基于统计年鉴数据分析河南省农作物生产减碳特征*

李 洁，聂红民，许国震

基于统计年鉴数据分析河南省农作物生产减碳特征*

李 洁1, 2，聂红民1，许国震1**

（1．濮阳市农林科学院，濮阳 457000；2．福建农林大学农学院，福州 350002）

基于2000−2020年河南省生产投入、耕地面积、农作物播种面积和农作物产量等统计年鉴数据，选取化肥、农药、农用塑料薄膜、农用柴油和农业灌溉面积共5个指标，利用排放系数法计算河南省农作物生产投入碳排放，分析河南省农作物生产减碳特征，为农业生产实现绿色低碳转型提供理论依据。结果表明，除农业灌溉面积外，2000−2020年河南省各项农作物生产投入量基本呈现先增后减的趋势；各项农作物生产投入碳排放总量呈现先增后减的趋势，2015年达到最高峰867.32万t，至2020年碳排放总量比2015年减少10.27%；在21a的平均碳排放量中，化肥的排放量最高，其次是农用塑料薄膜、农用柴油、农药和农业灌溉，其占比分别是73.35%、9.41%、8.08%、7.77%和1.39%，化肥是主要碳排放源。2009−2020年河南省农作物生产投入的碳排放强度呈现先上升后下降的趋势，其中2015年达到最高值为1.0670t×hm−2，而到2020年，碳排放强度相比2015年降低了2.87%。研究发现，河南省农作物生产碳减排受政策影响效果显著。化肥作为农作物生产的主要碳排放源，减量增效仍然是重要的措施，其次应考虑合理使用农用塑料薄膜。加强政策引导，控制化肥和农药的使用量，实施减肥减药增效的措施，推广高质量高效绿色防控技术示范，规范农膜的使用和回收治理，都是减少河南省农作物生产碳排放的有效途径。

统计年鉴；农作物生产；排放系数法；碳排放

近年来，极端气候事件经常威胁到人类的经济和社会发展，限制温室气体排放量已成为全球各国的重点目标之一[1]。中国高度重视气候变化问题，将其置于国家治理的突出位置，并向世界承诺“2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和”[2]。农业是中国碳排放的第二大来源，农业活动引起的温室气体排放占全球排放总量的10%～12%，推进农业减排是实现碳达峰、碳中和目标的重要组成部分[3]。

目前，国内外学者从不同角度对农业碳排放问题展开了深入研究。West等[4]研究指出，农业碳排放的重要来源主要包括农业生产要素投入和农业机械化过程。而李波等[5−7]发现中国碳排放存在地区差异。崔朋飞等[8]测算了中国农业碳排放的动态演变特征和影响因素。另外，诸多学者如张婷等[9−14]分别针对江西省、山东省、江苏省、河南省、黑龙江等省份进行了碳足迹核算、影响因素分析和排放效率评价等方面的研究。这些研究主要基于广泛农业相关视角来分析农业碳排放的现状。农业生产投入是作物产量提高的重要因素，高投入的农业生产模式在增加作物产量的同时也带来了严重的环境问题。然而，目前国内学者对于农业生产碳排放的研究主要集中在农资产品生产、运输和能源消耗所产生的碳排放[15−16]，而对于农作物生产全过程中所需的化肥、农药、柴油、农膜和灌溉等方面的生产、运输和使用所产生的碳排放的系统研究较为缺乏[17]。

河南省是农业大省，拥有种类丰富的粮食作物和广布的农田。仅在2020年，河南省的粮食总产量就达到了682.58亿kg，足可支撑3.8亿人口，占全国总人口的27%[18]。因此，河南省农作物生产向绿色低碳发展与转型，对减轻中国农业碳排放的压力具有重要意义。目前，大多数研究都是从整体视角对河南省的碳源/汇分布特征、影响因素、碳足迹测算和模型预测等方面进行探讨[18−20]，对于农作物生产过程中生产投入碳排放的研究较少，而且由于时间的局限性数据分析选取的时间跨度不一致。因此，本研究利用河南省2000−2020年的统计年鉴数据，包括生产投入、耕地面积、农作物播种面积和农作物产量，对21a内河南省农作物生产投入的碳排放特征进行分析，旨在为河南省制定农作物生产碳减排政策、推动绿色农业发展和实施乡村振兴战略提供参考和借鉴。

