中国农业碳排放时空特征及影响因素分解

李 波 张俊飚 李海鹏

(1.湖北农村发展研究中心，湖北 武汉430070;2.华中农业大学经济管理学院，湖北武汉430070;3.中南民族大学，湖北 武汉430074)

中国农业碳排放时空特征及影响因素分解

李 波1，2张俊飚1，2李海鹏3

(1.湖北农村发展研究中心，湖北 武汉430070;2.华中农业大学经济管理学院，湖北武汉430070;3.中南民族大学，湖北 武汉430074)

农业生产所导致碳排放大幅增加以及引发的环境问题，越来越受到人们的关注。本研究基于农业生产中6个主要方面的碳源，测算了我国1993－2008年农业碳排放量。发现自1993年以来我国农业碳排放处于阶段性的上升态势，总体上可分为快速增长期、缓慢增长期、增速反弹回升期、增速明显放缓期等四个变化阶段。其中农业碳排放总量和强度年平均增长率分别为4.08%、2.38%。农业碳排放总量较高地区主要集中在农业大省，农业碳排放强度较高地区主要集中在发达城市、东部沿海发达省份和中部农业大省。进一步通过Kaya恒等式变形对农业碳排放影响因素进行分解研究，结果表明，效率因素、结构因素、劳动力规模因素对碳排放量具有一定的抑制作用，1994－2008年与基期相比分别累计实现12.95%、26.62%、33.29%的碳减排，而农业经济发展则对农业碳排放具有较强推动作用，累计产生154.94%的碳增量。最后，据此提出促进农业减排的政策建议。

农业碳排放;时空特征;因素分解;Kaya恒等式

农业既是温室气体排放源，也是最易遭受气候变化影响的产业。农业碳排放是指农业(本文所指种植业)生产过程中由于化肥、农药、能源消费，以及土地翻耕过程中所直接或间接导致的温室气体的排放。由于农业生产活动的广泛性、普遍性以及农业生产主体的分散性，加上农业碳排放涉及范围广、随机性大、隐蔽性强、不易监测、难量化，使之存在着控制难度大的特点。据相关专家研究，18世纪以来，大气中的CH4浓度增加了一倍多，其中约有70%是人类生产活动的结果，如水稻种植、生物燃烧等的快速增长等［1］。2000年发布的《中华人民共和国气候变化初始国家信息通报》报道，农业温室气体排放总量约占全国排放总量的17%，其中农业排放的甲烷和二氧化氮分别占全国总量的50%和92%。在全球目光聚焦哥本哈根会议之际，温室气体减排行动正在逐步成为人类发展的责任和共识，如何实现农业碳减排也越来越被重视。因此，分析和准确把握我国农业碳排放的时空特征和影响因素，对科学制定农业碳减排政策具有重要的意义。

1 我国农业碳排放测算方法及数据来源

1.1 测算方法

一般而言，农业碳排放主要来源于6个方面:一是化肥生产和使用过程中所导致的农业直接或间接的碳排放;二是农药生产和使用过程中所导致的碳排放;三是农膜生产和使用过程中所引起的碳排放;四是由于农业机械运用而直接或间接消耗化石燃料(主要是农用柴油)所产生的碳排放;五是农业翻耕破环了土壤有机碳库，大量有机碳流失到空中所形成的碳排放;最后是灌溉过程中电能利用间接耗费化石燃料所形成的碳释放。

碳排放估算公式为:E=∑Ei=∑Ti·δi

式中E为农业的碳排放总量，Ei为各种碳源的碳排放量，Ti为各碳排放源的量，δi为各碳排放源的碳排放系数。根据有关经验数据，分别归纳出农业碳排放系数如表1。

1.2 数据来源

化肥、农药、农膜、柴油数据均来自中国农村统计年鉴，以当年我国实际使用量为准;翻耕数据以当年我国农作物实际播种面积为准，农业灌溉以当年我国实际灌溉面积为准，农作物播种面积和灌溉面积也均出自中国农村统计年鉴。

2 我国农业碳排放时空特征分析

2.1 我国农业碳排放的时序特征

根据已给出的碳排放测算公式，测算1993－2008年的农业碳排放(见表2)。结果表明，1993年的农业碳排放量为 4 307.54 万 t，2008 年为7 843.08 万 t，年平均增长率为4.08%。从环比增速情况来看，农业碳排放总量的环比增长率总体上处于阶段性下降态势(图1)。化肥、农药、农膜、农用柴油、灌溉、翻耕等所产生的碳排放量都不同程度出现了增长，年均递增率分别为3.45%、4.65%、7.20%、4.77%、1.22%、0.38%。在总量增长的同时，碳排放的强度也在增加，从1993年的30.20kg/亩增长到2008年的42.96kg/亩，年均递增率2.38%。从环比增速情况来看，农业碳排放强度的环比增长率总体上处于阶段性下降态势(图2)，其中1996年出现异常，主要是由于耕地面积大幅调整所致。

