湖北省農(nóng)地利用方式變化的碳效應(yīng)特征與空間差異

李波　劉雪琪　梅倩　王昆

摘要：農(nóng)地利用方式變化是引起碳排放的一個重要因素，優(yōu)化農(nóng)地利用結(jié)構(gòu)成為推動農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的重要手段。本文運用LMDI分解法和聚類分析，分析湖北省農(nóng)地利用方式變化的碳效應(yīng)特征與空間差異，進(jìn)一步基于Kernel密度估計法研究其時空動態(tài)演進(jìn)趨勢。研究發(fā)現(xiàn)：①1993—2015年湖北省農(nóng)地利用碳排放年均遞增2.77%，總體呈現(xiàn)四階段變化特征。其中，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展因素累積引發(fā)276.33%的碳增量，結(jié)構(gòu)、效率、農(nóng)業(yè)勞動力因素則分別累計實現(xiàn)8.05%、79.14%、89.14%的碳減排。②對碳排放總量和強度進(jìn)行聚類分析表明，武漢等7個區(qū)域?qū)儆凇暗?低”型，荊州、黃岡屬于“高-低”型，宜昌、襄陽屬于“高-高”型，隨州、仙桃屬于“低-高”型。③2005—2015年林地和草地碳匯量均呈現(xiàn)一定幅度的遞減態(tài)勢，因生態(tài)退耕產(chǎn)生的碳匯波動比較大，因建設(shè)占用產(chǎn)生的碳排放雖有波動但大體呈現(xiàn)“先升后降”的趨勢。④運用Kernel密度估計湖北省農(nóng)地利用凈碳排放演進(jìn)特征發(fā)現(xiàn)，總體上湖北省各地市州的農(nóng)地利用凈碳排放的差距呈現(xiàn)縮減態(tài)勢。分區(qū)域來看，鄂東地區(qū)各地市州農(nóng)地利用凈碳排放差距有微弱的擴大后又出現(xiàn)明顯的縮小，但凈碳排放整體上無明顯變化；鄂中地區(qū)各地市州差距擴大，凈碳排放整體有減少態(tài)勢；鄂西地區(qū)各地市州差距有所擴大但不明顯，凈碳排放整體有增長態(tài)勢?；谘芯拷Y(jié)論，提出加強農(nóng)地碳庫建設(shè)，建設(shè)以綠色為導(dǎo)向的農(nóng)地補償制度等推進(jìn)湖北省農(nóng)地利用低碳化和可持續(xù)化的對策建議。

關(guān)鍵詞 ：農(nóng)地利用；碳功能；生態(tài)退耕；建設(shè)占用；核密度估計

中圖分類號：F301.24

文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1002-2104（2018）10-0062-09 DOI：10.12062/cpre.20180527

全球氣候變暖問題日趨嚴(yán)峻，中國是遭受氣候變化不利影響最為嚴(yán)重的國家之一，綠色發(fā)展逐步成為新的發(fā)展共識[1]。黨的十八屆五中全會更是將“綠色發(fā)展”納入“五大發(fā)展理念”之一，上升為國家戰(zhàn)略。十九大報告也明確提出實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，實施鄉(xiāng)村振興的關(guān)鍵是促進(jìn)環(huán)境和經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展。在資源匱乏、生態(tài)環(huán)境惡化的制約下，中國最重要的是尋求一條綠色發(fā)展道路。減少二氧化碳排放量是推進(jìn)綠色發(fā)展變革的重中之重。

目前有很多國內(nèi)外學(xué)者圍繞碳排放問題展開了研究，鄧吉祥等[2]、董鋒等[3]估算了中國碳排放并對其進(jìn)行因素分解，吳賢榮等[4]分析了農(nóng)業(yè)Malmquist碳排放效率指數(shù)及其分解指數(shù)的省域變異及變動趨勢，程葉青等[5]估算了中國能源消費碳排放強度并探討了碳排放強度的時空格局特征，Divid et al[6]認(rèn)為生物能源是未來50年降低碳排放強度的關(guān)鍵，Stern et al[7]通過分析投入產(chǎn)出率，進(jìn)而對比了中國與印度的碳排放強度差異并且做出了預(yù)測，得出了中國實現(xiàn)碳減排目標(biāo)更難的結(jié)論，李波等[8]、田云等[9]探討了農(nóng)業(yè)碳排放與經(jīng)濟發(fā)展之間的關(guān)系?？傮w而言，當(dāng)前對碳排放研究主要是在國家層面上，基于產(chǎn)業(yè)視角，對農(nóng)地利用問題關(guān)注不夠，尤其是對某一特定區(qū)域的農(nóng)地利用的碳效應(yīng)研究不足。

