西北干旱區農地利用碳排放與農業經濟增長的響應關系*

王太祥，王 騰，吳林海， 3

(1.兵團屯墾經濟研究中心，新疆石河子 832000；2.石河子大學經濟與管理學院，新疆石河子 832000； 3.江南大學商學院 江蘇無錫 214122)

·持續農業·

西北干旱區農地利用碳排放與農業經濟增長的響應關系*

王太祥1， 2，王 騰2，吳林海2， 3

(1.兵團屯墾經濟研究中心，新疆石河子 832000；2.石河子大學經濟與管理學院，新疆石河子 832000； 3.江南大學商學院 江蘇無錫 214122)

[目的]試圖找出我國西北干旱區農地利用碳排放與農業經濟增長之間的關系，以期為制定該地區農地利用碳減排政策提供理論支撐。[方法]測算西北干旱區“九五”至“十二五”期間農地利用的碳排放量，采用“Tapio脫鉤”理論探究農地利用碳排放與農業經濟增長的響應關系，并運用LMDI模型分析了農地利用碳排放的影響因素，繼而對農地利用碳排放零增長的時間節點進行了預測。[結果]西北干旱區農地碳排放呈現“快速增長-緩慢增長”兩階段變化特征，其碳排放強度變化軌跡與此基本一致； 農地利用碳排放與農業經濟增長間響應關系顯著，以弱脫鉤效應為主； 農地利用碳排放的驅動因子中，農業生產效率因素、勞動力因素對農地利用碳減排的成效最為明顯，農業產業結構因素對農地利用碳減排略有促進作用，而農業經濟發展因素是促進碳排放的主要因素。[結論]西北干旱區有望在2017年實現農地利用碳排放的零增長，雖在短期內可能實現農地利用碳排放的零增長，但農業收入在農戶家庭收入中仍占較大比重，農業碳減排壓力依然較大。

西北干旱區 農地利用 碳排放 脫鉤理論 LMDI模型

0 引言

近年來，各國為積極應對全球氣候變暖問題密集地展開一系列磋商。2009年召開的哥本哈根世界氣候大會旨在形成一個現實、公平和有效的全球碳減排計劃，來共同應對森林資源過度砍伐和化石原料大量使用引發的全球氣候變暖問題，但與會各國在“責任共擔”問題上未達成一致意見。經過與會各國的不懈努力，2010年坎昆氣候大會就技術轉讓、資金和能力建設等發展中國家關心的氣候變化問題上取得了突破性進展。此后，與會各國經由2011年德班聯合國氣候變化大會、2012年多哈氣候大會、2013年華沙氣候變化大會及2014年利馬氣候大會的多次合作與博弈后，最終在減排目標、資金援助等氣候變化問題上達成共識，并于2015年巴黎氣候變化大會通過了具有約束力的“全球氣候新協議”。氣候變化大會的持續召開昭示著全球氣候變暖已成為不爭的事實，社會各界對這一問題的關注也達到了前所未有的高度。

研究認為，全球氣候變暖的根本原因是人類活動導致了溫室氣體增加[1]，且這些溫室氣體主要來自二、三產業等主導部門[2]，但農業被證實是全球溫室氣體的第二大排放源[3]，碳排放量占全球碳排放總量的比重高達14%[4]。中國作為一個農業大國，農業產生的碳排放量約占全國排放量的17%[5]，其中農地利用過程中所產生的碳排放量占農業碳排放總量的34.29%[6]。2015年6月，中國向聯合國呈遞的應對氣候變化國家自主貢獻的文件《強化應對氣候變化行動——中國國家自主貢獻》中提出，到2030年要實現單位國內生產總值二氧化碳排放量比2005年下降60%～65%的目標。而農業作為碳排放的重要來源，有效抑制農業碳排放是實現這一目標的主要途徑之一。

