生态农业背景下碳效率与农村生态经济的关系研究

杨 春，郭连红

（1.广州华商学院会计学院，广州 511300；2.广州番禺职业技术学院，广州 511483）

近年来，随着农药、农业机械、化肥等农用物资的使用量逐渐加大，化石能源越来越被农业生产所依赖，因此导致的碳排放成为了重要的碳源［1］。有研究指出，人类活动所产生的温室气体仅在全球农业生态系统中占7%～20%［2］。当前，控制温室气体排放已经成为面对气候变化的主要手段之一。对于生态农业而言，虽然农业土壤和农作物在生产过程中的固碳潜力很大，但是在农业生产过程中又造成了巨大的碳排放［3］。目前，许多学者已研究了关于不同区域农业生产的碳排放问题。王若梅等［4］分析了农业碳排放情况在长江经济带的时空分异以及影响碳排放的因素，首先计算了该地区2009—2016 年水土匹配情况和农业碳排放量，然后采用完全分解方法LMDI 与Kaya 恒等式，对农业碳排放中各因素的影响程度进行了探讨。杨欣等［5］计算了武汉市2009—2016 年农业碳排放总量，应用Divisia 指数模型对农业碳排放影响因素进行分解，对其主要的驱动因素进行定量研究，并提出3 个方面的建议以改进低碳农业，包括合理转移农村剩余劳动力、改善农村基础设施、差异化方式减排等。

在农业生产过程中提高碳效率已成为实现固碳减排的主要方法。本研究区域XX 生态经济区的发展基础较为良好，其属于国内的农业大区，且生态农业发展趋势良好，有机食品产量在国内排名靠前，该区域是重要商品粮油基地和著名的鱼米之乡。本研究针对碳的投入和产出量在农作物生产中所存在的问题，采用实证数据分析的方式，并结合农村生态经济发展趋势，基于生态农业背景下，深入碳效率研究领域，对XX 生态经济区各区县农业碳的生产效率、生态效率以及经济效率进行了分析测算，并基于区县尺度对各区县碳效率与农村生态经济的时空分异进行了实证分析，以期为区域农业实现低碳农业与固碳减排提供一定的参考依据。

1 研究方法与数据来源

1.1 碳的投入量与产出量

农业碳投入的碳源分为6 种，一是使用农药时产生的碳排放；二是使用化肥时产生的碳排放；三是使用农膜时产生的碳排放；四是使用化石燃料进行灌溉时的碳排放；五是使用农业机械消耗化石燃料所引起的碳排放，如电力、柴油等；六是农业生产时破坏了在土壤中的有机碳所引起的碳排放［6］。农业碳投入的计算公式为：

式中，CI表示农业碳投入总量，Ci表示类型i的碳投入量，F表示农机运行产生的碳排放量，Ti表示碳源i的使用量，∂i表示碳源i的碳排放系数，A表示农业种植面积，C表示农业机械总动力，B和D均表示农业机械碳排放系数。其中，碳的投入量采用碳当量表示，单位kg CE。各种能源与农资的碳排放系数如表1 所示。

表1 各种能源与农资的碳排放系数

本研究的农业碳产出量是指在光合作用下，农作物固定在总生物量中的碳量。碳产出量是由农作物的碳吸收率、经济系数及产量数据来进行计算的［7］。农业碳的产出量计算公式为：

式中，Ct表示农业碳吸收，Cd表示农作物对碳的产出量，i表示农作物类型，H表示经济系数，Yw表示经济产量，Cf表示合成单位有机质干质量的吸收碳量，Dw表示生物产量。各种农作物的碳吸收率和经济系数如表2 所示。

表2 各种农作物的碳吸收率和经济系数

1.2 生态农业背景下碳效率的计算方法

生态农业背景下的碳效率主要针对的是碳的经济效率、生态效率和生产效率［8］。在农业碳效率这3个子效率中，碳的生产效率是在经济产量中衡量碳排放的效率指标，其表示为经济产量和碳排放量之比。生产效率计算方式如下：

