甘肃省农地利用碳排放测算及影响因素研究

朱亚红 ，马燕玲 ，陈秉谱

（1.甘肃省科学技术情报研究所，甘肃兰州730000；2.甘肃农业大学经济管理学院，甘肃兰州730070）

农业生产所导致的碳排放量的大幅度增加以及引发的环境问题，越来越受到世界各国的关注。农业既是温室气体的排放源，也是最容易遭受气候变化影响的产业。有关研究资料表明，包括森林砍伐、湿地排水、农业生产等在内的土地利用行为已成为全球第二大温室气体排放源，约占人为总排放量的1/3[1]，而农业生产的CO2排放量约占全球人为温室气体排放总量的20%[2]。究其原因，农业作为大多数发展中国家的基础产业，随着科学技术的进步和农业现代化的推广，化肥、农药、农业机械等高碳型生产资料的大量投入使用，使得农地利用领域的碳排放量在急剧增加。我国作为农业大国，农地利用所导致的碳排放量更加不容小觑。相关研究表明，我国农业温室气体排放总量为6.21亿tCO2当量，占全国碳排放总量的17%[3]。农业生产和气候变化之间的不协调所产生的环境问题严重影响着我国农业以及全社会经济的可持续发展。甘肃是我国农业最早开发的地区之一，全省日照充足，昼夜温差大，农作物资源种类丰富[4]。但是由于甘肃省地处我国西北内陆，属于干旱半干旱气候，全省地貌类型复杂，干旱少雨，生态环境极其脆弱，农业生产极易遭受极端天气事件的破坏。鉴于农地利用碳排放的不断增加可能对甘肃本已脆弱的生态环境带来更大的冲击。所以，定量测算甘肃省农地利用碳排放量，分析其时空变化规律，分析碳排放的影响因素、影响性质及累计效应，对于科学制定并有效实施碳减排政策，促进甘肃经济社会长远可持续发展具有重要的理论和现实指导意义。

近几年关于农地利用碳排放问题国内外学者都开始有所关注，相关理论和实证研究结果具有以下特点：在研究时间上，国外研究起步较早，研究内容和方法体系上延续性较好，国内研究则比较滞后；在研究内容上，国外研究主要侧重于碳排放产生机理、碳减排行政管控与市场手段，国内研究则主要偏重于碳减排工程实验技术；在研究区域选择上，国外较为注重某一特定地区的低碳农业技术突破，而国内注重从国家层面出发，分析全国或某一地区的农地利用碳排放现状，提出应对建议措施。就目前研究而言，在碳排放的测算上，所取指标比较侧重于农业生产的能源消费。对于农业碳排放影响因素的研究，国内外大多数研究多采用LMDI模型、IPAT模型、Laspeyres指数法、Kaya恒等式等分析方法[5,6]。本研究在合理界定农地生产过程中六类主要碳源的基础上，测算分析2000-2011年甘肃省农地利用碳排放的时空差异特征，并运用LMDI模型从人口、经济、效率、结构等方面进行因素分解，研究成果对于甘肃乃至西北地区科学制定碳减排政策，调整农业发展方向，都具有重要的现实指导意义。

1 研究方法及数据来源

1.1 研究方法

1.1.1农地利用碳排放估算方法 就现有研究而言，目前关于农业碳排放的测算相对复杂，还未形成统一的研究方法，也还未形成具体的观察数据，所以本文在分析总结前人相关碳排放研究的基础上，结合甘肃省农业的具体情况，选择引发碳排放的主要农业投入源化肥、农膜、农药、用电量、以及柴油消耗直接或间接导致的碳排放进行估算：①化肥，生产过程中化石能源耗费和施用对土壤碳库破坏产生的碳排放；②农药和农膜，是在生产和使用过程中所直接或间接引起的碳排放；③柴油，农业机械化过程中消耗柴油导致的碳排放；④农地翻耕，在翻耕过程中破环了土壤有机碳库，导致有机碳的释放；⑤灌溉，耗用电能(火电部分)间接导致的碳排放。依据系数法可确定农地利用碳排放的计算公式是：