表1 农业碳排放碳源、系数及参考来源Tab.1 Agricultural carbon emission source，coefficient and reference sources

从我国农业碳排放量变化趋势(图1、2)中可以看出，1993年至2008年我国农业碳排放量一直呈现上升趋势，但不同阶段增速存在着一定差异，总体上可以分为四个变化阶段:

第一阶段为1993－1997年，为快速增长期，年际增长率均高于5%。这主要是由于步入90年代后，我国农业现代化进程进一步加快，对柴油等能源需求增加，另一方面为了提高单位面积产量，农民加大了对化肥农药等生产原料的使用。其中化肥使用量由1990年的2 590.3万t上升到了 1997年的 3 980.7万 t，短短七年间增长了53.68%。

表2 1993－2008年我国农业碳排放量情况Tab.2 Agricultural carbon emissions in China from 1993 to 2008 104t

图1 我国农业碳排放总量及年均环比增速(1993－2008年)Fig.1 China's agricultural carbon emissions and average annual link relative ratio(1993－2008)

图2 我国农业碳排放强度及年均环比增速(1993－2008年)Fig.2 China's agriculture carbon intensity and average annual link relative ratio(1993－2008)

第二阶段为1998－2003年，为缓慢增长期，年际增长率均在3.5%以内，介于1.17% －3.33%之间。由于农民负担过重，“三农”问题进一步凸显，越来越多的农民放弃务农转向务工。受其影响，农民对农用生产资料的需求增速放缓，这在一定程度上抑制了农业碳排放量的快速增加。但与此同时，在此阶段，我国粮食产量总体上出现下滑趋势，粮食安全问题逐渐显现，我国农业生产尤其是粮食生产面临巨大挑战。

第三阶段为2004－2007年，增速反弹回升期，年际增速介于3.3% －6.5%之间。导致这一状况的最重要原因是2004年中央一号文件的颁布，其“两减免，三补贴”的政策，刺激了广大农民种田积极性，农业生产水平得到了较大提高。但农业的复苏也带动了农业生产资料投入的增加，进而使得农业碳排放增速加快。

第四阶段为2008年—至今，增速明显放缓，其中2008年仅为1.35%。这一方面是2007年中共十七大的召开强调了资源节约、生态环境保护的重要性，另一方面，2008年中央一号文件也明确指出，要通过降低生产成本实现增收，大力发展节约型农业，促进秸秆等副产品和生活废弃物资源化利用，提高农业生产效益。本文中虽没涉及2009年、2010年的农业碳排放数据，但随着国家对低碳农业的重视，我们有理由相信，今后，我国农业碳排放量增速将进一步放缓，农业碳排放现状得到更为明显的改善。

2.2 我国农业碳排放的区域比较分析

从2008年各地区农业碳排放总量的大小排序来看(表3、图3)，排在前10位地区依次为河南、山东、河北、江苏、湖北、安徽、吉林、四川、湖南、广东，10省碳排放总量占全国农业总排放的59.14%。排在后10位的地区依次为山西、重庆、贵州、海南、宁夏、天津、上海、北京、青海、西藏，10省市碳排放仅占全国8.01%。从排序结果可以看出，农业碳排放主要集中在农业大省。农业大省在发展方式上仍然以传统成分占主导，高投入、高排放发展模式依旧普遍存在。其中，广东相比而言尽管耕地面积不大，农业规模较小，但是化肥、农药等投入强度依然较高，因而碳排放较大。广东省政府副秘书长颜学亮指出广东省化肥施用量每亩大约240 kg，农药使用量平均每亩1.8 kg，化肥及农药的使用量全世界最高(中国投资咨询研究，2010)。从2008年各地区农业碳排放强度的大小排序来看，排在前10位地区依次为海南、上海、福建、浙江、湖北、广东、北京、河南、天津、安徽，主要集中在发达城市、东部沿海发达省份和中部农业大省;排在后10位的地区依次为辽宁、云南、重庆、甘肃、宁夏、青海、山西、内蒙古、西藏、黑龙江，主要集中在西部落后省份以及东北地区。通过农业碳排放总量和强度的区域格局来看，首先说明了我国农业依然停留在高消耗、高污染、高排放的粗放经营状态，农业发展方式还没有发生根本性的改变，同时也反映了地区经济发展中重发展轻环境、重利用轻排放的发展观尚未发生根本改变。

