中国农业碳排放的地区差异与收敛性分析

杨秀玉

摘要：从农业碳排放源头入手，估算了1993 — 2011年中国省际农业碳排放总量，并运用泰尔指数及其分解方法，对中国农业碳强度分布的地区差异进行测度并按照东、中、西三大区域进行了结构分解，同时借鉴经济增长理论中的收敛性检验方法，对中国农业碳强度的区域差异进行了收敛性检验。研究发现：①从总体上看，中国农业碳排放总量基本上呈现上升趋势，且前期上升较快，后期上升较慢；②中国农业碳强度的分布存在明显的区域差异，而且差异主要来自于三大区域内部，其中西部地区对农业碳强度总体差异的影响最大；③运用面板数据证实了1994 — 2011年中国农业碳强度的地区分布不存在σ收敛和条件β收敛。以上结论表明中国农业碳强度水平不会自动降低到稳态，政府对农业碳减排的政策干预将是必不可少的。

关键词：农业碳强度；区域差异；泰尔指数；收敛性

中图分类号：F323.22 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）04-1066-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.04.062

Regional Differences and Convergence of Agricultural Carbon Emissions in China

YANG Xiu-yu

（School of Economics， Shandong Normal University， Jinan 250014， China）

Abstract： From the source of agricultural carbon emission， the provincial agricultural carbon emissions from 1993 to 2011 in China were estimated，by using Theil index and its decomposition method to measure the regional differences of the agricultural carbon intensity distribution in China， and conduct a structural decomposition according to the three major regions of east， middle and west. At the same time， the convergence testing method of the economic growth theory was used for reference to perform a convergence test on the regional differences of agricultural carbon intensity in China. It concluded that， ①Generally speaking，Chinas agricultural carbon emissions basically showed a rising trend， and the pre-rise was faster， the late rise was slow；②The distribution of Chinas agricultural carbon intensity have obvious regional differences and the differences came mainly from the inside of the three major regions， of which the west region have the greatest influence on the overall difference of agricultural carbon intensity；③The results of the estimate with the panel data showed that there was neither σ convergence nor conditional β convergence. The above conclusion indicated that Chinas agricultural carbon intensity will not automatically reduce to the steady state，the government policy intervention to reduce agricultural carbon emissions will be essential.

Key words：agricultural carbon intensity；regional differences；Theil index；convergence

农业作为维系国计民生的基础产业，在全球气体循环（包括CO2，CH4，N2O）中具有着牵一发而动全身的重要地位，一方面农业生产活动最直接地遭受全球气候变暖带来的严重摧残，另一方面它也源源不断地排放温室气体，加剧温室效应。农业碳排放是指农业（本研究所指种植业）生产过程中由于化肥农药等能源的消费，以及土地翻耕过程所直接或间接导致的温室气体的排放。根据联合国政府间气候变化专业委员会（IPCC）进行的第4次评估报告，农业已成为仅次于电热生产的温室气体的第二大重要来源，约占全球温室气体排放量的14%[1]。在中国，据农业部统计，农业温室气体排放量占总排放总量的17%，高于国际平均水平，其中农业排放的甲烷和二氧化氮分别占全国总量的50%和92%。随着农村经济的加快发展和农业现代化进程的不断推进，农业生产所必需的农药、化肥、农用机械等高碳型生产资料被大量投入使用，农业生产中的能源消耗将会越来越大。加之农业生产过程中自然源温室气体排放也在不断增加，如何减少农业源温室气体排放、如何选择低碳发展途径已经成为中国农村生产活动面临的巨大挑战。由于农业生产活动的广泛性、普遍性以及农业生产主体的分散性，加上农业碳排放具有涉及范围广、随机性大、隐蔽性强，不易监测难量化等特点，使之控制难度巨大。那么，中国农业碳排放总量到底有多少，区域分布上差异有多大？这种差异是由区域内部的省级差异造成的还是由区域间差异造成的？农业碳强度的地区差异随时间推移将呈现如何的演变规律？是否存在落后地区的“追赶效应”？研究以上问题，可以为科学地制定与实施区域农业减排政策提供重要依据。