農(nóng)地利用方式的變化是引起碳排放的重要原因之一。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）指出農(nóng)業(yè)和土地利用變化貢獻(xiàn)了全球24%的溫室氣體排放。農(nóng)地利用方式變化在產(chǎn)生碳排放的同時，也可以實現(xiàn)吸收碳的作用。中國科學(xué)院昆明植物研究所許建初研究組初步估計：過去10年中全球農(nóng)地每年能固存近7.5億t二氧化碳。湖北省作為中國13個糧食主產(chǎn)區(qū)之一，每年農(nóng)地利用碳排放量不容小覷。準(zhǔn)確把握農(nóng)地利用變化的碳效應(yīng)是實現(xiàn)農(nóng)地綠色利用的重要前提條件?；诖?，本文在定量把握湖北省及各地市州農(nóng)地利用碳效應(yīng)的基礎(chǔ)上，從地理空間和結(jié)構(gòu)類型等多方面深入剖析農(nóng)地利用碳效應(yīng)變化的內(nèi)在機理，為推進(jìn)農(nóng)地低碳和可持續(xù)利用提供理論參考。

1 農(nóng)地利用碳效應(yīng)估算方法與數(shù)據(jù)來源1.1 估算方法

全國第二次土地調(diào)查之后，湖北省國土資源廳公布的數(shù)據(jù)一直都是草地的數(shù)據(jù)，為了保證歷年數(shù)據(jù)統(tǒng)計口徑的一致性，本研究使用草地數(shù)據(jù)。農(nóng)地利用有碳排放和碳匯兩種效應(yīng)。農(nóng)地利用碳排放是指農(nóng)民在從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動過程中作用于農(nóng)地而直接或間接導(dǎo)致的碳排放[10]。參考相關(guān)文獻(xiàn)，本文認(rèn)為湖北省農(nóng)地利用碳排放主要源于三個方面：一是化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜直接投入產(chǎn)生的碳排放；二是農(nóng)業(yè)機械在農(nóng)業(yè)活動中使用柴油引發(fā)的碳排放；三是農(nóng)業(yè)翻耕、灌溉活動導(dǎo)致的碳排放。農(nóng)地利用碳匯是指農(nóng)地吸收并儲存二氧化碳的多少，林地和草地是重要的兩大碳匯。耕地和園地既是碳源，也是碳匯。對于耕地，雖然農(nóng)作物通過光合作用吸收空氣中的CO2并釋放O2。但是考慮到作物的收獲期短，其吸收的碳絕大部分在短時間內(nèi)經(jīng)過分解后釋放出來，作物作為碳匯的效果并不明顯，故設(shè)定作物生物量的碳匯為零[11]。對于園地，根據(jù)湖北省實際農(nóng)用地情況，園地面積相對于耕地和林地面積較小，并且耕地統(tǒng)計范疇包含了相當(dāng)一部分的園地數(shù)據(jù)，另外由于園地碳功能系數(shù)缺失，故對園地碳功能不予測算。

構(gòu)建湖北省農(nóng)地利用碳排放公式如下：

1.2 數(shù)據(jù)來源及整理

本文所使用的化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜和柴油數(shù)據(jù)來自歷年《湖北省統(tǒng)計年鑒》和《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》；林地、草地面積數(shù)據(jù)來自歷年湖北省土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)；農(nóng)業(yè)灌溉采用實際灌溉面積，翻耕面積采用當(dāng)年湖北省農(nóng)作物總播種面積，數(shù)據(jù)都來源于國家統(tǒng)計局； 歷年湖北省各地市州的數(shù)據(jù)均來自各地市州統(tǒng)計年鑒，并以當(dāng)年實際情況為準(zhǔn)。因為十堰市、鄂州市、荊門市和神龍架林區(qū)的數(shù)據(jù)有部分缺失，故四地的農(nóng)地利用碳排放情況不列入本次研究之中。

2 湖北省農(nóng)地利用碳排放時空特征及因素分解分析

2.1 湖北省農(nóng)地利用碳排放的時序特征分析

根據(jù)公式（1），測算1993—2015年湖北省化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、柴油、翻耕和灌溉所產(chǎn)生碳排放量之和為湖北省農(nóng)地利用碳排放量。結(jié)果表明，湖北省農(nóng)地利用碳排放量從1993年的236.48萬t增長到2015年的442.90萬t，總體呈現(xiàn)出上升趨勢，年平均遞增2.77%。其中，化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、柴油、翻耕和農(nóng)業(yè)灌溉的年平均增速分別為2.65%、3.09%、2.96%、3.57%、0.48%和0.99%。

