种植业碳源、碳汇测算与净碳汇影响因素动态分析：山东例证

尚杰 杨滨键

内容提要：本文选取山东省1990～2016年的种植业数据，测算了山东省种植业碳源、碳汇、单位面积碳汇量、净碳汇量。基于VECM动态模型，分析了影响净碳汇的因素。结果表明：种植业经济发展水平、农产品出口依存度与有效灌溉面积率，对净碳汇存在长期均衡正向影响;财政支持力度对净碳汇存在短期的正向影响。研究表明，发展经济、优化对外贸易、提升科学灌溉技术水平与提高财政资金使用有效性等手段可以有效促进种植业减排增汇。

关键词：种植业;净碳汇;绿色发展

中图分类号：F062.2    文献标识码：A    文章编号：1003-7543（2019）06-0123-12

联合国政府间气候变化专业委员会第四次评估报告指出，农业已经上升成为第二大温室气体来源。我国农业生产面临着生产资料高投入、产量与效益偏低、资源过度利用、生态退化等问题。为了尽快解决农业生产所面临的问题，有必要选择低碳农业发展模式。

山东省是我国的农业大省，农业增加值长期稳居第一位，且农产品进出口总值长期位居全国第一;其粮食产量高，三大主要粮食作物为小麦、玉米、薯类。山东省农业生产资料如化肥、农膜等投入呈现先增后减的趋势，农作物播种面积持续下降，但单位面积产量提高显著。作为农业产业化的发源地，在加快转变农业发展方式的过程中，山東省具有较强的代表性以及经验的可推广性。农业具有碳汇和碳源双重性，农作物光合作用可以在农业生产过程中吸收大量的二氧化碳，具有固碳效应。而农业生产需要使用大量的农业生产资料，这种生产方式必然会引起碳源的释放。种植业是农业的重中之重，实现低碳农业的关键是解决好种植业增汇减排问题。本文以山东省种植业净碳汇为研究对象，为山东省种植业可持续发展提出相关建议。

一、相关文献综述

近年来，国内外相关专家学者针对农业碳源与碳汇进行了很多有意义的研究，为本文提供了可资借鉴之处。有的学者通过科学的方法测算了农业碳源与碳汇量，并基于此提出了相应的低碳减排对策。如谢淑娟通过科学的测算方法研究了我国农业碳排放状况，并以此为依据，提出了相应增汇路径[1];马涛测算了上海市的碳源与碳汇情况，认为上海具有很大的碳汇潜力，并提出将农业碳汇纳入碳交易市场，以此来改善环境[2];王梁等运用科学的测算方法计算了山东省碳源与碳汇量，并分析了其碳足迹轨迹[3]。有的学者基于影响因素角度来研究碳源，如Richmond et al. 基于时间与空间两个维度，通过科学测算，深入研究了碳排放与农业经济之间的关系及影响因素[4];Dalton通过研究证明，年龄结构、城市化规模等是影响碳排放量的主要因素[5];Zaim & Taskin基于DEA模型评价了不同地区碳源绩效[6]。也有少数学者对净碳汇进行了研究，如田云等对中国农业净碳汇状况进行了测算与分析，并对其效应进行了研究[7];杨果等测算了中国净碳汇量，并基于耦合性模型分析了净碳汇与农业经济发展的关系[8]。

综合国内外研究可知：第一，现有的研究多是对农业碳源与碳汇进行测算，关于净碳汇的测算相对较少，对种植业的相关研究就更少;第二，就研究的影响因素而言，多是从结构、规模、经济等角度进行研究，很少有学者关注到政府政策以及国际贸易等因素对其产生的影响;第三，研究的角度多从宏观因素来考虑，很少有学者关注到种植业本身的影响因素对其净碳汇的影响;第四，就研究区域而言，山东省作为我国的农业大省，无论是规模、国际影响度还是模式先进性，其农业生产都非常具有代表性，但相关文献研究偏少，涉及种植业净碳汇的就更少。为此，本文测算1990～2016 年山东省种植业碳源、碳汇总量与净碳汇量，创新性地运用VECM动态分析法，全面系统地分析山东省种植业净碳汇的影响因素，为山东省科学制定种植业低碳减排政策提供参考。

