中国农业源碳汇估算及其与农业经济发展的耦合分析

杨果　陈瑶

摘要：农业作为重要的产业部门，在满足人们基本的物质需求的同时具有重要的生态保障和碳汇功能，充分发掘农业的碳汇潜力对于农业绿色化发展和农民增收具有重要意义。本文量化测算了我国1993—2011年的农业源碳汇潜力，并构建农业源浄碳汇与农业经济发展的耦合模型，结果发现农业源碳汇量由1993年的52 318.70万t波动增加到2011年的66 073.77万t，年均增加1.38%，但是农业源的浄碳汇量却呈现波动递减趋势，由1993年的36 691.72萬t减少到34 815.67万t，其中粮食作物的CO₂吸收总量占据主要部分，经济作物CO₂吸收量在农业总的CO₂吸收量所占的比重虽小，但是增速较快，年均增幅达到4.15%；从影响因素来看，农业源碳汇和耕地面积关联度不大，农作物单位产量和农业源碳汇呈正相关；农业源浄碳汇与农业经济发展之间处于强负耦合状态，耦合状态不理想，农业产值与农业净碳汇关联度不强，这主要是由高投入、高消耗的农业生产方式引发农业碳排放增加和农业总产出效益提升等原因造成的。最后，本文针对性地提出促进我国农业减排增汇的对策建议：强化政府引导，从农业的规划、生产、消费等多领域进行引导；加大农业减排增汇的技术、资金和人力支持，为农业的减排增汇做好保障；通过林地增汇、农田增汇、草地增汇、综合增汇等多种手段，提升农地的碳汇能力；加快碳市场交易体系建设，以市场杠杆推进农业的减排增汇。

关键词 ：农业；碳汇；耦合分析；减排增汇

中图分类号：F323

文献标识码： A

文章编号： 1002-2104（2016）12-0171-06

农业作为一个特殊的生产部门，其生态系统在碳的增汇减排中占有重要地位和作用，通过采用合理的农业管理措施，减少农田土壤释放 CO₂或增强土壤固氮能力，增加土壤碳库的存量，提高土壤质量及其农业生产力，可以实现农业增产的同时增加碳汇量，改善生态环境。然而在我国农业现代化过程中，农业生产严重依赖化肥、农药，高投入、低产出、资源过度消耗、土壤退化、环境恶化等一系列问题困扰着我国农业发展。在全球持续变暖的背景下，我国农业的可持续发展面临严峻挑战，“三农”问题制约着社会的和谐发展。因此，充分发挥农业碳汇功能，发展低排放、高碳汇、低投入、高效率的低碳农业成为巩固农业基础地位、推动农业可持续发展的关键和实现经济低碳化发展的重要领域和根本保证。

1 文献回顾

近年来国内外大量的学者、专家等强化对农业碳汇及低碳农业问题的关注，做了大量开创性的研究，取得了一系列理论和实证研究成果，也为本研究提供了理论基础和经验借鉴。从国外研究来看，Todd M. Johnson 等研究了墨西哥的低碳农业发展状况，发现可再生的生物能源的利用对低碳经济发展的贡献最突出[1]。Chuck Rice经过研究美国堪萨斯州的农业碳汇项目发现，免耕对全球温室气体排放量的减缓有着重要的作用[2]。从国内研究来看，刘允芬研究了我国农业碳循环，发现无论是我国农业的现有碳循环系统状况还是在气候不断变化后，我国农业系统的碳吸收量都大于碳的排放量，农业领域是一个巨大的碳汇，而不是碳源[3]。谢淑娟等研究了我国农业的碳汇状况，并提出了发展农业碳汇的六种途径和针对碳汇农业政府需采取的六条措施[4]。马涛对上海市多年农业领域的碳吸收及碳排放进行了测算，发现随着上海及周边地区耕地的不断减少，碳汇能力在逐渐弱化，但是上海农业仍是一个巨大的碳汇，数量达到了380万t/a。同时，上海农业碳汇受到技术、耕地面积的限制增加潜力不大，但是通过技术改良等方式仍有一定的潜力，并提出关键在于将农业碳汇融入碳交易市场体系，并激励广大农户参与低碳农业发展[5]。但是对于国内外的相关研究进行梳理，发现对于农业源的碳汇大多是从区域角度去研究，缺乏宏观视角。中国作为农业大国，农业源的碳汇资源丰富，精确估算对于碳汇潜力的开发应用具有重要的意义。

