甘肅省農(nóng)業(yè)碳排放綜合測算及驅動力分析

呂迎

[提要] 本文以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)物質投入、畜牧養(yǎng)殖數(shù)量及農(nóng)作物種植面積為基礎數(shù)據(jù)，測算甘肅省農(nóng)業(yè)碳排放量及碳排放強度，使用STLRPAT模型對甘肅省農(nóng)業(yè)碳排放驅動因素進行分析，并針對甘肅省農(nóng)業(yè)碳減排提出對策建議。

關鍵詞：甘肅;農(nóng)業(yè)碳排放;STIRPAT模型;影響因素

基金項目：甘肅省高校創(chuàng)新能力提升項目：“基于產(chǎn)業(yè)耦合隴東地區(qū)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式研究”（項目編號：2019A-121）

中圖分類號：X196 文獻標識碼：A

收錄日期：2020年7月7日

黨的十八大把生態(tài)文明建設寫入黨章，這反映生態(tài)環(huán)境問題的嚴重。導致生態(tài)環(huán)境問題日益嚴重的主要原因是大氣中溫室氣體含量不斷增大。人類生產(chǎn)會產(chǎn)生大量的溫室氣體，其中農(nóng)業(yè)是主要溫室氣體排放源，全球1/5的溫室氣體來自于農(nóng)業(yè)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的主要溫室氣體有CH4、N2O和CO2，來自化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、農(nóng)業(yè)機械使用、農(nóng)業(yè)灌溉、秸稈處理、畜禽養(yǎng)殖及糞便管理等農(nóng)地利用環(huán)節(jié)以及農(nóng)用地與其他類型土地之間的轉換。根據(jù)Norse研究認為，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)膜、農(nóng)業(yè)機械、農(nóng)業(yè)灌溉和農(nóng)業(yè)秸稈排放的主要是CO2氣體，動物糞便和稻田主要釋放的是CH4氣體，化肥施用以及土壤釋放的N2O。CH4和N2O均可以使用一定的轉換方法轉為C當量。

國內對農(nóng)業(yè)碳排放的研究時間并不長，在中國知網(wǎng)篇名中輸入農(nóng)業(yè)碳排放進行檢索，從2002年到2020年共有879篇相關文獻。從研究側重點來看，主要集中在：農(nóng)業(yè)碳排放與經(jīng)濟發(fā)展、科技進步關系的研究;農(nóng)業(yè)碳排放時空分異、特征及影響研究;農(nóng)業(yè)碳排放測度及強度測算研究;農(nóng)業(yè)碳排放脫鉤效應相關研究;農(nóng)業(yè)碳排放的評價及影響因素研究;碳排放地區(qū)差異分析方面的研究。研究的層面主要是全國和地區(qū)兩個方面的農(nóng)業(yè)碳排放研究。關于甘肅省農(nóng)業(yè)碳排放研究的文獻共有18篇，主要集中在農(nóng)業(yè)碳排放測度方面，且很多學者關于農(nóng)業(yè)碳排放核算選擇的因素只限于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的化肥、農(nóng)藥等物質，并沒有將牲畜和農(nóng)作物納入碳計算對象。本文以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)物質使用量、牲畜飼養(yǎng)量和農(nóng)作物種植面積為基礎，對甘肅省農(nóng)業(yè)碳排放總量和強度進行測算，并對碳排放驅動因素進行分析。

一、區(qū)域概況及研究方法

（一）區(qū)域概況及數(shù)據(jù)來源。甘肅省地處西北內陸，地貌復雜，多以高原和山地為主，土地較貧瘠，年平均氣溫0℃～15℃，大部分地區(qū)氣候干燥。干旱、半干旱區(qū)占總面積的75%。各地年降水量在36.6～734.9毫米，是我國嚴重缺水地區(qū)之一。2018年甘肅省總土地面積4，544×104hm2，耕地面積537.7×104hm2。自1978年以來，甘肅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展迅速，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值從1978年的18.05億元增加到2017年的1，068.6億元。農(nóng)村居民的人均可支配收入從2000年的 1，428.70元增加到2018年 8，804.1元，但是農(nóng)用化肥、農(nóng)藥、農(nóng)用柴油和農(nóng)用薄膜的使用量也逐年增長，從2000年到2017年化肥施用量由217.10萬噸增加到311.07萬噸，增長率為43.28%;農(nóng)藥使用量由1.1萬噸增加到5.2萬噸，增長率為372.7%;農(nóng)用柴油的使用量從15.6萬噸增加到45.5萬噸，增長率為191.7%;農(nóng)用薄膜的使用量從6.4萬噸增加到17.2萬噸，增長率為168.8%。這些農(nóng)用物資的使用導致碳的排放量也逐年增加，從2010年的535.58×103t增加到2017年的825.08×103t。

