我国农地利用碳排放的阶段特征及因素分解研究

田 云,李 波,张俊飚

(华中农业大学经济管理学院,湖北武汉430070)

我国农地利用碳排放的阶段特征及因素分解研究

田 云,李 波,张俊飚

(华中农业大学经济管理学院,湖北武汉430070)

基于农地利用的6个主要方面的碳源,测算了我国1993—2008年农地利用碳排放量。发现自1993年以来我国农地碳排放处于阶段性的上升趋势。进一步通过 Kaya恒等式的合理变形对碳排放的影响因素进行分解,结果表明,效率因素和结构因素对碳排放量具有一定的抑制作用,但效果不够显著且波动性较强。与1993年相比,效率、结构因素分别实现了6.11%和26.62%的碳减排,而规模因素则对农地碳排放具有较强推动作用,产生了121.65%的碳增量。最后,据此提出促进农地利用减排的政策建议。

农地利用;碳排放;因素分解 ;Kaya恒等式

近几十年来,人类对化石燃料的无节制使用、土地结构的逆向利用等活动,造成大气中二氧化碳浓度持续增高,对气候的暖化产生了显著性的影响。而作为碳排放的重要组成部分,农地利用所导致的碳排放也引起了越来越多的关注。据估算,1950—2005年全国农地利用变化的累计碳排放为10.6PgC(Petagrams of Carbon),占全部人为源碳排放量的30%,占同期全球农地利用变化碳排放量的12%①。鉴于当前我国农地利用碳排放量的不断上升,定量把握我国农地碳排放的现状和特征,探寻我国农地利用碳排放的影响因素及程度,对于制定农业减排政策、实现农地利用的碳减排具有重要意义。

一、文献回顾

国外在农地利用碳排放影响问题的研究上,一致认为农地利用的变化是影响碳排放,进而导致气候变化的重要因素。农业生产既是碳“源”,又是碳“汇”,可以通过土地利用的变化、土地整治等增加碳“汇”,减少碳排放,从而使农业生产由碳“源”变碳“汇”。同时,通过土地利用的变化减少碳排放的潜力有明显的区域差异,热带湿润半湿润地区通过土地利用的转换实现碳减排的潜力最大,半干旱地区则相对较小[1](P135-162)。近年来,我国对碳排放影响因素的研究也逐渐增多,主流的方法是运用各种因素分解法对年度时间序列数据进行分析。比较有代表性的成果有:宋德勇、卢忠宝运用“两阶段”迪氏因素分解法对我国1990—2005年与能源消费相关的二氧化碳排放的相关因素进行了较为完整的分解[2](P18-24);朱勤、彭希哲等基于扩展的 Kaya恒等式建立因素分解模型,应用LMDI分解方法对我国1980—2007年能源消费碳排放进行因素分解[3](P2072-2079);李国志、李宗植则对我国1981—2007年农业能源消费量的二氧化碳排放量进行了测算,并利用LMDI模型对其进行分解,得出经济增长是农业碳排放量最主要的驱动因素,技术进步对农业的碳减排有较强的促进作用但具有一定的随机性,而能源结构的不断恶化则在一定程度上增加了二氧化碳的排放[4](P66-71)。

总体而言,国外研究多集中在自然科学领域,多是基于技术角度;国内研究范围较广,散布于多个方面,其中涉及经济领域的研究也比较多。但从现有文献看,在碳排放的测算上,几乎所有的研究成果都仅仅是从能源消费量的角度出发,而忽视了其他一些可能产生碳排放的因素。而本文首先基于农地利用过程中6个主要方面的碳源,对我国1993—2008年农地利用所导致的碳排放量进行测算并简要进行阶段特征分析,然后利用 Kaya恒等式对其进行因素分解,分析效率、结构、规模等因素对农地利用碳排放的贡献程度,并提出相关建议。

二、研究方法选择及数据来源

(一)农地利用碳排放量估算方法

本研究认为,农地利用的碳排放是指在农地利用过程中由于人的行为所导致的直接或间接的碳排放。农地利用的碳排放主要来源于6个方面:(1)化肥生产和使用过程中所导致的农地直接或间接的碳排放;(2)农药生产和使用过程中所导致的碳排放;(3)农膜生产和使用过程中所引起的碳排放;(4)由于农业机械运用而直接或间接消耗化石燃料(主要是农用柴油)所产生的碳排放;(5)农地翻耕破坏土壤有机碳库,大量有机碳流失到空中所形成的碳排放;(6)灌溉过程中电能利用间接耗费化石燃料所形成的碳释放。

