中国农业碳排放与经济发展的关联分析

文章编号：1003-7578(2011)12-008-06
农业碳排放是指农业(文中所指种植业)生产过程中由于化肥、农药、能源消费，以及农业废弃物资源处理过程中所直接或间接导致的温室气体的排放。由于农业生产活动的广泛性、普遍性以及农业生产主体的分散性，加上农业碳排放涉及范围广、随机性大、隐蔽性强、不易监测、难量化，使之存在着控制难度大的特点。据相关专家研究，18世纪以来，大气中的浓度增加了一倍多，其中约有70%是人类生产活动的结果，如水稻种植、生物燃烧等的快速增长等[1]。2000年发布的《中华人民共和国气候变化初始国家信息通报》报道，农业温室气体排放总量为6.21亿吨二氧化碳当量，占全国排放总量的17%，其中农业排放的甲烷和二氧化氮分别占全国总量的50%和92%。在全球目光聚焦哥本哈根会议之际，温室气体减排行动正在逐步成为人类发展的责任和共识。农业碳排放会加剧气候暖化，进而影响经济可持续发展，而经济发展方式又会影响农业碳排放，环境质量与经济发展互动关系成为学术界研究的热点和焦点。
因此，分析和了解我国农业碳排放的结构及其时空规律以及农业碳排放和经济发展之间的关系，对于准确把握农业环境现状、科学制定农业减排政策具有特别重要的意义。文中从农业生产投入、能源消耗、废弃物资源处理等方面入手，定量测算农业的碳排放总量，进而探究其特征以及区域差异，并与经济发展关系进行EKC验证，以求找出农业碳排放一些规律和特征，以期为我国在农业减排政策的制定方面提供较强的理论支撑。
1　研究方法
一般而言，农业碳排放的碳源种类主要有5个方面：一是化肥生产和使用过程中所导致的碳排放。主要包括生产过程、运输过程和施用过程中耗费的化石燃料所导致的碳排放，同时化肥的过量使用改变了土壤结构、形成了环境污染，也会产生碳排放；二是农药生产和使用过程中所引起的碳排放；三是由于农业机械运用而直接或间接消耗化石燃料所产生的碳排放；四是灌溉过程中的间接耗费化石燃料，形成释放碳；五是农作物秸秆资源作为农户生活燃料或在露天焚烧，所造成的秸秆资源浪费和碳排放(图1)。根据上述五个种类，可以列示出农业碳排放的估算公式如下：

2　我国农业碳排放总量及结构特征分析
2.1　农业碳排放总量特征及趋势分析
按照上述方法通过计算可知(表2)，农业碳排放总量从1991年的4.6亿吨增长到了2008年的7.1亿吨，增长幅度为54.41%，年均增长率为2.59%。根据德国可再生能源机构IWR研究结果，2008年我国碳排放总量为68.1亿吨，那么我国农业碳排放占据碳排放总量10.43%。从农业碳排放的变化趋势来看(图1)，1991-1995年为上升态势；1995-1996年陡然跃升，究其原因主要是1996年耕地面积大幅增加，农业化肥、农药等投入增加所致；1997-2008年整体上基本处于平稳态势，其中2000-2004年排放略有降低。从农业碳排放强度来看，整体上增长态势明显，从1991年的320.78kg/亩增长到2008年的389.25kg/亩，年均递增率1.14%。

2.2　农业碳排放结构特征及趋势分析
从碳排放结构比较来看，秸秆焚烧排放平均占比最高，达90.60%，其次依次为化肥、灌溉、农药、农业机械化使用，其排放平均占比分别为5.77%、2.25%、0.95%、0.42%。秸秆燃烧已经成为农业碳排放的最主要来源，随着粮食安全问题的日益突出，国家不断加大粮食优惠政策和支持力度，农业生产规模不断扩大，农业秸秆产生量不断剧增。同时，随着农村经济发展和社会进步，农民生活方式和农村能源结构发生改变，秸秆在相当一部分的农家中不再是能源，露天焚烧处理比例增加，碳排放强度增加。此外，随着农村劳动力的非农转移，农村有效劳动力减少，对于秸秆的愈来愈倾向于简单粗放处理，进而也导致较高的碳排放。从增长指数的变化来看(图2)，1991-2008年农药碳排放平均增速最快，为4.71%，其次依次为化肥、秸秆、灌溉、农业机械化使用，其增长率分别为3.74%、2.54%、1.19%、0.46%。其中秸秆碳排放波动较大，经历了1996年的跳跃增长后开始回落，至2004年后较为平稳。总体上讲，尽管农业各项碳排放年均增幅并不大，但是总体增长态势较为明显。

