“双碳”背景下的宁夏农业碳排放时序特征、驱动机理与脱钩效应研究

桂 河，李 静，尚梦媛

（1.宁夏回族自治区农业农村厅 信息中心，宁夏 银川，751502；2.中共新疆生产建设兵团委员会党校（行政学院），新疆 五家渠 851503）

为应对气候环境变化，中国在第七十五届联合国大会上作出了“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”的郑重承诺。碳排放导致的全球气候变化深刻影响我国的生态安全、能源安全、粮食安全等，对推动生态文明建设带来了严峻挑战，深入贯彻落实习近平生态文明思想，正确把握“两山论”的科学内涵[1]，深刻理解习近平绿色发展理念[2]，对当前我国大力推进“碳达峰、碳中和”具有重要意义。我国作为农业大国，农业碳排放量仅次于工业，如何加快推进农业碳减排，确保农业2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，成为当前推进我国农业高质量发展的重要目标之一。宁夏作为我国黄河流域生态保护和高质量发展的先行区，在推进农业实现“碳达峰、碳中和”的目标背景下，深入分析研究农业碳排放的时序特征、驱动机理，对加快农业碳减排步伐，推进农业实现“碳达峰、碳中和”具有重要意义。

一、相关文献综述

随着近年来我国专家学者对农业碳排放研究的逐步深入，研究成果从全国及各省（市、区）的农业碳排放测算、时空特征和驱动因素分析，扩展到了农业碳排放与经济增长、农业技术进步、农业机械化等的关系，以及农业碳排放效率、农业碳生产率等方面，研究范围不断扩大，研究视角更加深入。

一是全国及各省市区农业碳排放测算、时空特征和驱动因素分析。比如贺亚亚等[3]、胡中应[4]、刘丽辉[5]、杨小娟等[6]、曹俐等[7]、李政通等[8]、戴小文等[9]、韦沁等[10]分别测算分析了湖北、安徽、广东、甘肃、山东、东北地区及全国的农业碳排放量和时空特征，并分别采用LMDI模型、Kaya恒等式等分析了农业碳排放的驱动因素。二是农业碳排放与相关层面的关系研究。陈银娥等[11]基于1997—2014年我国26个省份的面板数据，研究发现农业碳排放与农业机械化呈负相关，农业碳排放与产业升级呈正相关关系；魏玮等[12]利用能源-经济CGE模型（GTAP-E模型）构建了2012—2030年中国经济增长的情景方案，模拟未来农业生产增长趋势，研究发现农业全要素技术进步与能源增进型技术进步在控制农业能源增长、减缓碳排放均起到了重要作用；胡川等[13]采用2003—2014年中国30个省份面板数据，实证分析发现农业政策与农业碳排放存在显著的负向关系；李波等[14]通过测算1993—2017年湖北省农业碳排放情况，采用Kernel密度估计和协整理论及误差修正模型，发现农业经济增长与农业碳排放存在长期稳定正向关系。三是农业碳排放效应、效率及相关绩效研究。张广胜等[15]采用生周期评价法构建了中国农业碳排放测算体系，并利用1985—2011年的时序数据分析了中国农业碳排放总量、结构和效率的变动特征，结果表明氮肥在化肥中的比重、畜牧业在农业中的比重和农用能源强度对农业碳排放强度有正向影响，农业公共投资对农业碳排放强度有负向影响；吴昊玥等[16]运用SBMUndesirable模型计算了2000—2014年我国30个省市区农业碳排放绩效，并通过面板单位根检验方法对全国和各区域的农业碳排放总量及绩效进行了随机性收敛检验，研究发现：中国农业碳排放总量和绩效不会自动降低到稳定水平，有必要进行相关政策干预，以缩小各省市区间的差距；吴贤荣等[17]通过采用改进的Divisia指数分解法，分析了中国2002—2014年31个省份农业碳排放增长驱动及减排退耦特征；田云等[18]利用DEAMalmquist分解法对湖北省农业碳排放效率进行有效测度，并运用Tobit模型探究影响其碳排放效率变化的关键因素。研究发现，2011年以来湖北省农业碳排放效率虽年际间存在一定波动，但总体处于增长态势。

通过对农业碳排放相关文献的梳理，发现大多数学者的研究主要集中于全国层面和部分经济发达省份的农业碳排放情况，与经济增长的关系研究，以及农业碳排放效率等方面的研究，对我国“双碳”目标背景下的农业碳排放研究涉及较少，对宁夏农业碳排放的研究更少。因此，通过分析研究宁夏农业碳排放时序特征、驱动因素与脱钩效应，填补了宁夏农业碳排放的研究空白，并对宁夏在“双碳”背景下推进建设黄河流域生态保护和高质量发展先行区奠定了农业层面的研究基础。