式中，Cc为碳的生产效率，Yw为经济产量，C为碳的排放量。生产效率Cc的值越大，说明碳在单位数量中排放越少，经济产量Yw就越高。

而在进行农业生产时，碳的经济效率为生产经济效益的衡量标准，其表示为经济产值和碳排放量之比。经济效率计算方式如下：

式中，CE为碳的经济效率，P表示经济产量可比价格。经济效率CE的值越大，说明碳在单位数量中排放越少，经济产量Yw就越高。

碳的生态效率是农业生产可持续性的评估标准之一，其表示农作物在通过光合作用后，体内的碳量与碳排放量之比。生态效率计算方式如下：

式中，CS为碳的生态效率，Ct为碳的吸收量。如果碳的生态效率值小于1，说明农业生产排放的碳量大于碳的吸收量，此时，农业生产系统属于碳源系统；如果值越接近0，表明碳的排放量过大，此时，农业生产系统的可持续性较差；如果值大于1，说明排放的碳量小于吸收碳量，此时，农业生产系统属于碳汇系统，且生态效率值越大，碳汇的强度越大，农业生产系统的可持续性越好。

在碳效率与农村生态经济的时空分异研究上，依据以往的经验将XX 生态经济区各县市的农业碳的生产效率值进行不同效率程度的分组，共4 种类型，其中包括高效率区，高于平均值的1.5 倍；较高效率区，平均值的1～1.5 倍；一般效率区，平均值的0.5～1 倍；低效率区，低于平均值的0.5 倍。同理，按上述方法将各县市农业碳的经济效率亦分为低效率区、一般效率区、较高效率区和高效率区4 种类型。将XX 生态经济区各县市农业碳的生态效率值进行不同效率程度的分组，共4 种类型，其中包括强碳汇区，高于平均值的2 倍；一般碳汇区，平均值的1.5～2倍；弱碳汇区，平均值的1～1.5 倍；碳源区，低于平均值的1 倍。

1.3 数据来源

本研究将XX 生态经济区非市区类县域共25 个区县作为研究对象，将各区县采用字母A～X 县表示，区县进行了行政区域的划分，设定时间序列为2009—2019 年。本研究所采用的经济统计数据和农业数据均来源于《XX 生态经济区统计年鉴》，且经济数据应用了可比价格。

2 实证分析

2.1 生态农业背景下碳效率的时空分异分析

2.1.1 生产效率 由图1 可知，2009—2019 年XX 生态经济区农业碳的生产效率由2009 年的9.26 kg·kg-1（CE）上 升 到2019 年 的10.17 kg·kg-1（CE），在2018 年上升到最大值10.32 kg·kg-1（CE），生产效率整体呈上升的趋势。XX 生态经济区在碳的生产效率方面表现出3 个阶段的变化趋势：①下降期（2009—2012 年），碳的生产效率在这期间由9.26 kg·kg-1（CE）降低到8.20 kg·kg-1（CE），整体呈下降的趋势，在该段时间的环比增速出现了最小值-7.21%；②发展期（2013—2016 年），碳的生产效率在这期间由9.52 kg·kg-1（CE）发展到9.39 kg·kg-1（CE），总体上来看变化很小，整体呈稳定发展的趋势，该段时间的环比增速在-1.41%～16.94%；③上升期（2017—2019年），碳的生产效率在这期间由9.77 kg·kg-1（CE）上升到10.17 kg·kg-1（CE），整体呈波动上升的趋势，该段时间的环比增速在-1.48%～5.65%。