其中,E为农地利用的碳排放总量,Ei为各种碳源的碳排放量,Ti为各碳排放源的量,δi为各碳排放源的碳排放系数。根据有关经验数据,分别归纳出农地碳排放系数如表1所示。

表1 农地利用碳排放系数及参考来源

(二)农地利用碳排放分解方法

Kaya碳排放恒等式由日本教授 Yoichi Kaya于1989年在IPCC研讨会上最先提出。根据该恒等式,碳排放主要由人口、生活水平、能源使用强度和碳排放强度所决定。具体公式为:

其中,(1)式中,C、E、GD P、P分别表示碳排放量、能源消耗总量、国内生产总值和人口总量;CI、EI、G、P分别为能源结构因素、能源效率因素、经济规模因素和人口规模因素。

由于主要研究的是农地利用碳排放因素分析,结合农业生产的实际情况,本研究对该恒等式进行适当变形,得到如下结果:

其中,(2)式中,C、P、A GRI分别表示碳排放量、种植业总产值和农林牧渔总产值;EI、A I、A GRI分别为农业生产资料效率因素、农业结构因素和农业规模因素。由于主要研究的是农地利用所导致的碳排放情况,且农地利用碳排放6种主要碳源均与种植业紧密相关,而林地、草地等农地利用方式更多的是发挥碳汇作用。因此,为了便于分析,本研究近似地以种植业碳排放替代农地利用碳排放。同时,鉴于农业各部门之间无论产量还是规模,量化方式均存在极大不一致,为了方便计算,以产值代替规模,统一采用产值作为比较量。由于残差的存在不能很好地解释碳排放的变化,为了更好地利用 Kaya恒等式进行分析,对该恒等式进行小的修改,去掉暂时无法用于解释的残差[8](P43-47)。

其中,△EI代表从基年到T年仅有单位种植业产值碳排放强度变化而其他两个因子未发生变化而导致的碳排放量相对于基年的排放量变化;△A I代表从基年到T年仅有农业结构发生变化而EI保持在T年水平,且A GRI保持在基年水平所引发的碳排放量变化;△A GRI代表基年到T年仅有农业生产规模发生改变而其他两项因子均保持在T年水平条件下碳排放量的变化。

(三)数据来源及整理

本研究中化肥、农药、农膜、柴油数据均来自《中国农村统计年鉴》,以当年我国实际使用量为准;翻耕数据以当年我国农作物实际播种面积为准,农业灌溉则以当年我国实际灌溉面积为准,农作物播种面积和灌溉面积也均出自《中国农村统计年鉴》。种植业总产值和农林牧渔总产值数据均来自2009年的《中国统计年鉴》,考虑到经济发展中价格不断变化的因素,以实价计算的产值不能进行纵向对比,故采用GDP可比价,以1990年作为价格基准年。

三、结果及分析

(一)我国农地利用碳排放变化及特征分析

根据已给出的碳排放测算公式,测算1993—2008年的农地利用碳排放。结果分析表明,1993年我国农地利用所导致的碳排放量为4 307.54万吨,2008年则为7 843.08万吨,年平均增长率4.08%。化肥、农药、农膜、农用柴油、灌溉、翻耕等所产生的碳排放量都呈现不同程度的增长,年均递增率分别为 3.45%、4.65%、7.20%、4.77%、1.22%、0.38%(如表2、图1所示)。

表2 1993—2008年我国农地碳排放量情况单位:万吨

从图1可以看出,1993年至2008年我国农地碳排放量一直呈现上升趋势,但不同阶段增速存在着一定差异,总体上可以分为三个变化阶段:

图1 1993—2008年我国农地碳排放量

第一阶段1993—1997年,为快速增长期,年际增长率均高于5%。这主要是由于步入20世纪90年代后,我国农业现代化进程进一步加快,对柴油等能源需求增加;此外,为了提高单位面积产量,农民加大了对化肥农药等生产原料的使用,其中,作为农地碳排放的最主要碳源,化肥使用量就由1993年的3 151.9万吨上升到了1997年的3 980.7万吨,短短四年间增长了26.30%。

第二阶段1998—2003年,为缓慢增长期,年际增长率均在3.5%以内,介于1.17%和3.33%之间。由于负担过重,“三农”问题进一步凸显,越来越多的农民由务农转向务工。受其影响,农民对农业生产性资料的需求增速放缓,这在一定程度上抑制了农地碳排放量的快速增加。与此同时,在此阶段,我国粮食产量总体上出现下滑趋势,粮食安全问题逐渐显现,我国农业生产尤其是粮食生产面临巨大挑战。