表1 农地利用的碳排放系数及参考来源

式中，E为碳排放总量，Ei为各类农业投入源碳排放量，Ti为各碳排放源的能耗量，δi为各碳排放源的碳排放系数,其中化肥、农膜、农药、用电量以及柴油的碳排放系数借用国内外学者的研究成果，具体见下表1:

1.1.2农业碳排放影响因素分解方法 农业生产碳排放影响因素分解是指运用数学的原理和方法，将农业生产产生的碳排放与农业生产总值、相关政策以及人口等影响因素建立起联系。本文采用对数平均D式指数（Logarithmic Mean Divisia Index,LMDI），定量分解影响甘肃省农地利用碳排放的有关因素。LMDI方法满足因素可逆，能消除残差项，可以克服使用其他方法后存在的残差项式对残差项分解不当的缺点，使模型更具说服力。所以根据LMDI分析框架，结合现有研究文献，对甘肃省农地利用碳排放的总量分解如下：

式(2)中C为农业碳排放总量，PLA为种植业的总产值，AGRI为农林牧渔生产总值，P为农业劳动力规模。式(3)中α为农业生产效率，β为农业产业结构，γ为农业经济水平。因为该论文的研究是从农地利用过程中化肥、农药、农膜等投入要素的生产利用产生碳排放，农业机械化及水利化过程中能源消耗碳排放以及农地翻耕过程中破环了土壤有机碳库，导致有机碳的释放这三方面展开研究，生产投入中的六类要素碳源均与种植业紧密相关，因此本研究中的农地利用碳排放主要为种植业生产过程中导致的温室气体排放。由于不同农业生产部门其产量和规模的量度存在较大差异，为便于计算，在此统一以产值为比较量[12]。

LMDI方法可采用“乘积分解”和“加和分解”两种方法进行分解，且两种方法最终分解结果是一致的[13]，所以，对于(2)式中模型，设基期碳排放总量为C0，T期碳排放总量为Ct，用下标tot表示总的变化量，采用加和分解的方法，将差分分解为：

所以，效率α，规模β，经济水平γ等因素影响值分别表达为：

1.2 数据来源和处理

本研究在碳排放量的测算过程中所用要素化肥、农药、农膜、柴油数据均来自2000-2011年甘肃发展年鉴和甘肃农村年鉴，数据的统计均以当年的实用量为准；翻耕面积以甘肃省当年的实际播种面积为准；灌溉面积也以当年的实际灌溉面积为准。影响因素分解分析中所用到的数据，种植业总产值和农林牧渔业总产值以及农业生产劳动人口等数据均来自2000-2011年甘肃发展年鉴；其中农业劳动人口以第一产业从业人数计；考虑到经济发展过程中价格变化的因素，将产值以2000年为基期进行价格换算来进行比较分析。

2 甘肃省农业碳排放测算结果及分析

根据式(1)所列出的农业碳排放测算公式及表1碳排放系数值测算出甘肃省2000-2011年各农业投入元素的碳排放值及碳排放总量，见表2。

由表2测算结果显示，2000年甘肃省农业碳排放总量为108.39×104t，至2011年达到205.89×104t，年平均增长率为6%。从构成看，化肥、农膜以及农药利用所产生的碳排放是农地利用碳排放的主要来源。随着农业经济的发展，各投入要素农药、农膜、农用柴油、化肥、灌溉、翻耕碳排放都呈现不同幅度的增长，其年均增长率分别为17.7%、7.6%、5.4%、2.8%、1.1%、0.3%。而且，从2000-2011年十二年间各生产要素碳排放量构成份额看，化肥、农膜、农药、农用柴油、灌溉、翻耕碳排放量占总排放量的比重依次为47.4%、32.16%、9.76%、9.45%、1.2%、0.75%，由此看出，化肥和农膜的使用导致的碳排量占总量的比重高达79.56%，成为农业碳排放量不断增长的主要因素，其次是农药和农用柴油，二者所占比重为19.21%，虽所占份额较小，但两要素年均碳排放增长速度较快，这也从另一个角度说明甘肃省的农业化学化和机械化水平在不断提高，但由此带来的碳排放量的增加也不容忽视。