當前，學術界對于農業碳排放的研究主要集中在碳排放量的測算、碳排放影響因素分解以及農業碳排放與農業經濟增長間的響應關系等方面，例如Jane M.F.Johnson[7]、李俊杰[8]、文清和田云[9]、張大東等[10]探討了農業碳排放的產生機理并對農業碳排放量進行了測算； Xiong[11]、賀亞亞[12]則運用LMDI方法對碳排放的影響因素進行了分解研究，并指出農業經濟發展是農業碳排放的主要驅動因素，李國志[13]的研究也證實了這一觀點； 李穎[14]的研究進一步表明農業碳排放與農業產出間呈現密切地正向相關關系，且農業產出每增加1%，農業碳排放量將增加0.69%。學者們基于不同的視角對農業碳排放展開了研究，但現有文獻多側重于農業整體碳排放的測算，對農地利用碳排放的測算較少； 且在研究對象上，鮮見系統地研究人少地多、生態環境脆弱的連片干旱區農地利用碳排放的文獻。而我國西北干旱區生態環境脆弱，經濟發展落后，農業在國民生產總值和農民收入中均占有較高比重。加之農民出于增加收入和科學種田技術的缺乏，農地利用活動間接或直接引起的碳排放量不可低估。基于上述認識，文章以LMDI模型和Tapio脫鉤理論為主要工具，實證分析影響西北干旱區農地利用碳排放的主要因素，并探究各影響因素對西北5省區農地利用碳排放脫鉤的貢獻程度，力圖找出農地利用碳排放與農業經濟增長之間的關系，以期為制定我國西北干旱區農地利用碳減排政策提供理論支撐。

表1 農地利用主要碳源碳排放系數

1 研究方法與數據來源

1.1 研究方法

1.1.1 農地利用碳排放測算方法

農地利用碳排放包括化肥、農藥、農膜、農用柴油等農業生產資料的投入所引發的直接或間接的碳排放，以及翻耕破壞土壤有機碳庫，導致大量有機碳流失形成的碳排放*農業灌溉過程會消耗一定的柴油，考慮到農業灌溉同農用柴油碳排放計算的重復性，因此，該文沒有將農業灌溉指標納入碳源體系。。碳排放的測算公式為：

C=∑Ci=∑Ti·δi

(1)

在(1)式中，C為農地利用碳排放總量，i為碳源類型，Ci為各碳源的碳排放量，Ti、δi分別為碳源的投入量及其對應的碳排放系數。其中，各排放源的碳排放系數借鑒國內外學者的研究成果(表1)。

1.1.2 脫鉤彈性計算

(1)脫鉤e值計算

以Tapio脫鉤模型為基礎，對西北干旱區農地利用碳排放與農業經濟增長之間的脫鉤彈性進行分析，構建如下彈性脫鉤模型：

(2)

公式(2)中eCO2,PLA表示脫鉤彈性，CO2、PLA分別表示為農地利用CO2排放量和農業總產值。

(2)Tapio脫鉤指標體系

圖1 農地利用碳排放與農業經濟增長的 “脫鉤”概念模型

在圖1中，脫鉤類型共有8中[17]。其中Ⅰ為弱脫鉤，ΔCO2>0，ΔPLA>0， 0≤e<0.8； Ⅱ為增長連接，ΔCO2>0，ΔPLA>0， 0.8≤e≤1.2； Ⅲ為增長負脫鉤，ΔCO2>0，ΔPLA>0，e>1.2； Ⅳ為衰退脫鉤，ΔCO2<0，ΔPLA<0，e>1.2； Ⅴ為衰退連接，ΔCO2<0，ΔPLA<0， 0.8≤e≤1.2； Ⅵ為弱負脫鉤，ΔCO2<0，ΔPLA<0， 0≤e<0.8； Ⅶ為強負脫鉤，ΔCO2>0，ΔPLA<0，e<0； Ⅷ為強脫鉤，ΔCO2<0，ΔPLA>0，e<0。

1.1.3 農地利用碳排放的LMDI分解方法

相比其他分解方法，LMDI分解法具有路徑獨立、殘差為零、增強模型說服力等獨特優勢，在研究中被廣泛運用。基于此，該文運用LMDI方法對西北干旱區農地利用CO2排放的影響因素進行分解。遵循LMDI分解框架，對西北干旱區農地利用CO2排放進行如下分解：

(3)

在公式(3)中，CO2為農地利用CO2排放總量； PLA為農業總產值； AGRI為農林牧漁業總產值； P為農業從業勞動力總量。EI、CI、SI分別表示農業生產效率因素、農業產業結構因素、農業經濟發展因素。