第三阶段2004—2007年,为增速反弹回升期,年际增速介于3.3%和6.5%之间。导致这一状况的最重要原因是2004年中央一号文件的颁布,其“两减免,三补贴”的政策极大解放了农村生产力,增强了农民的种田积极性,农业生产水平得到了较大提高。农业的复苏也带动了农业生产原料需求的增加,进而使得农地利用碳排放增速加快。

此外,2008年的增速明显放缓,仅为1.35%。这主要是由于国家相关政策的影响:一是2007年中共十七大的召开,强调资源节约、生态环境保护的重要性;二是2008年中央一号文件又进一步明确指出,要通过降低生产成本实现增收,大力发展节约型农业,促进秸秆等副产品和生活废弃物的资源化利用,提高农业生产效益。

(二)我国农地碳排放成因分析

根据上述模型以及所搜集的数据,并结合前文估算的农地利用所导致的碳排放量,借助相关分析工具,得出我国农地利用碳排放量因素分解的结果如表3、图2所示。

由表3、图2可知,首先,农用生产资料的效率因素一定程度上抑制了农地碳排放量,但其影响有限且波动性较强。据估算,相比基期1993年,从1994—2008年,效率因素仅累计贡献了6.11%(263.320万吨)的农地碳减排。从图3波动下降的态势可以看出,近年来我国农用生产资料的效率虽然是提高的,但受农业生产方式整体较为落后的大环境影响,总体上仅处于一种低水平的增长态势。所以,效率因素尽管在一定程度上促进了农地利用碳减排,但其作用有限。

表3 基于 Kaya恒等式的我国农地碳排放量影响因素分解结果 单位:万吨

图2 基于 K aya恒等式的我国农地碳影响因素分解结果

图3 效率因素对农地碳排放的贡献量 (万吨)

其次,农地碳排放的抑制作用更主要来源于农业结构的改变。根据估算,与1993年比较,农业内部结构的变化累计贡献了26.62%(1 146.495万吨)的碳减排。新中国成立以来,我国农业由单一的种植业逐渐转向以种植业为主导、农林牧渔协调发展。而农地利用碳排放主要来源于种植业,种植业比重的下降对推进农地碳减排具有一定的促进作用。

最后,农业规模的变化是农地碳排放增加的最主要因素。结果表明,相比1993年,规模因素产生了121.65%(5 233.944万吨)的农地利用碳排放增量。很显然,作为国民经济的基础,不断推进农业发展是当前我国的重要国策之一,因此,在今后很长一段时间内,农业总体规模的增加仍将是引发我国农地利用碳排放增加的主导因素。

四、政策建议

(一)提高农资利用效率,降低单位农业产出能耗

农业生产资料利用效率的提升有助于实现农地碳减排。当前我国农业发展普遍存在着农资利用水平低下的问题,以化肥为例,目前我国每公顷农地化肥施用量超过400千克,远远高于发达国家每公顷225千克的上限。此外,农药、农膜也存在着较为突出的过度使用现象,加之多数农民对其废弃物处理不当,进一步加剧了农地污染。有鉴于此,我国在今后的农业生产中应以节地、节水、节肥、节药、节能和农业生态环境建设为重点,加大科技攻关和技术组装配套集成力度,不断研发和推广节约型的耕作、播种、施肥、施药、灌溉与旱作农业、减少农业废弃物生成、注重水土保持等低碳农业技术,切实提高农业生产资料的利用效率,降低单位农业产出的能耗,实现农地利用的碳减排。

(二)进一步调整优化农业产业结构

农业结构由单一种植业向农林牧渔的多元化转变对农地利用碳排放有较强的抑制作用。当前我国农业产业结构仍以种植业、牧业为主,林业、渔业发展水平相对滞后。因此,在未来发展中应积极优化农业产业结构,并结合各地区域特点,适当向林业、渔业等低碳排放行业倾斜,尤其是林业产业,一方面发育水平较低、拥有广阔的开发潜力,另一方面还能起到增加碳汇、保护生态环境的功能。而在产业内部,在确保粮食安全的前提下,应进一步优化种植业结构,减少资源高消耗、化学品投入大的农作物的种植,加大高产、抗逆农作物品种的种植力度。