表2 甘肃省2000-2011年农业碳排放量情况

从总量上看，甘肃省农业碳排放呈现一个总体的上升趋势，但碳排放总量的环比增速可以看出，甘肃省碳排放总量呈现波动上升，具有阶段性特点：

由图1可以看出，总量在平稳上升，但就环比增速来看，却是波动的，2003、2005、2008、2010年的环比增速是较低的，而2002、2007、2011年增速较快。甘肃省农地利用碳排放的年际变化有较大的波动性，究其原因，一方面，这与我国农业经济发展过程中存在的问题及国家相关农业扶持政策密切相关，2003年以前，由于农业生产资料价格的上涨，农业生产成本过高，农民负担加重，从而出现农民弃农务工潮，所以农民对农用生产资料的需求放缓，继而减缓了农业碳排放增速；2004-2007年，碳排放增速在波动中回升，2007年增速一度达到9.42%，出现这一状况的原因是2004年中央颁布惠农一号文件，其“两减免，三补贴”的政策，极大的调动了农民种田积极性，农业开始复苏，农业生产资料的大量投入使得农业碳排放快速增加；但是在2007年中共十七大强调了节约资源、保护生态环境的重要性，2008年中央一号文件又明确表示要通过降低生产成本实现增收，提高农业生产效益。所以2007-2011年碳排放增长速度虽然在波动上升，但增速明显放缓。

图1 2000-2011年甘肃省农业碳排放强度和年均环比增速

另一方面，就甘肃省而言，受地理环境、气候条件、农产品及农业生产资料价格等市场因素的影响，农业种植结构及其农地投入要素化肥、农药、农膜的使用以及农业机械化的推进上受外界环境影响较为突出，使得甘肃省农业碳排放的年均增速存在很大的不稳定性。

碳排放强度是指耕种一公顷地所投入的生产要素产生的碳排放量。由图2所示，2000年甘肃省农地利用碳排放强度为1.40kg/hm2，2011年上升为2.61kg/hm2，10年间总的强度几乎翻了一番，年均增长速度为5.81%。根据图2所示，甘肃省农地利用碳排放强度总体还是呈现逐年上升趋势，但碳排放强度的年均环比增长幅度变化差距较大，增长最快年份环比增速达到13.14%，而有的年份却呈下降趋势，2003年环比增速-0.32%，有关研究发现[3]，2008年全国农地利用碳排放强度为2.86kg/hm2，而甘肃省为2.01kg/hm2，农地利用碳排放强度较低是西部落后省份的共同特征。

图2 2000-2011年甘肃省农业碳排放强度和年均环比增速

综上结果，从甘肃省农地利用碳排放总量和碳排放强度的总体分析来看，首先，甘肃省农地利用碳排放的变化趋势与国家宏观农业政策变动息息相关；其次，甘肃省受客观自然环境和资源要素禀赋的影响，农业生产当中面临的不确定因素较多；第三，由于经济发展条件的落后，农业产业化机械化发展规模限制，甘肃省农业生产依然处于高化学生产要素投入、高污染源排放的粗放式经营状态，农业生产过程中重视发展农业而忽视环境保护，大量利用化肥、农药、农膜等要素以提高农业产出，但却忽视众要素所带来的高温室气体排放，较为落后的农业发展方式未能从根本上得到改变。

3 甘肃省农地利用碳排放影响因素分解分析

根据影响因素分析方法，选择对数平均D式指数（Logarithmic Mean Divisia Index,LMDI），依据前文测算的甘肃省农地利用碳排放总量数据以及在相关年鉴上收集到的甘肃省种植业总产值、农林牧渔总产值、农业劳动力人数，最后将影响甘肃省农地利用碳排放的因素定量分解为农业生产效率、农业产业结构、农业经济水平、农业劳动力规模四个方面，分析结果见表3。

表3 基于LMDI模型的甘肃省农地利用碳排放影响因素分解结果 （单位：104 t）

根据表3及图3，甘肃省农地利用碳排放影响因素呈现以下特征：

农业生产效率的提高可以有效抑制农业碳排放。以2000年为基期的农业生产资料的效率因素对农地利用碳排放量的影响总体增量减少，该因素抑制了农业碳排放量的增加，2001-2011年生产效率因素的抑制总量达245.83×104t，占农地利用碳排放总量的15.18%；从年份差异看，少数年份该因素在一定程度上导致了农业碳排放量的增加，如2001、2002、2006年，农业生产因素引起的农业碳排放分别增加1.74×104t、3.79×104t和 10.54×104t，而且增量呈现上升趋势；而其他年份均起到抑制的作用，而且抑制作用力在不断的增加，2003年减少5.48×104t，2011年减少53.12×104t，抑制总量增加3倍。这说明甘肃省的农资利用效率在不断提高，而农资利用效率的提高也必将成为甘肃省降低农地利用碳排放需要长期坚持的举措。

