新疆农业碳排放与农业经济增长的响应关系

张红丽， 刘 芳

(1.石河子大学农业现代化研究中心，新疆石河子 832000； 2.石河子大学经济与管理学院，新疆石河子 832000)

近年来，全球气候变暖的主要原因是人类活动引发二氧化碳等温室气体的大量增加。已有研究表明二三产业是二氧化碳等温室气体的第一大排放源，农业是第二大排放源。我国农业碳排放已占全国碳排放总量的17%[1]，农田系统所产生的碳排放量占农业碳排放总量的34.29%[2]。因此，减少农田系统碳排放量有助于碳减排总目标的实现。为了完成我国所承诺的“到2030年每单位GDP二氧化碳排放量比2005年下降60%～65%”的减排目标，不仅要在二三产业领域节能降耗，也要挖掘农业系统的减排潜力。因此，掌握农业系统碳排放量情况，洞悉农业碳排放与农业经济增长的关系，进而识别影响农业碳排放的因素有助于制定合理的减排政策，促进碳减排总目标的实现。

众多学者围绕农田系统或农地利用碳排放问题展开研究，在内容上主要涉及碳排放量的测算[3]、碳排放影响因素的分解[4-5]、农业碳排放与农业经济增长关系[6-7]、碳排放的公平与效率问题[8]、不同生计方式农户的碳足迹[9]、农业碳汇生态补偿机制[10]、土壤碳减排潜力[11-12]以及土地利用变化引起的碳排和碳汇效应[13-14]等方面。这些研究成果侧重于全国范围内农业碳排放量的测算、对比，鲜见对地多人少、生态坏境脆弱的西部干旱区农业碳排放的研究。新疆是我国重要的粮棉果畜生产基地，近十几年由于农业现代化进程加快、农业机械的大力推广、农药和化肥等化石能源物的大量投入，以及牲畜养殖规模的不断扩大，农业系统直接或间接产生的碳排放量不断累积，影响着区域气候变化及人类的生活。本研究对新疆2000—2015年农业碳排放总量、碳排放强度和2015年14个地州的农业碳排放量进行了测算，基于Tapio脱钩理论检验新疆农业碳排放量的变动对农业经济增长的敏感性，并运用LMDI模型分解影响新疆农业碳排放的因素，以期为提升我国西部干旱区农业碳减排潜力提供理论依据。

1 研究方法及数据来源

1.1 研究方法

1.1.1 农地利用碳排放的测算 农地利用过程中的碳排放源于农业生产资料投入、农业能源消耗、农地翻耕水稻种植和秸秆焚烧等环节[2]。由于新疆的秸秆绝大部分做还田处理，做生活燃料的秸秆比重很小，而且缺乏统计数据。因此本研究只统计新疆农膜、农药、化肥、农用柴油、翻耕和水稻引发的碳排放。碳排放量的计算公式如下：

C=∑Ci=∑Siβi。

(1)

式中：C为碳排放总量，Ci为各类碳源的碳排放量，Si、βi分别是各类碳排放源的数量和碳排放系数[15]。各类碳排放系数借鉴国内外学者的研究成果，见下表1。

表1 农地利用主要碳源及碳排放系数

1.1.2 畜牧养殖碳排放 畜牧养殖业排放的温室气体主要是牲畜肠道发酵和牲畜粪便管理所产生的甲烷(CH4)和二氧化氮(NO2)。新疆的牲畜主要有牛、马、驴、猪、山羊和绵羊，相关温室气体的排放系数参见IPCC报告，如表2所示。

表2 主要牲畜品种对应的碳排放系数

1.1.3 脱钩关系模型 脱钩理论是用于评估经济增长与资源消耗或环境污染之间联系的基本理论[16]。碳排放脱钩意味着实现经济增长和降低能源消耗的双赢结果。碳排放脱钩状态以脱钩弹性表示，即二氧化碳的变化量与经济增长变化量的比值，反映了二氧化碳变化率对经济增长变化率的敏感程度。基于脱钩理论，构建新疆农业碳排放和农业经济增长之间的脱钩弹性公式如下：

(2)

式中：e表示脱钩弹性，CO2表示农业系统CO2的排放量，AEG表示农业和牧业产值之和。

具体的脱钩类型及其弹性值见图1。其中，Ⅰ为弱脱钩，ΔCO2>0，ΔAEG>0，0≤e<0.8；Ⅱ为扩张连接，ΔCO2>0，ΔAEG>0，0.8≤e≤1.2；Ⅲ为扩张负脱钩，ΔCO2>0，ΔAEG>0，e>1.2；Ⅳ为衰退脱钩，ΔCO2<0，ΔAEG<0，e>1.2；Ⅴ为衰退连接，ΔCO2<0，ΔAEG<0，0.8≤e≤1.2；Ⅵ为弱负脱钩，ΔCO2<0，ΔAEG<0，0≤e<0.8；Ⅶ为强负脱钩，ΔCO2>0，ΔAEG<0，e<0；Ⅷ为强脱钩，ΔCO2<0，ΔAEG>0，e<0。

