河南省农业碳排放时空特征及影响因素研究

刘立平

（河南教育学院 地理系，郑州450046）

近年来全球气候发生了巨大变化，全球变暖越来越成为共识。由全球变暖所引发的一系列的环境问题也越来越受到重视。导致全球变暖的一个重要的原因就是大量的碳排放。为了缓解全球变暖压力，必须控制碳的排放量。农业不仅是易受气候变化影响的产业，也是产生碳排放的碳源。《中华人民共和国气候变化初始国家信息通报》指出农业温室气体排放总量约占到全国排放总量的17%，实现农业的碳减排也越来越受到重视。

目前，国内对农业碳排放变化的研究大多集中在国家层面［1－3］，对不同省份的农业碳排放的研究还存在不足，对于河南省的研究仅有赵荣钦等从碳源／汇的角度分析了河南省农田生态系统的碳排放情况［4］。河南作为一个农业大省，分析和准确把握其农业碳排放的时空特征和影响因素，对科学制定农业碳减排政策具有重要的意义。

1 河南省农业碳排放测算方法及数据来源

1.1 测算方法

农业碳排放是指农业（种植业）生产过程中由于化肥、农药、能源消费，以及土地翻耕过程中所直接或间接导致的温室气体的排放。故农业的碳排放主要源于化肥、农业、农膜、农业机械、土地翻耕和灌溉过程中所导致的农业直接或间接的碳排放［1］。

碳排放估算公式为：

其中：E——农业的碳排放总量；Ei——各种碳源的碳排放量；Ti——各碳排放源的量；δi——各碳排放源的碳排放系数。

本文的各碳源的碳排放系数参照李波归纳的农业碳排放系数［1］，分别为化肥0.895 6，农药4.934 1，农膜5.18，柴油0.5927；翻耕312.6kg／km2，农业灌溉25kg／hm2。由于河南省火力发电占总发电量的比例较高，达到98%以上，故在此本文中未对农业灌溉的碳排放系数再进行调整。

1.2 数据来源

文中所涉及数据均来自各年度河南统计年鉴。化肥、农药、农膜、柴油数据以当年实际使用量为准；翻耕数据以当年农作物实际播种面积为准；农业灌溉以当年实际灌溉面积为准。由于数据获得的限制性，文章选取1998—2011年的数据进行时序特征分析。种植业增加值和农林牧渔增加值数据均来自2012年的《河南省统计年鉴》，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，可选择采用可比价格换算，以1998年作为价格基准年来进行分析对比。

1.3 研究方法

Kaya碳排放恒等式是由日本教授Yoichi Kaya于1989年在联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）研讨会上最先提出的［5］。他是用数学的方法将人类社会活动产生的碳排放与经济、政策和人口等因素建立起联系。根据该恒等式，碳排放主要是由人口、生活水平、能源使用强度和碳排放强度所决定的。具体公式如下：

其中：C——碳 排 放 量；E——能 源 消 耗 总 量；GDP——国内生产总值；P——人口总量；CI——能源结构因素；EI——能源效率因素；G——经济规模因素；P——人口规模因素

由于本文主要研究的是农业碳排放因素分析，结合农业生产的实际情况，对该恒等式进行适当变形，得到如下结果：

式中：C——碳排放量；AGRI——种植业增加值；AGR——农林牧副渔增加值；P——农业劳动力规模；EI——农业生产效率因素；AI——农业结构因素；EL——农业经济发展水平。

鉴于农业部门之间无论产量还是规模的量化方式均不一致，为了便于分析，以产值代替规模，统一采用产值作为比较量。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，去掉了暂时无法用于解释的残差［6］。

式中：ΔEIt——从T－1年到T年仅有单位种植业产值碳排放强度变化而其他因子未发生变化导致的碳排放量相对于基年的碳排放量变化；ΔAIt——从T－1年到T年仅有农业结构发生变化而EI保持在T年水平条件，并且AGRI保持在基年水平而产生的碳排放量的变化；ΔELt——T－1年到T年仅有农业经济发展水平发生改变，而EI、AI均保持在T年水平条件下碳排放量的变化；ΔPt——T－1年到T年仅有农业劳动力规模发生改变而EI、AI、EL均保持在T年水平条件下碳排放量的变化。

