山东省农业低碳发展及驱动因素分析

魏振香， 吴晓娟

（中国石油大学（华东）经济管理学院，山东青岛 266580）

近些年，温室气体排放逐渐递增，引发一系列环境问题，气候变暖是其中之一［1-2］. 全球气候变暖已经成为现在社会发展过程中的热点问题，对其进行的研究也越来越多. 气候变暖与人类生产、生活的进行具有密切联系，在人们意识到全球变暖情况以及其影响后，大多数的国家都将减少温室气体作为共同目标. 农业是国民经济的重要支柱，但同时也是碳排放产生的重要途径. 经研究表明，由农业生产活动所导致的碳排放总量达到总碳排放量的15%［3］，农业碳排放不容小觑. 我国作为农业生产大国，农业生产导致的碳排放量较多，约占总碳排放量的17%［4］，这一数据高于世界数据的15%. 为此，我国政府承诺将在2030年使得二氧化碳排放绝对值下降，碳排放强度降低到2005年的50%～60%. 农业生产是碳排放的“大户”，加强农业生产碳排放的节能减排研究，有助于促进农业生产“零碳”目标的实现，实现国家节能减排目标的完成，控制并改善环境问题具有重要意义.

其中农业生产过程中导致的碳排放与生态环境具有重要关系，其一直都是国内外研究学者研究的重点问题. 脱钩理论已被广泛地运用到经济增长与环境的关系研究之中［5-6］. 其中Holtz-Eakin和Selden［7］在研究中表明农业经济增长与碳排放之间存在倒U关系，在农业生产过程中采取减排措施，必然会对农业经济增长造成影响. Ismael等［8］学者运用约旦地区1970—2014年的数据，对农业技术与碳排放关系进行测算，其结果证明化肥对于农业碳排放起到促进作用. 我国学者在农业碳排放上面也展开了诸多研究，陈红等［9］以黑龙江省作为研究对象，对其2008—2017年农业碳排放量进行测算，指出化肥是导致农业碳排放量增长的主要因素. 王劼和朱朝枝［10］基于32个国家2000—2014年的数据，采用Tapio脱钩模型对农业碳排放量进行测算，指出发达国家农业碳排放量呈现下降趋势，多数发展中国家农业碳排放量呈现上升趋势. 刘丽娜［11］等对我国2000—2016年各区域农业碳排放与经济增长之间的关系进行分析，其结果表明我国农业碳排放量呈现增长趋势，且在不同区域之间存在空间差异特征，经济因素在大多数省份中是促进农业生产碳排放的唯一因素，但在极个别省份也存在一定差异.

综上所述，在现在阶段中，国内外研究学者将研究重点集中在能源与经济发展的碳排放上面，针对农业碳排放、经济发展与环境之间的研究较为缺乏. 本文针对农业碳排放与经济增长的脱钩关系以及其驱动因素进行分析，选择“农业大省”山东省作为研究对象，探究如何在保证粮食与蔬菜产量的基础之上，探究“零碳”农业发展之路，对我国农业低碳发展具有一定的示范作用. 在以山东省为对象进行研究的过程中，基于6种碳源展开研究，对山东省2001—2018年农业碳排放量、碳排放量发展趋势进行测算，并利用Topia脱钩与LMDI模式对脱钩状态以及驱动因素进行分析，提出促进农业“零碳”发展建议，旨在为实现农业“低碳”提供科学支撑作用.

1 资料与研究方法

1.1 碳排放计算方法

当前，国内外学者对农业生产碳排放计算尚未有统一的方法，本文在借鉴相关文献后采用IPCC对山东省农业生产碳排放量进行测算. 农业CO2排放量计算公式［12-14］为

其中：C代表农业生产过程碳排放总量；Cj代表第j种碳源的碳排放量；Ej代表第j种碳源消耗数量；Fj代表第j种碳源排放系数.

式中：C代表农业生产过程碳排放总量；CE代表碳排放强度；S代表耕地面积.

根据国内外研究学者成果，结合山东省农业生产现状，从化肥、农药、农用薄膜、农用柴油、灌溉、耕地等6个方面对山东省农业生产碳排放量进行计算. 6大要素碳排放系数［15-16］如表1所示.

