農(nóng)業(yè)土地利用的碳平衡特征及其影響因素分析
——以重慶市萬州區(qū)為例

陳 漫，馮 軍，石 超，王龍昌*

（1.西南大學(xué) 農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院/南方山地農(nóng)業(yè)教育部工程研究中心/三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400715；2.中化化肥有限公司成都研發(fā)中心，成都610100）

農(nóng)業(yè)土地利用的碳平衡特征及其影響因素分析
——以重慶市萬州區(qū)為例

陳 漫1，馮 軍1，石 超2，王龍昌1*

（1.西南大學(xué) 農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院/南方山地農(nóng)業(yè)教育部工程研究中心/三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400715；2.中化化肥有限公司成都研發(fā)中心，成都610100）

以重慶市萬州區(qū)為例，對(duì)1997-2014年農(nóng)業(yè)土地利用的碳平衡特征及影響因素進(jìn)行分析，旨在為萬州區(qū)發(fā)展低碳可持續(xù)農(nóng)業(yè)的土地利用模式提供依據(jù)。分析結(jié)果表明：萬州區(qū)農(nóng)業(yè)土地利用碳排放總量呈上升趨勢，凈碳匯量逐年下降?；疑P(guān)聯(lián)分析表明影響萬州區(qū)農(nóng)業(yè)碳排放的主要因子分別是化肥、灌溉和農(nóng)藥；logistic回歸模型分析表明萬州區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值隨農(nóng)業(yè)碳排放量增加而呈S形增長，隨著農(nóng)業(yè)碳排放的增加農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值增速逐漸變緩。Kaya碳排放恒等式表明農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平是影響農(nóng)業(yè)土地利用中碳排放量增加的首要因素。洛倫茲曲線從宏觀角度顯示萬州區(qū)農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度增速逐漸低于人均GDP增長水平，與第一產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的比例下降有關(guān)。為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，今后萬州區(qū)應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)節(jié)能減排技術(shù)的研究和應(yīng)用，積極控制農(nóng)業(yè)用地的碳排放，提高碳利用效率。

農(nóng)業(yè)；土地利用；碳排放；可持續(xù)發(fā)展；萬州

碳是構(gòu)成生命有機(jī)體的重要成分，含碳化合物在大氣圈—地圈—水圈—生物圈的循環(huán)過程，直接影響著人類的生存和各種生物生存環(huán)境的穩(wěn)定性[1]。工業(yè)革命以來，化石燃料的大量使用，以及森林和草原的破壞，導(dǎo)致人類向大氣排放的CO2的平均濃度從過去42萬年中的180～300 μL·L-1上升到目前的370 μL·L-1[2]。大氣中CO2濃度的增加引發(fā)了明顯的溫室效應(yīng)，并對(duì)人類生存環(huán)境造成惡性循環(huán)。碳循環(huán)成為國內(nèi)外學(xué)者研究的一個(gè)重要方向。歸納來看，導(dǎo)致全球大氣CO2含量增加的人為因素主要有兩方面：一方面是化石燃料的燃燒和鋼鐵生產(chǎn)等工業(yè)過程直接向大氣排放的溫室氣體，另一方面是土地利用變化影響溫室氣體匯和源的大小和分布[3]。據(jù)估算，1850-1998年間因土地利用變化引起的碳排放占人類活動(dòng)影響總排放量的1/3[4]。

本文以重慶市萬州區(qū)為研究對(duì)象，構(gòu)建土地利用對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)影響評(píng)估模型，探索萬州區(qū)1997-2014年土地利用的碳平衡特征，并對(duì)影響農(nóng)業(yè)碳排放的主要因素進(jìn)行分析，旨在為發(fā)展低碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)的農(nóng)業(yè)土地利用模式和制定相關(guān)政策提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

