我國農業土地利用碳排放與人均農業產值的倒“U”型關系檢驗

李鑫杰，馬 梅*，向 榮

(1.內蒙古農業大學經濟管理學院，內蒙古呼和浩特 010010；2.中共呼和浩特委員會黨校，內蒙古呼和浩特 010010)

在新時代，要從根本上破解人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分發展之間的矛盾，必須堅持農業農村優先發展，加快農業農村現代化進程。但現階段農業發展方式粗放的問題仍然存在，具體表現為耕地數量減少、質量下降、投入品過量使用、農業面源污染等問題仍然嚴峻，這使得推動綠色發展和資源永續利用十分迫切。科學證據表明，在最近的幾十年里，由耕地排放出的溫室氣體總量已超過全球人類活動所排放溫室氣體總量的30%，等同于150億t的CO，這是全球變暖的原因之一；根據IPCC的統計，全球每年農業減排技術會減少5 500～6 000 Mt的CO排放量。又由于《京都議定書》條約內容的生效，現階段我國所面臨的農業碳減排任務仍然嚴峻，中央以及各級政府都對農業如何適應氣候變化給予了極大的關注，而農業碳減排問題也成為目前研究的重中之重。

20世紀90年代一些學者已對不同農業土地利用方式的碳排放量進行了分析，主要對某些地區通過土地利用方式的轉變而排放到空氣中的CO增量進行研究；到21世紀，關于不同土地利用方式所排放CO的研究內容不斷豐富。有學者通過數理統計方法將森林的碳儲量與土地利用方式的碳排放進行結合來研究CO排放量的增減，得出由于耕地面積的不斷增加及森林面積的不斷減少使得碳排放量不斷上升。還有學者對在不同土地利用方式下采用定量分析的方法，將產生的CO量進行對比研究，發現雖然農用地的碳排放量處于較低水平，但呈現出逐漸上升的趨勢。有些學者將能源消耗納入分析范圍，通過DEA模型對其可能產生的CO量進行研究，得出能源利用率低下造成了較高的碳排放。除此之外，又有學者把幾個不同省份及縣級市作為研究對象，利用LMDI分解法更加深入地對碳排放量因不同土地利用方式而產生的不同變化進行了研究，發現農業碳排放量的增加主要是由于農業產值的不斷增長。

綜上所述，對某地區不同農業土地利用方式下碳排放的有關分析學者們已經做了豐富的研究，但將農業用地的碳排放源與林地、草地等碳匯結合起來進行全面、系統的研究較少。因此，筆者采用2012—2017年林地和草地面積等數據，從農業結構的角度，研究目前我國農業土地利用產生的碳排放狀況及林地與草地所形成的碳匯，并進一步分析農業人口人均碳排放量及耕地利用碳排放與人均農業產值的關系，從而有助于掌握目前我國碳排放和碳匯的狀況及其對農業經濟的影響，同時可幫助調整農業用地結構，為我國制定農業碳減排政策提供可參考的依據。

1 數據來源與研究方法

該研究的林地面積、草地面積及農業人口等相關指標主要來源于2013—2018年《中國農村統計年鑒》、2012—2017年《中國國土資源公報》及2013—2018年《中國人口和就業統計年鑒》，化肥、農藥、農業機械、灌溉面積相關數據來源于2013—2018年《中國統計年鑒》。

耕地利用碳排放從4個方面產生：一是肥料的生產和使用過程；二是農藥的生產和使用過程；三是農業機械的使用；四是灌溉過程中化石燃料所形成的碳排放。由上述4個方面，列出如下碳排放量的估算公式：

=∑=∑·

(1)

式中，為農用土地利用產生的碳排放量；為不同農用土地利用產生的碳排放量；為碳排放源的碳排放量；為碳排放系數。根據以前學者的經驗數據，農用土地碳排放的計算系數可分別得到，如表1所示。

