河南省農(nóng)業(yè)碳排放時(shí)空特征及影響因素研究

劉立平

（河南教育學(xué)院 地理系，鄭州450046）

近年來(lái)全球氣候發(fā)生了巨大變化，全球變暖越來(lái)越成為共識(shí)。由全球變暖所引發(fā)的一系列的環(huán)境問(wèn)題也越來(lái)越受到重視。導(dǎo)致全球變暖的一個(gè)重要的原因就是大量的碳排放。為了緩解全球變暖壓力，必須控制碳的排放量。農(nóng)業(yè)不僅是易受氣候變化影響的產(chǎn)業(yè)，也是產(chǎn)生碳排放的碳源?！吨腥A人民共和國(guó)氣候變化初始國(guó)家信息通報(bào)》指出農(nóng)業(yè)溫室氣體排放總量約占到全國(guó)排放總量的17%，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的碳減排也越來(lái)越受到重視。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)農(nóng)業(yè)碳排放變化的研究大多集中在國(guó)家層面［1－3］，對(duì)不同省份的農(nóng)業(yè)碳排放的研究還存在不足，對(duì)于河南省的研究?jī)H有趙榮欽等從碳源／匯的角度分析了河南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳排放情況［4］。河南作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大省，分析和準(zhǔn)確把握其農(nóng)業(yè)碳排放的時(shí)空特征和影響因素，對(duì)科學(xué)制定農(nóng)業(yè)碳減排政策具有重要的意義。

1 河南省農(nóng)業(yè)碳排放測(cè)算方法及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 測(cè)算方法

農(nóng)業(yè)碳排放是指農(nóng)業(yè)（種植業(yè)）生產(chǎn)過(guò)程中由于化肥、農(nóng)藥、能源消費(fèi)，以及土地翻耕過(guò)程中所直接或間接導(dǎo)致的溫室氣體的排放。故農(nóng)業(yè)的碳排放主要源于化肥、農(nóng)業(yè)、農(nóng)膜、農(nóng)業(yè)機(jī)械、土地翻耕和灌溉過(guò)程中所導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)直接或間接的碳排放［1］。

碳排放估算公式為：

其中：E——農(nóng)業(yè)的碳排放總量；Ei——各種碳源的碳排放量；Ti——各碳排放源的量；δi——各碳排放源的碳排放系數(shù)。

本文的各碳源的碳排放系數(shù)參照李波歸納的農(nóng)業(yè)碳排放系數(shù)［1］，分別為化肥0.895 6，農(nóng)藥4.934 1，農(nóng)膜5.18，柴油0.5927；翻耕312.6kg／km2，農(nóng)業(yè)灌溉25kg／hm2。由于河南省火力發(fā)電占總發(fā)電量的比例較高，達(dá)到98%以上，故在此本文中未對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉的碳排放系數(shù)再進(jìn)行調(diào)整。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

文中所涉及數(shù)據(jù)均來(lái)自各年度河南統(tǒng)計(jì)年鑒?；省⑥r(nóng)藥、農(nóng)膜、柴油數(shù)據(jù)以當(dāng)年實(shí)際使用量為準(zhǔn)；翻耕數(shù)據(jù)以當(dāng)年農(nóng)作物實(shí)際播種面積為準(zhǔn)；農(nóng)業(yè)灌溉以當(dāng)年實(shí)際灌溉面積為準(zhǔn)。由于數(shù)據(jù)獲得的限制性，文章選取1998—2011年的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)序特征分析。種植業(yè)增加值和農(nóng)林牧漁增加值數(shù)據(jù)均來(lái)自2012年的《河南省統(tǒng)計(jì)年鑒》，考慮到經(jīng)濟(jì)發(fā)展中價(jià)格不斷變化的因素，以實(shí)價(jià)計(jì)算的產(chǎn)值不能進(jìn)行縱向?qū)Ρ?，可選擇采用可比價(jià)格換算，以1998年作為價(jià)格基準(zhǔn)年來(lái)進(jìn)行分析對(duì)比。

1.3 研究方法

Kaya碳排放恒等式是由日本教授Yoichi Kaya于1989年在聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）研討會(huì)上最先提出的［5］。他是用數(shù)學(xué)的方法將人類社會(huì)活動(dòng)產(chǎn)生的碳排放與經(jīng)濟(jì)、政策和人口等因素建立起聯(lián)系。根據(jù)該恒等式，碳排放主要是由人口、生活水平、能源使用強(qiáng)度和碳排放強(qiáng)度所決定的。具體公式如下：