国内许多学者就农业碳排放问题展开了相关研究，主要集中在以下几个方面：一是农业碳排放总量的测量及影响因素研究，有的学者从全国层面对中国农业碳排放总量进行了测算[2-4]；有的学者测算了某些地域的农业碳排放量[5-8]。二是研究农业碳排放与经济增长之间的关系[9-12]。三是农业碳效率的研究[13，14]。而研究中国农业碳排放地区差异和收敛性的很少，目前只有杨钧利用1996 — 2009年中国27个省级地区农业生产的相关数据，分析了农业碳排放的地区差异，但农业碳排放收敛性并未涉及。本研究在测算中国农业碳排放总量的基础上，运用泰尔指数及其分解方法，对中国农业碳强度分布的地区差异进行测度并按照东、中、西三大区域进行了结构分解，同时借鉴经济增长理论中的收敛性检验方法，对中国农业碳强度的区域差异进行了收敛性检验。

1 中国农业碳排放总量测算及时空演变

1.1 测算方法与数据来源

目前，由于并无中国农业碳排放量的客观测量数据，现有的国内农业碳排放量研究多采用估算方法。通过各种估算方法对现有农业碳排放进行综合分析与比较，认为可以从农业碳排放源头入手来估算农业碳排放总量。一般认为有三种源头导致了农业碳排放：农地利用活动导致的碳排放[15]；水稻生长发育过程中所产生的甲烷等温室气体排放[16]；动物尤其是反刍动物养殖带来的碳排放[17]。因此，参考文献[18]和文献[19]构建了农业碳排放测算公式（1）如下所示：

E=E1+E2+E3（1）

其中，E1是指农地利用活动导致的碳排放，主要包括六方面：化肥使用过程中所导致的碳排放；农药使用过程中所产生的碳排放；农膜使用过程中所释放的碳排放；由于使用农业机械而消耗柴油所产生的碳排放；农业翻耕破坏了土壤有机碳库，大量有机碳流失到空中所导致的碳排放；灌溉过程中由于消耗电能所释放的碳排放。可根据各类碳源的使用量和碳排放系数（表1）来折算农地利用活动导致的碳排放E1。即，E1=∑E1i=∑Ti·δi，式中E1i为各类碳源碳排放量，Ti为各碳排放源的数量，δi为各碳排放源的碳排放系数。

E2是指水稻生长发育过程中所产生的甲烷等温室气体排放，由于不同地区水热条件存在较大差异导致各地区水稻生长周期内CH4排放率也不尽相同，本研究参照闵继胜等[25]测算出的结果，早稻、中季稻以及晚稻的CH4排放系数分别定为17.51、258.17、39.00 gCH4/m2。依据2007年IPCC第4次评估报告可知，1 t CH4=6.82 t C，早稻、中季稻以及晚稻的碳排放系数分别折算为119.42、1 760.72、265.98 gC/m2。因此，E2=∑E2i=∑Ri×ri，式中E2i为各类水稻的碳排放量，Ri为各类水稻的播种面积，ri为各类水稻的碳排放系数。

E3是指动物尤其是反刍动物养殖带来的碳排放，主要包括两方面，一是肠道发酵所引起的甲烷排放；二是粪便管理系统中的甲烷排放。具体到中国，牛、马、驴、骡、猪、羊是导致甲烷产生的主要牲畜品种，各自的碳排系数如表2所示。即，E3=∑E3i=∑Ai×ai，式中E3i为各类牲畜的碳排放量，Ai为各类牲畜数量，ai为各类牲畜肠道发酵碳排放系数和粪便管理碳排放系数之和。

本研究中所有數据均出自中华人民共和国统计局网站，其中，化肥、农药、农膜、柴油、水稻种植面积、农业灌溉面积以当年实际情况为准；翻耕数据则用当年农作物总播种面积替代；牛、马、驴、骡、猪、羊等牲畜数量参照各年年底头数情况。