1 资料与方法

1.1 数据来源

2000−2020年河南省有效灌溉面积、化肥用量、农药用量、农用塑料薄膜用量、农用柴油量以及耕地面积、播种面积和作物产量等数据均来源于历年《河南省统计年鉴》。统计的农作物包括河南省常见的粮食作物（谷物、薯类和豆类）、油料作物（花生、油菜籽、芝麻）、棉花、麻类、烟叶、药材、蔬菜和瓜果等。

1.2 计算方法

在农作物生产过程中投入的化肥、农用塑料薄膜（农膜）、农药、农用柴油以及农业灌溉均会产生碳排放，为农作物生产的主要碳源，因此，选取这5个主要指标计算农作物生产投入碳排放量。农作物生产投入碳排放总量（Carbon Emission, CE）的计算式为

碳排放强度（CEc）指单位耕地面积的碳排放，计算式为

CEc=CE/TC（2）

式中，CEc为碳排放强度（t CO2−eq·hm−2），TC指总耕地面积（hm2）[17]。

1.3 统计分析

采用Microsoft Excel 2010对数据进行统计分析与作图。

2 结果与分析

2.1 农作物生产投入变化特征

2.1.1 生产投入物用量减少

根据《河南省统计年鉴》数据分析结果，除灌溉面积外，2000−2020年各项农作物生产投入物用量基本呈现先增后减的趋势，峰值出现在2013−2015年。由图1a可见，农药使用量高峰值出现在2013年，从2000年的9.55万t增加到2013年的13.11万t，2013年后开始持续降低，至2020年降至10.24万t，比2013年下降了21.29%。农膜使用量高峰值也出现在2013年，从2000年的9.19万t增至2013年的16.78万t，增长了82.58%，之后开始下降，降至2020年的15.17万t，比2013年下降了9.58%。由图1b可见，化肥施用量高峰值出现在2015年，从2000年的420.71万t增至2015年的716.09万t，增长了70.21%，之后开始下降，至2020年降至647.98万t，比2015年降低了9.51%。农用柴油使用量的高峰值出现在2014年，从2000年的79.56万t增至2014年的116万t，2015年开始降低，到2020年降为97.37万t，比2014年下降了14.06%。2000−2020年，有效灌溉面积呈现上升趋势，但在2003、2013和2014年出现波动，2020年灌溉面积最大，达到5586.93khm2，比2000年增加了18.00%。

表1 农作物生产过程中各种投入物的碳排放系数

图1 2000−2020年河南省农作物生产投入物用量年际变化

注：农作物生产投入物用量包括化肥用量、农药用量、农用塑料薄膜用量、农用柴油用量和有效灌溉面积。

Note: The quantity of inputs in crop production includes the usage of fertilizers, pesticides, agricultural films, diesel fuel and effective irrigation area.

进一步分析化肥消耗种类可见（图2），虽然化肥总用量先增后减，但其中氮肥和磷肥的占比一直在减少，氮、磷肥用量由2000年占总化肥用量的49.05%、23.17%分别降至2020年的28.12%、12.95%；钾肥用量占比在8.06%～9.80%波动，变化幅度不大；复合肥的比例持续增加，从2000年的19.06%升至2020年的50.62%。

由此可见，近年来，河南省有效灌溉面积呈增加趋势，但农作物生产其它投入物包括农药用量、农用塑料薄膜用量、农用柴油用量和化肥用量均在减少，且化肥用量中复合肥用量增加，氮肥和磷肥用量占比减少。