總體來說，可以將湖北省23年農(nóng)地利用導(dǎo)致的碳排放量變化劃分為四個階段。

1993—1997年為快速上升階段，碳排放量快速增加，由236.48萬t增加至344.46萬t，年平均增速為7.81%，尤其1994年和1995年，增速達(dá)16.35%和14.90%。這主要是因為從90年代初開始，湖北省就對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化工作十分重視，堅持把農(nóng)業(yè)放在經(jīng)濟工作的首位，加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，但由于存在高投入、技術(shù)落后等問題，導(dǎo)致對化肥、農(nóng)藥等生產(chǎn)資料使用加大以及對柴油等能源需求增加。

1998—2001年為過渡階段，增速不穩(wěn)定。這是因為1998年湖北省遭受了百年一遇的特大洪澇災(zāi)害，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成重大損失，同時，各種爆發(fā)性、遷飛性蟲害、流行性病害、檢疫性病蟲并重發(fā)生。1999年農(nóng)業(yè)和農(nóng)村工作的中心任務(wù)是增加農(nóng)民收入保持農(nóng)村穩(wěn)定，引起農(nóng)業(yè)內(nèi)需擴大。另一方面，在此階段，“三農(nóng)”問題突出，加重農(nóng)民負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致農(nóng)民棄務(wù)農(nóng)轉(zhuǎn)務(wù)工。因此，這幾年的增速是搖擺不定的。

2002—2011年增速有所回升，從2002年的340.40萬 t上升至2011年的464.38萬t，除了2005年增速為0.60%以外，其余幾年增速介于1.38%～7.43%之間，相比第一階段增速較緩。造成這一狀況的主要原因是湖北省根據(jù)農(nóng)村稅費改革試點方案從2002年起全面停征屠宰稅，對從事種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、飼養(yǎng)業(yè)、捕撈業(yè)取得的所得、農(nóng)業(yè)特產(chǎn)所得，給予免征個人所得稅的照顧等等。另外，自2004年以來，中國不僅取消農(nóng)業(yè)稅，并且不斷加強對糧食生產(chǎn)的補貼力度。這些措施的施行減輕了農(nóng)民的負(fù)擔(dān)，提高了農(nóng)民從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的積極性，由此增加了對化肥農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的需求。

2012年以后為平穩(wěn)下降階段，農(nóng)業(yè)碳排放量變化相對平穩(wěn)并有小幅下降趨勢。這是由于2012年首次提出“互聯(lián)網(wǎng)+”理念，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與農(nóng)業(yè)融合，提高農(nóng)業(yè)的效率和質(zhì)量，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準(zhǔn)化和智能化水平，加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，一定程度上抑制了農(nóng)地碳排放量的增加。

2.2 湖北省農(nóng)地利用碳排放影響因素分解

LMDI分解法即對數(shù)平均數(shù)D氏指數(shù)分解法，相較于其他因素分解法能消除剩余項，使得各效應(yīng)之和與總效應(yīng)保持一致，從而使模型更加具有說服力[16-17]。根據(jù)已有文獻(xiàn)成果[18]，同時結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際情況，得到以下公式：

C=CAGRI×AGRIAGR×AGRP×P=EI×AI×EL×P（2）

式中，C、AGRI、AGR、P分別為湖北省農(nóng)地利用碳排放、種植業(yè)總產(chǎn)值、農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值及農(nóng)業(yè)勞動力總量，EI、AI、EL、P代表農(nóng)業(yè)效率因素、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)因素、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟水平因素和勞動力因素。

第t期農(nóng)地利用碳排放量（Ct）相較于基期農(nóng)地利用碳排放量（C0）的變化量，即總效應(yīng)可以表示為：

根據(jù)上述模型，同時結(jié)合前文測算的湖北省1993—2015年農(nóng)地利用碳排放量，得出湖北省農(nóng)地利用碳排放因素分解結(jié)果如表2。

由表2可知，效率因素、結(jié)構(gòu)因素和農(nóng)業(yè)勞動力因素都不同程度上地促進(jìn)了農(nóng)地利用碳減排。農(nóng)地利用碳減排的效果由小到大的順序依次為：結(jié)構(gòu)因素<效率因素<

勞動力因素。具體而言，效率因素累積實現(xiàn)了79.14%（163.36萬t）的碳減排，結(jié)構(gòu)因素累積實現(xiàn)了8.05 %（16.61萬t）的碳減排。農(nóng)地碳排放的抑制作用最主要因素是勞動力因素，累積實現(xiàn)89.14%（184.01萬t）的碳減排。農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的快速發(fā)展是導(dǎo)致湖北省農(nóng)地碳排放增加的最主要因素。以1993年為基年，1994—2015年間經(jīng)濟因素累積引發(fā)了276.33%（570.40萬t）的碳增量。湖北省是全國的農(nóng)業(yè)大省之一，農(nóng)業(yè)對全省國民經(jīng)濟有著至關(guān)重要的作用。穩(wěn)步和繁榮的農(nóng)業(yè)能為新常態(tài)下湖北省經(jīng)濟社會發(fā)展提供有力支撐，對應(yīng)對各種風(fēng)險挑戰(zhàn)、維護(hù)改革發(fā)展穩(wěn)定大局有非常重要的意義。作為農(nóng)業(yè)大省，發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)固然重要，但是為了推進(jìn)碳減排而選擇放棄經(jīng)濟發(fā)展的戰(zhàn)略絕對是行不通的。因此，今后的一段時間內(nèi)，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展因素在一定程度仍是湖北省農(nóng)地碳排放的主導(dǎo)因素。

