山东省农地集约利用的碳排放效率分析与低碳优化

施振斌 冉娜

摘要建立农地集约利用投入产出指标体系，对山东省17个地级市的农地集约利用过程中的碳排放效率进行分析，研究农地集约利用程度与碳排放效率的关系。结果表明，农地集约利用度的高低与碳排放效率高低并不具有普遍的一致性，山东省农地集约利用度较高的地区主要分布在传统农业区和部分发达城市；济南、青岛、烟台 3 个经济较发达的地级市农地集约利用碳排放效率普遍偏低；农地技术（如育种、灌溉和机械）投入不足，化肥、农药、电力投入过多是农地集约利用的碳排放效率低的普遍原因。针对各地级市的特点，提出了如何在以碳排放为成本的前提下实现农地集约利用的最优，探索低碳优化措施。

关键词农地集约利用；碳排放效率；低碳优化；山东省

中图分类号F301.2文献标识码A文章编号0517-6611（2017）17-0181-03

AbstractBased on the establishment of agricultural land intensive use inputoutput index system， we analyzed the efficiency of carbon emissions in the intensive use of agricultural land in 17 prefecturelevel cities in Shandong Province， clarified the relationship between the degree of intensive use of agricultural land and the efficiency of carbon emission.The results showed that the level of intensive use of agricultural land and the efficiency of carbon emission were not generally consistent，the areas with high intensive land use in Shandong Province were mainly distributed in traditional agricultural areas and some developed cities；Jinan， Qingdao， Yantai， the 3 most economically developed prefecturelevel cities in Shandong Province， whose agricultural land intensive use of carbon emissions efficiency was generally low；inadequate investment in agricultural land technologies （such as breeding， irrigation and machinery）， fertilizer， pesticides， and excessive investment in electricity are the common reasons for the low carbon efficiency of agricultural land intensive use.For the characteristics of 17 prefecturelevel cities， we discussed how to realize the optimization of agricultural land intensive use under the premise of using carbon emissions as a cost， explore lowcarbon optimization measures.

Key wordsAgricultural land intensive utilization；Carbon emissions efficiency；Lowcarbon optimization；Shandong Province

作者簡介施振斌（1963— ），男，江苏南通人，高级工程师，硕士，从事土地整治规划设计研究。

收稿日期2017-04-26

農地集约利用是当前土地城市化进程下选择的一种农用地利用状况，是资源限制在一定条件下实行的对农用地高投入手段，以取得单位农地面积高收益，从而满足国民不断增长的农产品需求[1]。农地的集约利用改变了以往分散经营、利用率低、投入低的情况，转变为在单位面积上投入更多的生产资料、科学技术、人力和资金，实现在不增加农地面积的情况下，在有限的农用地中获取更大的产出，这是农地集约利用带来的前瞻性的好处，同时，也存在外部性问题。农地集约利用投入更多的化肥、电力、农药、农膜、柴油等生产资料的同时也带来更多的碳源，更大规模的碳排放。因此，研究农地集约利用和碳排放效率之间的关系变得重要，探索农地集约利用下的低碳模式显得尤为紧迫。

目前国内外研究农地集约利用在评价指标体系方面主要体现在投入[2-4]和产出指标[5-6]的建立上；基于农地集约利用与碳排放的效率，提出了可持续发展的模式[7]、农地利用和农业生产在整个碳循环中的重要性[8]以及碳足迹[9]研究等。笔者侧重研究在减少碳排放的同时，更强调以碳排放为成本的前提下实现农地集约利用的最优，探究何种情况下农地集约利用既能兼顾农地的集约利用又能使其朝低碳的模式转型。

1指标选取、数据来源与研究方法

1.1研究区概况

山东省位于我国东部沿海，土地总面积1 571.26万hm2，其中农用地面积1 156.6万hm2，占土地总面积的73.61%。在农用地中，耕地、园地、林地、牧草地和其他农用地的面积分别为751.5万、100.7万、135.7万、3.4万、165.3万hm2。山东省是个农业大省，也是人口大省，常住人口为9 789.43万（2014年），耕地面积、粮食产量显得尤为重要，然而耕地垦殖率高，后备耕地少，人均耕地面积仅0.08 hm2，低于全国人均耕地面积的情况不容忽视，走农地集约化经营道路是必经之路，同时兼顾碳排放量，走低碳化发展道路。基于此，探究以碳排放为成本实现农地产出的最大价值化，分析山东省的农地集约利用和碳排放之间的关系，找到最佳协调点对山东省未来农地的发展是非常有意义的。

