山西省农业温室气体排放探析*

赵晓强，张元庆

(1.山西农业大学经济管理学院，晋中 030801； 2.山西省农业科学院畜牧兽医研究所，太原 030032)

0 引言

农业生产会产生温室气体，在可持续发展理念的指导下，消耗更少的农业生产要素、产生更少的农业环境污染，获得更多的农业产出，注重投入过程的物质能量减量化及有机肥对化肥的替代作用，有利于温室气体的减排，有利于农业的可持续发展。近年来国内关于农业碳排放的文献逐渐丰富起来。李波[1]从农业生产要素投入角度测算了农业碳排放的结构特征和区域差异，并分析了农业碳排放的抑制因素和推动因素； 庞丽[2]对中国西部、中部、东部地区的农业碳排放差异进行了分析，对指出了提高农业效率，降低农业碳排放的一些措施； 吕志强[3]从区域角度来分析我国的低碳农业的竞争力，指出东北、西北、西南和东南沿海地区之间的低碳竞争力有差异显著； 谢淑娟等[4]深入探讨了低碳农业的指标体系，运用加乘混合合成法等方法对广东省的低碳农业进行了量化分析； 杨自立等[5]以北京市梨果园生产经营作为研究对象，构建了低碳管理技术体系，对灌溉、用电、化肥和农药的碳足迹进行了测算； 唐廉等[6]以重庆市酉阳县种植业作为研究对象，分析了种植业的碳吸收和排放情况，结果表明种植业结构调整有利于低碳农业的发展，秸秆焚烧和农业化学物质的消耗不利于低碳农业的发展。上述学者关于低碳农业的研究，有以全国为研究对象的，也有以省份为研究对象的，还有以具体的生产经营对象为研究对象的，从不同角度对低碳农业的发展提供了建议。但涉及山西省低碳农业的研究较少，文章以2006—2015年山西省农业数据作为研究对象，采用农业碳排放系统的测算方法，测算使用化肥、农药、农膜、农用柴油、翻耕、灌溉以及畜禽养殖数量所产生的碳排放量，并分析碳排放演变趋势、分析化肥、农药、农膜、农用柴油、翻耕、灌溉占农业碳排放量的比例和山西省农业碳排放地域分布特征，有利于为山西省低碳农业的发展提供可行性建议。

1 山西省农业状况

2016年山西省的三次产业结构比例为6.1： 38.1： 55.8，第一产业总值为784.57亿元，第一产业的产值份额占全省的产值份额一直处于较稳定的状态，大致在6%左右[7]。

表1 2006—2016年山西省主要作物播种面积所占比例

%

1.1 耕地面积状况

2016年山西省的耕地面积约406.84万hm2，农作物的总播种面积为372.08万hm2，人均耕地量为0.12hm2。

1.2 种植业状况

山西省主要的农作物有小麦、玉米和土豆； 还有高粱、燕麦、莜麦、谷子等多种小杂粮。2006年以来，山西省主要作物播种面积所占比如表1所示。从2013年以来玉米的播种面积超过小麦成为山西省主要的粮食作物， 2016年玉米播种面积占比为44.24%； 小麦的播种面积占比下降为17.01%； 各种小杂粮的播种比例也在下降，截止2011年才呈现出稳定的趋势。

1.3 畜牧业状况

山西省从南到北分布在北纬34°～40°之间，拥有400 万hm2的草地，是全国13个牧区半牧区省份之一，从北到南有地域特色的畜产品为晋西北羊、北中部牛、中南部鸡、晋东南猪的区域特色。到2014 年山西畜牧产业规模化水平已经达到47%，高于全国平均水平11个百分点[8]。山西省近年来动物存栏量如表2所示。

表2 2006—2015年山西省动物存栏量 万

从统计数据可知，山西省肉牛、奶牛、绵羊和山羊养殖总量呈现稳定的增长趋势，生猪和家禽数量趋于先下降后上升的倒U型趋势，生猪和家禽的养殖规模逐步扩大，2006—2015年生猪存栏量增长了80.9%，家禽的存栏量增长了1.28倍，生猪和家禽的年均增长率分别为6.1%和8.6%，马、驴和骡的数量趋于下降。

