基于LMDI 的张掖市农业碳排放影响因素分析

李彩弟，燕振刚

（甘肃农业大学，甘肃 兰州 730020）

一、引言

全球经济发展引起的碳排放受到各国高度重视，中国作为全球范围内排名较前的农业大国，碳排放问题尤为突出[1-2]。而农业产生的温室气体排名第二，其比例占碳排放总量的17%[3-4]。因此，我们必须重视农业碳减排这一重要环节的影响。大多数的学者从以下层面进行研究：（1）基于国家层面碳排放：刘月仙（2013）[5]分析了全国农业温室气体排放量，并根据各地区的减排政策提出了中国的应对措施；王劼（2018）[6]从三个方面对31 个国家的农业碳排放进行了对比研究。（2）基于省级层面碳排放：孙英（2018）[7]、许清涛等（2018）[8]与张小平和王龙飞（2014）[9]分别对山东省、吉林省和甘肃省农业碳排放进行了测算与分析，结果表明碳排放量整体均呈上升趋势。（3）基于市级层面碳排放：何炫蕾等（2018）[10]研究表明，经济发展对兰州市碳排放的增加呈现正效应。石文和唐建荣（2018）[11]研究发现，无锡市近10 年的CO2排放量增长了16.4%，煤类能源是主要来源。

目前大多数的研究基于国家层面和省级层面，对市县级层面的研究较少，尤其是西北地区。因此根据张掖市（2007—2017）农业（种植业）生产数据，运用LMDI 模型测算不同碳源产生的碳排放量，分析碳排放的驱动因素和各县区碳排放的差异，将为制定低碳农业政策提供有益指导。

二、研究区域状况及研究方法

（一）研究区域概况

张掖市位于东经97°20'～102°12'，北纬37°28'～39°57'，地处全国地形的第二阶梯中心，在青藏高原与内蒙古高原的过渡地带东屏大黄山与金昌市、武威市为邻，西沿走廊与酒泉市、嘉峻关市相望，南依祁连山与青海省的海北藏族自治州门源县和祁连县接壤，北靠合黎山、龙首山与内蒙古自治区的额济纳旗和阿拉善右旗毗连。张掖属于典型的温带大陆性干旱气候，日照时间长，光热资源充足，冬寒夏暖，全市平均气温6℃～8℃，年降水量104～328 毫米。

（二）研究方法

1.农业碳排放测算指标体系构建。本研究主要分析2007—2017 年张掖市种植业发展中使用的化肥、农药、农膜、灌溉、翻耕和机械过程中产生的碳排放，其估算模型如下：

式（1）中，C 为农业碳排放总量，Ci为各碳源产生的排放量，Mi为各碳源的使用量，δi为各碳源的系数。由此，农业碳排放强度表示如下：

式（2）中，E 为农业碳排放强度，B 为耕地面积，农业碳排放系数如表1 所示。

表1 农业碳排放源及碳排放系数

2.农业碳排放影响因素分解模型。本研究采用LMDI 模型对张掖市农业碳排放影响因素进行分解，农业碳排放总量可以使用以下公式表示：

式（3）中，AC 为农业碳排放总量，PY 为种植业总产值，AY 为农林牧渔业总产值，P 为农业劳动力总数。EI 为生产效率因素，CI 为结构因素，SI 为经济发展水平因素。则有：

式（4）两边取对数，有：

式（5）采用加和分解，将差分分解为：

则各分解因素贡献值的表达式如下：

式（6）中，T 代表总的变化，t 为目标年，0 为基准年；根据实际情况Ct-C0≠0，引入的各个参数也不为0。则总效应为：

3.数据来源。化肥、农药、农膜、灌溉、翻耕、机械总动力、种植业总产值、农林牧渔总产值以及农业劳动力总数等数据均来自历年《张掖统计年鉴》。其中，化肥为折纯量；翻耕面积为农作物播种面积；灌溉面积为有效灌溉面积。

三、测算结果及分析

（一）张掖市农业碳排放时序演变规律分析

1.农业碳排放总量及其变化。根据式（1）、式（2）计算出张掖市2007—2017 年碳排放总量和强度，由表2 可知，张掖市2007—2017 年农业碳排放总量整体呈上升趋势，2017 年农业碳排放总量相较于2007 年增加了36.86%，年平均增长率为3.19%，总量增加了7.794 1×104t。但从增速来出，变化幅度较大。2010 年、2011 年、2012 年增速较高，分别为5.74%、8.46%、14.10%，其中，2010 年化肥和农膜占增长量的比重较大，为60.48%，2012 年翻耕和农膜占增长量的比重较大，为75.19%。2011 年碳排放增长主要来自农膜，占增长量的53.95%。2013 年、2016 年农业碳排放总量增速为负值，分别为-1.42%、-4.43%，原因是2013 年张掖市农业农膜用量减少了0.258 1×104t，2016 年化肥减少了1.833 3×104t，从而导致碳排放总量减少。