二、研究方法与数据来源

（一）研究方法

1.农业碳排放测算方法

目前，国内专家学者对农业碳排放的测算主要根据研究地域的实际情况选取碳排放源，在归纳总结国内大多数专家学者相关研究的基础上，根据宁夏农业生产实际，选取了农地利用、农田土壤、水稻种植和畜牧养殖等四大类农业碳排放源，采用各类碳源量与其对应的碳排放系数乘积之和的方法来测算宁夏农业碳排放量，具体测算公式如下：

式中：C为农业碳排放总量，Cit为第i类碳源第t年的农业碳排放量，Tit为第i类碳源第t年的量，为各种碳源因子的碳排放系数。

在归纳总结吴贤荣等[19]、冉锦成等[20]、张振龙等[21]、韦沁等[10]相关学者研究成果的基础上，将宁夏农业碳排放各类碳源总结如下：

第一类，农地利用碳排放。指农业生产过程中所消耗的各类化学品、农业机械、农田灌溉等产生的碳排放，主要包括化肥、农药、农膜、农用柴油、农地翻耕、农业灌溉等6种，具体碳排放系数如表1所示。

表1 农地利用碳源及碳排放系数

第二类，农田土壤碳排放。指由于种植不同作物对土壤表层破坏产生的N2O的流失造成的不利影响，主要包括水稻、小麦、玉米、大豆、蔬菜以及其他旱地作物，本研究按照（1tN2O=81.27tC）的转换方法将N2O排放量换算为C当量，具体碳排放系数如表2所示。

表2 农田土壤碳源及碳排放系数

第三类，水稻种植碳排放。由于宁夏水稻种植面积较大，故将稻田产生的CH4作为重要的碳源之一。碳排放测算以各年水稻种植面积为准，水稻生长周期采用中位值130天，按照（1tCH4=6.82tC）的转换方法将CH4排放量换算为C当量。碳排放系数参照Wang[30]、Matthews[31]、Cao[32]的研究结果，采用3.136 g/（m2·天）。

第四类，牲畜养殖碳排放。主要指反刍动物养殖肠道发酵产生的CH4和粪便排放所产生的CH4和N2O，根据宁夏的畜牧业发展情况，主要选取牛、羊、猪、家禽等，按照（1tCH4=6.82tC，1tN2O=81.27tC）的转换方法将CH4和N2O排放量换算为C当量，具体碳排放系数如表3所示。

表3 牲畜养殖碳源及碳排放系数

2.Kaya恒等式

Kaya碳排放恒等式是由日本教授Yochi Kaya在1989年联合国政府间气候变化研讨会上提出的，通过使用数学方法将碳排放与经济、政策、人口等因素建立起联系。借鉴李波等[34]、韦沁等[10]的研究成果，在综合考虑宁夏实际情况下，将能源因素去掉，对Kaya恒等式适当进行变形，采用农业总产值、种植业畜牧业产值之和以及全社会总人口，形成的计算公式如下所示：

式中：C、AXV、ATV、TP、AP分别表示农业碳排放量、种植业畜牧业产值之和、农业总产值、全社会总人口和农村人口规模。CI、AI、TI、PI、AP分别表示农业生产效率因素、农业产业结构因素、农业经济发展水平、城镇化水平、劳动力规模。由于采用Kaya恒等式存在残差项，不能很好地解释碳排放的变化，为更好地分析碳排放驱动因素，去掉了无法解释的残差项，恒等式转化如下：

式中：式（3）中，ΔCI表示从t-1年到t年的单位种植业畜牧业产值之和的碳排放强度变化，其他影响因素未发生变化所导致的农业碳排放量相对于基期年份的变化；ΔAI表示从t-1年到t年的农业产业结构变化而CI保持在t年水平，其他影响因素保持在基期年份所导致的农业碳排放量的变化；ΔTI表示从t-1年到t年的农业经济发展水平发生变化而CI、AI均保持在t年水平下，其他影响因素保持在基期年份所导致的农业碳排放量的变化；ΔPI表示从t-1年到t年的城镇化水平发生变化而CI、AI、TI均保持在t年水平下，AP保持在基期年份所导致的农业碳排放量的变化；ΔAP表示从t-1年到t年的农业劳动力规模发生变化而CI、AI、TI、PI均保持在t年水平下的农业碳排放量的变化。