面對如此巨大的碳排放壓力，甘肅省政府先后出臺多次政府文件，督促節(jié)能減排，甘肅省“十一五”、“十二五”、“十三五”期間均有節(jié)能減排工作安排方案，對節(jié)能減排提出明確目標?！笆晃濉逼陂g要求單位生產(chǎn)總值能耗降低20%，主要污染物排放總量減少10%;“十二五”首次增加了對氮氧化物和氨氮兩項減排指標，同時將農(nóng)業(yè)污染源排放的化學需氧量和氨氮，以及機動車排放的氮氧化物納入了減排范圍;“十三五”期間節(jié)能減排目標要求到2020年全省萬元國內生產(chǎn)總值能耗比2015年下降14%。

（二）數(shù)據(jù)來源。甘肅省2002～2018年的農(nóng)用化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、灌溉面積、牲畜數(shù)量、農(nóng)業(yè)機械動力數(shù)據(jù)來自《甘肅省統(tǒng)計年鑒》，農(nóng)用化肥為折純量，農(nóng)藥、農(nóng)膜和柴油為當年實際使用數(shù)量，灌溉面積為當年有效灌溉面積，牲畜數(shù)量為年末數(shù)量。農(nóng)用柴油、農(nóng)村人口數(shù)、農(nóng)村生產(chǎn)總值、農(nóng)村固定資產(chǎn)投資數(shù)據(jù)來自2002～2018年的《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》。

二、模型構建

（一）農(nóng)業(yè)碳排放量及強度測算模型。農(nóng)業(yè)碳排放主要來自三個方面：一是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用物質的碳排放，這個過程的碳源主要有化肥、農(nóng)藥、塑料薄膜、農(nóng)用機械柴油及農(nóng)用地灌溉。二是牲畜養(yǎng)殖的碳排放。動物進食后在腸胃中發(fā)酵會產(chǎn)生CH4的排放，同時動物糞便也會產(chǎn)生CH4和N2O氣體的排放，并且不同的動物產(chǎn)生的溫室氣體排放差別較大。根據(jù)甘肅省飼養(yǎng)情況和數(shù)據(jù)的可得性，本文主要選取豬、牛、羊、馬、騾、驢、駱駝為計算牲畜養(yǎng)殖的碳排放源。三是農(nóng)作物的碳排放。農(nóng)作物是CH4和N2O的排放源，不同的農(nóng)作物品種對這兩種氣體的排放系數(shù)不同，對土壤破壞程度也不相同，根據(jù)甘肅省氣候、土壤情況，本文選取稻谷、小麥、玉米、大豆、棉花等為農(nóng)作物作為CH4和N2O的排放源。由于CH4和N2O與C的性質不同，不能只加總計算，因而根據(jù)1tCH4=6.28tC，1tN2O=81.27tC將動物和農(nóng)作物產(chǎn)生的CH4和N2O換算成C的排放量。表1～表3是各碳源排放系數(shù)表。（表1、表2、表3）

根據(jù)《IPCC國家溫室氣體排放清單（2006）》可得碳排放測算模型為：

（二）基于STIRPAT模型的農(nóng)業(yè)碳排放驅動模型。Dietz等 （1994）對Ehrlich 提出的對“IPAT”分析框架進行拓展，得到可以用于人文因素對環(huán)境的非比重影響的非線性STIRPAT模型：I=aPbAcTde，其中：I、P、A、T分別表示環(huán)境影響、人口數(shù)量、富裕度和技術;a是模型的系數(shù);b、c、d 分別是自變量 P、A、T的指數(shù);e為模型隨機誤差。通過對人口、財產(chǎn)、技術三個自變量和因變量之間的關系進行評估。

