基于統計年鑒數據分析河南省農作物生產減碳特征*

李 潔，聶紅民，許國震

基于統計年鑒數據分析河南省農作物生產減碳特征*

李 潔1, 2，聶紅民1，許國震1**

（1．濮陽市農林科學院，濮陽 457000；2．福建農林大學農學院，福州 350002）

基于2000?2020年河南省生產投入、耕地面積、農作物播種面積和農作物產量等統計年鑒數據，選取化肥、農藥、農用塑料薄膜、農用柴油和農業灌溉面積共5個指標，利用排放系數法計算河南省農作物生產投入碳排放，分析河南省農作物生產減碳特征，為農業生產實現綠色低碳轉型提供理論依據。結果表明，除農業灌溉面積外，2000?2020年河南省各項農作物生產投入量基本呈現先增后減的趨勢；各項農作物生產投入碳排放總量呈現先增后減的趨勢，2015年達到最高峰867.32萬t，至2020年碳排放總量比2015年減少10.27%；在21a的平均碳排放量中，化肥的排放量最高，其次是農用塑料薄膜、農用柴油、農藥和農業灌溉，其占比分別是73.35%、9.41%、8.08%、7.77%和1.39%，化肥是主要碳排放源。2009?2020年河南省農作物生產投入的碳排放強度呈現先上升后下降的趨勢，其中2015年達到最高值為1.0670t×hm?2，而到2020年，碳排放強度相比2015年降低了2.87%。研究發現，河南省農作物生產碳減排受政策影響效果顯著。化肥作為農作物生產的主要碳排放源，減量增效仍然是重要的措施，其次應考慮合理使用農用塑料薄膜。加強政策引導，控制化肥和農藥的使用量，實施減肥減藥增效的措施，推廣高質量高效綠色防控技術示范，規范農膜的使用和回收治理，都是減少河南省農作物生產碳排放的有效途徑。

統計年鑒；農作物生產；排放系數法；碳排放

近年來，極端氣候事件經常威脅到人類的經濟和社會發展，限制溫室氣體排放量已成為全球各國的重點目標之一[1]。中國高度重視氣候變化問題，將其置于國家治理的突出位置，并向世界承諾“2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和”[2]。農業是中國碳排放的第二大來源，農業活動引起的溫室氣體排放占全球排放總量的10%～12%，推進農業減排是實現碳達峰、碳中和目標的重要組成部分[3]。

目前，國內外學者從不同角度對農業碳排放問題展開了深入研究。West等[4]研究指出，農業碳排放的重要來源主要包括農業生產要素投入和農業機械化過程。而李波等[5?7]發現中國碳排放存在地區差異。崔朋飛等[8]測算了中國農業碳排放的動態演變特征和影響因素。另外，諸多學者如張婷等[9?14]分別針對江西省、山東省、江蘇省、河南省、黑龍江等省份進行了碳足跡核算、影響因素分析和排放效率評價等方面的研究。這些研究主要基于廣泛農業相關視角來分析農業碳排放的現狀。農業生產投入是作物產量提高的重要因素，高投入的農業生產模式在增加作物產量的同時也帶來了嚴重的環境問題。然而，目前國內學者對于農業生產碳排放的研究主要集中在農資產品生產、運輸和能源消耗所產生的碳排放[15?16]，而對于農作物生產全過程中所需的化肥、農藥、柴油、農膜和灌溉等方面的生產、運輸和使用所產生的碳排放的系統研究較為缺乏[17]。

河南省是農業大省，擁有種類豐富的糧食作物和廣布的農田。僅在2020年，河南省的糧食總產量就達到了682.58億kg，足可支撐3.8億人口，占全國總人口的27%[18]。因此，河南省農作物生產向綠色低碳發展與轉型，對減輕中國農業碳排放的壓力具有重要意義。目前，大多數研究都是從整體視角對河南省的碳源/匯分布特征、影響因素、碳足跡測算和模型預測等方面進行探討[18?20]，對于農作物生產過程中生產投入碳排放的研究較少，而且由于時間的局限性數據分析選取的時間跨度不一致。因此，本研究利用河南省2000?2020年的統計年鑒數據，包括生產投入、耕地面積、農作物播種面積和農作物產量，對21a內河南省農作物生產投入的碳排放特征進行分析，旨在為河南省制定農作物生產碳減排政策、推動綠色農業發展和實施鄉村振興戰略提供參考和借鑒。