(4)

公式(4)中：ΔCEI、ΔCCI、ΔCSI、ΔCP分別表示各因素變化CO2排放總量變化的貢獻值，表達式為：

(5)

綜合式(2)和式(4)可得到擴展的農地利用CO2排放總量與農業經濟增長的脫鉤模型：

(6)

公式(6)中，eEI、eCI、eSI、eP分別是各效應對應的分脫鉤彈性指標。

1.2 數據來源和處理

該研究中化肥、農藥、農膜、柴油、耕地面積、農業總產值、農林牧漁業總產值以及農業從業勞動人口數據均出自1991～2015年西北五省各省統計年鑒，個別缺失數據采取插值法予以填補。其中，農用化肥施用量為折純量，翻耕面積以各省區當年農作物實際播種面積為準，農業從業勞動人口以第一產業從業人員計。為了使歷年產值具有可比性，以1990年為基準年，將各年份農業總產值、農林牧漁業總產值換算成實際總產值。

2 測算結果及影響因素分析

2.1 西北干旱區農地利用碳排放變化及特征分析

2.1.1 農地利用碳排放量特征比較*該文所指的碳排放量為CO2排放量，下文同。

表2 各時期西北干旱區農地利用碳排放量情況

時期碳排放量(106t)合計化肥農藥農膜柴油翻耕“九五”時期48.8783.27215.69312.8530.76081.456“十五”時期55.2403.73119.93013.7770.74893.427“十一五”時期72.2436.26427.61917.7950.816124.737“十二五”前四年75.6008.32932.14319.3070.711136.090合計251.96021.59795.38563.7323.035435.711年均增速(%)4.5787.5727.2444.4941.1805.238

依據碳源系數和碳排放測算公式，該文定量測算了各時期西北干旱區農地利用碳排放量(表2)。從農地利用碳排放總量看，我國西北干旱區農地利用碳排放總量總體上呈現上升趨勢，由“九五”時期的81.456×106t增至“十二五”前4年的136.090×106t，年均增速達到5.238%。

從碳排放結構看， 1996～2014年間化肥、農膜和柴油產生的碳排放量達到411.077×106t，占總排放量的94.346%，其中化肥產生的碳排放量占總排放量的57.83%。從碳排放增長速度看， 1996～2014年間各類碳源所產生的碳排放量均呈現出不同程度的增長，分別實現年均增長率4.578%(化肥)、7.572%(農藥)、7.244%(農膜)、4.494%(柴油)、1.180%(翻耕)，其中農藥碳排放年均增長速度居首。

從“九五”到“十二五”時期，西北干旱區農地利用碳排放量整體呈現上升趨勢，因碳排放增速差異可將這一時期劃分為2個階段。第一階段為“九五”至“十一五”期間，農地利用碳排放量呈現持續、快速增長態勢，水土資源的開發利用是導致該階段碳排放量增加的主要原因。據統計， 1996年我國西北干旱區耕地面積為1142.5萬hm2， 2010年為1215.7萬hm2，年均增速達0.45%。第二階段是在“十二五”期間，該階段碳排放量增速放緩，大規模水土開發得到有效遏制，農用物資增速明顯回落，加之農業規模化和集約化經營客觀上減少了農地利用的碳排放量。

就具體省區而言，碳排放量最多的是新疆維吾爾自治區，由“九五”時期的26.643×106t增至“十二五”時期的50.241×106t，累計引發154.579×106t的碳排放。其次是陜西省，碳排放量為140.454×106t。而碳排放總量最少的是青海省， 19年間碳排放總量僅為8.511×106t，不及新疆的1/15。

2.1.2 農地利用碳排放強度比較

圖2 1996～2014年我國西北干旱區農地利用碳排放強度

表3 西北干旱區各時期農地利用碳排放與農業經濟 增長響應關系特征值及脫鉤狀態

年份ΔCO2/CO2ΔPLA/PLAe值關系判斷“九五”期間0.4610.2262.037增長負脫鉤“十五”期間0.1470.1850.796弱脫鉤“十一五”期間0.3350.6630.505弱脫鉤“十二五”前4年0.0910.3240.281弱脫鉤

