中國農業碳排放與經濟發展的關聯分析
農業碳排放是指農業(文中所指種植業)生產過程中由于化肥、農藥、能源消費，以及農業廢棄物資源處理過程中所直接或間接導致的溫室氣體的排放。由于農業生產活動的廣泛性、普遍性以及農業生產主體的分散性，加上農業碳排放涉及范圍廣、隨機性大、隱蔽性強、不易監測、難量化，使之存在著控制難度大的特點。據相關專家研究，18世紀以來，大氣中的濃度增加了一倍多，其中約有70%是人類生產活動的結果，如水稻種植、生物燃燒等的快速增長等[1]。2000年發布的《中華人民共和國氣候變化初始國家信息通報》報道，農業溫室氣體排放總量為6.21億噸二氧化碳當量，占全國排放總量的17%，其中農業排放的甲烷和二氧化氮分別占全國總量的50%和92%。在全球目光聚焦哥本哈根會議之際，溫室氣體減排行動正在逐步成為人類發展的責任和共識。農業碳排放會加劇氣候暖化，進而影響經濟可持續發展，而經濟發展方式又會影響農業碳排放，環境質量與經濟發展互動關系成為學術界研究的熱點和焦點。
因此，分析和了解我國農業碳排放的結構及其時空規律以及農業碳排放和經濟發展之間的關系，對于準確把握農業環境現狀、科學制定農業減排政策具有特別重要的意義。文中從農業生產投入、能源消耗、廢棄物資源處理等方面入手，定量測算農業的碳排放總量，進而探究其特征以及區域差異，并與經濟發展關系進行EKC驗證，以求找出農業碳排放一些規律和特征，以期為我國在農業減排政策的制定方面提供較強的理論支撐。
1 研究方法
一般而言，農業碳排放的碳源種類主要有5個方面：一是化肥生產和使用過程中所導致的碳排放。主要包括生產過程、運輸過程和施用過程中耗費的化石燃料所導致的碳排放，同時化肥的過量使用改變了土壤結構、形成了環境污染，也會產生碳排放;二是農藥生產和使用過程中所引起的碳排放;三是由于農業機械運用而直接或間接消耗化石燃料所產生的碳排放;四是灌溉過程中的間接耗費化石燃料，形成釋放碳;五是農作物秸稈資源作為農戶生活燃料或在露天焚燒，所造成的秸稈資源浪費和碳排放(圖1)。根據上述五個種類，可以列示出農業碳排放的估算公式如下：
2 我國農業碳排放總量及結構特征分析
2.1 農業碳排放總量特征及趨勢分析
按照上述方法通過計算可知(表2)，農業碳排放總量從1991年的4.6億噸增長到了2008年的7.1億噸，增長幅度為54.41%，年均增長率為2.59%。根據德國可再生能源機構IWR研究結果，2008年我國碳排放總量為68.1億噸，那么我國農業碳排放占據碳排放總量10.43%。從農業碳排放的變化趨勢來看(圖1)，1991-1995年為上升態勢;1995-1996年陡然躍升，究其原因主要是1996年耕地面積大幅增加，農業化肥、農藥等投入增加所致;1997-2008年整體上基本處于平穩態勢，其中2000-2004年排放略有降低。從農業碳排放強度來看，整體上增長態勢明顯，從1991年的320.78kg/畝增長到2008年的389.25kg/畝，年均遞增率1.14%。
2.2 農業碳排放結構特征及趨勢分析
從碳排放結構比較來看，秸稈焚燒排放平均占比最高，達90.60%，其次依次為化肥、灌溉、農藥、農業機械化使用，其排放平均占比分別為5.77%、2.25%、0.95%、0.42%。秸稈燃燒已經成為農業碳排放的最主要來源，隨著糧食安全問題的日益突出，國家不斷加大糧食優惠政策和支持力度，農業生產規模不斷擴大，農業秸稈產生量不斷劇增。同時，隨著農村經濟發展和社會進步，農民生活方式和農村能源結構發生改變，秸稈在相當一部分的農家中不再是能源，露天焚燒處理比例增加，碳排放強度增加。此外，隨著農村勞動力的非農轉移，農村有效勞動力減少，對于秸稈的愈來愈傾向于簡單粗放處理，進而也導致較高的碳排放。從增長指數的變化來看(圖2)，1991-2008年農藥碳排放平均增速最快，為4.71%，其次依次為化肥、秸稈、灌溉、農業機械化使用，其增長率分別為3.74%、2.54%、1.19%、0.46%。其中秸稈碳排放波動較大，經歷了1996年的跳躍增長后開始回落，至2004年后較為平穩。總體上講，盡管農業各項碳排放年均增幅并不大，但是總體增長態勢較為明顯。
圖2 1991-2008年農業各碳源碳排放量指數變化情況
Fig. 2 Index changes of agricultural carbon emissions from 1991 to 2008