1 資料與方法

1.1 數據來源

2000?2020年河南省有效灌溉面積、化肥用量、農藥用量、農用塑料薄膜用量、農用柴油量以及耕地面積、播種面積和作物產量等數據均來源于歷年《河南省統計年鑒》。統計的農作物包括河南省常見的糧食作物（谷物、薯類和豆類）、油料作物（花生、油菜籽、芝麻）、棉花、麻類、煙葉、藥材、蔬菜和瓜果等。

1.2 計算方法

在農作物生產過程中投入的化肥、農用塑料薄膜（農膜）、農藥、農用柴油以及農業灌溉均會產生碳排放，為農作物生產的主要碳源，因此，選取這5個主要指標計算農作物生產投入碳排放量。農作物生產投入碳排放總量（Carbon Emission, CE）的計算式為

碳排放強度（CEc）指單位耕地面積的碳排放，計算式為

CEc=CE/TC（2）

式中，CEc為碳排放強度（t CO2?eq·hm?2），TC指總耕地面積（hm2）[17]。

1.3 統計分析

采用Microsoft Excel 2010對數據進行統計分析與作圖。

2 結果與分析

2.1 農作物生產投入變化特征

2.1.1 生產投入物用量減少

根據《河南省統計年鑒》數據分析結果，除灌溉面積外，2000?2020年各項農作物生產投入物用量基本呈現先增后減的趨勢，峰值出現在2013?2015年。由圖1a可見，農藥使用量高峰值出現在2013年，從2000年的9.55萬t增加到2013年的13.11萬t，2013年后開始持續降低，至2020年降至10.24萬t，比2013年下降了21.29%。農膜使用量高峰值也出現在2013年，從2000年的9.19萬t增至2013年的16.78萬t，增長了82.58%，之后開始下降，降至2020年的15.17萬t，比2013年下降了9.58%。由圖1b可見，化肥施用量高峰值出現在2015年，從2000年的420.71萬t增至2015年的716.09萬t，增長了70.21%，之后開始下降，至2020年降至647.98萬t，比2015年降低了9.51%。農用柴油使用量的高峰值出現在2014年，從2000年的79.56萬t增至2014年的116萬t，2015年開始降低，到2020年降為97.37萬t，比2014年下降了14.06%。2000?2020年，有效灌溉面積呈現上升趨勢，但在2003、2013和2014年出現波動，2020年灌溉面積最大，達到5586.93khm2，比2000年增加了18.00%。

表1 農作物生產過程中各種投入物的碳排放系數

圖1 2000?2020年河南省農作物生產投入物用量年際變化

注：農作物生產投入物用量包括化肥用量、農藥用量、農用塑料薄膜用量、農用柴油用量和有效灌溉面積。

Note: The quantity of inputs in crop production includes the usage of fertilizers, pesticides, agricultural films, diesel fuel and effective irrigation area.

進一步分析化肥消耗種類可見（圖2），雖然化肥總用量先增后減，但其中氮肥和磷肥的占比一直在減少，氮、磷肥用量由2000年占總化肥用量的49.05%、23.17%分別降至2020年的28.12%、12.95%；鉀肥用量占比在8.06%～9.80%波動，變化幅度不大；復合肥的比例持續增加，從2000年的19.06%升至2020年的50.62%。

由此可見，近年來，河南省有效灌溉面積呈增加趨勢，但農作物生產其它投入物包括農藥用量、農用塑料薄膜用量、農用柴油用量和化肥用量均在減少，且化肥用量中復合肥用量增加，氮肥和磷肥用量占比減少。

