中国农业中间投入温室气体排放与减排潜力

甄 伟， 庄鸿源， 米松华

(浙江财经大学 a. 经济学院；b. 中国乡村振兴研究院，浙江 杭州 310018)

自2009年起，我国已成为全球第一大温室气体排放国[1]。在应对全球气候变化的背景下，我国面临着越来越大的减排压力。农业作为重要的温室气体排放来源，其温室气体排放量占全国温室气体排放总量的17%[2]。事实上，农业生产活动自身的温室气体排放比重并不大，农业中间投入的生产与消费才是农业源温室气体排放的主要来源，约占我国农业源温室气体排放总量的65%～87%[3-4]。所谓农业中间投入，是指农业生产经营活动中所消耗的产品与服务，包括种子、化肥、农药、农膜、农业机械等产品，及畜禽防疫、科研、金融保险服务等非物质性服务[5]。根据《中国农村统计年鉴》，1990—2016年，我国化肥、农用柴油、农药和农膜等农业中间投入的消费量分别上升了131.02%、115.61%、137.38%和440.04%，由此导致农业源温室气体排放量以年均2.46%的速度持续快速增长[6]。2015年中央农村工作会议强调，要着力加强农业供给侧结构性改革，低碳绿色发展是农业供给侧结构性改革的主攻方向[7]。在此背景下，降低农业中间投入的温室气体排放对促进农业绿色低碳发展具有现实意义[8]。

降低农业中间投入温室气体排放的首要问题是对区域农业中间投入温室气体排放进行系统评估。现有的对农业中间投入温室气体排放进行评估的方法主要包括2种：一是基于已有成果提供的不同农业中间投入的温室气体排放因子，结合其消费量，评估区域农业中间投入温室气体排放[9-11]；二是利用环境投入产出法评估区域农业中间投入温室气体排放[3-4，6]。前一种评估方法对所有区域的同一农业中间投入采用统一的温室气体排放因子，忽视了区域资源禀赋、技术水平、生产方式差异对农业中间投入温室气体排放的潜在影响，易造成对部分区域农业中间投入温室气体排放的低估[12]。后一种评估方法可有效避免上述问题，从而实现对区域农业中间投入温室气体排放的准确测度[13]。尽管部分研究已利用多区域投入产出分析对我国的区域农业隐含温室气体排放进行了系统评估[14]，但并未提供农业隐含温室气体排放中关于中间投入温室气体排放的详细信息，这在一定程度上不利于区域农业中间投入温室气体减排策略的精准制定。

除了从最终消费角度制定农业中间投入温室气体减排策略外，从生产角度对区域农业中间投入温室气体排放的关键来源与关键中介产业采取差异性减排措施，同样可有效实现区域内农业中间投入温室气体减排[15]。就生产链条而言，所谓农业中间投入来源产业是指那些生产农业中间投入原材料的产业，这些产业在生产过程中因消耗大量能源而产生温室气体排放；农业中间投入中介产业是指对来源产业所提供的原材料做进一步的加工，形成农业中间投入以满足农业生产需求的产业，这些产业在其生产过程中同样会产生大量的温室气体排放[15]。上述生产活动所产生的温室气体排放均隐含在农业中间投入中，并随着农业生产活动对农业中间投入的消费构成农业隐含温室气体排放(图1)。农业中间投入生产过程涉及多个能源密集型生产行业[16]，这些能源密集型生产行业对区域农业中间投入温室气体减排负有重要的减排责任。但如果仅从农业中间投入的最终消费角度分析农业温室气体减排策略，往往会将减排责任归结到农业中间投入的最终生产行业，而不是生产过程中的关键行业。例如，化肥的温室气体减排往往强调的是其最终生产行业，即化学产品产业能源效率的提升；但在化肥生产过程中，电力和热力的生产和供应业是温室气体排放的重要隐含来源行业之一[6]，如忽视对化肥生产过程中温室气体排放的关键来源产业采取有效减排措施，将很难实现农业中间投入的温室气体减排[17]。正如Cadarso等[18]所指出的，除了关键来源产业外，对中间投入温室气体排放的关键中介产业采取以提升生产投入效率为主的措施同样可以起到显著的减排作用。然而，目前针对中国农业中间投入温室气体排放来源产业和关键中介产业的相关研究较少，仅Zhen等[6]结合单区域投入产出分析对我国种植业中间投入的温室气体排放主要来源产业进行了分析，尚缺乏对我国省级层面农业中间投入温室气体排放的关键来源产业与关键中介产业的系统分析，同时也未明确省级层面农业中间投入温室气体排放关键来源产业与关键中介产业的具体减排潜力。

