陜西省農(nóng)業(yè)碳排放時序特征及影響因素分析

王婧

（寶雞文理學(xué)院，陜西省災(zāi)害監(jiān)測與機理模擬重點實驗室，陜西寶雞721013）

陜西省農(nóng)業(yè)碳排放時序特征及影響因素分析

王婧

（寶雞文理學(xué)院，陜西省災(zāi)害監(jiān)測與機理模擬重點實驗室，陜西寶雞721013）

為探討陜西省農(nóng)業(yè)碳排放時間變化及其驅(qū)動因素，基于種植業(yè)和畜牧業(yè)2個方面的16類碳源，測算分析了2000—2014年陜西省農(nóng)業(yè)碳排放現(xiàn)狀，并利用LMDI模型對農(nóng)業(yè)碳排放的驅(qū)動因素進行分解。結(jié)果表明，2000—2014年陜西省農(nóng)業(yè)碳排放量增加了24.25%（96.33萬t），年均增長率為1.56%，總體呈上升—下降—上升的變化趨勢；化肥、農(nóng)業(yè)機械、農(nóng)膜、農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)物資投入對陜西省農(nóng)業(yè)碳排放的影響逐漸增加，牛、羊、豬等大牲畜的腸道發(fā)酵、糞便管理對碳排放的影響逐漸減弱；對農(nóng)業(yè)碳排放具有抑制作用的因素大小依次為效率因素、勞動力因素和結(jié)構(gòu)因素，而經(jīng)濟因素則具有較大的促進作用。

農(nóng)業(yè)碳排放；驅(qū)動因素；LMDI模型；陜西省

近年來，以全球變暖為主要特征的氣候變化成為了人類社會共同面臨的全球性問題。引起氣候變化的原因既有自然的，也有人為的。IPCC報告基本認(rèn)定，最近50 a的氣候變暖是由于工業(yè)革命以來人類活動所導(dǎo)致，主要是化石燃料燃燒和毀林等土地利用變化引起[1]。隨著我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中化肥、農(nóng)藥、電力、化石能源大量使用，加之動物飼養(yǎng)引起的腸道發(fā)酵、農(nóng)業(yè)廢棄物的處理和利用等原因，產(chǎn)生了大量的CO2，CH4和N2O等溫室氣體，農(nóng)業(yè)碳排放占溫室氣體排放總量的比例已高達17%[2]。減少農(nóng)業(yè)碳排放、發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)也成為了碳排放研究的熱點問題。國內(nèi)已有不少有關(guān)農(nóng)業(yè)碳排放的研究，主要集中在大農(nóng)業(yè)視角下的碳排放核算及特征分析[3-5]；特定視角下的農(nóng)業(yè)碳排放問題，包括農(nóng)用物資投入引發(fā)碳排放[6]、農(nóng)地利用碳排放[7]、農(nóng)業(yè)能源碳排放[8]、農(nóng)業(yè)碳足跡問題[9]；農(nóng)業(yè)碳排放驅(qū)動因素分析[10-11]；農(nóng)業(yè)碳排放與經(jīng)濟增長的關(guān)系[12-13]等方面。

陜西省是我國農(nóng)業(yè)大省之一，分析其農(nóng)業(yè)碳排放的規(guī)律及其影響因素，對于準(zhǔn)確把握農(nóng)業(yè)環(huán)境現(xiàn)狀、科學(xué)制定農(nóng)業(yè)碳減排政策具有重要意義。目前，陜西省農(nóng)業(yè)碳排放相關(guān)研究主要是從種植業(yè)角度來核算農(nóng)業(yè)碳排放[14-16]、探討碳排放影響因素[17]、分析碳排放與經(jīng)濟增長的關(guān)系[18]，鮮有考慮到占農(nóng)業(yè)碳排放比例較大的畜牧業(yè)。

本研究測算了2000—2014年陜西省種植業(yè)和畜牧業(yè)碳排放量，并進行時序特征分析以及結(jié)構(gòu)分析，在此基礎(chǔ)上利用LMDI模型對農(nóng)業(yè)碳排放驅(qū)動因素進行了分解，以探求陜西省農(nóng)業(yè)碳排放的一些規(guī)律和特征，為制定農(nóng)業(yè)碳減排政策措施提供借鑒與參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 碳排放量測算

本項研究的是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動導(dǎo)致的碳排放，包括種植業(yè)和畜牧業(yè)碳排放。具體的估算公式如下。

