2005—2011年宝鸡地区种植业生产过程中碳排放时空格局

李团胜，郑亚云（等）

摘要：从化肥、农膜、农药和农业机械的使用4个方面对宝鸡各县（区）2005-2011年种植业生产过程中碳排放量以及碳排放强度进行了估算，修正了碳排放强度计算方法。结果表明，宝鸡地区种植业生产过程中碳排放量总体是增加的，7年间增加了32.08%，年均增长4.58%。2006年碳排放量最少，为173 436.71 t；2011年碳排放量最多，为233 109.78 t。碳排放强度在0.367～0.555 t/hm2之间，7年间增长了50.33%，年均增长7.19%。化肥碳排放占到总排放量的84%以上。从各县（区）来看，陇县碳排放量最高，每年都在60 000 t以上；陈仓、凤翔、岐山、扶风和眉县的碳排放量在20 000～50 000 t之间，渭滨、金台、千阳、麟游、凤县和太白碳排放量在15 000 t以下。太白县碳排放量最小，每年都在4 600 t以下。碳排放强度以陇县最高，每年都在1.0 t/hm2以上；太白县碳排放强度最小，每年都在0.36 t/hm2以下。

关键词：碳排放；种植业；时空格局；宝鸡

中图分类号：X825 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）07-1546-05

The Spatio-temporal Patterns of Carbon Emissions in the Process of Crop Plantation in Baoji Region from 2005 to 2011

LI Tuan-sheng， ZHENG Ya-yun， WANG Han， CHEN Guo-hua， MA Chao-qun， YAO Hua-rong，

WANG Xiao-feng

（College of Earth Science and Resources， Changan University， Xian 710054， China）

Abstract： The carbon emissions and its intensities in the process of crop plantation in Baoji region during the period 2005 to 2011 were calculated from utilization of chemical fertilizer， agricultural plastic films， pesticide and agricultural machinery. The calculation method of carbon emission intensity was revised. The carbon emissions and its intensities were increased on the whole. The carbon emissions increased by 32.08% in the 7 years，with an average annual increase by 4.58%. The carbon emission in 2006 was 173 436.71t， being the minimum. The carbon emission in 2011 was 233 109.78 t， being the maximum. The carbon emission intensities were from 0.367 to 0.555， increased by 50.333% in the 7 years with an average annual increase of 7.19%. The carbon emission from the utilization of chemical fertilizer was more than 84%. The second was the carbon emission from the utilization of agricultural plastic films， the third was that from the utilization of pesticide. The carbon emission from the utilization of agricultural machinery was the minimum. The carbon emission of Longxian County was the maximum， with more than 60 000 t every year. The carbon emissions of Chencang district， Fengxiang County， Qishan County， Fufeng County were and Meixian County were 20 000 to 50 000 t every year. Those of Weibin District， Jintai District， Qianyang County， Linyou County， Fengxian County and Taibai County were less than 15 000 t every year. Those of Taibai County were less than 4 600 t every year， being the minimum. The carbon emission intensities of Longxian County were more than 1.0 every year， being the maximum. Those of Taibai County were less than 0.36 every year， being the minimum.

