陕西省农业碳排放时序特征及影响因素分析

王婧

（宝鸡文理学院，陕西省灾害监测与机理模拟重点实验室，陕西宝鸡721013）

陕西省农业碳排放时序特征及影响因素分析

王婧

（宝鸡文理学院，陕西省灾害监测与机理模拟重点实验室，陕西宝鸡721013）

为探讨陕西省农业碳排放时间变化及其驱动因素，基于种植业和畜牧业2个方面的16类碳源，测算分析了2000—2014年陕西省农业碳排放现状，并利用LMDI模型对农业碳排放的驱动因素进行分解。结果表明，2000—2014年陕西省农业碳排放量增加了24.25%（96.33万t），年均增长率为1.56%，总体呈上升—下降—上升的变化趋势；化肥、农业机械、农膜、农药等农业物资投入对陕西省农业碳排放的影响逐渐增加，牛、羊、猪等大牲畜的肠道发酵、粪便管理对碳排放的影响逐渐减弱；对农业碳排放具有抑制作用的因素大小依次为效率因素、劳动力因素和结构因素，而经济因素则具有较大的促进作用。

农业碳排放；驱动因素；LMDI模型；陕西省

近年来，以全球变暖为主要特征的气候变化成为了人类社会共同面临的全球性问题。引起气候变化的原因既有自然的，也有人为的。IPCC报告基本认定，最近50 a的气候变暖是由于工业革命以来人类活动所导致，主要是化石燃料燃烧和毁林等土地利用变化引起[1]。随着我国农业现代化发展，农业生产活动中化肥、农药、电力、化石能源大量使用，加之动物饲养引起的肠道发酵、农业废弃物的处理和利用等原因，产生了大量的CO2，CH4和N2O等温室气体，农业碳排放占温室气体排放总量的比例已高达17%[2]。减少农业碳排放、发展低碳农业也成为了碳排放研究的热点问题。国内已有不少有关农业碳排放的研究，主要集中在大农业视角下的碳排放核算及特征分析[3-5]；特定视角下的农业碳排放问题，包括农用物资投入引发碳排放[6]、农地利用碳排放[7]、农业能源碳排放[8]、农业碳足迹问题[9]；农业碳排放驱动因素分析[10-11]；农业碳排放与经济增长的关系[12-13]等方面。

陕西省是我国农业大省之一，分析其农业碳排放的规律及其影响因素，对于准确把握农业环境现状、科学制定农业碳减排政策具有重要意义。目前，陕西省农业碳排放相关研究主要是从种植业角度来核算农业碳排放[14-16]、探讨碳排放影响因素[17]、分析碳排放与经济增长的关系[18]，鲜有考虑到占农业碳排放比例较大的畜牧业。

本研究测算了2000—2014年陕西省种植业和畜牧业碳排放量，并进行时序特征分析以及结构分析，在此基础上利用LMDI模型对农业碳排放驱动因素进行了分解，以探求陕西省农业碳排放的一些规律和特征，为制定农业碳减排政策措施提供借鉴与参考。

1 研究方法与数据来源

1.1 碳排放量测算

本项研究的是农业生产活动导致的碳排放，包括种植业和畜牧业碳排放。具体的估算公式如下。

式中，E为农业碳排放总量；Ei为各类碳源碳排放量；Ti为各类碳源投入量（种植业）或畜禽年平均饲养量（畜牧业）；δi为各碳源排放系数。基于此，从种植业（农地利用、稻田）和畜牧业2个方面确定具体碳源及对应的碳排放系数。

1.1.1 种植业碳排放参照冉光和等[19]、田云等[12]的研究，种植业产生的碳排放主要来自3个方面：（1）农用物资投入引发的碳排放，主要是化肥、农药、农膜的生产和使用过程中导致的碳排放，农业机械使用消耗化石燃料（柴油、电力等）产生的碳排放，以及农业灌溉中电能利用间接耗费化石燃料所产生的碳排放；（2）翻耕破坏土壤表层导致的有机碳流失；（3）水稻生长发育产生的CH4温室气体排放。各碳源排放因子如表1所示。