二、研究方法与数据来源

（一）种植业碳源与碳汇测算

1.碳源测算方法

目前较权威的测算方法为IPCC发布的碳排放系数法，本文运用该计算方法，测算山东省种植业碳源量。种植业碳排放估算公式如下：

C=∑Ci=∑（Ti×Qi）（1）

C 表示农业的总碳排放量;Ci表示第i种碳源的碳排放量;Ti表示第i种碳源的量;Qi表示i种碳源的碳排放系数（见表1）。

2.碳汇测算方法

本文采用谢鸿宇等的农业碳汇测算方法测算种植业碳汇[10]。计算公式如下：

Ct=∑iCfDw=∑iCfYw（1-wi）/Hi（2）

Ct表示农作物全年碳吸收量;i为农作物品种;Cf为农作物进行光合作用合成干物质所需要的碳量，即经济系数;Dw为农作物总生物量;Yw为农作物经济产量;wi为农作物含水量;Hi为农作物碳吸收率。种植业农作物含水量、经济系数与碳吸收率数据如表2所示。

（二）数据来源

种植业碳源主要来源渠道包括：首先是化肥、农药以及农膜在种植业生产和使用中释放的碳源;其次是使用机械作业消耗农用柴油释放的碳源;再次是种植业翻耕造成有机碳流失所释放的碳源;最后是使用电能进行灌溉消耗的化石燃料所释放的碳源。

根据山东省的农作物实际种植情况，本文选取了小麦、蔬菜、薯类等主要农作物作为研究对象测算山东省种植业碳汇。

（三）实证方法

1.ADF单位根法

ADF检验的主要作用是检测序列的平稳性。检验有以下三种情况：

（1）△γt= ？覫rt-1+αt

（2）△γt=μ+？覫rt-1+αt

（3）△γt=μ+βt+？覫rt-1+αt

等价于以下三种情形：

（1）γt=ρrt-1+αt

（2）γt=μ+ρrt-1+αt

（3）γt=μ+βt+ρrt-1+αt

若不拒绝原假设，γt为含单位根的非平稳时间序列;若拒绝，（1）、（2）γt为平稳时间序列，（3）γt为趋势平稳序列

2.VECM动态模型

VECM是一个有约束的VARM， VECM的优势在于其反映了长期的静态关系和短期动态关系，因此它适用于已知有协整关系的非平稳序列。VECM建模的前提是序列是同阶单整。Granger & Engle将协整与误差修正模型科学地结合起来，创建了一个新的向量误差修正模型。协整方程是：

γ2t=β*γ1t

且VECM为：

△γ1，t=α1（r2，t-1-β*γ1，t-1）μ1，t

△γ2，t=α2（r2，t-1-β*γ1，t-1）μ2，t

其中，α1与α2代表调整速度。

3.脉冲响应函数分析法

脉冲响应函数是一种非参数模型辨识方法。当输入信号为脉冲函数δ（t）时，系统的输出响应h（t）称为脉冲响应函数。实际使用时，常用伪随机信号作为输入信号，由数字计算机可获得输入输出的互相关函数Ruy（t），于是h（t）=（1/k）Ruy（t），这是比较通用的方法。