2.3 湖北省農(nóng)地利用碳排放的空間特征分析

從農(nóng)地碳排放總量來看，襄陽市的農(nóng)地碳排放總量高達(dá)72.64萬t，在列入研究的13個地市州中位居第一位；其次是荊州市、黃岡市，位居第二、三位，碳排放總量分別為50.24萬t、46.83萬t；三個地區(qū)的農(nóng)業(yè)碳排放總量占2015年湖北省碳排放總量的38.32%。潛江市的農(nóng)地碳排放總量最少，為9.00萬t，還不及襄陽市碳排放總量的八分之一，黃石市、天門市分別位列倒數(shù)第二、第三位，農(nóng)地碳排放量分別為9.20萬t、10.84萬t。

農(nóng)業(yè)碳排放強度是單位耕地面積碳排放量，相對于農(nóng)地碳排放總量，它能夠更好地反映一個地區(qū)的碳排放水平。從農(nóng)業(yè)碳排放強度來看，2015年湖北省農(nóng)業(yè)碳排放強度位居于前三位的是宜昌市、仙桃市和襄陽市，其單位

耕地面積碳排放分別為1 272.90 kg/hm2、1 139.28 kg/hm2和1 031.31 kg/hm2；孝感市的農(nóng)業(yè)碳排放強度最低，為622.74 kg/hm2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于宜昌市的單位耕地面積碳排放，恩施自治州和天門市分別以628.98 kg/hm2、644.84 kg/hm2居于倒數(shù)第二、第三位。由此可知，湖北省各地區(qū)的碳排放水平相差很大。

進(jìn)一步用聚類分析對碳排放總量和碳排放強度進(jìn)行綜合分析，將各地市州農(nóng)地碳排放情況分為四種類型：“低-低”型，低碳排放量、低碳排放強度的地區(qū)；“低-高”型，低碳排放量、高碳排放強度的地區(qū)；“高-低”型，高碳排放量、低碳排放強度的地區(qū)；“高-高”型，高碳排放量、高碳排放強度的地區(qū)。武漢、黃石、孝感、咸寧、恩施自治州、天門、潛江屬于“低-低”型地區(qū)，荊州、黃岡屬于“高-低”型地區(qū)，這兩種類型主要集中在鄂東南和江漢平原地區(qū)，單位耕地面積產(chǎn)生碳排放較少；宜昌、襄陽屬于“高-高”型地區(qū)，隨州、仙桃屬于“低-高”型地區(qū)，這兩種類型地區(qū)與“低-低”型地區(qū)和“高-低”型地區(qū)相比，農(nóng)地碳排放壓力相對要大一些。

3 湖北省農(nóng)地碳匯時空特征及農(nóng)地利用類型變化的碳效應(yīng)分析

3.1 湖北省林地、草地碳匯的時空特征分析

通過公式（1）可以計算出湖北省及各地市州的林地、草地碳匯量。明顯可以看出，2005—2015年湖北省的林地面積經(jīng)歷了一個逐步下降的過程。2005年林地面積為793.89萬hm2，2015年林地面積為786.93萬hm2，減少了6.93萬hm2，減少面積占2005年林地面積的0.88%。在這十一年期間，雖然退耕還林鞏固工程、長防林工程、低產(chǎn)林改造工程等一系列林業(yè)重點工程項目有效地保護(hù)了森林資源，使造林面積增加。但是隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，各縣市工業(yè)園區(qū)、旅游以及新農(nóng)村建設(shè)等各項工程占用了大量的林地，導(dǎo)致林地面積大量減少。林地面積增加幅度小于減少幅度，導(dǎo)致林地碳匯總量從2005年的3 890 069.36 t減少到2015年的3 855 944.08 t。除了林地之外，草地的碳匯功能也是不容忽視的。但是湖北省二次土地調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，湖北省生態(tài)用地數(shù)據(jù)變化明顯，其中草地萎縮最為嚴(yán)重，與一次調(diào)查數(shù)據(jù)相比，草地面積減少近八成。2005—2015年，因耕地開墾、建設(shè)占用等因素，湖北省草地面積呈現(xiàn)波動下降趨勢，2009年草地面積最小，為4.437 9萬hm2，其碳匯量為931.97 t，2015年草地面積與2005年相比減少了0.12%，其碳匯量為932.56 t。

