種植業碳源、碳匯測算與凈碳匯影響因素動態分析：山東例證

尚杰 楊濱鍵

內容提要：本文選取山東省1990～2016年的種植業數據，測算了山東省種植業碳源、碳匯、單位面積碳匯量、凈碳匯量。基于VECM動態模型，分析了影響凈碳匯的因素。結果表明：種植業經濟發展水平、農產品出口依存度與有效灌溉面積率，對凈碳匯存在長期均衡正向影響;財政支持力度對凈碳匯存在短期的正向影響。研究表明，發展經濟、優化對外貿易、提升科學灌溉技術水平與提高財政資金使用有效性等手段可以有效促進種植業減排增匯。

關鍵詞：種植業;凈碳匯;綠色發展

中圖分類號：F062.2 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1003-7543（2019）06-0123-12

聯合國政府間氣候變化專業委員會第四次評估報告指出，農業已經上升成為第二大溫室氣體來源。我國農業生產面臨著生產資料高投入、產量與效益偏低、資源過度利用、生態退化等問題。為了盡快解決農業生產所面臨的問題，有必要選擇低碳農業發展模式。

山東省是我國的農業大省，農業增加值長期穩居第一位，且農產品進出口總值長期位居全國第一;其糧食產量高，三大主要糧食作物為小麥、玉米、薯類。山東省農業生產資料如化肥、農膜等投入呈現先增后減的趨勢，農作物播種面積持續下降，但單位面積產量提高顯著。作為農業產業化的發源地，在加快轉變農業發展方式的過程中，山東省具有較強的代表性以及經驗的可推廣性。農業具有碳匯和碳源雙重性，農作物光合作用可以在農業生產過程中吸收大量的二氧化碳，具有固碳效應。而農業生產需要使用大量的農業生產資料，這種生產方式必然會引起碳源的釋放。種植業是農業的重中之重，實現低碳農業的關鍵是解決好種植業增匯減排問題。本文以山東省種植業凈碳匯為研究對象，為山東省種植業可持續發展提出相關建議。

一、相關文獻綜述

近年來，國內外相關專家學者針對農業碳源與碳匯進行了很多有意義的研究，為本文提供了可資借鑒之處。有的學者通過科學的方法測算了農業碳源與碳匯量，并基于此提出了相應的低碳減排對策。如謝淑娟通過科學的測算方法研究了我國農業碳排放狀況，并以此為依據，提出了相應增匯路徑[1];馬濤測算了上海市的碳源與碳匯情況，認為上海具有很大的碳匯潛力，并提出將農業碳匯納入碳交易市場，以此來改善環境[2];王梁等運用科學的測算方法計算了山東省碳源與碳匯量，并分析了其碳足跡軌跡[3]。有的學者基于影響因素角度來研究碳源，如Richmond et al. 基于時間與空間兩個維度，通過科學測算，深入研究了碳排放與農業經濟之間的關系及影響因素[4];Dalton通過研究證明，年齡結構、城市化規模等是影響碳排放量的主要因素[5];Zaim & Taskin基于DEA模型評價了不同地區碳源績效[6]。也有少數學者對凈碳匯進行了研究，如田云等對中國農業凈碳匯狀況進行了測算與分析，并對其效應進行了研究[7];楊果等測算了中國凈碳匯量，并基于耦合性模型分析了凈碳匯與農業經濟發展的關系[8]。

綜合國內外研究可知：第一，現有的研究多是對農業碳源與碳匯進行測算，關于凈碳匯的測算相對較少，對種植業的相關研究就更少;第二，就研究的影響因素而言，多是從結構、規模、經濟等角度進行研究，很少有學者關注到政府政策以及國際貿易等因素對其產生的影響;第三，研究的角度多從宏觀因素來考慮，很少有學者關注到種植業本身的影響因素對其凈碳匯的影響;第四，就研究區域而言，山東省作為我國的農業大省，無論是規模、國際影響度還是模式先進性，其農業生產都非常具有代表性，但相關文獻研究偏少，涉及種植業凈碳匯的就更少。為此，本文測算1990～2016 年山東省種植業碳源、碳匯總量與凈碳匯量，創新性地運用VECM動態分析法，全面系統地分析山東省種植業凈碳匯的影響因素，為山東省科學制定種植業低碳減排政策提供參考。

