农业生产要素对农业碳排放的影响研究——以河南省为例

庞文斌，李文启

(河南工业大学 经济贸易学院，河南 郑州 450000）

一、引言

2021年3月，在中央财经委员会第九次会议上习近平总书记再次强调了推动实现“双碳目标”的重要性。根据国际能源总署网站发布的近年来碳排放数据，中国的碳排放强度（碳排放量/国内生产总值GDP）从2012年的1.22千克/美元下降到2018年的0.72千克/美元，但仍高于许多国家和地区[1]。同时，国务院在2月发布的《国务院关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》中提出想要推动全国绿色低碳循环发展，在生产体系中就需要注重“推动农业生产的绿色发展”[2]。长期以来农业生产都是碳排放的主要贡献者，主要原因是农业生产过程中农作物的呼吸作用；农业生产过程中在农田、牲畜养殖时所施用的化肥、农药；农地薄膜的使用，以及牲畜的呼吸、粪便排放等，都会产生大量的二氧化碳和其他非二氧化碳的温室气体。因此，想要推动农业生产的绿色发展，推动新发展理念的“绿色”理念深入农业，首先就需要减轻农业生产的碳排放量。

河南省一直以来都是我国的种粮大省，但在河南的农业生产地区，有些地区依旧以粗放型生产方式为主，在生产过程中不注重资源的高效利用，对生态资源的环境破坏严重；同时一些地区还存在农药和化肥等一些农用物资的大量使用，使得在河南省碳排放的总量中，农业活动产生碳排放所占的比例不断上升。农业经济增长的代价是碳排放量的逐步增加以及地区生态系统的不断恶化。为进一步推动实现乡村振兴，贯彻新发展理念，推动农村农业生产现代化，农业生产过程中要采取必要的措施推动节能减排，减少农业生产环节的碳排放，而农业生产环节碳排放的调节对于促进农业碳减排有着重要的影响。

为了推动“双碳目标”的早日实现，降低我国整体碳排放量，农业已然成为整体绿色发展的主要战区。在“十三五”收官时期和“十四五”开局之年的关键点上，“双碳目标”下的农业生产发展需要立足新发展理念，与乡村振兴目标协同促进，保证农业生产效率的同时降低农业生产中的碳排放。本文基于农业生产过程中的诸多生产要素的使用，分析农业生产要素可能会对碳排放产生的影响。考虑到河南省农业生产过程中不同的生产要素可能会对农业碳排放产生不同的影响，选取土地、机械、要素使用中的部分内容作为指标，将其作为解释变量，判断这些变量与农业碳排放（被解释变量）之间的关系，根据显著性与解释变量的系数分析众多因素中哪些因素对农业生产碳排放的影响较大。同时针对相关生产要素提出相应的改正措施，启示如何更快实现“双碳目标”，推动农业绿色发展。

二、文献回顾与评述

（一）低碳经济定义的提出

关于碳排放的定义有很多，其中政府间气候变化专门委员会（IPCC）2013年给出的关于碳排放的定义认为碳排放是指包括甲烷和一氧化二氮等非二氧化碳温室气体（greenhouse gas, GHG）在内的总的碳排放量，以二氧化碳为参照值，根据GHG的全球增温潜势（global warming potential, GWP），统一折算为二氧化碳排放当量（CO2-EQ）。尽管相对于二氧化碳排放及其在大气中的浓度，甲烷和一氧化二氮的排放量和浓度要低得多，但是经过换算之后的甲烷和一氧化二氮的GWP分别是二氧化碳的25倍和298倍，在全球变暖的变化量中所占比例为16%和7%以上[3]。因此，在碳排放与碳促进减排方面，甲烷和一氧化二氮的影响不容忽视。

随着世界气候问题的日益严峻，气候问题成为国际关注的重点问题之一，国际社会中也相继开始对低碳经济进行研究。英国工贸部（DTI）指出低碳经济的概念最早来源于英国2003年颁布的《能源白皮书》[4]。鲍健强等认为《京都议定书》促使形成了低碳经济理念[5]。厉以宁等在其文章中指出，著名经济学家尼古拉斯·斯特恩2006年发表的《斯特恩报告》中提出“低碳经济”是一种包括了低碳产业、低碳技术等内容的新兴经济发展趋势，引发了一场全球性变革，让人类的生产方式、价值观念等均发生了颠覆性的变化。低碳经济是目前众多国家推崇的一种转变经济增长的新型发展方式，是培育国家资源利用方面新的竞争优势的重要路径，是一种以低排放、低污染、低能耗为发展方向的经济发展模式。低碳经济发展模式主要表现为能源使用效率的提升、能源结构的重塑及优化以及能源产品消费行为的绿色化[6]。

