基于DEA的我国省际农业碳效率研究

　　 摘要：文章采用DEA（数据包络分析）中的基于投入导向的CCR和BCC模式建立我国农业碳效率的分析模型，测算2009年我国省级农业碳效率。结果表明：我国农业碳效率总体上呈现“西高东低”，内蒙古、吉林、黑龙江、海南、贵州、西藏、甘肃的农业碳效率总体有效；除包含以上7个总体有效省份外，还有山西、青海、宁夏共10个省份为技术有效；而规模效率方面，山西、安徽、广东、广西、青海、宁夏处于规模报酬递增阶段，其他省份则处于规模报酬不变阶段。
　　 关键词：DEA，碳效率，技术有效，规模有效
　　 近年来，全球气候问题引起国际社会的高度重视，大量的科学研究表明，引起气候显著变化的主要原因在于过多的碳排放。国际上已经开始实施了一系列减缓碳排放的计划和战略，但由于涉及到许多技术、商业、政治等问题而存在很大争议。因此，在现有技术水平下，最稳妥有效的减排方式是通过碳效率的管理进行低碳优化。目前，我国已是全球温室气体排放的大国。据统计，2007年中国化石燃料消费排放的二氧化碳为62.84亿吨，占全球排放总量的21.01%，已超过美国20.08%，成为世界第一大温室气体排放国。虽然这一结果还未得到普遍认同，但随着我国排放的继续增加，我国面临的碳减排压力越来越大。我国经济的高速增长依赖于生产要素的大量投入，带有明显的高投资、高能耗和高排放的特征。提高碳效率成为解决我国经济可持续发展的关键问题。而农业又是重要的碳源，因此研究我国省际农业碳效率是很有意义的。
　　 一、农业碳效率计算模型
　　 DEA是计算“相对效率”的重要方法，它通过保持决策单元（DMU）的输入或者输出不变，借助于数学规划和统计数据确定决策单元的最优投入产出方案，并评价它们的相对有效性。DEA能够很好地反映评价对象自身的信息和特点，尤其在评价具有多投入-多产出的复杂系统的相对有效性问题时具有独到之处。本文主要采用DEA中的CCR与BCC模式。CCR模式基于固定规模报酬的假设，该模式得到的是决策单元的总效率；而BCC模式则是基于可变规模报酬，该模式所求得的为决策单元的技术效率。根据导向不同，CCR模式与BCC模式又可以分为投入导向型与产出导向型。本文选择投入导向型的CCR与BCC模式来作相关研究。
　　 二、要素指标的选取
　　 本研究中，农业碳排放是指在农业生产过程中人为导致的直接或间接的碳排放。据此，我国农业碳排放源主要表现以下七个方面：化肥生产和使用过程中的碳排放；农药生产和使用过程中的碳排放；农用塑料薄膜生产和使用过程中的碳排放；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；农地翻耕破坏土壤有机碳库，大量有机碳流失到空中所形成的碳排放；灌溉过程中电能利用间接耗费化石燃料所形成的碳排放；农作物秸秆资源露天焚烧产生的碳排放。本研究所采用的投入产出指标为化肥消耗地均碳排放量、农药消耗地均碳排放量、农膜消耗地均碳排放量、农用柴油消耗地均碳排放量、农业翻耕地均碳排放量、农业灌溉地均碳排放量、农作物秸秆露天燃烧地均碳排放量；产出指标为人均农业产值、人均农业增加值。
　　 （一）数据来源
　　 化肥、农药、农用薄膜、农用柴油、农作物播种面积、农业灌溉面积、粮食产量数据来自《中国农村统计年鉴》。农业总产值、农业增加值的数据来自《中国统计年鉴》，并且经过指数调整。翻耕数据以当年我国农作物实际播种面积代替；农业灌溉以当年农业实际灌溉面积为准；粮食产量以当年各粮食品种实际产量为准。
　　 （二）数据处理
　　 1.农业碳排放量估算
　　 碳排放估算公式为：E＝∑Ei=∑Ti·δi
　　 其中：E为农业碳排放总量；Ei为农业各种碳源的碳排放量；Ti为化肥消耗量/农药消耗量/农用薄膜消耗量/农用柴油消耗量/农作物播种面积/农业灌溉面积/秸秆露天燃烧量；δi为碳排放系数，其中，化肥碳排放系数0.8956kg·kg－1（WestTO、美国橡树岭国家实验室）、农药4.9341kg·kg－1（美国橡树岭国家实验室）、农膜5.18kg·kg－1（南京农业大学农业资源与生态环境研究所IREEA）、柴油0.5927kg·kg－1（政府间气候变化专门委员会IPCC）、翻耕312.6kg·km－2（中国农业大学生物与技术学院）、灌溉25kg·ha－1（Dubey）、秸秆1.247吨/吨（王革华，1999）。
