河南省種植業(yè)碳排放動(dòng)態(tài)演化分析

孫 康，解 月，贠鴻琬，何澤軍

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，河南鄭州 450046)

碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)作為當(dāng)前各部門、各領(lǐng)域的一項(xiàng)重點(diǎn)工作，已成為全社會(huì)高度關(guān)注和熱議的話題。種植業(yè)減排固碳是實(shí)現(xiàn)我國碳達(dá)峰、碳中和的重要組成部分。河南作為我國農(nóng)業(yè)大省和糧食生產(chǎn)核心區(qū)，用全國6.0%的耕地生產(chǎn)了全國10.1%的糧食和25%以上的小麥，種植業(yè)在河南省農(nóng)業(yè)發(fā)展中起著重要作用。但在種植業(yè)生產(chǎn)中存在著能源浪費(fèi)和高碳排放等問題，嚴(yán)重制約了河南省農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，節(jié)能減排刻不容緩。

農(nóng)業(yè)碳排放與生態(tài)環(huán)境息息相關(guān)，因此很多學(xué)者圍繞農(nóng)業(yè)碳排放進(jìn)行了相關(guān)研究。不少學(xué)者認(rèn)為碳排放系數(shù)法已成為農(nóng)業(yè)碳排放測度的重要方法[4-7]。吳賢榮等[8-9]認(rèn)為我國農(nóng)業(yè)碳排放量總體呈波動(dòng)上升態(tài)勢(shì)，農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度呈上升發(fā)展態(tài)勢(shì)；張熒楠等[10-11]對(duì)山東省近年來農(nóng)業(yè)碳減排進(jìn)行了研究；楊濱鍵等[12]從種植業(yè)碳減排成本的角度對(duì)2000—2018年山東省種植業(yè)碳排放進(jìn)行了測算，同時(shí)對(duì)省內(nèi)區(qū)域差異進(jìn)行了比較與動(dòng)態(tài)趨勢(shì)變化分析；李遠(yuǎn)玲等[13]基于縣域視角分析了湖南省農(nóng)業(yè)碳排放的時(shí)空特征；張紅麗等[14-15]從農(nóng)業(yè)碳排放與經(jīng)濟(jì)增長關(guān)系視角分析了農(nóng)業(yè)碳排放的狀況；張志高等[16]對(duì)1993—2015年河南省農(nóng)業(yè)碳排放及其時(shí)空演變進(jìn)行了分析；朱通雅[17]研究了長江經(jīng)濟(jì)帶農(nóng)業(yè)碳排放影響因素的貢獻(xiàn)值，認(rèn)為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)長江經(jīng)濟(jì)帶碳排放起到極大的促進(jìn)作用，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、勞動(dòng)力規(guī)模和生產(chǎn)結(jié)構(gòu)對(duì)農(nóng)業(yè)碳排放有較為顯著的抑制作用?？傮w來看，相關(guān)研究主要揭示了農(nóng)業(yè)碳排放的發(fā)展現(xiàn)狀和演變特征，但未能進(jìn)一步揭示未來一定時(shí)期內(nèi)農(nóng)業(yè)碳排放的發(fā)展趨勢(shì)。

綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)農(nóng)業(yè)碳排放進(jìn)行了多視角的研究，研究成果日趨豐富，研究方法不斷創(chuàng)新，但還存在有待進(jìn)一步豐富和拓展的地方：一是在研究視角上，大多數(shù)學(xué)者都是基于大農(nóng)業(yè)的宏觀視角進(jìn)行的相關(guān)研究，較少有學(xué)者從種植業(yè)微觀角度出發(fā)進(jìn)行碳排放的相關(guān)研究；二是在研究內(nèi)容上，很少有學(xué)者對(duì)未來一定時(shí)期內(nèi)河南省種植業(yè)碳排放情況進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測分析。因此，筆者以河南省種植業(yè)碳排放為切入點(diǎn)，運(yùn)用碳排放系數(shù)法對(duì)河南省2006—2020年種植業(yè)碳排放進(jìn)行測算，在此基礎(chǔ)上使用灰色GM(1，1)預(yù)測模型對(duì)河南省2021—2030年種植業(yè)碳排放情況進(jìn)行預(yù)測分析，為促進(jìn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展模式轉(zhuǎn)變、推動(dòng)河南省農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供一定的現(xiàn)實(shí)依據(jù)和政策參考。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源及說明該研究選取河南省2006—2020年農(nóng)藥、化肥、農(nóng)膜、灌溉、土地翻耕和農(nóng)用柴油等相關(guān)數(shù)據(jù)均來自《河南省統(tǒng)計(jì)年鑒》；其中農(nóng)藥數(shù)據(jù)選取農(nóng)藥施用實(shí)物量，化肥數(shù)據(jù)選取化肥施用折純量，農(nóng)膜數(shù)據(jù)選取農(nóng)用塑料薄膜使用量，灌溉數(shù)據(jù)選取灌溉面積為準(zhǔn)，土地翻耕數(shù)據(jù)選取以當(dāng)年農(nóng)作物總播種面積為準(zhǔn)，農(nóng)用柴油數(shù)據(jù)選取農(nóng)用柴油使用量。由于2020年的相關(guān)數(shù)據(jù)暫未公布無法獲取，因此將2016—2019年相關(guān)數(shù)據(jù)的平均數(shù)值來代替2020年的相關(guān)數(shù)據(jù)。

1.2 研究方法

1.2.1碳排放系數(shù)法。該研究基于農(nóng)業(yè)物質(zhì)投入方面，結(jié)合河南省實(shí)際情況及數(shù)據(jù)的可獲取性，選擇農(nóng)藥、化肥、農(nóng)膜、灌溉、土地翻耕和農(nóng)用柴油6種種植業(yè)碳排放源，對(duì)河南省的種植業(yè)碳排放量進(jìn)行測算。種植業(yè)碳排放計(jì)算公式如下：

E=∑Ei=∑(Ti×δi)

(1)

式中，E為種植業(yè)碳排放總量，Ei為各類碳源碳排放量，Ti為各碳排放源投入量，δi為各碳源的碳排放系數(shù)。參考前人研究成果[18-19]，種植業(yè)的碳排放源和碳排放系數(shù)如表1所示。

據(jù)此獲得種植業(yè)碳排放強(qiáng)度：

(2)

式中，A為種植業(yè)碳排放強(qiáng)度，B為耕地面積。

表1 碳排放源及碳排放系數(shù)Table 1 Carbon emission sources and carbon emission coefficients

1.2.2灰色GM(1，1)預(yù)測模型。灰色系統(tǒng)理論是由鄧聚龍教授創(chuàng)立的適用于少數(shù)據(jù)、貧信息建模的方法理論，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)等社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各個(gè)層面，能夠通過部分已知信息的挖掘，獲取有價(jià)值的信息，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)未來的演變規(guī)律進(jìn)行合理的描述[20]。GM(1，1)模型是灰色預(yù)測理論中重要的組成部分，其中以鄧聚龍教授提出的均值GM(1，1)應(yīng)用最為廣泛，該研究基于GM(1，1)模型少數(shù)據(jù)、低誤差的建模特點(diǎn)展開研究，以期能夠準(zhǔn)確擬合河南省種植業(yè)碳排放量在未來的演化趨勢(shì)特征?；疑獹M(1，1)模型的建模原理參考李俊等[21-22]的相關(guān)研究。

構(gòu)建河南省種植業(yè)碳排放測算體系，運(yùn)用碳排放系數(shù)法，結(jié)合河南省種植業(yè)發(fā)展實(shí)際情況，首先測算出2006—2020年河南省種植業(yè)碳排放總量、排放強(qiáng)度和碳排放結(jié)構(gòu)的具體變化情況；其次測算河南省18個(gè)地市在“十一五”至“十三五”各個(gè)發(fā)展時(shí)期種植業(yè)碳排放總量和排放強(qiáng)度發(fā)展?fàn)顩r，探索在一定時(shí)期內(nèi)河南省種植業(yè)碳排放空間演化特征；最后運(yùn)用灰色GM(1，1)預(yù)測模型，預(yù)測河南省2021—2030年種植業(yè)碳排放發(fā)展趨勢(shì)，以期為河南省種植業(yè)綠色、低碳發(fā)展提供具有針對(duì)性的對(duì)策建議。