表1 农业生产活动各类碳源及碳排放系数

1.1.2 畜牧业碳排放农业生产中畜禽养殖产生的碳排放，主要是肠道发酵引起的CH4排放和动物粪便管理产生的CH4和N2O。各畜禽品种的碳排放系数列于表2。

表2 主要畜禽品种对应的碳排放系数kg/（头·a）

由于各种畜禽饲养周期不同，因此，需要依据出栏率对畜禽年平均饲养量进行调整。参照胡向东等[22]的方法，当出栏率大于或等于1时，年均饲养量采用出栏量进行调整，公式如下。

式中，Cit，Ci（t-1）分别为i种畜禽第t年年末存栏量和第t-1年年末存栏量。

1.2 碳排放影响因素分解方法

对数平均迪氏分解法（Logarithmic Mean Divisia Index，LMDI）具有因素可逆，消除残差项、有说服力等优点[23]，被广泛应用于能源消费碳排放驱动因子的分析。本研究采用LMDI方法对陕西省农业碳排放进行因素分解。根据已有研究成果，结合农业碳排放实际，碳排放总量可分解如下。

式中，Ni为i种畜禽年均饲养量；NAPAi为i种畜禽年生产量（出栏量）；Days_alivesi为i种畜禽平均生长周期，生猪、兔和家禽平均生长周期分别为200，105，55 d[3]。

当出栏量小于1时，畜禽的年均饲养量采用年末存栏量进行调整。

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公式（4），（5），（6），（7）中，C，PGDP，AGDP，AL分别表示陕西省农业碳排放、种植业和畜牧业总产值之和、农林牧渔业总产值及农业从业劳动力总量；EI，CI，SI分别表示农业效率、农业结构、农业经济水平。

设基期（2000年）碳排放总量为C0，T期总量为Ct，则第T年相对于基年的碳排放量的变化可表示为：

式中，ΔEI，ΔCI，ΔSI，ΔAL分别是农业效率因素、农业结构因素、农业经济水平因素、农业劳动力因素引起的碳排放量变化。各分解因素贡献值的表达式如下。Ct－C0EIt

1.3 数据来源

本研究中，陕西省2000—2014年的化肥（折纯量）、农膜、农药、农用柴油使用量、有效灌溉面积、农作物总播种面积、水稻播种面积、畜禽年末头数等数据来自于《陕西年鉴》（2001—2015）；畜禽出栏量来自《中国畜牧业年鉴》（2001—2015）；种植业总产值、畜牧业总产值、农林牧渔业总产值也来自《陕西年鉴》（2001—2015），并依据相应年份的产值指数进行调整，最后采用以2000年为基准年的可比价格。

2 结果与分析

2.1 陕西省农业碳排放变化

2.1.1 农业碳排放总量由公式（1）计算得到2000—2014年陕西省农业碳排放总量（表3）。从表3可以看出，2014年陕西省农业碳排放总量为493.63万t，与基期2000年的397.30万t相比，增加了24.25%，年均增长率为1.56%。其中，种植业和畜禽养殖碳排放量分别为322.04万、171.58万t，占碳排放总量的比例分别为65.24%和34.76%。2000—2014年陕西省农业碳排放总量变化总体呈上升—下降—上升的趋势。2000—2005年，随着大力推广农业科学技术和增加农业投入，碳排放总量由397.30万t增加到441.24万t，增长了11.06%。2006—2007年为减少阶段，2005年陕西省免征农业税的实施刺激了农民种植作物的积极性，更多的资金投入到种植业，畜禽养殖在这一阶段受到“冷落”，而2009年以前畜牧业碳排放占全省农业碳排放总量的比例超过1/2，因此，这一阶段碳排放总量呈现下降趋势。2008—2014年为波动增长阶段，2008年以来业外人士投资建设养殖场的比例高达80%[24]，畜牧业开启了新的发展时期，与此同时，畜禽粪便污染处理技术应用也日益广泛，畜禽养殖碳排放保持稳中略降状态。而种植业发展中化肥、农药等农用物资的大量投入导致种植业碳排放逐年呈明显上升态势，2007年以后种植业碳排放占农业碳排放总量的比例超过50%，2007—2014年种植业碳排放增长了41.00%。因此，此阶段农业碳排放总量总体上呈上升趋势。