1.1.4 LMDI分解法 相比其他分解方法，对数平均迪氏指数(logarithmic mean divisia index，LMDI)分解法具有路径独立、残差为零、增强模型说服力等独特优势，在研究中被广泛运用。基于此，本研究遵循LMDI分解框架，对新疆农业碳排放的影响因素进行如下分解：

(3)

式中：CO2为农业二氧化碳排放总量；AEG为农业和牧业产值之和；NLMY为农林牧渔业总产值；L为农业从业劳动力总量。PF、SF、EF分别表示农业生产效率因素、农业产业结构因素、农业经济发展因素。第t期的CO2排放量(CO2t)相对于基期排放量(CO20)的变化可以表示为

ΔCO2=CO2t-CO20=ΔCPF+ΔCSF+ΔCEF+ΔCL；

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

式中：ΔCPF、ΔCSF、ΔCEF、ΔCL表示各因素对CO2排放总量变化的贡献值。

1.2 数据来源

本研究中农膜、农药、化肥、农用柴油、翻耕面积、农业产值、牧业产值、农林牧渔业总产值以及农业从业劳动人口数据均出自2001—2016年《新疆统计年鉴》和各地、州、市的2016年统计年鉴及国民经济公报。其中，农用化肥施用量为折纯量，翻耕面积以各地当年农作物实际播种面积为准，农业从业劳动人口数量以第一产业从业人数为准，牛、马、驴、猪、山羊、绵羊的数量以各年牲畜年底头数为准。为了剔除价格变化影响，以2000年为基准年，将各年农业产值、牧业产值及农林牧渔业总产值换算成实际总产值。

2 研究结果分析

2.1 新疆农业碳排放变化及特征分析

2.1.1 时序变动特征 根据上文的碳排放系数和计算公式，本研究测算了新疆农地利用、水稻种植和畜牧养殖过程中的碳排放量，如表3和表4所示。从表4中可以看出，2000—2015年新疆农业碳排放量总体上呈上升趋势，同时呈现“上升—下降—上升”的3个阶段特征，具体表现为以下几点。

如表3所示，农地利用的碳排放量由2000年的 147.52×107kg增长到2015年的427.29×107kg，年均增速为7.35%，由于农膜、农药、化肥、农用柴油大量投入物的使用和翻耕而引发的碳排放量年均增速分别达到7.72%、4.37%、7.91%、5.31%和4.04%。从农地利用的结构上看，2000—2015年，化肥使用引起的碳排放量达到2 088.28×107kg，占农地利用碳排放总量的50.96%，农膜使用引起的碳排放量达到288.60×107kg，占总量的31.64%，农用柴油产生的碳排放量达到549.40×107kg，占总量的13.41%，份额相对较少的是农药和翻耕产生的碳排放量，比重分别为3.45%和0.54%。无论从年均增速，还是碳排放比重角度排序，化肥投入产生的碳排放量均居首位。此外，与畜牧养殖碳排放量相比，农地利用的碳排放量年均增速快得多，反映出新疆提高农地产出水平的手段更多依靠化肥、农膜等大量投入。新疆属于干旱区，不适宜大面积种植水稻，水稻引发的碳排放量较少。由表4可知，因水稻种植面积的调减引发的碳排放量由2000年的9.01×107kg降到2015年的7.62×107kg，年均递减率是1.29%。

表3 2000—2015年新疆农地利用碳排放量及各碳源比重情况

表4 2000—2015年新疆农业碳排放总量及碳排放强度

畜牧养殖产生的碳排放在2000—2015年呈现“上升—下降—上升”3个阶段变化特征，成为新疆农业碳排放的第一大碳源。2000—2005年为第1阶段，由于牛、猪、山羊和绵羊的养殖数量不断增长，从而引发碳排放量的增长，由2000年的531.74×107kg增至2005年的最高点647.23×107kg。2006—2011年为第2阶段，从2006年碳排放量开始慢慢下降，减至2011年的437.11×107kg。2012—2015年为第3阶段，由于畜牧养殖结构的调整，从而引发碳排放量由2012年的504.08×107kg开始慢慢上升至2015年的553.54×107kg。

农业碳排放强度是农业碳排放量与农作物总播种面积的比值。碳排放强度整体上看是呈下降态势，具体呈现出“先上升—后下降—又上升”的3个阶段特征，碳排放强度先由2000年的2 031.02 kg/hm2上升至2005年的 2 276.17 kg/hm2最高点，然后从2006年的2 059.60 kg/hm2开始慢慢下降至2011年的1 515.78 kg/hm2，到2015年缓慢回升到1 613.52 kg/hm2的强度水平。尽管新疆农业碳排放总量整体上是上升的，但是由于农业播种面积在15年间一直不间断增长，因此碳排放强度反而是下降的。