图3 2008年我国各地区农业碳排放总量与碳排放强度对比分析Fig.3 Compared agricultural carbon emissions with intensity of all provinces in China in 2008

表3 2008年我国各省市(区)农业的碳排放情况Tab.3 Agricultural carbon emissions of all provinces in China in 2008 104t

3 我国农业碳排放影响因素分解

3.1 研究方法

Kaya碳排放恒等式是由日本教授Yoichi Kaya于1989年在联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)研讨会上最先提出［6］。他是用数学的方法将人类社会活动产生的碳排放与经济、政策和人口等因素建立起联系。根据该恒等式，碳排放主要是由人口、生活水平、能源使用强度和碳排放强度所决定的。具体公式如下:

其中，(1)式中，C、E、GDP、P 分别表示碳排放量、能源消耗总量、国内生产总值、人口总量。CI、EI、G、P分别为能源结构因素、能源效率因素、经济规模因素、人口规模因素。

由于本文主要研究的是农业碳排放因素分析，结合农业生产的实际情况，对该恒等式进行适当变形，得到如下结果:

(2)式中，C、AGRI、AGR、P 分别表示农业碳排放量、种植业总产值、农林牧渔总产值、农业劳动力规模。EI、AI、EL分别为农业生产效率因素(随着EI下降，农业生产效率提高)、农业结构因素、农业经济发展水平。鉴于农业各部门之间无论产量还是规模的量化方式均不一致，为了便于分析，以产值代替规模，统一采用产值作为比较量。残差的存在使得不能很好的解释碳排放的变化，为了更好的利用Kaya恒等式进行分析，对该恒等式进行小的修改，去掉了暂时无法用于解释的残差［7］。

△EIt:代表从T－1年到T年仅有单位种植业产值碳排放强度变化而其它因子未发生变化而导致的碳排放量相对于基年的排放量变化;

△AIt:代表从T－1年到T年仅有农业结构发生变化而EI保持在T年水平，且AGRI保持在基年水平所引发的碳排放量变化;

△ELt:代表T－1年到T年仅有农业经济发展水平发生改变而EI、AI均保持在T年水平条件下碳排放量的变化。

△Pt:代表T－1年到T年仅有农业劳动力规模发生改变而EI、AI、EL均保持在T年水平条件下碳排放量的变化。

通过变形可以分别得到以下计算公式:

事实上，这是一种没有残差的分解方法，我们可以通过公式(5)、(6)、(7)、(8)来进一步验证它，可以得到:

ΔEIt+ΔAIt+ΔELt+ΔPt=ΔCt

3.2 数据来源及整理

种植业总产值和农林牧渔总产值数据均来自2009年的《中国统计年鉴》，考虑到经济发展中价格不断变化的因素，以实价计算的产值不能进行纵向对比，故采用可比价格换算，以1990年作为价格基准年来进行分析对比。

3.3 结果及分析

根据上述模型以及搜集得来的数据，借助相关分析工具，得出我国农业碳排放驱动分析结果如表4所示:

表4 基于Kaya恒等式的我国农业碳排放影响因素分解结果Tab.4 Factors decomposition of agricultural carbon emission based on Kaya equation 104t

图4 基于Kaya恒等式的我国农业碳排放影响因素分解结果Fig.4 Decomposition result of influential factors of agricultural carbon emission based on Kaya equation

农业生产效率因素、农业结构因素、劳动力规模因素一定程度上抑制了农业碳排放量，尽管促进农业碳减排逐年增强，但是作用有限。1994－2008年相比基期，农业生产效率因素、农业结构因素、劳动力规模因素仅分别累计贡献 12.95%(557.91 万 t)、26.62%(1146.50 万 t)、33.29%(1434.01万t)的碳减排。总体来看，农业碳减排的效果大小排序依次为:劳动力规模因素﹥农业结构因素﹥农业生产效率因素。从图4波动下降的态势可以看出，近年来随着农业生产效率的提高和农业结构的优化，有助于农业碳减排。而随着农业劳动力的非农转移，有利于农业实现规模经营，进而有利于农业碳减排。