萬州區(qū)位于重慶市東北部，是三峽庫區(qū)中部的經(jīng)濟(jì)中心。幅員范圍為東經(jīng)107°55′22″～108°53′25″，北緯30°23′32″～31°14′58″，以丘陵、山地為主，間有部分淺丘平壩和河流階地等；屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，雨熱同季。該區(qū)年平均氣溫17.7℃；年平均日照時(shí)數(shù)1 481 h，年降水量1 243 mm；全年無霜期為267 d，四季均有農(nóng)作物生長。

萬州區(qū)總土地面積為3 456.38 km2。2014年全區(qū)農(nóng)業(yè)用地2 706.18 km2，其中耕地、園地、林地、牧草地和設(shè)施農(nóng)業(yè)用地分別占總土地面積的29.08%、3.17%、38.92%、8.03%和0.13%。2014年全區(qū)常住人口175.77萬人，其中農(nóng)業(yè)人口120.57萬人，占總?cè)丝诘?8.60%；全年實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)總值771.22億元，按常住人口計(jì)算，人均生產(chǎn)總值43 876.57元。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究采用的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來自1998-2015年 《重慶市萬州區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒》。

2.2 農(nóng)業(yè)土地利用碳平衡估算方法

農(nóng)業(yè)土地利用對(duì)碳循環(huán)的影響主要分為碳匯和碳源兩方面。本研究涉及的農(nóng)業(yè)土地類型主要為耕地、林地和草地。農(nóng)業(yè)土地利用的碳源是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中耕地利用時(shí)所產(chǎn)生的碳排放，而碳匯是指林地和草地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)碳的自然匯集和貯存能力。研究區(qū)內(nèi)園地面積所占比重較小，并且在實(shí)際統(tǒng)計(jì)中將大部分的園地納入耕地來計(jì)算，因此本研究不單獨(dú)測算園地對(duì)碳循環(huán)的影響。耕地的碳排放系數(shù)根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中各物資的使用量測算，林地和草地的碳匯量根據(jù)相關(guān)研究所得的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行測算。

農(nóng)業(yè)土地利用的碳源主要來自以下6個(gè)方面：（1）化肥生產(chǎn)和施用；（2）農(nóng)藥生產(chǎn)和使用；（3）農(nóng)膜生產(chǎn)和使用；（4）農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用；（5）土地翻耕；（6）農(nóng)業(yè)灌溉。

農(nóng)業(yè)土地利用碳排放的估算公式為：

式中：E為農(nóng)業(yè)土地利用所產(chǎn)生的碳排放總量，Ei為各種類型碳排放量，Ti為各種碳源的量，δi為各種碳排放源的碳排放系數(shù)。

農(nóng)業(yè)碳排放效率通過碳排放強(qiáng)度和碳排放密度兩類單位排放量指標(biāo)衡量。前者基于經(jīng)濟(jì)視角，以萬元農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值的排放量進(jìn)行表征；后者基于物理視角，以每公頃播種面積排放量進(jìn)行表征[5]。其中碳排放總量為農(nóng)膜、農(nóng)藥、化肥、柴油、農(nóng)業(yè)灌溉、翻耕和秸稈焚燒的碳排放量之和。本文計(jì)算的農(nóng)業(yè)碳排放總量不包括秸稈焚燒產(chǎn)生的碳排放量。農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度與碳排放密度公式如下：

式中：Eq為農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度，A為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值，Em為農(nóng)業(yè)碳排放密度，S為耕地面積。

根據(jù)作物的經(jīng)濟(jì)系數(shù)以及碳吸收率的不同，對(duì)研究區(qū)域內(nèi)種植的各種農(nóng)作物進(jìn)行獨(dú)立測算，得到的總和即為單位時(shí)間內(nèi)研究區(qū)農(nóng)作物生長期內(nèi)的碳匯量[6]。具體估算公式如下：

式中：Dw為設(shè)定某種農(nóng)作物的生物產(chǎn)量；Yw為設(shè)定某種農(nóng)作物的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量；Hw為經(jīng)濟(jì)系數(shù)；Cd表示該農(nóng)作物在整個(gè)生長期的碳匯量，Cf表示該作物的碳吸收率。

