陜西省農業碳排放時序特征及影響因素分析

王婧

（寶雞文理學院，陜西省災害監測與機理模擬重點實驗室，陜西寶雞721013）

陜西省農業碳排放時序特征及影響因素分析

王婧

（寶雞文理學院，陜西省災害監測與機理模擬重點實驗室，陜西寶雞721013）

為探討陜西省農業碳排放時間變化及其驅動因素，基于種植業和畜牧業2個方面的16類碳源，測算分析了2000—2014年陜西省農業碳排放現狀，并利用LMDI模型對農業碳排放的驅動因素進行分解。結果表明，2000—2014年陜西省農業碳排放量增加了24.25%（96.33萬t），年均增長率為1.56%，總體呈上升—下降—上升的變化趨勢；化肥、農業機械、農膜、農藥等農業物資投入對陜西省農業碳排放的影響逐漸增加，牛、羊、豬等大牲畜的腸道發酵、糞便管理對碳排放的影響逐漸減弱；對農業碳排放具有抑制作用的因素大小依次為效率因素、勞動力因素和結構因素，而經濟因素則具有較大的促進作用。

農業碳排放；驅動因素；LMDI模型；陜西省

近年來，以全球變暖為主要特征的氣候變化成為了人類社會共同面臨的全球性問題。引起氣候變化的原因既有自然的，也有人為的。IPCC報告基本認定，最近50 a的氣候變暖是由于工業革命以來人類活動所導致，主要是化石燃料燃燒和毀林等土地利用變化引起[1]。隨著我國農業現代化發展，農業生產活動中化肥、農藥、電力、化石能源大量使用，加之動物飼養引起的腸道發酵、農業廢棄物的處理和利用等原因，產生了大量的CO2，CH4和N2O等溫室氣體，農業碳排放占溫室氣體排放總量的比例已高達17%[2]。減少農業碳排放、發展低碳農業也成為了碳排放研究的熱點問題。國內已有不少有關農業碳排放的研究，主要集中在大農業視角下的碳排放核算及特征分析[3-5]；特定視角下的農業碳排放問題，包括農用物資投入引發碳排放[6]、農地利用碳排放[7]、農業能源碳排放[8]、農業碳足跡問題[9]；農業碳排放驅動因素分析[10-11]；農業碳排放與經濟增長的關系[12-13]等方面。

陜西省是我國農業大省之一，分析其農業碳排放的規律及其影響因素，對于準確把握農業環境現狀、科學制定農業碳減排政策具有重要意義。目前，陜西省農業碳排放相關研究主要是從種植業角度來核算農業碳排放[14-16]、探討碳排放影響因素[17]、分析碳排放與經濟增長的關系[18]，鮮有考慮到占農業碳排放比例較大的畜牧業。

本研究測算了2000—2014年陜西省種植業和畜牧業碳排放量，并進行時序特征分析以及結構分析，在此基礎上利用LMDI模型對農業碳排放驅動因素進行了分解，以探求陜西省農業碳排放的一些規律和特征，為制定農業碳減排政策措施提供借鑒與參考。

1 研究方法與數據來源

1.1 碳排放量測算

本項研究的是農業生產活動導致的碳排放，包括種植業和畜牧業碳排放。具體的估算公式如下。

式中，E為農業碳排放總量；Ei為各類碳源碳排放量；Ti為各類碳源投入量（種植業）或畜禽年平均飼養量（畜牧業）；δi為各碳源排放系數。基于此，從種植業（農地利用、稻田）和畜牧業2個方面確定具體碳源及對應的碳排放系數。

1.1.1 種植業碳排放參照冉光和等[19]、田云等[12]的研究，種植業產生的碳排放主要來自3個方面：（1）農用物資投入引發的碳排放，主要是化肥、農藥、農膜的生產和使用過程中導致的碳排放，農業機械使用消耗化石燃料（柴油、電力等）產生的碳排放，以及農業灌溉中電能利用間接耗費化石燃料所產生的碳排放；（2）翻耕破壞土壤表層導致的有機碳流失；（3）水稻生長發育產生的CH4溫室氣體排放。各碳源排放因子如表1所示。

