河南省種植業(yè)碳排放動態(tài)演化分析

孫 康，解 月，贠鴻琬，何澤軍

(河南農業(yè)大學經(jīng)濟與管理學院，河南鄭州 450046)

碳達峰、碳中和目標作為當前各部門、各領域的一項重點工作，已成為全社會高度關注和熱議的話題。種植業(yè)減排固碳是實現(xiàn)我國碳達峰、碳中和的重要組成部分。河南作為我國農業(yè)大省和糧食生產核心區(qū)，用全國6.0%的耕地生產了全國10.1%的糧食和25%以上的小麥，種植業(yè)在河南省農業(yè)發(fā)展中起著重要作用。但在種植業(yè)生產中存在著能源浪費和高碳排放等問題，嚴重制約了河南省農業(yè)高質量發(fā)展，節(jié)能減排刻不容緩。

農業(yè)碳排放與生態(tài)環(huán)境息息相關，因此很多學者圍繞農業(yè)碳排放進行了相關研究。不少學者認為碳排放系數(shù)法已成為農業(yè)碳排放測度的重要方法[4-7]。吳賢榮等[8-9]認為我國農業(yè)碳排放量總體呈波動上升態(tài)勢，農業(yè)碳排放強度呈上升發(fā)展態(tài)勢；張熒楠等[10-11]對山東省近年來農業(yè)碳減排進行了研究；楊濱鍵等[12]從種植業(yè)碳減排成本的角度對2000—2018年山東省種植業(yè)碳排放進行了測算，同時對省內區(qū)域差異進行了比較與動態(tài)趨勢變化分析；李遠玲等[13]基于縣域視角分析了湖南省農業(yè)碳排放的時空特征；張紅麗等[14-15]從農業(yè)碳排放與經(jīng)濟增長關系視角分析了農業(yè)碳排放的狀況；張志高等[16]對1993—2015年河南省農業(yè)碳排放及其時空演變進行了分析；朱通雅[17]研究了長江經(jīng)濟帶農業(yè)碳排放影響因素的貢獻值，認為農業(yè)經(jīng)濟發(fā)展對長江經(jīng)濟帶碳排放起到極大的促進作用，而農業(yè)生產效率、勞動力規(guī)模和生產結構對農業(yè)碳排放有較為顯著的抑制作用。總體來看，相關研究主要揭示了農業(yè)碳排放的發(fā)展現(xiàn)狀和演變特征，但未能進一步揭示未來一定時期內農業(yè)碳排放的發(fā)展趨勢。

綜上所述，國內外學者對農業(yè)碳排放進行了多視角的研究，研究成果日趨豐富，研究方法不斷創(chuàng)新，但還存在有待進一步豐富和拓展的地方：一是在研究視角上，大多數(shù)學者都是基于大農業(yè)的宏觀視角進行的相關研究，較少有學者從種植業(yè)微觀角度出發(fā)進行碳排放的相關研究；二是在研究內容上，很少有學者對未來一定時期內河南省種植業(yè)碳排放情況進行趨勢預測分析。因此，筆者以河南省種植業(yè)碳排放為切入點，運用碳排放系數(shù)法對河南省2006—2020年種植業(yè)碳排放進行測算，在此基礎上使用灰色GM(1，1)預測模型對河南省2021—2030年種植業(yè)碳排放情況進行預測分析，為促進傳統(tǒng)農業(yè)向低碳農業(yè)發(fā)展模式轉變、推動河南省農業(yè)高質量發(fā)展提供一定的現(xiàn)實依據(jù)和政策參考。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源及說明該研究選取河南省2006—2020年農藥、化肥、農膜、灌溉、土地翻耕和農用柴油等相關數(shù)據(jù)均來自《河南省統(tǒng)計年鑒》；其中農藥數(shù)據(jù)選取農藥施用實物量，化肥數(shù)據(jù)選取化肥施用折純量，農膜數(shù)據(jù)選取農用塑料薄膜使用量，灌溉數(shù)據(jù)選取灌溉面積為準，土地翻耕數(shù)據(jù)選取以當年農作物總播種面積為準，農用柴油數(shù)據(jù)選取農用柴油使用量。由于2020年的相關數(shù)據(jù)暫未公布無法獲取，因此將2016—2019年相關數(shù)據(jù)的平均數(shù)值來代替2020年的相關數(shù)據(jù)。