式中，E為農(nóng)業(yè)碳排放總量；Ei為各類碳源碳排放量；Ti為各類碳源投入量（種植業(yè)）或畜禽年平均飼養(yǎng)量（畜牧業(yè)）；δi為各碳源排放系數(shù)?；诖耍瑥姆N植業(yè)（農(nóng)地利用、稻田）和畜牧業(yè)2個方面確定具體碳源及對應(yīng)的碳排放系數(shù)。

1.1.1 種植業(yè)碳排放參照冉光和等[19]、田云等[12]的研究，種植業(yè)產(chǎn)生的碳排放主要來自3個方面：（1）農(nóng)用物資投入引發(fā)的碳排放，主要是化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜的生產(chǎn)和使用過程中導(dǎo)致的碳排放，農(nóng)業(yè)機械使用消耗化石燃料（柴油、電力等）產(chǎn)生的碳排放，以及農(nóng)業(yè)灌溉中電能利用間接耗費化石燃料所產(chǎn)生的碳排放；（2）翻耕破壞土壤表層導(dǎo)致的有機碳流失；（3）水稻生長發(fā)育產(chǎn)生的CH4溫室氣體排放。各碳源排放因子如表1所示。

表1 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動各類碳源及碳排放系數(shù)

1.1.2 畜牧業(yè)碳排放農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的碳排放，主要是腸道發(fā)酵引起的CH4排放和動物糞便管理產(chǎn)生的CH4和N2O。各畜禽品種的碳排放系數(shù)列于表2。

表2 主要畜禽品種對應(yīng)的碳排放系數(shù)kg/（頭·a）

由于各種畜禽飼養(yǎng)周期不同，因此，需要依據(jù)出欄率對畜禽年平均飼養(yǎng)量進行調(diào)整。參照胡向東等[22]的方法，當(dāng)出欄率大于或等于1時，年均飼養(yǎng)量采用出欄量進行調(diào)整，公式如下。

式中，Cit，Ci（t-1）分別為i種畜禽第t年年末存欄量和第t-1年年末存欄量。

1.2 碳排放影響因素分解方法

對數(shù)平均迪氏分解法（Logarithmic Mean Divisia Index，LMDI）具有因素可逆，消除殘差項、有說服力等優(yōu)點[23]，被廣泛應(yīng)用于能源消費碳排放驅(qū)動因子的分析。本研究采用LMDI方法對陜西省農(nóng)業(yè)碳排放進行因素分解。根據(jù)已有研究成果，結(jié)合農(nóng)業(yè)碳排放實際，碳排放總量可分解如下。

式中，Ni為i種畜禽年均飼養(yǎng)量；NAPAi為i種畜禽年生產(chǎn)量（出欄量）；Days_alivesi為i種畜禽平均生長周期，生豬、兔和家禽平均生長周期分別為200，105，55 d[3]。

當(dāng)出欄量小于1時，畜禽的年均飼養(yǎng)量采用年末存欄量進行調(diào)整。

masck_pic = np.array（Image.open（'D:MyPython p01.jpg'））#讀取背景圖片

公式（4），（5），（6），（7）中，C，PGDP，AGDP，AL分別表示陜西省農(nóng)業(yè)碳排放、種植業(yè)和畜牧業(yè)總產(chǎn)值之和、農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值及農(nóng)業(yè)從業(yè)勞動力總量；EI，CI，SI分別表示農(nóng)業(yè)效率、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟水平。

設(shè)基期（2000年）碳排放總量為C0，T期總量為Ct，則第T年相對于基年的碳排放量的變化可表示為：

式中，ΔEI，ΔCI，ΔSI，ΔAL分別是農(nóng)業(yè)效率因素、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)因素、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟水平因素、農(nóng)業(yè)勞動力因素引起的碳排放量變化。各分解因素貢獻值的表達式如下。Ct－C0EIt

1.3 數(shù)據(jù)來源

本研究中，陜西省2000—2014年的化肥（折純量）、農(nóng)膜、農(nóng)藥、農(nóng)用柴油使用量、有效灌溉面積、農(nóng)作物總播種面積、水稻播種面積、畜禽年末頭數(shù)等數(shù)據(jù)來自于《陜西年鑒》（2001—2015）；畜禽出欄量來自《中國畜牧業(yè)年鑒》（2001—2015）；種植業(yè)總產(chǎn)值、畜牧業(yè)總產(chǎn)值、農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值也來自《陜西年鑒》（2001—2015），并依據(jù)相應(yīng)年份的產(chǎn)值指數(shù)進行調(diào)整，最后采用以2000年為基準(zhǔn)年的可比價格。