（二）我国农业发展低碳经济的现状

李波等认为农业经济过程中的生产环节是农业碳排放增加最主要的因素[7]。张卫健等认为，农业既是主要的碳排放源，更有着重要的固碳汇碳作用，固碳减排潜力巨大[8]。金书秦等在文中指出，目前我国农业生产中存在农药和化肥等其他一些农用物质的大量使用，使得在碳排放的总量中，农业活动产生碳排放所占的比例不断上升，目前已经成为其重要的组成部分[9]。李鑫杰等通过分析农业碳排放数据发现，农业碳排放以非二氧化碳为主，总体呈逐年上升的趋势，但在近几年已出现下降趋势，趋近碳达峰[10]。冉光和等认为随着我国农业发展的不断深入和提高，农业碳排放量会出现增加的趋势。在发展的阵痛阶段，农业农村经济的发展会持续影响我国农业碳增量[11]。田云等指出我国农业碳排放年际存在波动，虽然碳排放总量会出现上升趋势，但农业碳排放的强度即农业碳排放的年排放量会出现下降趋势，因此需要掌握各种碳减排方法的实际使用情况和使用效率，明确不同区域农业碳排放的特点，进而对症下药，针对不同地区的问题提出可行的减排方法[12,13]。

（三）我国农业发展低碳经济的问题及对策

李鑫杰等认为我国目前对碳排放测算的广度和深度的研究不够深入，未形成具有中国特色的农业碳减排体系；并且我国农业经济近几年的快速发展，推动着农业碳排放和农业经济增长之间的关系也在不断地变化，我国需要从宏观层面不断深入探索。由于中国农业机械化水平不断提高，农业机械能源消耗带来的碳排放与效率提高所减少的碳排放量或将成为农业碳达峰的最大不确定因素[9]。李国志等通过对1981—2007年期间全国农业能源消耗所产生的碳排放量进行分析，发现经济的快速增长带来能源大量消耗。经济增长越快，能源消耗越大，从而加剧了碳排放量的增加。并且农业生产中农药、化肥的大量使用会加重碳排放[14]。

王林辉等指出面对经济增长中出现的环境质量恶化等问题，政府可以通过环境治理的相关政策进行评估，对不同阶段的具体政策或政策组合进行动态设计，以实现经济与环境的协同共赢[15]。余壮雄认为中央和地方政府通过设定合理目标，允许多样化的协同发展路径，进而推动低碳经济的发展[16]。潘家华等认为低碳技术革新、能源效率提升和能源结构转型等能够推动绿色低碳模式的实现[17]。Wu等认为实现低碳转型，需要根据不同国家的具体情况，对包括技术、市场、政府治理在内的系统结构进行分析[18]。曲福田等指出实施退耕还林还草、适度种植树苗以及对农地的粗放化使用会使碳排放量减少[19]。马永喜等在其文中指出碳减排政策需要各个地方对症下药，根据各地实际情况确定适合该区域的农业碳排放强度目标，有重点地发展低碳农业和生态农业[20]。郑玉雨等以2000—2018年我国31个省区市为研究对象，通过面板向量自回归模型（PVAR），刻画资源消耗、农业产出、农业碳排放之间的动态传导机制。其认为应加强农业集约化生产，充分发展资源再生化模式，探索形成农业绿色化格局新路径，以此来加快实现碳减排目标，推动农业可持续发展[21]。

三、研究设计

目前学者们关于农业碳排放的研究主要着眼于全国整体，以及不同区域之间的面板数据的对比性研究，鲜有针对河南省农业生产碳排放的相关研究。河南省作为粮食大省，农业生产量逐年增加且在全国占据高位，农业生产量的增加不仅提升了河南省农业发展水平和农村居民生活质量，同时也给河南省的农业碳排放量带来了很大的压力。本文基于目前现有的农业生产碳排放的各项指标与碳排放因子计算农业生产碳排放量，结合河南农业生产要素的使用现状，分析出河南农业生产中生产要素对碳排放的影响。