根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)研究的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，歸納出農(nóng)業(yè)土地碳排放的系數(shù) （表1）[7]，研究區(qū)域內(nèi)種植的各種農(nóng)作物 （主要糧食作物：水稻、小麥、玉米、豆類、薯類；經(jīng)濟(jì)作物：棉花、油菜、花生、甘蔗、甜菜、煙草）的經(jīng)濟(jì)系數(shù)Hw和Cf參照段華平[8]等的研究。

表1 主要農(nóng)業(yè)碳匯/源、相關(guān)系數(shù)及參考來源Table 1 The agricultural carbon sink/source,reference index and data sources

雖然農(nóng)作物本身在生長過程中具有一定的碳匯能力，但在實(shí)際生產(chǎn)中，農(nóng)產(chǎn)品的形成需要消耗大量農(nóng)資并形成大量的碳排放。收獲產(chǎn)品后留下的秸稈其自然腐化和燃燒過程也將產(chǎn)生大量的CO2。所以，本研究在測算農(nóng)業(yè)土地利用的碳平衡單獨(dú)分析農(nóng)作物碳匯。據(jù)此，農(nóng)業(yè)土地利用的凈碳匯測算公式如下：

農(nóng)地利用凈碳匯=草地碳匯+林地碳匯-農(nóng)地利用的碳排放

2.3 統(tǒng)計(jì)分析方法

數(shù)據(jù)分析利用DPS及EXCEL軟件，繪圖采用Origin 9.0。

3 結(jié)果與分析

3.1 萬州區(qū)農(nóng)業(yè)土地利用的碳平衡變化特征分析

3.1.1 總體碳平衡變化特征

通過對(duì)萬州區(qū)1997-2014年年鑒相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算，得出近18年來萬州區(qū)農(nóng)業(yè)土地利用的碳平衡演變趨勢及構(gòu)成特征。由圖1可知，1997-2014年間，萬州區(qū)農(nóng)業(yè)土地利用碳平衡總體處于碳匯的狀態(tài)，但碳凈匯量表現(xiàn)出逐年減少的趨勢，2014年較1997年碳凈匯量減少了1.74萬t，減幅達(dá)33.84%，年均減少率為2.11%。農(nóng)業(yè)碳源量呈持續(xù)增長趨勢，18年間增長了1.88萬t，增幅為42.48%，年平均增長率為1.99%。在碳匯方面，林地是碳匯能力最大的一種土地利用形式，其碳匯量達(dá)農(nóng)業(yè)土地碳匯總量的99.5%以上。統(tǒng)計(jì)顯示，1997-2014年萬州區(qū)的林地與草地面積總體保持穩(wěn)定，碳匯總量變化微小。同時(shí)，農(nóng)業(yè)碳排放密度整體呈上升趨勢 （圖2）。2014年較1997年的碳排放密度每公頃增加了0.22萬t，增幅達(dá)53.66%，年均增長率2.34%。其環(huán)比值呈波動(dòng)性變化趨勢。

圖1 1997-2014年萬州區(qū)主要農(nóng)業(yè)碳源/匯及碳凈匯量變化趨勢Fig.1 The change trend of agricultural carbon source/sink and net carbon sink in Wanzhou during 1997 to 2014

圖2 1997-2014年萬州區(qū)主要農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度及環(huán)比值變化趨勢Fig.2 The change trend of agricultural carbon intensity and link relative ratio in Wanzhou during 1997 to 2014