2.1.2 空间差异特征 本研究进一步测算新疆14个地、州、市2015年的农业碳排放量和碳排放强度，如表5所示。相关特征分析如下：(1)强度差异：碳排放强度不受农业生产规模和资源禀赋的影响，能客观反映一个地区的碳排放水平，有利于区域横向的比较。测算结果表明新疆农业碳排放强度有“北高南低东居中”的特点，强度最大的是乌鲁木齐，为 5 894.67 kg/hm2，尽管该地区碳排放总量不是最多，但其相对较少的农作物播种面积拉升了碳排放强度。根本原因是该地区单位农地生产率的提高更多依赖化肥等生产资料的高投入。碳排放强度最低的是阿克苏地区，为1 587.01 kg/hm2。碳排放强度也可以分为3个等级：①强度大于4 000 kg/hm2的地区，包括乌鲁木齐、博州。②强度介于2 000～4 000 kg/hm2的地区，包括伊犁、克州、阿勒泰、和田、吐鲁番和哈密。③强度在2 000 kg/hm2以下的地区，包括克拉玛依、巴州、昌吉、塔城、阿克苏和喀什。(2)结构差异：从碳排放的结构看，按各碳源对应总量的占比大小分为3类：①种植业主导地区，包括乌鲁木齐、博州、巴州和阿克苏。②畜牧养殖主导地区，包括克州、阿勒泰、伊犁、和田、哈密。③复合型地区，即种植业和畜牧业碳排放量比重相当的地区，有昌吉、吐鲁番、克拉玛依、塔城和喀什地区。

表5 2015年新疆各地、州、市农业碳排放量及碳排放强度

2.2 新疆农业碳排放与农业经济增长之间的响应关系分析

根据Tapio脱钩弹性公式，得出2001—2015年新疆农业碳排放变动与农业经济增长之间的脱钩状态，如表6所示。15年间，新疆农业碳排放与农业经济增长之间的脱钩类型呈现出“强负脱钩-弱脱钩-扩张连接”不断变化演进的关系，以弱脱钩为主，兼有强脱钩和扩张连接，表明新疆农业经济增长更多依赖农业物质投入的增加，虽然进行了农业结构调整，但是对环境造成的压力依旧很大。具体可以分为3个阶段：(1)不稳定阶段(2001—2004年)。这段时期内新疆农业碳排放变动与农业经济增长之间的关系经历了由强负脱钩到弱脱钩再到扩张连接的动态变化过程，具体表现为农业经济增长率由负转正，二氧化碳排放量增长率逐年增加，到2004年开始下降。主要因为这一阶段新疆农业生产机械化程度的提高及猪牛羊等牲畜养殖数量的增长，农业碳排放年均增幅在4%以上，而农业经济增长波动加大，增幅在-6%～32%之间，造成农业碳排放与农业经济增长之间的不稳定关联关系。(2)脱钩阶段(2005—2010年)。该阶段主要是由弱脱钩到强脱钩转变的过程。农业碳排放量增速大大缓于农业经济增长速度，进入一种以相对低投入而高产出的优化状态。这时期主要由于农业种植结构得到优化调整以及节水灌溉技术的大力推广，在一定程度上减少了农业碳排放。(3)不稳定阶段(2011—2015年)。2011年CO2排放量比上一年增长2.19%左右，但由于农业经济出现负增长，所以出现强负脱钩的状态，之后3年里农业经济增长逐渐恢复，但CO2排放量增长率经历高一年低一年的波动状态，这一阶段牲畜养殖数量出现由少到多的波动，而农业投入物处于稳步增加的状态，因此使得脱钩关系呈现扩张链接和弱脱钩交替出现的特征。

表6 2001—2015年新疆农业碳排放脱钩状态

2.3 基于LMDI模型的碳排放成因分析

基于所获得的原始数据和前文测算的历年农业碳排放量，运用LMDI模型对新疆农业碳排放的影响因素进行了分解，如表7所示。

农业生产效率因素有效地抑制了新疆农业碳排放的增加，是促进农业碳减排的关键性因素。与2000年相比，2001—2015年农业生产效率因素累计实现了4 180.90×107kg 的碳减排，这意味着，其他因素不变，提升农业生产效率会促使农业碳排放年均下降278.73×107kg。

表72001—2015年新疆农业碳排放因素分解

×107 kg

与农业生产效率相比，农业产业结构调整对新疆农业碳减排的贡献小得多，且不同年份的贡献值差异较大。农业产业结构调整累计实现了81.59×107kg的碳减排，说明在其他因素不变的条件下，调整农业结构有利于农业碳排放年均下降5.44×107kg。瓜果、蔬菜种植面积增加，促使农药、农膜和化肥的大量使用，间接引发新疆农地利用碳排放的增加，增加经济作物而调减粮食作物种植也是农业结构调整的方向，这些因素综合起来，使得新疆农业产业结构调整对农业碳减排的贡献较小。