而农业经济发展则成为了农业碳排放增加的最主要因素。结果表明，1994－2008年相比基期，规模因素累计产生了154.94%(6 673.95万t)的农业碳排放增量。这与很多学者关于农业资源环境与经济发展的EKC验证结果是一致的，目前我国经济发展与环境质量仍然处于拐点左侧，随着经济的发展会带来环境质量的恶化。因此随着我国农业经济发展，农业碳排放会增加，今后一段时间内，农业经济发展仍将是我国农业碳增量的主要因素。

4 促进我国农业碳减排的政策建议

4.1 树立低碳经济意识，切实转变农业发展方式

意识是行动的先导，因此要加强宣传，使广大农民和涉农主体充分认识气候变化问题的复杂性和长期性，深刻认识到农业对于气候变化的双刃剑的作用，树立低碳经济发展意识。因此切实转变农业发展方式，必须摒弃传统的发展思维和发展模式，在发展思路上彻底改变重开发、轻节约，重速度、轻效益，重外延扩张、轻内涵发展，片面追求GDP增长、忽视资源和环境的倾向，加快推进低碳农业发展，实现农业生产中经济、社会、生态效益三者统筹兼顾，促进农业经济与气候资源环境的全面协调可持续发展。

4.2 进一步调整优化农业产业结构，减少农业碳排放

在确保粮食安全的前提下，进一步调整优化农业产业结构，不断优化区域布局和农产品种植结构。在农业产业间，当前我国农业产业结构仍以种植业、牧业为主，林业渔业发展水平相对滞后。因此，我国农业在未来发展中应减少种植业比重，适当向林渔业扩展，尤其是林业产业，一方面发育水平较低，拥有广阔的开发潜力，另一方面还能起到增加碳汇、保护生态环境的作用。在产业内部，在确保粮食安全的前提下，应进一步优化种植业结构，减少资源高消耗、化学品投入大的农作物的种植，加大高产、抗逆农作物品种作物的种植。

4.3 加大低碳农业投入和政策支持力度，充分发挥支持和导向作用

在我国目前还存在二元社会体制的实际情况下，发展低碳农业离不开国家的财政和政策的支持。首先，加大农业投入，加强以农田水利为重点的农业基础设施建设，为低碳农业发展提供坚实基础。其次，要大力推动农业生产制度创新，实行涉农生产节能减排的管理考核责任制，从国家法律法规高度逐步开发完善农业能源效率标准，制定鼓励低碳农业的政策和优惠措施。第三，政府应加大政策导向，建立起一套完整的低碳农业生态补偿技术体系，加大补偿力度，激励广大农民积极参与休耕、免耕以及植树造林等活动，以在减少碳源的同时，增加碳汇;并进一步倡导“环境友好型、资源节约型”的两型农业之路，大力发展循环农业，实现农业的可持续发展［8］。

4.4 强化科技创新和推广，提高低碳农业的科技引领和技术支撑能力

要以提高资源利用效率和生态环境保护为核心，以节地、节水、节肥、节药、节能和农业生态环境建设为重点，加大科技攻关和技术组装配套集成力度，不断研发和推广节约型的耕作、播种、施肥、施药、灌溉与旱作农业、减少农业废弃物生成、注重水土保持等低碳农业技术［8］。同时，引进低碳农业的各种技术，相应的设备、知识和人才，争取相关高校、科研单位和社会组织的指导和培训等等，大力推广应用节水灌溉技术和节能耕作技术、测土配方施肥等低碳农业技术。通过科技创新和推广，使现代农业科技成为农业过程中实现减碳增汇的重要支撑力［9］。

4.5 建立并不断完善碳交易市场运行机制，增强相关主体责任和减排动力

《京都协议书》的正式生效，标志了国际碳市场的形成，每个国家的碳排放权也因此成为了一种稀缺资源。我国目前虽然试验性建立了碳交易市场，但往往有价无市，碳交易主体积极性相对较低，运行效果不甚明显。因此，首先明确责任主体，以“生产者责任制”为原则，明确碳排放市场交易的主体，使得化肥、农药等生产厂家充分参与交易，积极承担排放成本。其次，建立制定农业低碳认证制度，开展低碳认证试点，为碳交易市场提供标准。第三，合理的碳定价。碳交易市场价格必须足够高，到达决策拐点，才能从经济上改变人们行为。因此必须合理确定碳价，积极改变和引导生产主体行为向低碳方式转变。

References)

［1］Mosier A R，Duxbury J M，Frreney J R，et al.Mitigation of Agricultural Emission of Methane［J］.Climatic Change，1998，40:39－80.