表32000 —2014年陕西省农业碳排放量万t

第三是羊和猪的肠道发酵、粪便管理碳排放量，二者碳排放平均占比分别为9.83%和9.44%，总体上分别表现为波动下降和波动上升趋势，2009年前羊的肠道发酵和粪便管理碳排放占比大于猪，2009年以后占比情况相反。这是因为随着退牧还草工程建设的深化，山羊存栏量出现一定程度的降低，导致羊的肠道发酵和粪便管理碳排放量下降；按照《陕西省实施七大工程促进农民增收规划纲要（2008—2012）》中有关畜牧业的要求，生猪产业作为主导产业之一得到了长足发展，猪的肠道发酵和粪便管理碳排放量有所上升。

第四是农业机械使用和农业灌溉引发的碳排放量，碳排放平均占比分别为8.32%和7.81%，农业机械使用引发的碳排放总体上呈先降后升趋势，其中，2000—2003年农业机械使用碳排量所占比例逐年下降，达到最小值5.93%，2004年以后呈波动上升趋势，到2014年达到最大值10.95%。这是由于受退耕还林政策实施的影响，《陕西年鉴》中2000—2003年粮食播种面积由455.55万hm2减少到409.03万hm2，2004年恢复到430.30万hm2后保持在较稳定的水平上，因而，农业机械导致的碳排放也产生了相应的变化。研究时段内由于节水灌溉工程技术的推广，农业灌溉引发的碳排放量呈现稳中略降趋势。

农膜、农药、驴、骡、家禽、翻耕碳排放平均占比依次为3.53%，1.30%，0.90%，0.36%，0.32%，0.30%，其中，农膜占比在2002—2005年最低，2006年以后呈明显的上升趋势，在2014年达到最大值4.35%；农药的占比也有小幅的升高；驴和骡的占比在研究时间段内呈逐年下降趋势；家禽、翻耕碳排放占比总体呈波动下降趋势。以上情况说明，化肥、农业机械、农膜、农药等农业物资投入对陕西省农业碳排放的影响逐渐增加，而牛、羊、猪等大牲畜的肠道发酵、粪便管理对碳排放的影响逐渐减弱。

2.2 陕西省农业碳排放因素分解

基于LMDI分解方法对陕西省2000—2014年农业碳排放测算结果进行分解，得到各因素的分解结果（表4）。

表4 陕西省农业碳排放影响因素LMDI分解结果万t

由表4可知，经济因素的累积效应为正值，农业经济水平的不断提高促进了农业碳排放的增加，与2000年相比，2001—2014年间经济因素累积引发了1 159.33万t碳排放。社会经济发展要求有限的土地有更高的产出，农民为了片面追求经济利益大量使用化肥、农药、农膜，这些农用物资的使用量呈上升趋势，必然导致农业碳排放量增加。农业处于国民经济的基础地位，稳步发展农业、促进农民增收仍然是严峻的问题，减少农业碳排放并不能通过减缓经济增长来实现。因此，短期内农业经济因素仍将是导致陕西省农业碳排放增加的主导因素。

效率、结构和劳动力这三大因素累积减少了1 065.81万t碳排放，其中，效率因素是抑制农业碳排放增长的主要因素，与基期相比累积实现了973.37万t碳减排。碳排放强度是单位GDP二氧化碳的排放量，能够衡量农业生产过程中能源利用效率的高低。从图1可以看出，2000—2014年间陕西省农业碳排放强度呈下降趋势，由2000年的915.09 kg/万元下降到2014年的87.99 kg/万元，年均下降15.40%，说明陕西省农业生产过程中能源利用率不断提高。随着农业生产条件不断改善、农业科技的不断推广以及农业产业规模化发展，陕西省农业生产效率会不断提高，今后将会具有更大的减排潜力。

劳动力因素也在一定程度上抑制了碳排放的增长，2000—2014年间累积实现了81.53万t碳减排。根据《陕西年鉴》数据，2000—2014年间农业人口数平均以每年1.37%的速度减少，在农业生产收入不高的影响下进城务工农民数量不断增加，农村劳动力的非农化和兼业化现象日益突出，弃耕抛荒现象频现，这在一定程度上抑制了农业碳排放。同时，随着农民的环保意识提高和集约经营观念的深化，农业碳排放也会有一定的减少。

