基于投入視角的農業碳排放與經濟增長的脫鉤效應分析
——以河南省為例

張志高, 袁 征, 劉 雪, 張翠貞, 豐家全, 云慧雪

(1.安陽師范學院 資源環境與旅游學院, 河南 安陽 455000; 2.安陽工學院 土木與建筑工程學院, 河南 安陽 455000)

基于投入視角的農業碳排放與經濟增長的脫鉤效應分析
——以河南省為例

張志高1, 袁 征2, 劉 雪1, 張翠貞1, 豐家全1, 云慧雪1

(1.安陽師范學院 資源環境與旅游學院, 河南 安陽 455000; 2.安陽工學院 土木與建筑工程學院, 河南 安陽 455000)

基于農業生產中的6個方面測算了河南省1993—2014年的農業碳排放量和排放強度。22年來河南省農業碳排放總量由1993年的495.12萬t增加到2014年的1 704.13萬t，年均增長6.12%，總體上呈“高速—低速—高速—低速”四階段演化特征，農業碳排放強度從1993年的720.60 kg/hm2增加到2014年的2 080.23 kg/hm2，年均增長5.28%。河南省農業碳排放總量與經濟發展呈典型的倒“U”型曲線關系，且開始出現拐點，但不明顯。農業碳排放總量的組成結構隨時間變化，從平均占比情況來看碳排放組成依次為農村用電、化肥、農膜、農藥、農用柴油和翻耕。運用Tapio脫鉤模型計算了河南省農業碳排放的脫鉤彈性系數，結果顯示，2004年前農業碳排放與農業經濟發展的脫鉤關系呈現弱脫鉤、擴張負脫鉤、擴張連接和強負脫鉤4種彈性特征并存，2004年后以弱脫鉤為主導，占比81.82%，說明近年來河南省在農業碳減排方面取得了一定成效，未來河南省還須采取措施，從根本上實現農業碳排放與農業經濟增長脫鉤。

農業碳排放; 經濟增長; 環境庫茲涅茨曲線; 脫鉤效應; 河南省

農業生產過程中由于土地翻耕、灌溉等活動和化肥、農藥等物質投入會直接或間接導致溫室氣體的排放[1-3]。根據聯合國政府間氣候變化專門委員會的報告，農業生產已成為全球第二大溫室氣體排放來源，占全球的14%[4]。農業在我國國民經濟中起著重要的作用，隨著化肥、農藥、農膜等農用物資在農業生產活動中的大量使用，農業生產活動引發的碳排放已經成為區域碳排放的重要組成部分，據統計我國農業溫室氣體排放占全國排放總量的17%[5]。巴黎氣候變化大會上，中國政府承諾將于2030年左右使二氧化碳排放達到峰值并爭取盡早實現，2030年二氧化碳排放強度較2005年下降60%～65%，因此，對于農業碳排放問題的研究日益成為學術界關注的熱點，也取得了諸多成果。在農業碳排放總量和結構方面，不同學者從能源消耗、農業投入和不同農業部門等視角對農業碳排放進行測算[6-8]。在農業碳排放的影響因素方面，研究者分別采用LMDI指數分解法[9-10]、Kaya恒等式[11]和STIRPAT[12]等方法對碳排放驅動因素進行分解研究。農業碳排放與經濟增長關系的研究方面，李波[13]和李立[14]等進行了農業碳排放與經濟發展的脫鉤效應分析，田素妍[15]和高標[16]等進行了農業和畜牧業碳排放的庫茲涅茲曲線(EKC)研究。與第二和第三產業相比，農業碳排放的相關研究成果較少，主要基于國家尺度且主要集中在東部等發達地區。

河南省作為農業大省和我國重要的商品糧基地，在我國農業生產中占有舉足輕重的地位，目前對河南省農業碳排放方面的研究還較少[17]，因此，本文以河南省為研究對象，從農用柴油、化肥、農膜、農藥、農村用電和翻耕等6個方面構建河南省農業碳排放測算體系，定量計算分析河南省1993—2014年農業碳排放數量、組成結構和碳排放強度的變動特征，建立河南省農業碳排放總量的環境庫茲涅茨曲線(EKC)，基于脫鉤理論測算出河南省農業碳排放彈性特征，分析22年來河南省農業碳排放與農業經濟增長的關系，以期為河南省實現低碳農業發展提供參考和依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