從各地市州碳匯來看，由于湖北省不同地區(qū)自然資源稟賦各有差異，導(dǎo)致區(qū)域之間林地草地碳匯存在一定程度的差距。測算2015年湖北省各地市州林地、草地碳匯量可知，十堰市的林地碳匯為791 635.29 t，在17個地市州中居第一位；其次是恩施土家族苗族自治州，林地碳匯為709 103.34 t；宜昌市的林地碳匯為623 092.10 t，襄陽市的林地碳匯為396 331.49 t。這四地的林地碳匯在湖北省林地碳匯中占比高達(dá)65.37%。林地碳匯相對較少的三個地區(qū)依次是天門市、仙桃市和潛江市。十堰市不僅林地碳匯位居第一，草地碳匯也是最多的，為406.29 t。而黃石市、孝感市和天門市沒有草地碳匯，鄂州市的草地碳匯只有0.1 t。由此可知，17個地市州的草地碳匯存在很大的差異。

3.2 農(nóng)地政策變化的單位碳排放效果分析

不同的農(nóng)地利用方式產(chǎn)生的碳效應(yīng)是不一樣的。根據(jù)湖北省實際情況，建設(shè)占用（近似認(rèn)為是耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地）和生態(tài)退耕（近似認(rèn)為是退耕還林）是最為普遍兩類農(nóng)地利用轉(zhuǎn)換形式。建設(shè)占用耕地會導(dǎo)致碳排放量增加，而生態(tài)退耕會增加碳匯。因此，對農(nóng)地的有效使用不僅可以減少碳排放量，還能提高固碳潛力。農(nóng)地利用方式轉(zhuǎn)變引起的碳效應(yīng)采用差值法進(jìn)行確定[19]，可以得到如表3所示的結(jié)果。

3.3 生態(tài)退耕與建設(shè)占用的碳效應(yīng)變化時空特征分析

3.3.1 生態(tài)退耕與建設(shè)占用碳效應(yīng)時序特征

由表4可知，2005—2015年，湖北省因生態(tài)退耕產(chǎn)生的碳匯波動比較大，大體呈現(xiàn)出“降-升-降-升”的趨勢。2005年的碳匯量為23 591.29 t，2008年的碳匯量達(dá)到最小值，為48.04 t。隨著湖北省經(jīng)濟發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，導(dǎo)致建設(shè)占用耕地的現(xiàn)象日益增加。2005—2012年因建設(shè)占用產(chǎn)生的碳排放呈現(xiàn)持續(xù)增長的趨勢，2013—2015年湖北省建設(shè)占用所產(chǎn)生的碳排放量波動較大，2015年湖北省因建設(shè)占用產(chǎn)生的碳排放量為69.66萬t，相較于2014年的下降了近一半?？傮w來說，歷年碳匯量呈不規(guī)則變動趨勢，而碳排放量雖有波動但大體呈現(xiàn)“先升后降”的趨勢，并且因生態(tài)退耕產(chǎn)生的碳匯量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于因建設(shè)用地產(chǎn)生的碳排放量。由此可知，為了促進(jìn)湖北省生態(tài)文明建設(shè)，必須加快轉(zhuǎn)變用地方式，優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，提高土地利用率，強化資源節(jié)約集約高效利用，從碳源上遏制碳排放。

3.3.2 生態(tài)退耕與建設(shè)占用碳效應(yīng)空間特征

通過測算可知，2015年湖北省生態(tài)退耕面積除了黃石市、宜昌市、襄陽市、黃岡市和咸寧市外，其他地市州的生態(tài)退耕面積為零。其中，襄陽市因生態(tài)退耕產(chǎn)生的碳匯量最大，為3 026.66 t，其次是黃岡市的682.92 t，宜昌市和

咸寧市的261.55 t，黃石市的僅為116.24 t。如圖1所示，因建設(shè)占用耕地導(dǎo)致碳排放最為顯著的是武漢市，為212 619.42 t，而排名第二的宜昌市，僅為61 516.85 t，不及武漢市的三分之一。雖然襄陽市因生態(tài)退耕產(chǎn)生的碳匯量最大，但因建設(shè)占用產(chǎn)生的碳排放量在各地市州中居

第三位，高達(dá)49 159.56 t，且因生態(tài)退耕產(chǎn)生的碳匯量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于因建設(shè)占用產(chǎn)生的碳排放量。由建設(shè)占用所帶來的碳排放量相對較少的三個地區(qū)依次是潛江市、仙桃市和天門市，碳排放量分別為15 763.04 t、12 050.86 t和11 227.15 t。

