新疆生產建設兵團農業生產碳排放時序特征及脫鉤彈性分析

董恒志，陳玉蘭，趙達君

（新疆農業大學經濟管理學院，新疆 烏魯木齊 830000）

近年來，由溫室氣體排放所導致的全球氣候變暖問題日益凸顯，海平面逐年上升，極端惡劣天氣的頻發，不僅損害了自然生態系統平衡，還對人類未來生存及社會發展產生威脅[1]。我國是農業大國，農用物資所產生的碳排放量占我國總體碳排放量的17%[2]。2020 年我國提出碳達峰、碳中和目標[3]，2021 年《關于加快建立健全綠色低碳循環發展經濟體系的指導意見》中強調，要加快農業綠色發展，堅持以可持續發展為核心。發展低碳農業是實現可持續發展的重要動力和“兩山”理念的踐行。因此，降低農業碳排放量，對于促進農業的綠色可持續發展有著重要作用。

諸多學者對農業碳排放進行了研究。范東壽[4]、劉楊等[5]研究表明，農業生產效率是影響農業碳減排的主要影響因素；田云等[6]、黃曉慧等[7]研究表明，我國農業碳排放增速處于波動下降態勢；王洋等[8]、尚光引等[9]研究表明，農戶兼業及提高農戶政策認知均可促進農業碳減排；林斌等[10]、王學婷等[11]對現有農業碳減排政策及存在的問題進行了深入分析，為進一步制定農業碳減排政策提供了科學依據；張亞飛等[12]、王留鑫等[13]研究表明，農業碳排放與經濟增長關系顯著。大多采用LMDI 模型[14，15]、DEA 模型[16]、Kaya 模型[17]、Tapio 脫鉤模型[18，19]等對碳排放及其驅動因素進行分析，李新等[20]運用Tapio 模型分析了四川省農業碳排放與經濟增長的特征，發現農業生產效率是影響碳排放增長的關鍵抑制因素，農業經濟快速增長是導致碳排放增加的主要驅動因素；陳柔等[21]以碳排、碳匯與經濟增長作為研究對象，結合碳排放經濟效益和低碳發展潛力，對農業經濟發展模式進行了劃分。趙先超等[22]測算了湖南省農地碳排放量和碳排放強度，考察其農業經濟增長的脫鉤彈性關系，同時指出現階段湖南省經濟增長存在的問題。

目前農業碳排放與農業經濟增長關系的研究多以中東部等發達地區為主，對我國西北部欠發達地區的研究甚少。新疆生產建設兵團作為國家糧食高產集中示范區、全國最大的機采棉種植基地、全國最大的果林節水灌溉示范區，在我國農業生產中占有重要地位。采用碳排放系數法和Tapio 脫鉤模型測算2001～2020 年新疆生產建設兵團的農業碳排放量，分析碳排放時序特征、結構特征、各地特征以及農業生產碳排放與農業產值之間的關系，旨為新疆農業綠色低碳、可持續發展提供理論基礎[23]。

1 材料與方法

1.1 數據來源

采用2001～2020 年《新疆生產建設兵團統計年鑒》面源數據，主要指標包括化肥使用量折純量、農膜使用量、農藥使用量、柴油使用量、農作物播種總面積、有效灌溉面積和農業生產總值等。

1.2 研究方法

采用碳排放系數法和Tapio 脫鉤模型測算2001～2020 年研究區域的農業碳排放量，分析碳排放時序特征、結構特征、各地特征以及農業生產碳排放與農業產值之間的關系。

1.2.1 農業碳排放量及碳排放強度測算 基于前人的研究成果，根據數據可獲得性和真實性原則，結合研究地區的實際情況，選取化肥折純量、農藥使用量、農膜使用量、柴油使用量、農作物播種總面積和有效灌溉面積6 個指標作為生產碳排放來源，化肥的碳排放系數為0.895 6 kg/kg，農藥的碳排放系數為4.934 1 kg/kg，農膜的碳排放系數為5.18 kg/kg，農藥柴油的碳排放系數為0.592 7 CE/kg，土地翻耕的碳排放系數為312.60 kg/km2，灌溉的碳排放系數為266.48 kg/hm2[24]。農業碳排放量和碳排放強度的計算公式如下所示：

式中，E為農業碳排放總量，i為碳排放源類型；Ei為第i種排放源碳排放量；S為第i種排放源投入量；Fi表示第i種排放源的排放系數。

式中，W為農業碳排放強度；M為農業生產總值。

1.2.2 脫鉤理論與脫鉤彈性的測算 目前Tapio 脫鉤彈性分析法廣泛應用于環境評估，是研究資源消耗與經濟發展關系的常見方法。在農業碳排放研究中，Tapio 脫鉤模型多通過計算農業碳排量變化與農業生產總值變化的比值，來反映農業碳排放對于經濟變化的敏感程度。脫鉤彈性指數可分為負脫鉤、脫鉤和連接3 種類型，負脫鉤包括擴張負脫鉤、強負脫鉤、弱負脫鉤，脫鉤包括弱脫鉤、強脫鉤、衰退脫鉤，連接包括擴張連接和衰退連接，共計8 種狀態（表1）。構建新疆生產建設兵團碳排放量和農業生產總值的脫鉤模型，計算公式如下所示：