(三)转变农业发展模式,走可持续农业之路

农业规模的扩张是推动农地碳排放的最主要因素,但为了实现农地碳减排而放弃农业增长显然也不可行。因此,应从农业发展模式入手,积极转变现有的农业发展模式。一直以来,我国农业发展遵循“重开发、轻节约,重速度、轻效益,重外延扩张、轻内涵发展,片面追求农业产量增长”的传统农业发展理念,简言之就是“高投入、高产出”,通过增加农用物资投入来促进农民的增产增收。而大量农资的投入一方面带来了较为严重的农地碳排放,另一方面还极大地破坏了农业的生态环境。为了让有限的资源得到充分利用,并实现碳减排,应逐步摒弃传统的农业发展模式,走两型农业之路,大力发展循环农业,实现农业的可持续发展。

(四)加大低碳农业投入和政策支持力度

在我国目前二元社会体制的情况下,实现农地低碳排放离不开国家的财政投入和政策支持,具体包括:(1)加大农业投入,加强以农田水利为重点的农业基础设施建设,为低碳农业发展提供坚实基础。(2)大力推动农业生产制度创新,实行涉农生产节能减排的管理考核责任制,从国家法律法规高度,逐步开发完善农业能源效率标准,制定鼓励低碳农业的政策和优惠措施。(3)加大政策导向力度,建立起一套完整的低碳农业生态补偿技术体系,提高农地补偿力度,激励广大农民积极参与休耕、免耕以及植树造林等活动,在减少碳源的同时增加碳汇。

[1]Paustian,K.,C.V.Cole,D.Sauerbeck.CO2mitigation by agriculture:An overview[J].Climate Change,1998,(1).

[2]宋德勇,卢忠宝.中国碳排放影响因素分解及周期性波动研究[J].中国人口·资源与环境,2009,(3).

[3]朱勤,彭希哲,陆志明,等.中国能源消费碳排放变化的因素分解及实证研究[J].资源科学,2009,(12).

[4]李国志,李宗植.中国农业能源消费碳排放因素分解实证研究[J].农业技术经济,2010,(10).

[5]West,T.O.,G.Marland.A synthesis of carbon sequestration,carbone missions,and net carbon flux in agriculture:Comparing tillage practices in the United States[J].A griculture Ecosystems and Environment,2002,(1-3).

[6]伍芬琳,李琳,张海林,等.保护性耕作对农田生态系统净碳释放量的影响[J].生态学杂志,2007,(12).

[7]巩帅臣.湖南省碳排放特征及影响因素分析[J].企业家天地,2010,(1).

[8]冯相昭,邹骥.中国CO2排放趋势的经济分析[J].中国人口·资源与环境,2008,(12).

注释:

①据黄贤金等“低碳排放:土地利用调控新课题”,中华人民共和国国土资源网www.mlr.gov.cn/xwdt/jrxw/200912/t20091225。

②出自程琨在2010年南方稻田长期试验协作会议上发表的《中国农作物生产碳足迹分析》一文的引文。

Research on Stage Characteristics and Factor Decomposition of Agricultural Land Carbon Emission in China

TIAN Yun,LI Bo,ZHAN GJun-biao
(College of Economics&Management,Huazhong A gricultural University,Wuhan430070,China)

This research is based on six kinds of main carbon sources of agricultural land utilization.By calculating China's carbon emission on agricultural land utilization from 1993 to 2008,this paper finds that agricultural land carbon emission in China has been increasing step by step since then on.When all the factors affecting the carbon emission are decomposed by reasonable conversion of Kaya equation,the result shows that the factors of efficiency and structure can restrain the carbon emission,but the effect is not obvious and fluctuates drastically.Compared with those in 1993,in 2008 the efficiency factor cut 6.11%carbon emission and the structure factor cut 26.62%.In contrast,the scale factor played an active role in agricultural land carbon emission,which increased 121.65%carbon emission.According to the above situation,the paper puts forward some advices on the policy of carbon emission reduction on agricultural land utilization.

agricultural land utilization;carbon emission;factor decomposition;Kaya equation

F323.211

A

1671-0169(2011)01-0059-05

(责任编辑 朱 蓓)

2010-11-17

教育部新世纪优秀人才支持计划资助课题“生态与农业双重安全目标下的农业水土资源永续利用问题研究”(NCET-06-0669);华中农业大学自主科技创新基金资助课题“湖北省农地利用碳排放及驱动因素研究”(2010SC18)

田 云 (1986—),男,湖北长阳土家族自治县人,博士研究生,研究方向:资源与环境经济。

李 波 (1983—),男,湖北京山县人,博士研究生,研究方向:资源与环境经济。