2.1.2 農作物種植結構調整

對2000?2020年河南省主要農作物的播種面積進行統計發現，2000?2020年河南省農作物種植結構也發生了一些變化。由圖3可見，糧食作物作為最主要的農作物，播種面積占農作物總面積的64.97%～75.29%，2000?2016年糧食播種面積呈遞增趨勢，2016年比2000年增加了24.25%，隨后開始減少，但均穩定在1.6億畝以上，2020年糧食作物播種面積10738.80khm2。油料作物2000?2011年播種面積在1492.54～1605.83khm2之間波動，平均1479.85khm2，2011?2020年先減后增，2016年降至最低1302.35khm2，2020年恢復至1597.53khm2，比2016年增加了22.67%。棉花播種面積在2004年之后逐年遞減，至2020年降至16.20khm2，比2004年的951.80khm2減少了98.79%。蔬菜播種面積在該時段呈增加趨勢，到2020年達到1753.78khm2，相較于2000年的1189.20khm2增加了47.84%，瓜果類的播種面積變化相對平緩，穩定在313.96khm2左右。

圖3 2000?2020年河南省不同農作物種植面積

2.1.3 耕地面積和農作物產量變化

河南省2000?2020年耕地面積呈現整體下降的趨勢。由圖4可見，河南省耕地面積2008?2009年出現大幅增加，這是因為《河南省統計年鑒》2008年及以前所稱的“耕地總面積”實際上指的是“常用耕地面積”且無真正耕地總面積相關的統計數據。而從2009年開始，統計數據才開始真實反映耕地的總面積情況。基于此，將河南省耕地面積的相關分析均分為2000?2008年和2009?2020年兩個時段進行比較，避免前后時段數據進行直接比較。2002?2008年（常用耕地面積的時段），河南省耕地總面積呈現整體下降趨勢，從7262.80khm2減至7202.20khm2，凈減少量為60.60khm2，年均減少10.10khm2；2009?2020年（實際耕地面積的時段），河南省耕地總面積同樣呈現整體下降趨勢（2015?2018年僅呈小幅上升），從2009年的8192.01khm2減至2020年的7488.15khm2，凈減少量為703.86khm2，年均減少63.99khm2，且2019年下降尤其顯著，與前一年相比減少了644.23khm2。

河南省2000?2020年農作物產量總體呈遞增趨勢。由圖4可見，河南省農作物產量從2000年的9703.57萬t增至2020年的16706.51萬t，增長了72.17%。除2003年和2018年外，農作物產量每年都呈逐年增加的趨勢。2003年河南省農作物產量相比2002年減少了12.46%，出現較大波動。進一步分析發現，2003年河南省遭受罕見的洪澇災害，秋季農作物大幅減產，導致2003年農作物總產量下降。而2018年河南省農作物產量相比前一年下降了1.15%，波動較小。其他年份，農作物產量呈現持續增加的趨勢。

圖4 2000?2020年河南省耕地面積及農作物產量

研究期內河南省耕地面積減少，但農作物產量整體上持續增加。這可能是因為隨著科技的進步和農業的發展，農民在有限的耕地上運用了更高效的農業技術，提高了農作物產量。

2.2 不同來源碳排放量變化特征

2.2.1 碳排放量

利用河南省農作物生產投入用量和碳排放系數計算不同來源的碳排放量，并統計碳排放總量。由表2可知，化肥、農用柴油、農藥、農用塑料薄膜的碳排放量均呈現先增后減的趨勢，而灌溉碳排放量則逐年遞增；歷年來化肥碳排放量最高，2015年達到高峰641.33萬t，2016年開始逐年下降，至2020年化肥碳排放總量比最高值減少了9.51%。農用柴油、農藥、農用塑料薄膜碳排放量分別在2014年、2013年和2013年達到峰值，分別為68.75萬t、64.19萬t和86.92萬t，之后開始下降，到2020年分別比最高值下降了16.05%、21.28%和9.58%；灌溉的碳排放量2000?2020年呈遞增趨勢，2020年的碳排放量為11.09萬t，比2000年增加了18.23%。

