基于LMDI 的張掖市農(nóng)業(yè)碳排放影響因素分析

李彩弟，燕振剛

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，甘肅 蘭州 730020）

一、引言

全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展引起的碳排放受到各國高度重視，中國作為全球范圍內(nèi)排名較前的農(nóng)業(yè)大國，碳排放問題尤為突出[1-2]。而農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的溫室氣體排名第二，其比例占碳排放總量的17%[3-4]。因此，我們必須重視農(nóng)業(yè)碳減排這一重要環(huán)節(jié)的影響。大多數(shù)的學(xué)者從以下層面進(jìn)行研究：（1）基于國家層面碳排放：劉月仙（2013）[5]分析了全國農(nóng)業(yè)溫室氣體排放量，并根據(jù)各地區(qū)的減排政策提出了中國的應(yīng)對(duì)措施；王劼（2018）[6]從三個(gè)方面對(duì)31 個(gè)國家的農(nóng)業(yè)碳排放進(jìn)行了對(duì)比研究。（2）基于省級(jí)層面碳排放：孫英（2018）[7]、許清濤等（2018）[8]與張小平和王龍飛（2014）[9]分別對(duì)山東省、吉林省和甘肅省農(nóng)業(yè)碳排放進(jìn)行了測(cè)算與分析，結(jié)果表明碳排放量整體均呈上升趨勢(shì)。（3）基于市級(jí)層面碳排放：何炫蕾等（2018）[10]研究表明，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)蘭州市碳排放的增加呈現(xiàn)正效應(yīng)。石文和唐建榮（2018）[11]研究發(fā)現(xiàn)，無錫市近10 年的CO2排放量增長(zhǎng)了16.4%，煤類能源是主要來源。

目前大多數(shù)的研究基于國家層面和省級(jí)層面，對(duì)市縣級(jí)層面的研究較少，尤其是西北地區(qū)。因此根據(jù)張掖市（2007—2017）農(nóng)業(yè)（種植業(yè)）生產(chǎn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用LMDI 模型測(cè)算不同碳源產(chǎn)生的碳排放量，分析碳排放的驅(qū)動(dòng)因素和各縣區(qū)碳排放的差異，將為制定低碳農(nóng)業(yè)政策提供有益指導(dǎo)。

二、研究區(qū)域狀況及研究方法

（一）研究區(qū)域概況

張掖市位于東經(jīng)97°20'～102°12'，北緯37°28'～39°57'，地處全國地形的第二階梯中心，在青藏高原與內(nèi)蒙古高原的過渡地帶東屏大黃山與金昌市、武威市為鄰，西沿走廊與酒泉市、嘉峻關(guān)市相望，南依祁連山與青海省的海北藏族自治州門源縣和祁連縣接壤，北靠合黎山、龍首山與內(nèi)蒙古自治區(qū)的額濟(jì)納旗和阿拉善右旗毗連。張掖屬于典型的溫帶大陸性干旱氣候，日照時(shí)間長(zhǎng)，光熱資源充足，冬寒夏暖，全市平均氣溫6℃～8℃，年降水量104～328 毫米。

（二）研究方法

1.農(nóng)業(yè)碳排放測(cè)算指標(biāo)體系構(gòu)建。本研究主要分析2007—2017 年張掖市種植業(yè)發(fā)展中使用的化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、灌溉、翻耕和機(jī)械過程中產(chǎn)生的碳排放，其估算模型如下：

式（1）中，C 為農(nóng)業(yè)碳排放總量，Ci為各碳源產(chǎn)生的排放量，Mi為各碳源的使用量，δi為各碳源的系數(shù)。由此，農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度表示如下：

式（2）中，E 為農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度，B 為耕地面積，農(nóng)業(yè)碳排放系數(shù)如表1 所示。

表1 農(nóng)業(yè)碳排放源及碳排放系數(shù)

2.農(nóng)業(yè)碳排放影響因素分解模型。本研究采用LMDI 模型對(duì)張掖市農(nóng)業(yè)碳排放影響因素進(jìn)行分解，農(nóng)業(yè)碳排放總量可以使用以下公式表示：

式（3）中，AC 為農(nóng)業(yè)碳排放總量，PY 為種植業(yè)總產(chǎn)值，AY 為農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值，P 為農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力總數(shù)。EI 為生產(chǎn)效率因素，CI 為結(jié)構(gòu)因素，SI 為經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平因素。則有：

式（4）兩邊取對(duì)數(shù)，有：

式（5）采用加和分解，將差分分解為：

則各分解因素貢獻(xiàn)值的表達(dá)式如下：

式（6）中，T 代表總的變化，t 為目標(biāo)年，0 為基準(zhǔn)年；根據(jù)實(shí)際情況Ct-C0≠0，引入的各個(gè)參數(shù)也不為0。則總效應(yīng)為：