2 研究方法

2.1 农业源碳汇测算方法

农业源碳汇是指在一定时期内（通常是一年），一定区域农业生产活动中农作物通过光合作用同化空气中的CO₂，并释放出氧气，并减去作物呼吸作用产生的CO₂量。不同的农作物由于生长期、植株自身大小等的不同使得碳吸收量差异很大。李克让等引用了IPCC的相关数据并测算了中国1992年的农作物CO₂吸收量，具有重要的实际参考价值[6]。本文参考其研究方法测算中国1993—2011年的农业碳吸收量，具体方法如下：

Cd=Cf×Dw=CfYw/Hi（1）

式中，Cd为农作物的年度碳吸收量，Cf为农作物通过光合作用合成1 g干物质所吸收的碳量，Dw为农作物的总干物质量，Yw为农作物的经济产量，Hi为农作物的经济系数。

在农业生态系统中，植物对温室气体的吸收主要通过同化空气中的CO₂，并释放出氧气，因此农业吸收的温室气体主要是CO₂，本文在研究农业碳汇的时候只考虑CO₂。从长期（10年及以上）农作物通过光合作用从大气中同化并固定的二氧化碳，在一定时间内又会以三种主要形式重新释放到大气中：一是暂存植物体内（农作物秸秆、粮食等），随后转变为人类的食物（粮食）和动物饲料（秸秆、饲料粮）等，通过人、动物以及微生物作用重新排放到大气中；二是农作物本身的呼吸作用、农作物残体的腐烂分解（秸秆还田等）和燃烧（秸秆焚烧等），重新释放到大气；三是作为工业的原料存储起来（农作物副产品等），但是若干年后仍将释放到空气中。因此从长期来看，农作物二氧化碳的吸收量对农业生态系统碳循环的影响几乎为零，但是从短期来看，农作物因为产量增加等所造成的二氧化碳吸收量的增加也会形成一定的净碳汇[6]。

李克让测算了中国主要农作物的单位播种面积碳汇量、中国主要农作物的经济系数和作物光合作用合成1 g干物质所吸收的碳量，并测算了中国1949—1996年的几种主要农作物的年CO₂吸收量[6]，具有重要的参考价值。

因此本文借鉴其关于中国主要农作物的经济系数（Hi）和1 kg干物质所吸收的碳量（Cf）进行中国农业碳汇测算，具体系数见表1。

2.2 耦合模型

耦合的原意指的是网络的输入与输出、两个或两个以上的电路元件之间存在紧密关系，且相互影响，通过相互间的作用从一端向另一端传输能量的现象，引申意义就是两个或两个以上的事物相互依存于对方的一个量度。借用到农业净碳汇与农业产值之间，就是实现农业产值增加与农业源碳汇增加之间的链接关系。为了度量中国农业产值与农业源碳汇之间的耦合程度，本文结合Tapio的脱钩理论[7]，把中国农业产值与农业源碳汇的耦合分为八个类型：扩张耦合、增长连结、强耦合、弱耦合、强负耦合、衰退负耦合、衰退连结和弱负耦合，具体标准如表2。

2.3 数据来源及处理

本文关于农作物碳汇的测算时基于短期时间，选取了水稻、玉米、小麦、薯类、大豆、高粱、谷子以及其它粮食作物和棉花、向日葵籽、花生、烟草和油菜籽七种经济作物作为研究对象测算中国农业的碳汇情况。各类农作物的产量、农业产值等相关数据来自《中国统计年鉴》和《中国农业统计资料》。

3 农业源碳汇测算

依据农业源碳汇测算公式、农作物碳汇系数和农作物的经济产量相关数据，量化测算了我国1993—2011年的农业源碳汇情况（详见表3）。我国农业源碳汇呈现以下特征：

（1）农业源碳汇总体呈现增长的趋势，而净碳汇微弱下降。农业源碳汇量由1993年的52 318.70万t波动增加到2011年的66 073.77万t，年均增加1.38%，其中粮食作物的CO₂吸收总量占据主要部分，由1993年的48 031.20万t波动增加到2011年的58 409.60万t，年均增幅为1.14%。经济作物CO₂吸收量在农业总的CO₂吸收量所占的比重虽小，但是增速较快，年均增幅达到4.15%。净碳汇量呈现微弱下降趋势，这主要是农业CO₂排放量的持续增加所致。