二、研究方法與數據來源

（一）種植業碳源與碳匯測算

1.碳源測算方法

目前較權威的測算方法為IPCC發布的碳排放系數法，本文運用該計算方法，測算山東省種植業碳源量。種植業碳排放估算公式如下：

C=∑Ci=∑（Ti×Qi）（1）

C 表示農業的總碳排放量;Ci表示第i種碳源的碳排放量;Ti表示第i種碳源的量;Qi表示i種碳源的碳排放系數（見表1）。

2.碳匯測算方法

本文采用謝鴻宇等的農業碳匯測算方法測算種植業碳匯[10]。計算公式如下：

Ct=∑iCfDw=∑iCfYw（1-wi）/Hi（2）

Ct表示農作物全年碳吸收量;i為農作物品種;Cf為農作物進行光合作用合成干物質所需要的碳量，即經濟系數;Dw為農作物總生物量;Yw為農作物經濟產量;wi為農作物含水量;Hi為農作物碳吸收率。種植業農作物含水量、經濟系數與碳吸收率數據如表2所示。

（二）數據來源

種植業碳源主要來源渠道包括：首先是化肥、農藥以及農膜在種植業生產和使用中釋放的碳源;其次是使用機械作業消耗農用柴油釋放的碳源;再次是種植業翻耕造成有機碳流失所釋放的碳源;最后是使用電能進行灌溉消耗的化石燃料所釋放的碳源。

根據山東省的農作物實際種植情況，本文選取了小麥、蔬菜、薯類等主要農作物作為研究對象測算山東省種植業碳匯。

（三）實證方法

1.ADF單位根法

ADF檢驗的主要作用是檢測序列的平穩性。檢驗有以下三種情況：

（1）△γt= ？覫rt-1+αt

（2）△γt=μ+？覫rt-1+αt

（3）△γt=μ+βt+？覫rt-1+αt

等價于以下三種情形：

（1）γt=ρrt-1+αt

（2）γt=μ+ρrt-1+αt

（3）γt=μ+βt+ρrt-1+αt

若不拒絕原假設，γt為含單位根的非平穩時間序列;若拒絕，（1）、（2）γt為平穩時間序列，（3）γt為趨勢平穩序列

2.VECM動態模型

VECM是一個有約束的VARM， VECM的優勢在于其反映了長期的靜態關系和短期動態關系，因此它適用于已知有協整關系的非平穩序列。VECM建模的前提是序列是同階單整。Granger & Engle將協整與誤差修正模型科學地結合起來，創建了一個新的向量誤差修正模型。協整方程是：

γ2t=β*γ1t

且VECM為：

△γ1，t=α1（r2，t-1-β*γ1，t-1）μ1，t

△γ2，t=α2（r2，t-1-β*γ1，t-1）μ2，t

其中，α1與α2代表調整速度。

3.脈沖響應函數分析法

脈沖響應函數是一種非參數模型辨識方法。當輸入信號為脈沖函數δ（t）時，系統的輸出響應h（t）稱為脈沖響應函數。實際使用時，常用偽隨機信號作為輸入信號，由數字計算機可獲得輸入輸出的互相關函數Ruy（t），于是h（t）=（1/k）Ruy（t），這是比較通用的方法。

三、結果分析

（一）碳源與碳匯測算結果分析

由表3（下頁）可知，碳源總量呈現先增后降的趨勢，碳源總量在2007年達到了最高峰值，這主要是因為化肥、農藥、農膜等農業生產資料投入持續增加導致的，同時，對總碳源貢獻度最高的化肥也在這一年達到了最大值。另外，這一年山東省對新農村建設的投入進一步加大，財政投入比上年增長25.8%。農業機械化裝備及服務能力提高，農業機械化程度進一步提高，使農用柴油在同年達到了最大值，也促使了這一年總碳源達到了最高峰值。2008年總碳源有顯著降低，這主要是由于2007年聯合國政府間氣候變化專業委員會指出農業碳源已經躍升成為第二大碳源，農業的碳排污染引起了重視。且北京奧運會部分水上項目在山東省舉行，這促使政府更加關注環境，這些重大事件使得政府開始重點關注農業碳排放;加上同期山東省提出了創建農產品質量安全縣與開展化肥農藥使用量零增長行動。積極培育農村經濟新業態，同樣是總碳源得以顯著降低的主要原因。從碳源結構觀察到，化肥、翻耕、灌溉對總碳源的貢獻度最大，其中化肥占比在最高峰值時達到了總碳源的34.86%，這主要是由于化肥價格低廉，種植業生產對其依賴性較高，替代產品價格較貴且效果欠佳;從增速來看，農膜增長率最高時達到了基年的610.25%，農用柴油達到了基年的461.43%，化肥達到了基年的203.80%。從發展趨勢來看，總碳源與三大主要碳排放來源均呈現先增后降的趨勢，但相比于基期其總量增長仍然較大，表明就降低總碳源的角度而言，這三種碳源具有很大的碳減排空間。