對模型兩邊取自然對數(shù)，可得方程形式為：

由彈性系數(shù)的概念可知，該方程的回歸系數(shù)反映的即解釋變量與被解釋變量之間的彈性。

本文借鑒STIRPAT模型分析甘肅省農(nóng)業(yè)碳排放總量與其經(jīng)濟因素影響因素之間的關系。模型形式為：lnE=？琢+？茁1lnP+？茁2lnG+？茁3lnT+？茁4lnI+？滋。

根據(jù)楊莎莎、朱靈偉、高靜怡等的研究成果，選取E、P、G、T和I為影響因素，其中，E為農(nóng)業(yè)碳排放總量，萬噸;？琢為常數(shù)項，P為甘肅省農(nóng)村人口總數(shù)，萬人;G為經(jīng)濟發(fā)展水平，以農(nóng)業(yè)總價值表示，萬元;;T為農(nóng)業(yè)發(fā)展技術水平，以農(nóng)業(yè)機械總動力表示;I為農(nóng)業(yè)固定資產(chǎn)投資，萬元;？滋為模型隨機擾動項;？茁1、？茁2、？茁3、？茁4為彈性系數(shù)，表示變量P、G、T、I變化1%所引起的E變換？茁1%、？茁2%、？茁3%、？茁4%。

三、實證結果分析

（一）農(nóng)業(yè)碳排放量及強度測算結果及分析。根據(jù)公式（1）、（2）測算出2000～2017年甘肅農(nóng)業(yè)碳排放量和排放強度，結果見表4～表6。從表6來看，2000～2017年，甘肅省農(nóng)業(yè)碳排放總量一直呈上升趨勢，碳排放量從2000年的535.58萬噸上升到2017年的825.08萬噸，年平均增速為2.48%，環(huán)比增速上下波動，基本為正值增速。從表4來看，化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、農(nóng)用柴油和灌溉面積的碳排放量也是逐年增加。從2000～2017年的碳排放總量看，化肥排放總量最大，為1，320.8萬噸，其次是農(nóng)膜，碳排放量為1，067.20萬噸;從碳排放量的年平均增速來看，農(nóng)膜年均增速最快，年均增速為17.26%，其次是農(nóng)用柴油和農(nóng)藥，年均增速分別為6.24%和6.17%;化肥和灌溉面積碳排放增長速度相比較小一些，分別為1.58%和1.1%。從表5來看，牲畜養(yǎng)殖及農(nóng)作物種植引起的碳排放量在2006年以前呈現(xiàn)逐年上升態(tài)勢，2007年以后開始出現(xiàn)波動，但基本也呈上升態(tài)勢，在這個環(huán)節(jié)，動物糞便產(chǎn)生的碳排放量最高，年均增長速度也最高，為2.28%，其次是動物腸道發(fā)酵，年均碳排放增長速度為2.08%，另外，農(nóng)作物的碳排放量不容忽視，年碳排放量在300萬噸左右，年均排放增長速度為1.49%。（表4、表5、表6）

根據(jù)碳排放總量和農(nóng)業(yè)耕地面積，求得甘肅省歷年農(nóng)業(yè)碳排放強度，見表6，從數(shù)據(jù)分析可知，除2007年與2015年小幅下降以外，其他年份均是上升趨勢。碳排放強度從2000年的1，536.30kg/hm-2增加到2017年的2，317.08kg/hm-2，年均增長速度2.36%，環(huán)比增長速度也呈現(xiàn)上下波動形態(tài)，波動形狀與碳排放環(huán)基本相同。

綜合比較表4和表5，動物糞便年均碳排放總量為301.4萬噸;動物腸道發(fā)酵年均排放量為195.19萬噸;化肥和農(nóng)膜，年均碳排放量為79.38萬噸和59.29萬噸;農(nóng)作物年均碳排放量、農(nóng)藥年均碳排量和農(nóng)藥年均碳排放總量分別為32.27萬噸、21.15萬噸和16.64萬噸;灌溉面積年均碳排放量最少，也有2.69萬噸。動物腸道發(fā)酵和糞便兩項的碳排放量在總碳量中的比例占到71%，因此，對動物的養(yǎng)殖和糞便管理需要嚴格治理，運用高新技術養(yǎng)殖和糞便管理，減少碳的排放勢在必行。

（二）農(nóng)業(yè)碳排放驅動因素分析。采用2000～2017年數(shù)據(jù)，利用STIRPAT模型對數(shù)形式：

選取甘肅省農(nóng)村人口總數(shù)（P）、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值（G）、農(nóng)業(yè)機械總動力（T）、農(nóng)業(yè)固定資產(chǎn)投資（I）為自變量，對農(nóng)業(yè)碳排放總量（E）進行驅動因素分析。