圖2 顯示，1997-2014年萬州農(nóng)業(yè)碳排放變化表現(xiàn)出明顯的階段性特征：（1）“九五”時(shí)期：為緩慢增長期，碳排放密度年增長率保持在1.63%～4.74%。主要是因?yàn)檫@一階段農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)較低，農(nóng)業(yè)投入增長較為緩慢，碳排放增長速度也處于較低水平。（2）“十五”時(shí)期：為快速增長期，年增長率為1.54%～12.36%。隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程加快，農(nóng)民為了進(jìn)一步提高農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量，加大了化肥、農(nóng)藥等農(nóng)用物資的使用，使碳排放速度增長較快。（3）“十一五”時(shí)期：增速波動(dòng)下降期，年增長率為-0.53%～2.82%。這與政府的政策導(dǎo)向有很大的關(guān)系，其中以 “森林工程”為載體的退耕還林工程，有效地降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的碳排放。（4）“十二五”時(shí)期：增速下降穩(wěn)定期，年增長率為-4.68%～2.56%。為響應(yīng)在2009年聯(lián)合國氣候變化峰會(huì)上中國政府提出的溫室氣體減排目標(biāo)，萬州區(qū)積極推廣農(nóng)田配方施肥、保護(hù)性耕作、節(jié)水灌溉等有利于節(jié)能減排的農(nóng)業(yè)管理措施，取得了農(nóng)業(yè)減排的初步成效。

3.1.2 碳源結(jié)構(gòu)變化特征

由圖3可知，1997-2014年間，在6類碳排放源中，化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、柴油、灌溉和翻耕產(chǎn)生的碳排放量均有不同程度的增長，其年均遞增率分別為1.40%、2.09%、5.65%、5.85%、1.03%和0.81%。農(nóng)膜和柴油碳排放量的快速增長，與萬州區(qū)在18年間農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)的發(fā)展以及農(nóng)業(yè)機(jī)械化的推廣有關(guān)。從農(nóng)業(yè)土地利用碳源構(gòu)成來看，6類碳源碳排放量占碳排放總量的比例有所不同。其中，化肥所占比例最大，占碳排放總量的60.55%；其次是灌溉16.00%；翻耕所占比例最小，僅占排放總量的0.54%。由此可見，減少化肥用量，合理科學(xué)施肥，仍是發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)的重要方向。

3.1.3 主要農(nóng)作物碳匯變化特征

農(nóng)作物作為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，與農(nóng)業(yè)土地利用碳排放緊密聯(lián)系。2014年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，萬州區(qū)農(nóng)作物播種面積分布中，糧油作物占播種總面積的90%以上。因此，分析農(nóng)業(yè)土地利用中糧油作物碳吸收，對(duì)發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)具有重要意義。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，18年來，除2006年旱災(zāi)影響，萬州區(qū)糧油作物總碳匯量基本維持均衡狀態(tài)。其中，在糧油作物構(gòu)成中，水稻占主體地位，占糧油作物總碳匯量的42.91%；其次為玉米和薯類，分別為24.15%和15.51%。就各類作物而言，水稻、小麥碳匯量總體呈明顯下滑趨勢，其中小麥降幅尤為明顯；玉米、薯類、油菜、豆類、花生呈上升趨勢，其中薯類和豆類增幅較為明顯。這與該區(qū)域農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整有關(guān)。由圖4可知，2006年，萬州區(qū)糧油作物碳匯總量出現(xiàn)異常波動(dòng)，主要體現(xiàn)在碳匯總量劇烈下降，較上年同期下降11.7%。其中，水稻較上年同期下降33.85%，而薯類較上年同期上升49.4%。造成上述現(xiàn)象的原因是由于2006年萬州區(qū)遭遇特大干旱，造成糧油作物大面積減產(chǎn)，尤其是水稻類水田作物，減產(chǎn)幅度較大，而旱地作物薯類由于對(duì)水分需求量相對(duì)較小，因而干旱未對(duì)其產(chǎn)量造成影響?？梢?，異常氣候?qū)r(nóng)作物產(chǎn)量影響較大從而影響作物碳匯量，表明萬州區(qū)還應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，優(yōu)化作物布局，以保證農(nóng)作物穩(wěn)產(chǎn)。