2.1.2 农作物种植结构调整

对2000−2020年河南省主要农作物的播种面积进行统计发现，2000−2020年河南省农作物种植结构也发生了一些变化。由图3可见，粮食作物作为最主要的农作物，播种面积占农作物总面积的64.97%～75.29%，2000−2016年粮食播种面积呈递增趋势，2016年比2000年增加了24.25%，随后开始减少，但均稳定在1.6亿亩以上，2020年粮食作物播种面积10738.80khm2。油料作物2000−2011年播种面积在1492.54～1605.83khm2之间波动，平均1479.85khm2，2011−2020年先减后增，2016年降至最低1302.35khm2，2020年恢复至1597.53khm2，比2016年增加了22.67%。棉花播种面积在2004年之后逐年递减，至2020年降至16.20khm2，比2004年的951.80khm2减少了98.79%。蔬菜播种面积在该时段呈增加趋势，到2020年达到1753.78khm2，相较于2000年的1189.20khm2增加了47.84%，瓜果类的播种面积变化相对平缓，稳定在313.96khm2左右。

图3 2000−2020年河南省不同农作物种植面积

2.1.3 耕地面积和农作物产量变化

河南省2000−2020年耕地面积呈现整体下降的趋势。由图4可见，河南省耕地面积2008−2009年出现大幅增加，这是因为《河南省统计年鉴》2008年及以前所称的“耕地总面积”实际上指的是“常用耕地面积”且无真正耕地总面积相关的统计数据。而从2009年开始，统计数据才开始真实反映耕地的总面积情况。基于此，将河南省耕地面积的相关分析均分为2000−2008年和2009−2020年两个时段进行比较，避免前后时段数据进行直接比较。2002−2008年（常用耕地面积的时段），河南省耕地总面积呈现整体下降趋势，从7262.80khm2减至7202.20khm2，净减少量为60.60khm2，年均减少10.10khm2；2009−2020年（实际耕地面积的时段），河南省耕地总面积同样呈现整体下降趋势（2015−2018年仅呈小幅上升），从2009年的8192.01khm2减至2020年的7488.15khm2，净减少量为703.86khm2，年均减少63.99khm2，且2019年下降尤其显著，与前一年相比减少了644.23khm2。

河南省2000−2020年农作物产量总体呈递增趋势。由图4可见，河南省农作物产量从2000年的9703.57万t增至2020年的16706.51万t，增长了72.17%。除2003年和2018年外，农作物产量每年都呈逐年增加的趋势。2003年河南省农作物产量相比2002年减少了12.46%，出现较大波动。进一步分析发现，2003年河南省遭受罕见的洪涝灾害，秋季农作物大幅减产，导致2003年农作物总产量下降。而2018年河南省农作物产量相比前一年下降了1.15%，波动较小。其他年份，农作物产量呈现持续增加的趋势。

图4 2000−2020年河南省耕地面积及农作物产量

研究期内河南省耕地面积减少，但农作物产量整体上持续增加。这可能是因为随着科技的进步和农业的发展，农民在有限的耕地上运用了更高效的农业技术，提高了农作物产量。

2.2 不同来源碳排放量变化特征

2.2.1 碳排放量

利用河南省农作物生产投入用量和碳排放系数计算不同来源的碳排放量，并统计碳排放总量。由表2可知，化肥、农用柴油、农药、农用塑料薄膜的碳排放量均呈现先增后减的趋势，而灌溉碳排放量则逐年递增；历年来化肥碳排放量最高，2015年达到高峰641.33万t，2016年开始逐年下降，至2020年化肥碳排放总量比最高值减少了9.51%。农用柴油、农药、农用塑料薄膜碳排放量分别在2014年、2013年和2013年达到峰值，分别为68.75万t、64.19万t和86.92万t，之后开始下降，到2020年分别比最高值下降了16.05%、21.28%和9.58%；灌溉的碳排放量2000−2020年呈递增趋势，2020年的碳排放量为11.09万t，比2000年增加了18.23%。