Key words： carbon emission； crop plantation； spatio-temporal patterns； Baoji

二氧化碳排放引发的温室效应是当前全球关注的重要问题，联合国政府间气候框架组织（IPCC）的研究结果表明，人类生产生活所产生的温室气体排放是导致全球变暖的主要原因。因此碳排放研究成为学术界的一个研究热点。目前碳排放研究主要集中在4个方面[1]，即碳排放量的测算及其碳排放因素分解模型实证分析；碳排放与产业发展、能源演变的关系；基于特定生态系统的碳储量研究以及区域碳排放研究。中国已成为世界温室气体排放第一大国[2]，农业在中国是一个基础性产业，改革开放后，农业生产条件得到很大改善，但农药、农膜、化肥等的使用量大大增加，农业部门的碳排放占到总排放量的3.07%[2]，因此，研究农业碳排放具有重要意义。目前关于农业碳排放的研究主要集中在两个方面，农业生产产生的碳排放量的核算以及农业碳排放的影响因素[3]。前者如Safa等[4]对新西兰Canterbury地区的小麦生产中的碳排放量的核算，Dyer等[5]对加拿大地区层面的玉米生产中碳排放量的估算。何婷婷等[6]对安徽省农业碳排放的估算，田云等[7，8]基于投入角度对湖北农业碳排放的估算以及我国粮食主产区农业碳排放强度的估算。后者如李波等[9]与田云等[7]对我国农业碳排放的时空特征及影响因素分解等。目前我国无农业碳排放客观的观测数据，因此，国内的现有碳排放量研究多采用估算方法[3]，从目前的研究来看，对农业碳排放量的估算也不尽相同，有的是基于化肥、农药、塑料薄膜的投入来估算，有的是基于农业生产中能源消耗与投入来估算，有的甚至把秸秆焚烧也纳入核算。除此之外，农业碳排放研究存在一定缺憾，多数基于国家层面，基于地区层面较少[3]。基于县级层面就更少，同时对农业碳排放的地区差异或县域差异的研究略显不足，还有国内关于农业（主要是种植业）碳排放的估算中，对碳排放源的确定不尽相同，有的把生产后的秸秆焚烧也纳入其中，有的重复计算排放源导致估算值偏大。如农业机械投入中就包括柴油机动力、汽油机动力及电动机动力以及其他动力，而有的研究除了把机械投入计算外，还计算柴油、汽油的碳排放以及（或者）灌溉的碳排放。究其原因是没有分清哪个环节的碳排放，没有弄清楚农业（种植业）的投入项目。本研究基于投入角度，对宝鸡地区2005-2011年各县区种植业生产过程中碳排放量进行核算，分析其时空格局。

1 研究区域概况

宝鸡市位于陕西省关中西部，东与咸阳接壤，南与汉中毗邻，西北与甘肃的天水和平凉相连。地理位置位于东经106°18′-108°03′、北纬33°35′-35°06′之间，全市南北长160.6 km，东西宽156.6 km。区内山地、丘陵、河谷、平原等地貌类型兼有，地形起伏很大，秦岭主峰太白山海拔3 767 m，是区内最高点。南、西、北三面环山，中部低平且向东扩展，南部秦岭山地，除太白山顶部为高山地貌外，多属中山地貌；西部为陇山山脉，属中、低山山地；北部千山山脉及其以北的黄土丘陵残塬地貌，多属低山丘陵。中间为渭河谷地及渭北台塬，总的来说山地占的面积最大，山地与丘陵约占全市面积的4/5。气候属于大陆性季风气候，四季分明，雨热同季。河谷平原及低山丘陵区域属暖温带半湿润气候，山地气候垂直差异悬殊。全市辖9县3区，土地总面积18 172 km2，其中耕地36.437万 hm2。2011年农作物播种面积为420 388 hm2。

2 研究方法

数据来源于宝鸡市2006-2012年统计年鉴，其数据为2005-2011年的数据。种植业生产过程中的投入主要有4个方面，化肥、农药、农膜以及农业机械。因此，本研究从化肥、农药、农膜、农业机械4个方面来核算宝鸡地区种植业生产过程中的碳排放量。具体计算公式[1，6-11]为：E=■ei=■（Tiδi）。其中，E为种植业碳排放总量，ei为投入类型i的碳排放量，Ti为第i种碳源的使用量，δi为第i种碳源的碳排放系数。从投入角度考虑，种植业中的碳排放源主要有农药、化肥、农膜、以及农业机械的使用4部分。其中农药使用的碳排放系数为4.934 1 kgC/kg[3，6，8-10]，化肥使用碳排放系数为0.895 6 kgC/kg[3，6，8，9，11]，农膜使用碳排放系数为5.18 kgC/kg[3，6，8，9]。农业机械使用和操作过程中带来的碳排放为[6，12]： Em=AmB+WmC。其中，Em为农业机械使用中的碳排放，Am为农作物种植面积，Wm为农业机械总动力，B、C为转化系数，B=16.47 kgC/hm2， C=0.18 kgC/kw。碳排放强度是用碳排放总量除以农作物播种面积，表示播种单位面积的农作物所排放的碳量，而不是目前一般文献中用单位面积的耕地所排放的碳量来表示。