3.數(shù)據(jù)來源。化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、灌溉、翻耕、機(jī)械總動(dòng)力、種植業(yè)總產(chǎn)值、農(nóng)林牧漁總產(chǎn)值以及農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力總數(shù)等數(shù)據(jù)均來自歷年《張掖統(tǒng)計(jì)年鑒》。其中，化肥為折純量；翻耕面積為農(nóng)作物播種面積；灌溉面積為有效灌溉面積。

三、測(cè)算結(jié)果及分析

（一）張掖市農(nóng)業(yè)碳排放時(shí)序演變規(guī)律分析

1.農(nóng)業(yè)碳排放總量及其變化。根據(jù)式（1）、式（2）計(jì)算出張掖市2007—2017 年碳排放總量和強(qiáng)度，由表2 可知，張掖市2007—2017 年農(nóng)業(yè)碳排放總量整體呈上升趨勢(shì)，2017 年農(nóng)業(yè)碳排放總量相較于2007 年增加了36.86%，年平均增長(zhǎng)率為3.19%，總量增加了7.794 1×104t。但從增速來出，變化幅度較大。2010 年、2011 年、2012 年增速較高，分別為5.74%、8.46%、14.10%，其中，2010 年化肥和農(nóng)膜占增長(zhǎng)量的比重較大，為60.48%，2012 年翻耕和農(nóng)膜占增長(zhǎng)量的比重較大，為75.19%。2011 年碳排放增長(zhǎng)主要來自農(nóng)膜，占增長(zhǎng)量的53.95%。2013 年、2016 年農(nóng)業(yè)碳排放總量增速為負(fù)值，分別為-1.42%、-4.43%，原因是2013 年張掖市農(nóng)業(yè)農(nóng)膜用量減少了0.258 1×104t，2016 年化肥減少了1.833 3×104t，從而導(dǎo)致碳排放總量減少。

表2 2007—2017 年張掖市農(nóng)業(yè)碳排放狀況

2.農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度及其變化。從農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度來看，2007 年張掖市碳排放強(qiáng)度為1.091 3×104t·hm-2，2017 年下降為1.046 9×104t·hm-2，降低了4.24%，根據(jù)表2 所示，碳排放強(qiáng)度逐漸呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，但是碳排放強(qiáng)度增速變化幅度較大，2009—2011 年、2012—2015 年、2016—2017 年 呈 上 升 趨勢(shì)，其中2010 年、2011 年增速較大，分別為3.18%、3.32%，而2008—2009 年、2011—2012 年、2015—2016 年呈下降趨勢(shì)，其中2012 年和2016 年環(huán)比增速較小，分別為-5.47%和-5.31%。

3.碳排放結(jié)構(gòu)及其變化。從表2 可知，張掖市化肥、農(nóng)膜、翻耕和灌溉產(chǎn)生的碳排放量均不同程度的有所增長(zhǎng)，其中化肥、翻耕產(chǎn)生的碳排放所占比例較大，平均占比分別達(dá)到28.48%、29.22%。在2011 年以前，化肥產(chǎn)生碳排放總量高于翻耕產(chǎn)生的碳排放總量，但是在2015—2016 年迅速下降，碳排放量由8.650 0×104t 下降到7.074 1×104t，降低了22.28%。灌溉產(chǎn)生的碳排放量由2007 年的4.099 6×104t 增長(zhǎng)到2017 年的5.171 4×104t，增加了1.071 8×104t，增長(zhǎng)率為26.14%，年增長(zhǎng)率為2.35%。農(nóng)膜產(chǎn)生的碳排放在2007—2012 年快速增長(zhǎng)，年增長(zhǎng)率為15.67%，但是2012—2013 年碳排放量下降了23.54%，之后又呈逐漸上升趨勢(shì)，總體來看，農(nóng)膜產(chǎn)生的碳排放年均增速最大，達(dá)到6.9%。農(nóng)藥產(chǎn)生的碳排放量變化幅度較小，且占比量也較小，平均占比只有3.54%。機(jī)械量?jī)H占比0.15%（圖中未表示），由此可以看出張掖市的農(nóng)業(yè)機(jī)械化還是主要依靠人力。

（二）張掖市農(nóng)業(yè)碳排放影響因素分析

從效率因素、結(jié)構(gòu)因素、經(jīng)濟(jì)因素和勞動(dòng)力因素等4 個(gè)方面對(duì)張掖市農(nóng)業(yè)碳排放進(jìn)行影響因素分解分析，結(jié)果如表3 所示。

