我国农业碳排放强度与农业经济空间相关性研究

韩会庆,王世尧,马 庚,张新鼎,白玉梅

(1.贵州理工学院 建筑与城市规划学院,贵阳 550003; 2.贵州财经大学 公共管理学院,贵阳 550025)

随着世界人口的快速增长，全球各地日益重视农业生产。近几十年来，为提高农业生产水平，全球化肥、农药、地膜等使用量大幅增加，这使得农业碳排放量快速增加[1-2]。已有研究发现农业经济增长可能促进农业碳减排，也可能加快农业碳排放[3]。如何实现农业经济发展与农业碳减排成为当前亟需解决的问题，这对全球农业可持续发展具有重要意义。

目前，农业碳排放与农业经济之间关系研究多集中于农业碳排放与农业经济脱钩分析[4]、农业碳排放与农业经济增长关系实证研究[5]、经济增长对农业碳排放作用强度[6]等方面。研究范围涉及全国[7-8]、省域[4,9]、地区[10-11]等尺度。农业碳排放与农业经济脱钩分析主要利用脱钩指标模型[12]，农业碳排放与经济增长关系实证研究多利用环境库兹涅茨曲线(EKC)模型[5]和协整模型[3]，经济增长对农业碳排放作用强度研究多利用Kaya因素分解法[6]。然而，农业碳排放与经济之间空间相关性还鲜有关注。空间自相关分析法可以揭示空间变量在不同位置上的相关性[13]，用于测量和检验空间上分布邻近的物体及其某一属性具有相似或相反的取值及其趋势特点(空间正相关或空间负相关)，判断它的分布特征[14]，该方法已广泛应用于区域经济、疾病传播、土壤学、人口学等领域[15]。因此，本研究利用GeoDA空间分析软件，通过空间自相关分析法分析农业碳排放与农业经济的空间的相关性。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

2001年和2015年农业碳排放数据涉及化肥使用量、农药使用量、地膜使用量、农用柴油使用量、翻耕面积、灌溉面积6个方面数据，主要来源于2002年和2016年《中国农村统计年鉴》。2001年、2015年农业经济数据涉及农民人均纯收入、单位耕地面积农业GDP、谷物单产3个方面数据，主要来源于2002年和2016年《中国统计年鉴》。2001—2015年农业碳排放和农业经济变化数据等于2015年数据与2001年数据的差值。

1.2 研究方法

1.2.1 碳排放强度计算 一般认为农业碳排放来源于化肥、农药、农膜、农用柴油、翻耕和灌溉6个方面。农业碳排放强度表示单位耕地面积碳排放量，等于各类农业碳源排放量乘以各类碳排系数，再除以耕地面积，计算公式为：

(1)

式中：C为农业碳排放强度(t/km2)；E为农业碳排放总量(t)；A为耕地面积(km2)；Ei为各类农业碳源排放量(t)；Fi为各类农业碳源碳排放系数(表1)。

表1 农业碳排放源及其系数[7,16-19]

1.2.2 全局空间自相关 全局空间自相关是对变量的观测值在整个区域空间特征的描述，检验空间现象在整个区域上是否具有聚集效应[20]。常用全局Moran′sI指数表达，它表示空间邻接或空间邻近区域单元属性值的相似程度[21]，其计算公式为[22]

(2)

1.2.3 局域空间自相关 局域空间自相关分析可以准确地把握空间要素的异质性特性，推算出聚集地的空间位置和范围。常用LISA聚集图表示，它表示区域单元在区域内的聚集或离散状况[14]。LISA聚集图计算依据局部Moran′sI指数表示，其计算公式为：

(3)

