四川省农业碳排放与经济增长的脱钩效应分析

□郎 慧 肖诗顺 王 艳

[内容提要]在测算四川省1998-2016年农业碳排放量的基础上，采用Tapio脱钩模型探究四川省农业碳排放与农业经济之间的脱钩效应。结果发现：在1998-2016年间，四川省农业碳排放总量呈“缓慢上升-缓慢下降-逐渐平稳”的态势；而农业经济一直稳步增加，农业碳排放强度逐年减低。农业物资投入与农地利用和牲畜养殖是四川省两大农业碳源，具体分析，翻耕、化肥、牛和猪对农业碳排放贡献最大。1999-2016年四川省农业碳排放与经济增长的脱钩状态主要表现为强脱钩、弱脱钩和扩张连接，但2006年后主要为强脱钩。根据结论，提出四川省农业碳减排建议。

一、引言

联合国政府间气候变化专业委员会第四次评估报告指出，农业已成为全球第二大温室气体的排放来源，约占人为温室气体排放总量的14%[1]。在世界多国共同反思高碳农业弊端的同时，世界农业随之步入新型的有机、生态、高效的现代农业发展期，即低碳农业经济时代。我国作为世界上温室气体排放最多的国家，亦是传统农业大国，粮食安全和农业可持续发展面临着气候变暖的严峻挑战。据统计，我国农业碳排放总量占到全国碳排放总量的17%，远高于国际平均水平[2]。在2015年的巴黎气候变化大会上，中国政府承诺将于2030年左右使二氧化碳排放达到峰值并争取尽早实现2030年单位GDP二氧化碳排放比2005年下降60%-65%。在响应全球节能减排和低碳农业发展的号召下，作为我国总碳排放重要组成部分的农业碳排放越来越引起国家政府和学术界的关注，它不但关系着我国节能减排的政策实施效果，并与农业经济发展息息相关。

西部大开发战略实施以来，西部农业的发展也越来越引起国家重视，传统农业改造滞后、农业资源利用效率低、农业技术水平不高等原因导致西部农业发展呈现高投入高消耗的状态，农业发展较为缓慢。作为我国西部地区重要大省的四川，经济总量连续多年位居西部第一，是中国农业开发最早的地区之一，常年农作物种植面积达14500-15000万亩，是我国粮食作物和经济作物的重要产地。在我国积极应对气候变化，减控温室气体排放的背景下，四川是我国较早接受低碳概念并探索碳汇交易的省份，具备发展低碳农业的基础和条件，同时也面临着极大的碳减压力。采用四川省1998-2016年的时间序列数据，利用IPCC提出的碳排放系数法测算四川省农业碳排放，分析其时序演变过程及具体结构，再运用Tapio脱钩模型探索农业碳排放与农业经济增长的关系，探究四川省农业生产的环境影响，对推进四川省“十三五”及2020年减排目标的实现，促进四川省及西部地区低碳农业发展和乡村振兴战略的实施具有重要的现实意义。

纵观已有研究，学术界对农业碳排放的研究内容颇为丰富。一是从不同视角对农业碳排放进行测算[3-5]，大多选择碳排放系数法[6]。二是研究农业碳排放的影响因素。大多采用Kaya恒等式[7]、Divisia指数分解法[8]、LMDI指数分解法[9]和STIRPAT[10]等方法研究影响因素及效应。三是农业碳排放的效率或绩效研究。如刘其涛[11]构建了Malmquist-Luenberger指数从省域上研究了我国农业碳排放效率及其分解；高鸣等[12]使用空间Morans’I指数等方法研究了我国农业碳排放绩效的动态变化和空间聚集与收敛等问题。另有少部分学者对农业碳排放的空间效应[13]、系统仿真[14]、公平性[15]等进行了研究。随着对低碳经济和低碳农业认识的不断深入，越来越多的国内外学者开始关注农业碳排放与经济增长的关系，主要集中在以下三个方面：一是农业碳排放与经济增长之间的相互影响关系。Gritsevskyi等[16]认为碳排放速率增大会造成较大的经济损失；李波等[7]、田云等[17]通过对农业碳排放影响因素进行分解后发现农业经济发展对农业碳排放具有较强推动作用。二是农业碳排放与经济增长之间关于环境库兹涅茨曲线假说(EKC)的实证研究。高标等[4]研究发现城市农业碳排放量、农业碳排放强度的EKC分别呈二次、三次曲线，均符合EKC假设的倒“U”型。三是农业碳排放与经济增长之间的脱钩状态。如李波等[18]、张志高等[19]、张玉梅等[20]分别从国家尺度、省域尺度、市域尺度研究了农业碳排放与经济增长的脱钩效应，并分别给出了实际可靠的建议。