表2 2000?2020年河南省不同碳源排放量(104t CO2-eq)

總體而言，碳排放總量呈現先增后減的趨勢，在2015年達到最高峰，為867.32萬t，在2016年開始逐年降低，至2020年碳排放總量為778.60萬t，比最高值減少了10.27%。這與農作物生產投入量的變化趨勢一致。

2.2.2 碳排放量占比

計算不同來源碳排放所占比例發現（圖5），最主要的碳排放源是化肥，其次是農用塑料薄膜、農用柴油和農藥，最后是農業灌溉。化肥是最主要的碳排放源，2000?2020年其排放量占總排放量的比例為71.35%～74.93%。其次是農用塑料薄膜、農用柴油和農藥，其碳排放比例分別為8.69%～10.20%、7.42%～8.97%、6.49%～8.92%。最后是農業灌溉，其排放量比例最低，為1.16%～1.78%。綜合來看，在21a的平均碳排放量中，化肥的占比最高，為73.35%，其次是農用塑料薄膜（9.41%）、農用柴油（8.08%）、農藥（7.77%）和農業灌溉（1.39%）。

2.3 不同來源碳排放強度變化特征

根據2000?2020年河南省農作物生產過程中各種投入的碳排放量折算結果，將其與同期耕地面積之比，計算不同來源碳排放強度，結果見表3。由表可知，由于耕地面積數據統計原因，將碳排放強度的相關分析均分為2000?2008年和2009?2020年兩個時間段，并且不對這兩個時間段的數據進行比較。2000?2008年，化肥和農用塑料薄膜碳排放強度呈上升趨勢；柴油、農藥和農業灌溉的碳排放強度呈升?降?升的趨勢；總體碳排放強度逐年上升，其中2008年的碳排放強度比2000年升高了32.70%。2009?2020年，化肥、農藥和農用柴油碳排放強度先升后降，農用塑料薄膜碳排放強度呈升?降?升的趨勢，農業灌溉碳排放強度變化相對平緩；總體碳排放強度呈先增后減的趨勢，2015年達到最高值1.0670t×hm?2，2020年碳排放強度1.0393 t×hm?2比最高值降低了2.87%。

3 結論與討論

3.1 討論

3.1.1 影響河南省農作物生產投入及種植結構的因素

自2003年國家推行農業稅費改革起，一系列惠農政策提高了農民種糧的積極性，加上農業科技的發展，為提高農作物產量，化肥、農藥、農用柴油、農用塑料薄膜、農業灌溉等生產投入逐年增加，除農業灌溉外，各項投入量在2013?2015年達到最高峰。2013年以來，國家統籌推進包括生態文明在內的“五位一體”總體布局，2014年中央一號文件提出“發展生態友好型農業”，2015年國家為農業綠色發展提出化肥、農藥等投入“一控兩減三基本”的目標任務，河南省也出臺了關于農業減排降碳相關政策，推廣使用有機肥和生物、物理防治病蟲害等，使得化肥、農藥等投入得到控制[19]，自2016年起河南省農作物生產投入碳排放量逐年下降。這些變化得益于經濟社會發展理念的變化與生態環境治理制度的完善，依賴于國家政策的正確引導和有效落實。

圖5 2000?2020年河南省農作物生產不同碳源碳排放占比

表3 2000?2020年河南省不同碳源排放強度(t CO2-eq·hm?2)

糧食作物作為河南省最主要的農作物，2000? 2020年播種面積占農作物總面積的64.97%～75.29%，2013?2020年，種植面積穩定在1.6億畝以上。“十三五”期間，河南省出臺一系列政策鼓勵油料產業發展，提供了有利的政策環境，促進了油料產業快速發展[23]，2016?2020年油料作物播種面積呈上升趨勢。棉花播種面積大幅萎縮與國家種植業結構調整政策、棉花流通體制改革和加入WTO有關，也與農村勞動力外流、種棉收益變化及棉花本身的生產特點密切相關。