结构因素也促进了碳排放的减少，但其影响作用相对较小，与基期相比累积实现了10.91万t碳减排。种植业和畜牧业是农业碳排放的主要来源，根据陕西省碳排放种植业和畜牧业变化情况可知，近几年种植业对农业碳排放的贡献更大，因此，通过不断降低种植业比例，增加林业比例，在一定程度上可以减少种植业碳排放，增加农业碳汇。

3 结论与建议

本研究以陕西省为研究对象，测算了2000—2014年全省农业碳排放现状及变化趋势，并利用LMDI模型对陕西省农业碳排放的驱动因素进行分解。结果表明，2014年陕西省农业碳排放总量为493.63万t，与基期2000年的397.30万t相比，增加了24.25%，年均增长率为1.56%。其中，种植业和畜禽养殖碳排放量分别为322.04万、171.58万t，占碳排放总量的比例分别为65.24%和34.76%。2000—2014年陕西省农业碳排放总量变化总体呈上升—下降—上升的趋势。

在各类碳源中，对碳排放量影响较大的依次是化肥、牛的肠道发酵和粪便管理、羊和猪的肠道发酵及粪便管理、农业机械使用和农业灌溉。化肥、农业机械、农膜、农药等农业物资投入对陕西省农业碳排放的影响逐渐增加，而牛、羊、猪等大牲畜的肠道发酵、粪便管理对碳排放的影响逐渐减弱。

效率因素、劳动力因素和结构因素在不同程度上抑制了农业碳排放，农业碳排放的抑制效果从大到小依次为效率因素＞劳动力因素＞结构因素，与基期2000年相比，分别累积实现了973.37万、81.53万、10.91万t碳减排。经济因素对农业碳排放具有较大的促进作用，累积引发了1 159.33万t碳排放。

基于以上研究结论，陕西省农业碳减排应考虑以下4个方面：（1）加强农业基础设施建设。加大节水灌溉配套设施建设，完善田间灌排体系。投入建设低碳高效节能的棚室，推广测土配方施肥，降低化肥、农药、农膜的使用强度。（2）优化农业产业结构。扩大经济作物和饲料作物的种植面积，科学合理调整种植品种、饲养工艺，提高复种指数。优化农业区域布局，促进优势农产品向优势产区集中。（3）加强农业科技创新。政府通过引导多元化的资本投入，鼓励科研院校、农业企业开展创新活动，推动科技成果的市场化。建立农业科技创新与集成示范基地，以此为基础探索提高农业劳动生产率和资源利用率、促进农业产业发展与农民增收的可持续发展之路。（4）加强对农业从业人员的现代农业知识培训，开展多种形式的宣传教育，提升农业从业人员素质和环保意识。

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Temporal Characteristics and Impact Factors Analysis of Agricultural Carbon Emission in Shaanxi Province

WANGJing
（KeyLaboratoryofDisaster Monitoringand MechanismSimulation ofShaanxi Province，Baoji UniversityofArts and Sciences，Baoji 721013，China）

Toexplore the temporal changes and the factors which affected agricultural carbon emission change in Shaanxi province, agricultural carbon emissions from 2000 to 2014 were calculated,and a decomposition model was established using the LMDI method to analyze the impacts on agricultural carbon emission based on 16 kinds ofcarbon sources of planting industry and animal husbandry.The results showed that agricultural carbon emissions in Shaanxi province increased by 24.25%（9.633×105t）,with the average annual growth rate of1.56%from2000 to2014,and generallyshowed a up-down-up change.The agricultural material inputs,such as chemical fertilizers,agricultural machinery,agricultural plastic film and pesticides,gradually strengthened the effects on carbon emissions,while the emissions from enteric fermentation and manure of major animals,such as cattle,sheep and goats,hogs,gradually weakened the effects on carbon emissions in Shaanxi province.The factors which had inhibitory effects on agricultural carbon emissions were efficiency factor,labor factor and structure factor,the economic factor had a great role in promotingagricultural carbon emissions.

agricultural carbon emission;impact factor;LMDI model;Shaanxi province

F323.22

A

1002-2481（2016）09-1377-06

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.09.36

2016-07-05

宝鸡文理学院重点项目（ZK16131）

王婧（1986-），女，青海互助人，助教，硕士，主要从事区域资源环境与生态安全教学及研究工作。