農(nóng)業(yè)碳排放是指農(nóng)業(yè)(文中所指種植業(yè))生產(chǎn)過程中由于化肥、農(nóng)藥、能源消費(fèi)，以及農(nóng)業(yè)廢棄物資源處理過程中所直接或間接導(dǎo)致的溫室氣體的排放。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的廣泛性、普遍性以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主體的分散性，加上農(nóng)業(yè)碳排放涉及范圍廣、隨機(jī)性大、隱蔽性強(qiáng)、不易監(jiān)測(cè)、難量化，使之存在著控制難度大的特點(diǎn)。據(jù)相關(guān)專家研究，18世紀(jì)以來，大氣中的濃度增加了一倍多，其中約有70%是人類生產(chǎn)活動(dòng)的結(jié)果，如水稻種植、生物燃燒等的快速增長(zhǎng)等[1]。2000年發(fā)布的《中華人民共和國(guó)氣候變化初始國(guó)家信息通報(bào)》報(bào)道，農(nóng)業(yè)溫室氣體排放總量為6.21億噸二氧化碳當(dāng)量，占全國(guó)排放總量的17%，其中農(nóng)業(yè)排放的甲烷和二氧化氮分別占全國(guó)總量的50%和92%。在全球目光聚焦哥本哈根會(huì)議之際，溫室氣體減排行動(dòng)正在逐步成為人類發(fā)展的責(zé)任和共識(shí)。農(nóng)業(yè)碳排放會(huì)加劇氣候暖化，進(jìn)而影響經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，而經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式又會(huì)影響農(nóng)業(yè)碳排放，環(huán)境質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展互動(dòng)關(guān)系成為學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。

因此，分析和了解我國(guó)農(nóng)業(yè)碳排放的結(jié)構(gòu)及其時(shí)空規(guī)律以及農(nóng)業(yè)碳排放和經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系，對(duì)于準(zhǔn)確把握農(nóng)業(yè)環(huán)境現(xiàn)狀、科學(xué)制定農(nóng)業(yè)減排政策具有特別重要的意義。文中從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入、能源消耗、廢棄物資源處理等方面入手，定量測(cè)算農(nóng)業(yè)的碳排放總量，進(jìn)而探究其特征以及區(qū)域差異，并與經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系進(jìn)行EKC驗(yàn)證，以求找出農(nóng)業(yè)碳排放一些規(guī)律和特征，以期為我國(guó)在農(nóng)業(yè)減排政策的制定方面提供較強(qiáng)的理論支撐。

1　研究方法

一般而言，農(nóng)業(yè)碳排放的碳源種類主要有5個(gè)方面：一是化肥生產(chǎn)和使用過程中所導(dǎo)致的碳排放。主要包括生產(chǎn)過程、運(yùn)輸過程和施用過程中耗費(fèi)的化石燃料所導(dǎo)致的碳排放，同時(shí)化肥的過量使用改變了土壤結(jié)構(gòu)、形成了環(huán)境污染，也會(huì)產(chǎn)生碳排放;二是農(nóng)藥生產(chǎn)和使用過程中所引起的碳排放;三是由于農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)用而直接或間接消耗化石燃料所產(chǎn)生的碳排放;四是灌溉過程中的間接耗費(fèi)化石燃料，形成釋放碳;五是農(nóng)作物秸稈資源作為農(nóng)戶生活燃料或在露天焚燒，所造成的秸稈資源浪費(fèi)和碳排放(圖1)。根據(jù)上述五個(gè)種類，可以列示出農(nóng)業(yè)碳排放的估算公式如下：

