新疆生产建设兵团农业生产碳排放时序特征及脱钩弹性分析

董恒志，陈玉兰，赵达君

（新疆农业大学经济管理学院，新疆 乌鲁木齐 830000）

近年来，由温室气体排放所导致的全球气候变暖问题日益凸显，海平面逐年上升，极端恶劣天气的频发，不仅损害了自然生态系统平衡，还对人类未来生存及社会发展产生威胁[1]。我国是农业大国，农用物资所产生的碳排放量占我国总体碳排放量的17%[2]。2020 年我国提出碳达峰、碳中和目标[3]，2021 年《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》中强调，要加快农业绿色发展，坚持以可持续发展为核心。发展低碳农业是实现可持续发展的重要动力和“两山”理念的践行。因此，降低农业碳排放量，对于促进农业的绿色可持续发展有着重要作用。

诸多学者对农业碳排放进行了研究。范东寿[4]、刘杨等[5]研究表明，农业生产效率是影响农业碳减排的主要影响因素；田云等[6]、黄晓慧等[7]研究表明，我国农业碳排放增速处于波动下降态势；王洋等[8]、尚光引等[9]研究表明，农户兼业及提高农户政策认知均可促进农业碳减排；林斌等[10]、王学婷等[11]对现有农业碳减排政策及存在的问题进行了深入分析，为进一步制定农业碳减排政策提供了科学依据；张亚飞等[12]、王留鑫等[13]研究表明，农业碳排放与经济增长关系显著。大多采用LMDI 模型[14，15]、DEA 模型[16]、Kaya 模型[17]、Tapio 脱钩模型[18，19]等对碳排放及其驱动因素进行分析，李新等[20]运用Tapio 模型分析了四川省农业碳排放与经济增长的特征，发现农业生产效率是影响碳排放增长的关键抑制因素，农业经济快速增长是导致碳排放增加的主要驱动因素；陈柔等[21]以碳排、碳汇与经济增长作为研究对象，结合碳排放经济效益和低碳发展潜力，对农业经济发展模式进行了划分。赵先超等[22]测算了湖南省农地碳排放量和碳排放强度，考察其农业经济增长的脱钩弹性关系，同时指出现阶段湖南省经济增长存在的问题。

目前农业碳排放与农业经济增长关系的研究多以中东部等发达地区为主，对我国西北部欠发达地区的研究甚少。新疆生产建设兵团作为国家粮食高产集中示范区、全国最大的机采棉种植基地、全国最大的果林节水灌溉示范区，在我国农业生产中占有重要地位。采用碳排放系数法和Tapio 脱钩模型测算2001～2020 年新疆生产建设兵团的农业碳排放量，分析碳排放时序特征、结构特征、各地特征以及农业生产碳排放与农业产值之间的关系，旨为新疆农业绿色低碳、可持续发展提供理论基础[23]。

1 材料与方法

1.1 数据来源

采用2001～2020 年《新疆生产建设兵团统计年鉴》面源数据，主要指标包括化肥使用量折纯量、农膜使用量、农药使用量、柴油使用量、农作物播种总面积、有效灌溉面积和农业生产总值等。

1.2 研究方法

采用碳排放系数法和Tapio 脱钩模型测算2001～2020 年研究区域的农业碳排放量，分析碳排放时序特征、结构特征、各地特征以及农业生产碳排放与农业产值之间的关系。

1.2.1 农业碳排放量及碳排放强度测算 基于前人的研究成果，根据数据可获得性和真实性原则，结合研究地区的实际情况，选取化肥折纯量、农药使用量、农膜使用量、柴油使用量、农作物播种总面积和有效灌溉面积6 个指标作为生产碳排放来源，化肥的碳排放系数为0.895 6 kg/kg，农药的碳排放系数为4.934 1 kg/kg，农膜的碳排放系数为5.18 kg/kg，农药柴油的碳排放系数为0.592 7 CE/kg，土地翻耕的碳排放系数为312.60 kg/km2，灌溉的碳排放系数为266.48 kg/hm2[24]。农业碳排放量和碳排放强度的计算公式如下所示：

式中，E为农业碳排放总量，i为碳排放源类型；Ei为第i种排放源碳排放量；S为第i种排放源投入量；Fi表示第i种排放源的排放系数。

式中，W为农业碳排放强度；M为农业生产总值。

1.2.2 脱钩理论与脱钩弹性的测算 目前Tapio 脱钩弹性分析法广泛应用于环境评估，是研究资源消耗与经济发展关系的常见方法。在农业碳排放研究中，Tapio 脱钩模型多通过计算农业碳排量变化与农业生产总值变化的比值，来反映农业碳排放对于经济变化的敏感程度。脱钩弹性指数可分为负脱钩、脱钩和连接3 种类型，负脱钩包括扩张负脱钩、强负脱钩、弱负脱钩，脱钩包括弱脱钩、强脱钩、衰退脱钩，连接包括扩张连接和衰退连接，共计8 种状态（表1）。构建新疆生产建设兵团碳排放量和农业生产总值的脱钩模型，计算公式如下所示：