通过变形可以得到以下计算公式：

3.Tapio脱钩模型

为进一步说明农业经济增长与农业碳排放压力的动态关系，在总结诸多专家学者研究的基础上，采用Tapio脱钩模型，用以比较相应年度的农业碳排放增长率与种植业畜牧业产值之和增长率，如果碳排放量的增速为负或者小于经济增速，即可视为具有脱钩效应（表4）。Tapio脱钩模型计算公式如下：

表4 Tapio脱钩弹性类别

式中：e表示脱钩弹性系数，ΔC表示农业碳排放的增量，ΔAXV表示种植业畜牧业产值之和的增量。

（二）数据来源

本研究使用的数据均来源于2001—2020年的《中国农村统计年鉴》《宁夏统计年鉴》。其中，农地利用碳排放测算中的化肥使用化肥折存量，农药使用量、农膜使用量和农用柴油消耗量为实际数据，农地翻耕为当年实际农作物播种面积，农业灌溉为当年实际灌溉面积；农田土壤碳排放测算中的水稻、小麦、玉米、大豆、蔬菜以及其他旱地作物种植面积为当年实际数据；水稻种植碳排放测算使用当年的实际水稻种植面积；牲畜养殖碳排放中的牛、羊、猪、家禽数据为当年存栏数与出栏数之和。Kaya恒等式中的种植业畜牧业产值之和和农林牧渔业总产值按当年价格计算获得，全社会总人口和农村总人口以当年实际人口数据为准。

三、研究结果与分析

（一）宁夏农业碳排放时序特征分析

根据式（1），测算了宁夏2000—2019年农业碳排放量（图1）。

图1 2000—2019年宁夏农业碳排放量情况

结果表明，宁夏农业碳排放量从2000年的261.21万吨增长到了2019年的413.92万吨，实际增长了152.71万吨，增幅达58.46%，年均增长率为2.45%。从环比增速来看，总体增速呈下降态势，但年际波动幅度较大，环比增速最高时达到7.86%，最低时为-9.37%。从碳排放来源看，2000年宁夏农业碳排放总量为261.21万吨，其中：农田利用碳排放量64.22万吨，农田土壤碳排放量6.91万吨，水稻种植碳排放量33.07万吨，畜牧养殖碳排放量157.01万吨，占比分别为24.59%、2.64%、12.66%和60.11%；到2019年，宁夏农业碳排放总量达到了413.92万吨，其中：农田利用碳排放量93.71万吨，农田土壤碳排放量12.19万吨，水稻种植碳排放量29.34万吨，畜牧养殖碳排放量278.68万吨，占比分别为22.64%、2.94%、7.09%和67.33%。由此可见，畜牧养殖碳排放为当前宁夏农业碳排放的主要来源，且占比呈逐渐上升态势，农地利用和农田土壤碳排放维持在较稳定的比例，占比波动幅度不大，水稻种植碳排放呈现了显著的下降态势。

从宁夏农业碳排放量年际变化来看，2000—2019年宁夏农业碳排放量呈现了明显的逐年增加趋势，但不同阶段环比增速有所不同，总体上可以分为四个阶段：

第一阶段是快速增长期（2000—2005年），环比增速较高，最低增速为0.87%，最高增速达7.86%。这主要是由于2000年以来，宁夏抓住国家实施西部大开发的宝贵机遇，出台大量惠农政策，加大农业产业发展扶持，大力推进农业基础设施建设，并结合2004年我国农业税费全面减免，极大激发了农民的农业生产积极性，农业生产投入不断加大，各类农业生产资料投入大幅增长，推动了农业碳排放的快速增长。

第二阶段是波动期（2006—2008年），环比增速从2006年的1.64%，下跌到2007年的-9.37%，然后又增加到2008年的5.74%。主要由于2007年畜牧养殖碳排放的大幅减少，造成了农业碳排放的大幅波动，2007年畜牧养殖碳排放较上年减少了37.38万吨，减少幅度达到了16.81%，这缘于2007年宁夏主要养殖地区发生大规模疫情，当年大量牲畜养殖数量急剧减少，导致农业碳排放的迅速下降，而2008年畜牧养殖户大量补栏，恢复了牲畜养殖数量。由于养殖数量的大幅波动，导致了农业碳排放的较大年际波动。

第三阶段是平稳增长期（2009—2014年），环比增速基本保持在2%～5%之间，年际增幅未出现较大幅度波动。主要是随着宁夏农业基础设施建设的增速放缓，单纯依靠农业生产资料投入获取收益的增速减缓，农民生产投入的积极性降低，而且伴随农业科技进步和农业生产效率的逐年提高，大量新技术、新模式的推广应用，减少了农业碳排放，使宁夏农业碳排放增速保持在了较为稳定的区间。