1.2 中国农业碳排放时序特征分析

按照上述方法，中国1993 — 2011年的农业碳排放量见表3。从表3中可以看出，2011年中国农业碳排放总量达到51 384.34万t（相当于产生了188 580.53万t的CO2），与基期1993年相比，农业碳排放增加了36.46%，年均递增2.03%。从发展趋势上看，中国农业碳排放基本上呈现上升趋势，且前期上升较快，后期上升较慢，中间有两年（2001和2003年）略有下降。从组成部分来看，以2011年数据为例，各类水稻排放的碳量是中国农业碳排放总量的66.57%，是农业温室气体的第一排放源头，在这19年中，各类水稻的碳排放呈现逐年增加的趋势，增长速度基本稳定，在2001和2003年各类水稻碳排放有所下降，这与当年水稻种植面积减少有关。农地利用的碳排放是农业碳排放的第二大来源，约占总排放量的19.64%，在这19年中，农地利用的碳排放也一直保持增加态势，但增长速度大体呈下降趋势，中间过程有过3次反弹，这与当时农业利好政策有关，刺激了农资投入。反刍动物养殖排放的碳量占农业碳排放的比例最小，大约占13.79%，由于受到动物疫病等原因的影响，历年来该项碳排放波动较大，规律不明显。

2 中国农业碳排放地区差异的测算及分解

2.1 测算方法

本研究选择泰尔指数测算中国农业碳排放的区域差异，该方法既可以准确反映中国农业碳排放在各区域之间以及各区域内部的差异程度，又可以分析总体农业碳排放差异中有多少是由区域内部差异产生的，有多少是由区域间差异产生的。由于不受资源总量基数的影响，农业碳排放强度更能客观反映一个地区农业碳排放程度，便于区域间进行横向比较，农业碳排放强度是碳排放总量与GDP之比，因此，这里选用农业碳排放强度进行泰尔指数的计算。农业碳强度的泰尔指数相关公式如下：

T=■■ln■ （1）

Twj=■■ln■ （2）

Tw=■■■■ln■ （3）

Tb=■■ln■ （4）

T=Tw+Tb=■■Twj+Tb （5）

在以上各式中，C、Cj、Cji、Ci分别表示全国农业碳强度、各区域农业碳强度、区域内各省农业碳强度和各省农业碳强度；GDP、GDPj、GDPji、GDPi分别表示全国GDP总体水平、各区域GDP水平、区域内各省GDP水平以及各省GDP水平。公式（1）-（4）分别测算的是总体泰尔指数、区域内部各省份的泰尔指数、区域内泰尔指数和区域间泰尔指数；公式（5）显示了泰尔指数可分解的特性，表示总体泰尔指数等于区域内泰尔指数与区域间泰尔指数之和。通常总体泰尔指数介于0到1之间，指数越小，说明地区差异越小；指数越大，说明地区差异越大。此外分别定义区域间贡献率为区域间泰尔指数与总体泰尔指数之比，区域内贡献率为区域内泰尔指数与总体泰尔指数之比，各区域贡献率为加权后各区域泰尔指数与总体泰尔指数之比。

2.2 测算结果及分析

首先，从总体上看一下中国农业碳强度的分布情况，图1是中国2011年31个省（市、自治区）农业碳强度的分布图。从图中可以看出中国农业碳强度呈现分布不均衡的态势，农业碳强度低于2 kg/元的有11个省市、自治区，在2～4 kg/元之间的有8个，在4～6 kg/元之间的有7个，6～8 kg/元之间的有3个，大于8 kg/元的有2个，最高的是黑龙江省，农业碳强度为10.90 kg/元，最低的是天津，农业碳强度为0.61 kg/元。从三大区域平均分布上看，东部沿海省份农业碳强度水平最低，平均农业碳强度为2.02 kg/元，中部省份农业碳强度最高，平均农业碳强度为4.78 kg/元。

虽然从上图可以较为直观地观察出中国农业碳强度具有分布不均衡的特性，但是要进一步研究农业碳强度区域差异的演变规律及结构分解的规律，需要借助泰尔指数测算方法。利用泰尔指数的测算及分解方法，测算出了1993— 2011年中国和三大区域农业碳强度的泰尔指数以及各泰尔指数的贡献率，分别如表4和表5所示。