2　我國(guó)農(nóng)業(yè)碳排放總量及結(jié)構(gòu)特征分析

2.1　農(nóng)業(yè)碳排放總量特征及趨勢(shì)分析

按照上述方法通過計(jì)算可知(表2)，農(nóng)業(yè)碳排放總量從1991年的4.6億噸增長(zhǎng)到了2008年的7.1億噸，增長(zhǎng)幅度為54.41%，年均增長(zhǎng)率為2.59%。根據(jù)德國(guó)可再生能源機(jī)構(gòu)IWR研究結(jié)果，2008年我國(guó)碳排放總量為68.1億噸，那么我國(guó)農(nóng)業(yè)碳排放占據(jù)碳排放總量10.43%。從農(nóng)業(yè)碳排放的變化趨勢(shì)來看(圖1)，1991-1995年為上升態(tài)勢(shì);1995-1996年陡然躍升，究其原因主要是1996年耕地面積大幅增加，農(nóng)業(yè)化肥、農(nóng)藥等投入增加所致;1997-2008年整體上基本處于平穩(wěn)態(tài)勢(shì)，其中2000-2004年排放略有降低。從農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度來看，整體上增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)明顯，從1991年的320.78kg/畝增長(zhǎng)到2008年的389.25kg/畝，年均遞增率1.14%。

2.2　農(nóng)業(yè)碳排放結(jié)構(gòu)特征及趨勢(shì)分析

從碳排放結(jié)構(gòu)比較來看，秸稈焚燒排放平均占比最高，達(dá)90.60%，其次依次為化肥、灌溉、農(nóng)藥、農(nóng)業(yè)機(jī)械化使用，其排放平均占比分別為5.77%、2.25%、0.95%、0.42%。秸稈燃燒已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)碳排放的最主要來源，隨著糧食安全問題的日益突出，國(guó)家不斷加大糧食優(yōu)惠政策和支持力度，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，農(nóng)業(yè)秸稈產(chǎn)生量不斷劇增。同時(shí)，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，農(nóng)民生活方式和農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，秸稈在相當(dāng)一部分的農(nóng)家中不再是能源，露天焚燒處理比例增加，碳排放強(qiáng)度增加。此外，隨著農(nóng)村勞動(dòng)力的非農(nóng)轉(zhuǎn)移，農(nóng)村有效勞動(dòng)力減少，對(duì)于秸稈的愈來愈傾向于簡(jiǎn)單粗放處理，進(jìn)而也導(dǎo)致較高的碳排放。從增長(zhǎng)指數(shù)的變化來看(圖2)，1991-2008年農(nóng)藥碳排放平均增速最快，為4.71%，其次依次為化肥、秸稈、灌溉、農(nóng)業(yè)機(jī)械化使用，其增長(zhǎng)率分別為3.74%、2.54%、1.19%、0.46%。其中秸稈碳排放波動(dòng)較大，經(jīng)歷了1996年的跳躍增長(zhǎng)后開始回落，至2004年后較為平穩(wěn)�？傮w上講，盡管農(nóng)業(yè)各項(xiàng)碳排放年均增幅并不大，但是總體增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)較為明顯。

圖2　1991-2008年農(nóng)業(yè)各碳源碳排放量指數(shù)變化情況

Fig. 2　Index changes of agricultural carbon emissions from 1991 to 2008

3　我國(guó)農(nóng)業(yè)碳排放區(qū)域差異分析

3.1　各地區(qū)農(nóng)業(yè)碳排放總量及結(jié)構(gòu)比較分析

圖3　2008年我國(guó)各地區(qū)農(nóng)業(yè)碳排放總量比較

Fig. 3　Comparison of the total quantity of agricultural carbon emissions among regions in 2008