表1 農業生產活動各類碳源及碳排放系數

1.1.2 畜牧業碳排放農業生產中畜禽養殖產生的碳排放，主要是腸道發酵引起的CH4排放和動物糞便管理產生的CH4和N2O。各畜禽品種的碳排放系數列于表2。

表2 主要畜禽品種對應的碳排放系數kg/（頭·a）

由于各種畜禽飼養周期不同，因此，需要依據出欄率對畜禽年平均飼養量進行調整。參照胡向東等[22]的方法，當出欄率大于或等于1時，年均飼養量采用出欄量進行調整，公式如下。

式中，Cit，Ci（t-1）分別為i種畜禽第t年年末存欄量和第t-1年年末存欄量。

1.2 碳排放影響因素分解方法

對數平均迪氏分解法（Logarithmic Mean Divisia Index，LMDI）具有因素可逆，消除殘差項、有說服力等優點[23]，被廣泛應用于能源消費碳排放驅動因子的分析。本研究采用LMDI方法對陜西省農業碳排放進行因素分解。根據已有研究成果，結合農業碳排放實際，碳排放總量可分解如下。

式中，Ni為i種畜禽年均飼養量；NAPAi為i種畜禽年生產量（出欄量）；Days_alivesi為i種畜禽平均生長周期，生豬、兔和家禽平均生長周期分別為200，105，55 d[3]。

當出欄量小于1時，畜禽的年均飼養量采用年末存欄量進行調整。

masck_pic = np.array（Image.open（'D:MyPython p01.jpg'））#讀取背景圖片

公式（4），（5），（6），（7）中，C，PGDP，AGDP，AL分別表示陜西省農業碳排放、種植業和畜牧業總產值之和、農林牧漁業總產值及農業從業勞動力總量；EI，CI，SI分別表示農業效率、農業結構、農業經濟水平。

設基期（2000年）碳排放總量為C0，T期總量為Ct，則第T年相對于基年的碳排放量的變化可表示為：

式中，ΔEI，ΔCI，ΔSI，ΔAL分別是農業效率因素、農業結構因素、農業經濟水平因素、農業勞動力因素引起的碳排放量變化。各分解因素貢獻值的表達式如下。Ct－C0EIt

1.3 數據來源

本研究中，陜西省2000—2014年的化肥（折純量）、農膜、農藥、農用柴油使用量、有效灌溉面積、農作物總播種面積、水稻播種面積、畜禽年末頭數等數據來自于《陜西年鑒》（2001—2015）；畜禽出欄量來自《中國畜牧業年鑒》（2001—2015）；種植業總產值、畜牧業總產值、農林牧漁業總產值也來自《陜西年鑒》（2001—2015），并依據相應年份的產值指數進行調整，最后采用以2000年為基準年的可比價格。

2 結果與分析

2.1 陜西省農業碳排放變化

2.1.1 農業碳排放總量由公式（1）計算得到2000—2014年陜西省農業碳排放總量（表3）。從表3可以看出，2014年陜西省農業碳排放總量為493.63萬t，與基期2000年的397.30萬t相比，增加了24.25%，年均增長率為1.56%。其中，種植業和畜禽養殖碳排放量分別為322.04萬、171.58萬t，占碳排放總量的比例分別為65.24%和34.76%。2000—2014年陜西省農業碳排放總量變化總體呈上升—下降—上升的趨勢。2000—2005年，隨著大力推廣農業科學技術和增加農業投入，碳排放總量由397.30萬t增加到441.24萬t，增長了11.06%。2006—2007年為減少階段，2005年陜西省免征農業稅的實施刺激了農民種植作物的積極性，更多的資金投入到種植業，畜禽養殖在這一階段受到“冷落”，而2009年以前畜牧業碳排放占全省農業碳排放總量的比例超過1/2，因此，這一階段碳排放總量呈現下降趨勢。2008—2014年為波動增長階段，2008年以來業外人士投資建設養殖場的比例高達80%[24]，畜牧業開啟了新的發展時期，與此同時，畜禽糞便污染處理技術應用也日益廣泛，畜禽養殖碳排放保持穩中略降狀態。而種植業發展中化肥、農藥等農用物資的大量投入導致種植業碳排放逐年呈明顯上升態勢，2007年以后種植業碳排放占農業碳排放總量的比例超過50%，2007—2014年種植業碳排放增長了41.00%。因此，此階段農業碳排放總量總體上呈上升趨勢。