本文实证部分的主要内容是根据2000—2019年的农业生产要素的相关数据，利用时间序列分析方法，构造碳排放与农业生产要素之间的线性关系，找出其中的系数关系。着重研究农业生产要素中土地利用（塑料薄膜、化肥、农药、柴油使用）、牲畜排放、机械使用情况。

（一）变量选取

河南作为农业大省，其农业生产中必然会涉及农田化肥、柴油、田地薄膜以及柴油机械的使用。在农业生产过程中，农田化肥和农药在使用过程中因为露天空气分解和土壤、植被的吸收作用，产生甲烷等温室气体，直接影响农业生产的碳排放量。农用柴油一般被用于机械动力的使用，而使用农用柴油的部分设备如拖拉机、耕地机等，会在柴油转化为机械能时排放大量有毒、有害的气体，也就是之前经常在农田中所见到的机械所冒出的“黑烟”，这种气体长时间直接排放到空气中，会使地区性碳排放浓度增加。农业薄膜所产生的碳排放主要在于使用薄膜后植被、粮食作物的呼吸作用与光合作用，同时还有农村对于农业薄膜使用后处理的情况。由于大多数塑料薄膜的主要成分为聚乙烯、聚氯乙烯等热塑性塑料，如果让其在土壤中自然降解，土壤的结构和肥力会逐渐下降，而选择通过焚烧的方式在田地里直接焚毁薄膜，同样会产生高浓度的酸性气体以及二氧化碳，由此增加农田的碳排放量。对于反刍动物，其生产活动中对农业碳排放的影响主要体现在其呼吸作用与粪便排放上，根据《河南省统计年鉴》可以看出，河南省反刍动物的喂养数量在全国一直处于高位，喂养的数量基数大，所带来的就是呼吸作用以及粪便的处理过程中产生更多的温室气体，从而转化为更多影响碳排放的气体。农业机械的推广使用是河南省农业生产机械化的结果，通过农业机械的使用来提高粮食作物种植、生产、收割效率。同时，农业机械投入使用也会面临影响碳排放的情况：早期投入的机械由于技术不达标或者环境污染管理不够严格，使得其使用过程中加入柴油等一些带有污染性的能源，产生大量的温室气体并直接排入空中。随着人们对农业绿色生产的不断重视，一些新能源农用机械应运而生，其多使用清洁能源，操作过程中对于有害、有污染的气体的处理也更加严格，生产中所产生的气体通过机械中安装的过滤器、净化器或者转换器直接转化成水或者污染较小气体，在排放时通过二次处理，保证污染达到最小。

根据上述河南省农业生产要素的情况，本文选取河南省农业生产的碳排放总量作为被解释变量；通过搜集河南省2000—2019年相关农业数据，选择农田化肥的折纯量、农用柴油使用量、农业塑料薄膜使用量、农田农药施用量、牲畜中的反刍动物（包括马、牛、骡、驴、羊、猪六种牲畜的粪便和呼吸）的碳排放量总和以及农业生产机械使用作为解释变量，以分析这些解释变量在生产过程中对河南省农业碳排放的具体影响。

根据陈亮、胡文涛的研究，农村地区金融的发展程度也会对农业碳排放存在影响，并且会与技术进步形成协同效应共同影响农业碳排放[22]。因此在考虑上述因素对农业的碳排放影响之外，选取了河南省农村地区的银行信贷规模作为控制变量。

（二）模型设定

首先，根据解释变量与被解释变量的个数构建时间序列方程（2000—2019）：

为了消除数据中的异方差问题，同时避免数据在整个值域中的不同区间的差异带来的不同影响，分别对被解释变量和解释变量取对数。此时方程为：

（三）数据来源和描述性统计

首先需要测算河南省碳排放总量。借鉴陈柔等计算碳排放总量的方法，碳排放核算数据包括农业能源消耗量和农业生产碳排放量[23]，其公式为：

式中E为碳排放总量，Ei为不同类型的碳排放量，Qi为不同类型的碳排放系数，Di为上述农业生产的活动数据。通过Qi和Di的乘积可以获得不同生产要素的碳排放。其中Qi所使用的柴油碳排放系数、化肥和农药碳排放系数、农膜碳排放系数、反刍动物肠道发酵和粪便管理因子分别来自陈柔等、IPCC、南京农业大学农业资源、美国橡树岭国家实验室、南京生态环境研究所和Dubey等研究结果[23-27]，具体数据如下列表1所示。