表1 农业生产6大碳源排放系数Tab.1 Emission coefficients of six major carbon sources in agricultural production

1.2 脱钩理论及农业脱钩弹性模型研究

脱钩理论最先形成并运用于物理学领域，用于两个变量之间的联系；后被广泛运用到经济增长、物质消耗以及生态环境分析之中，反映出地区发展水平. 目前用于脱钩研究的模型有OECD 与Tapio 两种模型.OECD采用终期与基期年份变化量作为依据，并对变化量是否脱钩进行分析. Tapio模型对研究变量的脱钩关系进行动态反应，其克服了OECD基期选择不足的问题. 因此，在本文研究山东省农业碳排放与农业经济增长之间关系时，采用Tapio模型对变量之间关系进行分析（表2）. 本文使用的脱钩模型如下：

表2 Tapio脱钩弹性系数以及状态Tab.2 Elasticity coefficient and state of Tapio decoupling

式中：e代表农业碳排放与农业GDP增长的脱钩弹性系数；ΔC和C表示山东省农碳排放总量的变化以及碳排放总量；ΔGDP 与GDP 代表山东省农业经济增长值与农业总产值. 根据Tapio脱钩弹性系数值将脱钩指标划分为负脱钩、脱钩、连结3大类，再根据碳排放总量的变化率与农业总产值GDP的数值划分为8种具体脱钩状态［17］.

1.3 碳排放驱动因素分解

基于相关文献研究基础，采取因素分解方法（LMDI）［18］作为基本模型对山东省农业碳排放影响因素进行分解. 遵循LMDI基本公式，根据相关文献及研究，结合山东省农业生产碳排放实际情况，将农业碳排放的驱动因素划分为：效率因素、结构因素、经济发展水平因素以及劳动力规模因素四种影响因子［19-20］，为山东省农业经济可持续发展提供科学基础. 构建农业生产碳排放驱动因素分解表达式：

式中：C为碳排放总量；PV 为种植业总产值；AV 为农业总产值；P为从事农业人数；PI 为农业效率因素；FI 为农业结构因素；SI 为农业经济发展水平因素. 式（5）农业碳排放总量基本公式.

对式（5）进行处理，得到分解因素表达式如下

式中：ΔEI、ΔGI、ΔSI、ΔP分别代表效率因素、农业结构因素、经济发展水平、农业劳动力规模因素对于农业碳排放总量的贡献. 总效应为：

1.4 数据来源

本研究中，所采用的化肥、农药、农膜、柴油、耕地以及灌溉等相关数据均来源于《中国统计年鉴》与《山东统计年鉴》. 其中，化肥数据选择的是折纯量；耕地面积选择两季种植作物面积；灌溉面积选择有效灌溉面积. 为确保研究过程中数据的科学性、合理性与完整性，选择2001—2018年数据进行研究.

2 结果分析

2.1 山东省农业碳排放总量与强度特征

2.1.1 碳排放总量与强度特征 采用公式（1）～（2）对山东省2001—2018年农业生产碳排放总量及其强度进行计算，如表3所示.

表3 2001—2018年山东省农业碳排放量及其强度Tab.3 The amount and intensity of agricultural carbon emissions in Shandong Province from 2001 to 2018

由表3可见，2001—2018年，山东省农业碳排放总量整体呈现出倒“U”特征变化，先上升后下降趋势，从2001年的787.88万t增加到2007年高峰的924.90万t；在2010年之后开始下降，到2018年下降至783.48万t，其中化肥与农用薄膜位于农业生产6种碳源排放前两位，占比超过65%以上. 化肥从2001年383.87万t增长至2018年的448.11万t，在之后呈现下降趋势，降幅超过1.5%. 使用农药产生的碳排放量的变化趋势与化肥相同，其使用形成碳排放在2008年达到最高峰，为85.59万t；在2008—2018年整体呈现下降趋势，降至2018年64.09万t，年平均增长超过2.3%. 农用薄膜使用而产生的碳排放总量在18年使用中呈现先上后降趋势，自2006年开始下降，2006—2018年间平均年平均降低量为2.875万t. 灌溉在2001—2018年呈现上升趋势，且每年由于灌溉引起的碳排放增长量相对平均，从2001年99.14万t增至2018年107.34万t，年增长率在0.5%左右. 这与山东省近些年蔬菜种植面积逐渐增加具有直接关系. 化肥、农用薄膜、农药柴油与碳排放总量的发展趋势可看出其增长趋势基本相同，由此可见山东省农用碳排放总量受化肥、农用薄膜与农用柴油影响较大.