3 结果与分析

3.1 碳排放总量及时间变化

由表1可知，宝鸡地区种植业生产过程中由于投入产生的碳排放总量2006年最少，为173 436.71 t；2011年最多，为233 109.78 t。2005年至2011年，碳排放总量增加了32.08%，年均增长4.58%。但也不是一直在增加，2006年与2005年相比有所减少，然后到2007年又增加了。而2008年又比2007年减少了，但与2005年和2006年相比是增加了，此后一直呈现增加趋势。从碳源来看，化肥的使用在碳排放中占主导地位，均占到总排放量的84%以上，最高的2011年占到碳排放总量的90.39%。其次是农膜，各年都位于第二，多数年份农业机械使用排放的碳量位居第三，只有2009年农业机械使用排放的碳量低于农药使用排放的碳量。除2009年外，农药使用排放的碳量占碳排放总量最少，可见宝鸡地区种植业生产过程中碳的排放主要来源于化肥的使用。从各类碳源的时间变化来看，化肥的碳排放在2005-2009年间呈波动性，2009-2011年一直持续增加；农膜使用排放的碳量2005-2008年间呈波动性，2008年后一直降低；农药使用排放的碳量在2005-2008年间呈波动性，2009年后一直降低。农业机械使用排放的碳从2008年后一直降低。

从碳排放强度（图1）来看，总排放强度在0.367～0.555 t/hm2之间，从2005-2011年，碳排放强度增长了50.33%，年均增长7.19%。总排放强度的趋势与化肥排放强度的趋势完全一致，主要是因为各年化肥碳排放占到了总排放的84%以上，也就是说宝鸡地区种植业中的碳排放主要是由化肥的碳排放决定的。农业机械使用的碳排放强度基本没有变化，约维持在0.017 t/hm2，农膜使用的碳排放强度在2007年达到最大，达到0.030 t/hm2，随后逐渐降低。农药使用的碳排放强度在2005-2008年间逐渐递增，2009年突然增大，后又降低。

3.2 碳排放的空间格局

2005-2011年期间各县（区）碳排放总量见图2。根据碳排放量，可以把这12个县（区）分为3组，第一组只有陇县，陇县各年的碳排放量都最大，大于60 000 t，第二组的县（区）有陈仓、凤翔、岐山、扶风和眉县，碳排放量在20 000～50 000 t之间，第三组的县（区）有渭滨、金台、千阳、麟游、凤县和太白，其碳排放量在15 000 t以下。渭滨区在2007年是个例外，这年其碳排放量在30 000 t以上，主要是这年渭滨区的化肥使用量和农膜使用量比其他年份大得多，可能是这年统计数据异常所致，尤其是化肥使用量比其他年份高很多，除2007年外，2005年化肥使用量是最多的，而渭滨区2007年的化肥使用量是2005年的7.17倍，而2007年的农作物播种面积比2005年还少了1 186 hm2，因此，估计是2007年统计数据，尤其是化肥使用量数据出了问题，是一个异常情况。陇县不仅耕地面积大，而且坡地多，农业生产主要依赖于化肥投入，陇县在化肥使用量（折纯量）最少的2005年也达到56 289.36 t，最多的2011年达到99 981.2 t。而凤翔县耕地面积和陇县差不多，而坡地面积远小于陇县，其化肥使用量（折纯量）最多的2011年才是4 249 t，比陇县使用化肥最少年份的使用量还少。陈仓区耕地面积比陇县还多，但由于陈仓区大部分耕地位于渭河平原以及渭北黄土塬，水肥条件比较好，因此化肥使用量也少，最多的2011年化肥使用量（折纯量）才为30 077 t，除此而外，陇县化肥的碳排放更是占到碳排放总量的90%以上（表2），所以陇县的碳排放量是最大的。第二组县（区）虽然都为宝鸡地区主要的农业县，也是产粮大县，农作物播种面积较大，比陇县农作物播种面积大，虽然化肥使用依然是碳排放的主要来源，但由于所处的自然条件好，水、土壤肥力条件等比较好，其化肥投入相比陇县而言降低很多，因此碳排放量就低很多。第三组的凤县、太白主要位于秦岭山区，耕地少，加之农作物熟制为一年一熟，因而农作物播种面积小，凤县的农作物播种面积在14 093 hm2～14 439 hm2之间，太白农作物播种面积在10 678 hm2～13 257 hm2之间，因此碳排放总量比较少。千阳县和麟游县耕地面积比太白和凤县大，农作物播种面积24 000 hm2～28 000 hm2，因而其碳排放也比太白和凤县高。从碳排放强度来看，也是以陇县最高，各年都在1.0 t/hm2以上，2011年达最高，为2.21 t/hm2。其次是眉县，在0.60～1.27 t/hm2之间，再次是扶风县，碳排放强度多数年份约在0.5 t/hm2～1.0 t/hm2之间，最大为0.983 t/hm2，碳排放强度最小的年份是2006年，其值为0.48 t/hm2。其它县（区），除渭滨区外，碳排放强度各年都小于0.50 t/hm2，渭滨区碳排放强度在2007年达到了3.29 t/hm2，估计这年的统计数据，尤其是化肥使用量的数据有异常所致，2011年为0.52 t/hm2，其余年份都小于0.50 t/hm2。太白县的碳排放强度最小，各年的碳排放强度都小于0.36 t/hm2，最小为2005年的0.07 t/hm2，最大为2010年的0.355 t/hm2（图3）。