针对上述不足，本文拟对我国省级层面的区域农业中间投入温室气体排放开展如下研究：首先，利用多区域投入产出分析分别对2007年和2017年我国(除香港、澳门、台湾、西藏外，下同)30个省区市的农业中间投入温室气体排放进行系统评估，以明确省级层面上的区域农业中间投入温室气体排放特征；其次，结合介数中心度分析厘清省级层面上我国区域农业中间投入温室气体排放的关键来源产业与关键中介产业，为采取差异化减排措施提供依据；最后，借助敏感性分析分别对关键来源产业与关键中介产业的农业中间投入温室气体减排潜力进行评估。

图1 农业中间投入温室气体排放途径示意图Fig.1 Greenhouse gas (GHG) emission pathway of agricultural intermediate inputs

1 材料与方法

1.1 研究方法

1.1.1 多区域投入产出分析

借鉴史俊晖等[14]的计算方法，区域农业隐含温室气体排放的计算公式为

(1)

为评估农业中间投入温室气体排放，基于Hanaka等[19]的研究，对式(1)中的完全需要系数矩阵变形，得到中间投入矩阵(T)：

(2)

区域农业中间投入温室气体排放(Gint)可表示为

(3)

式(3)中：fr为区域r的温室气体排放系数；Trs为区域r对区域s的中间投入；ys为区域s的农业最终需求。式(3)中矩阵元素列相加即为区域s的农业中间投入温室气体排放量；行相加即为区域r不同产业为区域s的农业提供中间投入而产生的温室气体排放量。据此判断区域r的哪些产业为区域s农业中间投入温室气体排放的关键来源产业。

1.1.2 介数中心度分析

在明确区域农业中间投入温室气体排放来源产业的基础之上，借助Liang等[15]提出的介数中心度分析对区域农业中间投入温室气体排放的关键中介产业进行分析。对于任一中介产业m来说，其介数中心度(bm)的评估公式为

fk1ak1k2…akl1mamj1…ajl2-1jl2yjl2

(4)

式(4)中：k1， …，kl1和j1， …，jl2为农业中间投入生产系统中的产业代码；f为矩阵f中元素；amj为矩阵A中元素；y为矩阵y中元素；bm(l1，l2)为从生产系统上游产业l1经过中介产业m而流向下游产业l2的农业中间投入温室气体排放权重；Jm为中介产业m的中心度矩阵，其(m，m)元素为1，而其他元素为0。

1.1.3 敏感性分析

在明确区域农业中间投入温室气体排放关键来源产业与关键中介产业的基础上，对Mattila等[20]提出的敏感性分析方法进行拓展，分别对2017年我国省级层面上的区域农业中间投入温室气体排放关键来源产业和关键中介产业的敏感性进行评估，并进一步分析对上述产业分别采取提升能源效率和生产投入效率措施背景下的农业中间投入温室气体减排潜力。

基于式(3)进行拓展，得到如下计算公式：

Gint=fTy=Fy=fP。

(5)

式(5)中：F为农业中间投入温室气体排放强度乘数矩阵；P为用于满足区域农业最终需求的农业中间投入产量矩阵。分别对式(5)的不同组件进行偏微分求导，得到关键来源产业i和关键中介产业m的敏感性系数(Si和Sm)：

(6)

(7)

式(6)、(7)中：Pj为矩阵P中元素行相加后所得向量的第j个元素；Fm为矩阵F中元素列相加后所得向量的第m个元素。

1.2 数据来源

本文分别选取中国科学院区域可持续发展分析与模拟重点实验室编制的2007年我国30省区市的区域投入产出表和Zheng等[21]编制的2017年我国30省区市的区域投入产出表进行分析。上述2套投入产出表在产业分类上存在区别，本文将其统一为30产业，并将具体产业名称及其代码整理于表1。为使年际间研究结果具有可比性，利用《中国统计年鉴》公布的2017年各产业价格指数，结合联合国推荐的双重平减法，将2017年的投入产出表转换为2007年不变价投入产出表。与投入产出表对接的产业温室气体排放数据来源于相应年的《中国能源统计年鉴》中分行业能源消费数据，及修正后本土化的各类能源温室气体排放因子[22-23]。本文所称的农业中间投入温室气体主要包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)3种，结合政府间气候变化专门委员会(IPCC)提出的各温室气体全球增温潜势系数，将其统一折合为二氧化碳当量(CO2-eq)进行分析[24]。根据研究需要，本文依据罗海平等[25]的研究将河北、内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江、江苏、安徽、江西、山东、河南、湖北、湖南和四川归为粮食主产区，其余17个省区市归为非粮食主产区。