2 结果与分析

2.1 我国农业碳排放与农业经济时空变化

2001年我国农业碳排放强度呈现东部地区较高，西部地区较低的特点，其中，东部地区的山东、江苏、浙江、福建、广东的碳排放强度较高，西部的内蒙古、甘肃、宁夏、陕西、青海、西藏、云南、贵州等碳排放强度较低。2015年我国东部和中部地区碳排放强度较高，西部地区碳排放强度较低，其中，东部沿海的天津、北京、河北、山东、江苏、浙江、福建、广东、海南以及中部地区的河南、湖北、湖南碳排放强度较高，西部地区内蒙古、青海、西藏、贵州碳排放强度较低。2001—2015年，我国农业碳排放强度整体呈增加趋势，其中，我国南方和西北地区碳排放强度增加较大，如海南、广东、福建、广西、湖南、江西、浙江、陕西、新疆、内蒙古、甘肃等。东北、华北部分地区、西南部分地区碳排放增加较小，如黑龙江、吉林、辽宁、北京、山东、江苏、安徽、西藏、四川、重庆、贵州等(图1)。

2001年和2015年我国农民人均纯收入和单位耕地面积农业GDP呈现东高西低的特点。谷物单产呈现东部、东南、华中、东北地区较高，西北部、西南部较低的特点。2001—2015年，我国农民人均纯收入、单位耕地面积农业GDP和谷物单产均呈增加趋势，其中，我国农民人均纯收入增加较大地区集中在我国东部和中部地区，西部地区农民人均纯收入增加较小。单位耕地面积农业GDP增加较大地区主要分布在华北、华南和东南沿海，东北、西北、西南部分地区单位耕地面积农业GDP增加幅度较小。谷物单产增加较大地区集中在东北、西北地区，而南方地区、西南地区、西北部分地区谷物单产增加幅度较小(图2)。

图1 2001-2015年我国农业碳排放强度时空变化

图2 2001-2015年我国农业经济时空变化

2.2 我国农业碳排放与农业经济空间相关性分析

2001年和2015年我国农业碳排放强度与农民人均纯收入、单位耕地面积农业GDP和谷物单产的Moran′sI指数均大于0，这说明农业碳排放强度与农业经济各指标之间均存在空间正相关关系，其中，农业碳排放强度与单位耕地面积农业GDP空间正相关性较强，与谷物单产空间正相关性较弱。与2001年相比，2015年农业碳排放强度与农民人均纯收入、单位耕地面积农业GDP和谷物单产的Moran′sI指数较低，说明受粮食增产压力增大和国家粮食生产重视加强的影响，全国各地化肥、农药、农膜、农用柴油等使用量均迅速增加，碳排放强度空间格局差异缩小，进而降低了碳排放强度空间与农业经济空间相关性(图3)。

图3 2001年和2015年我国农业碳排放强度与农业经济全局空间自相关指数

2001—2015年，农业碳排放强度变化与农民人均纯收入变化、谷物单产变化的Moran′sI指数小于0，与单位耕地面积农业GDP变化的Moran′sI指数大于0，这说明农业碳排放强度变化与农民人均纯收入变化、谷物单产变化之间为空间负相关关系，农业碳排放强度变化与单位耕地面积农业GDP变化之间为空间正相关关系，其中，农业碳排放强度变化与谷物单产变化的空间负相关性较强，农业碳排放强度变化与农民人均纯收入变化的空间负相关性较弱(图4)。

图4 2001-2015年我国农业碳排放强度变化与农业经济变化全局空间自相关指数

2001年农业碳排放强度与农民人均纯收入呈高—高相关的地区为山东、河南、湖北、安徽、江苏、上海、浙江和福建，呈低—低相关的地区为新疆、青海、甘肃、四川、重庆和青海，呈低—高相关的地区为辽宁，无高—低相关地区。农业碳排放强度与单位耕地面积农业GDP呈高—高相关的地区为河南、湖北、湖南、安徽、江苏、浙江、福建和上海，呈低—低相关的地区为甘肃和四川，呈低—高相关的地区为江西，无高—低相关地区。农业碳排放强度与谷物单产呈高—高相关的地区为江苏、安徽、上海、浙江和福建，呈低—低相关的地区为宁夏、甘肃和四川，呈低—高相关的地区为江西，无高—低相关地区。2015年农业碳排放强度与农民人均纯收入呈高—高相关的地区为河北、河南、山东、湖北、安徽、江苏、上海、浙江和福建，呈低—低相关的地区为甘肃、青海、四川、重庆和贵州，呈低—高相关的地区为辽宁，无高—低相关地区。农业碳排放强度与单位耕地面积农业GDP呈高—高相关的地区为河南、安徽、江苏、湖北、湖南、上海、浙江和福建，无低—低相关地区，呈低—高相关的地区为广西和江西，呈高—低相关的地区为新疆。农业碳排放强度与谷物单产呈高—高相关的地区为福建和浙江，呈低—低相关的地区为甘肃、宁夏、四川和重庆，呈低—高相关的地区为黑龙江和辽宁，无高—低相关地区(图5)。