圖3 1997-2014年萬州區(qū)主要農(nóng)業(yè)碳源比例分布Fig.3 The proportion of agricultural carbon sources in Wanzhou during 1997 to 2014

圖4 1997-2014年萬州區(qū)主要糧油作物碳匯量演變趨勢Fig.4 The change trend of carbon sink of grain and oil crops in Wanzhou during 1997 to 2014

3.2 萬州區(qū)農(nóng)業(yè)土地利用碳平衡關(guān)聯(lián)分析

由于農(nóng)業(yè)土地利用碳平衡各構(gòu)成因素屬于一個(gè)復(fù)雜不確定系統(tǒng)，灰色關(guān)聯(lián)分析方法對(duì)于分析二者間的關(guān)聯(lián)程度具有很好的適用性。通過農(nóng)業(yè)碳平衡相關(guān)因素的關(guān)聯(lián)性分析，可為降低農(nóng)業(yè)碳排放的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策制定提供理論依據(jù)[9]。采用灰色系統(tǒng)方法初值化數(shù)據(jù)，對(duì)6類農(nóng)業(yè)碳排放因素與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值進(jìn)行關(guān)聯(lián)度分析，結(jié)果表明 （表2）：與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值關(guān)聯(lián)度最大的3個(gè)因素分別是化肥、灌溉和農(nóng)藥。化肥對(duì)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的重要促進(jìn)作用表明，現(xiàn)階段萬州區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展，仍處在通過資源高投入實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值增長的階段，與低碳農(nóng)業(yè)的目標(biāo)存在差距。同時(shí)，由于化肥種類結(jié)構(gòu)不合理 （氮肥比重過大），施用方式粗放等因素，大量的化肥投入使用的同時(shí)造成嚴(yán)重的污染和浪費(fèi)。農(nóng)業(yè)灌溉用水需要消耗石油能源，排放大量二氧化碳，但農(nóng)業(yè)灌溉對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)又有重大意義。2006年萬州干旱造成的糧油作物大面積減產(chǎn)，充分說明灌溉是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要保障。農(nóng)藥主要用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的病蟲害防治，對(duì)保障作物產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要作用，但同樣存在農(nóng)藥不規(guī)范和過量施用而造成環(huán)境污染的問題。

利用1997-2014年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以農(nóng)業(yè)用地碳排放量作為自變量 （x），農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值作為因變量 （y），數(shù)據(jù)規(guī)格化后進(jìn)行l(wèi)ogistic曲線回歸擬合，其結(jié)果如下：

該模型高度擬合，擬合優(yōu)度R2=0.9579，P〈0.01。根據(jù)擬合結(jié)果 （圖5），萬州區(qū)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值與農(nóng)業(yè)用地碳排放量之間呈極顯著的S形曲線關(guān)系，即：在工業(yè)化初期，碳排放量的增加對(duì)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的影響相對(duì)較小；當(dāng)工業(yè)化達(dá)到一定程度時(shí)，隨著碳排放量的增加，農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值呈快速上升趨勢；當(dāng)工業(yè)化達(dá)到較高水平時(shí)，由于碳排放導(dǎo)致的環(huán)境問題逐步成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的制約因素，若繼續(xù)增加農(nóng)業(yè)用地碳排放量，農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的增長速率趨于平緩?？梢?，片面追求以化肥、農(nóng)藥等化學(xué)物質(zhì)的大量投入來刺激農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的持續(xù)增加顯然是行不通的。隨著環(huán)境污染問題凸顯和對(duì)低碳農(nóng)業(yè)的呼吁，萬州區(qū)雖已采取措施控制農(nóng)業(yè)碳排放增長速度，但在今后長時(shí)間內(nèi)，還應(yīng)進(jìn)一步通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣，大力發(fā)展環(huán)境友好型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，在努力減少農(nóng)業(yè)碳排放的同時(shí)保持農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的快速增長。