表2 2000−2020年河南省不同碳源排放量(104t CO2-eq)

总体而言，碳排放总量呈现先增后减的趋势，在2015年达到最高峰，为867.32万t，在2016年开始逐年降低，至2020年碳排放总量为778.60万t，比最高值减少了10.27%。这与农作物生产投入量的变化趋势一致。

2.2.2 碳排放量占比

计算不同来源碳排放所占比例发现（图5），最主要的碳排放源是化肥，其次是农用塑料薄膜、农用柴油和农药，最后是农业灌溉。化肥是最主要的碳排放源，2000−2020年其排放量占总排放量的比例为71.35%～74.93%。其次是农用塑料薄膜、农用柴油和农药，其碳排放比例分别为8.69%～10.20%、7.42%～8.97%、6.49%～8.92%。最后是农业灌溉，其排放量比例最低，为1.16%～1.78%。综合来看，在21a的平均碳排放量中，化肥的占比最高，为73.35%，其次是农用塑料薄膜（9.41%）、农用柴油（8.08%）、农药（7.77%）和农业灌溉（1.39%）。

2.3 不同来源碳排放强度变化特征

根据2000−2020年河南省农作物生产过程中各种投入的碳排放量折算结果，将其与同期耕地面积之比，计算不同来源碳排放强度，结果见表3。由表可知，由于耕地面积数据统计原因，将碳排放强度的相关分析均分为2000−2008年和2009−2020年两个时间段，并且不对这两个时间段的数据进行比较。2000−2008年，化肥和农用塑料薄膜碳排放强度呈上升趋势；柴油、农药和农业灌溉的碳排放强度呈升−降−升的趋势；总体碳排放强度逐年上升，其中2008年的碳排放强度比2000年升高了32.70%。2009−2020年，化肥、农药和农用柴油碳排放强度先升后降，农用塑料薄膜碳排放强度呈升−降−升的趋势，农业灌溉碳排放强度变化相对平缓；总体碳排放强度呈先增后减的趋势，2015年达到最高值1.0670t×hm−2，2020年碳排放强度1.0393 t×hm−2比最高值降低了2.87%。

3 结论与讨论

3.1 讨论

3.1.1 影响河南省农作物生产投入及种植结构的因素

自2003年国家推行农业税费改革起，一系列惠农政策提高了农民种粮的积极性，加上农业科技的发展，为提高农作物产量，化肥、农药、农用柴油、农用塑料薄膜、农业灌溉等生产投入逐年增加，除农业灌溉外，各项投入量在2013−2015年达到最高峰。2013年以来，国家统筹推进包括生态文明在内的“五位一体”总体布局，2014年中央一号文件提出“发展生态友好型农业”，2015年国家为农业绿色发展提出化肥、农药等投入“一控两减三基本”的目标任务，河南省也出台了关于农业减排降碳相关政策，推广使用有机肥和生物、物理防治病虫害等，使得化肥、农药等投入得到控制[19]，自2016年起河南省农作物生产投入碳排放量逐年下降。这些变化得益于经济社会发展理念的变化与生态环境治理制度的完善，依赖于国家政策的正确引导和有效落实。

图5 2000−2020年河南省农作物生产不同碳源碳排放占比

表3 2000−2020年河南省不同碳源排放强度(t CO2-eq·hm−2)

粮食作物作为河南省最主要的农作物，2000− 2020年播种面积占农作物总面积的64.97%～75.29%，2013−2020年，种植面积稳定在1.6亿亩以上。“十三五”期间，河南省出台一系列政策鼓励油料产业发展，提供了有利的政策环境，促进了油料产业快速发展[23]，2016−2020年油料作物播种面积呈上升趋势。棉花播种面积大幅萎缩与国家种植业结构调整政策、棉花流通体制改革和加入WTO有关，也与农村劳动力外流、种棉收益变化及棉花本身的生产特点密切相关。