2 結(jié)果與分析

2.1 陜西省農(nóng)業(yè)碳排放變化

2.1.1 農(nóng)業(yè)碳排放總量由公式（1）計算得到2000—2014年陜西省農(nóng)業(yè)碳排放總量（表3）。從表3可以看出，2014年陜西省農(nóng)業(yè)碳排放總量為493.63萬t，與基期2000年的397.30萬t相比，增加了24.25%，年均增長率為1.56%。其中，種植業(yè)和畜禽養(yǎng)殖碳排放量分別為322.04萬、171.58萬t，占碳排放總量的比例分別為65.24%和34.76%。2000—2014年陜西省農(nóng)業(yè)碳排放總量變化總體呈上升—下降—上升的趨勢。2000—2005年，隨著大力推廣農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)和增加農(nóng)業(yè)投入，碳排放總量由397.30萬t增加到441.24萬t，增長了11.06%。2006—2007年為減少階段，2005年陜西省免征農(nóng)業(yè)稅的實施刺激了農(nóng)民種植作物的積極性，更多的資金投入到種植業(yè)，畜禽養(yǎng)殖在這一階段受到“冷落”，而2009年以前畜牧業(yè)碳排放占全省農(nóng)業(yè)碳排放總量的比例超過1/2，因此，這一階段碳排放總量呈現(xiàn)下降趨勢。2008—2014年為波動增長階段，2008年以來業(yè)外人士投資建設(shè)養(yǎng)殖場的比例高達80%[24]，畜牧業(yè)開啟了新的發(fā)展時期，與此同時，畜禽糞便污染處理技術(shù)應(yīng)用也日益廣泛，畜禽養(yǎng)殖碳排放保持穩(wěn)中略降狀態(tài)。而種植業(yè)發(fā)展中化肥、農(nóng)藥等農(nóng)用物資的大量投入導(dǎo)致種植業(yè)碳排放逐年呈明顯上升態(tài)勢，2007年以后種植業(yè)碳排放占農(nóng)業(yè)碳排放總量的比例超過50%，2007—2014年種植業(yè)碳排放增長了41.00%。因此，此階段農(nóng)業(yè)碳排放總量總體上呈上升趨勢。

表32000 —2014年陜西省農(nóng)業(yè)碳排放量萬t

第三是羊和豬的腸道發(fā)酵、糞便管理碳排放量，二者碳排放平均占比分別為9.83%和9.44%，總體上分別表現(xiàn)為波動下降和波動上升趨勢，2009年前羊的腸道發(fā)酵和糞便管理碳排放占比大于豬，2009年以后占比情況相反。這是因為隨著退牧還草工程建設(shè)的深化，山羊存欄量出現(xiàn)一定程度的降低，導(dǎo)致羊的腸道發(fā)酵和糞便管理碳排放量下降；按照《陜西省實施七大工程促進農(nóng)民增收規(guī)劃綱要（2008—2012）》中有關(guān)畜牧業(yè)的要求，生豬產(chǎn)業(yè)作為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一得到了長足發(fā)展，豬的腸道發(fā)酵和糞便管理碳排放量有所上升。

第四是農(nóng)業(yè)機械使用和農(nóng)業(yè)灌溉引發(fā)的碳排放量，碳排放平均占比分別為8.32%和7.81%，農(nóng)業(yè)機械使用引發(fā)的碳排放總體上呈先降后升趨勢，其中，2000—2003年農(nóng)業(yè)機械使用碳排量所占比例逐年下降，達到最小值5.93%，2004年以后呈波動上升趨勢，到2014年達到最大值10.95%。這是由于受退耕還林政策實施的影響，《陜西年鑒》中2000—2003年糧食播種面積由455.55萬hm2減少到409.03萬hm2，2004年恢復(fù)到430.30萬hm2后保持在較穩(wěn)定的水平上，因而，農(nóng)業(yè)機械導(dǎo)致的碳排放也產(chǎn)生了相應(yīng)的變化。研究時段內(nèi)由于節(jié)水灌溉工程技術(shù)的推廣，農(nóng)業(yè)灌溉引發(fā)的碳排放量呈現(xiàn)穩(wěn)中略降趨勢。