1.2农地集约利用指标体系构建

基于山东省的农地集约利用和碳排放效率，选择投入产出指标。在农地集约利用中，农地的投入主要是地均农村劳动力即第一产业就业人员、地均农业资金投入即农业中间消耗量，地均技术投入以地均农业机械总动力为指标[10]。以地均农业增加值、地均粮食产量、地均家庭经营性收入为产出指标。在农地利用过程中，农地利用的碳源主要来源于农药、化肥、农业用电、农业柴油使用、农地地膜的使用，因此，该研究以地均化肥使用量、地均农药使用量、地均柴油使用量、地均农用电力使用量为指标，计算得出碳的排放量。权重的确定参考游和远等[2]对农地集约利用指标权重的确定，采用专家咨询法和层次分析法，经过比较矩阵和一致性检验得出每一个指标对农地集约利用的贡献值。农地集约利用的投入产出指标见表1。

1.3数据来源

该研究采用的数据主要来源于《山东统计年鉴（2014）》《山东农村统计年鉴（2013）》；化肥碳排放系数、农药碳排放系数、地膜碳排放系数、柴油碳排放系数来自相关学者研究；农用电力排放系数参考我国区域电网单位供电碳源排放系数。

1.4研究方法

1.4.1农地集约利用度指数计算模型。农地集约利用度指数的计算公式[11]如下：

式中，I为农地集约利用度指数；a为各个指标量；y为每个指标量的权重。

1.4.2农地集约利用碳排放量计算模型。农地集约利用碳排放量主要来自农地利用中所投入的农药、化肥、地膜、柴油使用量和农用电力。根据所收集的上述各项指标投入和能源消耗量，基于一些专家学者和实验室等对各指标碳排放系数，得出山东省各地级市农地利用中碳排放量[12]。农地集约利用中碳源碳排放系数参考游和远等[2]的研究。碳排放量的计算模型为：

式中，CE表示农地利用中碳源碳排放总量；t表示第某种碳源；P表示某种碳源系数；M表示某種碳源排放量。

2结果与分析

2.1山东省各地級市农地集约度和碳排放量

根据山东省各地级市农地集约利用的投入产出和权重，利用公式（1）、（2）以及山东省各地级市农地利用中所投入碳源和各碳源碳排放系数，计算得出山东省各地级市农地集约利用度总指数和碳排放量（表2）。

2.2山东省各地级市农地集约度和碳排放效率分析

从表2可以看出，山东省各地级市农地集约利用度从高到低依次为聊城、临沂、日照、潍坊、青岛、济宁、枣庄、莱芜、德州、烟台、滨州、济南、菏泽、泰安、淄博、威海、东营；各地级市地均碳排放量从多到少依次为淄博、枣庄、烟台、潍坊、济南、莱芜、菏泽、青岛、威海、日照、临沂、聊城、济宁、泰安、德州、滨州、东营。聊城市农地集约利用度最高，淄博市地均碳排放量最大，碳排放效率最低。

农地集约利用是基于现在社会、环境和经济三者矛盾协调的驱动下必须选择的一种对农地的手段，现如今人口增多，大量土地用于城市化建设，许多农地也被城市化，这是现在城市化的必然趋势，不断的城市化建设必然由不够充裕的城市土地转向城市边缘的农地，一些城镇和乡村的工厂也在不断侵占农地[13]。人口的增加对粮食产量的要求不断增加，不断减少的农地面积威胁着粮食安全，因此，通过提高单位农地面积的产量的农地集约利用是其农地利用的重点和焦点。