4 湖北省農(nóng)地利用凈碳排放/凈碳匯的動態(tài)趨勢演進(jìn)分析

4.1 凈碳排放的計算方法

農(nóng)地利用凈碳排放/凈碳匯是指在一定時間內(nèi)特定區(qū)域的農(nóng)地利用活動所產(chǎn)生的碳吸收輸入與碳排放輸出的收支情況。其計算公式為：

農(nóng)地利用凈碳排放/凈碳匯=農(nóng)地利用碳排放-草地碳匯-林地碳匯

得出的結(jié)果為正值的為凈碳排放，負(fù)值則為凈碳匯。再對此結(jié)果進(jìn)行核密度估計。

4.2 核密度估算方法

核密度估計主要用來估計隨機變量的概率密度，用連續(xù)的分布曲線來描述隨機變量的位置、形態(tài)和趨勢[20]。設(shè)隨機變量的密度函數(shù)為f（x），x點的概率密度函數(shù)為：

f（x）=1Nh∑Ni=1KXi-xh（9）

4.3 湖北省農(nóng)地利用凈碳排放的Kernel密度估計

本文將采用湖北省各地市州2008—2014年的面板數(shù)據(jù)對農(nóng)地利用凈碳排放/凈碳匯進(jìn)行核密度估計，繪制出湖北省各地市州的凈碳排放/凈碳匯在2008年、2011年和2014年的Kernel密度曲線，如圖2所示。

從總體上來看，核密度估計曲線中心出現(xiàn)微弱的左移，峰值經(jīng)歷了一個“先降后升” 的過程，變化區(qū)間由寬逐漸變窄。從波峰來看，由寬峰變?yōu)榧夥?，分布曲線右側(cè)逐漸有形成一小峰的趨勢，這說明湖北省各地市州的農(nóng)地利用凈碳排放的地區(qū)差距逐漸在縮小。從具體來看，2008年與2011年相比，峰值有所減少，密度函數(shù)中心基本上變化不大，變化區(qū)間逐漸縮小，分布曲線左尾右移，右尾有所抬升，這表明在此期間內(nèi)湖北省農(nóng)地利用凈碳排放的各地市州之間的差距有微弱擴大。對比2011年與2014年，波峰由寬峰變?yōu)榧夥?，峰值上升趨勢明顯，密度函數(shù)中心有微弱左移的趨勢，分布曲線左尾繼續(xù)右移，右尾右移并且抬升，由此有形成一小峰的趨勢，變化區(qū)間繼續(xù)變小，這表明在此期間湖北省農(nóng)地利用凈碳排放在各地市州之間的差距是明顯縮小的。可能因為不同地市州的農(nóng)業(yè)發(fā)展水平和農(nóng)業(yè)技術(shù)逐漸趨于一致性，從而使得農(nóng)地利用凈碳排放的地區(qū)差距縮小。

4.4 鄂東、鄂中和鄂西農(nóng)地利用凈碳排放的Kernel密度估計

通過觀察圖3可以發(fā)現(xiàn)，整體上，鄂東地區(qū)農(nóng)地利用凈碳排放在此期間內(nèi)峰值大體呈現(xiàn)“先降后升”的趨勢，密度函數(shù)的變化區(qū)間經(jīng)歷了一個“先變寬再變窄”的過程。從波峰來看，左側(cè)形成一小峰，逐漸趨于多極化發(fā)展。這表明在此樣本考察期內(nèi)鄂東地區(qū)各地市州之間的農(nóng)地利用凈碳排放差距有微弱的擴大后，又出現(xiàn)明顯的縮小，這是因為鄂東是武漢城市圈的核心地區(qū)，經(jīng)濟較為發(fā)達(dá)，農(nóng)地得到了充分的開發(fā)和利用，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平趨于一致，使得各地市州之間差距變小。

圖4中，鄂中地區(qū)農(nóng)地利用凈碳排放在樣本考察期間密度函數(shù)中心出現(xiàn)微弱的向左偏移，峰值呈現(xiàn)“先降后升”的趨勢，變化區(qū)間先擴大再縮小，由“一主一小”的格局變?yōu)椤耙恢鳌钡母窬?，右?cè)小峰逐漸消失，主峰變得平緩?？傮w來說鄂中地區(qū)各地市州農(nóng)地利用凈碳排放的地區(qū)差距是在擴大，其可能原因是鄂中地處平原，以發(fā)展農(nóng)業(yè)為主，但各地市州的生產(chǎn)條件和資源稟賦不同，在推進(jìn)農(nóng)業(yè)機械化和現(xiàn)代化的速度和規(guī)模也不同，再加上近些年受武漢城市圈發(fā)展的影響，鄂中部分地方大力發(fā)展經(jīng)濟，使得建設(shè)占用的規(guī)模不斷擴大，林地和草地面積不斷減少，部分地市州的凈排放不斷增加，導(dǎo)致地區(qū)差距擴大。