2 結(jié)果與分析

2.1 河南省種植業(yè)碳排放時(shí)空特征分析

2.1.1碳排放總量時(shí)序演變特征。從碳排放總量來看，根據(jù)表2可知，2006—2020年河南省種植業(yè)碳排放總量呈現(xiàn)出上升—下降的變化特征。2006—2015年為第1階段，種植業(yè)碳排放總量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，從2006年的654.72萬t增長至2015年的874.71萬t，增長33.60%，年均增長率為3.36%；2016—2020年為第2階段，種植業(yè)碳排放總量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，從2016年的872.26萬t下降至2020年的788.80萬t，下降9.57%，年均增長率-1.91%?？梢姾幽鲜》N植業(yè)碳排放總量在2015年達(dá)到峰值(874.71萬t)。究其原因，為了轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色低碳可持續(xù)發(fā)展，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部(原農(nóng)業(yè)部)于2015年2月17日下發(fā)《到2020年農(nóng)藥化肥零增長行動(dòng)方案》，河南省積極響應(yīng)這一行動(dòng)，適度減少農(nóng)藥化肥的使用，種植業(yè)發(fā)展與資源環(huán)境之間的矛盾得到緩和，表明河南省種植業(yè)碳排放總量得到一定控制。

2.1.2碳排放強(qiáng)度時(shí)序演變特征。種植業(yè)碳排放強(qiáng)度是指種植業(yè)碳排放總量與耕地面積之比，該數(shù)值越大表明單位耕地面積的碳排放量越大。由表2可知，2006—2020年河南省種植業(yè)碳排放強(qiáng)度也是呈現(xiàn)上升—下降的變化特征。2006—2015年種植業(yè)碳排放強(qiáng)度呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，從2006年的909.03 kg/hm2增加至2015年的1 079.11 kg/hm2，增長18.71%，年均增長1.87%；2016—2020年種植業(yè)碳排放強(qiáng)度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，從2016年的1 075.40 kg/hm2下降至2020年的966.61 kg/hm2，下降10.12%，年均下降2.02%。由此可知，河南省種植業(yè)碳排放強(qiáng)度增減變化幅度大于碳排放量變化幅度。

2.1.3碳排放結(jié)構(gòu)演變特征。從河南省種植業(yè)碳排放結(jié)構(gòu)(表2和圖1)來看，2006—2020年河南省農(nóng)藥、化肥、農(nóng)膜、灌溉、土地翻耕和農(nóng)用柴油產(chǎn)生的碳排放量程度均有所不同，所占比例分別為7.46%、73.07%、9.54%、1.58%、0.56%、7.79%。根據(jù)碳排放量所占比例把碳排放源分為3類：第一類是化肥，第二類是農(nóng)藥、農(nóng)膜和農(nóng)用柴油，第三類是灌溉和土地翻耕。河南省種植業(yè)各類碳源碳排放量從大到小依次為化肥>農(nóng)膜>農(nóng)用柴油>農(nóng)藥>灌溉>土地翻耕?；适呛幽鲜》N植業(yè)碳排放的最主要碳源，占碳排放總量的73.07%，在2006—2020年河南省化肥碳排放量經(jīng)歷了先增加后減少的趨勢(shì)，在2015年達(dá)到峰值(641.33萬t)，說明河南省在種植業(yè)生產(chǎn)過程中存在大量、不科學(xué)施用化肥現(xiàn)象，下一步應(yīng)該在種植業(yè)生產(chǎn)過程中在保證糧食安全的前提下，控制化肥施用總量，提高化肥使用效率。灌溉和土地翻耕產(chǎn)生的碳排放量較少，未來隨著節(jié)水農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)技術(shù)水平的發(fā)展，灌溉和土地翻耕的碳排放污染將會(huì)進(jìn)一步降低。