如圖2所示，我國西北干旱區農地利用碳排放強度呈上升趨勢。1996年我國西北干旱區農地利用碳排放強度為1.282 t/hm2，2014年上升為2.730 t/hm2，年均增長速度達到4.289%。就各省區而言，其碳排放強度變化軌跡與西北干旱區總體碳排放強度變化軌跡基本一致，均呈現上升態勢。碳排放強度居于首位的是陜西省，由1996年的1.578 t/hm2上升至2014年的3.708 t/hm2， 19年間碳排放強度翻了一倍多，年均增速為4.861%； 其次是新疆維吾爾自治區，年均增速達到3.384%。而碳排放強度整體水平最低的是青海省， 2014年的碳排放強度為1.084 t/hm2，不及陜西省的1/3水平。可見西北干旱區農地利用碳排放存在顯著的地域性差異。

2.2 西北干旱區農地利用碳排放與農業經濟增長間的響應關系分析

根據脫鉤彈性計算公式，得出西北干旱區“九五”以來農地利用碳排放與農業經濟發展間的脫鉤狀態(表3)。“九五”以來，西北干旱區農地利用碳排放與農業經濟發展間的脫鉤類型主要是增長負脫鉤和弱脫鉤，其中以弱脫鉤為主，表明農地利用碳排放增速低于農業經濟的正向增長速度。盡管“十五”以來，各時期農地利用碳排放與農業經濟增長均呈現弱脫鉤狀態，但對應的e值明顯下降，由“十五”期間的0.796降到“十二五”前4年的0.281。其主要原因在于3個方面：(1)國家對糧食、棉花等大宗農產品實行保護價收購后，農業生產總值穩步提高； (2)國家對農業生產設施和農業技術的持續性投入，大幅度提高了農用物資的利用效率； (3)農地流轉速度加快，農業規模化經營效益初顯，以及農業勞動者素質的提升等均減緩了碳排放增速。

2.3 基于LMDI模型的CO2排放成因分析

基于LMDI模型、所獲取的原始數據和前文測算的歷年農業碳排放量，得出西北干旱區農業碳排放的因素分解結果，并在此基礎上測算了各因素的脫鉤e值貢獻率(表4)。

表4 西北干旱區各時期農地利用碳排放因素分解結果及其e值貢獻率

106t，%

農業生產效率因素有效抑制了西北干旱區農地碳排放的增加，是促進農地利用碳減排的關鍵性因素。在過去的19年間，西北干旱區農業生產效率的提升在一定程度上實現了農地利用的碳減排。相比于“八五”時期，“九五”至“十二五”期間農業生產效率因素累積實現了39.986×106t的碳減排，表明在其他因素不變的條件下，農業生產效率的提升使得西北干旱區農地利用碳排放年均減少2.105×106t。分時期看，“九五”至“十二五”時期，農業生產效率由碳排放驅動因子轉變為碳減排驅動因子，且“十一五”期間和“十二五”期間碳減排效果最為明顯，年均分別減少4.761×106t和6.308×106t。分省看，在這一階段內，陜西省農地利用中由于生產效率的提升導致碳排放減少了20.037×106t，碳減排效果最突出，其次為新疆維吾爾自治區，減少了10.216×106t的碳排放。

整體上看，農業產業結構對西北干旱區農地利用碳減排略有貢獻，但不同時期的貢獻值差異較大。具體表現為“九五”及“十二五”時期農業產業結構對農地利用碳排放貢獻為正值，“十五”及“十一五”期間的貢獻為負值。西北干旱區農業產業結構調整步伐加快，設施農業種植面積增長迅速是農業產業結構對西北干旱區農地利用碳減排貢獻呈現波動變化的主要原因。據測算， 2006年西北干旱區蔬菜、瓜果種植面積為114.3萬hm2， 2013年為173.3萬hm2，年均增長6.120%。蔬菜、瓜果種植面積的擴大使得化肥、農藥、農膜等農用生產物資投入力度加大，從而間接帶來了西北干旱區農地利用碳排放的增加。然而，增加蔬菜、瓜果種植面積，壓縮大宗農作物面積又是農業產業結構調整的主攻方向。