由圖5可知，鄂西地區(qū)農(nóng)地利用凈碳排放在樣本考察

期間波峰呈現(xiàn)“兩主一小”的格局，并且密度函數(shù)中心持續(xù)向右移動，峰值有微弱下降的趨勢，變化區(qū)間基本上沒有發(fā)生變化。這表明鄂西地區(qū)各地市州農(nóng)地利用凈碳排放的地區(qū)差距有所擴大但不明顯，整體上鄂西地區(qū)各地市州農(nóng)地利用凈碳排放在考察期間持續(xù)增加。其可能原因是鄂西地區(qū)主要以山地為主，耕作的土地有限，再加上近些年鄂西部分地區(qū)大力發(fā)展特色農(nóng)業(yè)，推動“特色農(nóng)業(yè)+旅游業(yè)”，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變得多樣化，使得鄂西地區(qū)農(nóng)地利用凈碳排放的地區(qū)差距有微弱擴大。

結(jié)合圖3、圖4和圖5分析發(fā)現(xiàn)，從曲線的位置來看，鄂東地區(qū)的密度函數(shù)基本沒有發(fā)生變化，鄂中地區(qū)的密度函數(shù)有微弱向左偏移的趨勢，鄂西地區(qū)的密度函數(shù)有明顯向右移的趨勢，這說明總體上鄂中地區(qū)農(nóng)地利用凈碳排放有減少態(tài)勢，鄂西地區(qū)農(nóng)地利用凈碳排放有增長態(tài)勢。從變化區(qū)間來看，鄂中變化區(qū)間跨度最大，其次是鄂東，跨度最小為鄂西，這表明各地區(qū)的凈碳排放變化程度不同，但鄂中相比其他地區(qū)而言，各地市州之間農(nóng)地利用凈碳排放的地區(qū)差距最大。從密度函數(shù)中心來看，鄂東和鄂中地區(qū)的密度函數(shù)中心位于正值區(qū)域（即凈碳排放），鄂西地區(qū)的密度函數(shù)中心位于負(fù)值區(qū)域（即凈碳匯），這表明鄂東和鄂中大部分地市州是農(nóng)地利用碳排放大于碳匯，而鄂西大部分地市州是農(nóng)地利用碳匯大于碳排放。其原因是鄂西地貌以山地和丘陵為主，草地和林地資源豐富，再加上2008年提出建設(shè)“鄂西生態(tài)文化旅游圈”，鄂西以發(fā)展旅游業(yè)為主，而鄂東和鄂中大部分地市州位于江漢平原，適宜農(nóng)業(yè)發(fā)展，農(nóng)資的投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鄂西地區(qū)。

5 結(jié)論與啟示

湖北省農(nóng)地利用碳排放量總體呈現(xiàn)出上升趨勢，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展因素是湖北農(nóng)地碳排放的主導(dǎo)因素，各地區(qū)的碳排放水平相差明顯，不同地區(qū)自然資源稟賦差異導(dǎo)致區(qū)域之間林地草地碳匯存在一定程度的差距。因生態(tài)退耕產(chǎn)生的碳匯波動比較大，因建設(shè)占用產(chǎn)生的碳排放大體呈現(xiàn)“先升后降”的趨勢，最為顯著的是武漢市。

本文在定量把握湖北省農(nóng)地利用碳效應(yīng)的時空特征的基礎(chǔ)上，從地理空間和結(jié)構(gòu)類型等方面對農(nóng)地利用碳效應(yīng)變化的內(nèi)在機理進(jìn)行深入剖析，能為農(nóng)地低碳和可持續(xù)利用提供理論參考和思路借鑒。但是，由于數(shù)據(jù)與作者學(xué)術(shù)水平的限制，本文沒有對湖北省各地、市、州之間農(nóng)地利用碳減排所存在的空間關(guān)聯(lián)特征進(jìn)行探討，也沒有全面分析農(nóng)地利用方式轉(zhuǎn)變的成本、效益，這些都有待進(jìn)一步深入研究。

為了促進(jìn)湖北省生態(tài)文明建設(shè)，優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，提高土地利用效率，結(jié)合上述結(jié)論，可以得出以下啟示：

（1）不斷提高農(nóng)業(yè)低碳發(fā)展意識，倡導(dǎo)綠色生產(chǎn)方式。農(nóng)地低碳是農(nóng)業(yè)實現(xiàn)綠色發(fā)展的基本要求。政府要加大宣傳力度，積極開展低碳農(nóng)業(yè)面對面、線上線下、網(wǎng)絡(luò)宣傳等活動，提高農(nóng)戶生態(tài)文明意識，引導(dǎo)農(nóng)戶在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中自覺選擇低碳生產(chǎn)方式，推進(jìn)全民積極主動參與到低碳農(nóng)業(yè)的建設(shè)中。