通过变形可以分别得到以下公式：

事实上，这是一种没有残差的分解方法，这可以通过公式（6）、（7）、（8）、（9）来进一步验证，可以得到：

2 结果与分析

2.1 河南省农业碳排放的时序特征

根据公式（1），计算出1998—2011年的河南省农业碳排放量，详见表1。

表1 1998－2011年河南省农业碳排放量情况

图1 1998－2011年河南省农业碳排放总量与年均环比增速

由表1看出，1998年河南省的农业碳排放量为488.9万t，2011年为828.57万t，年平均增长率为3.84%。从环比增速情况来看，河南省农业碳排放总量的环比增长率呈现阶段性波动态势（见图1）。化肥、农药、农膜、农用柴油、灌溉、翻耕等所产生的碳排放量都表现出不同程度的增长，年均递增率分别为4.12%，5.17%，2.51%，2.41%，0.91%，0.95%。随着碳排放总量的增加，河南省碳排放的强度也在增加，从1998年的389.04kg／hm2增长到2011年的581.1kg／hm2，年均增长率为2.91%。从环比增速看，河南省农业碳排放强度的环比增长率总体上呈现下降态势（见图2）。排放量的增速抑制。第二阶段（2002—2008年）为快速增长阶段。此阶段中2003年、2007年为异常点，主要是由于河南省遭受干旱、冻害、洪涝等灾害影响，致使该年度灌溉面积减少，柴油、农药、化肥的使用量也随之减少，造成农业碳排放量环比增速出现负值。剔除两个异常点可发现，此阶段的环比增速呈现快速上扬的趋势，2006年的环比增速达到8.81%。主要原因是在此阶段河南省相继出台了一些惠农政策，如2004年打造中原粮食生产核心区以保护基本农田，2005年率先在全国取消农业税，进行农机项目补助。这些措施刺激了农民的积极性，农业生产活动水平的恢复提高导致农业碳排放量的快速增加。第三阶段（2009—2011年）为增速下降阶段。政府通过政策引导，强调资源节约、生态环境保护的重要性，通过降低生产成本实现增收，推进节约农业，提高了农业资料的使用率以及秸秆、生产废弃物的再利用率。这些措施对农业的碳排放起到了抑制作用。随着农业生产低碳化的推进，河南省农业的碳排放增速会继续放缓。

1998—2011年间河南省农业碳排放量波动趋势可分为三个阶段：第一阶段（1998—2001年）为增速放缓阶段。此阶段中，碳排放量总量从1998年的488.9万t增长到2001年的559.11万t，但是年环比增速却呈现出下降趋势，从4.67%下降到3.59%。该时期内由于三农问题的压力，造成一部分从业人员弃农务工，且对农业资料的需求放缓，从而对农业碳

图2 河南省农业碳排放强度及年均环比增速

2.2 河南省农业碳排放的空间特征

（1）总量特征。从2011年河南省各市农业碳排放总量看，排放量较高的为南阳、周口、驻马店、信阳、新乡，5市的排放总量约占到全省农业碳排放总量的50%。而济源、鹤壁、三门峡，三市的碳排放量仅占到全省排放量的3.4%。从排序结果看，碳排放总量较大的市不仅耕地面积大，而且其农业在区域经济中占据的比重也较高（表2）。

表2 2011年河南省各市农业的碳排放情况

（2）碳排放强度特征。由于剔除了农业生产规模的影响，农业碳排放强度比碳排放总量更能反映各市的碳排放情况。碳排放强度较高的市有济源、新乡、平顶山、郑州、安阳，碳排放强度均超过了1 110 kg／hm2。碳排放强度较低的市有洛阳、驻马店，碳排放强度均不超过760kg／hm2。通过对比发现，碳排放强度较高的区域大多为经济条件较好、地势相对平坦的区域，这有利于各种农业资料的投入使用，尤其是大型农业机械的使用。如济源，虽然其耕地面积少，农业生产规模小，但其碳排放强度却高居全省之首，说明其依然有比较高的化肥、农药等农业资料的投入。而碳排放强度较低的区域大多位于经济发展相对落后，多山地的区域。如洛阳，虽然洛阳的经济发展在省内居于前列，但由于洛阳所辖区域地形较为复杂，山地、丘陵多，平原少，不利于农业机械等农业资料的广泛使用，所以碳排放强度较低。

2.3 河南省农业碳排放影响因素分析

通过总贡献量分析看，农业生产效率因素、农业结构因素、劳动力规模因素在一定程度上抑制了农业碳排放的总量，但是作用有限（表3）。

农业生产效率因素对河南省农业碳减排总贡献量达46.36万t，贡献率达13.63%。说明近年来河南省农业生产资料的使用效率得到提高，但是由于受到农业生产方式整体较为落后的大环境影响，总体上还处于低位增长的态势。所以虽然农业生产的效率提高在一定程度上促进了河南省农业的碳减排，但是作用有限。

农业结构因素对于河南省农业碳减排的总贡献量达34.75万t，贡献率为10.23%。农业结构因素的变化说明河南省种植业在河南省农业中的比重在逐渐降低，而农业的碳排放主要来源于种植业，种植业比重的下降也促进了河南省农业的碳减排。但是由于河南省农业产业结构变化幅度较小，故农业结构因素对河南省农业减排的作用亦是有限。

劳动力规模因素对于河南省农业碳减排总贡献量达86.65万t，贡献率为25.51%，在影响河南省农业碳排放的4个因素中对抑制碳排放贡献最大。说明由于农业劳动力向非农产业的转移，提高了农业的生产效率和实现规模经营，进而促进了河南省农业碳减排。