通过梳理相关文献，可以发现，学者们对农业碳排放的研究成果颇为丰富，且较为全面。但仍可发现一些不足：在农业碳排放的综合测度上，多数学者只从农业物资投入视角构建农业碳排放体系，而未考虑对农业碳排放贡献较大的畜牧业和做出一定贡献作用的种植业，体系构建尚且不全；在研究地域上主要集中在国家层面或东、中部地区，而对于西部地区的农业碳排放的研究则很少。因此，完善农业碳排放的具体来源，测算作为西部重要大省的四川的农业碳排放总量及分布结构，并研究其与经济增长的关系，可以弥补现有研究的不足。

二、研究方法与数据来源

(一)农业碳排放测算方法

国际环境统计工作中主要采用实测法、物料平衡算法和碳排放系数法测算碳排放[6]。参考相关学者的研究成果[4]，根据四川省农业发展现状，采用碳排放系数法测算四川省农业碳排放量。农业碳排放源主要有三部分：一是农业物资投入和农地利用产生的碳排放，包括农药、化肥、农地翻耕和灌溉等引起的碳排放；二是农作物生长过程中产生的CH4和N2O等温室气体引起的碳排放，主要有水稻、大豆等；三是养殖牲畜产生的碳排放，包括肠道发酵和粪便管理所引起的甲烷排放，比如猪、羊等。农业碳排放总量为各碳源所导致的碳排放量总和[公式(1)]，碳排放强度则为单位农业GDP所产生的碳排放量[公式(2)]。按照《IPCC国家温室气体清单指南》及相关学者研究[1,4]，进一步考虑四川省农业生产实际情况及数据可得性，为便于计算和衡量，将各种农业碳源产生的温室气体(CO2、CH4、N2O)进行统一换算后得到主要农业碳源的碳排放系数(表1)。

TC=ΣTCi=ΣTi·δi

(1)

(2)

式(1)中，TC表示四川省农业碳排放总量，表示四川省各类碳源的碳排放量，表示各碳源因子的分量，表示各碳源因子对应的碳排放系数。式(2)中，A表示碳排放强度，G代表农业GDP，即农牧业产值。

表1 农业碳排放系数及主要来源

(二)脱钩理论与脱钩模型

“脱钩”(Decoupling)理论最早是为了分析经济增长与资源消耗之间的响应关系而提出，后被运用到农业[20]、经济[23]等诸多领域。采用Tapio提出的脱钩弹性模型研究四川省农业碳排放与经济增长的脱钩效应，计算原理见公式(3)[24]，该公式刻画了一个研究对象的变化对于另一对象变化的敏感程度。

(3)

式中：Tt表示四川省在t年的农业碳排放与经济增长的Tapio脱钩指数；Ct和Ct-1分别代表四川省在t年和t-1年的农业碳排放量，Gt和Gt-1分别代表四川在t年和t-1年的农业GDP。