表3 各类指标农业碳排放系数

指标碳排放系数碳排放系数单位资料来源化肥0.895 6kg/kg美国橡树岭国家实验室农药4.934 1kg/kg美国橡树岭国家实验室农膜5.180 0kg/kg美国橡树岭国家实验室柴油0.592 7kg/kg美国橡树岭国家实验室翻耕312.60kg/km2中国农业大学灌溉266.48kg/hm2中国农业大学

2 山西省主要农业碳排放状况

2.1 农业系统的碳排放估算方法

一般而言，农业碳排放是指在农业生产过程中由于生产资源的使用、畜禽自身生长以及农业废弃物所产生的碳[9]。该文所涉及农业碳排放主要包括化肥、农药、农膜等生产资源的使用导致的碳排放； 灌溉、农用柴油的能源使用引起的碳排放，播种导致的碳流失，畜禽自身生长和粪便排放产生的CH4。

碳排放效应测算公式为：

E=∑Ei=∑Ti·Ci

(1)

式(1)中，E为农业碳排放总量；Ei为各类碳源碳排放量；Ti为各碳排放源的量；Ci为各碳排放源的碳排放系数[10]。

养殖业的碳排放主要是动物肠道发酵产生的CH4，目前学术界常引用的各类常见动物的甲烷排放因子如表4所示[11-12]。

表4 不同动物CH4排放因子kg/(头·年)

表5 2006—2015年山西省种植业投入要素使用量 万t

该文中的甲烷排放计算规则是家禽类按照其存栏数量乘以甲烷排放因子计算，其他家畜是其存栏数量的1/2乘以对应的甲烷排放因子计算。也即由于家禽总体甲烷排量较小，其甲烷排量按照家禽的实际存栏量来计算，而其他家畜则考虑其生长周期等因素，其甲烷排放总量按照总存栏量的1/2计算[8]。

2.2 数据资料

农业机械的使用、农田灌溉等活动会排放CO2，化肥、农药、农膜等农业生产资料的使用也排放CO2。灌溉面积、翻耕面积、农用柴油量、畜禽养殖量、化肥、农膜和农药使用量来自于山西省统计年鉴和山西省农业厅。其中农膜、农药、化肥和柴油以当年山西省实际使用量为准，翻耕数据以当年农作物实际播种面积为准，农业灌溉以当年实际灌溉面积为准。

2.3 种植业碳排放特征

表6 2006—2015年山西省种植业碳排放量 万t

(1)种植业碳排放总量特征。运用碳排放效应测算公式得出近年来山西省农业碳排放数据如表6所示。结果表明山西种植业碳排放量一直呈上升趋势，碳排放量由2006 年的137.14 万t增长为2015 年的168.11 万t，增长量为30.97万t； 从增长速度来看， 2006—2015年平均增长速度为2.29%，其中2011年增速最快， 2011年的增长率为4.75%， 2013年的碳排放总量达到最高值， 2014年和2015两年的碳排放总量缓慢下降。

(2)种植业碳排放结构特征。从山西种植业碳排放的结构上看，化肥使用导致的碳排放比重近10年来围绕63%上下波动，是主要的碳排放源。其次为柴油、农药、农膜。近10年来山西省各种主要的种植业投入排放量不同程度增加，年均增长量由高到低依次为农膜3.66%，其次是农药，为3.37%，再次是化肥，为2.1%，灌溉为2.02%，柴油为0.96%，翻耕为0.73%。从比重变化情况看，农药和农膜碳排放比重呈增加趋势，化肥比重趋于稳定状态，灌溉、柴油和翻耕的碳排放比重趋于下降。