第四阶段是缓慢增长期（2015—2019年），环比增速基本保持在2%以下，年际增幅呈现逐步下降态势。这期间，宁夏因地制宜地推进农业旱作种植技术，深入推进高标准农田建设，持续推进农药化肥减量增效行动，大力推广有机肥替代，大幅提升畜禽粪污资源化利用，推动宁夏农业碳排放增速呈逐渐下降态势。

（二）宁夏农业碳排放驱动机理分析

根据Kaya恒等式，计算分析了2000—2019年间宁夏农业碳排放驱动机理情况（表5）。

表5 基于Kaya恒等式的宁夏农业碳排放驱动因素分解结果† 万吨

1.农业生产效率因素显著抑制了农业碳排放

2000—2019年农业生产效率因素累计抑制农业碳排放1 205.13万吨，对农业碳减排的贡献比为346.19%，年均减排量可达60.26万吨，减排成效明显。可见，在其他因素保持不变的情况下，农业生产效率对农业碳排放具有负向驱动效应。自2000年以来，借助国家西部大开发的宝贵机遇，宁夏通过建立健全农业技术推广服务体系，大力推广农业新技术、新技艺，加大农机购置补贴力度，深入开展农业生产基础设施建设，大力实施高标准农田建设，有效的推动了农业生产效率的提升，促进了农业碳减排。

2.农业产业结构因素对农业碳排放的抑制作用不大

2000—2019年农业产业结构因素累计抑制农业碳排放量25.27万吨，对农业碳减排的贡献为7.26%，年均碳减排量仅为1.26万吨，说明农业产业结构因素正向驱动农业碳减排，但减排效果较低。从年际间碳排放量变化来看，各年度碳排放量变化幅度较小，增减量变化不大，可见宁夏农业产业结构较为稳定。由于独特的地理位置和区位环境，决定了宁夏农业产业结构需依托农业生产条件而定，引杨黄灌区以种植业为主，中南部山区以畜牧养殖为主，大规模进行农业产业结构调整的难度较大，因此宁夏的农业产业结构一直较为稳定，调整也主要以局部地区微调为主，所以农业产业结构因素对碳减排的正向驱动作用较弱。

3.经济发展水平因素显著增强了农业碳排放

2000—2019年宁夏农业经济发展水平因素累计产生碳排放量1 417.78万吨，对农业碳排放的贡献比为407.28%，年均碳排放量达到了70.89万吨，对农业碳排放具有较强的正向驱动作用。伴随着经济发展水平的增强，农业机械化水平得以全面提升，大马力拖拉机、收割机、旋耕机等农业机械全面覆盖农业生产；新建和完善的大型农田水利设施，进一步推动了田间渠系改造；设施温棚的大面积推广应用；畜牧养殖棚圈的新建和翻新改造等，增强了农业碳排放。

4.城镇化水平因素也是农业碳排放增加的主因之一

2000—2019年宁夏城镇化水平因素累计产生农业碳排放435.88万吨，对农业碳排放的贡献比为125.21%，年均碳排放量达到了21.79万吨，正向驱动了农业碳排放。自2000年以来，宁夏城镇化速度进一步加快，大量农村老旧基础设施得以翻新改建，尤其是“易地扶贫搬迁”模式的大力推广，推动了大量偏远山区村庄整体搬迁到平原地区，催生了房屋新建、土地开垦、渠系新修、农业基础设施建设等，进一步提升了农业碳排放水平。

5.农业劳动力因素负向驱动农业碳排放

2000—2019年农业劳动力因素累计抑制农业碳排放275.15万吨，对农业碳排放的贡献比为－79.04%，年均抑制碳排放量达到13.76万吨。这与近年来宁夏大力推进高素质农民培育工程总体相符，通过提升农民素质，提高了发展绿色高质高效农业的认识，增强了提升农产品品质的意识，较大程度的主观上减少了农业生产资料投入，并进一步运用新技术、新技艺、新模式，削弱了农业碳排放。

（三）农业碳排放与农业经济增长的脱钩效应分析

根据Tapio脱钩模型，宁夏2000—2019年农业碳排放与农业经济增长脱钩效应分析结果如表6所示。

表6 2000—2019宁夏农业碳排放脱钩弹性结果†

根据表6的结果，可以发现宁夏2000—2019年农业碳排放脱钩状态主要有四种：弱脱钩、增长连接、强脱钩和增长负脱钩，总体上来看，农业经济增速保持持续正向增长，而农业碳排量相对增长较为缓慢。脱钩状态的总体情况可以分为两个阶段：