聊城市是山东省17个地级市中农地集约度最高的地级市。对农业重视程度很高，是山东乃至全国的产粮大市，在单位农地面积上第一产业劳动力投入位居全省第一，有着充沛的农业劳动力，有着原始产粮农业的基础。随着聊城市经济技术的发展，其农业机械总动力的投入很大，单位农地面积农业机械投入位居山东省各地级市第一，包括耕作机械、排灌机械、收获机械等。在农业中间消耗方面，聊城市投入了大量的资金，在农业播种、生产过程中，对种子的选取、肥料、农药、地膜等方面投入很大，在山东省各地级市中位列第五。农业产出方面，聊城市最高的农地集约利用度也为单位面积农地粮食的产量带来巨大效益，地均粮食产量、单位农地家庭经营性收入位居全省第一，地均增加值位居全省第四。而聊城市碳排放量在山东省17个地级市中排名第12位，碳排放效率较高，在农地利用方面，单位面积农地投入大量的劳动力、资金和技术，同时也投入了大量的化肥，然而在农药、地膜、农用柴油、农用电力方面的投入相对较少，这使得聊城的农地碳排放效率较高，碳排放量较少，符合当前的低碳模式，是较为理想的农地利用模式，既提高了农地集约利用度，也做到了低碳发展。

临沂市的农地集约利用度在山东省17个地级市中位居第二。临沂地农地面积富裕，同样是山东的产粮大市，从事第一产业的人数很多，但在农业中间消耗和农业技术方面投入不足。这显然会成为临沂市未来农业发展的一个短板，在如今的农地集约和低碳发展模式下，资金和技术投入非常关键，对农业未来的发展具有深刻的意义。临沂市农地利用中，碳排放效率在山东省各地级市中较高，在对农地单位面积投入中，控制了化肥和农药的使用，同时也控制了农业柴油的使用，这在很大程度上减少了碳源的排放量，但其地膜的投入和农地电力的投入却高于山东省其他地级市。临沂市农地集约利用很大程度是在单位面积的农村劳动力投入上，而在资金和技术两方面却是短板，这种发展模式有一定弊端，农地的未来发展主要是农业技术的使用以及农业资金的投入方面。

日照市农地面积较少，后备资源也并不是很丰富，因此，农地的集约利用对日照的发展尤为关键。日照市农业劳动力的投入并不是很高，在山东省各地级市里处于中游，但日照市农业资金的投入很大，在农业生产经营过程中投入了大量的资金，农业技术投入也很大，这在很大程度上提高了日照的农地集约利用度。在碳排放方面，日照市地膜的使用量大，农地柴油使用量多，但化肥投入比较少。日照市较好地做到了农地集约利用的低碳发展。

潍坊是山东乃至全国的产粮大市，农地面积在山东省地级市中位列第二。潍坊市并不具有富裕的劳动力，必须依赖于农地资金和技术方面的投入增加。在地均资金投入方面，潍坊的投入量显得并不足够，农业机械总动力在逐年增加，地均粮食产量和家庭经营性收入都位居山东省各地级市前列，农用电力的大投入增加了碳的排放量。

青岛是山东省经济最发达的城市，具有最优的产业链，城市化建设程度高，人口数量大。经济的快速发展决定着青岛在农地集约利用度上要求程度高，而第一产业劳动力的投入低，这就要求农业其他方面的投入增加。在农业资金和技术投入方面，青岛市的重视程度不足，地均增加值不如其他地级市增加快，地均粮食产量和地均家庭经营性收入位于山东省各地级市前列。在碳源投入方面，青岛市化肥、农药、地膜、农用电力都不是很大，只有柴油使用很大。

德州、菏泽、济宁都是山东乃至全国的产粮大市，这3个地级市在经济方面并不是很靠前，拥有着充足的农业劳动力。在山东省17个地级市中，德州市在地均粮食产量和地均家庭经营性收入方面都位居第一，地均增加值不如其他地级市的增加幅度快，在地均农业资金和地均农业技术投入方面不如其他地级市，这也是限制德州农业发展的短板因素。菏泽市劳动力充裕，单位面积上的农业技术投入位居山东省第二，然而在资金上的投入不足，菏泽市地均增加值不如其他地级市的速度快，地均粮食产量和地均家庭经营性收入位居山东省各地级市的末位，农地集约利用程度还不够高，碳排放效率也不够高。济宁市地均资金和农业地均增加值速度都位居全省第一，地均技术和地均粮食产量也位居全省第三，很大程度上提高了农地集约利用度。济宁市对碳源的投入不是很高，化肥、地膜、电力的投入都处于适中水平。