表1 各类排放源的碳排放因子

本文被解释变量由上述公式（1）和表1计算得出。解释变量采用的是河南省农业2000—2019年的数据，农药施用量、农用柴油使用量、化肥使用折纯量、农用塑料薄膜使用量、农业生产机械使用的数据、反刍牲畜（一般指偶蹄动物中的牛、马、驴、骡、猪、羊六种牲畜）的饲养数据、控制变量的农村银行存贷款余额和地区名义GDP均来自《河南省统计年鉴》。各变量的描述性统计如表2所示，其中变量E_all表示碳排放总量，Hfsyl表示化肥使用量，Cysyl表示柴油使用量，Nysyl表示农药使用量，Bmsyl代表薄膜使用量，Machine表示农业机械使用，Animal代表反刍动物的肠道发酵与粪便因子计算得出的碳排放和。

表2 变量描述性统计

由描述性统计可知，河南省碳排放量的最大值出现在2012年；各解释变量与控制变量的最大值集中出现在2012—2015年期间。变量都呈现逐年升高在到达最高值之后，开始降低。

如图1所示，其中农业机械使用在2015年达到最高值，之后出现下降趋势后继续上升；农业碳排放总量总体变化不明显，但仍呈现出下降的趋势。

图1 各指标汇总连线图

四、实证分析

（一）变量单位根检验

对本文相关数据进行时间序列分析之前需要先验证数据序列的平稳性。因为非平稳序列的直接使用可能会导致伪回归问题，影响对结果的分析。因此在进行时间序列的一系列操作之前需要先对原变量序列进行ADF单位根检验。通过使用Eviews8.0软件对河南省2000—2019年二十年观测值的各变量进行单位根检验，在进行单位根检验前，首先对表2中的变量进行取对数处理结果如表3所示：

表3 各变量单位根检验

从表4中可以看出取对数之后各变量都通过了单位根检验。其中河南省农业碳排放总量、反刍动物、薄膜使用量、化肥使用量以及农村金融规模在1%的水平上出现显著相关；而农药使用量、农业机械使用在5%的水平上出现显著相关；柴油使用量在5%的水平上显著相关。

表4 前四个自变量对碳排放的显著性分析

（二）变量的OLS描述性统计

OLS分析主要是研究自变量和因变量之间的数量关系，研究的主要内容是20个观测值中变量之间的相关程度。在表4中说明了前四个自变量（反刍动物、薄膜使用量、柴油使用量、化肥使用量）对碳排放取对数后以及取对数后平方的显著性分析。

在对变量的OLS估计中，该模型的R2为0.998，说明了拟合优度很好。被解释变量被所有解释变量能解释的部分较为充分。其中，反刍动物排放与化肥使用量在1%的水平上对碳排放，以及碳排放的平方显著相关；薄膜使用量在10%的水平上对碳排放以及碳排放的平方显著相关；柴油使用量未通过置信检验。

在表5中说明了后三个自变量（机械使用、农药使用量、农村金融程度）对碳排放取对数后以及取对数后平方的显著性分析。其中R2为0.998，也论证了该式子的拟合优度极好。被解释变量被所有解释变量能解释的部分较为充分。其中，机械使用、农药使用量以及农村金融程度在1%的水平上对碳排放，以及碳排放的平方显著相关。

表5 后三个自变量对碳排放的显著性分析

根据OLS线性回归估计可以得到各自变量对因变量的影响系数，即各变量β的值。由于其中柴油使用量未通过置信度检验，因此放弃将其作为变量加入研究。此时公式（2）就可以写成公式（4）：