圖5 1997-2014年萬州區(qū)農(nóng)業(yè)碳排放量與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總產(chǎn)值對(duì)應(yīng)分布及擬合曲線Fig.5 The distribution and simulated curve of agricultural carbon emission and gross value in Wanzhou during 1997 to 2014

3.3 萬州區(qū)農(nóng)業(yè)土地利用碳排放與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展分析

日本教授Yocichi Kaya提出的Kaya碳排放恒等式是目前應(yīng)用較為廣泛的分解模型[10]。該模型將人類生產(chǎn)活動(dòng)所產(chǎn)生的溫室氣體與經(jīng)濟(jì)、政策、人口等因素通過數(shù)學(xué)模型聯(lián)系起來。由于本研究只對(duì)農(nóng)業(yè)土地利用的碳排放因素進(jìn)行分析，統(tǒng)一用產(chǎn)值代替規(guī)模，去除殘差值，運(yùn)用產(chǎn)值進(jìn)行比較。通過以下修正公式比較萬州區(qū)農(nóng)業(yè)碳排放各因素間的關(guān)系：

式中，△EIt：表示效率因素，在其他因素不變的情況下，由于單位種植業(yè)產(chǎn)值碳排放強(qiáng)度變化而引發(fā)的碳排放量相對(duì)于基礎(chǔ)年份的排放量改變；△AIt：表示結(jié)構(gòu)因素，在EI保持在t年水平情況下，由于農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化導(dǎo)致的碳排放量改變；△ELt：表示經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，在EI、AI均保持在t年水平情況下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模發(fā)生改變導(dǎo)致的碳排放量改變；△Pt：表示勞動(dòng)力規(guī)模，在EI、AI、EL均保持在t年水平情況下，由于農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力規(guī)模發(fā)生改變引發(fā)的碳排放量改變。

由圖6可知，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平是農(nóng)業(yè)土地利用中碳排放量增加的首要因素。2014年與1997年相比，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平因素導(dǎo)致了174.30%的碳排放增量。勞動(dòng)力規(guī)模因素、結(jié)構(gòu)因素和效率因素均對(duì)碳排放有抑制作用，但其效果有限。2011年與1997年相比，勞動(dòng)力規(guī)模因素、結(jié)構(gòu)因素和效率因素對(duì)碳排放降低的貢獻(xiàn)率分別為46.71%、28.64%、和15.43%。農(nóng)業(yè)土地利用的碳減排效果以勞動(dòng)力規(guī)模因素的作用最大，生產(chǎn)效率因素的作用最小。近年來，萬州區(qū)政府已通過多項(xiàng)舉措積極調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)土地利用中的碳排放減少?？傮w來看，萬州區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展將導(dǎo)致農(nóng)業(yè)土地利用中產(chǎn)生的碳排放量進(jìn)一步增加，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展在今后一段時(shí)間仍將是農(nóng)業(yè)土地利用中碳排放量增加的主要因素。

