河北省农业净碳汇测算及影响因素分析

黄元生，李兆蓓

（华北电力大学 经济管理系, 河北 保定 071000）

随着中国“碳达峰”和“碳中和”目标的提出，碳减排成为各产业所面临的重要问题。根据国家统计年鉴的产业划分，本文所研究的农业主要指种植业，不包含林业、牧业、渔业等其他产业[1]。相比于其他产业，农业在碳减排方面具有特殊性：一方面，在农业生产过程中，化肥、农药以及农机的使用都会产生碳排放；另一方面，农业作物又可以通过植物细胞自身代谢过程吸收二氧化碳，实现固碳的作用[2]。根据河北省统计年鉴的数据，2020 年农业在河北省第一产业GDP 中占比为50.63%，是第一产业中最主要的产业。本文对河北省过去20 年的农业净碳汇进行测算，并从内部驱动和外部环境两个方面，对影响河北省净碳汇的因素进行了分析，为河北省发展农业碳汇提出了针对性的建议。

一、相关文献综述

近年来人们对于碳汇的作用越来越重视，针对农业碳汇的研究也越来越多。部分研究者通过不同的方法对农业碳汇进行了测算。

胡欢等在研究中，通过建立碳源碳汇科学核算体系，对河北省碳汇进行了测算，并利用灰色预测模型对2014—2030 年的碳排放强度进行预测，据此对碳减排压力进行了分析[3]。刘爱玉等在研究中，根据北京市的土地资源禀赋，对北京市森林、耕地、草地、湿地的碳汇量进行了测算，加总得到北京市2012 年的碳汇总量，并对北京市发展碳汇，控制碳减排提出了政策建议[4]。马涛对上海市的碳源与碳汇情况进行测算，认为上海市具有很大的碳汇潜力，并提出将农业碳汇纳入碳交易市场的建议，以此来改善环境[5]。

农业不仅仅是碳汇，在其生产活动中同样会排放二氧化碳，因此部分学者在测算农业碳汇量的基础上，剔除掉农业生产中的碳排放量，得到净碳汇值。田云等对中国农业净碳汇状况进行了计算与分析，并对其效应进行了研究，得出结论：我国农业净碳汇量保持上升但区域净碳效应差异明显[6]。SHE 等通过收集中国主要作物的相关数据，测算了碳汇量及碳排放量，并计算了水稻、小麦和玉米三种主要作物的年净碳汇总量，并根据测算结果对中国低碳农业发展提出了针对性的政策建议[7]。

农业净碳汇可以反映出农业对于碳减排的贡献度，针对净碳汇测算方法的研究对于农业碳减排具有重要意义。农业碳排放和碳汇是一个相对复杂系统，受到较多因素的驱动，为了探究农业净碳汇的驱动因素及其作用效果，部分学者利用一定方法对农业净碳汇的影响因素进行分析研究。杨果等先是对中国净碳汇量进行了测算，后基于耦合性模型分析了净碳汇与农业经济发展的关系[8]。CUI 等利用1997—2017 年中国31 个省的面板数据，结合碳排放核算公式、泰尔指数法和收敛模型，对碳排放的影响因素进行了分析，结果表明：碳排放总量呈下降趋势，其变化主要受到农村人均GDP、农业财政支持水平、农业机械化程度、农业结构、农村人口规模和城镇化水平的影响，但是影响效应会根据区域不同存在一定的差异[9]。这些研究多数是针对少数指标对于净碳汇的影响关系进行分析，在指标的系统性和全面性上还有深入研究的空间。

结合现阶段国内外农业净碳汇的研究动态，本文对河北省农业净碳汇进行了测算及影响因素分析。本文主要的研究工作及创新点如下：（1）利用碳排放系数法对河北省农业碳排放进行测算，采取作物经济系数和碳吸收率对农业碳汇进行了测算，基于此对河北省2000—2019 年的净碳汇进行测算及分析；（2）从内部驱动和外部环境两个角度选取了若干影响因素，利用VECM 模型和脉冲响应对净碳汇的影响因素及其作用效果进行了分析，并据此为河北省发展农业净碳汇提出参考性的政策建议。