河南省位于中國中東部、黃河中下游，地處北緯31°23′—36°22′，東經110°21′—116°39′，分屬海河、黃河、淮河、長江四大水系。總面積16.7萬km2，河南省平原和盆地面積約9.3萬km2，占全省總面積的55.7%，總人口10 722萬人，占全國總人口的7.8%。河南省年平均氣溫12～16℃，年降水量500～1 400 mm，無霜期為190～230 d，日照時數1 740～2 310 h。2014年全省擁有水資源總量為2.83×1010m3，地表水資源量1.77×1010m3，地下水資源量1.67×1010m3。充足的光、熱、水資源和肥沃的土地為河南農業的發展奠定了良好的基礎，糧、棉、油等主要農產品產量均居全國前列，是全國重要的優質農產品生產基地。2014年糧食種植面積為1.02×107hm2，農業機械總動力為1.15億kW，糧食總產量為5.77×107t，是我國重要的商品糧生產基地。河南省在農業快速發展的同時，也帶來了大量的農業物質消耗，2014年，共投入使用化肥7.06×106t(折純量)、農用塑料薄膜使用量1.64×105t、農藥1.3×105t、農用柴油1.16×106t、農村用電3.13×1010kW·h。農業生產過程中化肥、農藥、農膜等農用物資的大量投入，導致農業碳排放量逐年增長，是河南省農業面臨的巨大挑戰。

1.2 研究方法

1.2.1 農業碳排放量及碳排放強度估算 農業碳排放測算目前尚沒有統一的方法[16,18]，本文從翻耕和農業物質投入方面，結合河南省實際情況及數據的可獲取性，選擇土地翻耕、化肥、農膜、農藥、農用柴油和農村用電6種農業碳排放源，對河南省的農業碳排放量進行估算。農業碳排放計算公式為：

E=∑Ei=∑Ti×δi

式中：E為農業生產碳排放總量；Ei各類農業碳源碳排放量；Ti為各碳排放源投入量;δi為各碳源的碳排放系數，參考前人研究成果，具體見表1。據此獲得農業碳排放強度：

式中：A為農業碳排放強度；B為耕地面積。由于河南省火力發電占總發電量的比例高達98%以上，因此未調整農村用電的碳排放系數。

1.2.2 脫鉤理論與脫鉤彈性的測算 脫鉤理論是為了探討環境質量與經濟發展的關聯性，測度經濟發展與物質消耗投入和生態環境的壓力狀況而提出的一種理論觀點，后又被運用到能源、交通、農業等領域[20]。目前用于脫鉤分析的模型有兩種，即OECD脫鉤模型和Tapio脫鉤模型。OECD脫鉤指數法[21]運用終期年份與基期年份的變化量，作為判定該時期兩個研究變量是否脫鉤關系的依據。Tapio脫鉤模型在OECD脫鉤模型的基礎上，采用“彈性概念”來動態地反映變量間的脫鉤關系，克服了OECD脫鉤模型在基期選擇上的困境。根據脫鉤彈性數值大小，Tapio脫鉤模型將脫鉤指標分為連結、脫鉤或負脫鉤三種狀態，再依不同數值將脫鉤分為強脫鉤、弱脫鉤、擴張連接、擴張負脫鉤、強負脫鉤、弱負脫鉤、衰退連接和衰退脫鉤等8種狀態[22]，具體劃分見表2。本研究選用Tapio模型對河南省農業碳排放與農業經濟增長的脫鉤關系進行分析，構建如下脫鉤彈性系數模型：

式中:e表示脫鉤彈性；C表示農業碳排放；PGRI表示種植業總產值。

表1 農業碳排放測算體系

表2 Tapio脫鉤彈性類型

1.3 數據來源

本研究中，河南省1993—2014年的化肥(折純量)、農膜、農藥、柴油、農村用電及翻耕等數據來自《中國農村統計年鑒》，以當年實際使用量為準，翻耕面積為當年耕地面積；人均GDP和種植業總產值等數據來自《河南統計年鑒》。

2 河南省1993-2014年農業碳排放核算與分析

根據農業碳排放量估算公式測算出1993—2014年河南省各農業碳源碳排放量以及農業碳排放總量，結果見表3。

2.1 農業碳排放總量變化

2.1.1 農業碳排放總量動態變化 從農業碳排放總量來看(圖1)，1993—2014年，整體上處于上升態勢。從1993年的495.12萬t 增長到2014年的1 704.13萬t，年平均增長率為6.12%。從增長速度來看，河南省農業碳排放總量的環比增長率總體上處于階段性下降態勢(圖1)。各碳排放源化肥、農膜、農藥、農用柴油、農村用電和翻耕等的碳排放量也都不同程度地出現了增長。其中，農村用電的碳排放增長速度最快，年均增長率達8.26%，其次為農膜，年均增長率達7.32%，農用柴油增速5.76%，化肥和農藥碳排放量增速適中，分別為4.38%和4.36%，翻耕的碳排放增長速度緩慢為0.89%。