农业产业结构的调整对农地利用碳减排具有明显的推动作用。以2000年为基期，2001-2011年产业结构因素使农业碳排放量减少72.18×104t，农业产业结构的调整对农业碳排放具有一定的抑制作用。2003-2009年，产业结构因素对农业碳排放起抑制作用，年减少量最大时达到45.27×104t，但是该因素的抑制作用还存在不稳定性，2001、2002、2010、2011年出现了产业结构因素导致碳排放量增加的情况，通过分析发现，出现这一波动的原因与种植业占农林牧渔总产值的份额息息相关，2003-2009年，种植业占农林牧渔总产值的平均比重为66.05%，而2001、2002、2010、2011年所占份额平均比重为71.35%，说明种植业占农林牧渔产值比重的高低严重影响着农地利用碳排放量的增减，所以在农业经济结构调整中必须要合理分配种植业与林业、牧业、渔业的投入规模，在经济发展过程中不断优化提升，从而真正实现甘肃省农业产业结构的优化升级，最终实现高产低排放的现代化农业发展模式。

农业经济水平快速增长是农业碳排放的最重要驱动因素。相比2000年而言，经济因素导致2001-2011年农地利用碳排放增加量的总量高达715.73×104t，增加量占排放总量的比重高达44.19%。虽然这一要素是最重要的碳增量驱动要素，但是只有农业的快速发展，才能实现农民增收，从而进一步实现社会主义新农村建设，因此，要实现农业经济增长和农地利用碳减排的脱钩发展必将是一项艰巨而长期的任务，所以在未来一段时间内，经济因素仍将是导致甘肃省农地碳排放增量的主导因素。

劳动力因素对农业碳排放的影响较小。甘肃省农业从业劳动力数量的变化对农地利用碳排放的影响程度较小，但总体上还是导致碳排放量增加的要素之一，这一要素的作用力主要是农业从业人员的增加所导致的，农业从业人员的数量年际变化幅度不大，所以该因素的影响作用也比较小，较为稳定。

4 促进甘肃省农业碳减排的对策建议

通过各影响因素分解结果的作用力程度，甘肃省可通过以下措施降低农地利用碳排放量：

第一、树立低碳农业意识，切实转变农业发展方式。在发展思路上改变以往只重视量的提升和速度的进步，而忽视综合效益，一味追求GDP增长、忽视资源和环境的错误倾向，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，促进农业经济与资源环境的全面协调可持续发展。

第二、发挥政府的低碳农业政策扶持力度。从农业投入力度、低碳农业制度创新角度出发，并进一步加大政策导向，建立完整的低碳农业生态补偿技术体系，加大补偿力度，激励农民积极参与休耕、免耕以及植树造林等活动，达到在减少碳源的同时，增加碳汇；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。

第三、依靠低碳农业技术，提高农资利用率。通过LMDI因素分解分析发现，农资利用效率因素对甘肃省农地利用碳排放具有较强的抑制作用，因此，可以因地制宜，不断研发和推广节约型的耕作、喷药、施肥、灌溉等低碳农业技术，并进一步加强低碳农膜的开发与利用，突出农业生态环境保护和节水、节肥、节药、节地、节能技术和管理模式创新应用，发展有机农业、生态农业，从根本上实现农业生产方式向精准、集约、低排放转变。

第四、优化农业产业结构，降低农地利用碳排放。在依据自然环境和经济发展特点的基础上，一方面，积极调整农业生产结构，适度增加林业渔业产业比重，尤其具有重要碳汇功能的林业；另一方面，在确保粮食安全的前提下，优化种植业品种结构，加大高产抗逆等农作物品种的种植规模，减少化学品投入多、资源消耗大的农作物种植规模，积极培育低碳、高产、高效的优良作物新品种，并加快示范和推广。

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