其中：C——碳 排 放 量；E——能 源 消 耗 總 量；GDP——國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值；P——人口總量；CI——能源結(jié)構(gòu)因素；EI——能源效率因素；G——經(jīng)濟(jì)規(guī)模因素；P——人口規(guī)模因素

由于本文主要研究的是農(nóng)業(yè)碳排放因素分析，結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，對(duì)該恒等式進(jìn)行適當(dāng)變形，得到如下結(jié)果：

式中：C——碳排放量；AGRI——種植業(yè)增加值；AGR——農(nóng)林牧副漁增加值；P——農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力規(guī)模；EI——農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率因素；AI——農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)因素；EL——農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。

鑒于農(nóng)業(yè)部門之間無(wú)論產(chǎn)量還是規(guī)模的量化方式均不一致，為了便于分析，以產(chǎn)值代替規(guī)模，統(tǒng)一采用產(chǎn)值作為比較量。殘差的存在不能很好地解釋碳排放的變化，為了更好地利用Kaya恒等式進(jìn)行分析，對(duì)該恒等式進(jìn)行小的修改，去掉了暫時(shí)無(wú)法用于解釋的殘差［6］。

式中：ΔEIt——從T－1年到T年僅有單位種植業(yè)產(chǎn)值碳排放強(qiáng)度變化而其他因子未發(fā)生變化導(dǎo)致的碳排放量相對(duì)于基年的碳排放量變化；ΔAIt——從T－1年到T年僅有農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而EI保持在T年水平條件，并且AGRI保持在基年水平而產(chǎn)生的碳排放量的變化；ΔELt——T－1年到T年僅有農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平發(fā)生改變，而EI、AI均保持在T年水平條件下碳排放量的變化；ΔPt——T－1年到T年僅有農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力規(guī)模發(fā)生改變而EI、AI、EL均保持在T年水平條件下碳排放量的變化。

通過(guò)變形可以分別得到以下公式：

事實(shí)上，這是一種沒(méi)有殘差的分解方法，這可以通過(guò)公式（6）、（7）、（8）、（9）來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證，可以得到：

2 結(jié)果與分析

2.1 河南省農(nóng)業(yè)碳排放的時(shí)序特征

根據(jù)公式（1），計(jì)算出1998—2011年的河南省農(nóng)業(yè)碳排放量，詳見(jiàn)表1。

表1 1998－2011年河南省農(nóng)業(yè)碳排放量情況

圖1 1998－2011年河南省農(nóng)業(yè)碳排放總量與年均環(huán)比增速

由表1看出，1998年河南省的農(nóng)業(yè)碳排放量為488.9萬(wàn)t，2011年為828.57萬(wàn)t，年平均增長(zhǎng)率為3.84%。從環(huán)比增速情況來(lái)看，河南省農(nóng)業(yè)碳排放總量的環(huán)比增長(zhǎng)率呈現(xiàn)階段性波動(dòng)態(tài)勢(shì)（見(jiàn)圖1）?；?、農(nóng)藥、農(nóng)膜、農(nóng)用柴油、灌溉、翻耕等所產(chǎn)生的碳排放量都表現(xiàn)出不同程度的增長(zhǎng)，年均遞增率分別為4.12%，5.17%，2.51%，2.41%，0.91%，0.95%。隨著碳排放總量的增加，河南省碳排放的強(qiáng)度也在增加，從1998年的389.04kg／hm2增長(zhǎng)到2011年的581.1kg／hm2，年均增長(zhǎng)率為2.91%。從環(huán)比增速看，河南省農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度的環(huán)比增長(zhǎng)率總體上呈現(xiàn)下降態(tài)勢(shì)（見(jiàn)圖2）。排放量的增速抑制。第二階段（2002—2008年）為快速增長(zhǎng)階段。此階段中2003年、2007年為異常點(diǎn)，主要是由于河南省遭受干旱、凍害、洪澇等災(zāi)害影響，致使該年度灌溉面積減少，柴油、農(nóng)藥、化肥的使用量也隨之減少，造成農(nóng)業(yè)碳排放量環(huán)比增速出現(xiàn)負(fù)值。剔除兩個(gè)異常點(diǎn)可發(fā)現(xiàn)，此階段的環(huán)比增速呈現(xiàn)快速上揚(yáng)的趨勢(shì)，2006年的環(huán)比增速達(dá)到8.81%。主要原因是在此階段河南省相繼出臺(tái)了一些惠農(nóng)政策，如2004年打造中原糧食生產(chǎn)核心區(qū)以保護(hù)基本農(nóng)田，2005年率先在全國(guó)取消農(nóng)業(yè)稅，進(jìn)行農(nóng)機(jī)項(xiàng)目補(bǔ)助。這些措施刺激了農(nóng)民的積極性，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)水平的恢復(fù)提高導(dǎo)致農(nóng)業(yè)碳排放量的快速增加。第三階段（2009—2011年）為增速下降階段。政府通過(guò)政策引導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)資源節(jié)約、生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要性，通過(guò)降低生產(chǎn)成本實(shí)現(xiàn)增收，推進(jìn)節(jié)約農(nóng)業(yè)，提高了農(nóng)業(yè)資料的使用率以及秸稈、生產(chǎn)廢棄物的再利用率。這些措施對(duì)農(nóng)業(yè)的碳排放起到了抑制作用。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)低碳化的推進(jìn)，河南省農(nóng)業(yè)的碳排放增速會(huì)繼續(xù)放緩。