由表4可知，山東省種植業碳匯總量呈現穩步增長趨勢，這主要得益于種植業生產技術與水平的提高，政府的環保意識加強也起到了重要作用，但在2001～2003年有所回落。山東省農產品進出口總額位居全國第一，隨著2002年我國加入世界貿易組織，受新的國際形勢以及新的標準的影響，種植業自身從生產技術、生產標準等也需要一個調整適應的過程，故出現了反復的過程。就總碳匯貢獻度而言，小麥、玉米最高，而單位碳匯面積量最高的是小麥、稻谷與玉米，其中小麥與玉米是山東省最主要的糧食作物。從發展的趨勢觀察可知，未來小麥與玉米將是最主要的碳匯貢獻農作物。需要特別注意的是，由于種植業生產結構的調整以及經濟效益的影響，棉花碳匯量從2008年開始呈現持續下降的趨勢。得益于山東省整體的種植業布局，蔬菜所產生的碳匯量呈現穩步上升趨勢。綜合而言，碳匯量并沒有因為播種面積減少而隨之減少，這主要得益于種植水平的進步使單位畝產量大大提高。由此可知，大力發展農業技術、提高種植水平，是增加碳匯的有效途徑。

由表5可知，從發展趨勢來看，相比于基期，除谷子以外，各農作物單位面積碳匯量均呈現不同程度增長，末期小麥單位面積碳匯量上升了57.35%，玉米上升了39.53%，棉花上升了70.63%，蔬菜上升了16.62%，這主要得益于山東省種植業水平的進步，山東省內建成了如濰坊國家蔬菜質量標準中心、德州國家農業示范區等高效種植業示范基地，這更加推動了山東省種植業向前發展。從整體來看，單位面積碳匯總量呈現穩步提升的趨勢，在末期達到最高峰值，相比于基期，上升了33.74%，從發展態勢來看，預計未來將會進一步提高。

由表6可知，山東省凈碳匯總體呈現穩步增長的趨勢，這主要是因為碳匯的持續增長，促進了凈碳匯的穩步增長。2001～2004年有微小減弱，這主要是由于該時段碳源的增速大于碳匯的增速，故出現了回落的情況;從增速來看，碳匯總量截至2016年增長了158.67%，碳源總量增長了152.20%，最高峰值時為160.16%;凈碳匯總量增長了160.39%，這表明碳匯的增長是凈碳匯增長的主要動力，并且隨著種植業科技水平的進步、單位畝產量的進一步增高以及政府與農戶環保意識的進一步加強，碳匯還有很大的增長空間;碳源的增速依然很高，故低碳減排工作仍有很大的進步空間。綜合而言，山東省凈碳匯會在較長一段時間內繼續升高。

（二）VECM動態分析

在前人研究的基礎上，本文根據具體省情選取了山東省1990～2016年的數據構建基于協整約束的向量誤差修正模型（VECM）對凈碳匯影響因素進行動態研究。本文從外部影響因素和內部影響因素進行分析。其中，外部影響因素選取種植業經濟發展水平（NYSP）、農產品出口依存度（CPYCD）、種植業財政支持力度（ZCLD）;內部影響因素選取有效灌溉面積率（YXGG）。凈碳匯（JTH）用碳匯和碳源的差表示。影響因素均為比率，為了避免數據差異過大對研究造成的影響，本文對凈碳匯進行了自然對數處理。