利用Eveiws10.0對數(shù)據(jù)進行序列平穩(wěn)檢驗，除了序列l(wèi)nP在1%、5%下平穩(wěn)外，其他序列均在1%、5%、10%下平穩(wěn);相關性檢驗及異方差檢驗均通過;格蘭杰檢驗證明農(nóng)業(yè)碳排放總量與其他變量之間存在因果關系。對模型進行估計，結果如下：

R2=0.9875，R2=0.9833，F(xiàn)=236.98，P=0.000，從回歸系數(shù)的正負號來看，農(nóng)業(yè)人口總數(shù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值符號為正，農(nóng)業(yè)機械總動力與農(nóng)業(yè)固定資產(chǎn)投資符號為負，符合經(jīng)濟學研究理論，人口過多，經(jīng)濟快速發(fā)展，導致碳排放量連年增加，我國已經(jīng)成為碳排放量最多的國家。農(nóng)業(yè)技術水平和投資的增加，將使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的碳排放不斷減少，但目前來看，甘肅省的農(nóng)業(yè)技術水平與固定資產(chǎn)投資在農(nóng)業(yè)碳減排方面的貢獻比例不大，還需要進一步提高。從回歸系數(shù)的數(shù)值來看，人口每增加1%，農(nóng)業(yè)碳排放總量增加2.144%;農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值增加1%，農(nóng)業(yè)碳排放總量增加0.337%;農(nóng)業(yè)機械總動力與農(nóng)業(yè)固定資產(chǎn)總投資的回歸系數(shù)為負，說明這兩個總量的增加，將引起農(nóng)業(yè)碳排放總量的減少，農(nóng)業(yè)機械總動力增加1%，農(nóng)業(yè)碳排放減少0.075%，農(nóng)業(yè)固定資產(chǎn)總值增加1%，農(nóng)業(yè)碳排放總量減少0.031%。

四、對策建議

甘肅省農(nóng)業(yè)碳排放總量呈現(xiàn)上升趨勢，從2000年的535.58萬噸增長到2017年的825.08萬噸，年均增長率為2.48%;農(nóng)業(yè)碳排放強度也呈現(xiàn)上升趨勢，從2000年的1，536.30kg/hm-2到2017年的2，317.08kg/hm-2，年均增長率為2.36%。牲畜養(yǎng)殖引起的碳排放總量最大，年均碳排放總量有496.59萬噸。農(nóng)用生產(chǎn)過程中使用的農(nóng)膜碳排放量增長最快，年均增長率為17.26%;化肥碳排放量最大，年均碳排放量為73.38萬噸。農(nóng)業(yè)人口增長和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展是碳排放增長的主要驅動因素，農(nóng)業(yè)人口和經(jīng)濟總量每增長1%，碳排放量增長2.144%和0.337%。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術水平的提高可以減少農(nóng)業(yè)碳排放量，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術水平提高1%，農(nóng)業(yè)碳排放減少0.075%。農(nóng)業(yè)固定資產(chǎn)水平提高1%，農(nóng)業(yè)碳排放減少0.031%。

農(nóng)業(yè)是一國經(jīng)濟發(fā)展的基礎，保證農(nóng)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，也要注意農(nóng)業(yè)碳排放。因此，在穩(wěn)定發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的同時，要提高農(nóng)民的低碳生產(chǎn)意識，減少農(nóng)業(yè)產(chǎn)量對化肥、農(nóng)藥和農(nóng)膜的依賴;利用高科技和新的農(nóng)業(yè)循環(huán)生產(chǎn)模式加大對碳的吸收，在農(nóng)村推廣“種植業(yè)+養(yǎng)殖業(yè)+沼氣”模式，加大對甲烷氣體的吸收、利用，減少農(nóng)業(yè)碳排放。在牲畜養(yǎng)殖業(yè)引進先進技術進行科學喂養(yǎng)和糞便的管理，減少牲畜腸胃發(fā)酵和糞便管理的碳排放。政府要加大對農(nóng)業(yè)科技投入，利用先進的科學技術減少碳排放。加大植樹造林的力度，增加碳匯儲備，從源頭上減少碳排放。

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