農(nóng)膜、農(nóng)藥、驢、騾、家禽、翻耕碳排放平均占比依次為3.53%，1.30%，0.90%，0.36%，0.32%，0.30%，其中，農(nóng)膜占比在2002—2005年最低，2006年以后呈明顯的上升趨勢，在2014年達到最大值4.35%；農(nóng)藥的占比也有小幅的升高；驢和騾的占比在研究時間段內(nèi)呈逐年下降趨勢；家禽、翻耕碳排放占比總體呈波動下降趨勢。以上情況說明，化肥、農(nóng)業(yè)機械、農(nóng)膜、農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)物資投入對陜西省農(nóng)業(yè)碳排放的影響逐漸增加，而牛、羊、豬等大牲畜的腸道發(fā)酵、糞便管理對碳排放的影響逐漸減弱。

2.2 陜西省農(nóng)業(yè)碳排放因素分解

基于LMDI分解方法對陜西省2000—2014年農(nóng)業(yè)碳排放測算結(jié)果進行分解，得到各因素的分解結(jié)果（表4）。

表4 陜西省農(nóng)業(yè)碳排放影響因素LMDI分解結(jié)果萬t

由表4可知，經(jīng)濟因素的累積效應(yīng)為正值，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟水平的不斷提高促進了農(nóng)業(yè)碳排放的增加，與2000年相比，2001—2014年間經(jīng)濟因素累積引發(fā)了1 159.33萬t碳排放。社會經(jīng)濟發(fā)展要求有限的土地有更高的產(chǎn)出，農(nóng)民為了片面追求經(jīng)濟利益大量使用化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜，這些農(nóng)用物資的使用量呈上升趨勢，必然導(dǎo)致農(nóng)業(yè)碳排放量增加。農(nóng)業(yè)處于國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)地位，穩(wěn)步發(fā)展農(nóng)業(yè)、促進農(nóng)民增收仍然是嚴(yán)峻的問題，減少農(nóng)業(yè)碳排放并不能通過減緩經(jīng)濟增長來實現(xiàn)。因此，短期內(nèi)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟因素仍將是導(dǎo)致陜西省農(nóng)業(yè)碳排放增加的主導(dǎo)因素。

效率、結(jié)構(gòu)和勞動力這三大因素累積減少了1 065.81萬t碳排放，其中，效率因素是抑制農(nóng)業(yè)碳排放增長的主要因素，與基期相比累積實現(xiàn)了973.37萬t碳減排。碳排放強度是單位GDP二氧化碳的排放量，能夠衡量農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中能源利用效率的高低。從圖1可以看出，2000—2014年間陜西省農(nóng)業(yè)碳排放強度呈下降趨勢，由2000年的915.09 kg/萬元下降到2014年的87.99 kg/萬元，年均下降15.40%，說明陜西省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中能源利用率不斷提高。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件不斷改善、農(nóng)業(yè)科技的不斷推廣以及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展，陜西省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率會不斷提高，今后將會具有更大的減排潛力。

勞動力因素也在一定程度上抑制了碳排放的增長，2000—2014年間累積實現(xiàn)了81.53萬t碳減排。根據(jù)《陜西年鑒》數(shù)據(jù)，2000—2014年間農(nóng)業(yè)人口數(shù)平均以每年1.37%的速度減少，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)收入不高的影響下進城務(wù)工農(nóng)民數(shù)量不斷增加，農(nóng)村勞動力的非農(nóng)化和兼業(yè)化現(xiàn)象日益突出，棄耕拋荒現(xiàn)象頻現(xiàn)，這在一定程度上抑制了農(nóng)業(yè)碳排放。同時，隨著農(nóng)民的環(huán)保意識提高和集約經(jīng)營觀念的深化，農(nóng)業(yè)碳排放也會有一定的減少。

結(jié)構(gòu)因素也促進了碳排放的減少，但其影響作用相對較小，與基期相比累積實現(xiàn)了10.91萬t碳減排。種植業(yè)和畜牧業(yè)是農(nóng)業(yè)碳排放的主要來源，根據(jù)陜西省碳排放種植業(yè)和畜牧業(yè)變化情況可知，近幾年種植業(yè)對農(nóng)業(yè)碳排放的貢獻更大，因此，通過不斷降低種植業(yè)比例，增加林業(yè)比例，在一定程度上可以減少種植業(yè)碳排放，增加農(nóng)業(yè)碳匯。