同時(shí)，通過利用經(jīng)濟(jì)學(xué)中描述貧富差距的洛倫茲曲線，從宏觀角度，進(jìn)一步分析萬州區(qū)農(nóng)業(yè)碳排放與區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)系?，F(xiàn)有研究中，利用洛倫茲曲線對(duì)不同區(qū)域間碳排放與經(jīng)濟(jì)增長的均衡程度橫向比較[11]。本文通過洛倫茲曲線分析1997-2014年萬州區(qū)農(nóng)業(yè)碳排放分配與人均GDP增長的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如圖所示 （圖7），從萬州區(qū)整個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展來看，在研究時(shí)期內(nèi)，農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度 （t/萬元）與人均GDP（萬元）并非同步均衡增長，尤其是 “十五”之后，更為明顯。統(tǒng)計(jì)顯示，18年期間，農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度累計(jì)在 “十五”期間由上個(gè)五年的29%上升至67%，年平均累計(jì)增長量為8%；人均GDP累計(jì)由4%增至15%，年平均累計(jì)增長量為2%。“十一五”期間，碳排放強(qiáng)度年平均累計(jì)增長量為5%，人均GDP年平均累計(jì)增長量為6%;“十二五”期間，碳排放強(qiáng)度與人均GDP年平均累計(jì)增長量分別為2%和14%；農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度增加逐漸滯后于人均GDP增長。造成此現(xiàn)象的原因有兩點(diǎn)，一是隨著科技發(fā)展，生產(chǎn)效率提高，農(nóng)業(yè)單位產(chǎn)值增加；二是隨著城市化進(jìn)程加速，農(nóng)業(yè)作為第一產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)總值結(jié)構(gòu)中的比例逐漸減小。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2014年萬州區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)值在國民生產(chǎn)總值中的比重為4.71%，比 “十五”末期的8.86%下降了52.16%，但與發(fā)達(dá)國家相比仍有差距，如美國農(nóng)業(yè)占GDP比重僅為2%左右[12]。農(nóng)業(yè)比重的下降是工業(yè)化進(jìn)程的必經(jīng)過程，現(xiàn)階段，萬州區(qū)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值是隨著農(nóng)業(yè)碳排放量的增加而增長的，而農(nóng)業(yè)比重的下降是伴隨著農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的增加而發(fā)生的，這種總量上升而相對(duì)比重的下降，是二三產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，國民經(jīng)濟(jì)良性循環(huán)的表現(xiàn)[13]，也體現(xiàn)了我國現(xiàn)階段的基本國情。為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，今后萬州區(qū)應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)節(jié)能減排技術(shù)的研究和應(yīng)用，積極控制農(nóng)業(yè)用地的碳排放，提高碳利用效率。

圖6 萬州區(qū)農(nóng)業(yè)土地利用的碳排放影響因素累積貢獻(xiàn)變化趨勢 （1997-2014）Fig.6 The change trend of cumulative contribution to carbon emissions impact factors of agricultural land in Wanzhou during 1997 to 2014

圖7 萬州區(qū)農(nóng)業(yè)用地碳排放洛倫茲曲線 （1997-2014）Fig.7 Lorenz curve of agricultural carbon emission and gross value of Wanzhou during 1997 to 2014

4 結(jié)論

本文通過對(duì)重慶萬州區(qū)1997-2014年農(nóng)業(yè)用地的碳排放研究，得出以下結(jié)論：

（1）18年來，萬州區(qū)農(nóng)業(yè)用地呈凈碳匯狀態(tài)。碳排放量及碳排放密度整體呈上升趨勢，碳凈匯量逐年下降。農(nóng)業(yè)用地碳匯主要由林地和草地產(chǎn)生，林地與草地面積保持穩(wěn)定，因此碳匯量變化微小。碳源主要由化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、柴油、灌溉和翻耕六大因素構(gòu)成，其中化肥、灌溉和農(nóng)藥在碳排放中占主導(dǎo)地位。通過不同農(nóng)作物的碳匯分析發(fā)現(xiàn)，異常氣候?qū)r(nóng)作物產(chǎn)量影響較大從而影響其碳匯量，表明萬州區(qū)還應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，優(yōu)化作物布局，以保證農(nóng)作物穩(wěn)產(chǎn)。

（2）灰色關(guān)聯(lián)分析表明，與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值關(guān)聯(lián)度最大的3個(gè)碳源因素分別是化肥、灌溉和農(nóng)藥。因此，現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)發(fā)展目標(biāo)是著重提高農(nóng)業(yè)肥、水、藥的利用效率。同時(shí)，農(nóng)業(yè)碳排放與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值的logistic回歸分析表明，萬州區(qū)農(nóng)業(yè)碳排放呈S形特征，農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值增長伴隨著碳排放增加, 農(nóng)業(yè)碳排放增長趨勢減緩，政府節(jié)能減排措施已初具成效。