1993—2014年河南省農業碳排放呈現上升趨勢(圖1，2)，但不同階段增速存在著一定差異，總體上呈“高速—低速—高速—低速”四階段變化特征：第一階段是1993—1998年，為快速增長期，碳排放量快速增加，從1993年的495.12萬t 增長到1998年的801.45萬t，年平均增長率10.16%；1999—2003年是第二階段，為低速增長期，年均增速3.79%，其中2003年碳排放量僅增長0.64%，為異常年份；2004—2009年為第三階段，碳排放量恢復高速增長，年均增長率7.19%，由2004年的1 026.88萬t 增長到2009年的1 461.59萬t；第四階段為2010—2014年，碳排放量增速明顯放緩，年均增速3.12%，為階段最低，且呈下降趨勢。

2.1.2 農業碳排放總量的EKC曲線分析 1991年，美國經濟學家Grossman和Krueger等首次利用庫茲涅茨曲線來定量描述環境污染與經濟發展的關系，即環境庫茲涅茨曲線(environmental kuznets curve，EKC)[23]。經典的(EKC)假設認為人均收入與環境污染表現為“倒U型”關系，也即隨著經濟的發展，環境狀況先惡化后改善[24]。參照標準的EKC模型原理，利用河南省1993—2014年的時間序列數據建立包含一次項、二次項和三次項的農業碳排放EKC曲線回歸模型：

E=α0+α1x+α2x2+α3x3+ε

式中：E為農業生產碳排放總量；x為人均GDP；α0，α1，α2，α3分別為待估參數；ε為隨機誤差項。

表3 1993-2014年河南省農業碳排放量與碳排放強度

圖11993-2014年河南省農業碳排放總量與環比增速

應用SPASS 20.0統計軟件，以人均GDP為自變量，以農業碳排放總量為因變量，分別選用線性、二次項和立方對碳排放和人均GDP進行回歸分析和檢驗，結果表明農業碳排放強度與人均GDP的二次函數曲線關系效果最好，各參數均能通過1%水平的顯著性檢驗，R2為0.982 6，F值為536.599，p值為0，二者的計量模型函數見圖2。從圖2中可知，農業碳排放總量與人均GDP變化關系符合二次函數，二者呈倒“U”型曲線關系，取農業碳排放擬合函數的導數，得出擬合函數曲線的拐點為人均GDP為3.517 4萬元，農業碳排放總量為1 659.581 2萬t的臨界處。這表明，當河南省人均GDP小于3.517 4萬元的臨界水平時，隨著人均GDP的上升，農業碳排放總量將增加，在人均GDP超過3.517 4萬元的臨界水平時，河南省農業碳排放總量才有可能出現下降趨勢。從圖2的EKC曲線可以看出，該倒“U”型EKC曲線僅僅開始顯現拐點的跡象，但并不明顯，如果河南省農業化肥、農藥、農膜等投入持續增長，農業碳排放將會反彈。因此需采取措施減緩農業碳排放的壓力。

圖2農業碳排放總量與人均GDP擬合曲線

2.2 農業碳排放強度變化

與碳排放總量變化相似，農業碳排放強度也呈持續增長態勢(圖3)。從1993年的720.60 kg/hm2增加到2014年的2 080.23 kg/hm2，年均遞增5.28%，低于農業碳排放總量的環比增長率。農業碳排放強度的環比增速總體亦呈現階段性下降趨勢，2009年增速異常偏低，原因為河南省進行第二次土地調查調整耕地面積。

圖31993-2014年河南省農業碳排放強度與環比增速

2.3 農業碳排放結構及其變化

從農業碳排放結構來看(圖4)，農業碳排放源所占比例隨時間發生變化，農村用電在2005年以后超過化肥成為最大碳排放源，平均占比43.01%，且呈逐步升高趨勢，2014年占比達49.99%，化肥在2005年以前是最大的碳排放源，22 a來平均占比42.10%，最大占比為1993年52.13%，呈“下降—上升—下降”的變化特征。農膜居第三位，平均占比為4.97%，1993—2000年，農膜占比呈上升趨勢，2000年占比達5.52%，之后開始下降。農藥平均占比4.91%居第四位，總體呈逐年下降趨勢，農用柴油居第五位，平均占比4.77%，1999年之前呈增高趨勢，之后逐年下降。翻耕的碳排放最少，且呈逐年下降趨勢，平均占比為0.23%。