表1 产业名称及其代码

2 结果与分析

2.1 农业中间投入温室气体排放特征

2007—2017年，我国农业隐含温室气体排放明显下降，由271.3 Mt CO2-eq降至159.3 Mt CO2-eq(表2)，降幅41.3%。其中，粮食主产区是我国农业隐含温室气体排放的主要贡献区，其农业隐含温室气体排放占我国农业隐含温室气体排放总量的53.9%～60.3%。研究期内，粮食主产区的农业隐含温室气体排放下降较多，由2007年的163.6 Mt CO2-eq降至2017年的85.8 Mt CO2-eq，降幅47.6%；而非粮食主产区的农业隐含温室气体排放由2007年的107.7 Mt CO2-eq降至2017年的73.5 Mt CO2-eq，降幅31.8%。就具体省区市而言，除粮食主产区的内蒙古、江苏，以及非粮食主产区的天津、山西、贵州和新疆外，其余省区市的农业隐含温室气体排放均有不同程度的下降。其中，降幅从高到低，吉林、青海和上海排在前3位，分别为93.0%、82.4%、72.1%。至2017年，粮食主产区中，农业隐含温室气体排放最高的为内蒙古(11.9 Mt CO2-eq)，其次是湖北(10.8 Mt CO2-eq)和湖南(8.1 Mt CO2-eq)；非粮食主产区中，新疆和山西的农业隐含温室气体排放也较高，分别为10.7 Mt CO2-eq和7.5 Mt CO2-eq。上述5个省区的农业隐含温室气体排放合计占全国总体的30.8%，是我国农业隐含温室气体排放的主要区域。

表2 2007年和2017年中国区域农业中间投入温室气体排放

就排放结构而言，2007年和2017年，我国农业中间投入温室气体排放占农业隐含温室气体排放总量的比例(即农业中间投入温室气体排放占比)分别为89.5%和73.9%。这说明，我国农业发展对其他产业所提供的农业中间投入具有较高的依赖度。2007年，粮食主产区的农业中间投入温室气体排放占比(94.1%)高于非粮食主产区(82.5%)；但到2017年，粮食主产区的农业中间投入温室气体排放占比(73.5%)已略低于非粮食主产区(74.3%)。

2007—2017年间，我国农业中间投入温室气体排放下降了51.5%，由242.8 Mt CO2-eq降至117.7 Mt CO2-eq，其中，粮食主产区下降了59.0%，非粮食主产区下降了38.6%。这可能主要得益于2015年以来化肥农药使用量零增长行动的实施，带动农药和化肥等农业中间投入的使用效率得到极大提升[6]。受此影响，我国多数省区市的农业中间投入温室气体排放量明显下降。相较于粮食主产区，非粮食主产区的农业中间投入温室气体排放量降幅较小，且青海、宁夏、海南、北京和重庆的农业中间投入温室气体排放占比在研究期内不降反升，分别上升了42.0、27.2、10.3、9.3和2.6个百分点。因此，针对上述5个省区市还应持续推进农业生产资料减量增效，以降低其对农业中间投入日益增长的需求和依赖。

2.2 农业中间投入温室气体排放的关键来源产业与关键中介产业

依据Wu等[26]的方法，分析2007—2017年我国省级层面上区域农业中间投入温室气体排放关键来源产业与关键中介产业的变化(图2)。图2中阴影部分标“•”的为排名前10的区域农业中间投入温室气体排放来源产业和中介产业(依照区域-产业组合的形式标注)。图1中的分割线将全部产业分为上、下两部分，距离分割线越远，说明该来源产业或中介产业具有越高的导致区域农业中间投入温室气体排放增加的潜在趋势，应对其采取减排措施。据此，本文进一步辨识出3个潜在关键来源产业与3个潜在关键中介产业(图1中标“◆”的)。本文将排名前10的来源产业/中介产业与3个潜在关键来源产业/中介产业合称为关键来源产业/中介产业。

就来源产业而言，2007年13个关键来源产业一共贡献了39.5%的区域农业中间投入温室气体排放，2017年这13个关键来源产业对区域农业中间投入温室气体排放的贡献降至37.0%。这主要得益于自“十一五”以来，我国针对S22(电力和热力的生产和供应业)等高排放行业提出了明确的量化减排目标[27]。为早日实现这一目标，各区域积极对排放密集型行业采取以提升能源效率为主的减排措施。具体来看，2007—2017年，内蒙古和江苏的S22对农业中间投入温室气体排放的贡献明显增加，分别从4.8%和2.7%升至6.3%和3.4%；因此，进一步提升上述区域电力和热力的生产和供应业的能源效率将有助于降低农业中间投入温室气体排放。此外，2007年13个关键来源产业全部来自于S22，而在2017年，新疆的S12(化学产品业)成为区域农业中间投入温室气体排放的关键来源产业之一。可以看出，随着我国区域经济的不断发展，生产系统逐渐趋于分散化，农业中间投入温室气体的排放来源也趋向于分散化[28]，这就增加了农业中间投入温室气体减排的难度[29]。针对关键来源产业采取以提升能源效率为主的措施，不但可以从源头上降低区域农业中间投入温室气体排放，而且有助于降低农业中间投入温室气体减排的难度。