1.2 研究方法

1.2.1碳排放系數(shù)法。該研究基于農業(yè)物質投入方面，結合河南省實際情況及數(shù)據(jù)的可獲取性，選擇農藥、化肥、農膜、灌溉、土地翻耕和農用柴油6種種植業(yè)碳排放源，對河南省的種植業(yè)碳排放量進行測算。種植業(yè)碳排放計算公式如下：

E=∑Ei=∑(Ti×δi)

(1)

式中，E為種植業(yè)碳排放總量，Ei為各類碳源碳排放量，Ti為各碳排放源投入量，δi為各碳源的碳排放系數(shù)。參考前人研究成果[18-19]，種植業(yè)的碳排放源和碳排放系數(shù)如表1所示。

據(jù)此獲得種植業(yè)碳排放強度：

(2)

式中，A為種植業(yè)碳排放強度，B為耕地面積。

表1 碳排放源及碳排放系數(shù)Table 1 Carbon emission sources and carbon emission coefficients

1.2.2灰色GM(1，1)預測模型。灰色系統(tǒng)理論是由鄧聚龍教授創(chuàng)立的適用于少數(shù)據(jù)、貧信息建模的方法理論，廣泛應用于農業(yè)、工業(yè)等社會經(jīng)濟發(fā)展的各個層面，能夠通過部分已知信息的挖掘，獲取有價值的信息，進而對系統(tǒng)未來的演變規(guī)律進行合理的描述[20]。GM(1，1)模型是灰色預測理論中重要的組成部分，其中以鄧聚龍教授提出的均值GM(1，1)應用最為廣泛，該研究基于GM(1，1)模型少數(shù)據(jù)、低誤差的建模特點展開研究，以期能夠準確擬合河南省種植業(yè)碳排放量在未來的演化趨勢特征。灰色GM(1，1)模型的建模原理參考李俊等[21-22]的相關研究。

構建河南省種植業(yè)碳排放測算體系，運用碳排放系數(shù)法，結合河南省種植業(yè)發(fā)展實際情況，首先測算出2006—2020年河南省種植業(yè)碳排放總量、排放強度和碳排放結構的具體變化情況；其次測算河南省18個地市在“十一五”至“十三五”各個發(fā)展時期種植業(yè)碳排放總量和排放強度發(fā)展狀況，探索在一定時期內河南省種植業(yè)碳排放空間演化特征；最后運用灰色GM(1，1)預測模型，預測河南省2021—2030年種植業(yè)碳排放發(fā)展趨勢，以期為河南省種植業(yè)綠色、低碳發(fā)展提供具有針對性的對策建議。

2 結果與分析

2.1 河南省種植業(yè)碳排放時空特征分析

2.1.1碳排放總量時序演變特征。從碳排放總量來看，根據(jù)表2可知，2006—2020年河南省種植業(yè)碳排放總量呈現(xiàn)出上升—下降的變化特征。2006—2015年為第1階段，種植業(yè)碳排放總量呈現(xiàn)上升趨勢，從2006年的654.72萬t增長至2015年的874.71萬t，增長33.60%，年均增長率為3.36%；2016—2020年為第2階段，種植業(yè)碳排放總量呈現(xiàn)下降趨勢，從2016年的872.26萬t下降至2020年的788.80萬t，下降9.57%，年均增長率-1.91%。可見河南省種植業(yè)碳排放總量在2015年達到峰值(874.71萬t)。究其原因，為了轉變農業(yè)發(fā)展方式，推進農業(yè)綠色低碳可持續(xù)發(fā)展，農業(yè)農村部(原農業(yè)部)于2015年2月17日下發(fā)《到2020年農藥化肥零增長行動方案》，河南省積極響應這一行動，適度減少農藥化肥的使用，種植業(yè)發(fā)展與資源環(huán)境之間的矛盾得到緩和，表明河南省種植業(yè)碳排放總量得到一定控制。

2.1.2碳排放強度時序演變特征。種植業(yè)碳排放強度是指種植業(yè)碳排放總量與耕地面積之比，該數(shù)值越大表明單位耕地面積的碳排放量越大。由表2可知，2006—2020年河南省種植業(yè)碳排放強度也是呈現(xiàn)上升—下降的變化特征。2006—2015年種植業(yè)碳排放強度呈現(xiàn)增加趨勢，從2006年的909.03 kg/hm2增加至2015年的1 079.11 kg/hm2，增長18.71%，年均增長1.87%；2016—2020年種植業(yè)碳排放強度呈現(xiàn)下降趨勢，從2016年的1 075.40 kg/hm2下降至2020年的966.61 kg/hm2，下降10.12%，年均下降2.02%。由此可知，河南省種植業(yè)碳排放強度增減變化幅度大于碳排放量變化幅度。