农业经济发展因素对新疆农业碳排放总量贡献为正值，表明农业经济的迅速发展是导致新疆农业碳排放量增加的主要因素。相比于2000年，2001—2015年农业经济水平的提升累计引发4 455.88×107kg的碳增量，表明其他因素不变时，农业经济发展促使碳排放年均递增297.06×107kg。新疆是我国的农业大省和重要的粮棉果畜基地，农业在新疆国民经济发展中的比重很大，稳步推进农业现代化发展，促进农民增收依然是新疆今后一段时间内坚持的基本方向。因此，推进农业碳减排不是以牺牲农业经济增长为代价，而是应该通过大力植树造林、退耕还林还草等措施增加碳汇。

农业劳动力也是促进新疆农业碳排放量增加的一个因素。2001—2015年农业经济水平的提升累计引发907.30×107kg的碳增量，表明其他因素不变时，农业劳动力的增加促使碳排放年均递增60.49×107kg。据2016年新疆统计年鉴数据，新疆农业从业人员由2000年的387.90万人持续增长至2015年的526.82万人，年均增速为2.06%，大量的农业从业人员的投入成为农业碳排放的驱动因素之一。根据2016年新疆统计年鉴数据计算，虽然农业从业人员占全社会从业人员的比重由2000年的57.68%持续下降为2015年 45.38%，有相当一部分农业劳动力已经转移到二三产业，这表明农村劳动力的转移在新疆区域内尚未产生促进碳减排的作用。随着经济的发展，农村劳动力的转移能否真正促进碳减排还有待进一步验证。

3 结论与建议

3.1 研究结论

2000—2015年间新疆农业碳排放总量在保持总体上升趋势的同时又呈现“上升—下降—上升”的3阶段特征。畜牧养殖是新疆农业系统的第1大碳排放源，畜牧养殖产生的碳排放在近15年内也呈现“上升—下降—上升”3阶段动态特征。农地利用是第二大碳排放源。碳排放强度整体上看是呈下降态势。

新疆农业碳排放空间差异大，主导产业影响碳排放量。从强度看，有“北高南低东居中”的特点。从结构看，乌鲁木齐、博州、巴州和阿克苏是种植业主导地区，克州、阿勒泰、伊犁、和田、哈密是畜牧养殖主导地区，昌吉、吐鲁番、克拉玛依、塔城和喀什地区属于复合型地区。

新疆农业碳排放与农业经济增长之间的脱钩关系呈现出“强负脱钩—弱脱钩—扩张连接”不断变化演进的特征。农业生产效率的提升和农业产业结构的调整有利于农业碳减排，而农业经济发展水平的提高是农业碳排放增加的主要驱动力，农业从业人员的增加也引起农业碳排放的增多，随着农村劳动力的不断转移，能否起到碳减排的作用，还有待进一步验证。

3.2 主要建议

本研究主要提出以下建议：(1)积极发展低碳农业，促进农业的可持续发展。低碳农业追求农业经济系统和生态系统的耦合，倡导农业生产过程的低耗、低排、低污和碳汇。通过探索生物多样性农业、循环农业、有机农业、有机牧场的发展路径，有利于发挥农业的绿色生产、气候调节、生态涵养和休闲体验等多功能作用，进而实现农业的可持续发展。(2)加大农业产业结构调整，发展特色高效农业。由于南北疆资源禀赋有差异，因此要因地制宜，发挥各、地、州优势资源。由种植棉花、玉米等传统农作物转向有机果蔬的种植，进一步加大林果业种植面积，带动果蔬加工产业发展，既促进农民增收，又发挥林木维护生态平衡的作用。(3)推广先进的农业生产技术，转变农业生产方式。通过因素分解可知，农业生产效率的提升有利于农业碳减排。要提高农业生产效率，就要依赖科技进步，大力发展农业精准节水灌溉、生物灭虫、测土配方施肥、水肥一体化和保护性耕作等先进农业生产技术和生产方式。(4)坚持退耕还林还草，完善生态补偿制度。新疆是生态脆弱区，通过把生态承受力弱、不适宜耕种的陡坡地退下来，种上林草，是防治水土流失、固碳增汇和应对气候变暖的重要措施，同时也有利于新疆特别是南疆连片特困区农户的脱贫致富。此外完善相关生态补偿制度，考虑建立以公共财政为主的农业减排增汇生态效益补偿机制[17]，制定合理的生态补偿标准和补偿方式，发挥生态补偿的激励作用，提高农户营林营草的积极性。