（2）农业源碳汇和耕地面积关联度不大。CO₂吸收量并没有因为耕地面积的迅速减少而出现减少，且在很多年份CO₂吸收量的增长（减少）速度要高于耕地面积的增加（减少）速度，这主要是因为本文根据农作物经济产量测算碳汇，而随着经济发展和技术进步，农业生产效率提升，单位面积的农业产出增加所致。

（3）农作物单位产量和农业源碳汇呈正相关。我国1993—2011年期间，除了高粱的单位面积产量波动比较大，其它农作物的单位面积产量均呈现上升的趋势，增长最快的是谷物，其次是花生、向日葵籽、棉花和烟草。在表4可以看出单位面积碳汇量最大的为玉米、棉花、向日葵籽和花生等，分别由1993年的5.84 t/hm2、3.38 t/hm2、2.66 t/hm2和2.61 t/hm2增加到2011年的6.77 t/hm2、5.89 t/hm2、3.69 t/hm2和3.67 t/hm2，这说明了农作物单位面积产量的变动是目前我国农作物碳汇量变动的最关键的影响因素。小麦、玉米和水稻作为我国三大粮食品种，其地位在今后很长一段时间内将会得到保持，因此它们仍将会是我国粮食作物甚至整个农作物中CO₂吸收量的主要贡献者。

4 农业源碳汇与农业经济发展的耦合分析

1993—2011年期间，我国农业净碳汇与农业产值之间基本处于强负耦合、弱耦合和衰退负耦合三种状态，尤其是强负耦合状态占了7个，耦合状态不理想（见表5），农业产值与农业净碳汇关联度不强，这主要基于两方面的原因。首先，中国高投入、高消耗的农业生产方式造成的，在此方面大量的研究已经作出了论证。李俊杰基于化肥、农药、农膜、柴油、翻耕和农业灌溉6个方面对民族地区的

农业源碳排放进行测算发现，1993—2010年民族地区的农业源碳排放增长显著，最高为内蒙古的年均8.59%[9]。邢光熹，颜晓元运用田间的具体测量数据和IPCC第二阶段的方法估算了我国农田在1995年的氧化亚氮（以N计），分别达到了398 Gg和336 Gg，通過对不同年份不同氮源的数量变化进行观测，发现化学氮肥的施用量增加是我国农田氧化亚氮增加的最主要因素[10]。其次，是由于随着农业生效效率的提升，单位面积农业产出增加，但是秸秆等的增加幅度明显较低。此外农产品价格提升引起的农业收益增加也是一个重要的原因。

5 结论及对策建议

本文对1993—2011年我国农业源的碳汇量进行测算，结果发现：我国农业源碳汇资源非常可观，农业源碳汇

量由1993年的52 318.70万t波动增加到2011年的66 073.77万t，年均增加1.38%，其中粮食作物的CO₂吸收总量占据主要部分，但是农业源的净碳汇量却出现递减。构建农业源净碳汇与农业经济发展的耦合模型，结果发现主要处于强负耦合状态，耦合状态不理想，农业产值与农业净碳汇关联度不强。为充分发挥农业碳汇功能，保持并增加农业源碳汇量，针对性提出以下对策建议。

5.1 强化政府引导

从长远来看，农业的固碳减排必须立足于我国农业底子薄的国情，克服农业的弱质性突出、生产效率低下的问题，转变农业发展方式，实现农业固碳减排和农业经济发展的双赢。而我国农业低碳化的发展还处在初级阶段，这就需要充分发挥政府的引导作用。从宏观来看，政府应实行强有力的农业低碳化发展的推广机制，以增强民众的低碳环保意识；从中观来看，实施碳税政策，对化肥、农药、农用薄膜等大量消耗燃煤、石油和天然气的产品按照含碳率征税，以促进其积极调整产品结构，研发和生产含碳率较 少的产品；同时可以积累碳基金，为农业低碳化发展提供资金支持；