参照Tapio[24]、张志高[19]等的研究，依据不同的弹性值，将碳排放与经济增长的脱钩关系分为强脱钩、弱脱钩、扩张连接等八种类型，如表2所示。

表2 Tapio脱钩程度衡量标准

(三)数据来源

1997年重庆从四川分离，故研究选择四川省1998-2016年的相关数据，从而保证了样本数据的一致性和真实性，数据从1999-2017年的《中国农村统计年鉴》和《四川统计年鉴》中整理得到。考虑到农业生产中农林牧渔业对农业碳排放的贡献，并使研究结果更具合理性和科学性，农业GDP数据用四川省1998-2016年的实际种植业和畜牧业总产值(以2000年为基期进行转换得到)之和代替。

三、四川省农业碳排放与经济增长的实证研究

(一)四川省农业碳排放与农业经济的时序分析

1.四川省农业碳排放与农业经济的时序演变分析

根据式(1)和式(2)得出1998-2016年间四川省农业碳排放量以及农业碳排放强度，结果见图1和表3。由图1可知，四川省农业碳排放量大体上呈现“缓慢上升-缓慢下降-逐渐平稳”的变化趋势，但变化幅度不大。具体看来，农业碳排放总量在1998-2005年缓慢增加，在2006年和2007年开始降低，2007年之后逐渐趋于稳定状态，但从2016-2017年的农业碳排放情况来看，有出现下降趋势的苗头。农业碳排放总量由1998年的1257.35万t上升至2016年的1376.91万t，年均增长率仅为0.51%。而四川省实际农业GDP在1998-2016年间呈现稳步上升趋势，从1998年为1287.74亿元增加到2016年为2679.49亿元(以2000年为基期)，年均增长率为4.15%。由此可见，四川省农业碳排放总量年均增速明显低于农业产值年均增速。

图1 四川省1998-2016年农业碳排放总量与农业GDP变化趋势

由表3中的数据可知，四川省1998-2016年农业碳排放强度由1998年的0.98万t/亿元下降到2016年的0.51万t/亿元，年均下降率为3.50%，表明近年来四川省农业每亿元经济产值碳排放量不断降低。说明国家和地方政府致力发展低碳农业和绿色农业在农业生态环境方面取得了一定成效，农业技术和农业资料利用效率得到显著提高，农业发展状况总体趋好。

表3 1998-2016年四川省农业碳排放量变化情况

2.四川省农业碳排放的结构分析

从四川省农业碳排放总量构成来看(表3)，农业物资投入与农地利用和牲畜养殖是主要的农业碳源。农业物资投入与农地利用碳排放占比呈现“波动下降-波动上升”的趋势，年均碳排放量为676.01万t，在四川省农业碳排放总量中平均占比为49.83%。四川地势多为丘陵山地，农业机械化水平整体低于全国平均水平，加之城镇化进程的推进，大量农村劳动力转移到城市，劳动力成本提高，农业经营者通常会加大使用化肥、农药和柴油等以及频繁耕灌土地，以提高土地利用效率和增加农业生产，农业物资的大量投入和农地的重复利用会导致农业碳增加。

牲畜养殖碳排放占比呈现“逐渐上升-逐渐下降”的趋势，年均碳排放量为607.32万t，在四川省农业碳排放总量中平均占比为44.79%，是四川省第二大农业碳源。四川是我国的养猪大省，也是国家生猪养殖重点发展的地区。除此之外，国家发改委印发的《全国牛羊肉生产发展规划(2013-2020年)》将四川列为重点支持的肉牛标准化规模养殖场建设的西部8省区之一，四川发改委印发的《四川省牛羊肉生产发展规划(2014-2020年)》也明确提出要将四川建成国家优质商品牛羊肉生产基地。由此可见，国家和四川政府不但重视种植业的发展，也致力于畜牧业的发展，畜牧业养殖规模逐渐变大，养殖技术不成熟还处于探索阶段，致使农业碳排放增加。