图5 2001年和2015年我国农业碳排放强度与农业经济双变量LISA聚集图

2001—2015年，农业碳排放变化与农民人均纯收入变化呈高—高相关的地区为河北、河南和福建，呈低—低相关的地区为青海、四川、重庆和贵州，呈低—高相关的地区为辽宁、山东、安徽、江苏、湖北、上海和浙江，呈高—低相关的地区为甘肃。农业碳排放变化与单位耕地面积农业GDP变化呈高—高相关的地区为河南、广西、广东、海南和福建，无低—低相关地区，呈低—高相关的地区为安徽、江苏、湖南、湖北、江西、上海和浙江，呈高—低相关的地区为新疆。农业碳排放变化与谷物单产变化呈高—高相关的地区为甘肃，呈低—低相关的地区为安徽、湖南、湖北、江西和浙江，呈低—高相关的地区为内蒙古、黑龙江和吉林，呈高—低相关的地区为福建和海南(图6)。

3 讨论与结论

3.1 讨 论

本研究发现2001年和2015年农业碳排放强度与农民人均纯收入、单位耕地面积农业GDP和谷物单产均为空间正相关关系，这与庞丽的研究结果较为一致[25]。农业碳排放及变化与农业经济及变化的空间相关性与两者的空间格局是否一致有关，如2001—2015年，我国农业碳排放增加高值区多集中在南方和西北地区，增加低值区多位于东北地区和西南地区。而我国谷物单产增加高值区多为东北地区、华北地区和西北部分地区，增加低值区多位于南方地区和西部地区，这就造成农业碳排放和谷物单产增加高值区和低值区的空间不一致，进而导致两者之间出现空间负相关关系。

图6 2001-2015年我国农业碳排放强度变化与农业经济变化双变量LISA聚集图

农业经济水平、农业效率、农业结构和劳动力是影响农业碳排放的重要因素[26]。本研究选取农民人均纯收入、单位耕地面积农业GDP和谷物单产作为农业经济指标，分析了农业经济水平与农业碳排放强度的空间相关性，这将对区域农业经济发展战略制定和环境保护具有一定的指导意义。然而，本研究还未对农业效率、农业结构和劳动力因素与农业碳排放空间相关性进行分析，这将是本研究未来努力的方向。

3.2 结 论

(1) 2001年和2015年我国农业碳排放强度、农民人均纯收入和单位耕地面积农业GDP呈现东部高、西部低的特点，谷物单产呈现东部、东南、华中、东北较高，西北部、西南部较低的特点。2001—2015年，我国农业碳排放强度、农民人均纯收入、单位耕地面积农业GDP和谷物单产均呈增加趋势，变化区域空间差异较大。

(2) 2001年和2015年我国农业碳排放强度与农民人均纯收入、单位耕地面积农业GDP和谷物单产存在空间正相关关系。农业碳排放强度与单位耕地面积农业GDP空间正相关性较强，与谷物单产空间正相关性较弱。2001—2015年，农业碳排放强度变化与农民人均纯收入变化、谷物单产变化存在空间负相关关系，与单位耕地面积农业GDP变化存在空间正相关关系。

(3) 2001年和2015年农业碳排放强度与农业经济各指标LISA图中，高—高和低—低聚集区占主导地位，高—高聚集区多集中在华北和东南地区，低—低聚集区主要分布在我国西部地区。2001—2015年，农业碳排放强度变化与农民人均纯收入变化和单位耕地面积农业GDP变化LISA图中，低—高聚集区较多，主要集中在华北、华中和东南地区。农业碳排放强度变化与谷物单产变化LISA图中，低—低聚集区较多，主要分布在华北和华中地区。