从表4和表5可知，1993— 2011年中国农业碳强度的总体泰尔指数整体上呈现上升趋势，从1993年的0.800 0上升到2011年的0.962 0，19年间的均值是0.893 2，根据泰尔指数数值的性质，可见在这19年间中国农业碳强度的区域差异很大而且呈现越来越大的态势。区域内农业碳强度泰尔指数变化趋势和总体农业碳强度泰尔指数变化趋势基本一致，也呈现逐年增加；而区域间农业碳强度泰尔指数经历了先降后增又降的过程。从贡献率上看，虽然区域内农业碳强度泰尔指数贡献率和区域间的农业碳强度泰尔指数贡献率数值上都有所波动，但区域内的农业碳强度泰尔指数贡献率远远大于区域间的农业碳强度泰尔指数的贡献率。平均来看，19年间区域内农业碳强度泰尔指数贡献率是91.75%，区域间农业碳强度泰尔指数贡献率只有8.25%，说明中国农业碳强度分布分散的原因主要是区域内分布不均匀造成的。从三大区域上看，农业碳强度泰尔指数和其贡献率都表明，西部地区省份之间的农业碳强度分散较大，其次是东部地区的省份，而中部地区省份之间的农业碳强度相对较为集中，因此，造成区域内农业碳强度分散的主要原因是西部地区农业碳强度较为分散。

3 中国农业碳排放强度的收敛性检验

从以上分析可知，中国农业碳强度在各省份之间的差异较大，为了更好地针对各省份实施农业碳排放管理政策，需要考虑中国农业碳强度区域差异的趋同或发散情况，因此，要对中国农业碳强度收敛性进行检验，若农业碳强度存在收敛特征，则表明农业碳强度地区差异正在不断缩小。以往的研究中常用的收敛性分析方法主要有σ收敛、β收敛和俱乐部收敛。鉴于中国农业碳强度的分布特点，本研究将对其进行σ收敛和β收敛检验。

3.1 σ收敛

σ收敛检验是针对存量水平的描述，反映区域农业碳强度偏离整体平均水平的差异及其不平衡的动态过程。如果不同地区农业碳强度分布的分散程度随时间推移而趋于降低，则认为存在σ收敛。通常检验σ收敛的方法有σ系数、标准差、变异系数、基尼系数等，各种方法各有所长，在这里选用σ系数来检验σ收敛性。在式（6）中lnCit为某地区i在t时期农业碳强度的对数值，lnCt为t时期各地区农业碳强度对数值的平均数，N为地区个数，计算结果如图2所示。

σ=■ （6）

从图2可以看出，全国范围计算的σ系数基本上呈现逐年增大的趋势，虽然在前三年略有下降，在1995年达到最低值0.444 3，但在随后的1996年迎来了一个较大幅度的增长，1997年以来又经历了两轮快速增长，在2011年达到最高值0.774 3，说明中国农业碳强度各省份之间的地区差异随着时间的推进是越来越大的，不具有收敛特性。从三大区域上看，东部省份的农业碳强度σ系数经历了三轮“降低—增长”的过程，从期初期末两个时点来看，整个过程增加幅度不是很大，说明东部省份之间的农业碳强度在某些年份具有收敛性，但收敛性比较弱，整体上还是发散的；中部省份的农业碳强度σ系数在1993 — 2005年间呈现“增一年降一年”的发展趋势，2006年以来逐年增加，说明中部省份之间的农业碳强度在2005年之前收敛性不确定，2006年以后具有发散性，整体上也是发散的；西部省份的农业碳强度σ系数也经历了四轮“降低—增长”的过程，但这个过程相比东部省份来说显得十分不明显，说明西部省份之间的农业碳强度在某些年份具有十分微弱的收敛性，但整体上也是发散的。

3.2 β收敛

β收敛是指期初农业碳强度水平较低的地区在农业碳强度增长率等项目上比期初农业碳强度水平较高的地区以更快的速度增长，即不同地区间的农业碳强度增长率与初始农业碳强度水平负相关。β收敛又分为绝对β收敛和条件β收敛，前者假定各地区具有相同的农业经济基础条件（如耕种种类、能源结构、牲畜数量等），不同地区的农业碳强度最终会收敛于相同的稳态水平，也称为无条件收敛；后者考虑了不同地区影响农业碳强度的因素有所不同，因此各地区农业碳强度不可能达到相同的水平，而是会收敛于各自的稳定水平。考虑到中国各省份农业生产条件方面的巨大差异，绝对β收敛的条件不满足，因此，本研究只检验条件β收敛，将影响农业碳强度水平的主要因素作为控制变量放入模型。根据STIRPAT模型，影響农业碳强度的主要因素有人口、财富和技术因素，考虑到各省份农业生产的实际情况和数据的可得性，本研究用农业就业人口反映人口规模，用农业人均收入反映财富状况，用农用机械水平反映技术水平，所建模型如下：