在1998-2016年间，农作物种植过程中产生的碳排放量对四川省农业碳排放总量贡献值较小，平均碳排放量为72.80万t，比重在5.40%上下波动。农业物资投入与农地利用和牲畜养殖分别在2003-2006年间达到最低比重和最高比重，具体分析来看，一是因为《中国农村统计年鉴》中记录的数据统计标准不一，农业物资投入数据2005年及以前年份为常规统计年报数据，2006年及以后年份数据为国家统计局核定的抽样调查推算数；2000-2006年的畜牧业数据则是根据农业普查结果进行修订的结果，所以在1998-2005年和2006-2016年，变化趋势稍有不同；二是因为四川省不但作为我国13个粮食主产区之一，也是我国西部地区唯一的主产区，因此，种植业在四川农业中占有重要地位，为提高粮食产量，必然会加大农业物资投入和农地利用强度，致使农业物资投入与农地利用产生的碳排放占比逐渐呈现上升趋势；另外，四川越来越注重畜牧业的发展，但随着畜牧业标准化建设的健全和养殖技术的成熟，畜牧业生产结构不断趋于完善，因此在2006年以后，畜牧业碳排放所占比例出现一定下降趋势；三是在2005年我国开始强调走中国特色的城镇化道路，大力推动城镇化健康有序发展，四川作为人口大省，地域辽阔，必须加快推进城镇化建设，从而导致一部分农村劳动力转移到城市从事非农工作，农作物种植和畜牧养殖逐渐有所调整，农业生产状况发生改变。

农用物资投入与农地利用和牲畜养殖产生的碳排放量对农业碳排放总量贡献最大，因而在农业减排作用中也是应该重点关注的部分。因此进一步分析农用物资投入与农地利用、牲畜养殖产生的碳排放结构，结果见图2和表4。可以发现，在农用物资投入与农地利用产生的碳排放量中，农地翻耕、施用化肥产生的碳排放量占比最高，其次是农地灌溉、农膜、农药和农用柴油。农地翻耕导致的碳排放量占比总体上在减少，由1998年的48.79%下降到2016年的41.80%，平均占比达到44.08%，究其原因，主要有两点：一是随着城镇化建设的大力推进，部分农地会被纳入城镇建设用地，农地面积有所削减；二是随着农业机械化水平的提高，农业翻耕技术有所突破，翻耕和灌溉对农地表层的破坏相较以前变小。使用化肥产生的碳排放量平均占比为30.68%，较为稳定，说明化肥在农业生产中一直占有重要比重。使用农膜产生的碳排放量的比重呈现上涨趋势，由1998年的4.87%增加到2016年的9.46%，平均占比为7.59%。灌溉引起的碳排放量的比重较为稳定，在10.00%左右。使用农药产生的碳排放量的比重有少许下降趋势，柴油产生的碳排放量的比重有轻微上升趋势，但变化不大，比重逐渐趋于一致，对农业碳排放量的贡献值较低，分别约为4.28%和3.35%。

图2 各农资投入与农地利用碳排放量占总农资投入与农地利用碳排放量的比重

进一步系统分析牲畜碳排放量的结构。如表4所示，碳排放量占比排在前三位的畜种是牛、猪、羊，其次是马、骡、驴，比重较小。在畜牧业碳排放总量中，超过一半为牛碳排放量，但牛碳排放量占比呈现“上升-下降-上升”的趋势，但波动幅度不大，平均占比达59.65%；猪碳排放量比例呈现“下降-上升-下降”的趋势，与牛的变化趋势恰好相反，同样变化幅度不大，平均比重约为30%。四川虽然是我国养猪大省，猪的养殖规模远远大于牛，但由于碳排放系数的差异，致使牛的碳排放占比大于猪的碳排放占比。羊碳排放量比例大体呈上升趋势，但在2007年之后上升趋势不如2007年以前表现明显，渐趋稳定，平均占比为8.97%；马碳排放量比重的变化趋势相对稳定，平均占比为1.87%，骡和驴碳排放量占比呈现先上升后下降的趋势，两种牲畜的比重相差不大，骡的碳排放略高于驴所占比例，平均为0.12%和0.10%。