三、结果分析

（一）碳源与碳汇测算结果分析

由表3（下页）可知，碳源总量呈现先增后降的趋势，碳源总量在2007年达到了最高峰值，这主要是因为化肥、农药、农膜等农业生产资料投入持续增加导致的，同时，对总碳源贡献度最高的化肥也在这一年达到了最大值。另外，这一年山东省对新农村建设的投入进一步加大，财政投入比上年增长25.8%。农业机械化装备及服务能力提高，农业机械化程度进一步提高，使农用柴油在同年达到了最大值，也促使了这一年总碳源达到了最高峰值。2008年总碳源有显著降低，这主要是由于2007年联合国政府间气候变化专业委员会指出农业碳源已经跃升成為第二大碳源，农业的碳排污染引起了重视。且北京奥运会部分水上项目在山东省举行，这促使政府更加关注环境，这些重大事件使得政府开始重点关注农业碳排放;加上同期山东省提出了创建农产品质量安全县与开展化肥农药使用量零增长行动。积极培育农村经济新业态，同样是总碳源得以显著降低的主要原因。从碳源结构观察到，化肥、翻耕、灌溉对总碳源的贡献度最大，其中化肥占比在最高峰值时达到了总碳源的34.86%，这主要是由于化肥价格低廉，种植业生产对其依赖性较高，替代产品价格较贵且效果欠佳;从增速来看，农膜增长率最高时达到了基年的610.25%，农用柴油达到了基年的461.43%，化肥达到了基年的203.80%。从发展趋势来看，总碳源与三大主要碳排放来源均呈现先增后降的趋势，但相比于基期其总量增长仍然较大，表明就降低总碳源的角度而言，这三种碳源具有很大的碳减排空间。

由表4可知，山东省种植业碳汇总量呈现稳步增长趋势，这主要得益于种植业生产技术与水平的提高，政府的环保意识加强也起到了重要作用，但在2001～2003年有所回落。山东省农产品进出口总额位居全国第一，随着2002年我国加入世界贸易组织，受新的国际形势以及新的标准的影响，种植业自身从生产技术、生产标准等也需要一个调整适应的过程，故出现了反复的过程。就总碳汇贡献度而言，小麦、玉米最高，而单位碳汇面积量最高的是小麦、稻谷与玉米，其中小麦与玉米是山东省最主要的粮食作物。从发展的趋势观察可知，未来小麦与玉米将是最主要的碳汇贡献农作物。需要特别注意的是，由于种植业生产结构的调整以及经济效益的影响，棉花碳汇量从2008年开始呈现持续下降的趋势。得益于山东省整体的种植业布局，蔬菜所产生的碳汇量呈现稳步上升趋势。综合而言，碳汇量并没有因为播种面积减少而随之减少，这主要得益于种植水平的进步使单位亩产量大大提高。由此可知，大力发展农业技术、提高种植水平，是增加碳汇的有效途径。

由表5可知，从发展趋势来看，相比于基期，除谷子以外，各农作物单位面积碳汇量均呈现不同程度增长，末期小麦单位面积碳汇量上升了57.35%，玉米上升了39.53%，棉花上升了70.63%，蔬菜上升了16.62%，这主要得益于山东省种植业水平的进步，山东省内建成了如潍坊国家蔬菜质量标准中心、德州国家农业示范区等高效种植业示范基地，这更加推动了山东省种植业向前发展。从整体来看，单位面积碳汇总量呈现稳步提升的趋势，在末期达到最高峰值，相比于基期，上升了33.74%，从发展态势来看，预计未来将会进一步提高。

由表6可知，山东省净碳汇总体呈现稳步增长的趋势，这主要是因为碳汇的持续增长，促进了净碳汇的稳步增长。2001～2004年有微小减弱，这主要是由于该时段碳源的增速大于碳汇的增速，故出现了回落的情况;从增速来看，碳汇总量截至2016年增长了158.67%，碳源总量增长了152.20%，最高峰值时为160.16%;净碳汇总量增长了160.39%，这表明碳汇的增长是净碳汇增长的主要动力，并且随着种植业科技水平的进步、单位亩产量的进一步增高以及政府与农户环保意识的进一步加强，碳汇还有很大的增长空间;碳源的增速依然很高，故低碳减排工作仍有很大的进步空间。综合而言，山东省净碳汇会在较长一段时间内继续升高。

（二）VECM动态分析

在前人研究的基础上，本文根据具体省情选取了山东省1990～2016年的数据构建基于协整约束的向量误差修正模型（VECM）对净碳汇影响因素进行动态研究。本文从外部影响因素和内部影响因素进行分析。其中，外部影响因素选取种植业经济发展水平（NYSP）、农产品出口依存度（CPYCD）、种植业财政支持力度（ZCLD）;内部影响因素选取有效灌溉面积率（YXGG）。净碳汇（JTH）用碳汇和碳源的差表示。影响因素均为比率，为了避免数据差异过大对研究造成的影响，本文对净碳汇进行了自然对数处理。