（3）通過Kaya碳排放恒等式及洛倫茲曲線對(duì)萬州農(nóng)業(yè)碳平衡與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的分析表明，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平是農(nóng)業(yè)土地利用中碳排放量增加的首要因素，農(nóng)業(yè)土地利用的碳減排效果以勞動(dòng)力規(guī)模因素的作用最大，生產(chǎn)效率因素的作用最小。碳排放強(qiáng)度增速低于人均GDP增速，主要由于工業(yè)化發(fā)展，第一產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)總值結(jié)構(gòu)中比例減小造成。

（4）結(jié)合現(xiàn)階段萬州區(qū)農(nóng)業(yè)用地碳平衡特征，提出進(jìn)一步控制農(nóng)業(yè)用地的碳排放，提高碳利用效率的舉措。從微觀上，要實(shí)施增匯和減排舉措。一方面加強(qiáng)退耕還林，草地建設(shè)，增加碳匯量；另一方面，積極推廣和利用農(nóng)業(yè)新技術(shù)，減少碳排放，節(jié)肥、節(jié)水、節(jié)藥是發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要途徑。從宏觀上，應(yīng)加強(qiáng)丘陵山地農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，不斷改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，積極發(fā)揮農(nóng)業(yè)生態(tài)和示范效應(yīng)。從長遠(yuǎn)來看，發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)是一個(gè)長久的過程，需要兼顧經(jīng)濟(jì)增長與生態(tài)環(huán)境保護(hù)，從粗放的資源投入增長方式轉(zhuǎn)變?yōu)榧s型的生態(tài)友好增長模式，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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The Characteristics and Impact Factors of Carbon Balance in Agricultural
LandUtilization——A Case Study in Wanzhou District of Chongqing

CHEN Man1,FENG Jun1,SHI Chao2,WANG Longchang1*
（1.College of Agronomy and Biotechnology/Engineering Research Center of South Upland Agriculture,Ministry of Education/Key Laboratory of Eco-environments in Three Gorges Reservoir Region,Ministry of Education,Southwest University,Chongqing 400715,China;2.Sinofert Chengdu Research and Development Center,Chengdu 610100,China）

In order to provide references to the development mode of low-carbon and sustainable agriculture,the carbon sink-source relationship in land utilization in Wanzhou District of Chongqing during 1997-2014 was studied.The agricultural carbon emission of Wanzhou showed a rising trend and the net carbon sink decreased.By using gray correlation analysis model，the main factors impacting agriculture carbon emission were found to be fertilizer,irrigation and pesticides.The logistic regression model showed a S-type relationship between the total agricultural output value and carbon emission,the growth rate of total agricultural output value decreasing with the increasing carbon emission.The Kaya equation indicated the economic development level as the most important factor influencing agricultural carbon emission.The Lorenz curve macroscopically revealed a gradually slower growth rate for the agricultural carbon emission than that for per capita GDP,mainly related to the descentratio of primary industry in national economy.In order to realize sustainable agricultural and rural development,it is necessary for Wanzhou District to strengthen the research and application of energy-saving and emission-reducing technologies,to control carbon emission,and to raise carbon use efficiency in agricultural land utilization in the future.

agriculture;land utilization;carbon emission;sustainable development;Wanzhou

X171；X831

A

2096-2347（2017）04-0050-09

10.19478/j.cnki.2096-2347.2017.04.07

2017-09-11

公益性行業(yè) （農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng) （201503127），國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 （31271673）

陳漫 （1986-），女，重慶長壽人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)樯鷳B(tài)農(nóng)業(yè)與可持續(xù)發(fā)展。E-mail：chenmanlp@163.com

*通信作者：王龍昌 （1964-），男，陜西周至人，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)樯鷳B(tài)農(nóng)業(yè)與可持續(xù)發(fā)展。E-mail：wanglc2003@163.com

學(xué)術(shù)編輯：朱金山