表32000 —2014年陜西省農業碳排放量萬t

第三是羊和豬的腸道發酵、糞便管理碳排放量，二者碳排放平均占比分別為9.83%和9.44%，總體上分別表現為波動下降和波動上升趨勢，2009年前羊的腸道發酵和糞便管理碳排放占比大于豬，2009年以后占比情況相反。這是因為隨著退牧還草工程建設的深化，山羊存欄量出現一定程度的降低，導致羊的腸道發酵和糞便管理碳排放量下降；按照《陜西省實施七大工程促進農民增收規劃綱要（2008—2012）》中有關畜牧業的要求，生豬產業作為主導產業之一得到了長足發展，豬的腸道發酵和糞便管理碳排放量有所上升。

第四是農業機械使用和農業灌溉引發的碳排放量，碳排放平均占比分別為8.32%和7.81%，農業機械使用引發的碳排放總體上呈先降后升趨勢，其中，2000—2003年農業機械使用碳排量所占比例逐年下降，達到最小值5.93%，2004年以后呈波動上升趨勢，到2014年達到最大值10.95%。這是由于受退耕還林政策實施的影響，《陜西年鑒》中2000—2003年糧食播種面積由455.55萬hm2減少到409.03萬hm2，2004年恢復到430.30萬hm2后保持在較穩定的水平上，因而，農業機械導致的碳排放也產生了相應的變化。研究時段內由于節水灌溉工程技術的推廣，農業灌溉引發的碳排放量呈現穩中略降趨勢。

農膜、農藥、驢、騾、家禽、翻耕碳排放平均占比依次為3.53%，1.30%，0.90%，0.36%，0.32%，0.30%，其中，農膜占比在2002—2005年最低，2006年以后呈明顯的上升趨勢，在2014年達到最大值4.35%；農藥的占比也有小幅的升高；驢和騾的占比在研究時間段內呈逐年下降趨勢；家禽、翻耕碳排放占比總體呈波動下降趨勢。以上情況說明，化肥、農業機械、農膜、農藥等農業物資投入對陜西省農業碳排放的影響逐漸增加，而牛、羊、豬等大牲畜的腸道發酵、糞便管理對碳排放的影響逐漸減弱。

2.2 陜西省農業碳排放因素分解

基于LMDI分解方法對陜西省2000—2014年農業碳排放測算結果進行分解，得到各因素的分解結果（表4）。

表4 陜西省農業碳排放影響因素LMDI分解結果萬t

由表4可知，經濟因素的累積效應為正值，農業經濟水平的不斷提高促進了農業碳排放的增加，與2000年相比，2001—2014年間經濟因素累積引發了1 159.33萬t碳排放。社會經濟發展要求有限的土地有更高的產出，農民為了片面追求經濟利益大量使用化肥、農藥、農膜，這些農用物資的使用量呈上升趨勢，必然導致農業碳排放量增加。農業處于國民經濟的基礎地位，穩步發展農業、促進農民增收仍然是嚴峻的問題，減少農業碳排放并不能通過減緩經濟增長來實現。因此，短期內農業經濟因素仍將是導致陜西省農業碳排放增加的主導因素。

效率、結構和勞動力這三大因素累積減少了1 065.81萬t碳排放，其中，效率因素是抑制農業碳排放增長的主要因素，與基期相比累積實現了973.37萬t碳減排。碳排放強度是單位GDP二氧化碳的排放量，能夠衡量農業生產過程中能源利用效率的高低。從圖1可以看出，2000—2014年間陜西省農業碳排放強度呈下降趨勢，由2000年的915.09 kg/萬元下降到2014年的87.99 kg/萬元，年均下降15.40%，說明陜西省農業生產過程中能源利用率不斷提高。隨著農業生產條件不斷改善、農業科技的不斷推廣以及農業產業規模化發展，陜西省農業生產效率會不斷提高，今后將會具有更大的減排潛力。