1.描述性统计分析

由表7可知，净碳汇的均值大于中值，说明净碳汇呈现上升的趋势;标准差为0.1384，说明历年来净碳汇没有明显的波动。NYSP的均值为0.3659，大于中值0.2260，说明种植业经济发展水平呈现上升的趋势;最大值与最小值相差较大，说明历年种植业经濟发展水平具有一定的差异。农产品出口依存度均值小于中值，说明农产品对外出口呈现下降的趋势。有效灌溉面积率均值与中值比较接近，说明有效灌溉面积率呈现平稳的变化。

2.平稳性检验

由ADF单位根检验可知（见表8，下页），农产品出口依存度的ADF值大于5%显著性水平下的临界值，故应接受存在单位根的假设，说明CPYCD为非平稳序列;而一阶差分序列DCPYCD的ADF值小于5%显著性水平下的临界值，说明一阶差分后的序列为平稳序列。同理，种植业经济发展水平、种植业财政支持力度、有效灌溉面积率、净碳汇均为一阶单整序列。

3.协整检验

这里采用Johansen协整检验法进行检验。由AIC和SC最小准则和LR检验可知，最优滞后阶数为1阶（见表9）。由协整检验可知，无论是在迹统计量还是最大特征根法下，均拒绝了不存在协整关系的原假设，说明净碳汇与内部影响因素有效灌溉面积率以及外部影响因素种植业经济发展水平、农产品出口依存度、种植业财政支持力度之间存在协整关系，即在长期内具有稳定的均衡关系（见表10，下页）。

4.格兰杰因果关系检验

由格兰杰因果关系检验可知（见表11，下页），在10%的显著性水平下，种植业经济发展水平是净碳汇的短期格兰杰成因，而净碳汇不是经济发展水平的格兰杰成因。同理，农产品出口依存度、财政支持力度、有效灌溉面积率均不是净碳汇的短期格兰杰成因，说明农业经济发展水平可以在短期内使净碳汇变动，而其他三个变量使净碳汇变动需要一定的时间。

5.脉冲响应函数分析

脉冲响应函数分析描述的是一个内生变量对残差冲击的响应。图1分别是外部影响因素和内部影响因素对净碳汇变动的脉冲响应曲线，纵轴表示对冲击的响应，横轴表示冲击的作用的滞后期间，实线代表脉冲响应函数的趋势。

由脉冲响应函数分析可知，当给NYSP一个单位的正向冲击时，净碳汇向正方向作出响应且逐渐增强，在第2期达到正向最大，随后呈现波动下降的趋势，在第9期趋于收敛。在整个响应过程中，NYSP的冲击对净碳汇呈现显著的正向作用，且具有较好的持续性。当给CPYCD一个单位的正向冲击时，净碳汇向反方向作出响应且逐渐减弱，在第2期达到最低点，随后响应逐步增强，在第4期开始产生正向响应，在第9期趋于收敛。这说明农产品依存度对净碳汇的影响具有一定的滞后性，短期内CPYCD使净碳汇下降，长期内能促进净碳汇的提高。当给ZCLD一个单位的正向冲击时，净碳汇向正方向作出响应且逐渐增强，在第2期达到正向最大，随后呈现波动下降的趋势，在第3期开始响应为负，随后一直呈现负向响应。这说明财政支持力度对净碳汇的影响具有时滞性，在短期内有利于碳净汇的增长，长期内会抑制净碳汇的上升。当给YXGG一个单位的正向冲击时，净碳汇向正方向作出响应且逐渐增强，在第3期达到正向最大，随后呈现波动下降的趋势，在第7期趋于收敛。这说明有效灌溉面积率对净碳汇的上升具有积极影响，且有一定的时滞性，但是响应强度相对较大。