山东省其他地级市，如烟台、东营、淄博、威海、济南，都是山东省经济发达城市，农地集约利用程度并不是很高，这与它们城市化建设和粮食问题之间的矛盾的状况并不符合。在这些比较发达的城市，农地面积的有限、人口的增多、粮食安全威胁增大，对农地的集约程度要求应该更高。农村劳动力的不足时上述这些城市的短板，在资金和技术方面应该是它们的优势，淄博、烟台、威海、东营4市在地均资金投入方面都不如其他地级市，淄博、烟台、东营在地均技术投入方面也不如其他地级市。在碳排放方面，烟台市地均农药投入很高，位居山东省各地级市第一，柴油使用和电力使用也高于其他地级市，导致碳排放量增多，碳排放效率低。淄博市单位面积农地上农药和地膜的投入量很大，也导致碳排放量大，碳排放效率低。

45卷17期施振斌等山东省农地集约利用的碳排放效率分析与低碳优化

3结论与建议

在城市发展和粮食安全陷入两难的境况下，农地集约利用是当前农地不得不采取的手段，而农地集约利用和低碳的发展也是当前低碳发展模式的要求，维持农地集约利用和低碳发展具有深远意义。根据研究结果，得出如下结论。

（1）农地集约利用度的高低与碳排放效率高低并不具有普遍的一致性，山东省农地集约利用度较高的地级市主要分布在传统农业区和部分发达城市。

（2）山东省农地集约利用碳排放效率高的地方集中在经济比较落后的地级市，济南、青岛、烟台 3 个山东省经济较发达的地级市农地集约利用碳排放效率普遍偏低。农地技术如育种、灌溉和机械技术投入不足，化肥、农药、电力投入过多是其普遍原因。

（3）发达地区如青岛、济南、烟台等地级市的农地集约利用低碳策略应该结合新型城镇化与规模化农地流转，鼓励农村劳动力向城镇居民转变，同时提高农地机械化程度，控制化肥、农药、柴油等碳源过度使用，鼓励节能、低化肥、等低碳技术推广投入。莱芜、枣庄、日照、东营4个地级市农地集约利用低碳策略应注重通过土地综合整治来增加农用地面积，鼓励推进农地规模化经营，增加粮食产出，鼓励发展密集型农业，促使农业劳动力转移，充分依靠灌溉控制和养分管理等技术来减少碳排放。传统农业区如聊城、菏泽、德州3市要注重农业技术的引进，单靠劳动力的大力投入并不能满足未来的发展，鼓励农村劳动力向城市就业，鼓励农地的流转。

该研究致力于农地集约利用与农地低碳发展的双重目的。农地的集约是针对当前面对有效的农地面积和粮食安全不得不采取的发展模式，农地的集约利用能解决发展和粮食的矛盾问题。然而，一些地级市的农地集约利用同时也伴随了大量碳源的投入，使得碳排放含量增加，与当前的低碳发展向违背，因此对农地的低碳优化有着很深刻的研究意义。在山东省17个地级市中，烟台、淄博、枣庄、潍坊、济南是碳排量最多的地级市。烟台应当适当降低化肥和农用柴油的投入，转向提高农业技术，加大农业灌溉、育种和机械方面的技术推广。淄博应适当降低农用电力的投入，适当增加化肥、农药和地膜的投入，更应该注重农业技术投入，从而提高农地的集约利用度。枣庄在化肥、电力和农药方面投入过多，导致碳排放量增加，应该注重农业技术的提高，以单纯的资金投入，转向对机械、灌溉和育种方面的提高；同时，枣庄劳动力富裕，应该把部分劳动力向城镇化转移。潍坊和济南粮食也都应该降低资金方面的投入，转向技术方面，减少化肥和农药的使用量，提高育种、灌溉和机械投入，可以对减缓地均增加值的追求[14]。聊城和临沂的劳动力非常富裕，可以把部分劳动力向城市转移，农地的集约利用可转向农地资金投入和农业技术的投入，通过增加农地增加值来提高家庭经营性收入。

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