(3)种植业碳排放区域特征。山西省种植业碳排放量从地区分类来看，从高到低，可分为4个等级，第一等级为运城、临汾、晋中3个市， 2015年这3个市的种植业碳排放总量占山西省种植业碳排放总量的比例为47.7%； 忻州、长治和朔州3市的种植业碳排放比例占全省的28.2%； 大同、吕梁和晋城3市的碳排放量相差不大，3市的碳排放总值约占全省的19.6%； 太原和阳泉两市的农业碳排量最低，约占全省碳排放比例的4.6%。

(4)种植业碳排放强度区域比较。种植业碳排放强度是种植业碳排放总量与耕地面积之比，该数值越大表明单位耕地面积的碳排放量越大。

表7 2010—2015年山西省各地区种植业碳排放量 万t

表8 2010—2015年山西省各市种植业碳排放强度 kg/hm2

分析2010—2015年山西省各地市种植业碳排放强度(表8)，可以看出山西省各地市种植业碳排放强度从高到低依次为：晋中市、长治市、太原市、运城市、晋城市、阳泉市、临汾市、忻州市、朔州市、大同市、吕梁市。农业重视度高或者设施农业较发达的地区碳排放强度高。以太原市为例， 2016年，太原市地区生产总值(GDP)2 955.60亿元，其中农林牧渔业总产值76.81亿元，第一产业占总产值的比例为2.6%，温室、大棚、中小棚共达到2.78万个，其中以蔬菜种植为主，蔬菜播种面积0.45万hm2，增长4.8%； 蔬菜产量26.28万t，增长5.9%[13]。土地面积少，农药、化肥、地膜等生产要素投入数量大以及农机使用方便，导致碳排放强度比较高。

2016年晋中市的农林牧渔业总产值190.6亿元，粮食总产量达184.4万t，比2015年增长4.9%。2016年蔬菜产量为294.6万t，比2015年增长4.4%。2016年，全市肉类总产量21.2万t，禽蛋总产量16.1万t，奶类总产量14.3万t，比2015年分别增长2.9%、1.8%、1%[14]。晋中市农业产值的提升离不开农业生产要素的大量使用。

吕梁市由于煤矿较多，农业收入占据农民收入的比例很低，另外该市多山区，自然条件差，农业劳动强度大，使得当地农民对农业投入重视度降低，从而导致农业的碳排放强度最低。

2.4 养殖业CH4排放

(1)养殖业CH4总量排放特征。以2006—2015年的山西省各年度动物存栏量作为研究对象，利用不同动物的CH4排放因子，估算出动物肠道发酵过程中排放的CH4数量(表9)。由表9可以看出，动物肠道发酵的CH4排放曲线呈现为典型的先降后升形状，CH4排放量的变化主要由养殖数量的变化来决定。2006—2011年这6年CH4的排放量呈现下降趋势，每年下降4.6%； 2012年起，CH4排放量急剧上升，比2011年增长了84.8%， 2012—2015年，CH4又转入以年均2.88%缓慢上升的增长阶段。

表9 2006—2015年山西省养殖业碳排放量 万t

表10 2011—2015年山西省各地市养殖业CH4排放量 t

(2)养殖业CH4排放区域特征。通过表10可以看出， 2011—2015年忻州市、大同市、运城市、朔州市和临汾市的畜禽养殖CH4排放量逐年上升，其中忻州市上升幅度最大，年均增长率达到5.18%，大同市年均增长率达到2.44%，朔州市年均增长率达到1.02%，运城市年均增长率达到0.8%，临汾市的年均增长率最小为0.23%。忻州、朔州和大同属于晋北，晋北地区草场资源丰富，特别适合饲养牛羊，3市CH4排放量的增长表明当地牛羊的养殖数量逐年增加。运城市和临汾市同属于晋南地区，其牛羊猪禽的养殖变化幅度不大。