2.1.4碳排放空間演化特征。為了更好厘清河南省各地區(qū)種植業(yè)碳排放的具體發(fā)展情況，該研究選取“十一五”至“十三五”各個(gè)發(fā)展時(shí)期相關(guān)數(shù)據(jù)，測算河南省18個(gè)地市3個(gè)發(fā)展時(shí)期的種植業(yè)碳排放具體情況。用每5年相關(guān)數(shù)據(jù)的平均數(shù)代表每一個(gè)時(shí)期內(nèi)河南省種植業(yè)碳排放水平進(jìn)行測算分析，結(jié)果如表3所示。通過進(jìn)一步計(jì)算發(fā)現(xiàn)，3個(gè)時(shí)期內(nèi)周口市、商丘市、南陽市、駐馬店市、信陽市、新鄉(xiāng)市和安陽市的碳排放總量均值都在50萬t以上，分別為94.21萬、82.94萬、100.56萬、76.37萬、57.14萬、54.51萬和51.52萬t，屬于高碳排放區(qū)域。從地域分布來看，高碳排放區(qū)域主要分布在豫東(周口、商丘)、豫南(南陽、信陽和駐馬店)和豫北(新鄉(xiāng)、安陽)，種植業(yè)碳排放存在一定的區(qū)域差異性和空間集聚效應(yīng)，說明河南省種植業(yè)碳排放受自然地理環(huán)境影響較大。從3個(gè)發(fā)展時(shí)期來看，河南省種植業(yè)碳排放總量和碳排放強(qiáng)度總體呈現(xiàn)出低—高—低的發(fā)展?fàn)顩r，“十一五”時(shí)期碳排放總量整體較高，伴隨著“兩山理論”、高質(zhì)量發(fā)展理念的深入貫徹和人們生態(tài)環(huán)保理念的提升，“十三五”時(shí)期種植業(yè)碳排放出現(xiàn)下降趨勢(shì)。通過對(duì)河南省一定時(shí)期種植業(yè)碳排放的測算，發(fā)現(xiàn)河南省種植業(yè)碳排放情況符合環(huán)境庫茲涅茨曲線的基本理論，當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低時(shí)，碳排放程度較輕，但隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人們收入水平增加，碳排放由低趨高，碳排放增長程度隨經(jīng)濟(jì)的增長而加??；當(dāng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定水平后，或者說達(dá)到某個(gè)臨界點(diǎn)或拐點(diǎn)后，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，碳排放又由高趨低，其種植業(yè)生態(tài)環(huán)境得到逐步改善。

表2 2006—2020年河南省種植業(yè)碳排放總量和碳排放強(qiáng)度Table 2 Total carbon emission and carbon emission intensity of planting industry in Henan Province from 2006 to 2020

圖1 2006—2020年河南省種植業(yè)碳排放結(jié)構(gòu)Fig.1 Carbon emission structure of planting industry in Henan Province from 2006 to 2020

表3 “十一五”至“十三五”時(shí)期河南省18個(gè)地市種植業(yè)碳排放情況

2.2 河南省種植業(yè)碳排放預(yù)測分析運(yùn)用灰色GM(1，1)預(yù)測模型測算河南省2021—2030年種植業(yè)碳排放發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)果如表4所示，通過預(yù)測分析發(fā)現(xiàn)，測算得到的數(shù)據(jù)分析總體趨勢(shì)符合當(dāng)下和今后一定時(shí)期經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)狀況。從碳排放數(shù)量來看，2021—2030年河南省種植業(yè)碳排放總量為607.40萬～768.46萬t，整體處于逐步下降趨勢(shì)，下降了20.96%，年均下降2.10%，下降幅度遠(yuǎn)大于2016—2020年的下降幅度。通過預(yù)測數(shù)值可以看出2021—2030年河南省碳排放總量平均值約為685.12萬t，整體處于相對(duì)較低水平。從碳排放強(qiáng)度來看，2021—2030年河南省種植業(yè)碳排放強(qiáng)度為733.09～940.25 kg/hm2，整體處于下降水平，下降了22.03%，年均下降2.20%。由此看來，2021—2030年河南省種植業(yè)單位耕地面積碳排放強(qiáng)度不斷減少，碳源投入逐步減少。說明河南省意識(shí)到粗放型農(nóng)業(yè)增長方式造成的資源消耗和生態(tài)環(huán)境惡化，積極響應(yīng)國家號(hào)召，減少種植業(yè)碳排放。頒布出臺(tái)了一系列相關(guān)減少農(nóng)業(yè)碳排放、優(yōu)化農(nóng)業(yè)資源環(huán)境的方案，如《河南省人民政府關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)強(qiáng)省的意見》《關(guān)于全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的實(shí)施意見》《河南省農(nóng)藥化肥零增長行動(dòng)方案》等措施強(qiáng)調(diào)農(nóng)業(yè)資源保護(hù)和高效利用，大力發(fā)展節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)藥、節(jié)地農(nóng)業(yè)，積極發(fā)展生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)，引導(dǎo)農(nóng)業(yè)綠色、低碳、高質(zhì)量發(fā)展。相關(guān)政策的繼續(xù)實(shí)施和農(nóng)民生態(tài)環(huán)保理念的進(jìn)一步提升，預(yù)計(jì)未來河南省種植業(yè)碳排放量將會(huì)進(jìn)一步減少，為我國早日實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和作出積極貢獻(xiàn)。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