表4 各牲畜碳排放量占牲畜总碳排放量的比重

(二)农业碳排放与经济增长的脱钩效应分析

根据上述四川省农业碳排放量测算结果，利用公式(3)可得到四川省1999-2016年的农业碳排放量与农业GDP之间的Tapio脱钩指数。表5的计算结果可以看出，弱脱钩和强脱钩是主要脱钩状态，分别有8个年份呈此状态，脱钩指数大多在0.8以下，2个年份呈现扩张连接状态，但各个脱钩状态分布年份较为散乱，波动较大。

具体而言，四川省农业碳排放与经济增长脱钩状态演变过程主要有两个阶段：第一阶段(1998-2005年)为扩张连接和弱脱钩阶段，除2001年外，其余年份农业碳排放总量和农业经济都稳步增长，农业碳排放总量的增速低于农业经济的增速，在这7年内，脱钩状态随农业碳排放总量的波动而呈现不同状态，但以弱脱钩和扩张连接为主。在1999-2005年，农业碳排放总量递增，由1257.35万t增至1424.03万t，年均增长率为1.79%；农业GDP由1287.74亿元增至1816.12亿元，年均增长率为5.03%(图1)。虽然在这一阶段四川省由于农业技术还不发达，农业生产力较落后，加之农民的文化水平较低，思想保守，对农业机械和农药的使用意识较弱，农业物资投入及农地利用和种植业的农业碳排放量有所减少。但在2005年以前全国还没大力推进城镇化建设，农村劳动力还没大规模转移到城市，由于农地翻耕的需要及农民的惯性意识，家家户户都有养殖牲畜，而无论是标准化养殖还是农户散养，畜牧业养殖技术普遍不高，牲畜粪便处理不当等问题，导致畜牧业碳排量增加，进而使这一阶段的农业碳排放量增加且变化率较大。这一阶段农业GDP得到较快增长，因为在这一阶段农村外出务工人员还比较少，农民务农居多，主要收入来源于经济作物和粮食作物的生产变卖及牲畜的养殖变卖，因此农民的务农积极性高，大多数农民大面积种植农作物和养殖牲畜以提高农业收入。

第二阶段(2006-2016年)可以概括为强脱钩阶段，这一阶段农业碳排放总量增减不稳定，但以减为主，因此有7个年份呈现强脱钩状态，4个年份呈现弱脱钩状态，强弱状态相间，但在2014-2016年表现出强脱钩状态趋势。这一阶段四川省农业碳排放量由2006年的1402.16万t减少至2016年的1376.91万t，年均减少率为0.18%；农业GDP由2006年的1873.11亿元增加到2679.49亿元，年均增长率为3.65%(图1)。在这一阶段农业物资投入和农地利用产生的碳排放量及种植业产生的碳排放呈现上升趋势，而畜牧业产生的碳排量呈现下降趋势(表3)，致使这一阶段农业碳排放量总体呈现下降趋势。由于四川多丘陵山地，农村许多地区无法实现农业机械化生产，加之农业相比其它产业生产效益低而风险较大，农民从事农业的积极性降低，农村劳动力大量转移到城市务工，农业经济发展缓慢。

表5四川省农业碳排放与经济增长Tapio脱钩指数

总体而言，两个阶段的划分与《四川农村统计年鉴》数据的统计标准的划分阶段相符合。另外，可以看到，1998-2016年的四川省农业碳排放脱钩状态为弱脱钩状态，各个年份的脱钩状态逐渐由弱脱钩状态向强脱钩状态过渡，农业经济发展速度虽然有所下降，但农业碳排放增速总体低于农业经济产值增速，甚至呈现负增长，结果较为理想，说明四川省近年来在农业低碳减排方面取得了较好的成效，农业依靠高投入高消耗获取收益的生产方式有所改变，四川在发展低碳农业的道路上取得了显著成果。