1998—2011年間河南省農(nóng)業(yè)碳排放量波動(dòng)趨勢(shì)可分為三個(gè)階段：第一階段（1998—2001年）為增速放緩階段。此階段中，碳排放量總量從1998年的488.9萬(wàn)t增長(zhǎng)到2001年的559.11萬(wàn)t，但是年環(huán)比增速卻呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，從4.67%下降到3.59%。該時(shí)期內(nèi)由于三農(nóng)問(wèn)題的壓力，造成一部分從業(yè)人員棄農(nóng)務(wù)工，且對(duì)農(nóng)業(yè)資料的需求放緩，從而對(duì)農(nóng)業(yè)碳

圖2 河南省農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度及年均環(huán)比增速

2.2 河南省農(nóng)業(yè)碳排放的空間特征

（1）總量特征。從2011年河南省各市農(nóng)業(yè)碳排放總量看，排放量較高的為南陽(yáng)、周口、駐馬店、信陽(yáng)、新鄉(xiāng)，5市的排放總量約占到全省農(nóng)業(yè)碳排放總量的50%。而濟(jì)源、鶴壁、三門峽，三市的碳排放量?jī)H占到全省排放量的3.4%。從排序結(jié)果看，碳排放總量較大的市不僅耕地面積大，而且其農(nóng)業(yè)在區(qū)域經(jīng)濟(jì)中占據(jù)的比重也較高（表2）。

表2 2011年河南省各市農(nóng)業(yè)的碳排放情況

（2）碳排放強(qiáng)度特征。由于剔除了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的影響，農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度比碳排放總量更能反映各市的碳排放情況。碳排放強(qiáng)度較高的市有濟(jì)源、新鄉(xiāng)、平頂山、鄭州、安陽(yáng)，碳排放強(qiáng)度均超過(guò)了1 110 kg／hm2。碳排放強(qiáng)度較低的市有洛陽(yáng)、駐馬店，碳排放強(qiáng)度均不超過(guò)760kg／hm2。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，碳排放強(qiáng)度較高的區(qū)域大多為經(jīng)濟(jì)條件較好、地勢(shì)相對(duì)平坦的區(qū)域，這有利于各種農(nóng)業(yè)資料的投入使用，尤其是大型農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用。如濟(jì)源，雖然其耕地面積少，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小，但其碳排放強(qiáng)度卻高居全省之首，說(shuō)明其依然有比較高的化肥、農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)資料的投入。而碳排放強(qiáng)度較低的區(qū)域大多位于經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后，多山地的區(qū)域。如洛陽(yáng)，雖然洛陽(yáng)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展在省內(nèi)居于前列，但由于洛陽(yáng)所轄區(qū)域地形較為復(fù)雜，山地、丘陵多，平原少，不利于農(nóng)業(yè)機(jī)械等農(nóng)業(yè)資料的廣泛使用，所以碳排放強(qiáng)度較低。