二、研究方法与数据来源

（一） 河北省农业碳排放测算

本文在参考诸多相关学者的碳排放测算方法后，选择使用碳排放系数法[10]来对河北省的农业碳排放进行测算，具体公式如下所示：

其中，C表示农业碳排放总量； Ci表示第i 类碳源的排放量；Ti表示第i 类碳源的规模；Qi代表第i 类碳源的碳排放系数。

通常农业生产过程中的碳排放主要来自于以下几个渠道：首先是在农业种植中，生产和使用化肥、农药和农用塑料薄膜的过程中产生的碳排放；其次，在农业的生产过程中，机械化作业燃烧农用柴油也会产生碳排放；此外，土地翻耕会导致土壤中有机质流失，同样会释放一部分碳源；最后是为灌溉供给能源的燃料燃烧会产生二氧化碳。根据IPCC 发布的数据，以上六种碳源的碳排放系数如表1 所示[11]。

表1 不同碳源碳排放系数

（二） 河北省农业碳汇测算

本文对于农业碳汇的测算工作主要针对农作物在生长过程中所吸收的碳排放，不考虑耕地土壤对碳的吸收[12]。其中，农作物的碳吸收量指植物的生物产量。通过参考李克让[13]的研究工作，本文利用农作物的经济产量和碳吸收率测算不同作物的碳汇量。具体计算公式如下：

其中，C 为农业碳汇总量；Ci为单一种类农产品的碳汇量；k 为农作物种类数；ci为农作物碳吸收率；Yi为农作物的经济产量（本文使用农作物产量进行表示）；r 为农作物经济产量部分的含水量；HIi为农作物的经济系数。其中，本文中各类农作物的碳吸收率及经济系数参照王修兰[14]的研究工作，具体数值如表2 所示。

表2 经济作物经济系数与碳吸收率汇总表

（三） 数据说明及来源

本文所研究的农用化肥、农药、农用塑料薄膜、农用柴油、农业翻耕、灌溉这六种碳源分别使用：农用化肥施用折纯量、农药使用量、农用塑料薄膜使用量、农用柴油使用量、农作物总播种面积、耕地灌溉面积进行表征。

在参考大量文献与资料以及河北省农作物实际种植情况后，本文选择水稻、小麦、玉米、棉花、油料、蔬菜、豆类、薯类、甜菜这九类农作物的产量来对河北省的碳汇量进行测算。

本文根据河北省2000—2019 年样本数据进行分析研究，使用的所有原始数据均来自于国家统计局以及河北省统计年鉴，期间个别缺失数据采用趋势外推法进行补充。

（四） 实证方法

1. ADF 检验

为避免非平稳时间序列的变量在协整以及因果检验过程中出现伪回归或是因果关系错误的情况，在进行VAR 模型或VECM 模型分析前，需对序列进行单位根检验来判断序列是否平稳。本文使用ADF 检验判断单位根存在与否。

2. VECM 动态模型

VECM（向量误差修正）模型是建立了协整约束的VAR 模型，作为时间序列模型既可以表达时间序列变量之间的相互作用，同时又能汇报出长期均衡结果。考虑到本文选取的外部影响因素和内部影响因素与河北省农业净碳汇之间具有时间上的自相关性，且各个变量之间相互影响、相互解释，本文构建VECM 模型对农业净碳汇做进一步研究。构造VECM 模型前要对协整的存在性和模型滞后阶数进行检验。协整方程为：

VECM 模型为：

上式中，α1和α2表示调整速度。

3. 脉冲响应函数

脉冲响应是分析输入变量和输出变量响应关系的函数。在连续时间的系统中，如果输入的脉冲函数为δ（t），则系统输出的函数h（t）被称为脉冲响应函数。在实际应用中，输入信号经常使用伪随机信号，输入输出的互相关函数Ruy（t）可通过计算机获得，则h（t）=（1/k ）Ruy（t），这种计算方法最为常见[15]。

三、河北省农业净碳汇测算及影响因素分析

（一） 河北省碳排放测算结果

根据河北省农业碳排放的测算结果（表3）可以看出：2000—2019 年间整体趋势表现为先增后减。在2000—2007 年期间有小幅增长，于2007 年达到最大值，这是化肥、农药和农膜使用的碳排放的持续增加导致的，同时农用柴油使用和农作物翻耕引起的碳排放均在2007 年达到峰值。在2007 年后碳排放量越来越小，呈平稳下降态势。这主要是因为农业的碳排放污染逐渐引起了重视，河北省在2007 年开始主动采取措施，控制农业的碳排放。