1.描述性統計分析

由表7可知，凈碳匯的均值大于中值，說明凈碳匯呈現上升的趨勢;標準差為0.1384，說明歷年來凈碳匯沒有明顯的波動。NYSP的均值為0.3659，大于中值0.2260，說明種植業經濟發展水平呈現上升的趨勢;最大值與最小值相差較大，說明歷年種植業經濟發展水平具有一定的差異。農產品出口依存度均值小于中值，說明農產品對外出口呈現下降的趨勢。有效灌溉面積率均值與中值比較接近，說明有效灌溉面積率呈現平穩的變化。

2.平穩性檢驗

由ADF單位根檢驗可知（見表8，下頁），農產品出口依存度的ADF值大于5%顯著性水平下的臨界值，故應接受存在單位根的假設，說明CPYCD為非平穩序列;而一階差分序列DCPYCD的ADF值小于5%顯著性水平下的臨界值，說明一階差分后的序列為平穩序列。同理，種植業經濟發展水平、種植業財政支持力度、有效灌溉面積率、凈碳匯均為一階單整序列。

3.協整檢驗

這里采用Johansen協整檢驗法進行檢驗。由AIC和SC最小準則和LR檢驗可知，最優滯后階數為1階（見表9）。由協整檢驗可知，無論是在跡統計量還是最大特征根法下，均拒絕了不存在協整關系的原假設，說明凈碳匯與內部影響因素有效灌溉面積率以及外部影響因素種植業經濟發展水平、農產品出口依存度、種植業財政支持力度之間存在協整關系，即在長期內具有穩定的均衡關系（見表10，下頁）。

4.格蘭杰因果關系檢驗

由格蘭杰因果關系檢驗可知（見表11，下頁），在10%的顯著性水平下，種植業經濟發展水平是凈碳匯的短期格蘭杰成因，而凈碳匯不是經濟發展水平的格蘭杰成因。同理，農產品出口依存度、財政支持力度、有效灌溉面積率均不是凈碳匯的短期格蘭杰成因，說明農業經濟發展水平可以在短期內使凈碳匯變動，而其他三個變量使凈碳匯變動需要一定的時間。

5.脈沖響應函數分析

脈沖響應函數分析描述的是一個內生變量對殘差沖擊的響應。圖1分別是外部影響因素和內部影響因素對凈碳匯變動的脈沖響應曲線，縱軸表示對沖擊的響應，橫軸表示沖擊的作用的滯后期間，實線代表脈沖響應函數的趨勢。

由脈沖響應函數分析可知，當給NYSP一個單位的正向沖擊時，凈碳匯向正方向作出響應且逐漸增強，在第2期達到正向最大，隨后呈現波動下降的趨勢，在第9期趨于收斂。在整個響應過程中，NYSP的沖擊對凈碳匯呈現顯著的正向作用，且具有較好的持續性。當給CPYCD一個單位的正向沖擊時，凈碳匯向反方向作出響應且逐漸減弱，在第2期達到最低點，隨后響應逐步增強，在第4期開始產生正向響應，在第9期趨于收斂。這說明農產品依存度對凈碳匯的影響具有一定的滯后性，短期內CPYCD使凈碳匯下降，長期內能促進凈碳匯的提高。當給ZCLD一個單位的正向沖擊時，凈碳匯向正方向作出響應且逐漸增強，在第2期達到正向最大，隨后呈現波動下降的趨勢，在第3期開始響應為負，隨后一直呈現負向響應。這說明財政支持力度對凈碳匯的影響具有時滯性，在短期內有利于碳凈匯的增長，長期內會抑制凈碳匯的上升。當給YXGG一個單位的正向沖擊時，凈碳匯向正方向作出響應且逐漸增強，在第3期達到正向最大，隨后呈現波動下降的趨勢，在第7期趨于收斂。這說明有效灌溉面積率對凈碳匯的上升具有積極影響，且有一定的時滯性，但是響應強度相對較大。