3.1.2 影响河南省农作物生产投入碳排放的因素

碳排放的变化主要受到农作物生产投入用量和投入结构变化的影响[24−25]。2000−2020年河南省各项农作物生产投入化肥、农药、农用柴油、农用塑料薄膜和农业灌溉碳排放量与其投入变化趋势一致。根据郭永奇的研究结果，化肥被确认为对农业碳排放影响最为关键的因素之一[19]。李波等[15]研究也指出了化肥对农业碳排放的主要贡献，占总碳排放的50%以上。本研究进一步验证了上述观点，并发现河南省在历年来的农业碳排放中，化肥排放量最高，占总排放量的70%以上，并成为主要的碳排放源。这与李波等[15,19]的研究结果相一致。

随着社会经济的飞速发展以及农业生产力的快速提升，特别是商品化、市场化、国际化和科技水平的持续提高，对农作物种植结构进行调整成为一种历史性的必然要求[26]。这种调整不仅对农业生产和经济效益具有重要意义，还对碳排放量产生影响。不同种类的农作物在化肥、农药、农膜和灌溉面积等生产投入方面存在差异。根据刘静等[27]的研究，粮食作物和油料作物相对而言化肥用量较低，而蔬菜、棉花和烤烟等作物的化肥用量较高。而仇相玮等[28]研究将柑橘、苹果、蔬菜和棉花界定为高用药农作物，将甘蔗、烟草和水稻界定为中用药农作物，将小麦、玉米、大豆、油菜和甜菜界定为低用药农作物。此外，农作物结构的调整还可以通过影响作物生产过程中的耕作方式、施肥管理和农药使用等因素来降低碳排放。种植多样性、高效施肥管理、改善耕作方式和充分利用农副产品等可持续农业实践可以进一步减少碳排放，并提高农业生态系统的健康程度。目前，对农作物种植结构与碳排放的关系研究匮乏，农作物种植结构调整事关国家粮食安全，还关系到农业现代化和可持续发展，值得深入研究、持续关注。

河南省总体碳排放总量呈现先增后减的趋势，2020年比2015年降低8.29%，而碳排放强度也呈先增后减的趋势，但2020年比2015年降低2.87%。这主要是由于2000−2020年河南省耕地面积呈递减态势导致。

3.1.3 碳减排成效及问题

河南省在化肥农药减量方面已经取得了一定的成效，但仍然需要进一步努力来达到国家乃至国际水平。2020年河南省化肥、农药和农膜施用量依次为647.98万t、10.24万t、15.17万t，化肥施用量位居全国第一，农膜施用量位居全国第四[29]，这显示了化肥、农药、农膜等农业生产投入仍然较高。在“双碳”目标的背景下，发展低碳农业任务仍然十分重要。

为了减少农业碳排放，河南省需要继续推进减量增效行动。这意味着在农业生产中要采用更加科学、环保的农业技术和方法，减少化肥、农药、农膜的使用量，提高利用效率，提升农产品的产量和质量。此外，河南省还应加强对《河南省碳达峰实施方案》的落实，确保早日实现“双碳”目标。低碳农业的发展对于保护环境、提高农产品质量和农民收入都具有重要意义。推广有机农业、生态农业、精细化管理等措施，应用测土配方技术、病虫害预测预报和关键时期防治技术，高质量新种类农膜，无人机飞防等新技术，减少化肥、农药、柴油的使用量，提高资源利用效率，促进农业可持续发展。

3.2 结论

（1）河南省2000−2020年各项农作物生产投入碳排放总量呈现先增后减的趋势，2015年达到最高峰867.32万t，至2020年碳排放总量降至778.25万t，比2015年减少了10.27%；2000−2008年（常用耕地面积时间段），总体碳排放强度呈逐年上升趋势，2009−2020年（实际耕地面积时间段）总体碳排放强度呈先增后减的趋势，2015年达到最高值1.0670t×hm−2，2020年碳排放强度1.0393t×hm−2比最高值降低了2.87%。