2.3 河南省農(nóng)業(yè)碳排放影響因素分析

通過(guò)總貢獻(xiàn)量分析看，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率因素、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)因素、勞動(dòng)力規(guī)模因素在一定程度上抑制了農(nóng)業(yè)碳排放的總量，但是作用有限（表3）。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率因素對(duì)河南省農(nóng)業(yè)碳減排總貢獻(xiàn)量達(dá)46.36萬(wàn)t，貢獻(xiàn)率達(dá)13.63%。說(shuō)明近年來(lái)河南省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的使用效率得到提高，但是由于受到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式整體較為落后的大環(huán)境影響，總體上還處于低位增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。所以雖然農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率提高在一定程度上促進(jìn)了河南省農(nóng)業(yè)的碳減排，但是作用有限。

農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)因素對(duì)于河南省農(nóng)業(yè)碳減排的總貢獻(xiàn)量達(dá)34.75萬(wàn)t，貢獻(xiàn)率為10.23%。農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)因素的變化說(shuō)明河南省種植業(yè)在河南省農(nóng)業(yè)中的比重在逐漸降低，而農(nóng)業(yè)的碳排放主要來(lái)源于種植業(yè)，種植業(yè)比重的下降也促進(jìn)了河南省農(nóng)業(yè)的碳減排。但是由于河南省農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化幅度較小，故農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)因素對(duì)河南省農(nóng)業(yè)減排的作用亦是有限。

勞動(dòng)力規(guī)模因素對(duì)于河南省農(nóng)業(yè)碳減排總貢獻(xiàn)量達(dá)86.65萬(wàn)t，貢獻(xiàn)率為25.51%，在影響河南省農(nóng)業(yè)碳排放的4個(gè)因素中對(duì)抑制碳排放貢獻(xiàn)最大。說(shuō)明由于農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力向非農(nóng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)移，提高了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率和實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)營(yíng)，進(jìn)而促進(jìn)了河南省農(nóng)業(yè)碳減排。

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展成為了河南省農(nóng)業(yè)碳排放增加的最主要因素。1998—2011年相比基期，規(guī)模因素累計(jì)產(chǎn)生了507.42萬(wàn)t的碳排放增量，貢獻(xiàn)率達(dá)149.39%。說(shuō)明河南省的農(nóng)業(yè)發(fā)展主要是依靠資源的投入。尤其是在2003年后由于農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生的碳排放增量快速增加，這主要是由于在2003年后河南省一些惠農(nóng)政策的實(shí)施，刺激了農(nóng)民種田的積極性，使全省的農(nóng)業(yè)發(fā)展水平得到了快速提高。但是這種以資源投入所帶來(lái)的發(fā)展水平提高也促進(jìn)了碳排量的升高。

3 討論與結(jié)論

3.1 提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，降低碳排放強(qiáng)度

河南省農(nóng)業(yè)發(fā)展普遍存在著農(nóng)業(yè)資料利用水平偏低的情況。河南省平均化肥施用量為517.5kg／hm2［7］，遠(yuǎn)高于全國(guó)的平均水平319.5kg／hm2［7］。而我國(guó)的主要糧食作物肥料利用率水平也低于國(guó)際水平。農(nóng)業(yè)機(jī)械利用效率方面河南也低于全國(guó)平均水平。河南農(nóng)機(jī)利用效率水平為2.88kW／萬(wàn)元［8］，全國(guó)的農(nóng)機(jī)平均利用效率為2.51kW／萬(wàn)元［9］。鑒于此，河南省通過(guò)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率來(lái)降低農(nóng)業(yè)碳排放還有較大的空間。河南省可通過(guò)農(nóng)業(yè)科技的普及，通過(guò)政策傾斜等措施引導(dǎo)農(nóng)民進(jìn)行科學(xué)種田，提高農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的碳減排。

3.2 優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，從源頭控制碳排放

當(dāng)前，河南省農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)仍以種植業(yè)為主，牧、漁、林業(yè)發(fā)展水平相對(duì)滯后，尤其是漁業(yè)、林業(yè)水平更低。因此，河南省農(nóng)業(yè)在今后發(fā)展中應(yīng)在確保糧食安全的情況下減少種植業(yè)比重，適當(dāng)向其他產(chǎn)業(yè)擴(kuò)展。而在產(chǎn)業(yè)內(nèi)部，也應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化種植業(yè)結(jié)構(gòu)，減少高投入、高消耗的農(nóng)作物的種植，增加高產(chǎn)、抗逆農(nóng)作物品種種植，從碳排放的源頭減少碳的排放。