表1 Tapio 脫鉤彈性類型Table 1 Types of Tapio decoupling elasticity

式中，e為脫鉤彈性；ΔE為農業生產碳排放的變化量；E為農業生產碳排放量；ΔG為農業生產總值的變化量；G為農業生產總值。

2 結果與分析

2.1 研究區域碳排放時序特征分析

2.1.1 農業生產碳排放量分析 2001～2020 年研究區域的農業生產碳排放量持續增長，從2001 的83.89 萬t增長至2020 年的174.22 萬t。增長了107.68%，年均增速為5.67%，呈現“平穩增長—快速增長—低速增長”發展態勢（圖1）。2001～2007 年為平穩增長期，環比增速持續提高，2007 年達到峰值；2007～2013 年為快速增長期，環比增長率持續波降低；2014～2020年為低速增長期，環比增速波動較大。

圖1 2001～2020 年研究區域農業碳排放總量和環比增速Fig.1 Total agricultural carbon emissions and month-on-month growth rate in the study area from 2001 to 2020

2.1.2 農業生產要素碳排放量及排放強度 2001～2020 年各生產要素碳排放量從大到小依次為化肥、灌溉、農膜、柴油、農藥和翻耕，增長幅度差異較大，其中化肥、柴油的碳排量年均增速分別為8.30%和5.67%，大于生產要素碳排放總量年均增長率，農膜、農藥、灌溉和翻耕的碳排放量年均增速分別為5.34%、4.12%、3.34%和2.91%，小于生產要素碳排放總量年均增長率（表2）。研究區域的農業生產要素碳排放強度持續降低，從2001 年的0.775 9 t/萬元降低至2020 年的0.162 9 t/萬元，年均降低率為4.16%。

表2 2001～2020 年研究區域農業生產要素的碳排放量及排放強度Table 2 Carbon emissions and emission intensity of agricultural production factors in the study area from 2001 to 2020

2.2 碳排放結構時間序列分析

2001～2020 年研究區域碳排放結構不斷發生變化，2020 年研究區域的碳排放源按占比從大到小依次為化肥、灌溉、農膜、柴油、農藥和翻耕，占比分別為38.05%、25.08%、24.20%、9.10%、3.33%和0.25%（圖2）。隨著我國農業生產技術的不斷提高，精準施肥技術、化肥效用的不斷提高，研究區域施用化肥所產生的碳排放量占比呈現出由高轉低的趨勢，在2014年達到峰值（44.25%），2015 年后逐漸下降，從42.32%降至2020 年的38.05%，這主要與化肥零增長支持政策有關，從而減少了化肥碳排放量；在農業生產過程中，農藥投入所產生的碳排放量占比呈波動下降趨勢，在2005 年達到峰值（4.37%），2006 年后波動下降，從4.12%降至2020 年的3.33%，這主要與農藥零增長支持政策有關，從而減少了農藥的碳排放量；柴油投入的碳排放量占比在2000～2013 年一直保持在8%左右，2014 年開始上升，從8.63%上升至2020 年的9.10%，這與兵團的農業生產機械化率不斷提高有關；農膜投入的碳排放量占比在2011 年之后逐步超過灌溉的碳排放量占比，農膜具有增溫保濕作用，能夠促進農作物發芽和幼苗生長，兵團通過推廣普及地膜，從而提高農作物產量，因此農膜投入產生的碳排放占比逐漸升高。

圖2 2001～2020 年新疆生產建設兵團農業碳排放結構Fig.2 Agricultural carbon emission structure of Xinjiang Production and Construction Corps from 2001 to 2020

2.3 14 個師的農業生產要素碳排放量分析

研究區域14 個師的農業生產要素碳排放量差異明顯，其中，第八師的農業生產要素碳排放總量最高，第十一師最低；農業生產要素碳排放量＜150 萬t的有第五師、第九師、第十師、第十一師、第十二師、第十三師、第十四師，150 萬～300 萬t 的有第二師、第三師、第四師、第六師、第七師，＞30 萬t 的有第一師和第八師（表3）。