表1 Tapio 脱钩弹性类型Table 1 Types of Tapio decoupling elasticity

式中，e为脱钩弹性；ΔE为农业生产碳排放的变化量；E为农业生产碳排放量；ΔG为农业生产总值的变化量；G为农业生产总值。

2 结果与分析

2.1 研究区域碳排放时序特征分析

2.1.1 农业生产碳排放量分析 2001～2020 年研究区域的农业生产碳排放量持续增长，从2001 的83.89 万t增长至2020 年的174.22 万t。增长了107.68%，年均增速为5.67%，呈现“平稳增长—快速增长—低速增长”发展态势（图1）。2001～2007 年为平稳增长期，环比增速持续提高，2007 年达到峰值；2007～2013 年为快速增长期，环比增长率持续波降低；2014～2020年为低速增长期，环比增速波动较大。

图1 2001～2020 年研究区域农业碳排放总量和环比增速Fig.1 Total agricultural carbon emissions and month-on-month growth rate in the study area from 2001 to 2020

2.1.2 农业生产要素碳排放量及排放强度 2001～2020 年各生产要素碳排放量从大到小依次为化肥、灌溉、农膜、柴油、农药和翻耕，增长幅度差异较大，其中化肥、柴油的碳排量年均增速分别为8.30%和5.67%，大于生产要素碳排放总量年均增长率，农膜、农药、灌溉和翻耕的碳排放量年均增速分别为5.34%、4.12%、3.34%和2.91%，小于生产要素碳排放总量年均增长率（表2）。研究区域的农业生产要素碳排放强度持续降低，从2001 年的0.775 9 t/万元降低至2020 年的0.162 9 t/万元，年均降低率为4.16%。

表2 2001～2020 年研究区域农业生产要素的碳排放量及排放强度Table 2 Carbon emissions and emission intensity of agricultural production factors in the study area from 2001 to 2020

2.2 碳排放结构时间序列分析

2001～2020 年研究区域碳排放结构不断发生变化，2020 年研究区域的碳排放源按占比从大到小依次为化肥、灌溉、农膜、柴油、农药和翻耕，占比分别为38.05%、25.08%、24.20%、9.10%、3.33%和0.25%（图2）。随着我国农业生产技术的不断提高，精准施肥技术、化肥效用的不断提高，研究区域施用化肥所产生的碳排放量占比呈现出由高转低的趋势，在2014年达到峰值（44.25%），2015 年后逐渐下降，从42.32%降至2020 年的38.05%，这主要与化肥零增长支持政策有关，从而减少了化肥碳排放量；在农业生产过程中，农药投入所产生的碳排放量占比呈波动下降趋势，在2005 年达到峰值（4.37%），2006 年后波动下降，从4.12%降至2020 年的3.33%，这主要与农药零增长支持政策有关，从而减少了农药的碳排放量；柴油投入的碳排放量占比在2000～2013 年一直保持在8%左右，2014 年开始上升，从8.63%上升至2020 年的9.10%，这与兵团的农业生产机械化率不断提高有关；农膜投入的碳排放量占比在2011 年之后逐步超过灌溉的碳排放量占比，农膜具有增温保湿作用，能够促进农作物发芽和幼苗生长，兵团通过推广普及地膜，从而提高农作物产量，因此农膜投入产生的碳排放占比逐渐升高。

图2 2001～2020 年新疆生产建设兵团农业碳排放结构Fig.2 Agricultural carbon emission structure of Xinjiang Production and Construction Corps from 2001 to 2020

2.3 14 个师的农业生产要素碳排放量分析

研究区域14 个师的农业生产要素碳排放量差异明显，其中，第八师的农业生产要素碳排放总量最高，第十一师最低；农业生产要素碳排放量＜150 万t的有第五师、第九师、第十师、第十一师、第十二师、第十三师、第十四师，150 万～300 万t 的有第二师、第三师、第四师、第六师、第七师，＞30 万t 的有第一师和第八师（表3）。