4 小结与讨论

1）就碳排放而言，种植业生产过程中的投入主要有4个方面：化肥、农膜、农药和农业机械。

2）从2005年到2011年，整个宝鸡地区种植业生产过程中，基于投入的碳排放总量介于173 436.71～233 109.78 t之间，7年间碳排放总量增长了32.08%，年均增长4.58%。碳排放强度7年间增长了50.33%，年均增长7.19%。

3）化肥的使用是碳排放的主要来源，占到碳排放总量的84%以上，其他依次是农膜、农业机械和农药的使用。

4）宝鸡地区种植业生产过程中基于投入的碳排放以陇县最大，碳排放各年都在60 000 t以上，其次是陈仓、凤翔、岐山、扶风和眉县，碳排放在20 000～50 000 t之间，碳排放比较少的有渭滨、金台、千阳、麟游、凤县和太白县，在15 000 t以下。碳排放强度以陇县最大，眉县和扶风县较大，太白县最小。

5）计算农业碳排放要分清楚哪个环节的碳排放，在基于投入的碳排放计算中，也要搞清楚投入项目，既不要重复计算投入项目，也不要遗漏投入项目，以免多算或少算。

6）目前文献中在计算种植业碳排放强度时，用单位面积的耕地上排放的碳量作为计算的依据，本研究认为，用农作物播种面积更好，即碳排放强度用单位农作物播种面积上的碳排放总量作为碳排放强度。因为投入是针对农作物而言的，在其他条件相同的情况下，农作物播种面积的多少直接决定了投入的多少。农作物播种面积的多少，不仅与耕地面积有关，而且与农作物熟制有关，如果两个县耕地面积相同，如果农作物熟制不同，则决定了其农作物播种面积的不同，如在其他条件相同的情况下，一年两熟的地区农作物的播种面积就要比相同耕地面积的一年一熟地区的农作物播种面积大，因而需要的投入也就大。因此用单位农作物播种面积上碳排放量作为碳排放强度更科学，更方便于进行不同县（区）的比较。

参考文献：

[1] 张秀梅，李升峰，黄贤金，等.江苏省1996年至2007年碳排放效应及时空格局分析[J].资源科学，2010，32（4）：768-775.

[2] 刘 慧，樊 杰，GIROIR G.中国碳排放态势与绿色经济展望[J].中国人口·资源与环境，2011，12（3）：151-154.

[3] 杨 钧.中国农业碳排放的地区差异和影响因素分析[J].河南农业大学学报，2012，46（6）：336-342.

[4] SAFA M，SAMARASINGHE S. CO2 emissions from farm inputs “Case study of wheat production in Canterbury New Zealand”[J].Environmental Pollution，2012（171）：126-132.

[5] DYER J A，KULSHRESHTHA S N，MCCONKEY B G. An assessment of fossil fuel energy use and CO2 emissions from farm field operations using a regional level crop and land use database for Canada[J]. Energy，2010（3）：2261-2269.

[6] 何婷婷，张丽琼.安徽省农业碳排放现状及低碳农业发展路径探讨[J].安徽农业大学学报（社会科学版），2012，21（5）：30-34.

[7] 田 云，张俊飚，李 波.基于投入角度的农业碳排放时空特征及因素分解研究——以湖北省为例[J].农业现代化研究，2011，32（6）：752-755.

[8] 田 云，张俊飚，李 波.中国农业碳排放研究：测算、时空比较及脱钩效应[J].资源科学，2012，34（11）：2097-2105.

[9] 李 波，张俊飚，李海鹏.中国农业碳排放时空特征及影响因素分解[J].中国人口资源与环境，2011，21（8）：80-86.

[10] 李 波.经济增长与农业碳排放关系的实证研究[J].生态环境学报，2012，21（2）：220-224.