3.3 擴(kuò)寬就業(yè)渠道，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的轉(zhuǎn)移

河南省是人口大省，擁有豐富的勞動(dòng)力資源，并且農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力資源所占的比重較大。但是河南省勞動(dòng)力的生產(chǎn)效率卻低于全國(guó)平均水平，全國(guó)勞動(dòng)力平均糧食產(chǎn)量為2 147.9kg／人［9］，河南省的勞動(dòng)力平均糧食產(chǎn)量為2 075.8g／人［9］?？梢?jiàn)，豐富的勞動(dòng)力資源并沒(méi)有促進(jìn)河南省農(nóng)業(yè)發(fā)展的發(fā)展水平。由于農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的轉(zhuǎn)移可以間接促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的提高，和相應(yīng)農(nóng)業(yè)資料投入的減少，客觀上對(duì)農(nóng)業(yè)碳減排起到了抑制作用，所以，河南省可通過(guò)擴(kuò)寬就業(yè)渠道，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)富余勞動(dòng)力的轉(zhuǎn)移，來(lái)減少農(nóng)業(yè)碳排放的總量。

3.4 樹(shù)立低碳意識(shí)，轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式

通過(guò)加強(qiáng)宣傳，使廣大農(nóng)民和農(nóng)業(yè)從業(yè)者充分認(rèn)識(shí)到氣候變化問(wèn)題的復(fù)雜性和長(zhǎng)期性，農(nóng)業(yè)發(fā)展不僅是受到氣候條件和氣候變化的影響，而且農(nóng)業(yè)的發(fā)展也會(huì)對(duì)氣候變化產(chǎn)生影響，樹(shù)立低碳發(fā)展的意識(shí)。

現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)發(fā)展方式為粗曠的高投入、高產(chǎn)出的模式，對(duì)農(nóng)資資料具有高依賴性。按現(xiàn)有發(fā)展方式繼續(xù)發(fā)展的話，將會(huì)形成農(nóng)業(yè)發(fā)展水平越高，碳排放量越高的惡性循環(huán)。因此，要實(shí)現(xiàn)河南省農(nóng)業(yè)的低碳發(fā)展必須要轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式。將傳統(tǒng)的“重投入、輕效率，重規(guī)模，輕效益”的片面追求產(chǎn)量增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)效益的傳統(tǒng)發(fā)展模式摒棄，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)投入重視效能，農(nóng)業(yè)發(fā)展注重經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境綜合效益的新的發(fā)展模式，只有這樣才能真正實(shí)現(xiàn)河南省農(nóng)業(yè)的碳減排。

3.5 增加低碳農(nóng)業(yè)投入，實(shí)施政策引導(dǎo)

根據(jù)河南省農(nóng)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，要想推進(jìn)低碳農(nóng)業(yè)的發(fā)展，必須走“自上而下”道路。先由政府在宏觀層面給出發(fā)展方向，加以政策的引導(dǎo)，然后才能實(shí)現(xiàn)微觀層面的操作。如農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用，現(xiàn)有的情況是農(nóng)村各家各戶小型農(nóng)業(yè)機(jī)械一應(yīng)俱全，但是利用效率偏低。這既造成了資源的浪費(fèi)，也提高了總體的能耗，會(huì)導(dǎo)致碳排放量的增加。要想提高利用效率，必須實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?jīng)營(yíng)。所以政府有關(guān)部門可通過(guò)對(duì)農(nóng)民購(gòu)買小型農(nóng)機(jī)具進(jìn)行指導(dǎo)，發(fā)揮農(nóng)村合作組織的作用，通過(guò)發(fā)展資金補(bǔ)貼等形式，鼓勵(lì)以村組為單位或農(nóng)戶聯(lián)合購(gòu)買使用，從而達(dá)到減少能耗，提高利用效率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的碳減排目標(biāo)。

［1］ 李波等，張俊飆，李海鵬.中國(guó)農(nóng)業(yè)碳排放時(shí)空特征及影響因素分解［J］.中國(guó)人口·資源與環(huán)境，2011，21（8）：80-86.

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