2.4 研究区域农业生产碳排放脱钩弹性分析

2001～2020 年研究区域农业生产碳排放脱钩弹性指数为-0.037 9～6.722 1，分别呈现强脱钩、弱脱钩和扩张负脱钩3 种状态，且以弱脱钩为主（表4），说明农业碳排放量和农业生产总值都在增长，但是碳排放速率小于农业经济增长速率；研究区域长期的农业生产对化肥、农药、农膜等农用物资的依赖得到了逐步改善，可持续农业的发展理念得到有效推广，缓解了农业发展与资源环境之间的矛盾。

表4 2001～2020 年新疆生产建设兵团农业碳排放弹性Table 4 Agricultural carbon emission elasticity of Xinjiang Production and Construction Corps from 2001 to 2020

2001～2005 年农业生产碳排放脱钩弹性指数从2002 年的-0.037 9 到2005 年的0.017 6，由强脱钩逐步向弱脱钩转变，这与当时增加农用物资投入以追求高产有关。由于化肥、农药和农膜等农用资料投入不断加大，导致碳排放量的增长速度加快，农业产值增速相对较慢。农用物资的不断投入造成了农业碳排放的加剧，而在这一段时间当中，经济增长速率明显低于碳排放增长速率，因此脱钩状态有一个由强到弱的转变。

2006～2013 年国家实施了一系列惠农政策以促使农业生产迅速发展，在农业技术不断进步和大力推广绿色可持续发展的背景下，化肥、农药和农膜等农用资料投入得到了有效控制，虽然农业碳排放量和经济都在增长，但是经济增长速度要高于农业碳排放增长速度，说明这一阶段化肥、农药的减排效果明显。

2014～2020 年研究区域农业生产要素的碳排放增长率、农业生产总值平均增长率分别为3.18%和7.05%，农业经济增速逐渐超越农业碳排放增速，脱钩弹性主要以弱脱钩为主（表4）。2014 年和2015 年出现了农业经济增速小于农业碳排放增速，农业碳排放与农业产值处于扩张负脱钩的状态，这是因为越来越多的农户进城务工，导致了农业产值增速减缓。

3 主要结论及建议

3.1 主要结论

基于新疆建设兵团的面源数据，从农用物资投入视角出发，运用碳排放系数法对2001～2020 年研究区域的农业碳排放量、时序特征、结构特征以及农业生产碳排放量与农业产值之间的关系进行深入分析，得到以下主要结论：

（1）2001～2020 年研究区域的碳排放量年均增速为5.67%，呈现“平稳增长—快速增长—低速增长”发展态势。2001～2007 年为平稳增长期，环比增速持续提高，2007 年达到峰值；2008～2013 年为快速增长期，环比增长率持续波降低；2014～2020 年为低速增长期，环比增速波动较大。生产要素碳排放量增幅差异较大，其中化肥、柴油的碳排量年均增速高于生产要素碳排放总量年均增长率。

（2）2001～2020 年研究区域碳排放结构发生变化。化肥碳排放量占比在2014 年达到峰值后逐步降低，截止到2020 年化肥碳排放量占比降低为38.05%；农药碳排放量占比在2005 年达到峰值后波动下降，截止到2020 年农药碳排放量占比降低为3.33%；柴油碳排放量占比持续上升，从2000 年的8%增长至2020年的9.1%。

（3）2001～2020 年研究区域农业生产碳排放脱钩弹性指数为-0.037 9～6.722 1，分别呈现强脱钩、弱脱钩和扩张负脱钩3 种状态，且以弱脱钩为主。

3.2 建议

3.2.1 加强总体部署，落实政策体系 要处理好发展与减排、整体与局部的关系，既要保证农业生产力，又要保证积极发展；既要促进兵团农业生产整体减排，又要充分考虑不同师市的实际情况，从而确定相应的减排方案。

3.2.2 倡导绿色农业，推进低碳发展 将农用物资投入与农业绿色发展紧密联系，倡导有机肥代替无机肥；推动农机节能减排，减少农用柴油的消耗；用免耕、少耕代替深耕；用间接性灌溉代替传统大水漫灌。发展绿色农业不仅保障了农产品的有效供给，还可以改善农业碳排放的持续增加，要把农业低碳化同农业经济发展紧密结合，确保兵团绿色农业的可持续性。

3.2.3 完善基础建设，开展全面行动 加强人才队伍建设，培养一批“双碳”人才；强化农业碳排放数据支撑，加快构建统一规范的碳排放统计核算体系；深入实施绿色低碳制度，要倡导简约适度、绿色低碳、文明健康的生活方式和消费方式，形成全民参与、共推“双碳”的良好氛围；推进生活方式的绿色低碳转型，聚焦机关、学校、社区等主要场所，开展创建绿色活动，推进生活垃圾分类、反对食品浪费等活动，加快生活方式绿色低碳转型。