表3 河北省农业碳排放总量（万吨）

分别来看，农用化肥、农业翻耕及农业柴油产生的碳排放占比较大，碳排放总量基本与这三种占比较大的碳源增减变化一致，且整体来看，河北省的碳排放总量受农用柴油的影响最大，因其他两个占比较大的碳源在20 年间数值变化整体较小，而农用柴油使用所产生的碳排放在20 年间变化较大，影响着碳排放总量。从降低碳排放总量的角度看，可以控制化肥和农用柴油的使用量，调整农业翻耕面积，以进一步减少碳排放。

（二） 河北省农业碳汇测算结果

由表4 结果可知，河北省的农业碳汇量在2000—2019 年间呈现稳步增长趋势，20 年间增长了约38%，这主要得益于现代农业生产技术与水平的整体提高、全国各地环境保护意识的加强以及河北省多年来一直重点关注着地区内的生态环境保护以及发展绿色农业。

表4 河北省农作物碳汇量（万吨）

研究河北省农业碳汇量构成可知，小麦和玉米是碳汇贡献度最高的作物，主要原因在于其在河北省的播种面积较大，经济产量较大，长期来看这两种农作物在以后仍是河北省碳汇量的主要贡献来源。此外，河北省的蔬菜产量虽是农作物中最大的，但是蔬菜的碳汇量却不高，原因为蔬菜作物的含水量较大，在计算碳汇过程中含水量越大实际产生的碳汇量就越小。

通过观察20 年间各农作物的经济产量以及碳汇量可以看出，除了小麦、玉米、薯类、甜菜的产量整体呈增长趋势外，其他农作物产量均有所减少。出现这种情况可能是市场经济作用的结果，农业的生产结构开始改变，某些作物的产量在某一年后开始降低，从而导致碳汇量的降低。但反观河北省的碳汇总量，在这期间却一直稳步增长。综合来看，部分作物减产并未导致河北省总碳汇的降低，农业总体产量的增长和种植水平的提高，使得农产品在单位面积上可以实现更高的产量。以上可以说明：对于河北省而言，更新农业技术、提高种植水平是发展碳汇的有效途径。

（三） 河北省农业净碳汇测算结果

由表5 与图1 可知，近20 年来河北省的农业净碳汇整体呈稳步上升态势，有轻微浮动。结合上文我们对近20 年河北省农业碳排放和农业碳汇的分析来看，农业净碳汇的波动上升趋势的主要原因是：农业碳汇稳步增长；相较于碳汇而言，农业碳排放的数值浮动较小。这表明，农业碳汇的增长是农业净碳汇增长的最主要原因。

图1 河北省农业碳排放、碳汇量、净碳汇量对比图（万吨）

表5 河北省农业净碳汇量（万吨）

在过去的20 年间，由于种植科技的进步以及耕地单位亩产量的增加，农业碳汇稳步提高；同时，随着政府和农业工作者减排意识的提高，耕种形式越来越绿色环保，农业碳排放逐渐在最近几年逐渐降低，因此河北省的农业净碳汇呈现出波动上升的趋势。

（四） VECM 动态分析

本文根据河北省的实际情况，选取2000—2019 年的相关数据，构建了基于协整约束的向量误差修正模型，即VECM 模型，对河北省农业净碳汇量的影响因素进行研究。从全面性的角度出发，本文选取了外部因素和内部因素来进行分析，外部因素有：河北省农业生产总值（NYGDP）、河北省农产品总出口（ZCK）；内部因素有：河北省农业机械总动力（JX）、河北省除涝面积（CL）、河北省水土流失治理面积（STLS）、河北省受灾面积（SZMJ）、河北省水资源总量（SZY）、河北省农业用水量（YSL）以及河北省农业净碳汇（JTH）。

1. 平稳性检验

本文利用ADF 检验方法对影响因素时间序列的平稳性进行检验。本文利用EViews 软件进行计算，计算结果为：农业生产总值、农产品总出口、农业机械总动力、除涝面积、水土流失治理面积及农业净碳汇均为一阶差分平稳序列；而受灾面积、水资源总量、农业用水量等因素的原序列及一阶差分序列均平稳。因此，各序列的一阶差分序列均平稳，符合协整检验的前提要求。

2. 协整检验

本文使用Johansen 协整检验分析变量间的协整关系。要先确定最优滞后阶数，利用EViews 软件进行计算，由AIC 和SC 最小准则和LR 检验，确定本文的最优滞后阶数为1 阶。

由于影响因素的时间序列长度较短，难以对多变量同时检验，检验结果可能会出现不准确现象，因此本文使用Johansen 协整检验分别对河北省农业净碳汇的影响因素进行逐个检验，检验的具体结果如表6 所示。