［2］West T O，Marland G.A Synthesis of Carbon Sequestration，Carbone Missions，and Net Carbon Flux in Agriculture:Comparing Tillage Practices in the United States［J］.Agriculture Ecosystems and Environment，2002:91.

［3］智静，高吉喜.中国城乡居民食品消费碳排放对比分析［J］.地理科学 进 展，2009，28(3):429 － 434.［Zhi Jing，Gao Jixi.Comparative Analysis on Carbon Emissions of Food Consumption of Urban and Rural Residents in China［J］.Progress in Geography，2009，28(3):429 －434.］

［4］伍芬琳，李琳，张海林，等.保护性耕作对农田生态系统净碳释放量的影响［J］.生态学杂志，2007，26(12):2035 －2039.［Wu Fenlin，Li Lin，Zhang Hailin，et al.Net Carbon Emissions of Farmland Ecosystem Influenced by Conservation Tillage［J］.Journal of Ecology，2007，26(12):2035 －2039.］

［5］Dubey A，Lal R.Carbon Footprint and Sustainability of Agricultural Production Systems in Punjab，India，and Ohio，USA［J］.Crop Improvement，2009.

［6］Kaya Y.Impact of Carbon Dioxide Emission on GNP Growth:Interpretation of Proposed Scenarios［R］.Paris:Presentation to the Energy and Industry Subgroup，Response Strategies Working Group，IPCC，1989.

［7］冯相昭，邹骥.中国CO2排放趋势的经济分析［J］.中国人口·资源与环境，2008，18(13):43 － 47.［Feng Xiangzhao，Zou Ji.Economic Analysis of CO2Emission Trends in China［J］.China Population，Resources and Environment，2008，18(13):43 －47.］

［8］张俊飚.“两型社会”建设与湖北农业发展［J］.湖南社会科学，2008，(5):106 － 109.［Zhang Junbiao.Two Types of Social Construction and Agricultural Development of Hubei［J］.Hunan Social Sciences，2008，(5):106 －109.］

［9］李波，张俊飚，徐卫涛.我国循环农业发展时空差异及制约因素分析［J］.华中农业大学学报:社会科学版，2010，(4):21－26.［Li Bo，Zhang Junbiao，Xu Weitao.Analysis on Spatial-temporal Differences and Constraints Factors of Circular Agriculture Development［J］.Journal of Huazhong Agricultural University:Social Sciences Edition，2010，(4):21 －26.］

Research on Spatial-temporal Characteristics and Affecting Factors Decomposition of Agricultural Carbon Emission in China

LI Bo1，2ZHANG Jun-biao1，2LI Hai-peng3
(1.Rural Development Research Center of Hubei，Wuhan Hubei 430070，China;2.College of Economics and Management，Huazhong Agricultural University，Wuhan Hubei 430070，China;3.South-Central University for Nationalities，Wuhan Hubei 430074，China)

More and more people are paying attention to the environmental problems caused by agricultural carbon emissions.The research，based on six kinds of main carbon sources from agricultural production，calculates China's agricultural carbon emission load from 1993 to 2008.We find that the agricultural carbon emission load is in the gradual upward trend since 1993.In general it can be divided into four periods:rapid growth period，slow growth period，qrowth rate rebound period and growth rate slowing-down period.The average annual growth rate of agricultural carbon emissions is 4.08%，while that of intensity is 2.38%.Higher carbon emission areas distribute intensively in the major provinces of agriculture，and the higher carbon emission intensity areas are mainly located in the developed cities，eastern coastal provinces and the central major provinces of agriculture.Decomposing all the affecting factors through transformation of Kaya identical equation，the result shows the factors of efficiency，structure and labor scale can restrain carbon emission，but the effect is not obvious and fluctuating drastically.Compared with the carbon emission load in 1993，the load from 1994 to 2008 decreased by 12.95%because of efficiency，while structure did 26.62%and agricultural labor did 33.29%.In contrast，agricultural economic development played an active role in agricultural carbon emission，which increased cumulatively to 154.94%of carbon emission load.Finally，some policy suggestions are proposed to reduce agricultural carbon emissions.

agricultural carbon emission;spatial-temporal characteristics;factor decomposition;Kaya identical equation

F323，X22

A

1002－2104(2011)08－0080－07

10.3969/j.issn.1002－2104.2011.08.013

2011－03－25

李波，博士生，主要研究方向为资源与环境经济。

国家社会科学基金(编号:07BJY043);中央高校基本科研业务费专项资金项目(编号:CSY10012)。

(编辑:刘文政)