圖41993-2014年河南省農業碳排放源結構及變化

3 農業碳排放與經濟增長的脫鉤效應

根據Tapio脫鉤模型，計算出河南省農業碳排放與農業經濟發展的脫鉤彈性指數(表4和圖5)。總體來看，1993—2014年，河南省農業碳排放及種植業產值總體上均呈增長趨勢，脫鉤彈性指數為-0.599 8～6.954 6，農業碳排放與經濟發展的脫鉤關系呈現弱脫鉤、擴張負脫鉤、擴張連接、強負脫鉤4種狀態。脫鉤關系以弱脫鉤為主，21 a來共出現13次，占統計期數的61.90%，即農業碳排放的增長速度明顯低于農業經濟的發展速度，說明河南省嚴重依賴化肥、農藥和農膜等農用資料投入的傳統粗放型農業發展方式逐步好轉，農業與環境的矛盾趨于緩和。根據農業碳排放、種植業產值及二者脫鉤關系，可以分為4個階段。

(1) 1993—1999年，農業碳排放與種植業產值均保持快速增長，農業碳排放年平均增速9.04%，種植業產值年平均增長18.12%。在此階段，農業現代化進程加快，農村勞動力還未向城市大規模轉移，農民為加大產量，在耕地資源有限的條件下，多選擇加大化肥、農藥、農膜和農用柴油等農用資料投入力度，帶動了農業碳排放快速增長。總體上，農業碳排放增長速度除有2個年份快于種植業增長外，其他年份均低于種植業增長速度，彈性特征以弱脫鉤為主，含有一個擴張負脫鉤和擴張連接。

(2) 2000—2003年，農業碳排放增速放緩，年平均增速3.87%，種植業產值年平均增長-1.79%，呈負增長態勢。在此階段，國家對農業投入不足，農民負擔加重，“三農”問題凸顯，農民從事農作物生產的積極性不高，愈來愈多的農民放棄務農轉向城市打工，造成種植業增速減緩甚至出現負增長。另一方面，為節約勞動成本，農業生產更依賴于化肥、農藥等生產資料的投入，農民也更傾向于依賴由機械替代勞動力，這就增加了柴油、電力等能源的消耗。因此，在此期間彈性特征呈擴張負脫鉤、擴張連接和強負脫鉤等不理想狀態，在種植業負增長的2002年、2003年份呈強負脫鉤狀態。

(3) 2004—2010年，農業碳排放與種植業產值恢復快速增長，農業碳排放年平均增速6.77%，種植業產值年平均增長18.03%。針對之前出現的“三農”問題，2004年開始，中央一號文件連續聚焦三農問題，實行一系列的惠農政策，釋放了農業生產力，使種植業產值快速增長。在此階段，種植業產值的快速增長得益于農業科技的進步和生態農業、循環農業等先進模式的大力推廣，而不是依靠化肥、農藥和農膜等農業生產資料大量投入式的粗放經營模式，農業碳排放增速均小于種植業產值增速，因此，彈性特征以弱脫鉤為主，僅在2007年出現擴張連接。

(4) 2011—2014年，農業碳排放與種植業產值增速明顯放緩，農業碳排放年平均增速2.84%，種植業產值年平均增長6.17%。在此階段，農業科技進步使農業生產力得到進一步提高，循環農業和低碳農業等種植模式進一步推廣，再加上產業結構的調整，種植業保持較快增長速度，十七大以來，中央開始強調資源節約和生態環境保護，河南省農業碳排放增速達到最低水平，碳排放彈性特征呈以弱脫鉤為主的較理想狀態，僅在2011年出現擴張負脫鉤。

綜上所述，1993—2014年河南省農業碳排放與農業經濟發展的脫鉤彈性指數為-0.599 8～6.954 6，農業碳排放與經濟發展的脫鉤關系呈現弱脫鉤、擴張負脫鉤、擴張連接、強負脫鉤4種狀態。由圖5可以看出，2004年前農業碳排放與農業經濟發展的脫鉤關系呈現弱脫鉤、擴張負脫鉤、擴張連接和強負脫鉤4種彈性特征并存，2004年后以弱脫鉤為主導，占比81.82%，脫鉤狀態較為理想，說明近年來河南省在農業碳減排方面取得了一定成效。

表4 1993-2014年河南省農業碳排放彈性結果

圖51993-2014年河南省農業碳排放脫鉤彈性變化曲線

4 結論與建議

(1) 河南省農業碳排放總量由1993年的495.12萬t增加到2014年的1 704.13萬t，增加了2.44倍，年均增長6.12%，總體上呈“高速—低速—高速—低速”四階段演化特征。農業碳排放強度從1993年的720.60 kg/hm2升高到2014年的2 080.23 kg/hm2，增長1.89倍，年均增速5.28%。農業碳排放總量與經濟發展呈典型的倒“U”型曲線關系，且開始出現拐點，但不明顯。