勞動力因素也在一定程度上抑制了碳排放的增長，2000—2014年間累積實現了81.53萬t碳減排。根據《陜西年鑒》數據，2000—2014年間農業人口數平均以每年1.37%的速度減少，在農業生產收入不高的影響下進城務工農民數量不斷增加，農村勞動力的非農化和兼業化現象日益突出，棄耕拋荒現象頻現，這在一定程度上抑制了農業碳排放。同時，隨著農民的環保意識提高和集約經營觀念的深化，農業碳排放也會有一定的減少。

結構因素也促進了碳排放的減少，但其影響作用相對較小，與基期相比累積實現了10.91萬t碳減排。種植業和畜牧業是農業碳排放的主要來源，根據陜西省碳排放種植業和畜牧業變化情況可知，近幾年種植業對農業碳排放的貢獻更大，因此，通過不斷降低種植業比例，增加林業比例，在一定程度上可以減少種植業碳排放，增加農業碳匯。

3 結論與建議

本研究以陜西省為研究對象，測算了2000—2014年全省農業碳排放現狀及變化趨勢，并利用LMDI模型對陜西省農業碳排放的驅動因素進行分解。結果表明，2014年陜西省農業碳排放總量為493.63萬t，與基期2000年的397.30萬t相比，增加了24.25%，年均增長率為1.56%。其中，種植業和畜禽養殖碳排放量分別為322.04萬、171.58萬t，占碳排放總量的比例分別為65.24%和34.76%。2000—2014年陜西省農業碳排放總量變化總體呈上升—下降—上升的趨勢。

在各類碳源中，對碳排放量影響較大的依次是化肥、牛的腸道發酵和糞便管理、羊和豬的腸道發酵及糞便管理、農業機械使用和農業灌溉。化肥、農業機械、農膜、農藥等農業物資投入對陜西省農業碳排放的影響逐漸增加，而牛、羊、豬等大牲畜的腸道發酵、糞便管理對碳排放的影響逐漸減弱。

效率因素、勞動力因素和結構因素在不同程度上抑制了農業碳排放，農業碳排放的抑制效果從大到小依次為效率因素＞勞動力因素＞結構因素，與基期2000年相比，分別累積實現了973.37萬、81.53萬、10.91萬t碳減排。經濟因素對農業碳排放具有較大的促進作用，累積引發了1 159.33萬t碳排放。

基于以上研究結論，陜西省農業碳減排應考慮以下4個方面：（1）加強農業基礎設施建設。加大節水灌溉配套設施建設，完善田間灌排體系。投入建設低碳高效節能的棚室，推廣測土配方施肥，降低化肥、農藥、農膜的使用強度。（2）優化農業產業結構。擴大經濟作物和飼料作物的種植面積，科學合理調整種植品種、飼養工藝，提高復種指數。優化農業區域布局，促進優勢農產品向優勢產區集中。（3）加強農業科技創新。政府通過引導多元化的資本投入，鼓勵科研院校、農業企業開展創新活動，推動科技成果的市場化。建立農業科技創新與集成示范基地，以此為基礎探索提高農業勞動生產率和資源利用率、促進農業產業發展與農民增收的可持續發展之路。（4）加強對農業從業人員的現代農業知識培訓，開展多種形式的宣傳教育，提升農業從業人員素質和環保意識。

［1］2050中國能源和碳排放研究課題組.《2050中國能源和碳排放報告》[M].北京：科學出版社，2009：599.

［2］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（2）：220-224.

［3］閔繼勝，胡浩.中國農業生產溫室氣體排放量的測算[J].中國人口·資源與環境，2012（7）：21-27.

［4］賀亞亞，田云，張俊飚.湖北省農業碳排放時空比較及驅動因素分析[J].華中農業大學學報：社會科學版，2013（5）：79-85.

［5］文清，田云，王雅鵬.中國農業碳排放省域差異與驅動機理研究：基于30個省（市、區）1993—2012年的面板數據分析[J].干旱區資源與環境，2015（11）：1-6.