農業經濟發展因素對西北干旱區農地利用碳排放總量貢獻的變化為正值，說明農業經濟的快速發展是導致西北干旱區農地利用碳排放量增加的主要因素。與“八五”時期相比，“九五”至“十二五”期間農業經濟發展因素累計引發了160.625×106t 的碳增量。其中，“九五”至“十二五”期間農業經濟因素引發的碳排放增量依次為12.888×106t、25.042×106t、59.580×106t、63.155×106t。分省區中，經濟因素的驅動作用導致碳增量處于前三位的省區依次是陜西(60.513×106t)、新疆(44.188×106t)、甘肅(33.704×106t)。數據表明，農業經濟的快速增長仍是以大量農業投入為前提條件的，這不利于農業的可持續發展。

勞動力因素也在一定程度上促進了農地利用碳減排。與“八五”時期相比，“九五”至“十二五”期間勞動力因素貢獻了47.195%(37.921×106t)的碳減排。其中“十二五”期間，勞動者數量變化導致農地利用碳減排成效最為明顯，實現碳排放年均遞減7.980×106t。在各省區中，碳減排效果最突出的是陜西省， 19年間累計實現碳減排19.208×106t，其次是甘肅省，碳減排量為7.462×106t。呈現這一結果的原因可能是近年來西北地區加快了城鎮化和工業化發展進程，促進了農村剩余勞動力的轉移，農業從業人員明顯減少，在一定程度上抑制了農地利用的碳排放。

2.4 西北干旱區農地利用碳排放零增長時間節點預測*需要說明的是，農地利用雖具有碳源與碳匯的雙重屬性，但考慮到農地利用碳匯量測算標準不統一、研究范式不成熟等約束條件，該文暫不對農地利用碳匯量進行測算，僅假定“九五”至“十二五”期間西北干旱區農地利用碳匯量保持不變。

表5 西北干旱區實現農地利用碳排放零增長的時間預測模型

研究區域數據擬合結果西北干旱區公式:ΔCO2=-0.3432×t3+11.1853×t3-94.0369×t+263.8425R2=0.9097;Adjust-R2=0.8917預期碳增量為0(ΔCO2=0)的時間節點:t=21.518

為進一步探究西北干旱區農地利用碳排放與農業經濟增長間的脫鉤關系，厘清碳排放零增長或負增長的時間節點，該文選擇1996～2014年農地利用碳排放變化量(ΔCO2)作為被解釋變量，時間t作為解釋變量*該文的時間變量用t表示，并采取如下賦值方法，即t=1， 2，…， 19。，運用Matlab(R2014a)軟件構建農地利用碳排放模型進行預測(表5)。預測結果顯示，西北干旱區有望在2017年實現農地利用碳排放的零增長，即2017年農地利用碳排放總量可能與2016年農地利用碳排放總量持平，這一預測結果與現實基本吻合。進入“十二五”時期以來，西北干旱區農地利用碳排放總量雖呈現持續上升態勢，但碳排放增長量卻持續下降，由2011的2.462×106t下降至2014年的1.726×106t。值得注意的是，西北干旱區雖在短期內可能實現農地利用碳排放的零增長，但農業收入在農戶家庭收入中仍占較大比重，農業碳減排壓力依然較大。

3 促進西北干旱區農地利用碳減排的政策建議

3.1 樹立低碳農業意識，走農業可持續發展之路

意識是行動的先導，樹立低碳農業意識、倡導農業可持續發展理念對促進西北干旱區農地利用碳減排具有重要而深遠的意義。要通過各種媒體的宣傳，提高農民對低碳農業的認識和理解； 要通過建立行之有效的激勵機制，提高農民發展低碳農業的積極性； 要通過政府的規劃和投入，建成不同類型的低碳農業示范區； 要提供便利低碳農業的投融資手續，提高農業的社會化服務水平，化解低碳農業發展所面臨的自然和市場風險。