四、结论与建议

(一)结论

通过探究近20年四川省农业碳排放量、实际农业总产值及两者之间的变动关系，可得到如下结论：第一，在这19年间，四川省农业碳排放总量呈现“缓慢增加-缓慢下降-逐渐平稳”的态势，而实际农业GDP逐年增加，农业碳排放总量年均增速低于实际农业经济年均增速，四川省农业碳排放强度呈下降趋势，每亿元农业产值产生的农业碳总量在逐年减少，农业经济发展较好。第二，农业物资投入与农地利用和畜牧业养殖是四川省两大农业碳源。农业物资投入与农地利用碳排放占四川省农业碳总量的比重平均为49.83%，其中，翻耕农地和使用化肥产生的碳排放量最高。牲畜养殖碳排放在四川省农业碳排放总量中平均占比44.79%，其中，占比最大的是牛和猪。农作物种植过程中产生的碳排放量对四川省农业碳排放总量贡献较小，比重在5.40%上下波动。第三，1999-2016年四川省农业碳排放与经济增长的脱钩状态主要为强脱钩、弱脱钩和扩张连接，脱钩状态逐渐由“扩张连接和弱脱钩交替”向“强脱钩状态过渡”。综上可见，四川省在农业碳减排方面取得了较好成效，但农业碳排放的总量同样不可忽略，而采取措施减少农业物资投入与牲畜养殖产生的碳排放则是减少四川省农业碳排放量的主要方向。

(二)建议

基于上述研究结论，考虑到四川农业发展现状和未来趋势，提出如下政策建议。

第一，合理控制农业物资投入，提高农业物资使用效率。特别需要控制化肥的施用量，推进有机肥替代化肥，积极推广测土配方施肥技术。另外，科学处理农业物资残留也是减少农业碳排放的一种有效途径，如通过病虫害绿色防控减少农药施用量，通过机械化覆膜、废弃农膜回收等方式减少农膜的浪费等。最后，乡镇村应加强低碳农业知识的宣传，培养农民低碳农业意识，科学使用农业物资，提高农资利用效率。

第二，合理利用农地，积极推广免耕栽培技术。传统的农地翻耕和灌溉容易破坏土壤中的有机碳，使之以二氧化碳的形式释放在大气中，从而产生了农业碳排放。近年来，四川广元试验和推广了免耕栽培技术，除播种和施肥外，不对土地进行机械除草、中耕等翻搅土地的行为，减少了能耗和对土地的破坏，从而增加土壤的蓄碳能力，在很大程度上降低了因农地翻耕和灌溉以及耕灌农地使用的柴油而引起的碳排放。这种免耕栽培技术对土壤破坏较小，在保证土壤水分、养分等充足的前提下，能够实现农地的重复利用，既节约了资源，又减少了环境污染，四川省其余地区可以科学借鉴广元市免耕栽培经验，于所在地区推广该技术。

第三，优化畜牧业结构，将畜牧业碳排放控制在合理范围。畜牧业碳排放主要来自于肠道发酵和粪便管理等，肠道发酵碳排放量主要与草料和牲畜种类及数目有关，粪便管理产生的碳排放主要与牲畜种类和粪便处理方法及技术有关，因此，依照市场情况合理调整畜牧业结构，牲畜品种实现良种化，饲喂技术科学化，牲畜粪便处理先进化等对于减少牲畜碳排放量至关重要。

第四，调整农业产业结构，优化农业产业布局。四川省各城市应注重发挥本地农业的优势，确定当地农业产业结构调整的战略重点，并积极发展生态农业。在确保农业安全生产的前提下，充分利用山林资源和水资源，着力发展林果业和渔业。相关部门应根据四川省农业发展现状和发展目标，积极调整农林牧渔产业内部结构，以实现最优发展，从而减少农业碳排放。

第五，建立农业绿色循环低碳生产制度。虽然四川省农业碳排放在这20年来变化幅度不大，但农业碳排放总量不容小觑。国家和四川政府应继续努力出台一系列政策保护农业发展环境，建立和完善农业绿色循环和低碳生产制度，坚持发展低碳农业、循环农业和绿色生态农业，以提高农业产值和减低农业碳排，实现农业生产向低碳转型。维持农业生态平衡，创造一个良好的农业环境，提高农业发展质量。