（2）2000−2020年河南省农作物生产投入平均碳排放量中，化肥是最主要的碳排放源，21a平均碳排放量占总排放量的73.35%；其次是农用塑料薄膜、农用柴油和农药，平均碳排放所占比分别9.41%、8.08%和7.77%；最后是农业灌溉，其平均碳排放量占总排放量的1.39%。化肥的碳排放量与生产投入碳排放总量变化趋势一致，均以2015年为拐点先增后减，化肥的投入结构显著变化，其中复合肥的用量和比例持续增加，氮肥和磷肥用量占比减少。减少农作物生产投入量尤其是减少化肥投入量，调整化肥结构，提高化肥利用率是农作物生产减排的有效措施。其次应考虑合理使用农用塑料薄膜。

（3）农作物生产投入量和投入种类变化、种植结构的调整均对农业生产碳排放产生影响。加强政策引导，控制化肥和农药的使用量，实施减肥减药增效的行动，推广高质量高效绿色防控技术示范，规范农膜的使用和回收治理，都是减少河南省农作物生产碳排放的有效途径。

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Characteristics Analysis on Carbon Reduction of Crop Production in Henan Province Based on the Statistical Yearbook Data

LI Jie1, 2, NIE Hong-min1, XU Guo-zhen1

(1. Puyang Academy of Agriculture and Forestry, Puyang 457000, China; 2. College of Agriculture, Fujian A&F University, Fuzhou 350002)

Based on the statistical yearbook data of Henan province from 2000 to 2020, such as production input, cultivated land area, crop sown area and crop yield, the carbon emission at input end of crop production in Henan province was calculated to analyze the characteristics of carbon reduction in crop production, using the emission factor method that relied on five indexes of fertilizer, pesticide, agricultural film, diesel fuel and irrigation, which provide the theoretical basis for achieving green and low-carbon transformation of agricultural production in Henan province. The results show that, except for the irrigation area, the usage of various inputs in crop production in Henan province showed a trend of first increasing and then decreasing from 2000 to 2020. The total carbon emissions from various crop production inputs also showed a trend of first increasing and then decreasing. The highest point was reached in 2015, reaching 8.6732 million tons, and by 2020, the total carbon emissions had decreased by 10.27% compared to that of 2015. In the average carbon emissions over 21 years, fertilizer had the highest emissions, followed by agricultural plastic film, agricultural diesel, pesticides, and agricultural irrigation, accounting for 73.35%, 9.41%, 8.08%, 7.77% and 1.39% respectively. Therefore, fertilizer is the main source of carbon emissions. The carbon emission intensity of crop production inputs in Henan province showed a trend of first increasing and then decreasing from 2009 to 2020. In 2015, it reached the highest value of 1.0670t·ha−1, but by 2020, the carbon emission intensity had decreased by 2.87% compared to that of 2015. The study found that carbon emissions from crop production inputs are significantly affected by policies. As the main source of carbon emissions in crop production, reducing emissions and increasing efficiency is still an important measure, followed by the rational use of agricultural plastic film. Strengthening policy guidance, controlling the use of fertilizers and pesticides, implementing actions to reduce fertilizer and pesticide use while increasing efficiency, promoting the demonstration and popularization of high-quality and efficient green pest control technologies, and regulating the use and recycling of agricultural plastic film are all effective ways to reduce carbon emissions from crop production in Henan province.

Statistical Yearbook; Crop production; Emission factor method; Carbon emissions

10.3969/j.issn.1000-6362.2023.09.001

李洁,聂红民,许国震.基于统计年鉴数据分析河南省农作物生产减碳特征[J].中国农业气象2023,44(9):759-768

2023−06−06

中原学者工作站资助项目（224400510007）；河南省重大科技专项（221100110300；221100110100）；财政部与农业农村部国家花生产业技术体系（CARS-13）

许国震，副研究员，主要从事农业经济研究，E-mail：py6669398@126.com

李洁，E-mail：lijie19861223@126.com