表6 协整检验结果

本文以农业生产总值（NYGDP）和农业净碳汇之间的协整检验结果为例：迹统计量检验的结果显示，第一列的“None”表示检验原假设是：“存在零个协整关系”。该假设下的迹统计量大于临界值，表明至少存在一个协整关系。按照该逻辑，继续考察，“Atmost1”表示“至多存在1 个协整关系”的原假设，该假设下的迹统计量大于5%的临界值，表明在5%的置信水平下，农业生产总值与净碳汇间存在两个协整关系。以此类推，农产品总出口、农业机械总动力、除涝面积、水土流失治理面积、受灾面积、水资源总量、农业用水量与农业净碳汇之间均存在着2 个协整关系，均存在长期均衡关系，可进一步建立VECM 模型。

3. 格兰杰因果检验

格兰杰因果关系检验（Granger causality test）是一种假设检定的统计方法，检验一组时间序列x 是否为另一组时间序列y 的原因。本研究采用Eviews 10 对各个影响因素与净碳汇量之间的格兰杰关系进行检验，表7 为本次格兰杰因果检验的结果。

表7 格兰杰因果检验结果

通过表7，在5%的置信水平下可以得出：（1）河北省的农业总产值与农业净碳汇之间存在着双向的格兰杰因果关系，较为显著；（2）河北省的农业总出口、除涝面积、水土流失治理面积、水资源总量、农业用水量与净碳汇间均存在着单向的格兰杰因果关系，因此这些因素均会对净碳汇造成一定程度的影响。（3）河北省的农业机械总动力、水土流失治理面积与净碳汇间互相不存在较为显著的格兰杰因果关系。

4. 脉冲响应

根据格兰杰因果检验结果，本节对具备双向或单项格兰杰因果关系的指标进行脉冲响应分析，分析这些变量对于河北省农业净碳汇的冲击。我们将总的滞后期数确定为10 期，外部因素脉冲响应结果如图2 所示，内部因素脉冲响应结果如图3 所示。

图2 外部影响因素对于净碳汇变动的脉冲响应

图3 内部影响因素对于农业净碳汇变动的脉冲响应

在脉冲响应分析图中，横轴代表追踪期数，纵轴代表响应水平。下面结合图2，对外部因素的脉冲响应进行分析。

农业生产总值：当农业生产总值对农业净碳汇作出正向冲击时，净碳汇表现为正向响应，效果明显。从第3 期后开始平稳下降，在第10 期时逐渐趋向于零，这说明河北省农业生产总值的变动在短期内会使得河北省农业净碳汇呈正向响应且增长较为明显，长期来看，其影响能力会逐渐减弱。

农业总出口：当给定1 单位冲击，农业净碳汇先是表现出正向响应，于第2 期开始呈现负向响应并到达最小值，后开始平稳小幅度增长，在第3 期达到正值，后延续到第6 期开始继续呈现负向响应，响应效果基本维持稳定。这说明河北省农产品总出口的变动在短期内会使得河北省农业净碳汇呈增长态势，长期来看，农产品总出口的增加可能会使净碳汇减少。

结合图3，对内部因素的脉冲响应进行分析：

农业机械总动力：给定1 单位冲击，净碳汇先是负向波动，从第2 期开始变呈现正向波动，在第3 期达到峰值，此后一直呈现长期稳定的正向影响，表明机械总动力的投入会使农业净碳汇有明显增加，其对净碳汇的发展起着较为明显的推动作用。

水土流失治理面积：此因素对于净碳汇的影响虽在第1 期有短期负相关，从第2 期转变为正向响应，且长期处于在稳步上升，这表明水土流失治理面积对于农业净碳汇的增加具有显著的积极影响，响应程度相对较大。

受灾面积：给定1 单位的冲击，带给净碳汇的影响是正向波动的且逐渐增强，整体上呈上升态势，由于河北省的受灾面积是随着年份逐渐减小的，故说明随着受灾面积的减少最终会使得农业净碳汇量逐渐增加。

除涝面积：给定1 单位的冲击，净碳汇先是表现出正向响应，在第2 期时负向响应下降至了最小值，从第3 期开始正向波动，后期有小幅度波动，整体呈现正向响应，长期来看最终趋向于零。这表明，短期内除涝面积的增加可能会造成农业净碳汇短暂的降低，但长期来看，这一影响因素有利于农业净碳汇的发展且作用明显。