(1)河南省種植業(yè)碳排放總量和碳排放強(qiáng)度均呈現(xiàn)上升—下降的變化特征，且碳排放總量在2015年達(dá)到峰值。

(2)各類碳源碳排放量從大到小依次為化肥>農(nóng)膜>農(nóng)用柴油>農(nóng)藥>灌溉>土地翻耕，化肥是碳排放的最主要源頭，占73.07%。

(3)在“十一五”至“十三五”3個(gè)發(fā)展時(shí)期中，河南省種植業(yè)碳排放總量和碳排放強(qiáng)度均呈現(xiàn)出低—高—低的發(fā)展水平；從地域分布來看，碳排放存在一定的空間集聚效應(yīng)，主要分布在豫東、豫南和豫北地區(qū)。

表4 2021—2030年河南省種植業(yè)碳排放預(yù)測值Table 4 Predicted value of carbon emissions of planting industry in Henan Province from 2021 to 2030

(4)通過預(yù)測分析發(fā)現(xiàn)2021—2030年河南省種植業(yè)碳排放總量和碳排放強(qiáng)度將呈現(xiàn)進(jìn)一步下降趨勢(shì)且碳排放強(qiáng)度下降幅度大于碳排放總量。

3.2 建議

(1)政府應(yīng)該進(jìn)一步倡導(dǎo)綠色、低碳發(fā)展理念，加強(qiáng)對(duì)農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)新技術(shù)的研發(fā)和推廣應(yīng)用；實(shí)施“減肥減藥”行動(dòng)方案，根據(jù)作物種類和土壤土質(zhì)，進(jìn)行測土配方、精準(zhǔn)施肥，進(jìn)行結(jié)構(gòu)性減肥，提高化肥利用效率。

(2)豫東整個(gè)區(qū)域99%以上都是平原地帶，應(yīng)該進(jìn)行土地資源的整合，發(fā)揮種糧大戶和新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體的作用，進(jìn)行集中連片大規(guī)模的機(jī)械化種植，利用先進(jìn)科技引領(lǐng)種植業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的同時(shí)降低碳排放。

(3)豫南地區(qū)處于亞熱帶濕潤性季風(fēng)氣候向暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候的過渡帶且有低山丘陵分布，小麥和水稻是當(dāng)?shù)刂饕N植的農(nóng)作物，低山丘陵地帶適宜茶樹和中藥材種植，應(yīng)該進(jìn)一步調(diào)整種植業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展地區(qū)特色種植業(yè)，進(jìn)行稻-魚、稻-蝦共作，打造全國艾草、月季特色種植基地，在調(diào)結(jié)構(gòu)、育特色中結(jié)構(gòu)性減排降碳，培育高效生態(tài)農(nóng)業(yè)示范區(qū)。

(4)豫北地區(qū)位于黃河以北地區(qū)，是主要的棉花產(chǎn)區(qū)和國家優(yōu)質(zhì)高筋小麥基地。該區(qū)域地勢(shì)平坦，多為平原地帶，且有黃河、海河兩大水系，培育耐旱、高效、優(yōu)質(zhì)小麥品種，發(fā)展節(jié)水灌溉高效種植業(yè)。