同时，对于控制变量农村金融程度来讲，其确实在一定程度上能抑制碳排放，但其作用十分微弱。对于河南省农业生产的碳排放依旧要对传统的生产要素和技术创新要素进行研究。

五、结论及建议

根据实证分析得出农业生产投入要素与农业生产碳排放的关系后，由统计结果可知：农业机械的系数为负，即农业机械化程度越高，碳排放量会降低；农药使用量、化肥使用量、动物粪便排放、薄膜使用量的系数为正，即农业生产中，农药、化肥、薄膜的使用会加剧碳排放量的增加，如公式（4）表明，如果增加100%的化肥使用，就会使得碳排量增加48.8%。

根据各变量系数值，可以看出化肥使用量、动物粪便排放以及农药使用量、薄膜的使用量对农业生产碳排放的影响较大。其中由于化肥和农药的生产、使用和土地分解，产生大量的一氧化二氮、甲烷等温室气体，温室气体又进一步转化为碳排放，从而成为河南省农业生产中影响碳排放的重要成分。反刍动物对碳排放的影响较大主要是河南省所饲养的反刍动物的基数较大。大量反刍动物的呼吸活动会释放二氧化碳，排放粪便会产生大量的甲烷气体，加剧碳排放的增加；同时由于河南省很多农村地区对反刍动物的粪便处理比较落后，粪便的重复利用率不高，依旧采取露天风干或者大规模的农田施肥，使反刍动物的粪便在空气、阳光的作用下不断分解，排放温室气体。

农业机械的使用虽然会抑制碳排放的增加，但由于其系数较小（其系数为-0.091，即机械使用程度提高100%，碳排放减少9%），抑制作用不显著。出现该情况的原因在于不同地区对于机械的使用情况不同，有些农村地区发展程度好，率先使用了绿色节能或者清洁能源等的机械动力，机械效率提高的同时加速了绿色农业的进程；而部分落后地区仅能通过加大柴油、煤油的使用提高机械使用程度，这就使得在统计年鉴上虽然统一标注成机械使用情况，但是存在机械化的提高并没有在很大程度上抑制碳排放。

（一）结论

从1991年开始，中国农业生产前10位省区市的农业生产碳排放量占全国碳排放总量的比重均在50%以上，表明中国农业生产的碳排放集中度较高。其中河南作为农业大省，农业生产的碳排放量是中国农业生产的温室气体排放的重点区域，也是中国未来农业生产温室气体减排的重点省份。

根据上述实证分析得出的结论，在对河南省农业生产过程中减少碳排放提出建议时需针对化肥的使用、农药使用、薄膜使用以及反刍动物精准施策。同时，集约化生产收割能够减轻传统粗放式生产中地区农户分散使用机械、机械使用中能源浪费等问题，提高农用机械使用效率，从而减少碳排放。

（二）建议

针对河南省农业碳排放与各变量的关系，本文提出以下对策建议，促进河南省农业“双碳目标”的早日实现：

针对河南省农业生产土地利用中碳排放量较大的问题，要因地制宜，制定减少碳排放的措施，进而控制河南地区农业碳排放总量。高碳排地区，特别是河南的粮食主产区，需注重普及科学施肥，减少氮、磷、钾化肥的使用量，加快推广使用生物化肥。河南省应综合考虑能源使用情况，实现生物能、电能、化石能源有机统一，推动农业能源使用朝着清洁低碳化方向发展。

河南省农业生产中应注重新兴节能机械的推广使用。政府部门需加快完善农业机械研究的补贴政策，提高节能机械在农村生产的使用。发挥农业政策导向作用，创造低碳农业良好环境。通过财政金融等手段，对农业中低碳排放做出贡献的企业以及低碳机械生产企业给予宽松的信贷支持，以此鼓励低碳农业的高质量发展；同时政府可通过税收补贴方式，对农业生产中高碳排的企业征收高的环境税，促使农业经营者转向对低碳投入品的研发和生产。

河南省需加大对农业碳排放管理人员和农业科技人员的政策扶持，在农村积极宣传节能减排、低碳环保理念。在低碳经济的发展目标下，河南省政府应加大对农业碳排放的相关领域科学人员和农村生态保护支持的政策扶持力度；同时，加大对农业低碳生产的补贴投入，完善基层农业生产设施，加强劳动者的专业素养，提升农业生产技术，科学生产农业产品。