3.1.2 影響河南省農作物生產投入碳排放的因素

碳排放的變化主要受到農作物生產投入用量和投入結構變化的影響[24?25]。2000?2020年河南省各項農作物生產投入化肥、農藥、農用柴油、農用塑料薄膜和農業灌溉碳排放量與其投入變化趨勢一致。根據郭永奇的研究結果，化肥被確認為對農業碳排放影響最為關鍵的因素之一[19]。李波等[15]研究也指出了化肥對農業碳排放的主要貢獻，占總碳排放的50%以上。本研究進一步驗證了上述觀點，并發現河南省在歷年來的農業碳排放中，化肥排放量最高，占總排放量的70%以上，并成為主要的碳排放源。這與李波等[15,19]的研究結果相一致。

隨著社會經濟的飛速發展以及農業生產力的快速提升，特別是商品化、市場化、國際化和科技水平的持續提高，對農作物種植結構進行調整成為一種歷史性的必然要求[26]。這種調整不僅對農業生產和經濟效益具有重要意義，還對碳排放量產生影響。不同種類的農作物在化肥、農藥、農膜和灌溉面積等生產投入方面存在差異。根據劉靜等[27]的研究，糧食作物和油料作物相對而言化肥用量較低，而蔬菜、棉花和烤煙等作物的化肥用量較高。而仇相瑋等[28]研究將柑橘、蘋果、蔬菜和棉花界定為高用藥農作物，將甘蔗、煙草和水稻界定為中用藥農作物，將小麥、玉米、大豆、油菜和甜菜界定為低用藥農作物。此外，農作物結構的調整還可以通過影響作物生產過程中的耕作方式、施肥管理和農藥使用等因素來降低碳排放。種植多樣性、高效施肥管理、改善耕作方式和充分利用農副產品等可持續農業實踐可以進一步減少碳排放，并提高農業生態系統的健康程度。目前，對農作物種植結構與碳排放的關系研究匱乏，農作物種植結構調整事關國家糧食安全，還關系到農業現代化和可持續發展，值得深入研究、持續關注。

河南省總體碳排放總量呈現先增后減的趨勢，2020年比2015年降低8.29%，而碳排放強度也呈先增后減的趨勢，但2020年比2015年降低2.87%。這主要是由于2000?2020年河南省耕地面積呈遞減態勢導致。

3.1.3 碳減排成效及問題

河南省在化肥農藥減量方面已經取得了一定的成效，但仍然需要進一步努力來達到國家乃至國際水平。2020年河南省化肥、農藥和農膜施用量依次為647.98萬t、10.24萬t、15.17萬t，化肥施用量位居全國第一，農膜施用量位居全國第四[29]，這顯示了化肥、農藥、農膜等農業生產投入仍然較高。在“雙碳”目標的背景下，發展低碳農業任務仍然十分重要。

為了減少農業碳排放，河南省需要繼續推進減量增效行動。這意味著在農業生產中要采用更加科學、環保的農業技術和方法，減少化肥、農藥、農膜的使用量，提高利用效率，提升農產品的產量和質量。此外，河南省還應加強對《河南省碳達峰實施方案》的落實，確保早日實現“雙碳”目標。低碳農業的發展對于保護環境、提高農產品質量和農民收入都具有重要意義。推廣有機農業、生態農業、精細化管理等措施，應用測土配方技術、病蟲害預測預報和關鍵時期防治技術，高質量新種類農膜，無人機飛防等新技術，減少化肥、農藥、柴油的使用量，提高資源利用效率，促進農業可持續發展。

3.2 結論

（1）河南省2000?2020年各項農作物生產投入碳排放總量呈現先增后減的趨勢，2015年達到最高峰867.32萬t，至2020年碳排放總量降至778.25萬t，比2015年減少了10.27%；2000?2008年（常用耕地面積時間段），總體碳排放強度呈逐年上升趨勢，2009?2020年（實際耕地面積時間段）總體碳排放強度呈先增后減的趨勢，2015年達到最高值1.0670t×hm?2，2020年碳排放強度1.0393t×hm?2比最高值降低了2.87%。