表3 張掖市碳排放因素分解值/104 t

從效率因素抑制了碳排放，并且占主導(dǎo)作用。2008—2017 年生產(chǎn)效率因素的抑制總量累計(jì)達(dá)到12.926 9×104t；從時(shí)間來看，該因素在一些年份導(dǎo)致農(nóng)業(yè)碳排放量的增加，如2014 年、2017 年分別增加了1.051 4×104t、0.532 8×104t；而其他年份均起到抑制的作用，其中2013 年、2017 年抑制作用較大，碳排放總量分別減少了3.496 9×104t、3.470 0×104t。因此進(jìn)一步提高農(nóng)機(jī)裝備和作業(yè)水平，加強(qiáng)張掖市的農(nóng)資利用效率，將會(huì)降低張掖市農(nóng)業(yè)碳排放。

農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)是抑制碳排放的第二個(gè)因素，但是碳排放的影響程度較小且呈波動(dòng)變化。以2007 年為基期，2008—2017 年產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)因素使農(nóng)業(yè)碳排放量累計(jì)減少0.621 4×104t。2008 年、2011 年、2013 年和2014 年不同程度的減少了碳排放量，其中2008年減少量最大達(dá)到1.419 2×104t，而其他的年份均增加了碳排放量，由此可以看出，張掖市農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)一直在變化和調(diào)整，種植業(yè)在農(nóng)林牧漁中的占比不穩(wěn)定。所以及時(shí)、合理的調(diào)整糧食作物與經(jīng)濟(jì)作物的種植面積，大力發(fā)展優(yōu)勢(shì)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)和區(qū)域特色產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)是張掖市今后需要考慮的問題。

經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展將直接影響碳排放量，2008—2017 年農(nóng)業(yè)碳排放累計(jì)量高達(dá)24.390 3×104t。很顯然，在之后的一段時(shí)間，經(jīng)濟(jì)因素依舊影響張掖市農(nóng)業(yè)碳排放增量，并且將成為最主要的因素促進(jìn)碳排放。加強(qiáng)對(duì)農(nóng)業(yè)的支持和保護(hù)，依靠科技進(jìn)步,轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，促進(jìn)農(nóng)民收入增長(zhǎng)，為社會(huì)快速發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的保障。然而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和農(nóng)業(yè)碳減排是持久戰(zhàn)，需要科研人員和農(nóng)業(yè)人員的共同努力，才能共建健康、和諧的生態(tài)環(huán)境。

勞動(dòng)力因素是另一個(gè)抑制農(nóng)業(yè)碳排放的重要因素。2008—2017 年勞動(dòng)力因素使農(nóng)業(yè)碳排放量累計(jì)減少3.05×104t，在2012 年碳排放的抑制作用達(dá)到最大，為2.32×104t，這一要素的作用力是農(nóng)業(yè)從業(yè)人員的增加所導(dǎo)致，2011—2012 年，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力總數(shù)由37.230 0 萬人減少到34.160 0 萬人，下降了8.99%。

（三）張掖市農(nóng)業(yè)碳排放空間差異分析

以2017 年、2016 年和2015 年各碳源排放量為基礎(chǔ)，對(duì)各縣區(qū)農(nóng)業(yè)碳排放進(jìn)行分析，結(jié)果如表4所示。

表4 張掖市各縣區(qū)農(nóng)業(yè)碳排放總量及結(jié)構(gòu)/104 t

經(jīng)過分析可知，甘州區(qū)碳排放量均顯著高于其他地區(qū)（P<0.05），其中化肥、農(nóng)藥、灌溉、翻耕產(chǎn)生的碳排放量分別比臨澤縣增加了42.83%、61.11%、44.47%、3.80%，農(nóng)膜產(chǎn)生的碳排放量約為高臺(tái)縣的2.5 倍。臨澤縣、高臺(tái)縣和山丹縣化肥碳排放量差異不顯著（P>0.05）；民樂縣、臨澤縣農(nóng)膜碳排放量差異不顯著（P>0.05）；臨澤縣、山丹縣農(nóng)藥碳排放量相接近（P>0.05）。灌溉產(chǎn)生的碳排放量為：甘州區(qū)＞民樂縣> 臨澤縣＞山丹縣＞高臺(tái)縣＞肅南縣（P<0.05）。翻耕產(chǎn)生的碳排放量為：甘州區(qū)＞民樂縣＞山丹縣＞高臺(tái)縣＞臨澤縣＞肅南縣（P<0.05）。從碳排放總量來看，甘州區(qū)農(nóng)業(yè)碳排放總量最高，其次是民樂縣，最低的為肅南縣（P<0.05），各地區(qū)碳排放總量差異顯著（P<0.05），臨澤縣碳排放總量分別與高臺(tái)縣、山丹縣差異不顯著（P>0.05）。