2.4 研究區域農業生產碳排放脫鉤彈性分析

2001～2020 年研究區域農業生產碳排放脫鉤彈性指數為-0.037 9～6.722 1，分別呈現強脫鉤、弱脫鉤和擴張負脫鉤3 種狀態，且以弱脫鉤為主（表4），說明農業碳排放量和農業生產總值都在增長，但是碳排放速率小于農業經濟增長速率；研究區域長期的農業生產對化肥、農藥、農膜等農用物資的依賴得到了逐步改善，可持續農業的發展理念得到有效推廣，緩解了農業發展與資源環境之間的矛盾。

表4 2001～2020 年新疆生產建設兵團農業碳排放彈性Table 4 Agricultural carbon emission elasticity of Xinjiang Production and Construction Corps from 2001 to 2020

2001～2005 年農業生產碳排放脫鉤彈性指數從2002 年的-0.037 9 到2005 年的0.017 6，由強脫鉤逐步向弱脫鉤轉變，這與當時增加農用物資投入以追求高產有關。由于化肥、農藥和農膜等農用資料投入不斷加大，導致碳排放量的增長速度加快，農業產值增速相對較慢。農用物資的不斷投入造成了農業碳排放的加劇，而在這一段時間當中，經濟增長速率明顯低于碳排放增長速率，因此脫鉤狀態有一個由強到弱的轉變。

2006～2013 年國家實施了一系列惠農政策以促使農業生產迅速發展，在農業技術不斷進步和大力推廣綠色可持續發展的背景下，化肥、農藥和農膜等農用資料投入得到了有效控制，雖然農業碳排放量和經濟都在增長，但是經濟增長速度要高于農業碳排放增長速度，說明這一階段化肥、農藥的減排效果明顯。

2014～2020 年研究區域農業生產要素的碳排放增長率、農業生產總值平均增長率分別為3.18%和7.05%，農業經濟增速逐漸超越農業碳排放增速，脫鉤彈性主要以弱脫鉤為主（表4）。2014 年和2015 年出現了農業經濟增速小于農業碳排放增速，農業碳排放與農業產值處于擴張負脫鉤的狀態，這是因為越來越多的農戶進城務工，導致了農業產值增速減緩。

3 主要結論及建議

3.1 主要結論

基于新疆建設兵團的面源數據，從農用物資投入視角出發，運用碳排放系數法對2001～2020 年研究區域的農業碳排放量、時序特征、結構特征以及農業生產碳排放量與農業產值之間的關系進行深入分析，得到以下主要結論：

（1）2001～2020 年研究區域的碳排放量年均增速為5.67%，呈現“平穩增長—快速增長—低速增長”發展態勢。2001～2007 年為平穩增長期，環比增速持續提高，2007 年達到峰值；2008～2013 年為快速增長期，環比增長率持續波降低；2014～2020 年為低速增長期，環比增速波動較大。生產要素碳排放量增幅差異較大，其中化肥、柴油的碳排量年均增速高于生產要素碳排放總量年均增長率。

（2）2001～2020 年研究區域碳排放結構發生變化。化肥碳排放量占比在2014 年達到峰值后逐步降低，截止到2020 年化肥碳排放量占比降低為38.05%；農藥碳排放量占比在2005 年達到峰值后波動下降，截止到2020 年農藥碳排放量占比降低為3.33%；柴油碳排放量占比持續上升，從2000 年的8%增長至2020年的9.1%。

（3）2001～2020 年研究區域農業生產碳排放脫鉤彈性指數為-0.037 9～6.722 1，分別呈現強脫鉤、弱脫鉤和擴張負脫鉤3 種狀態，且以弱脫鉤為主。

3.2 建議

3.2.1 加強總體部署，落實政策體系 要處理好發展與減排、整體與局部的關系，既要保證農業生產力，又要保證積極發展；既要促進兵團農業生產整體減排，又要充分考慮不同師市的實際情況，從而確定相應的減排方案。

3.2.2 倡導綠色農業，推進低碳發展 將農用物資投入與農業綠色發展緊密聯系，倡導有機肥代替無機肥；推動農機節能減排，減少農用柴油的消耗；用免耕、少耕代替深耕；用間接性灌溉代替傳統大水漫灌。發展綠色農業不僅保障了農產品的有效供給，還可以改善農業碳排放的持續增加，要把農業低碳化同農業經濟發展緊密結合，確保兵團綠色農業的可持續性。

3.2.3 完善基礎建設，開展全面行動 加強人才隊伍建設，培養一批“雙碳”人才；強化農業碳排放數據支撐，加快構建統一規范的碳排放統計核算體系；深入實施綠色低碳制度，要倡導簡約適度、綠色低碳、文明健康的生活方式和消費方式，形成全民參與、共推“雙碳”的良好氛圍；推進生活方式的綠色低碳轉型，聚焦機關、學校、社區等主要場所，開展創建綠色活動，推進生活垃圾分類、反對食品浪費等活動，加快生活方式綠色低碳轉型。