依據《绿色食品标志管理办法》，

实施低碳农产品认证制度；从微观来看，实施低碳采购政策，在低碳农产品社会认可度不高的情况下，政府要积极采购符合低碳

认证标志的农产品，弥补市场需求的不足，以保护和激励农户进行低碳生产，同时通过政府的消费行为来引导社会的消费倾向。

5.2 加大农业减排增汇的技术、资金和人力支持

农业减排增汇是一个复杂的系统工程，需要政府大力的技术、资金和人力支持。从技术支持来看，提升农业科技人员的待遇，设立农业技术创新基金，对优秀的技术人员进行奖励；从资金支持来看，国家要充分利用税收、价格、信贷等经济手段，加大财税的支农力度，设立相关农业保险制度，减少农业减排增汇生产过程中的风险，针对农民设立灵活的小额贷款等信贷政策；从人力支持来看，强化对农业技术人员和农民的教育和培训，提升其职业素质，以大中专院校、农业技术学院等为依托，鼓励有条件的 农民和农业高校进行合作，培养农业技术骨干和职业农民。

5.3 提升农地的碳汇能力

要充分发挥农业的碳汇功能，就需要提升农地的碳汇能力，主要需要从以下三个方面去做：一是通过林地增汇。通过在有条件的地区植树造林、退耕还林等可以明显提升土地植被覆盖率，增加农地的碳汇能力。二是农田、草地增汇。对于农田增汇，要采取保护性的耕作制度，减少化学肥料、农药等的使用，禁止秸秆直接焚烧，大力推广秸秆还田；对于草地增汇，可以通过对畜牧业合理规划，实施休牧、甚至禁牧、退牧还草等。三是综合增汇。对于农业发展进行全面合理的规划，完善农业基础设施建设，培育高产、优产农作物，强化病虫害监测与预警，实施测土施肥等。四是实施生态补偿制度。按照“谁污染、谁治理；谁受益，谁支付”等原则，明确农田生态破坏的奖惩制度，以奖代补，引导农民主动采用低碳农地利用技术。

5.4 加快碳市场交易体系建设

运用市场杠杆推进农业的固碳减排是一种重要的手段，只要有利可图，就会有效地推进农业的固碳减排效益。完善现有的碳汇市场，确立有效的碳交易机制，运用经济利益去调节碳汇及碳源的主体行为，具有重要的现实意义。碳汇项目大多是政府牵头的大项目，农民具有天然的弱势，可以通过政府牵头、农民专业合作组织为主体等方式，建立低碳农业的订单机制，实现碳汇需求与供给方的有效匹配。农民专业合作组织等对碳汇交易的经济利益进行分配，确保农民的收益，增加农民的额外收益，提升农民参与的积极性。

（编辑：刘照胜）

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Abstract Agriculture as an important industry has important ecological protection and carbon sequestration functions to satisfy peoples needs of material. Fully exploiting the potential of carbon sequestration of agricultural income has important significance for green agricultural development and farmers income growth. The paper quantitatively calculated agricultural sources of carbon potential from 1993 to 2011， and constructed a coupling model of the net carbon sequestration of agricultural source and agricultural economic development， and then it could be found that from 1993 to 2011 the agricultural sources of carbon amount increased from 523.187 0 million tons to 660.737 7 million tons， an average annual increase of 1.38%， but the net carbon sequestration of agricultural sources was showing fluctuations in a decreasing trend from 366.917 2 million tons of 1993 reduced to 348.156 7 million tons， of which crop CO₂ absorption occupied the main part， and CO₂ absorption of economic crops occupied a small proportion in total agricultural CO₂， but grew rapidly， and the average annual growth was 4.15%. From the view of factor impact， carbon sequestration of agricultural sources and cultivated area had little correlation， and crop yield and carbon sequestration of agricultural sources were positively correlated. The relation between agricultural carbon source purification and agricultural economic development was in a strong negative coupling state， and the coupling condition was not ideal. The correlation between agricultural output and agricultural net carbon sink was not strong， which was mainly caused by increased agricultural carbon emissions and the total agricultural output benefit resulting from agricultural production mode with high investment and high consumption. Finally， this article put forward countermeasures of reducing carbon emission and increosing carbon sink： strengthen governments guidance from the fields of agricultural planning， production， and consumption； strengthen technical， financial and personnel support to reduce emissions and increase carbon sink，improve carbon sink capability through forest sink， farmlang sink， grassland sink， and integrated sink； speed up the development of carbon market trading system and market leverage to promote agricultural emissions reduction and growth.

Key words agriculture； carbon sink； coupling analysis； emission reduction and sink enhancement