表2 2007—2017 年张掖市农业碳排放状况

2.农业碳排放强度及其变化。从农业碳排放强度来看，2007 年张掖市碳排放强度为1.091 3×104t·hm-2，2017 年下降为1.046 9×104t·hm-2，降低了4.24%，根据表2 所示，碳排放强度逐渐呈现下降的趋势，但是碳排放强度增速变化幅度较大，2009—2011 年、2012—2015 年、2016—2017 年 呈 上 升 趋势，其中2010 年、2011 年增速较大，分别为3.18%、3.32%，而2008—2009 年、2011—2012 年、2015—2016 年呈下降趋势，其中2012 年和2016 年环比增速较小，分别为-5.47%和-5.31%。

3.碳排放结构及其变化。从表2 可知，张掖市化肥、农膜、翻耕和灌溉产生的碳排放量均不同程度的有所增长，其中化肥、翻耕产生的碳排放所占比例较大，平均占比分别达到28.48%、29.22%。在2011 年以前，化肥产生碳排放总量高于翻耕产生的碳排放总量，但是在2015—2016 年迅速下降，碳排放量由8.650 0×104t 下降到7.074 1×104t，降低了22.28%。灌溉产生的碳排放量由2007 年的4.099 6×104t 增长到2017 年的5.171 4×104t，增加了1.071 8×104t，增长率为26.14%，年增长率为2.35%。农膜产生的碳排放在2007—2012 年快速增长，年增长率为15.67%，但是2012—2013 年碳排放量下降了23.54%，之后又呈逐渐上升趋势，总体来看，农膜产生的碳排放年均增速最大，达到6.9%。农药产生的碳排放量变化幅度较小，且占比量也较小，平均占比只有3.54%。机械量仅占比0.15%（图中未表示），由此可以看出张掖市的农业机械化还是主要依靠人力。

（二）张掖市农业碳排放影响因素分析

从效率因素、结构因素、经济因素和劳动力因素等4 个方面对张掖市农业碳排放进行影响因素分解分析，结果如表3 所示。

表3 张掖市碳排放因素分解值/104 t

从效率因素抑制了碳排放，并且占主导作用。2008—2017 年生产效率因素的抑制总量累计达到12.926 9×104t；从时间来看，该因素在一些年份导致农业碳排放量的增加，如2014 年、2017 年分别增加了1.051 4×104t、0.532 8×104t；而其他年份均起到抑制的作用，其中2013 年、2017 年抑制作用较大，碳排放总量分别减少了3.496 9×104t、3.470 0×104t。因此进一步提高农机装备和作业水平，加强张掖市的农资利用效率，将会降低张掖市农业碳排放。

农业结构是抑制碳排放的第二个因素，但是碳排放的影响程度较小且呈波动变化。以2007 年为基期，2008—2017 年产业结构因素使农业碳排放量累计减少0.621 4×104t。2008 年、2011 年、2013 年和2014 年不同程度的减少了碳排放量，其中2008年减少量最大达到1.419 2×104t，而其他的年份均增加了碳排放量，由此可以看出，张掖市农业产业结构一直在变化和调整，种植业在农林牧渔中的占比不稳定。所以及时、合理的调整粮食作物与经济作物的种植面积，大力发展优势主导产业和区域特色产业，促进农业结构优化升级是张掖市今后需要考虑的问题。

经济水平的发展将直接影响碳排放量，2008—2017 年农业碳排放累计量高达24.390 3×104t。很显然，在之后的一段时间，经济因素依旧影响张掖市农业碳排放增量，并且将成为最主要的因素促进碳排放。加强对农业的支持和保护，依靠科技进步,转变发展方式，促进农民收入增长，为社会快速发展提供坚实的保障。然而实现农业经济增长和农业碳减排是持久战，需要科研人员和农业人员的共同努力，才能共建健康、和谐的生态环境。