[11] 李 波，张俊飚，李海鹏.中国农业碳排放与经济发展的实证研究[J].干旱区资源与环境，2011，25（12）：8-13.

[12] 马 涛.上海农业碳源碳汇现状评估及增加碳汇潜力分析[J].农业环境与发展，2011（5）：38-41.

[1] 张秀梅，李升峰，黄贤金，等.江苏省1996年至2007年碳排放效应及时空格局分析[J].资源科学，2010，32（4）：768-775.

[2] 刘 慧，樊 杰，GIROIR G.中国碳排放态势与绿色经济展望[J].中国人口·资源与环境，2011，12（3）：151-154.

[3] 杨 钧.中国农业碳排放的地区差异和影响因素分析[J].河南农业大学学报，2012，46（6）：336-342.

[4] SAFA M，SAMARASINGHE S. CO2 emissions from farm inputs “Case study of wheat production in Canterbury New Zealand”[J].Environmental Pollution，2012（171）：126-132.

[5] DYER J A，KULSHRESHTHA S N，MCCONKEY B G. An assessment of fossil fuel energy use and CO2 emissions from farm field operations using a regional level crop and land use database for Canada[J]. Energy，2010（3）：2261-2269.

[6] 何婷婷，张丽琼.安徽省农业碳排放现状及低碳农业发展路径探讨[J].安徽农业大学学报（社会科学版），2012，21（5）：30-34.

[7] 田 云，张俊飚，李 波.基于投入角度的农业碳排放时空特征及因素分解研究——以湖北省为例[J].农业现代化研究，2011，32（6）：752-755.

[8] 田 云，张俊飚，李 波.中国农业碳排放研究：测算、时空比较及脱钩效应[J].资源科学，2012，34（11）：2097-2105.

[9] 李 波，张俊飚，李海鹏.中国农业碳排放时空特征及影响因素分解[J].中国人口资源与环境，2011，21（8）：80-86.

[10] 李 波.经济增长与农业碳排放关系的实证研究[J].生态环境学报，2012，21（2）：220-224.

[11] 李 波，张俊飚，李海鹏.中国农业碳排放与经济发展的实证研究[J].干旱区资源与环境，2011，25（12）：8-13.

[12] 马 涛.上海农业碳源碳汇现状评估及增加碳汇潜力分析[J].农业环境与发展，2011（5）：38-41.

[1] 张秀梅，李升峰，黄贤金，等.江苏省1996年至2007年碳排放效应及时空格局分析[J].资源科学，2010，32（4）：768-775.

[2] 刘 慧，樊 杰，GIROIR G.中国碳排放态势与绿色经济展望[J].中国人口·资源与环境，2011，12（3）：151-154.

[3] 杨 钧.中国农业碳排放的地区差异和影响因素分析[J].河南农业大学学报，2012，46（6）：336-342.

[4] SAFA M，SAMARASINGHE S. CO2 emissions from farm inputs “Case study of wheat production in Canterbury New Zealand”[J].Environmental Pollution，2012（171）：126-132.

[5] DYER J A，KULSHRESHTHA S N，MCCONKEY B G. An assessment of fossil fuel energy use and CO2 emissions from farm field operations using a regional level crop and land use database for Canada[J]. Energy，2010（3）：2261-2269.

[6] 何婷婷，张丽琼.安徽省农业碳排放现状及低碳农业发展路径探讨[J].安徽农业大学学报（社会科学版），2012，21（5）：30-34.

[7] 田 云，张俊飚，李 波.基于投入角度的农业碳排放时空特征及因素分解研究——以湖北省为例[J].农业现代化研究，2011，32（6）：752-755.

[8] 田 云，张俊飚，李 波.中国农业碳排放研究：测算、时空比较及脱钩效应[J].资源科学，2012，34（11）：2097-2105.

[9] 李 波，张俊飚，李海鹏.中国农业碳排放时空特征及影响因素分解[J].中国人口资源与环境，2011，21（8）：80-86.

[10] 李 波.经济增长与农业碳排放关系的实证研究[J].生态环境学报，2012，21（2）：220-224.

[11] 李 波，张俊飚，李海鹏.中国农业碳排放与经济发展的实证研究[J].干旱区资源与环境，2011，25（12）：8-13.

[12] 马 涛.上海农业碳源碳汇现状评估及增加碳汇潜力分析[J].农业环境与发展，2011（5）：38-41.