圖1 2017 年張掖市年農(nóng)業(yè)碳排放總量及結(jié)構(gòu)/104 t

從圖1 可知，2017 年張掖市甘州區(qū)農(nóng)業(yè)碳排放量最多，其碳排放量占張掖市總排放量的34.28%。由于甘州區(qū)的有效灌溉面積、農(nóng)作物播種面積均較大，且設(shè)施農(nóng)業(yè)以及覆蓋農(nóng)業(yè)的大力發(fā)展，化肥、農(nóng)膜和農(nóng)藥等生產(chǎn)資料的使用量以及農(nóng)業(yè)翻耕面積、翻耕灌溉機(jī)械使用量均大于其余縣區(qū)，從而使得碳排放量增加。臨澤縣、高臺(tái)縣、山丹縣產(chǎn)生的碳排放量分別為3.960 2×104t、3.955 2×104t、3.405 9×104t，三縣碳排放總量占張掖市總排放量的40.52%。臨澤縣農(nóng)業(yè)碳排放主要是化肥和農(nóng)膜引起的，碳排放之和占比為55.29%，高臺(tái)縣農(nóng)業(yè)碳排放主要是農(nóng)膜和翻耕引起的，碳排放之和占比為61.34%，山丹縣農(nóng)業(yè)碳排放主要是化肥和翻耕引起的，碳排放之和占比為66.33%。肅南縣產(chǎn)生的碳排放量最小，其中翻耕引發(fā)的有機(jī)碳流失占比最大，因此，運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)來裝備農(nóng)業(yè)，建立一個(gè)資源合理利用、環(huán)境保護(hù)、轉(zhuǎn)化效率高的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和一個(gè)產(chǎn)量高、品質(zhì)好、耗能低的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系，有助于低碳農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

四、總結(jié)與建議

本研究通過計(jì)算張掖市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入過程中產(chǎn)生的碳排放量，對(duì)其市縣域?qū)用?007—2017 年農(nóng)業(yè)碳排放總量、強(qiáng)度、空間差異和影響因素進(jìn)行分析，通過計(jì)算可知：（1）張掖市近10 年的農(nóng)業(yè)碳排放總量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，2017 年較2007 年碳排放總量增加了36.86%，碳排放強(qiáng)度不斷下降。（2）張掖市碳排放總量為：土地翻耕> 化肥> 農(nóng)膜> 灌溉>農(nóng)藥>機(jī)械使用。但是農(nóng)膜引起的碳排放量年均增速最大。（3）經(jīng)濟(jì)因素對(duì)張掖市農(nóng)業(yè)碳排放起到促進(jìn)作用，而效率因素、結(jié)構(gòu)因素、勞動(dòng)力因素對(duì)張掖市農(nóng)業(yè)碳排放產(chǎn)生抑制作用。（4）經(jīng)過顯著性分析可知，張掖市的6 個(gè)縣（區(qū)）中甘州區(qū)農(nóng)業(yè)碳排放總量顯著高于其他地區(qū)（P<0.05），從各碳排放源來看，甘州區(qū)碳排放量均顯著高于其他地區(qū)（P<0.05）。

今后張掖市農(nóng)業(yè)的發(fā)展，根據(jù)區(qū)域碳排放產(chǎn)生的主要來源，采取不同的減排措施，甘州區(qū)、民樂縣碳排放量較大，進(jìn)一步降低傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的播種面積，培育壯大特色優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，發(fā)展戈壁生態(tài)農(nóng)業(yè)，大力發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)、產(chǎn)業(yè)園和綜合基地；倡導(dǎo)免耕、少耕等保護(hù)性耕作方式，在保證農(nóng)業(yè)產(chǎn)出不降低的前提下，可以就地取材，利用農(nóng)家肥來源廣、成本低、營養(yǎng)全的優(yōu)勢(shì)替代化肥；利用生物間的關(guān)系進(jìn)行生物治蟲或者利用生長(zhǎng)素等對(duì)病蟲害進(jìn)行防治；用新型農(nóng)膜代替普通農(nóng)膜。農(nóng)業(yè)部門可利用科學(xué)技術(shù)進(jìn)行土壤分析，搭配出最佳的化肥用量。針對(duì)其余碳排放較少的區(qū)域，未來應(yīng)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，提升農(nóng)業(yè)發(fā)展質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)張掖市未來節(jié)能減排目標(biāo)。