图1 2009—2019 年XX 生态经济区碳的生产效率

XX 生态经济区碳的生产效率具有明显的空间集聚特征，在2009 年A 县农业碳的生产效率最高，排 名2～5 位 的 依 次 是B 县、C 县、D 县 和E 县。到2014 年，农业碳的生产效率排名前5 位的依次是B县、C 县、E 县、F 县和G 县。在2019 年B 县农业碳的生产效率最高，排名2～5 位的依次是C 县、H 县、A 县和D 县。由表3 可知，在2009 年XX 生态经济区高效率区2 个、较高效率区7 个、一般效率区15 个、低效率区1 个，2014 年分别为3、7、15、0 个，到2019 年分别为2、13、8、2 个，可以看出XX 生态经济区中的区县主要为较高效率区和一般效率区。农业碳的生产效率在2009—2019 年年平均增长效率最大的是J县（7.71%），排名2～5 位的依次为H 县（5.46%）、K 县（4.78%）、L 县（4.20%）、B 县（3.02%）。其中，农业碳的生产效率在2009—2014 年年平均增长率在5%以上的有L 县、F 县、E 县、N 县、J 县，在2015—2019 年年平均增长率在5%以上的有A 县、H 县、P 县、Q 县、K 县、R 县。

表3 XX 生态经济区农业碳的生产效率区分布情况（单位：个）

2.1.2 经济效率 由图2 可知，2009—2019 年XX 生态经济区农业碳的经济效率由2009 年的10.74 Yuan·kg-1（CE）下降到2019 年的9.26 Yuan·kg-1（CE），在2016 年下降到最低值8.45 Yuan·kg-1（CE），经济效率整体呈波动下降的趋势。XX 生态经济区在碳的经济效率方面表现出2 个阶段的变化趋势：①下降期（2009—2015 年），碳的经济效率在这期间由10.74 Yuan·kg-1（CE）降低到8.57 Yuan·kg-1（CE），整体呈下降的趋势，该段时间的环比增速在-13.09%～4.08%；②上升期（2016—2019 年），碳的经济效率在这期间由8.45 Yuan·kg-1（CE）发展到9.26 Yuan·kg-1（CE），整体呈稳定发展的趋势，该段时间的环比增速在0.70%～4.51%。

图2 2009—2019 年XX 生态经济区碳的经济效率

XX 生态经济区碳的经济效率变化趋势为先降后升，在2009 年A 县农业碳的经济效率最高，排名2～5 位的依次是Q 县、B 县、C 县和S 县。在2014 年，农业碳的经济效率排名前5 位依次是C 县、B 县、F县、T 县和J 县。在2019 年B 县农业碳的经济效率最高，排名2～5 位的依次是C 县、H 县、A 县和D 县。由表4 可知，在2009 年XX 生态经济区高效率区3 个、较高效率区7 个、一般效率区15 个、低效率区0 个，2014 年分别为3、6、16、0 个，到2019 年分别为2、13、8、2 个，可以看出XX 生态经济区中的区县主要为较高效率区和一般效率区。农业碳的经济效率在2009—2019 年年平均增长效率最大的是H 县（4.39%），其他依次为L 县（4.22%）、M 县（3.68%）、G县（2.33%）、R 县（2.32%）。其中，农业碳的经济效率在2009—2014 年年平均增长率在5%以上的有J县、C 县、F 县，在2015—2019 年年平均增长率在5%以上的有R 县、L 县、A 县、K 县、Q 县、H 县、M 县。

