經濟因素的關系以及改進措施.現有碳足跡的研究在產業部門方面主要集中于工業、建筑業、交通等能源消費密集行業，在為數不多的農田生態碳足跡而將農業或農田系統作為一個整體進行全過程碳足跡核算尚不多見，而且在對農田生態系統碳足跡分析中大都從碳足跡核算、特征分析、區域及其區域間橫縱向比較并提出相關政策[3]，而對作為中國糧食主產區的中部地區及其農田生態系統碳足跡影響因素的研究鮮見報道[4,5].中部地區業是國家糧食主產區和現代農業基地，開展中部地區農田生態系統的碳足跡及其影響因素分析，對于發展低碳農業，促進農業可持續發展有重要的理論和現實意義.

1 農田生態系統碳足跡評價方法

本文在生態足跡概念的基礎上，把農田生態系統碳足跡定義為：消納碳排放所要求的可生產性土地面積[6].農田生態系統的碳足跡估算方法如下:

CEF表示農田生態系統的碳足跡；NEP表示作物固碳潛力；Ct表示作物對碳的吸收量；S為耕地面積.將估算出的農田生態系統碳足跡與區域生態承載力（耕地面積）進行對比，超過了區域生態承載力，就會出現碳生態赤字；反之，則出現生態盈余.

CED為碳生態赤字；CER為碳生態盈余；CEC為生態承載力，即耕地面積.

2 中部六省地區農田生態系統碳足跡及其特征分析

根據給出的公式及各地區的農業統計數據對全區農田生態系統碳足跡進行計算，中部六省農田生態系統碳足跡總體呈不斷增加的趨勢，從中部地區整體來看，由1998年中部地區農田生態系統碳足跡2.93×106公頃增長到2011年的3.45×106公頃，增長了18.00%，增長速度較快.

從各地區來看，2011年中部六省中，河南的碳足跡最大，為1.01×106公頃，占總碳足跡的29.29%；其次是湖北6.23×105公頃、安徽5.80× 105公頃、山西5.18×105公頃，江西2.74×105公頃最小.從總體趨勢看，江西、湖南、湖北、河南、山西、安徽的2011年碳足跡分比1998年增長-0.03× 104公頃、17.63×104公頃、14.82×104公頃、25.71×104公頃、21.06×104公頃和0.98×104公頃.其中河南增長最快，從1998年的75.6×104公頃增長到2011年的101.31×104；

就單位耕地面積碳足跡來看，中部六省農田生態系統單位耕地面積碳足跡呈不斷增加的趨勢，從1998年的0.12公頃/公頃上升到2011年的0.14公頃/公頃，復合增長率為1.09%.單位面積碳足跡增加說明隨著化肥等大量化石能源的使用，消納碳排放所要求的可生產性土地面積增加，碳庫有減小的趨勢.中部六省農田生態系統單位耕地面積碳足跡均呈波動上升的趨勢.其中湖北和山西兩省農田生態系統碳單位耕地面積碳足跡波動幅度較大.湖北農田生態系統單位耕地面積碳足跡在1999年(0.12公頃/公頃)有所下降后，迅速增加到2003年的0.20公頃/公頃，2004年之后碳足跡在0.18公頃/公頃上下波動.山西農田生態系統單位耕地面積碳足跡從1998年的0.11公頃/公頃迅速增加并在2001達最高值0.18公頃/公頃后，出現下降趨勢，在2004年下降為0.12公頃/公頃，之后增加到2009年的0.15公頃/公頃，又出現下降趨勢，2011年為0.13公頃/公頃.

3 中部六省農田生態系統碳足跡影響因素分解

本文研究的是農田生態系統碳足跡的影響因素分析，對該恒等式進行變形，主要考慮農業規模因素和農業生產效率及農業結構因素，暫不考慮人口因素，及具體公式為：

其中CEF、AGRI、A分別表示碳足跡、農林牧漁業總產值和農業生產總值；IC、AGRI、IA、分別為農業生產資料效率因素、農業規模因素、農業結構因素.對上述公式所示模型，設1998年為基期碳足跡為CEF0，T期為CEFt采用LMDI加和分解，根據上述模型及搜集到的中部六省相關數據，結合估算的碳足跡，得出中部六省農田生態系統碳足跡影響因素分解的結果見表.根據上述模型及獲取的數據，結合前文測算的碳足跡，利用LMDI法對中部六省農田碳足跡影響因素進行分解，得出中部地區農業碳排放驅動分析結果如表:

表3-1 基于Kaya恒等式的農業碳足跡影響因素分解結果

4 研究結論

本文在對碳足跡時空衍化特征進行分析后，利用LMDI指數分解法對中部地區農田生態系統碳足跡從農資效率、農業結構、農業規模三個因素進行分解.經過實證分析，得出以下結論：

首先，農用生產資料使用效率提高是碳足跡減少的最主要因素.與1998年相比，1999-2011年效率因素累積實現了1026.09×106公頃碳足跡減少.效率因素引起的碳足跡減少呈增長趨勢，階段性特征明顯.中部地區農業生產方式整體較為落后，近年來隨著機械使用、技術改進等生產資料效率的提高，極大促進了中部地區農地利用碳減排.

其次，農業結構的逐步優化在一定程度上減少了碳足跡.與1998年相比，1999-2011年農業結構因素累積實現了149.00×106公頃碳足跡減少.中部地區自古以來就是國家重要農副產品主產區，農業地位突出，現在是國家商品糧生產基地和現代農業示范區，承擔著保障國家糧食供給安全的重任，導致中部地區農業結構一直以種植業為主導，種植業占農業的比例一直很高，也相對穩定，從而農業結構的優化對中部地區農田生態系統碳足跡的減少效果不夠明顯.

最后，農業規模的擴大是碳足跡增加的最主要因素.規模因素對碳足跡的貢獻量逐年增加，從1999年的13.17×106公頃碳足跡增加到2011年的233.26×106公頃碳足跡，與1998年相比，1999 -2011年農業規模因素累積實現了1299.70×106公頃碳足跡增加，是農田生態系統碳足跡增加的最主要原因.我國是農業大國，農業作為國民經濟的基礎，農業發展也是當前我國的基本國策之一，在今后相當一段時間內，農業規模的擴大仍是農地利用碳足跡增加的主要因素.

〔1〕Rees W.EcologicalFootprint and Appropriated CarryingCapacity: WhatUrban Economics LeavesOut[J].En-vironmentand Urbanization,1992,4(2):121-130.

〔2〕ReesW,WackernagelM.Urban Ecological Footprints:Why Citiescannotbe Sustainable and Why They are a Key to Sustainability[J].Environment ImpactAssessReview,1996,16(4-6):223-248.

〔3〕陳勇,李首成,稅偉,等.基于EKC模型的西南地區農業生態系統碳足跡研究[J].農業技術經濟,2013(2):120-128.

〔4〕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[J].農業現代化研究,2011,32(6):752-755.

〔5〕田云,張俊飚,李波,武漢市碳排放的測算及影響因素分解研究 [J].地域研究與開發.2011,30(5): 88-92.

〔6〕段華平,張悅,趙建波,等.中國農田生態系統的碳足跡分析[J].水土保持，2011,25(1):203-208.

X171.1；S158.3

A

1673-260X（2015）09-0192-02