2001—2013年是第一阶段，为平稳期。该阶段农业经济始终处于稳定增长态势，年均增长速度为9.26%，同期农业碳排放年均增速为2.11%，要低于农业经济增速，碳排放脱钩特性集中于弱脱钩、强脱钩和增长连接，主要以弱脱钩为主。2000年以来，宁夏紧抓国家实施西部大开发的战略机遇，紧密结合全面减免农业税负，实行了一系列惠农政策，大力推进农业技术推广体系建设，引进推广农业新技术、新技艺，兴修农田水利，实施高标准农田建设，提高农机购置补贴力度，深入开展高素质农民培训，全面实施“化肥农药”双减行动，深入实施有机肥替代化肥行动，极大地激发了农民的农业生产积极性。农业技术进步与绿色生态农业模式的推广，改善了大量投入农业生产资料的粗放型经营模式，推进农业碳排放增速小于农业经济增长速度，因此，该期间以弱脱钩为主，仅在2002年出现了增长连接，2007年出现了强脱钩的弹性特征。

2014—2019年是第二阶段，为波动期。该阶段的农业碳排放呈现“增长-减少-增长”的趋势，农业经济保持增长，但增速略有放缓，年均增速减少为5.56%，同期农业碳排放增速降低为0.73%。2014—2016年，脱钩弹性特征表现为增长连接－弱脱钩－增长连接；2017年表现为强脱钩，2018年为弱脱钩，2019年变化为增长负脱钩。出现这种波动变化的主要原因是自党的十八以来，宁夏深入贯彻落实习近平生态文明思想，进一步削减资源消耗性农业产业，深入实施绿色低碳农业发展行动，大力改善农村人居环境，推动人居与畜牧养殖棚圈相分离，导致这期间原有大量棚圈的拆除和集中新建养殖园区，以及大量畜禽粪污资源化利用设施的新建，使农业碳排放出现了波动反弹。

四、研究结论与对策建议

（一）研究结论

基于2000—2019年宁夏四大类农业碳源，采用碳排放测算公式，分析了宁夏农业碳排放的时序特征，运用Kaya恒等式分析了农业碳排放的驱动机理，并通过Tapio脱钩模型分析了农业碳排放与农业经济增长的脱钩特征，得出如下结论：

一是2000—2019年间宁夏农业碳排放时序特征呈现波动上升的态势，但近几年上升态势趋于平稳。农业碳排放总量从2000年的261.21万吨增长到2019年的413.92万吨，增幅为58.46%；畜牧养殖业为当前农业碳排放的主要来源，且占比呈逐渐上升态势，农地利用和农田土壤碳排放维持在较稳定比例，水稻种植碳排放量呈显著下降。

二是根据Kaya恒等式的分析，发现2000—2019年间农业生产效率、农业产业结构和农业劳动力因素对碳减排具有较强促进作用，农业经济发展水平和城镇化水平因素对农业碳减排具有抑制作用。

三是根据Tapio脱钩模型的研究分析，宁夏2000—2019年农业碳排放脱钩状态主要有四种：弱脱钩、强脱钩、增长连接和增长负脱钩，主要以负脱钩为主，总体来看，农业经济增速保持持续正向增长，而农业碳排放量增长相对较为缓慢。

（二）对策建议

一是大力发展低碳农业，助力农业“碳达峰、碳中和”。按照我国实现“碳达峰、碳中和”的目标任务，加快研究宁夏农业“碳达峰、碳中和”的目标实现路径，积极出台低碳农业发展扶持政策，探索推广低碳农业发展模式，大力推进循环有机农业发展，增强绿色优质农产品供给，进一步提升农业发展质量和效益。

二是加强农技农机农艺融合，提升农业生产效率。积极整合全区农业技术推广资源，因地制宜试验示范先进农业技术，逐步建立绿色高质高效、测土配方精准施肥、农作物病虫害防治、旱作节水农业“四大技术体系”，加大先进农业机械推广应用力度，配套引进适宜旱作农业的先进农业装备，集成和融合品种、栽培和机械化技术，探索全程机械化的合理生产模式，推进农业技术集成化、劳动过程机械化和生产经营信息化，不断提高土地产出率、资源利用率和劳动生产率。

三是加大产业结构调整力度，增强碳减排能力。在深入推进农业特色高效产业发展的同时，加大低碳农业发展力度，宜耕则耕、宜牧则牧，大力推进旱作高效节水农业，逐步扩大特色林果业种植面积，进一步调减水稻种植面积，结合生态环境承受能力，适度缩减畜牧养殖数量，调优产业结构，降低农业碳排放。