表4 XX 生态经济区农业碳的经济效率区分布情况（单位：个）

2.1.3 生态效率 由图3 可知，2009—2019 年XX生态经济区农业碳的生态效率由2009 年的1.75 kg（C）·kg-1（CE）上升到2019年的1.92 kg（C）·kg-1（CE），在2018 时上升到最大值1.93 kg（C）·kg-1（CE），生态效率整体呈上升的趋势。XX 生态经济区在碳的生态效率方面表现出3 个阶段的变化趋势：①下降期（2009—2012 年），碳的生态效率在这期间由1.75 kg（C）·kg-1（CE）降低到1.59 kg（C）·kg-1（CE），整体呈下降的趋势，该段时间的环比增速出现最小值-4.32%；②发展期（2013—2016 年），碳的生态效率 在 这期 间 由1.77 kg（C）·kg-1（CE）发展 到1.79 kg（C）·kg-1（CE），总体上来看变化很小，整体呈稳定发展的趋势，该段时间的环比增速在-1.86%～10.79%；③上升期（2017—2019 年），碳的生态效率在这期间由1.82 kg（C）·kg-1（CE）上升到1.93 kg（C）·kg-1（CE），整体呈波动上升的趋势，该段时间的环比增速在-0.46%～6.02%。

图3 2009—2019 年XX 生态经济区碳的生态效率

XX 生态经济区碳的生态效率具有明显的空间集聚特征，整体上呈上升趋势。由表5 可知，在2009年XX 生态经济区强碳汇区5 个、一般碳汇区10 个、弱碳汇区9 个、碳源区1 个，2014 年分别为8、6、10、1个，到2019 年分别为12、5、6、2 个，可以看出XX 生态经济区中的区县主要为碳汇区。农业碳的生态效率在2009—2019 年年平均增长效率最大的是J 县（4.78%），前2～3 名 依 次 为L 县（4.20%）、B 县（3.02%）。其中，农业碳的生态效率在2009—2014年年平均增长率在5%以上的有E 县、L 县、J 县、N县、F 县，在2015—2019 年年平均增长率在5%以上的有R 县、A 县、K 县、Q 县、H 县、P 县、M 县。

表5 XX 生态经济区农业碳的生态效率区分布情况（单位：个）

2.2 碳效率与农村生态经济的时空分异分析

2009—2019 年XX 生态经济区农业碳的生产效率由2009 年的9.26 kg·kg-1（CE）上升到2019 年的10.17 kg·kg-1（CE），净增长9.83%，年平均增长效率为0.94%，整体呈上升的趋势。随着XX 生态经济区农业经济产量的提升，农业碳的生产效率也随之上升，如J 县农业碳的生产效率在2009—2019 年由原来的3.27 kg·kg-1（CE）上升到6.55 kg·kg-1（CE），增长幅度为100.3%，在这段时间内，农业经济产量由原 来 的39.47 万t 增 长 到77.92 万t，增 长 率 为97.42%，说明J 县经济产量的增长相对健康。然而也有其他区县碳的生产效率有一定程度的下滑，如V 县、E 县、W 县等，造成碳的生产效率下滑的原因是这些区县在2009—2019 年碳的排放量逐年增加，远超过了农业经济产量的增长速度，如E 县农业碳的排放量在2009—2019 年由原来的3.59 万t 上升到12.80 万t，增长率达256.5%，而在这段时间内，农业经济产量由原来的36.66 万t 增长到66.60 万t，增长率仅为81.7%，说明农业经济产量和碳排放量是生态效率高低的决定性因素之一。在2012 年农业碳的生产效率最低，只有8.22 kg·kg-1（CE），农业经济产量仅为901.18 万t，其原因是XX 生态经济区在2012 年时受到经济危机的影响，2013 年后，随着农业技术的快速发展，加上XX 生态经济区采用抗病高产的优良农作物品种，农作物的产量与种植密度的提高，使得农业经济产量也相应地提高，所以农业碳的生态效率也随之提升。