［6］王才軍，孫德亮，張鳳太.基于農業投入的重慶農業碳排放時序特征及減排措施研究[J].水土保持研究，2012（5）：206-209.

［7］張小平，王龍飛.甘肅省農業碳排放變化及影響因素分析[J].干旱區地理，2014（5）：1029-1035.

［8］龐麗.我國農業碳排放的區域差異與影響因素分析[J].干旱區資源與環境，2014（12）：1-7.

［9］黃祖輝，米松華.農業碳足跡研究：以浙江省為例[J].農業經濟問題，2011（11）：40-47，111.

［10］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（3）：336-342.

［11］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（8）：80-86.

［12］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（11）：2097-2105.

［13］蘇洋，馬惠蘭，李鳳.新疆農牧業碳排放及其與農業經濟增長的脫鉤關系研究[J].干旱區地理，2014（5）：1047-1054.

［14］李團勝，李函嬌，楊才玉，等.西安地區農作物生產過程中碳排放估算[J].遼寧工程技術大學學報：自然科學版，2014（3）：400-404.

［15］康苗苗，肖玲，余菲，等.陜西省農田生態系統碳源/匯研究[J].地球環境學報，2011（5）：630-636.

［16］石玉瓊，李團勝.陜西省種植業生產過程中碳排放的估算[J].貴州農業科學，2013（12）：194-198.

［17］鄭紅勇.陜西省低碳農業發展影響因素分析與對策研究[D].楊凌：西北農林科技大學，2012.

［18］張艷芳，林亞輝.陜西省農業投資活動碳排放時空變化與脫鉤彈性[J].陜西師范大學學報：自然科學版，2016（3）：118-124.

［19］冉光和，王建洪，王定祥.我國現代農業生產的碳排放變動趨勢研究[J].農業經濟問題，2011（2）：32-38，110-111.

［20］段華平，張悅，趙建波，等.中國農田生態系統的碳足跡分析[J].水土保持學報，2011（5）：203-208.

［21］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[J].生態學雜志，2007（12）：2035-2039.

［22］胡向東，王濟民.中國畜禽溫室氣體排放量估算[J].農業工程學報，2010（10）：247-252.

［23］吳開亞，何彩虹，王桂新，等.上海市交通能源消費碳排放的測算與分解分析[J].經濟地理，2012（11）：45-51.

［24］楊黎旭.陜西省現代畜牧業發展趨勢[J].中國牛業科學，2013（1）：1-6.

Temporal Characteristics and Impact Factors Analysis of Agricultural Carbon Emission in Shaanxi Province

WANGJing
（KeyLaboratoryofDisaster Monitoringand MechanismSimulation ofShaanxi Province，Baoji UniversityofArts and Sciences，Baoji 721013，China）

Toexplore the temporal changes and the factors which affected agricultural carbon emission change in Shaanxi province, agricultural carbon emissions from 2000 to 2014 were calculated,and a decomposition model was established using the LMDI method to analyze the impacts on agricultural carbon emission based on 16 kinds ofcarbon sources of planting industry and animal husbandry.The results showed that agricultural carbon emissions in Shaanxi province increased by 24.25%（9.633×105t）,with the average annual growth rate of1.56%from2000 to2014,and generallyshowed a up-down-up change.The agricultural material inputs,such as chemical fertilizers,agricultural machinery,agricultural plastic film and pesticides,gradually strengthened the effects on carbon emissions,while the emissions from enteric fermentation and manure of major animals,such as cattle,sheep and goats,hogs,gradually weakened the effects on carbon emissions in Shaanxi province.The factors which had inhibitory effects on agricultural carbon emissions were efficiency factor,labor factor and structure factor,the economic factor had a great role in promotingagricultural carbon emissions.

agricultural carbon emission;impact factor;LMDI model;Shaanxi province

F323.22

A

1002-2481（2016）09-1377-06

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.09.36

2016-07-05

寶雞文理學院重點項目（ZK16131）

王婧（1986-），女，青海互助人，助教，碩士，主要從事區域資源環境與生態安全教學及研究工作。