ln（Ci，t+1/Ci，t）=α+βlnCi，t+？姿1Pi，t+？姿2eyi，t+？姿3mi，t+μi，t（7）

其中，Ci，t+1/Ci，t表示碳强度增长率，Ci，t代表期初碳强度，Pi，t代表农业就业人口，eyi，t代表农业人均收入，mi，t代表农用机械水平（用人均农业从业人口的农业机械动力功率来表示），i代表不同的地区，t代表不同时期，α为常数项，β为估计系数，μ为随机误差项。如果β<0，则表示存在条件β收敛，即各地区农业碳强度收敛于各自的稳定水平。

根据（7）式，采用面板数据分别对全国及三大区域农业碳强度水平进行条件β收敛检验。在经过Hausman检验后，所有模型均应采用固定效应模型，检验结果如表6所示。

从表6可以看出，从全国层面和三大区域上看，LnC的回归系数均为正，且都通过了显著性检验，说明中国农业碳强度的地区分布无论从全国整体上看还是从各区域内部看都不存在条件β收敛，即各地区农业碳强度不会收敛于各自的稳定水平。

4 结论与启示

对中国农业碳强度分布的地区差异与收敛性的研究，对于精确掌握中国农业碳排放的分布规律和特征，制定并实施有效的地区性农业碳减排政策具有重要的理论价值和现实意义。本研究对1993 — 2011年中国农业碳排放总量进行了测算，并对农业碳强度的地区差异及其敛散性进行了实证分析，主要结论如下。

首先，从农业碳排放的三大源头入手，测算了中国1993 — 2011年的农业碳排放总量。结果表明，中国农业碳排放总量基本上呈现上升趋势，且前期上升较快，后期上升较慢，到2011年，中国农业碳排放总量达到51 384.34万t，与基期1993年相比，农业碳排放增加了36.46%，年均递增2.03%；在三大源头中，各类水稻的碳排放最多，其次是农地利用活动，最少的是反刍动物养殖。因此，要继续制定并实施严格的农业碳减排监管政策，提高农用化学物质的使用效率，因地制宜地推广成熟的化肥、农药和农膜使用技术，并制定相应的生态补偿政策，为低碳农业发展营造良好的政策环境。

其次，运用泰尔指数及其分解方法，测算了中国31个省（市、自治区）农业碳强度的总体差异、三大区域间的差异、三大区域内的差异以及三大区域各自的差异，以及区域间、区域内及各区域泰尔指数对总体泰尔指数的贡献。结果表明，1993 — 2011年中國农业碳强度的区域差异很大，而且呈现越来越大的态势，其中，区域内的农业碳强度泰尔指数及其贡献率远远大于区域间的农业碳强度泰尔指数及其贡献率；此外，西部地区省份之间的农业碳强度分散较大，其次是东部地区省份，而中部地区省份之间的农业碳强度相对较为集中。因此，在农业碳减排区域政策的制定过程中，对于中部和东部省际间农业碳强度差异较小的区域，从政策制定成本的角度可以考虑制定统一的农业碳减排政策；而对西部等省际间农业碳强度差异较大的区域来讲，应积极鼓励各地方政府参与农业碳减排、碳交易等游戏规则的制订与博弈，并对个别农业碳强度较高的省份制订更为严格的农业碳减排任务。

最后，运用经济增长理论中的收敛检验方法，对1994 — 2011年农业碳强度进行了σ收敛和条件β收敛性检验。结果显示，中国农业碳强度既不存在σ收敛，同时也不存在条件β收敛。农业碳强度不存在条件β收敛，表明中国农业碳强度水平不会自动降低到各自的稳态水平，因此，政府对农业碳减排的政策干预是必不可少的。2011年中国农业碳排放强度的平均值为107.15 kg/元，比1993年降低了 42.98%，这已经充分肯定了中国政府在农业碳减排干预政策中的积极作用。在未来，各地农业相关部门应因地制宜地积极探索与推广低碳农业生产模式，加强农业碳减排技术的引进，努力营造良好的政策环境，实现高效率、高碳汇、低能耗、低排放的现代农业，从而全面达成农业碳减排目标。

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