2009—2019 年XX 生态经济区农业碳的经济效率由2009 年的10.74 Yuan·kg-1（CE）降低到2019 年的9.26 Yuan·kg-1（CE），降幅为13.78%，年平均效率降低1.49%，整体呈先下降后上升的趋势。XX 生态经济区在2009—2015 年农业碳的经济效率呈下降趋势，如A 县农业碳的经济效率在2009—2019 年由原来的27.87 Yuan·kg-1（CE）降低到11.98 Yuan·kg-1（CE），降幅为-57.0%。引起下降的主要原因是该段时间的农业经济效益较差，外出务工人员较多，造成大量的农田荒废，该段时间的农业经济产量降低，农业经济产值也同样降低，引起农业碳经济效率的降低。2015—2019 年XX 生态经济区农业碳的经济效率呈稳定上升的态势，其中，增幅最大的为C 县，由原来的9.52 Yuan·kg-1（CE）上升到14.10 Yuan·kg-1（CE），增长率达48.11%。其原因是XX 生态经济区在该段时间较大幅度地提高了农业生产水平，因此农作物产量也随之增加，加上国家优惠政策的实施，如农业税收减免以及提高粮食价格等政策，促使了农业的高产稳产，使得农业经济产量稳步上升，整个生态经济区的农业经济产量达到了1 569.49 万t。正是因为农业经济产量和粮食价格的上升，使得农业经济产值也有了较大的增加，同时，农业碳的经济效率也呈逐年上升的趋势。

2009—2019 年XX 生态经济区农业碳的生态效率由2009 年的1.77 kg（C）·kg-1（CE）上升到2019 年的1.95 kg（C）·kg-1（CE），净增长10.17%，年平均增长效率为0.99%，整体呈上升的趋势。随着XX 生态经济区农业经济产量的提升，农业碳的生态效率也随之上升，如J 县上升幅度最大，其农业碳的生态效率在2009—2019 年由原来的0.63 kg（C）·kg-1（CE）上升到1.31 kg（C）·kg-1（CE），增长率达107.9%，在这段时间内，农业经济产量由原来的39.47 万t 增长到77.92 万t，增长率为97.42%，说明J 县经济产量的增长相对健康。然而也有区县碳的生态效率出现一定程度的下滑，如A 县、X 县、E 县等，原因是这些区县在2009—2019 年碳的排放量逐年增加，远超过了碳吸收量的增长速度，在碳源效应增加的同时，碳汇功能逐渐变差。XX 生态经济区50%以上的区县是生态效率高值地区，具有分布较广的强碳汇区，且有明显的空间集聚特点，主要分布在J 县等区县。对该经济区的农业碳生态效率进行分析后，发现农业碳的排放量明显低于吸收量，说明该经济区的农业生态系统碳汇功能较强。然而，随着农用化学物质和机械使用率的增加，随之而来的是逐年增加的农业碳排放量，碳源效应将会更加严重。

3 小结

本研究针对碳的投入和产出量在农作物生产中所存在的问题，基于生态农业背景并结合农村生态经济发展趋势，深入碳效率研究领域，对XX 生态经济区各区县农业碳效率进行了分析测算，并基于区县尺度对各区县碳效率与农村生态经济的时空分异进行了实证分析。结果表明，农业经济产量和碳排放量是生态效率高低的决定性因素之一，在2013 年后，随着农业技术的快速发展，加上XX 生态经济区采用了抗病高产的优良农作物品种，农作物的产量与种植密度的提高，使得农业经济产量也相应的提高；XX 生态经济区在2016—2019 年较大幅度地提高了农业生产水平，因此农作物产量也随之增加，加上国家优惠政策的实施，如农业税收减免以及提高粮食价格等政策，促使农业的高产稳产，使得农业经济产量稳步上升。正是因为农业经济产量和粮食价格的上升，使得农业经济产值也有了较大的增加，同时，农业碳的经济效率也呈逐年上升的趋势；XX 生态经济区农业碳的排放量明显低于吸收量，说明该经济区的农业生态系统碳汇功能较强，随着农用化学物质和机械使用率的增加，随之而来的便是逐年增加的农业碳排放量，碳源效应将会更加严重。总之，XX 生态经济区内区县大部分为碳汇区，并且高碳汇区在逐渐增加。由于时间和能力有限，本研究对碳效率相关计算方法和理论的研究还不够深入，在今后要进一步加强该方面的研究。