四、結論與政策建議

通過上述分析，可得到如下結論：

第一，通過協整檢驗可知，種植業經濟發展水平（NYSP）與凈碳匯之間存在協整關系。由格蘭杰因果關系檢驗可知，在10%的顯著性水平下，種植業經濟發展水平是凈碳匯的短期格蘭杰成因。結合脈沖分析可知，種植業經濟發展水平對凈碳匯具有長期穩定的正向影響，且短期影響效果更強。其原因包括：一方面，經濟發展帶來技術的進步，使轉型升級步伐加快，投入的農業生產資料質量提高，由此帶來的污染相應減少。特別是在初期，由于原來的凈碳匯水平不高，因而經濟發展在短期內對凈碳匯水平提高影響顯著。另一方面，山東省生態文明建設扎實推進，山東省大力實施大氣污染防治規劃和行動計劃，生態文明思想的提升帶來了觀念的改變，綠色農業、低碳農業等環保概念逐漸深入人心。在這些因素的綜合作用下，山東省種植業的凈碳匯水平得到持續提高。

第二，由格蘭杰因果關系檢驗可知，農產品出口依存度（CPYCD）在短期內對凈碳匯水平的提高影響作用不大。結合脈沖分析可知，農產品依存度對凈碳匯的影響具有一定的滯后性，在短期內CPYCD使凈碳匯下降，長期內能夠促進碳凈匯的提高。山東省是我國農產品出口大省，在對外出口初期，伴隨著加入世界貿易組織等因素的影響，一方面需要加大出口力度，另一方面需要提高出口農產品的質量，故在初期整個農產品的生產加工都需要一定的調整，生產技術調整完成以后必然會對凈碳匯的增長起到正向影響作用。山東省積極推動對外經貿投資雙向優化，實施優進優出戰略，與澳大利亞、韓國在農產品出口貿易上的深度合作提升了農產品質量與產量。綜合而言，對外出口的優化，無論是自身水平的提升，還是戰略目標的實現，都不是短期能夠實現的，故經歷調整優化以后，農產品出口依存度對提升凈碳匯水平起到了正向的促進作用，且從發展趨勢來看，其影響程度隨著農產品出口貿易的提升，促進作用也會隨之增強。

第三，由脈沖分析實證結果可知，財政支持力度對凈碳匯的影響具有時滯性，在短期內有利于凈碳匯的增長，長期內會抑制凈碳匯的上升。在轉型升級初期，政府必要的財政支持力度，可以降低企業與農民的負擔，達到良好的低碳減排增匯的效果。通過脈沖分析可知，當短期內財政支持力度作用達到頂點后，其影響力開始逐漸下降，后期更是起到了抑制作用。山東省經濟發展態勢良好，對外開放程度高，長期的政府扶持會給企業造成依賴性，不利于企業轉型升級。在長期的扶持下，企業自主創新能力會降低，種植業生產資料的質量難以得到提升，造成碳排放的加劇，由此形成了惡性循環，不利于山東省整體凈碳匯水平的提高。

第四，通過脈沖分析可知，有效灌溉面積率對凈碳匯水平的上升具有積極影響，且有一定的時滯性，響應強度相對較大。這得益于山東省積極推進農業現代化，使得機械化程度大大提升，同時，種植業積極進行了結構優化調整。這促使單位面積產量得到顯著提升，種植業碳匯水平也隨之提高。山東省農田水利建設穩步推進，大力發展節水農業和水肥一體化種植手段，大大提高了有效灌溉面積率。這些措施不僅提高了單位面積產量，而且保護了耕地，使得土壤固碳水平得到提升。綜合來看，政府在有效灌溉上的得力措施是種植業凈碳匯水平持續增長的主要原因。

基于以上結論，本文提出如下建議：

第一，大力促進種植業經濟發展。研究表明，種植業經濟發展水平（NYSP）對凈碳匯的正向作用最為明顯。政府作為政策的制定者與執行者，應當發揮積極的引導作用。一是制定科學的種植業經濟發展政策，聚力精準施策。促進種植業增產提質，大力發展無公害農產品、綠色食品、有機農產品和農產品地理標志產品。把握市場發展方向，尊重農民意愿，合理安排耕種作物類別，積極探索符合當地實際的耕種方式。二是深化種植業供給側結構性改革，促進產業融合發展。優化種植業資源配置，減少無效供給，開拓種植業多樣化功能，推動產業價值鏈上下貫通，推進各產業之間融合協調發展，努力促進農民增產增收。三是堅定不移地推進鄉村振興和脫貧攻堅。統籌規劃，因地制宜，抓住生態振興重點任務，深化農業和扶貧領域體制機制改革，為全力發展種植業經濟打下堅實基礎。四是充分利用新媒體平臺進行宣傳。充分利用現有新型網絡資源，對種植業產品進行包裝與宣傳，提升種植業產品商業價值。五是大力打造立體化銷售渠道，多層次全方位銷售農產品。一方面加強與淘寶、京東等電商的合作，讓價廉質優的產品能夠走出去;另一方面，可以舉行農產品展銷會，拓寬銷售渠道，促進農民增收，深層次、全方位提高種植業經濟發展水平。