表1 農業用地碳排放系數及參考源Table 1 Agricultural land carbon emission coefficient and reference source

2 農業土地利用碳排放與人均農業產值的庫茲涅茲曲線實證分析

由表2可知，我國農地利用碳排放增長明顯，從2012年的830 515萬t到2017年的835 874萬t，年均增長率為0.13%。隨著耕地碳排放量的增加，再加上耕地面積的逐年減少，平均1 hm耕地碳排放量從2012年的614.47 kg增加到2017年的619.71 kg，年均增長率為0.17%，高于農業用地碳排放量的總增長率。2012—2017年我國生態環境逐步得到改善，使我國林地面積和草地面積的減少率都在逐漸降低，再加上我國的退耕還林還草政策，使得林地和草地面積相較于2008年都得到了明顯的增加。

計算結果表明，林地碳匯總量從2012年的12 416.4萬t增加到2017年的12 387.2萬t，增長率為-0.24%。草地是第二大碳匯，近年來，隨著經濟建設的發展，草原面積減少的速度正在逐漸加快。草地面積除在青海、江西、寧夏等省份有所增加外，在其他大部分省份都有所減少，而且草地的斷片化也很明顯，全國成片草地的面積總共減少了7%，過度放牧及草地開墾為農田是導致草地面積減少的主要因素。隨著草地面積的減少和草地退化，草地碳匯逐漸減少。由表2可知，草地碳匯從2012年的461.09萬t下降到2017年的460.53萬t，雖然減少的數量不大，但趨勢明顯。

表2 2012—2017年我國不同農業土地利用方式下的碳功能結果Table 2 Carbon function results under different agricultural land use patterns in China from 2012 to 2017 106 t

模型構建與庫茲涅茨曲線估計。 根據環境庫茲涅茨假說，環境質量與經濟增長之間存在二次多項式函數關系(倒“U”曲線)，它表明環境壓力隨著人均收入的增加而增加，當收入增加到一定水平時，環境壓力隨著收入的增加而下降。

基本模型如下：

(2)

其中，是指某國家或地區在某個時間點遭受到的環境壓力，通常使用環境質量或污染物排放強度指標來表示；是指在某個時間點經濟的產出值，通常由國內生產總值或人均國內生產總值進行表示。該研究中的是指農業人口人均碳排放量及耕地利用的碳排放量，是人均農業產值。

一般認為倒“U”型曲線的基本函數是二次函數及三次函數，且回歸方程中二次項系數顯著并小于0(針對二次函數來說)，但如果數據只有一段是單調凸的，方程中二次項系數同樣會表現為顯著，從而也會表現為倒“U”型曲線。因此，該研究通過Utest檢驗在驗證方程二次項系數為負且顯著的基礎上，如果極值點也在相應的臨界值范圍內，就證實變量之間呈倒“U”型關系。

Utest檢驗的假設如下：

H：Monotone or U shape；H：Inverse U shape

當接受原假設時，此時的曲線形狀為單調或“U”型曲線，否則為倒“U”型曲線。

農業人口人均碳排放量和人均農業產出的倒“U”型關系驗證。OLS回歸結果顯示(表4)，=12.744(Sig.=0.034)，回歸方程總體顯著，又根據統計檢驗結果，自變量顯著影響因變量，因此，得到如下回歸方程：

(3)

表3 人均碳排放量與人均農業產出的回歸結果Table 3 Regression results of per capita carbon emissions and per capita agricultural output

由回歸分析得出方程二次項系數為負值且表現顯著(<0.05)，且在此基礎上繼續驗證其倒“U”型是否正確。根據庫茲涅茨曲線估計結果(表5)，可得處的斜率為正(=2.53)、處的斜率為負(=-5.17)，適當“U”型檢驗的-value=2.53即值為0.042 8拒絕原假設，且極值點處于臨界值范圍內。因此，證實我國人均碳排放量與人均農業產出兩者的關系呈現倒“U”型關系。由表5可得拐點為7 467.435元，即當超過這一臨界值時，隨著人均農業產值的進一步增加，人均碳排放量會降低。然而，對于人均農業產值低于7 467.435元臨界水平的地區，人均農業產值與人均碳排放量之間存在著正相關關系，隨著人均農業產值的增加，人均農業碳排放量會不斷上升。