（2）2000?2020年河南省農作物生產投入平均碳排放量中，化肥是最主要的碳排放源，21a平均碳排放量占總排放量的73.35%；其次是農用塑料薄膜、農用柴油和農藥，平均碳排放所占比分別9.41%、8.08%和7.77%；最后是農業灌溉，其平均碳排放量占總排放量的1.39%。化肥的碳排放量與生產投入碳排放總量變化趨勢一致，均以2015年為拐點先增后減，化肥的投入結構顯著變化，其中復合肥的用量和比例持續增加，氮肥和磷肥用量占比減少。減少農作物生產投入量尤其是減少化肥投入量，調整化肥結構，提高化肥利用率是農作物生產減排的有效措施。其次應考慮合理使用農用塑料薄膜。

（3）農作物生產投入量和投入種類變化、種植結構的調整均對農業生產碳排放產生影響。加強政策引導，控制化肥和農藥的使用量，實施減肥減藥增效的行動，推廣高質量高效綠色防控技術示范，規范農膜的使用和回收治理，都是減少河南省農作物生產碳排放的有效途徑。

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Characteristics Analysis on Carbon Reduction of Crop Production in Henan Province Based on the Statistical Yearbook Data

LI Jie1, 2, NIE Hong-min1, XU Guo-zhen1

(1. Puyang Academy of Agriculture and Forestry, Puyang 457000, China; 2. College of Agriculture, Fujian A&F University, Fuzhou 350002)

Based on the statistical yearbook data of Henan province from 2000 to 2020, such as production input, cultivated land area, crop sown area and crop yield, the carbon emission at input end of crop production in Henan province was calculated to analyze the characteristics of carbon reduction in crop production, using the emission factor method that relied on five indexes of fertilizer, pesticide, agricultural film, diesel fuel and irrigation, which provide the theoretical basis for achieving green and low-carbon transformation of agricultural production in Henan province. The results show that, except for the irrigation area, the usage of various inputs in crop production in Henan province showed a trend of first increasing and then decreasing from 2000 to 2020. The total carbon emissions from various crop production inputs also showed a trend of first increasing and then decreasing. The highest point was reached in 2015, reaching 8.6732 million tons, and by 2020, the total carbon emissions had decreased by 10.27% compared to that of 2015. In the average carbon emissions over 21 years, fertilizer had the highest emissions, followed by agricultural plastic film, agricultural diesel, pesticides, and agricultural irrigation, accounting for 73.35%, 9.41%, 8.08%, 7.77% and 1.39% respectively. Therefore, fertilizer is the main source of carbon emissions. The carbon emission intensity of crop production inputs in Henan province showed a trend of first increasing and then decreasing from 2009 to 2020. In 2015, it reached the highest value of 1.0670t·ha?1, but by 2020, the carbon emission intensity had decreased by 2.87% compared to that of 2015. The study found that carbon emissions from crop production inputs are significantly affected by policies. As the main source of carbon emissions in crop production, reducing emissions and increasing efficiency is still an important measure, followed by the rational use of agricultural plastic film. Strengthening policy guidance, controlling the use of fertilizers and pesticides, implementing actions to reduce fertilizer and pesticide use while increasing efficiency, promoting the demonstration and popularization of high-quality and efficient green pest control technologies, and regulating the use and recycling of agricultural plastic film are all effective ways to reduce carbon emissions from crop production in Henan province.

Statistical Yearbook; Crop production; Emission factor method; Carbon emissions

10.3969/j.issn.1000-6362.2023.09.001

李潔,聶紅民,許國震.基于統計年鑒數據分析河南省農作物生產減碳特征[J].中國農業氣象2023,44(9):759-768

2023?06?06

中原學者工作站資助項目（224400510007）；河南省重大科技專項（221100110300；221100110100）；財政部與農業農村部國家花生產業技術體系（CARS-13）

許國震，副研究員，主要從事農業經濟研究，E-mail：py6669398@126.com

李潔，E-mail：lijie19861223@126.com