四、结论与政策建议

通过上述分析，可得到如下结论：

第一，通过协整检验可知，种植业经济发展水平（NYSP）与净碳汇之间存在协整关系。由格兰杰因果关系检验可知，在10%的显著性水平下，种植业经济发展水平是净碳汇的短期格兰杰成因。结合脉冲分析可知，种植业经济发展水平对净碳汇具有长期稳定的正向影响，且短期影响效果更强。其原因包括：一方面，经济发展带来技术的进步，使转型升级步伐加快，投入的农业生产资料质量提高，由此带来的污染相应减少。特别是在初期，由于原来的净碳汇水平不高，因而经济发展在短期内对净碳汇水平提高影响显著。另一方面，山东省生态文明建设扎实推进，山东省大力实施大气污染防治规划和行动计划，生态文明思想的提升带来了观念的改变，绿色农业、低碳农业等环保概念逐渐深入人心。在这些因素的综合作用下，山东省种植业的净碳汇水平得到持续提高。

第二，由格兰杰因果关系检验可知，农产品出口依存度（CPYCD）在短期内对净碳汇水平的提高影响作用不大。结合脉冲分析可知，农产品依存度对净碳汇的影响具有一定的滞后性，在短期内CPYCD使净碳汇下降，长期内能够促进碳净汇的提高。山东省是我国农产品出口大省，在对外出口初期，伴随着加入世界贸易组织等因素的影响，一方面需要加大出口力度，另一方面需要提高出口农产品的质量，故在初期整个农产品的生产加工都需要一定的调整，生产技术调整完成以后必然会对净碳汇的增长起到正向影响作用。山东省积极推动对外经贸投资双向优化，实施优进优出战略，与澳大利亚、韩国在农产品出口贸易上的深度合作提升了农产品质量与产量。综合而言，对外出口的优化，无论是自身水平的提升，还是战略目标的实现，都不是短期能够实现的，故经历调整优化以后，农产品出口依存度对提升净碳汇水平起到了正向的促进作用，且从发展趋势来看，其影响程度随着农产品出口贸易的提升，促进作用也会随之增强。

第三，由脉冲分析实证结果可知，财政支持力度对净碳汇的影响具有时滞性，在短期内有利于净碳汇的增长，长期内会抑制净碳汇的上升。在转型升级初期，政府必要的财政支持力度，可以降低企业与农民的负担，达到良好的低碳减排增汇的效果。通过脉冲分析可知，当短期内财政支持力度作用达到顶点后，其影响力开始逐渐下降，后期更是起到了抑制作用。山东省经济发展态势良好，对外开放程度高，长期的政府扶持会给企业造成依赖性，不利于企业转型升级。在长期的扶持下，企业自主创新能力会降低，种植业生产资料的质量难以得到提升，造成碳排放的加剧，由此形成了恶性循环，不利于山东省整体净碳汇水平的提高。

第四，通过脉冲分析可知，有效灌溉面积率对净碳汇水平的上升具有积极影响，且有一定的时滞性，响应强度相对较大。这得益于山东省积极推进农业现代化，使得机械化程度大大提升，同时，种植业积极进行了结构优化调整。这促使单位面积产量得到显著提升，种植业碳汇水平也随之提高。山东省农田水利建设稳步推進，大力发展节水农业和水肥一体化种植手段，大大提高了有效灌溉面积率。这些措施不仅提高了单位面积产量，而且保护了耕地，使得土壤固碳水平得到提升。综合来看，政府在有效灌溉上的得力措施是种植业净碳汇水平持续增长的主要原因。

基于以上结论，本文提出如下建议：

第一，大力促进种植业经济发展。研究表明，种植业经济发展水平（NYSP）对净碳汇的正向作用最为明显。政府作为政策的制定者与执行者，应当发挥积极的引导作用。一是制定科学的种植业经济发展政策，聚力精准施策。促进种植业增产提质，大力发展无公害农产品、绿色食品、有机农产品和农产品地理标志产品。把握市场发展方向，尊重农民意愿，合理安排耕种作物类别，积极探索符合当地实际的耕种方式。二是深化种植业供给侧结构性改革，促进产业融合发展。优化种植业资源配置，减少无效供给，开拓种植业多样化功能，推动产业价值链上下贯通，推进各产业之间融合协调发展，努力促进农民增产增收。三是坚定不移地推进乡村振兴和脱贫攻坚。统筹规划，因地制宜，抓住生态振兴重点任务，深化农业和扶贫领域体制机制改革，为全力发展种植业经济打下坚实基础。四是充分利用新媒体平台进行宣传。充分利用现有新型网络资源，对种植业产品进行包装与宣传，提升种植业产品商业价值。五是大力打造立体化销售渠道，多层次全方位销售农产品。一方面加强与淘宝、京东等电商的合作，让价廉质优的产品能够走出去;另一方面，可以举行农产品展销会，拓宽销售渠道，促进农民增收，深层次、全方位提高种植业经济发展水平。