表4 庫茲涅茨曲線估計(人均碳排放量與人均農業產出)Table 4 Kuznets curve estimates(carbon emissions per capita and agricultural output per capita)

耕地利用碳排放和人均農業產出的倒“U”型關系驗證。為了進一步分析耕地利用引起碳排放的4個方面和人均農業產值的是否呈倒U型關系，因此，依次將農用化肥、農藥使用、農業機械及灌溉過程中化石燃料所形成的碳釋放這4種方式產生的碳排放和人均農業產值進行OLS回歸并驗證其曲線形狀。

根據表5中模型1(農用化肥碳排放與人均農業產出)的回歸結果可知，方程二次項系數為負值且顯著(<0.05)；又由U-test檢驗可得：處的斜率為正(=4.87)、處的斜率為負(=-6.617 906)，適當“U”型檢驗的-value=4.87，值為0.008 28，拒絕原假設，且極值點處于臨界值范圍內。因此，農用化肥與人均農業產值的曲線關系也確為倒“U”型，且拐點為8 237.213元；而模型2(農藥使用產生的碳排放與人均農業產出)和模型4(灌溉過程燃燒的化石能源形成的碳排放與人均農業產出)雖然二次項系數都顯著且小于0，但并未通過U-test檢驗；模型3(農業機械產生的碳排放與人均農業產出)方程的二次項系數雖為正，但并不顯著，因此，變量之間可能呈線性關系。

總結得出，隨著農業經濟的不斷發展，農用化肥已在逐漸退出耕地利用的主要碳源，但在短期內，農用化肥仍將是農業用地利用的主要碳源之一；中長期來看，農藥使用、灌溉過程中化石燃料所形成的碳釋放等能源使用的碳排放量會隨著人均農業產出的增加而增加。而這一結論得到證實，隨著現代農業的發展，未來我國的農藥施用總量和單位面積農藥施用量增長趨勢有較大幅度降低，但仍存在很大的改善空間；而且農業灌溉中存在不合理開發利用以及較低的灌溉保障率，導致對灌溉的需求和要求也在不斷增加。

表5 庫茲涅茨曲線估計(耕地利用碳排放與人均農業產出)Table 5 Kuznets curve estimates(cultivated land use carbon emissions and per capita agricultural output)

3 結論與建議

(1)2012—2017年，我國耕地碳排放年均增長率為1.22%，林地碳匯年均增長率為-2.96%，草地固碳率下降，年均增長率為-1.89%。

(2)根據庫茲涅茨曲線的估計發現，農業人口人均碳排放量與人均農業產值兩者呈倒“U”型關系；耕地利用產生碳排放的4個方面中，農用化肥使用產生的碳排放與人均農業產值之間也呈倒“U”型關系；而農藥使用、農業機械及灌溉過程燃燒的化石能源形成的碳排放與人均農業產值并不滿足倒“U”型應該具備的條件，因此并不呈倒“U”型關系。

(1)不斷加強農業土地資源的保護意識，提升我國農業土地碳匯能力；并在不斷調整我國農業土地利用方式基礎上實現生態循環農業。

(2)對農藥的買賣及使用要實行全程監管，并加大執法力度；對化肥的使用要實行總量控制法，科學合理地使用化肥，并逐漸實現有機肥的替換功能，不斷提高化肥的使用效率。

(3)合理選擇灌溉模式，并不斷完善相應的灌溉技術，在實現技術保障的同時，促進水資源的高效利用；同時，不斷加強我國在農業非常規水資源利用方面的基礎研究和相關政策法規的完善。