從2008年農(nóng)業(yè)碳排放總量的大小排序來看(圖3)，排在前10位依次為河南、黑龍江、山東、四川、安徽、河北、江蘇、湖南、湖北、內(nèi)蒙古;排在后10位依次為重慶、浙江、福建、寧夏、海南、青海、天津、上海、北京、西藏。從排序結(jié)果可以看出，農(nóng)業(yè)碳排放主要集中在農(nóng)業(yè)大省。農(nóng)業(yè)大省在發(fā)展方式上仍然以傳統(tǒng)成分占主導(dǎo)，高投入、高排放發(fā)展模式依舊普遍存在。其中，江蘇雖然為我國(guó)東部發(fā)達(dá)省份，然而其耕地面積較大，化肥、農(nóng)藥等投入強(qiáng)度依然較高，因而農(nóng)業(yè)碳排放較大;內(nèi)蒙古，其草場(chǎng)飼料種植面積較大，化肥使用依舊較多，此外，全國(guó)秸稈焚燒分布遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示內(nèi)蒙古榜上有名。從各碳源排放量的區(qū)域比較來看化肥碳排放量較高的10個(gè)地區(qū)依次是河南、山東、江蘇、湖北、河北、安徽、四川、廣東、湖南。其中東部省份江蘇因農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面積較大，因而化肥使用量較大。廣東省相比而言盡管耕地面積不大，但是其化肥施用量每畝大約240kg，農(nóng)藥使用量平均每畝1.8kg，化肥及農(nóng)藥的使用量全世界最高(中國(guó)投資咨詢研究，2010);農(nóng)藥碳排放較高的10個(gè)地區(qū)依次是山東、湖北、河南、湖南、安徽、廣東、江西、江蘇、河北;農(nóng)業(yè)機(jī)械化使用碳排放較高的10個(gè)地區(qū)是河南、黑龍江、山東、河北、四川、安徽、湖南、江蘇、湖北;灌溉用能碳排放較高的10各地區(qū)是河南、山東、河北、江蘇、新疆、安徽、黑龍江、內(nèi)蒙古、湖南;秸稈焚燒碳排放較高10個(gè)地區(qū)是河南、黑龍江、山東、四川、安徽、河北、湖南、江蘇、湖北。

3.2　各地區(qū)農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度的比較分析

從2008年各地區(qū)碳排放強(qiáng)度的大小排序來看(圖4)，前10位地區(qū)依次為湖南、江西、河南、福建、上海、廣東、江蘇、湖北、安徽、四川。排名后10地區(qū)依次為貴州、云南、黑龍江、內(nèi)蒙古、

遼寧、青海、山西、吉林、甘肅、西藏。農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度較高地區(qū)主要集中在中東部地區(qū)，以及沿海省份，說明我國(guó)農(nóng)業(yè)的高投入、高消耗、高排放等發(fā)展模式還普遍存在，以高強(qiáng)度投入換取經(jīng)濟(jì)總量增長(zhǎng)的農(nóng)業(yè)發(fā)展模式?jīng)]有發(fā)生根本性的轉(zhuǎn)變。國(guó)家對(duì)于化肥尤其是氮肥產(chǎn)業(yè)的政策鼓勵(lì)和高額補(bǔ)貼讓中國(guó)化肥產(chǎn)能急速膨脹，化肥的大量使用，在促進(jìn)糧食增產(chǎn)、保障了國(guó)家糧食安全的同時(shí)，也帶來了大量污染、高額碳排放。而相比而言，農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度較低的地區(qū)則主要集中在東北三個(gè)農(nóng)業(yè)省份以及西部落后省份。東北三省由于其特殊的地理氣候關(guān)系，其農(nóng)業(yè)病蟲害較少，農(nóng)資投入相對(duì)較少，此外在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上調(diào)整力度較大，因而農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度相比較小。而落后的西部省份，農(nóng)業(yè)發(fā)展上原始的成分較多，有機(jī)肥使用較大，因而碳排放強(qiáng)度也較小。

3.3　各地農(nóng)業(yè)碳排放分類及特征

從我國(guó)各地區(qū)農(nóng)業(yè)碳排放的現(xiàn)狀來看，農(nóng)業(yè)碳排放量存在顯著的空間差異性，因此進(jìn)一步用聚類分析法對(duì)各種排放量進(jìn)行綜合分析，從而對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)碳排放進(jìn)行區(qū)域分異，并對(duì)分異特征進(jìn)行描述。對(duì)聚類結(jié)果進(jìn)行方差分析表明類別間距離差異的概率值均不大于0.001，聚類效果較好。因此將31個(gè)地區(qū)聚類成3類區(qū)域(表3)，第一類區(qū)域?yàn)楦吲欧诺貐^(qū)含6個(gè)地區(qū)，主要分布在中東部地區(qū)的農(nóng)業(yè)大省，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模較大，投入較大，傳統(tǒng)模式成分較多，碳排放較大;第二個(gè)地區(qū)為一般排放地區(qū)含15個(gè)地區(qū)，主要分布在中西部地區(qū)，農(nóng)業(yè)規(guī)模相比較小、投入集中性相比較弱，碳排放相比較少;第三類地區(qū)為低排放地區(qū)含10個(gè)地區(qū)，主要分布在發(fā)達(dá)非農(nóng)業(yè)城市以及落后的西部省份，發(fā)達(dá)地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小，落后西部地區(qū)農(nóng)業(yè)投入少，有機(jī)肥料使用較多，農(nóng)業(yè)碳排放少。