3 結(jié)論與建議

本研究以陜西省為研究對象，測算了2000—2014年全省農(nóng)業(yè)碳排放現(xiàn)狀及變化趨勢，并利用LMDI模型對陜西省農(nóng)業(yè)碳排放的驅(qū)動因素進行分解。結(jié)果表明，2014年陜西省農(nóng)業(yè)碳排放總量為493.63萬t，與基期2000年的397.30萬t相比，增加了24.25%，年均增長率為1.56%。其中，種植業(yè)和畜禽養(yǎng)殖碳排放量分別為322.04萬、171.58萬t，占碳排放總量的比例分別為65.24%和34.76%。2000—2014年陜西省農(nóng)業(yè)碳排放總量變化總體呈上升—下降—上升的趨勢。

在各類碳源中，對碳排放量影響較大的依次是化肥、牛的腸道發(fā)酵和糞便管理、羊和豬的腸道發(fā)酵及糞便管理、農(nóng)業(yè)機械使用和農(nóng)業(yè)灌溉。化肥、農(nóng)業(yè)機械、農(nóng)膜、農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)物資投入對陜西省農(nóng)業(yè)碳排放的影響逐漸增加，而牛、羊、豬等大牲畜的腸道發(fā)酵、糞便管理對碳排放的影響逐漸減弱。

效率因素、勞動力因素和結(jié)構(gòu)因素在不同程度上抑制了農(nóng)業(yè)碳排放，農(nóng)業(yè)碳排放的抑制效果從大到小依次為效率因素＞勞動力因素＞結(jié)構(gòu)因素，與基期2000年相比，分別累積實現(xiàn)了973.37萬、81.53萬、10.91萬t碳減排。經(jīng)濟因素對農(nóng)業(yè)碳排放具有較大的促進作用，累積引發(fā)了1 159.33萬t碳排放。

基于以上研究結(jié)論，陜西省農(nóng)業(yè)碳減排應(yīng)考慮以下4個方面：（1）加強農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。加大節(jié)水灌溉配套設(shè)施建設(shè)，完善田間灌排體系。投入建設(shè)低碳高效節(jié)能的棚室，推廣測土配方施肥，降低化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜的使用強度。（2）優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。擴大經(jīng)濟作物和飼料作物的種植面積，科學(xué)合理調(diào)整種植品種、飼養(yǎng)工藝，提高復(fù)種指數(shù)。優(yōu)化農(nóng)業(yè)區(qū)域布局，促進優(yōu)勢農(nóng)產(chǎn)品向優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)集中。（3）加強農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新。政府通過引導(dǎo)多元化的資本投入，鼓勵科研院校、農(nóng)業(yè)企業(yè)開展創(chuàng)新活動，推動科技成果的市場化。建立農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新與集成示范基地，以此為基礎(chǔ)探索提高農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)率和資源利用率、促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與農(nóng)民增收的可持續(xù)發(fā)展之路。（4）加強對農(nóng)業(yè)從業(yè)人員的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)知識培訓(xùn)，開展多種形式的宣傳教育，提升農(nóng)業(yè)從業(yè)人員素質(zhì)和環(huán)保意識。

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Temporal Characteristics and Impact Factors Analysis of Agricultural Carbon Emission in Shaanxi Province

WANGJing
（KeyLaboratoryofDisaster Monitoringand MechanismSimulation ofShaanxi Province，Baoji UniversityofArts and Sciences，Baoji 721013，China）

Toexplore the temporal changes and the factors which affected agricultural carbon emission change in Shaanxi province, agricultural carbon emissions from 2000 to 2014 were calculated,and a decomposition model was established using the LMDI method to analyze the impacts on agricultural carbon emission based on 16 kinds ofcarbon sources of planting industry and animal husbandry.The results showed that agricultural carbon emissions in Shaanxi province increased by 24.25%（9.633×105t）,with the average annual growth rate of1.56%from2000 to2014,and generallyshowed a up-down-up change.The agricultural material inputs,such as chemical fertilizers,agricultural machinery,agricultural plastic film and pesticides,gradually strengthened the effects on carbon emissions,while the emissions from enteric fermentation and manure of major animals,such as cattle,sheep and goats,hogs,gradually weakened the effects on carbon emissions in Shaanxi province.The factors which had inhibitory effects on agricultural carbon emissions were efficiency factor,labor factor and structure factor,the economic factor had a great role in promotingagricultural carbon emissions.

agricultural carbon emission;impact factor;LMDI model;Shaanxi province

F323.22

A

1002-2481（2016）09-1377-06

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.09.36

2016-07-05

寶雞文理學(xué)院重點項目（ZK16131）

王婧（1986-），女，青?；ブ?，助教，碩士，主要從事區(qū)域資源環(huán)境與生態(tài)安全教學(xué)及研究工作。