就中介产业而言，2007—2017年区域农业中间投入温室气体排放的关键中介产业发生明显变化，主要体现在以下几方面：首先，13个关键中介产业的农业中间投入温室气体排放量上升，占比从2007年的19.2%上升至2017年的20.3%；其次，2007年的关键中介产业包括S12、S22和S1(农林牧渔产品及其服务业)，占比分别为13.8%、4.3%和1.1%。而在2017年，关键中介产业涉及的门类明显增多，包括S12、S6(食品制造和烟草加工业)、S22和S1，占比分别为13.7%、3.7%、1.5%和1.4%。这说明，区域农业中间投入温室气体排放的关键中介产业门类增多，且日益分散。对上述关键中介产业加强生产投入管理，提高生产投入效率，有望在降低区域农业中间投入温室气体排放过程中发挥重要作用[18]。

2.3 关键来源产业与关键中介产业的减排潜力

为进一步明确前述关键来源产业与关键中介产业的减排潜力，分别对2017年13个关键来源产业与13个关键中介产业的敏感性进行测度(表3)。2017年，13个关键来源产业的敏感性合计为0.370，即这些关键来源产业的能源效率每提升10%，我国的区域农业中间投入温室气体排放总量将下降3.70%(约合4.3 Mt CO2-eq)；13个关键中介产业的敏感性合计值为0.157，即其生产投入效率每提升10%，可为我国降低1.57%(约合1.8 Mt CO2-eq)的农业中间投入温室气体排放。从均值来看，关键来源产业的敏感性平均值(0.028)高于关键中介产业(0.012)。这说明，在对关键来源产业和关键中介产业同时采取减排措施的情况下，13个关键来源产业的平均减排潜力更大，更容易以较低的减排成本实现农业中间投入温室气体减排的目标[20]。

具体地，内蒙古、江苏和山东的S22是我国区域农业中间投入温室气体排放中减排潜力最大的3个关键来源产业，湖北、新疆和内蒙古的S12是我国区域农业中间投入温室气体排放中减排潜力最大的3个关键中介产业。在制定区域农业中间投入温室气体减排策略时，应格外关注上述关键来源产业能源效率与关键中介产业生产投入效率的提升。

要特别注意的是新疆的S12。它既是我国区域农业中间投入温室气体排放的关键来源产业，又是关键中介产业。对比发现，将其作为关键来源产业时，敏感性相对更高，也就说减排潜力更大。因此，在对其制定农业中间投入温室气体减排策略时，侧重点应放在提升其作为关键来源产业的能源效率上。

3 结论与建议

本文系统测度我国区域农业中间投入温室气体排放，在厘清区域农业中间投入温室气体排放的关键来源产业与关键中介产业的基础上，量化关键来源产业和关键中介产业的敏感性，以明确其减排潜力，得到如下结论：(1)2007—2017年，我国农业中间投入温室气体排放平均占全国农业隐含温室气体排放总量的73.9%～89.5%，其中，粮食主产区的农业中间投入温室气体排放占比高于非粮食主产区。这说明，当前我国农业发展对农业中间投入具有高度依赖性，实施农业中间投入温室气体减排将对促进我国区域农业绿色低碳发展发挥重要作用。(2)本文分别在2007年和2017年各识别出13个关键来源产业和13个关键中介产业。2007—2017年，区域农业中间投入温室气体排放的关键来源产业和关键中介产业均表现出明显的分散化趋势，在一定程度上增大了区域农业中间投入温室气体减排的难度。(3)农业中间投入温室气体的减排潜力在产业间表现出明显的差异，从2017年数据判断，13个关键来源产业的减排潜力大于13个关键中介产业。

根据上述研究结论，提出如下对策建议。

(1)要实现农业低碳化发展，除了要重视消费端的农业中间投入减量增效外，更应重视诸如电力和热力的生产和供应业、化学产品业等农业中间投入温室气体排放关键来源产业和关键中介产业的减排。针对关键来源产业和关键中介产业开展减排工作，不但有助于实现区域产业低碳转型，更有助于实现区域农业协同减排。

(2)针对关键来源产业，应继续制定量化减排目标，以引导关键来源产业实现绿色转型。同时，地方政府可采取诸如补贴等形式，激励关键来源产业通过不断调整自身能源结构、引进并采取新技术、推进新能源使用等措施来提升其能源效率。

(3)针对关键中介产业，在生产投入的选择和使用中，除了要考虑经济成本外，还应重视其环境成本。针对排放密集型生产投入，应鼓励关键中介产业以较低排放强度的生产投入进行替代，并调整生产工艺以提升生产投入使用效率。同时，针对排放密集型生产投入，地方政府可考虑通过征收排放税等经济手段促进关键中介产业进行生产投入替代，以提升其生产投入效率。