2.1.3碳排放結構演變特征。從河南省種植業(yè)碳排放結構(表2和圖1)來看，2006—2020年河南省農藥、化肥、農膜、灌溉、土地翻耕和農用柴油產生的碳排放量程度均有所不同，所占比例分別為7.46%、73.07%、9.54%、1.58%、0.56%、7.79%。根據(jù)碳排放量所占比例把碳排放源分為3類：第一類是化肥，第二類是農藥、農膜和農用柴油，第三類是灌溉和土地翻耕。河南省種植業(yè)各類碳源碳排放量從大到小依次為化肥>農膜>農用柴油>農藥>灌溉>土地翻耕。化肥是河南省種植業(yè)碳排放的最主要碳源，占碳排放總量的73.07%，在2006—2020年河南省化肥碳排放量經(jīng)歷了先增加后減少的趨勢，在2015年達到峰值(641.33萬t)，說明河南省在種植業(yè)生產過程中存在大量、不科學施用化肥現(xiàn)象，下一步應該在種植業(yè)生產過程中在保證糧食安全的前提下，控制化肥施用總量，提高化肥使用效率。灌溉和土地翻耕產生的碳排放量較少，未來隨著節(jié)水農業(yè)和農業(yè)技術水平的發(fā)展，灌溉和土地翻耕的碳排放污染將會進一步降低。

2.1.4碳排放空間演化特征。為了更好厘清河南省各地區(qū)種植業(yè)碳排放的具體發(fā)展情況，該研究選取“十一五”至“十三五”各個發(fā)展時期相關數(shù)據(jù)，測算河南省18個地市3個發(fā)展時期的種植業(yè)碳排放具體情況。用每5年相關數(shù)據(jù)的平均數(shù)代表每一個時期內河南省種植業(yè)碳排放水平進行測算分析，結果如表3所示。通過進一步計算發(fā)現(xiàn)，3個時期內周口市、商丘市、南陽市、駐馬店市、信陽市、新鄉(xiāng)市和安陽市的碳排放總量均值都在50萬t以上，分別為94.21萬、82.94萬、100.56萬、76.37萬、57.14萬、54.51萬和51.52萬t，屬于高碳排放區(qū)域。從地域分布來看，高碳排放區(qū)域主要分布在豫東(周口、商丘)、豫南(南陽、信陽和駐馬店)和豫北(新鄉(xiāng)、安陽)，種植業(yè)碳排放存在一定的區(qū)域差異性和空間集聚效應，說明河南省種植業(yè)碳排放受自然地理環(huán)境影響較大。從3個發(fā)展時期來看，河南省種植業(yè)碳排放總量和碳排放強度總體呈現(xiàn)出低—高—低的發(fā)展狀況，“十一五”時期碳排放總量整體較高，伴隨著“兩山理論”、高質量發(fā)展理念的深入貫徹和人們生態(tài)環(huán)保理念的提升，“十三五”時期種植業(yè)碳排放出現(xiàn)下降趨勢。通過對河南省一定時期種植業(yè)碳排放的測算，發(fā)現(xiàn)河南省種植業(yè)碳排放情況符合環(huán)境庫茲涅茨曲線的基本理論，當經(jīng)濟發(fā)展水平較低時，碳排放程度較輕，但隨著經(jīng)濟社會發(fā)展和人們收入水平增加，碳排放由低趨高，碳排放增長程度隨經(jīng)濟的增長而加劇；當社會經(jīng)濟發(fā)展到一定水平后，或者說達到某個臨界點或拐點后，隨著經(jīng)濟社會的進一步發(fā)展，碳排放又由高趨低，其種植業(yè)生態(tài)環(huán)境得到逐步改善。

表2 2006—2020年河南省種植業(yè)碳排放總量和碳排放強度Table 2 Total carbon emission and carbon emission intensity of planting industry in Henan Province from 2006 to 2020

圖1 2006—2020年河南省種植業(yè)碳排放結構Fig.1 Carbon emission structure of planting industry in Henan Province from 2006 to 2020