4　農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)關(guān)聯(lián)分析

4.1　模型建立與指標(biāo)選取

根據(jù)環(huán)境庫茲涅茨假說，環(huán)境質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)存在二次多項(xiàng)式函數(shù)關(guān)系(“倒U型”)，即指環(huán)境壓力隨著人均收入的提高而增加到一定水平后，環(huán)境壓力隨著收入提高而下降[5]。EKC假設(shè)類似于庫茲涅茨(1955)提出的用來描述收入不平等與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的庫茲涅茨曲線，都反映了事情在變好以前，可能不得不經(jīng)歷一個(gè)更糟糕的過程的邏輯含義[6]。其基本模型為：

式中：E為國(guó)家或地區(qū)在時(shí)刻t所受到的環(huán)境壓力，常用環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)、污染物排放強(qiáng)度等表示，Y為時(shí)刻t的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出，通常用GDP或人均GDP表示。倒“U”型曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)(即環(huán)境質(zhì)量到達(dá)轉(zhuǎn)折點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平)，可以通過一階求導(dǎo)求解得到：

為環(huán)境質(zhì)量達(dá)到轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。文中E為農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度，Y為人均GDP。

在研究中一般認(rèn)為，倒“U”型曲線的基本函數(shù)有二次函數(shù)型、三次函數(shù)型，文中分別對(duì)二次、三次函數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，如若均顯著的情況下，選取二次函數(shù)為回歸方程。

4.2　農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的EKC驗(yàn)證

通過回歸結(jié)果(表4)可知，F(xiàn)=34.348, Sig.=0.000，回歸方程整體顯著，根據(jù)t統(tǒng)計(jì)值檢驗(yàn)結(jié)果可知，自變量對(duì)因變量影響顯著，同時(shí)也通過了DW檢驗(yàn)�；貧w方程為：

由回歸方程可知，農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度與人均GDP的EKC曲線具有倒“U”形狀，且出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)的臨界值是人均GDP為20899元，即當(dāng)人均GDP超過20899元的臨界水平，隨著人均經(jīng)濟(jì)發(fā)展，農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度將減少。然而對(duì)于人均GDP低于20899元臨界水平的地區(qū)而言，農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間具有上升趨勢(shì)，即隨著人均GDP的增加，農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度將同時(shí)增加。依據(jù)這一拐點(diǎn)，我國(guó)2008年人均GDP為22698元，剛剛超過拐點(diǎn)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度將呈現(xiàn)下降態(tài)勢(shì)。從區(qū)域結(jié)構(gòu)來看，將我國(guó)各地區(qū)2008年實(shí)際人均GDP水平與20899元臨界值相比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，上海(72536元)、北京(61876元)、天津(54034元)、浙江(41967元)、江蘇(39483元)、廣東(37402元)、山東(32995元)、內(nèi)蒙古(32157元)、遼寧(31199元)、福建(30031元)、吉林(23497元)、河北(23167)、黑龍江(21723)等13省市人均GDP超過拐點(diǎn)，主要集中在東部省份和發(fā)達(dá)城市地區(qū)，隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，其農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度將會(huì)降低。其他18省市則低于拐點(diǎn)，主要集中在中西部省份，農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)處于上升階段。

5　促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)減排的政策建議

(1)樹立低碳農(nóng)業(yè)意識(shí)，切實(shí)轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式。意識(shí)是行動(dòng)的先導(dǎo)，要樹立并強(qiáng)化低碳農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展方向、是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)選擇。因此要切實(shí)轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，摒棄注增長(zhǎng)、高投入、高消耗、高排放的農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，向集約農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)、循環(huán)農(nóng)業(yè)、低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展模式轉(zhuǎn)變。