3 我國農業碳排放區域差異分析
3.1 各地區農業碳排放總量及結構比較分析
圖3 2008年我國各地區農業碳排放總量比較
Fig. 3 Comparison of the total quantity of agricultural carbon emissions among regions in 2008
從2008年農業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。從排序結果可以看出，農業碳排放主要集中在農業大省。農業大省在發展方式上仍然以傳統成分占主導，高投入、高排放發展模式依舊普遍存在。其中，江蘇雖然為我國東部發達省份，然而其耕地面積較大，化肥、農藥等投入強度依然較高，因而農業碳排放較大;內蒙古，其草場飼料種植面積較大，化肥使用依舊較多，此外，全國秸稈焚燒分布遙感監測結果顯示內蒙古榜上有名。從各碳源排放量的區域比較來看化肥碳排放量較高的10個地區依次是河南、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業生產面積較大，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，農藥使用量平均每畝1.8kg，化肥及農藥的使用量全世界最高(中國投資咨詢研究，2010);農藥碳排放較高的10個地區依次是山東、湖北、河南、湖南、安徽、廣東、江西、江蘇、河北;農業機械化使用碳排放較高的10個地區是河南、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各地區是河南、山東、河北、江蘇、新疆、安徽、黑龍江、內蒙古、湖南;秸稈焚燒碳排放較高10個地區是河南、黑龍江、山東、四川、安徽、河北、湖南、江蘇、湖北。
3.2 各地區農業碳排放強度的比較分析
從2008年各地區碳排放強度的大小排序來看(圖4)，前10位地區依次為湖南、江西、河南、福建、上海、廣東、江蘇、湖北、安徽、四川。排名后10地區依次為貴州、云南、黑龍江、內蒙古、
遼寧、青海、山西、吉林、甘肅、西藏。農業碳排放強度較高地區主要集中在中東部地區，以及沿海省份，說明我國農業的高投入、高消耗、高排放等發展模式還普遍存在，以高強度投入換取經濟總量增長的農業發展模式沒有發生根本性的轉變。國家對于化肥尤其是氮肥產業的政策鼓勵和高額補貼讓中國化肥產能急速膨脹，化肥的大量使用，在促進糧食增產、保障了國家糧食安全的同時，也帶來了大量污染、高額碳排放。而相比而言，農業碳排放強度較低的地區則主要集中在東北三個農業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系，其農業病蟲害較少，農資投入相對較少，此外在產業結構上調整力度較大，因而農業碳排放強度相比較小。而落后的西部省份，農業發展上原始的成分較多，有機肥使用較大，因而碳排放強度也較小。
3.3 各地農業碳排放分類及特征
從我國各地區農業碳排放的現狀來看，農業碳排放量存在顯著的空間差異性，因此進一步用聚類分析法對各種排放量進行綜合分析，從而對我國農業碳排放進行區域分異，并對分異特征進行描述。對聚類結果進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個地區聚類成3類區域(表3)，第一類區域為高排放地區含6個地區，主要分布在中東部地區的農業大省，農業生產規模較大，投入較大，傳統模式成分較多，碳排放較大;第二個地區為一般排放地區含15個地區，主要分布在中西部地區，農業規模相比較小、投入集中性相比較弱，碳排放相比較少;第三類地區為低排放地區含10個地區，主要分布在發達非農業城市以及落后的西部省份，發達地區農業生產規模小，落后西部地區農業投入少，有機肥料使用較多，農業碳排放少。
4 農業碳排放強度與經濟增長關聯分析
4.1 模型建立與指標選取
根據環境庫茲涅茨假說，環境質量與經濟增長存在二次多項式函數關系(“倒U型”)，即指環境壓力隨著人均收入的提高而增加到一定水平后，環境壓力隨著收入提高而下降[5]。EKC假設類似于庫茲涅茨(1955)提出的用來描述收入不平等與經濟發展的庫茲涅茨曲線，都反映了事情在變好以前，可能不得不經歷一個更糟糕的過程的邏輯含義[6]。其基本模型為：