通过分析发现，农业经济发展成为了河南省农业碳排放增加的最主要因素。1998—2011年相比基期，规模因素累计产生了507.42万t的碳排放增量，贡献率达149.39%。说明河南省的农业发展主要是依靠资源的投入。尤其是在2003年后由于农业经济发展产生的碳排放增量快速增加，这主要是由于在2003年后河南省一些惠农政策的实施，刺激了农民种田的积极性，使全省的农业发展水平得到了快速提高。但是这种以资源投入所带来的发展水平提高也促进了碳排量的升高。

3 讨论与结论

3.1 提高农业生产效率，降低碳排放强度

河南省农业发展普遍存在着农业资料利用水平偏低的情况。河南省平均化肥施用量为517.5kg／hm2［7］，远高于全国的平均水平319.5kg／hm2［7］。而我国的主要粮食作物肥料利用率水平也低于国际水平。农业机械利用效率方面河南也低于全国平均水平。河南农机利用效率水平为2.88kW／万元［8］，全国的农机平均利用效率为2.51kW／万元［9］。鉴于此，河南省通过提高农业生产效率来降低农业碳排放还有较大的空间。河南省可通过农业科技的普及，通过政策倾斜等措施引导农民进行科学种田，提高农业的生产效率，进而实现农业的碳减排。

3.2 优化农业产业结构，从源头控制碳排放

当前，河南省农业产业结构仍以种植业为主，牧、渔、林业发展水平相对滞后，尤其是渔业、林业水平更低。因此，河南省农业在今后发展中应在确保粮食安全的情况下减少种植业比重，适当向其他产业扩展。而在产业内部，也应进一步优化种植业结构，减少高投入、高消耗的农作物的种植，增加高产、抗逆农作物品种种植，从碳排放的源头减少碳的排放。

3.3 扩宽就业渠道，实现农业劳动力的转移

河南省是人口大省，拥有丰富的劳动力资源，并且农业劳动力资源所占的比重较大。但是河南省劳动力的生产效率却低于全国平均水平，全国劳动力平均粮食产量为2 147.9kg／人［9］，河南省的劳动力平均粮食产量为2 075.8g／人［9］。可见，丰富的劳动力资源并没有促进河南省农业发展的发展水平。由于农业劳动力的转移可以间接促进农业生产效率的提高，和相应农业资料投入的减少，客观上对农业碳减排起到了抑制作用，所以，河南省可通过扩宽就业渠道，实现农业富余劳动力的转移，来减少农业碳排放的总量。

3.4 树立低碳意识，转变农业发展方式

通过加强宣传，使广大农民和农业从业者充分认识到气候变化问题的复杂性和长期性，农业发展不仅是受到气候条件和气候变化的影响，而且农业的发展也会对气候变化产生影响，树立低碳发展的意识。

现有的农业发展方式为粗旷的高投入、高产出的模式，对农资资料具有高依赖性。按现有发展方式继续发展的话，将会形成农业发展水平越高，碳排放量越高的恶性循环。因此，要实现河南省农业的低碳发展必须要转变农业发展方式。将传统的“重投入、轻效率，重规模，轻效益”的片面追求产量增长和经济效益的传统发展模式摒弃，实现农业投入重视效能，农业发展注重经济、社会、环境综合效益的新的发展模式，只有这样才能真正实现河南省农业的碳减排。

3.5 增加低碳农业投入，实施政策引导

根据河南省农业发展的现状，要想推进低碳农业的发展，必须走“自上而下”道路。先由政府在宏观层面给出发展方向，加以政策的引导，然后才能实现微观层面的操作。如农业机械的使用，现有的情况是农村各家各户小型农业机械一应俱全，但是利用效率偏低。这既造成了资源的浪费，也提高了总体的能耗，会导致碳排放量的增加。要想提高利用效率，必须实现规模化经营。所以政府有关部门可通过对农民购买小型农机具进行指导，发挥农村合作组织的作用，通过发展资金补贴等形式，鼓励以村组为单位或农户联合购买使用，从而达到减少能耗，提高利用效率，实现农业的碳减排目标。

［1］ 李波等，张俊飙，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.

［2］ 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.

［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（3）：336-342.

［4］ 赵荣钦，刘英，丁明磊，等.河南省农田生态系统碳源／汇研究［J］.河南农业科学，2010（7）：40-44.

［5］ Yoichi Kaya.Impact of carbon dioxide emission on GNP growth：interpretation of proposed scenarios［C］.Paris：Presentation to the energy and industry subgroup，response strategies working group，IPCC，1989.

［6］ 冯相昭，邹骥.中国CO2排放趋势的经济分析［J］.中国人口·资源环境，2008，18（13）：43-47.

［7］ 中华人民共和国农业部.《中国农业统计资料2000》［M］.北京：中国农业出版社，2001.

［8］ 中华人民共和国农业部.《中国农业统计资料2010》［M］.北京：中国农业出版社，2011.

［9］ 中华人民共和国国家统计局.《中国发展报告2013》［M］.北京：中国统计出版社，2013.