　　 2.农业碳效率计算
　　 这里我们计算了31个省（市、区）的农业碳效率（总效率、技术效率、规模效率和规模报酬）。为了更好地反映我国农业碳效率特征，在各省碳排放的基础上按我国八大农业区进行叠加，如表1所示。
　　 三、结果及分析
　　 （一）总体特征
　　 在我国31个省中，内蒙古、吉林、黑龙江、海南、贵州、西藏、甘肃的农业碳效率总体有效，他们主要分布在地广人稀的经济欠发达地区以及碳排放投入相对较少而农业产出相对较高的地区；而农业自然条件较好、经济较发达的的华北区、长江中下游区、华南区的农业碳效率反而较低。这就意味着目前我国农业，尤其是经济较发达地区的农业并不是低碳农业，农业经济的相对高效伴随着农业碳效率的相对无效，农业经济的高产出伴随着环境成本的高投入。
　　 除包含总效率有效的7个省份外，还有山西、青海、宁夏共10个省份为农业技术效率有效。技术效率无效被认为是所投入资源的利用无效而产生的资源浪费。从农业碳排放理解，技术效率无效是在考虑规模报酬影响下，现有地均各类农业碳排放作为代价并没有实现农业期望产出最大化。而对于这剩下21个技术效率无效的省份，他们的技术效率全部高于总效率，也就是说，技术效率一方面造成总效率无效，但另一方面又在一定程度上制约着规模效率无效。
　　 规模效率可以判断各省农业是否处于最适规模，规模过大或过小都将导致平均投入的增加，在空间分布上，规模有效单位与总效率有效单位分布一致。在规模效率下结合规模报酬区间进一步分析可以发现，除山西、安徽、广东、广西、青海、宁夏6个省份处于规模报酬递增阶段外，其他省份全部处于规模报酬不变阶段，而总效率有效的7个省份全部包含在规模报酬不变的省份中。同样处在规模报酬不变阶段，但规模效率无效的省份，如北京、天津、河北、江苏、浙江、湖南、湖北等，尽管地均碳排放的增加幅度与人均产值的增加幅度一致，然而与规模有效的单位相比，前者的投入增加幅度仍然要低于后者的产出增加幅度。而对于规模报酬递增的6个省份，山西、青海、宁夏3个省为技术有效，因而他们应从扩大本省农业地均碳排放规模方面改善规模效率，从而提高总效率，而安徽、广东、广西则要从技术及规模两方面进行提高。
　　 （二）八大农业区特征
　　 按照我国传统的八大农业区进行碳效率测算，其农业碳效率的分布如下图所示。
　　 可以看出，我国农业碳效率总体上呈现“西高东低”的态势，中东部地区及沿海省份农业碳排放高、碳效率低，农业碳效率有效的地区则主要分布在东北三省以及西北几个农业落后的省份。
　　 造成这种情况的原因主要在于自然条件和农业模式的差异，中东部地区农业耕作模式存在高投入、高消耗、高排放等特点，通过高强度的投入换取经济总量的农业发展模式仍然大范围存在，同时由于国家对于化肥尤其是氮肥的政策鼓励和高额补贴导致化肥产能膨胀和大量的农田使用，在保证粮食产量的同时带来了高额的碳排放，故农业碳效率相对较低；而东北三省得益于优越的自然条件，土壤肥沃、农业病虫害较少，单位土地面积可以同样的产出所需的投入较少，同时由于其农业结构更为合理，造成了最终相对有效的农业碳排放效率；西北部的青藏区和蒙新区则受限于土壤、气候等自然条件，农业发展上原始成分较多，使用有机肥较多，因此总体上的农业碳排放就相对较少，从而导致其农业碳效率相对较高。
　　 不同的农业区应根据其特点采取不同的措施来提高其农业碳效率，规模报酬递增的黄土高原区和华南区及长江中下游地区可以通过扩大规模的方式进行提高，同时其技术效率都未达到有效因此也具有较大的改善空间；而华北农业区则通过扩大规模已经不能提高农业碳效率，要发展低碳农业只能从技术角度进行着手提高。
　　 参考文献：
　　 1.Wes