3.2 優化農業產業結構，發展特色高效農業

因地制宜，依托西北干旱區豐富的農業資源優勢，發展特色高效農業是優化農業產業結構的主要方向。要按照比較優勢原則，布局特色農業，形成優勢特色產業帶。根據西北干旱區氣候特點，運用農業先進生產技術，重點發展優質商品棉、高端畜牧業、特色瓜果和設施蔬菜等特色農業主導產業，帶動貯藏、加工和運輸等相關產業，催生特色農業產業集群發展，實現農業轉型與增收。

3.3 借力先進農業生產技術，提高農用物資利用效率

通過因素分解發現，農業生產效率是抑制西北干旱區農地利用碳排放的關鍵性因素，其效率的提升將有助于實現農地碳減排。要提高農業生產效率，首先應根據因地制宜的原則，發揮各地的自然資源優勢，制定合理的農業區劃，這是提高農用物資利用效率的前提與基礎。其次，應推廣低碳農業生產技術模式，大力發展農業精準節水、節肥、節藥等節約型農業生產技術和管理模式，實現農業生產經營方式的集約化。

3.4 積極發展二、三產業，促進農村勞動力的進一步轉移

勞動力因素能夠有效促進農地利用碳減排，在今后農業生產中要進一步加強勞動力因素的碳減排驅動作用。為此，政府應準確定位產業結構調整方向，加強二、三產業的招商引資力度，促進區域內二、三產業的快速發展，實現農村勞動力向非農產業的轉移。同時，要加快土地流轉進程，推進土地的適度規模經營，促進農業生產經營方式的轉變，實現農村剩余勞動力的轉移，為農地利用碳減排提供保障條件。

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RELATIONSHIP BETWEEN AGRICULTURAL LAND CARBON EMISSIONAND ECONOMIC DEVELOPMENT IN THE ARID REGIONOF NORTHWEST CHINA*

Wang Taixiang1， 2,Wang Teng2,Wu Linhai2， 3

(1. Research Center for Economy of Military Reclamation of XPCG, Shihezi, Xinjiang 832000, China;2.School of Economics and Management, Shihezi University, Shihezi, Xinjiang 832000, China;3. School of Business，Jiangnan University，Wuxi，Jiangsu 214122，China)

[Purpose]In order to provide theoretical basis for making agricultural land carbon reduction policies, this paper tried to find out the relationship between agricultural land carbon emissions and economic development in the arid region of northwest China.[Method] This paper calculated the agricultural land carbon emission in the arid region of northwest Chin from the 9th five-year plan to the 12th five-year plan, and then analyzed the relationship between carbon emission and economic development applying Tapio Decoupling theory, and ananlyzed the influence factors of agricultural land carbon emission using the LMDI model.Finally, it predicted the time for zero growth of the agricultural land carbon emission. [Result] The agricultural land carbon emission as well as it's intensity in the arid region of northwest China both presented a two-stage-characteristic feature, namely "faster growth-slower growth". The relationship between agricultural land carbon emission and economic development was strong, mainly dominated by "weak decoupling". All the driving factors of agricultural land carbon emission, the agricultural production effciency and the agricultural labor force were proved to be the most effective and efficient factors to reduce carbon emission.The agricultural atructural factors had a relatively small effect on decreasing carbon emission,while agricultural economic development was the main driving factor to increase carbon emission.[Conclusion] The forecasted results showed that zero growth of the agricultural land carbon emission could be realized in 2017.There is still great pressure in agricultural land carbon reduction because the agriculture income accounted for a big proportion of the family income, although it might be achieve a zero carbon emission growth in a short time.

the arid region of northwest China; agricultural land use; carbon emission; decoupling theory; LMDI model

10.7621/cjarrp.1005-9121.20170425

2016-01-11

王太祥(1980—)，男，安徽安慶人，博士、副教授。研究方向：涉農產業經濟。Email：wtx8007@126.com

*資助項目：國家自然科學基金項目“新疆棉田白色污染治理機制研究”(71563040)； 新疆維吾爾自治區普通高校人文社科重點研究基地項目“新疆棉田白色污染綜合治理效果評價及對策研究”(XJEDU020215C05)； 石河子大學農業現代化研究中心項目“棉農對農田白色污染治理的認知程度及支付意愿調查研究”(NYXDH1503)；“石河子大學農林經濟管理博士后流動站”資助

F321.1; F327; X71

A

1005-9121[2017]04170-07