劳动力因素是另一个抑制农业碳排放的重要因素。2008—2017 年劳动力因素使农业碳排放量累计减少3.05×104t，在2012 年碳排放的抑制作用达到最大，为2.32×104t，这一要素的作用力是农业从业人员的增加所导致，2011—2012 年，农业劳动力总数由37.230 0 万人减少到34.160 0 万人，下降了8.99%。

（三）张掖市农业碳排放空间差异分析

以2017 年、2016 年和2015 年各碳源排放量为基础，对各县区农业碳排放进行分析，结果如表4所示。

表4 张掖市各县区农业碳排放总量及结构/104 t

经过分析可知，甘州区碳排放量均显著高于其他地区（P<0.05），其中化肥、农药、灌溉、翻耕产生的碳排放量分别比临泽县增加了42.83%、61.11%、44.47%、3.80%，农膜产生的碳排放量约为高台县的2.5 倍。临泽县、高台县和山丹县化肥碳排放量差异不显著（P>0.05）；民乐县、临泽县农膜碳排放量差异不显著（P>0.05）；临泽县、山丹县农药碳排放量相接近（P>0.05）。灌溉产生的碳排放量为：甘州区＞民乐县> 临泽县＞山丹县＞高台县＞肃南县（P<0.05）。翻耕产生的碳排放量为：甘州区＞民乐县＞山丹县＞高台县＞临泽县＞肃南县（P<0.05）。从碳排放总量来看，甘州区农业碳排放总量最高，其次是民乐县，最低的为肃南县（P<0.05），各地区碳排放总量差异显著（P<0.05），临泽县碳排放总量分别与高台县、山丹县差异不显著（P>0.05）。

图1 2017 年张掖市年农业碳排放总量及结构/104 t

从图1 可知，2017 年张掖市甘州区农业碳排放量最多，其碳排放量占张掖市总排放量的34.28%。由于甘州区的有效灌溉面积、农作物播种面积均较大，且设施农业以及覆盖农业的大力发展，化肥、农膜和农药等生产资料的使用量以及农业翻耕面积、翻耕灌溉机械使用量均大于其余县区，从而使得碳排放量增加。临泽县、高台县、山丹县产生的碳排放量分别为3.960 2×104t、3.955 2×104t、3.405 9×104t，三县碳排放总量占张掖市总排放量的40.52%。临泽县农业碳排放主要是化肥和农膜引起的，碳排放之和占比为55.29%，高台县农业碳排放主要是农膜和翻耕引起的，碳排放之和占比为61.34%，山丹县农业碳排放主要是化肥和翻耕引起的，碳排放之和占比为66.33%。肃南县产生的碳排放量最小，其中翻耕引发的有机碳流失占比最大，因此，运用现代科学技术和现代工业来装备农业，建立一个资源合理利用、环境保护、转化效率高的农业生态系统和一个产量高、品质好、耗能低的农业生产体系，有助于低碳农业的发展。

四、总结与建议

本研究通过计算张掖市农业生产投入过程中产生的碳排放量，对其市县域层面2007—2017 年农业碳排放总量、强度、空间差异和影响因素进行分析，通过计算可知：（1）张掖市近10 年的农业碳排放总量呈增长趋势，2017 年较2007 年碳排放总量增加了36.86%，碳排放强度不断下降。（2）张掖市碳排放总量为：土地翻耕> 化肥> 农膜> 灌溉>农药>机械使用。但是农膜引起的碳排放量年均增速最大。（3）经济因素对张掖市农业碳排放起到促进作用，而效率因素、结构因素、劳动力因素对张掖市农业碳排放产生抑制作用。（4）经过显著性分析可知，张掖市的6 个县（区）中甘州区农业碳排放总量显著高于其他地区（P<0.05），从各碳排放源来看，甘州区碳排放量均显著高于其他地区（P<0.05）。

今后张掖市农业的发展，根据区域碳排放产生的主要来源，采取不同的减排措施，甘州区、民乐县碳排放量较大，进一步降低传统农业的播种面积，培育壮大特色优势产业，发展戈壁生态农业，大力发展现代农业示范区、产业园和综合基地；倡导免耕、少耕等保护性耕作方式，在保证农业产出不降低的前提下，可以就地取材，利用农家肥来源广、成本低、营养全的优势替代化肥；利用生物间的关系进行生物治虫或者利用生长素等对病虫害进行防治；用新型农膜代替普通农膜。农业部门可利用科学技术进行土壤分析，搭配出最佳的化肥用量。针对其余碳排放较少的区域，未来应提高农业生产效率，提升农业发展质量，实现张掖市未来节能减排目标。