（2）不斷優(yōu)化用地結(jié)構(gòu)，加強農(nóng)地碳庫建設(shè)。對農(nóng)地的有效使用不僅可以減少碳排放量，還能提高固碳潛力。因此，必須增加生態(tài)退耕、造林和林地草地經(jīng)營的投入。同時，嚴(yán)格農(nóng)地占用審批，并強化違規(guī)占用的處罰制度和追溯機制。在重視耕地數(shù)量的同時，也要提高耕地質(zhì)量。

（3）切實推進(jìn)農(nóng)業(yè)信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，推進(jìn)實現(xiàn)農(nóng)地綠色利用。湖北省農(nóng)地利用的實際情況表明，碳排放量的減少要更加注重科技支撐，更多地依靠科技進(jìn)步。要充分利用信息通信技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)平臺，大力推廣低投入、高產(chǎn)出、低消耗、少排放的節(jié)本增效技術(shù)，促進(jìn)農(nóng)地利用結(jié)構(gòu)的綠色升級?；ヂ?lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)農(nóng)地利用進(jìn)行深度融合，為湖北省農(nóng)地低碳利用提供堅實支撐。

（4）加大財政投入，建立以綠色為導(dǎo)向的農(nóng)地補償制度。為了鼓勵農(nóng)戶進(jìn)行綠色種植，可以給予選擇綠色生產(chǎn)方式的農(nóng)戶一定程度的補貼，通過激勵引導(dǎo)農(nóng)戶選擇綠色低碳生產(chǎn)行為。同時建立以綠色為導(dǎo)向的農(nóng)地補償制度，在確保糧食安全和農(nóng)民收入穩(wěn)定增長的前提下，對農(nóng)地退耕還林、休耕等地區(qū)給予補償。

（5）差別化改善用地結(jié)構(gòu)，因市施策。湖北省不同地區(qū)農(nóng)地利用方式變化的碳效應(yīng)存在差異，根據(jù)研究結(jié)果，需對除了黃石市、宜昌市、襄陽市、黃岡市和咸寧市外的其他地市州加大鼓勵生態(tài)退耕的資金投入，針對武漢市、宜昌市和襄陽市制定更加嚴(yán)格的建設(shè)占用懲罰制度。

（編輯：劉照勝）

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Abstract The changes of agricultural land use is an important factor to cause carbon emission， and optimizing structure of agricultural land use has become an important means to promote the green development of agriculture. Using LMDI and cluster analysis， this paper analyzed the carbon effects and spatial differences of land use change in Hubei Province. Based on the Kernel density estimation method， the spatiotemporal dynamic evolution trend of net carbon emission from agricultural land use in Hubei Province was systematically investigated. The results showed： ①From 1993 to 2015， agricultural land carbon emission in Hubei was increasing at an average rate of 2.77% annually， showing four stages of changes in general. The development of agricultural economy led to 276.33% of carbon increment. Structure factor reduced 8.05% carbon emission， efficiency factor reduced 79.14% carbon emission and labor factor reduced 89.14% carbon emission. ②The cluster analysis of the total and intensity of carbon emission showed that， Wuhan and other 7 regions belonged to ‘lowlow type， Jingzhou and Huanggang belonged to ‘highlow type， Yichang and Xiangyang belonged to the ‘highhigh type， Suizhou and Xiantao belonged to ‘lowhigh type. ③The carbon sequestration of forest land and grass presented certain amplitude decreasing trend from 2005 to 2015. The carbon sink produced by ecological restoration fluctuated greatly. The carbon emission of construction occupation on arable land showed the trend of ‘rise first and then decrease. ④Using the Kernel density estimation to estimate the evolution characteristics of net carbon emission from agricultural land use in Hubei， it is found that the regional gap of net carbon emission from agricultural land use was decreasing in every city of Hubei in general. From regional perspective， the regional gap of net carbon emission from agricultural land use in eastern Hubei had been slightly enlarged and then significantly reduced， but net carbon emission in eastern Hubei as a whole had not changed significantly. The regional gap of net carbon emission from farmland use in central Hubei had been widened， and net carbon emission in central Hubei as a whole had declined. The regional gap of net carbon emission from agricultural land use in western Hubei had been widened but not obvious， and net carbon emission in western Hubei as a whole had increased. Based on the research conclusions， the paper puts forward some countermeasures and suggestions to promote the low carbonization and sustainability of agricultural land use in Hubei Province， such as strengthening the construction of agricultural land carbon pool and building a green oriented agricultural land compensation system.

Key words agricultural land utilization； carbon functions； ecological defarming； construction occupation； Kernel density estimation