式中：E為國家或地區在時刻t所受到的環境壓力，常用環境質量指標、污染物排放強度等表示，Y為時刻t的經濟產出，通常用GDP或人均GDP表示。倒“U”型曲線轉折點(即環境質量到達轉折點所對應的經濟發展水平)，可以通過一階求導求解得到：
為環境質量達到轉折點時所對應的經濟發展水平。文中E為農業碳排放強度，Y為人均GDP。
在研究中一般認為，倒“U”型曲線的基本函數有二次函數型、三次函數型，文中分別對二次、三次函數進行檢驗，如若均顯著的情況下，選取二次函數為回歸方程。
4.2 農業碳排放強度與經濟增長的EKC驗證
通過回歸結果(表4)可知，F=34.348, Sig.=0.000，回歸方程整體顯著，根據t統計值檢驗結果可知，自變量對因變量影響顯著，同時也通過了DW檢驗。回歸方程為：
由回歸方程可知，農業碳排放強度與人均GDP的EKC曲線具有倒“U”形狀，且出現轉折點的臨界值是人均GDP為20899元，即當人均GDP超過20899元的臨界水平，隨著人均經濟發展，農業碳排放強度將減少。然而對于人均GDP低于20899元臨界水平的地區而言，農業碳排放強度和經濟發展之間具有上升趨勢，即隨著人均GDP的增加，農業碳排放強度將同時增加。依據這一拐點，我國2008年人均GDP為22698元，剛剛超過拐點，隨著我國經濟的進一步發展，農業碳排放強度將呈現下降態勢。從區域結構來看，將我國各地區2008年實際人均GDP水平與20899元臨界值相比較，結果發現，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，主要集中在東部省份和發達城市地區，隨著經濟的進一步發展，其農業碳排放強度將會降低。其他18省市則低于拐點，主要集中在中西部省份，農業碳排放強度與經濟增長處于上升階段。
5 促進我國農業減排的政策建議
(1)樹立低碳農業意識，切實轉變農業發展方式。意識是行動的先導，要樹立并強化低碳農業是現代農業發展方向、是農業可持續發展的現實選擇。因此要切實轉變農業發展方式，摒棄注增長、高投入、高消耗、高排放的農業發展模式，向集約農業、生態農業、循環農業、低碳農業發展模式轉變。
(2)加強農業廢棄物循環利用技術推廣和排放監控。秸稈焚燒已經成為我國農業碳排放的主導因素，尤其是露天焚燒依舊普遍存在，盡管出臺了政策，也實行監控手段，然而實際效果甚微，農戶對秸稈進行回收利用的經濟積極性不足、技術缺乏。因此在嚴厲監控農業廢棄物焚燒的基礎上，應加大農業廢棄物循環利用技術的研發和推廣，試點推進秸稈制成型炭、秸稈氣化或直燃發電等;大力發展農村戶用沼氣，條件具備的發展大中型沼氣工程，促進秸稈利用和生活能源減排。
(3)降低化肥農藥使用強度，著力提高其利用效率。現階段，在糧食安全問題依然突出的情況下，化肥、農藥仍然是農業生產的必須投入品。低碳農業，并不是完全否定化肥和農藥的使用，關鍵是應該更加科學合理的使用這些生產資料。由此，必須以節肥、節藥為突破口，推廣應用節約型農業技術;建立多元化、社會化病蟲害防治專業服務組織，運用農業、物理及生物防治技術，減少農藥使用的次數和數量，提高農藥利用率;同時進一步加大測土配方施肥覆蓋面，提高化肥使用效率，有效減少化肥使用量，從源頭上減少農業碳排放。
(4)大力更新農業機械及技術，減少農業機械使用碳排放。淘汰落后農業機械;采用先進柴油機節油技術，降低柴油機燃油消耗;推廣少耕免耕法、聯合作業等先進的機械化農藝技術;在適當的情況下，在農業生產及其他農作制度中利用可再生能源，包括太陽能、風能和地熱以及從農業廢棄物中產生的能源，從耕作方式、設備更新、技術創新、能源開發等多方面切實降低農業機械使用造成的農業碳排放。
(5)建立農業低碳補償機制，增強農戶減排的積極性和主動性。農業生產具有較強的外部性，低碳農業生產方式能夠帶來環境的改善，反之導致環境的惡化。因此實施低碳補償，以引導和強化農戶低碳農業的發展方式。首先建立低碳農業認證制度，其次建立低碳農業補償標準，最后建立低碳補償執行和監督機制。只有認證明確、補償合理到位的情況，農戶低碳減排的積極性和主動性才能得以充分發揮。
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