CH4排量呈现下降幅度的市依次为太原市、吕梁市、晋城市、阳泉市、长治市和晋中市。其中太原市由于城市的扩张，土地价格的上升以及禁养区的划定等而导致养殖业不断地向郊区或者其他地市转移，吕梁市、晋城市和阳泉市由于猪肉价格近年来不太景气导致猪饲养数量的下降，从而导致CH4的排放量下降。长治市由于牛养殖数量的下降而导致CH4排放量的降低。晋中市的猪、禽类养殖数量下降较多，牛羊养殖量变化不大，但总体养殖数量缓慢下降，导致了CH4排放量的下降。

2.5 山西省主要农业碳排放总量

表11 2006—2015年山西省农业碳排放总量 万t

山西省农业碳排放总量特征见表11，从排放数量看，由2006年的170.27万t增长为2015年的220.97万t，增长量为50.7万t； 从增长速度来看， 2011年增速最快， 2011年的碳排放比2010年的碳排放增长了22%， 2014年的碳排放总量达到最高值， 2015年比2014年的碳排放总量略有下降且增长率为-0.74%。

3 结论和建议

3.1 结论

(1)山西农业碳排放量有趋于稳定的态势。从2012年至今，山西农业每年的碳排放量大体维持在220万t左右。其中种植业的碳排放量呈现缓慢上升到达峰值再缓慢下降的折线，年排放量大约在167万～170万t； 养殖业的年碳排放总量在48万～53万t。

(2)山西省的农业依然是高投入高耗能的传统农业。从2006—2015年种植业主要投入要素来看，化肥的年使用量由98万t增长到120万t，农药、农膜的年使用量也逐年增长，农药的使用量由2006年的2.3万t增长为3.1万t； 农膜的使用量由3.46万t增长为4.84万t，农用柴油的使用量也有小幅度的上升。可见山西省农用物资投入量持续增加，农业还没有摆脱对生产要素高投入的依赖性。

(3)农业碳排放量在空间分布上不均匀。农业发展的地域条件、自然资源，以及当地的经济发展状况对农业碳排放影响较大。例如吕梁市因为山区多，农业基础设施差，农业收入偏低，但当地煤炭企业多，在煤矿打工的收入远远高于从事农业的收入，当地的土地多撂荒导致了农业碳排放低。相反，山西省运城市土地平整，灌溉方便，便于机械化耕作，劳动强度低，外出打工农民的土地多数流转给他人而不是撂荒，因此运城的农业碳排放较高。

(4)农业政策、自然资源和畜产品市场价格对养殖业CH4排放影响较大。晋北地区牧草多，加上近年来对牛羊标准化和规模化养殖的补贴政策、粮改饲项目试点，牛羊肉市场价格比较稳定且养殖风险小等因素，导致晋北地区牛羊数量增多，从而导致CH4排放量增多。水资源多、土地平整的临汾和运城市，当地的养殖户依据市场价格和补贴政策灵活地调整养殖规模和种类，导致该地区的CH4增长量缓慢上升。晋东南地区由于猪肉价格的市场风险大，导致该地区的猪存栏量下降，从而导致当地的CH4排量下降。

3.2 建议

(1)积极开展低碳农业生产。建议用农家肥或者堆肥来替代化肥，减少化肥的使用量从而降低农业投入要素的碳排放； 平整好土地并利用节水灌溉设施降低灌溉用水产生的碳排放； 使用低碳农机等生产要素来替代传统的农业生产要素，从而降低碳排放量。

(2)兼顾经济、生态、社会3方面的利益。农户如果从低碳农业中获取的经济收入低于传统农业的经济收入，则会影响农户进行低碳农业生产的积极性。建议政府给农民提供农产品市场价格信息预测、种植规划、技术指导和市场挖掘等方面的帮助，筛选合理的农业项目，尽可能兼顾经济、生态、社会效益。

(3)推广适当的农业规模。购买低碳农业新设备需要资金的投入，例如推广使用喷灌、滴管技术需要农户购买专用化的设备，零碎化的农户生产行为由于从事农业的收入较低而不愿采购新设备，适当规模化农户由于农业收入占其收入比例大，他们对采用低碳高效农业技术的积极性高于零碎化的农户，适当规模化种植和养殖有利于经营者采用新技术。