由图1可以看出，山东省种植业总产值从2001的1 401.34亿元增长至2015年4 929.85亿元. 在2016—2017年出现下降，分别为4 641.3亿元与4 403.23亿元；再2018年再呈现出上升，其总额增至4 678.26亿元，但相较2015年最高值仍然存在一定差距. 2001—2007年间，碳排放总量逐渐上升，耕地面积基本保持不变，碳排放强度逐渐增高，但是增长幅度逐渐向缓；2007—2018年间，山东省农业碳排放总量整体保持下降，碳排放强度下降趋势相对明显，且一直保持下降趋势.

图1 山东省农业碳排放、农业生产总值与碳排放强度变化曲线图Fig.1 Change of curves agricultural carbon emission，agricultural production value and carbon emission intensity in Shandong Province

2.1.2 农业碳源结构特征 通过山东省2001—2018年农业碳排放量进行分析，化肥是山东省农业生产过程中最大碳源，其占比约为山东农业碳源50%；其次是农用薄膜、农用柴油、灌溉、农药，其平均占比分别为18.66%、11.99%、11.79%与9.06%；耕地产生碳排放量最少，在2001—2018 年维持在4 万t 左右，占比小于0.6%. 就山东省农业生产碳源变化趋势而言，化肥、农药、农用柴油、农用薄膜的碳排放量波动变化较大，灌溉产生碳排放量持续上升；耕地产生碳排放量基本维持不变（图2）.

图2 2001—2018年山东省农业碳源结构特征Fig.2 Structural characteristics of agricultural carbon sources in Shandong Province from 2001 to 2018

2.2 脱钩弹性分析

采用式（1）及相关数据计算2001—2018年山东省农业碳排放与经济增长的脱钩弹性值，详见表4. 整体来看，山东省农业碳排放量从2008年开始出现负增长；种植业GDP除2016、2017年外均呈现正增长. 农业2001—2018年主要由扩张负脱钩、弱脱钩、强脱钩、弱负脱钩4种不同类型的弹性特征，其中主要以弱脱钩与强脱钩为主，表明山东农业正在往集约高效型农业发展. 本文将针对4种不同的脱钩状态进行分析.

表4 山东省2001—2018年脱钩状态Tab.4 Decoupling status of Shandong Province from 2001 to 2018

2.2.1 扩张负脱钩 2001—2002年为扩张负脱钩. 碳排放总量与种植业总产值呈上升趋势，但种植业总产值增长量明显低于种植业生产所导致的碳排放总量. 这种现象出现的原因可能是“三农”问题的出现，导致农民种植积极性受到影响；其次是人们思想的开放，农民意识到外出打工是提高收益的重要途径，大量年轻人外部打工，农村留守问题凸显，年轻劳动力数量下降，使得山东省种植业的总产值增加较慢，导致种植业总产值增加量低于种植业生产过程中的碳排放增加量.

2.2.2 弱脱钩 2003—2007年为弱脱钩，在这阶段中山东省种植业的经济产值不断提高，农业碳排放量也呈现快速增长趋势. 在科学技术的发展之下，农业机械化水平提高，现代化进程不断加快，国家为了促进农民生产过程中的积极性，对农业实行减免补贴政策. 农民生产积极性的增加促进了化肥、农膜、农药、柴油等农业用途物资的增加，且人们对于低碳理念尚未形成，导致了碳排放呈现快速上升趋势.

2.2.3 强脱钩 2008—2015年为强脱钩时期，这一阶段山东省农业生产较为平稳，除了在2010年出现弱脱钩之外，其余时间均为强脱钩，这说明山东省农业发展整体向好，在碳排放量持续降低的情况下仍能保持农业生产总值的提高. 其可能原因是国家相关政策的推广与实行促进了农民进行农业生产积极性，农业机械化水平持续提高与成熟带动经济稳定增大. 在十七大后，农民在国家相关宣传之下意识到低碳重要性，主张以资源节约与生态保护为前提进行农业生产，从而提高了农民使用农用物资的效率. 在众多因素的影响下，2008—2015年山东省农业生产主要呈现出强脱钩状态，实现了最佳农业生产模式.