表3 “十一五”至“十三五”時期河南省18個地市種植業(yè)碳排放情況

2.2 河南省種植業(yè)碳排放預測分析運用灰色GM(1，1)預測模型測算河南省2021—2030年種植業(yè)碳排放發(fā)展趨勢，結果如表4所示，通過預測分析發(fā)現(xiàn)，測算得到的數(shù)據(jù)分析總體趨勢符合當下和今后一定時期經(jīng)濟社會發(fā)展的現(xiàn)實狀況。從碳排放數(shù)量來看，2021—2030年河南省種植業(yè)碳排放總量為607.40萬～768.46萬t，整體處于逐步下降趨勢，下降了20.96%，年均下降2.10%，下降幅度遠大于2016—2020年的下降幅度。通過預測數(shù)值可以看出2021—2030年河南省碳排放總量平均值約為685.12萬t，整體處于相對較低水平。從碳排放強度來看，2021—2030年河南省種植業(yè)碳排放強度為733.09～940.25 kg/hm2，整體處于下降水平，下降了22.03%，年均下降2.20%。由此看來，2021—2030年河南省種植業(yè)單位耕地面積碳排放強度不斷減少，碳源投入逐步減少。說明河南省意識到粗放型農業(yè)增長方式造成的資源消耗和生態(tài)環(huán)境惡化，積極響應國家號召，減少種植業(yè)碳排放。頒布出臺了一系列相關減少農業(yè)碳排放、優(yōu)化農業(yè)資源環(huán)境的方案，如《河南省人民政府關于加快推進農業(yè)高質量發(fā)展建設現(xiàn)代農業(yè)強省的意見》《關于全面推進鄉(xiāng)村振興加快農業(yè)農村現(xiàn)代化的實施意見》《河南省農藥化肥零增長行動方案》等措施強調農業(yè)資源保護和高效利用，大力發(fā)展節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)藥、節(jié)地農業(yè)，積極發(fā)展生態(tài)循環(huán)農業(yè)，引導農業(yè)綠色、低碳、高質量發(fā)展。相關政策的繼續(xù)實施和農民生態(tài)環(huán)保理念的進一步提升，預計未來河南省種植業(yè)碳排放量將會進一步減少，為我國早日實現(xiàn)碳達峰、碳中和作出積極貢獻。

3 結論與建議

3.1 結論

(1)河南省種植業(yè)碳排放總量和碳排放強度均呈現(xiàn)上升—下降的變化特征，且碳排放總量在2015年達到峰值。

(2)各類碳源碳排放量從大到小依次為化肥>農膜>農用柴油>農藥>灌溉>土地翻耕，化肥是碳排放的最主要源頭，占73.07%。

(3)在“十一五”至“十三五”3個發(fā)展時期中，河南省種植業(yè)碳排放總量和碳排放強度均呈現(xiàn)出低—高—低的發(fā)展水平；從地域分布來看，碳排放存在一定的空間集聚效應，主要分布在豫東、豫南和豫北地區(qū)。

表4 2021—2030年河南省種植業(yè)碳排放預測值Table 4 Predicted value of carbon emissions of planting industry in Henan Province from 2021 to 2030

(4)通過預測分析發(fā)現(xiàn)2021—2030年河南省種植業(yè)碳排放總量和碳排放強度將呈現(xiàn)進一步下降趨勢且碳排放強度下降幅度大于碳排放總量。

3.2 建議

(1)政府應該進一步倡導綠色、低碳發(fā)展理念，加強對農業(yè)綠色生產新技術的研發(fā)和推廣應用；實施“減肥減藥”行動方案，根據(jù)作物種類和土壤土質，進行測土配方、精準施肥，進行結構性減肥，提高化肥利用效率。

(2)豫東整個區(qū)域99%以上都是平原地帶，應該進行土地資源的整合，發(fā)揮種糧大戶和新型農業(yè)經(jīng)營主體的作用，進行集中連片大規(guī)模的機械化種植，利用先進科技引領種植業(yè)高質量發(fā)展的同時降低碳排放。

(3)豫南地區(qū)處于亞熱帶濕潤性季風氣候向暖溫帶半濕潤季風氣候的過渡帶且有低山丘陵分布，小麥和水稻是當?shù)刂饕N植的農作物，低山丘陵地帶適宜茶樹和中藥材種植，應該進一步調整種植業(yè)產業(yè)結構，發(fā)展地區(qū)特色種植業(yè)，進行稻-魚、稻-蝦共作，打造全國艾草、月季特色種植基地，在調結構、育特色中結構性減排降碳，培育高效生態(tài)農業(yè)示范區(qū)。

(4)豫北地區(qū)位于黃河以北地區(qū)，是主要的棉花產區(qū)和國家優(yōu)質高筋小麥基地。該區(qū)域地勢平坦，多為平原地帶，且有黃河、海河兩大水系，培育耐旱、高效、優(yōu)質小麥品種，發(fā)展節(jié)水灌溉高效種植業(yè)。