水资源总量：此因素的冲击使净碳汇先是正向波动，在第2 期达到峰值，后影响能力开始减缓，在第3 期开始呈现负向响应且达到最小值，后开始较为平稳的小幅正向波动，长期来看最终逐渐趋向于零。河北省水资源总量的增加短期内会带来农业净碳汇的增加，长期呈负向影响。

农业用水量：给定1 单位冲击，净碳汇先负向响应，在第2 期开始呈现正向响应并达到最大值，但从第4 期开始继续呈现反向波动，整体来看，农业用水量对于农业净碳汇的冲击呈现负向响应。农业用水量的增加短期内会使得农业净碳汇增加，但长期可能会造成农业净碳汇量的下降。

四、结论与建议

（一） 河北省要进一步促进农业经济的发展

通过本文研究结果可知，河北省的农业生产总值（NYGDP）对于农业净碳汇有着较为显著的积极影响，其发展能够促进净碳汇量的增加。故河北省应大力发展农业经济，进一步提高农业生产总值。政府应起到正向的引导作用，首先要加强农业发展的政策支撑，对于省内的农业如何发展、发展速度等做进一步的详细指示；其次要发展科技农业、绿色农业、品牌农业、质量农业，推动全省的农业现代化；最后，持续优化农业生产体系和经营体系，进一步推动河北省农业发展质量提升，进而促进河北省农业生产总值的提高。

（二） 适当加强农产品的对外出口

目前，河北省农产品在出口贸易方面还相对薄弱，农产品出口总量相对较小，且增长速度较为缓慢。根据上文的研究可知，农产品总出口量（ZCK）会影响农业净碳汇的发展，短期内，它对净碳汇有着较强的推动作用，故合理优化农产品的产量与质量，进一步加强对外出口，这对于河北省的农业增汇有着显著的积极影响。建议河北省政府进一步出台相关政策，鼓励外向型企业的发展，从政策与资金角度扶持一些外贸的龙头企业，使其带动省内的出口贸易。河北省还应注重农产品品牌的创立与注册，打造农产品知名国际品牌，如保定酱菜、藁城强筋小麦、新乐花生、无极黄瓜等等。此外，还要加强对于农产品的健康安全监测，保证出口产品的健康安全。最后，河北省应拓宽农产品出口市场，在稳定日本、韩国、印尼、美国、德国这五大出口市场的前提下，不断发掘新市场。

（三） 不断提高农业种植科技水平

通过研究可知，农业机械总动力（JX）对于农业净碳汇的发展具有较为明显的推动作用，投入机械动力越大，净碳汇量会呈增长态势，故农业机械化水平和整个种植业科技水平的提高，对于发展农业净碳汇有着积极意义。河北省应树立现代农业发展的新理念，不断提高农业的科技水平，加大科技投入，促进农业的健康稳定发展，在此基础上继续减碳增汇。

（四） 增强水土流失治理、减少受灾面积

研究表明，水土流失治理面积（STLS）的增加和耕地受灾面积（SZMJ）的减少能够有助于农业净碳汇量的稳步增长。本文认为在水土流失治理和减少受灾面积方面，一是要加强宣传教育，河北省可以通过对于水土保持等法律法规的宣传，增强社会各界的防患意识；二是河北省政府应针对省内实际情况，制定合理的相关法律法规，以政策调动人民参与治理与保护的积极性；三是在减少省内受灾面积的预防措施上，要继续坚持防风防洪工程，并进一步健全各种灾害的监测预报和信息管理系统。

（五） 合理使用水资源

通过前文研究可知，河北省的水资源总量（SZY）和农业用水量（YSL）在短期内都会对农业净碳汇量产生积极的推动作用，但长期来看，过多地投入或不合理使用可能会使净碳汇呈现出负增长的趋势；且河北省自身的水资源较为匮乏，多年来一直通过南水北调工程来弥补自身水资源不足的情况，截至2021 年12 月，南水北调工程已为河北省累计分水超过130 亿立方米。故基于此前提，本文建议河北省要注重合理使用水资源，合理投入农业用水量，切不可一味地过多投入使用，而是要在节约用水和减少水资源污染的前提下稳步提高农业的有效灌溉水平。此外，河北省还要继续合理地、科学地利用北调水，建议加强监测与管理，减少水资源浪费，发挥出水资源的最大作用，进一步获得更大的经济、社会以及生态效益。