第二，提升对外经贸水平。山东省为我国重要的农产品出口省份，且农产品出口依存度（CPYCD）对净碳汇的提高有着长期稳定的正向推动作用，优化提高农产品出口产量与质量，对山东省种植业减排增汇具有积极效应。一是实施优进优出战略，培育壮大本土有特色且具备竞争力的优质农产品;二是加强与海外销售商合作，利用海外销售商的优质高效销售平台，使优质且符合标准的农产品能够走出国门;三是认真学习与研究贸易政策，在不断提高自身品质的基础上，积极认真研究新的形势，从容应对新的挑战;四是深度推进国际合作，利用中澳、中韩产业园的优势，积极推动农产品的出口，并努力打开新的市场。

第三，提升种植业有效灌溉水平。通过研究可知，有效灌溉面积率（YXGG）对净碳汇有着长期正向的稳定影响，故提高有效灌溉水平可以有效促进种植业净碳汇的提升。一是稳步推进种植业灌溉基础设施建设。高标准完成农田建设工程以及水利建设工程，因地制宜兴建和完善水利设施，为农田能够有效进行灌溉打好基础。二是与科研单位合作，加快突破种植业灌溉关键核心技术。实施灌溉关键核心技术攻关行动，培育一批种植业战略科技创新力量。在灌溉中因地制宜使用现代化灌溉设备，配合先进科学的灌溉技术，有效利用有限的水资源，缓解地下水开采过量的问题。三是加强新技术推广与指导。组织科技人员有针对性地深入种植业生产一线，对农民进行新技术一对一指导，促进关键技术的有效推广和高效利用。四是因地制宜引进采用先进的灌溉技术。例如，大力发展节水种植业和水肥一体化种植业，灌溉过程中因地制宜使用微喷、滴灌以及局部精确灌水等先进灌溉技术，这些措施对于改善农作物生长条件、提高单产与品质，具有良好的社会效益和经济效益。

第四，提升财政支持的有效性。研究表明，财政支持力度（ZCLD）短期可以对净碳汇水平的提升起到正向影响，长期而言会起到负向作用。一是在种植业基础设施建设初期给予必要的财政支持。种植业转型升级初期，由于负担过程，运行成本较高，需要政府给予必要的财政支持。二是将财政资金重点投入生态文明建设工程。政府应抓好环境保护工作，将资金投入到环境保护中去[12]。三是推动农业财政支出资金绩效管理。掌握财政支持项目实施进度、绩效目标实现情况，加强执行监控，强化绩效评价。要顺应市场规律，积极培育种植业生产者的自主能动性，使其主动参与到市场竞争中去，发挥其比较优势。

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Estimation of Carbon Source and Carbon Sequestration in Planting Industry and Dynamic Analysis of Influencing Factors of Net Carbon Sequestration： A Case Study of Shandong Province

SHANG Jie  YANG Bin-jian

Abstract： Based on the planting data of Shandong Province from 1990 to 2016， the carbon source， carbon sink， carbon sink per unit area and net carbon sink of planting industry in Shandong Province were calculated. Based on VECM dynamic model， the factors affecting net carbon sequestration are analyzed. The results showed that the economic development level of planting industry， the dependence degree of agricultural exports and the effective irrigation area ratio had a long-term positive impact on net carbon sink and a short-term positive impact on financial support. The results show that the development of economy， optimization of foreign trade， upgrading of scientific irrigation technology and improving the effectiveness of the use of financial funds can effectively promote the reduction of emissions and increase foreign exchange of planting industry in Shandong Province.

Key words： planting industry; net carbon sequestration; green development