2.2.4 弱负脱钩 2016—2017年为弱负脱钩模式. 在一阶段，山东省农业生产脱钩状态出现异常，农业碳排放总量减少，同时农业生产总值出现明显降低，在国家政策良好、机械化水平增高等情况下出现弱负脱钩这种不可取状态是异常的. 经资料调查究其原因可能是2016年底与2017年初，山东省先后出现低温、冷冻、风雹、洪涝、干旱等极端天气，极端天气的存在对山东省种植业、养殖业以及居民财产造成较大损失，使得生产总值受到很大影响，导致不可取的弱负脱钩状态.

2.3 农业碳排放驱动因素分析

采用LMDI分解模型对山东省2001—2018年农业碳排放影响因素进行分解为效率因素、农业结构因素、经济发展水平、农业劳动力规模因素. 根据式（4）～（6）以及山东省农业生产碳排放总量以及强度数据，农林牧副渔业总产值、种植业总产值以及劳动力数量，将2001—2018年山东省各因素对农业生产碳排放驱动因素效应进行测算，结果如表5所示.

表5 2001—2018年山东省农业生产碳排放因素分解结果Tab.5 Decomposition results of carbon emission factors from agricultural production in Shandong Province from 2001 to 2018

通过表5可看出，在效率因素、结构因素、经济因素与劳动因素的驱动之下，山东省的农业碳排放总量呈现下降趋势，其中经济因素是碳排放增长最为主要的驱动因素，在2001—2018年间累计的碳排放总量达到1 610.552万t，年增长量为94.74万t. 农业生产效率是抑制山东省农业碳排放的主要因素，在2001—2018年农业碳排放贡献量为-1 062.77万t，年增长量为-62.52万t.

2.3.1 经济因素是推动碳排放增长的主要驱动因素 在生态文明建设与乡村振兴计划下，实现经济增长的同时走现代农业道路是国家与党的期盼. 山东省在2001—2018年碳排放总量中可以看出，2018年碳排放总量比2001年碳排放总量要少，这也是研究期间碳排放总量首次低于2001年，代表山东省农业碳排放的重要转折点. 山东省经济因素对于碳排放的影响并没有呈现出倒“U”，说明农业经济的发展与碳排放之间的关系并没有得到缓和，经济发展仍然是碳排放产生的重要驱动因素，低碳农业仍是现在发展的重点. 山东省作为我国农业生产大省，粮食、蔬菜产量较多，如何在降低碳排放的同时促进经济的发展，提高农民收入，实现农业低碳发展是山东省农业提高竞争力的重要因素.

2.3.2 农业生产效率提高是碳减排主要驱动因素 通过对山东省农业生产效率对碳排放的贡献值可以看出，生产效率的提高是农业碳减排的主要驱动因素. 山东省18年间农业碳排放总量一直维持了780万t以上，其中只有2002、2016、2017年出现过农业生产效率对农业碳排放的促进作用，且数值较小，其余年份中农业生产效率均为碳排放起到抑制作用，且在2018年前，山东省农业碳排放抑制维持上升趋势. 从碳排放总量的变化与生产效率可以说明科技发展与环境政策落地实施提高农业生产效率，缓解了农业生产导致的环境压力.

2.3.3 劳动因素下降是碳减排次要驱动因素 对于劳动因素来说，在山东省18年间累计实现的碳减排达到433.656万t，碳减排驱动效率仅次于农业生产效率. 劳动力是农业经济发展的重要因素，其文化水平以及综合能力也在一定程度上面影响农业的生产方式、生产效率与生产决策，山东省农业生产规模扩大，劳动力人口降低，集中化种植开始出现，农业生产开始逐渐集中到种粮大户手中，种植大户在进行种植的过程中接受新技术、新知识能力更强、利用机械化进行生产效率更高，对于节能减排理解更加透彻，其文化水平也影响着山东省农业生产方式、经营方式、生产效率以及生产决策等方面，推动了山东省农业碳减排的实现，促进了山东省农业经济的发展.

2.3.4 结构因素是实现碳减排重要驱动因素 山东省2001—2018 年碳减排累计量为-118.522 万t，是影响山东省农业碳排放的潜在影响因素，对碳排放总量变化起到一定作用. 但由于山东省作为全国粮食与蔬菜大省，种植总面积占比较高，对于碳排放的影响力度相对较大. 为保证全国范围内的粮食与蔬菜安全，也在一定程度上面增加了山东省农业碳减排的压力.