图2　1991-2008年农业各碳源碳排放量指数变化情况
Fig. 2　Index changes of agricultural carbon emissions from 1991 to 2008
3　我国农业碳排放区域差异分析
3.1　各地区农业碳排放总量及结构比较分析

图3　2008年我国各地区农业碳排放总量比较
Fig. 3　Comparison of the total quantity of agricultural carbon emissions among regions in 2008
从2008年农业碳排放总量的大小排序来看(图3)，排在前10位依次为河南、黑龙江、山东、四川、安徽、河北、江苏、湖南、湖北、内蒙古；排在后10位依次为重庆、浙江、福建、宁夏、海南、青海、天津、上海、北京、西藏。从排序结果可以看出，农业碳排放主要集中在农业大省。农业大省在发展方式上仍然以传统成分占主导，高投入、高排放发展模式依旧普遍存在。其中，江苏虽然为我国东部发达省份，然而其耕地面积较大，化肥、农药等投入强度依然较高，因而农业碳排放较大；内蒙古，其草场饲料种植面积较大，化肥使用依旧较多，此外，全国秸秆焚烧分布遥感监测结果显示内蒙古榜上有名。从各碳源排放量的区域比较来看化肥碳排放量较高的10个地区依次是河南、山东、江苏、湖北、河北、安徽、四川、广东、湖南。其中东部省份江苏因农业生产面积较大，因而化肥使用量较大。广东省相比而言尽管耕地面积不大，但是其化肥施用量每亩大约240kg，农药使用量平均每亩1.8kg，化肥及农药的使用量全世界最高(中国投资咨询研究，2010)；农药碳排放较高的10个地区依次是山东、湖北、河南、湖南、安徽、广东、江西、江苏、河北；农业机械化使用碳排放较高的10个地区是河南、黑龙江、山东、河北、四川、安徽、湖南、江苏、湖北；灌溉用能碳排放较高的10各地区是河南、山东、河北、江苏、新疆、安徽、黑龙江、内蒙古、湖南；秸秆焚烧碳排放较高10个地区是河南、黑龙江、山东、四川、安徽、河北、湖南、江苏、湖北。
3.2　各地区农业碳排放强度的比较分析
从2008年各地区碳排放强度的大小排序来看(图4)，前10位地区依次为湖南、江西、河南、福建、上海、广东、江苏、湖北、安徽、四川。排名后10地区依次为贵州、云南、黑龙江、内蒙古、 辽宁、青海、山西、吉林、甘肃、西藏。农业碳排放强度较高地区主要集中在中东部地区，以及沿海省份，说明我国农业的高投入、高消耗、高排放等发展模式还普遍存在，以高强度投入换取经济总量增长的农业发展模式没有发生根本性的转变。国家对于化肥尤其是氮肥产业的政策鼓励和高额补贴让中国化肥产能急速膨胀，化肥的大量使用，在促进粮食增产、保障了国家粮食安全的同时，也带来了大量污染、高额碳排放。而相比而言，农业碳排放强度较低的地区则主要集中在东北三个农业省份以及西部落后省份。东北三省由于其特殊的地理气候关系，其农业病虫害较少，农资投入相对较少，此外在产业结构上调整力度较大，因而农业碳排放强度相比较小。而落后的西部省份，农业发展上原始的成分较多，有机肥使用较大，因而碳排放强度也较小。

3.3　各地农业碳排放分类及特征
从我国各地区农业碳排放的现状来看，农业碳排放量存在显著的空间差异性，因此进一步用聚类分析法对各种排放量进行综合分析，从而对我国农业碳排放进行区域分异，并对分异特征进行描述。对聚类结果进行方差分析表明类别间距离差异的概率值均不大于0.001，聚类效果较好。因此将31个地区聚类成3类区域(表3)，第一类区域为高排放地区含6个地区，主要分布在中东部地区的农业大省，农业生产规模较大，投入较大，传统模式成分较多，碳排放较大；第二个地区为一般排放地区含15个地区，主要分布在中西部地区，农业规模相比较小、投入集中性相比较弱，碳排放相比较少；第三类地区为低排放地区含10个地区，主要分布在发达非农业城市以及落后的西部省份，发达地区农业生产规模小，落后西部地区农业投入少，有机肥料使用较多，农业碳排放少。
4　农业碳排放强度与经济增长关联分析
4.1　模型建立与指标选取
根据环境库兹涅茨假说，环境质量与经济增长存在二次多项式函数关系(“倒U型”)，即指环境压力随着人均收入的提高而增加到一定水平后，环境压力随着收入提高而下降[5]。EKC假设类似于库兹涅茨(1955)提出的用来描述收入不平等与经济发展的库兹涅茨曲线，都反映了事情在变好以前，可能不得不经历一个更糟糕的过程的逻辑含义[6]。其基本模型为：
式中：E为国家或地区在时刻t所受到的环境压力，常用环境质量指标、污染物排放强度等表示，Y为时刻t的经济产出，通常用GDP或人均GDP表示。倒“U”型曲线转折点(即环境质量到达转折点所对应的经济发展水平)，可以通过一阶求导求解得到：
为环境质量达到转折点时所对应的经济发展水平。文中E为农业碳排放强度，Y为人均GDP。
在研究中一般认为，倒“U”型曲线的基本函数有二次函数型、三次函数型，文中分别对二次、三次函数进行检验，如若均显著的情况下，选取二次函数为回归方程。
4.2　农业碳排放强度与经济增长的EKC验证