(2)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)廢棄物循環(huán)利用技術(shù)推廣和排放監(jiān)控。秸稈焚燒已經(jīng)成為我國(guó)農(nóng)業(yè)碳排放的主導(dǎo)因素，尤其是露天焚燒依舊普遍存在，盡管出臺(tái)了政策，也實(shí)行監(jiān)控手段，然而實(shí)際效果甚微，農(nóng)戶對(duì)秸稈進(jìn)行回收利用的經(jīng)濟(jì)積極性不足、技術(shù)缺乏。因此在嚴(yán)厲監(jiān)控農(nóng)業(yè)廢棄物焚燒的基礎(chǔ)上，應(yīng)加大農(nóng)業(yè)廢棄物循環(huán)利用技術(shù)的研發(fā)和推廣，試點(diǎn)推進(jìn)秸稈制成型炭、秸稈氣化或直燃發(fā)電等;大力發(fā)展農(nóng)村戶用沼氣，條件具備的發(fā)展大中型沼氣工程，促進(jìn)秸稈利用和生活能源減排。

(3)降低化肥農(nóng)藥使用強(qiáng)度，著力提高其利用效率�，F(xiàn)階段，在糧食安全問題依然突出的情況下，化肥、農(nóng)藥仍然是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必須投入品。低碳農(nóng)業(yè)，并不是完全否定化肥和農(nóng)藥的使用，關(guān)鍵是應(yīng)該更加科學(xué)合理的使用這些生產(chǎn)資料。由此，必須以節(jié)肥、節(jié)藥為突破口，推廣應(yīng)用節(jié)約型農(nóng)業(yè)技術(shù);建立多元化、社會(huì)化病蟲害防治專業(yè)服務(wù)組織，運(yùn)用農(nóng)業(yè)、物理及生物防治技術(shù)，減少農(nóng)藥使用的次數(shù)和數(shù)量，提高農(nóng)藥利用率;同時(shí)進(jìn)一步加大測(cè)土配方施肥覆蓋面，提高化肥使用效率，有效減少化肥使用量，從源頭上減少農(nóng)業(yè)碳排放。

(4)大力更新農(nóng)業(yè)機(jī)械及技術(shù)，減少農(nóng)業(yè)機(jī)械使用碳排放。淘汰落后農(nóng)業(yè)機(jī)械;采用先進(jìn)柴油機(jī)節(jié)油技術(shù)，降低柴油機(jī)燃油消耗;推廣少耕免耕法、聯(lián)合作業(yè)等先進(jìn)的機(jī)械化農(nóng)藝技術(shù);在適當(dāng)?shù)那闆r下，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及其他農(nóng)作制度中利用可再生能源，包括太陽能、風(fēng)能和地?zé)嵋约皬霓r(nóng)業(yè)廢棄物中產(chǎn)生的能源，從耕作方式、設(shè)備更新、技術(shù)創(chuàng)新、能源開發(fā)等多方面切實(shí)降低農(nóng)業(yè)機(jī)械使用造成的農(nóng)業(yè)碳排放。

(5)建立農(nóng)業(yè)低碳補(bǔ)償機(jī)制，增強(qiáng)農(nóng)戶減排的積極性和主動(dòng)性。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有較強(qiáng)的外部性，低碳農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式能夠帶來環(huán)境的改善，反之導(dǎo)致環(huán)境的惡化。因此實(shí)施低碳補(bǔ)償，以引導(dǎo)和強(qiáng)化農(nóng)戶低碳農(nóng)業(yè)的發(fā)展方式。首先建立低碳農(nóng)業(yè)認(rèn)證制度，其次建立低碳農(nóng)業(yè)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，最后建立低碳補(bǔ)償執(zhí)行和監(jiān)督機(jī)制。只有認(rèn)證明確、補(bǔ)償合理到位的情況，農(nóng)戶低碳減排的積極性和主動(dòng)性才能得以充分發(fā)揮。

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