(2) 農業碳排放結構方面，各碳源排放量在研究時段內均呈增長態勢，所占農業碳排放總量的比例隨時間發生變化，從1993—2014年平均占比來看，農村用電平均占比43.01%，為最大碳源，其次為化肥，平均占比42.10%，其余為農膜、農藥和農用柴油，平均占比分別為4.97%，4.91%和4.77%，翻耕占比為0.23%，且呈逐年下降趨勢。

(3) 近22 a來，河南省農業碳排放脫鉤彈性指數為-0.599 8～6.954 6，農業碳排放與經濟發展的脫鉤關系呈現弱脫鉤、擴張負脫鉤、擴張連接、強負脫鉤4種狀態。基于彈性差異，可劃分為兩個時期：2004年前農業碳排放與農業經濟發展的脫鉤關系呈現弱脫鉤、擴張負脫鉤、擴張連接和強負脫鉤4種彈性特征并存，2004年后以弱脫鉤為主導，占比81.82%，脫鉤狀態較為理想，說明近年來河南省在農業碳減排方面取得了一定成效。

目前河南省農業碳排放總量的EKC曲線呈典型的倒“U”型曲線形態，并開始出現了拐點的跡象，2004年后農業碳排放與農業經濟發展的脫鉤關系由多種脫鉤狀態并存轉為以弱脫鉤為主，這些說明河南省農業生產與環境的矛盾趨于緩和，農業低碳減排工作取得一定的成效。但是農業作為國民經濟的基礎，尤其是河南省農業經濟發展在保障國家糧食安全方面的重要戰略地位，在未來一段時期內農業碳減排仍具有較強的壓力。政府和民眾應高度重視化肥、農藥、農膜等農業生產資料投入所引起的農業碳排放問題，加大科技投入，增加清潔能源利用，推進向低碳農業轉型，優化農業產業結構，建立健全農業碳減排法律法規體系，從根本上完成農業碳排放與農業經濟增長的脫鉤。

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DecouplingAnalysisofAgriculturalCarbonEmissionsandEconomicDevelopmentBasedonInputAngleofView—TakingHenanProvinceforExample

ZHANG Zhigao1, YUAN Zheng2, LIU Xue1, ZHANG Cuizhen1, FENG Jiaquan1, YUN Huixue1

(1.SchoolofResourceEnvironmentandTourism,AnyangNormalUniversity,Anyang,He′nan455000,China; 2.SchoolofCivilandArchitecturalEngineering,AnyangInstituteofTechnology,Anyang,He′nan455000,China)

Based on six kinds of factors of agricultural production, the total agricultural carbon emissions were calculated in He’nan Province during the period from 1993 to 2014. The results indicate that the amount of agricultural carbon emission showed a gradual upward trend in 22 years, which increased from 4.951 2 million tons in 1993 to 17.041 3 million tons in 2014, the average annual growth rate was 6.12%, in general, it can be divided into four periods: rapid growth period, slow growth period, rapid growth period, and slow growth period. The intensity of carbon emission increased from 720.60 kg/hm2in 1993 to 2080.23 kg/hm2in 2014, the average annual growth rate was 5.28%. The relationship between agricultural carbon emission and economic development presented typical inverted ‘U’ type curve, and the inflection point had appeared, but it was not obvious. The structure of agricultural carbon emissions changed with time, the average proportion rural electricity was the largest carbon source, followed by chemical fertilizer, agricultural plastic film, agricultural pesticide, agricultural diesel oil and plowing. Meanwhile, we calculated the decoupling elasticity using Tapio decoupling model, indicating that Henan′s carbon emissions and economic development of agricultural presented a variety of decoupling elasticities before 2004, including weak decoupling, expansion of negative decoupling, expansion connection and strong negative decoupling, leading to weak decoupling as the dominant state after 2004, accounting for 81.82%, which indicates that a certain of success has been achieved in reducing agricultural carbon emission in He′nan Province. Effective measures should be taken to achieve the decoupling between agricultural carbon emissions and economic development.

agricultural carbon emissions; economic development; environmental Kuznets curve; decoupling effect; He′nan Province

2016-11-13

：2016-12-21

河南省高等學校重點科研項目(16A170006);河南省科技計劃項目(152102310088)

張志高(1986—),男,河南許昌人,博士,講師,主要從事區域資源和環境評價等方面研究。E-mail:Zhangzhg06@163.com

F323

：A

：1005-3409(2017)05-0272-07