第二，提升對外經貿水平。山東省為我國重要的農產品出口省份，且農產品出口依存度（CPYCD）對凈碳匯的提高有著長期穩定的正向推動作用，優化提高農產品出口產量與質量，對山東省種植業減排增匯具有積極效應。一是實施優進優出戰略，培育壯大本土有特色且具備競爭力的優質農產品;二是加強與海外銷售商合作，利用海外銷售商的優質高效銷售平臺，使優質且符合標準的農產品能夠走出國門;三是認真學習與研究貿易政策，在不斷提高自身品質的基礎上，積極認真研究新的形勢，從容應對新的挑戰;四是深度推進國際合作，利用中澳、中韓產業園的優勢，積極推動農產品的出口，并努力打開新的市場。

第三，提升種植業有效灌溉水平。通過研究可知，有效灌溉面積率（YXGG）對凈碳匯有著長期正向的穩定影響，故提高有效灌溉水平可以有效促進種植業凈碳匯的提升。一是穩步推進種植業灌溉基礎設施建設。高標準完成農田建設工程以及水利建設工程，因地制宜興建和完善水利設施，為農田能夠有效進行灌溉打好基礎。二是與科研單位合作，加快突破種植業灌溉關鍵核心技術。實施灌溉關鍵核心技術攻關行動，培育一批種植業戰略科技創新力量。在灌溉中因地制宜使用現代化灌溉設備，配合先進科學的灌溉技術，有效利用有限的水資源，緩解地下水開采過量的問題。三是加強新技術推廣與指導。組織科技人員有針對性地深入種植業生產一線，對農民進行新技術一對一指導，促進關鍵技術的有效推廣和高效利用。四是因地制宜引進采用先進的灌溉技術。例如，大力發展節水種植業和水肥一體化種植業，灌溉過程中因地制宜使用微噴、滴灌以及局部精確灌水等先進灌溉技術，這些措施對于改善農作物生長條件、提高單產與品質，具有良好的社會效益和經濟效益。

第四，提升財政支持的有效性。研究表明，財政支持力度（ZCLD）短期可以對凈碳匯水平的提升起到正向影響，長期而言會起到負向作用。一是在種植業基礎設施建設初期給予必要的財政支持。種植業轉型升級初期，由于負擔過程，運行成本較高，需要政府給予必要的財政支持。二是將財政資金重點投入生態文明建設工程。政府應抓好環境保護工作，將資金投入到環境保護中去[12]。三是推動農業財政支出資金績效管理。掌握財政支持項目實施進度、績效目標實現情況，加強執行監控，強化績效評價。要順應市場規律，積極培育種植業生產者的自主能動性，使其主動參與到市場競爭中去，發揮其比較優勢。

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Estimation of Carbon Source and Carbon Sequestration in Planting Industry and Dynamic Analysis of Influencing Factors of Net Carbon Sequestration： A Case Study of Shandong Province

SHANG Jie ?YANG Bin-jian

Abstract： Based on the planting data of Shandong Province from 1990 to 2016， the carbon source， carbon sink， carbon sink per unit area and net carbon sink of planting industry in Shandong Province were calculated. Based on VECM dynamic model， the factors affecting net carbon sequestration are analyzed. The results showed that the economic development level of planting industry， the dependence degree of agricultural exports and the effective irrigation area ratio had a long-term positive impact on net carbon sink and a short-term positive impact on financial support. The results show that the development of economy， optimization of foreign trade， upgrading of scientific irrigation technology and improving the effectiveness of the use of financial funds can effectively promote the reduction of emissions and increase foreign exchange of planting industry in Shandong Province.

Key words： planting industry; net carbon sequestration; green development