3 结论与建议

3.1 结论

3.1.1 碳排放总量 就山东省2001—2018年碳排放总量而言，其在2001—2007年处于上升态势，由2001年787.88万t，增长到2007年924.90万t，年均增长量为2.54%；2007—2018年间，除2010年小幅度增长外，碳排放总量整体呈现下降趋势，化肥作为农业碳排放中的主要来源，其占比超过50%，且长期高居不下. 除化肥作为碳源重点关注对象外，有效灌溉也需要引起足够重视. 在山东碳减排取得一定效果的同时，有效灌溉所产生的碳排放却持续增长，其应该作为山东省农业碳减排的重要关注. 除此之外，碳排放强度在2001—2018年整体呈现出先增加后减少的趋势.

3.1.2 脱钩状态 山东省2001—2018年碳排放脱钩状态进行分析可以得出，除了2002年是扩张负脱钩外，整体碳排放与农业生产总值间的脱钩状态值维持在-0.69～0.58之间，2007年之间主要呈现出弱脱钩状态，在之后逐渐变为强脱钩，2016与2017两年间由于山东省自然灾害较为严重，农业经济受到较大损失，之后转为强脱钩. 由此可见，根据山东省农业生产碳排放与经济之间关系，种植业可以实现“零碳”目标.

3.1.3 驱动因素 就驱动因素而言，经济因素是推动山东省农业碳排放的主要原因，2001—2018年间累计碳排放总量增加值为1 610.552万t，在四个推动因素中的贡献最为显著；生产效率因素是抑制山东省农业碳排放的主要动力，2001—2018年间累计碳排放量增加值-1 062.77万t，其抑制率最为显著.

3.2 建议

首先，农业经济因素是推动山东省农业碳排放的主要原因. 因此，要根据当前农业供给侧改革要求，构建低碳农业市场结构，改变当前农业生产方式，坚决控制化肥、农药的使用，做到精准使用生产材料；贯彻农药零增长策略，守住保护环境底线；不断提高山东省农户的环境保护意识，加强地方政府的监督与惩罚措施. 采取多元化的手段对农业碳排放进行控制，进而实现碳排放总量的降低与强脱钩的稳定持续发展，促进山东省农业经济“零碳”发展.

第二，进一步提高农业生产效率，农业生产效率作为抑制碳排放的关键性因素，在现代科学技术之下构建农业社会化服务体系，推行平衡化肥、合理配置农药比例、精准使用农用薄膜等的措施，不断提高化肥、农药等生产资料的使用率，减少大量使用生产材料造成的环境污染，在保障粮食与蔬菜安全的同时，实现山东省农业低碳发展.

第三，进一步改善农业生产结构，在食品安全得到保障的情况之下，坚持有保有压，优化种植业结构，保证种植业质量向产能稳定提升转变. 稳住并逐步扩大冬小麦种植面积，开展绿色粮食生产模式. 适量减少玉米种植面积，提高饲料种植面积. 因地制宜进行农作物轮耕，沿黄地区积极推进玉米与大豆轮耕，山区丘陵开展玉米与杂粮轮耕，选取合适地点作为耕地轮耕休耕试点. 大力推广适合机械化作业的棉花品种，提高机械化水平. 加快高油和优质食用花生品种选育，调整花生种植制度，旨在建设花生种植全程机械化、标准化基地. 将山东蔬菜种植的优势不断进行扩大，加强品种创新，推广蔬菜品种优选、优育，大力发展设施蔬菜，推广新型大棚、无土栽培以及集约化育苗技术. 加快发展油用牡丹、木本粮油，积极发展林下经济，推广农林经济的协同发展.

最后，基于当前劳动力减少的现状，不断推行耕地流转制度，将土地集中在种植大户手中，加大对于相关低碳农业技术的推广、政策扶持的宣传与引导，确保从事种植业的劳动人员可以意识到低碳发展的重要性，培养出具有技术能力的高素质的现代人才，是实现农业低碳发展的重要保障. 同时政府采取优惠补贴政策促进农业碳排放，并对碳排放实行监督，以更好地对碳源进行管理.