通过回归结果(表4)可知，F=34.348, Sig.=0.000，回归方程整体显著，根据t统计值检验结果可知，自变量对因变量影响显著，同时也通过了DW检验。回归方程为：

由回归方程可知，农业碳排放强度与人均GDP的EKC曲线具有倒“U”形状，且出现转折点的临界值是人均GDP为20899元，即当人均GDP超过20899元的临界水平，随着人均经济发展，农业碳排放强度将减少。然而对于人均GDP低于20899元临界水平的地区而言，农业碳排放强度和经济发展之间具有上升趋势，即随着人均GDP的增加，农业碳排放强度将同时增加。依据这一拐点，我国2008年人均GDP为22698元，刚刚超过拐点，随着我国经济的进一步发展，农业碳排放强度将呈现下降态势。从区域结构来看，将我国各地区2008年实际人均GDP水平与20899元临界值相比较，结果发现，上海(72536元)、北京(61876元)、天津(54034元)、浙江(41967元)、江苏(39483元)、广东(37402元)、山东(32995元)、内蒙古(32157元)、辽宁(31199元)、福建(30031元)、吉林(23497元)、河北(23167)、黑龙江(21723)等13省市人均GDP超过拐点，主要集中在东部省份和发达城市地区，随着经济的进一步发展，其农业碳排放强度将会降低。其他18省市则低于拐点，主要集中在中西部省份，农业碳排放强度与经济增长处于上升阶段。
5　促进我国农业减排的政策建议
(1)树立低碳农业意识，切实转变农业发展方式。意识是行动的先导，要树立并强化低碳农业是现代农业发展方向、是农业可持续发展的现实选择。因此要切实转变农业发展方式，摒弃注增长、高投入、高消耗、高排放的农业发展模式，向集约农业、生态农业、循环农业、低碳农业发展模式转变。
(2)加强农业废弃物循环利用技术推广和排放监控。秸秆焚烧已经成为我国农业碳排放的主导因素，尤其是露天焚烧依旧普遍存在，尽管出台了政策，也实行监控手段，然而实际效果甚微，农户对秸秆进行回收利用的经济积极性不足、技术缺乏。因此在严厉监控农业废弃物焚烧的基础上，应加大农业废弃物循环利用技术的研发和推广，试点推进秸秆制成型炭、秸秆气化或直燃发电等；大力发展农村户用沼气，条件具备的发展大中型沼气工程，促进秸秆利用和生活能源减排。
(3)降低化肥农药使用强度，着力提高其利用效率。现阶段，在粮食安全问题依然突出的情况下，化肥、农药仍然是农业生产的必须投入品。低碳农业，并不是完全否定化肥和农药的使用，关键是应该更加科学合理的使用这些生产资料。由此，必须以节肥、节药为突破口，推广应用节约型农业技术；建立多元化、社会化病虫害防治专业服务组织，运用农业、物理及生物防治技术，减少农药使用的次数和数量，提高农药利用率；同时进一步加大测土配方施肥覆盖面，提高化肥使用效率，有效减少化肥使用量，从源头上减少农业碳排放。
(4)大力更新农业机械及技术，减少农业机械使用碳排放。淘汰落后农业机械；采用先进柴油机节油技术，降低柴油机燃油消耗；推广少耕免耕法、联合作业等先进的机械化农艺技术；在适当的情况下，在农业生产及其他农作制度中利用可再生能源，包括太阳能、风能和地热以及从农业废弃物中产生的能源，从耕作方式、设备更新、技术创新、能源开发等多方面切实降低农业机械使用造成的农业碳排放。
(5)建立农业低碳补偿机制，增强农户减排的积极性和主动性。农业生产具有较强的外部性，低碳农业生产方式能够带来环境的改善，反之导致环境的恶化。因此实施低碳补偿，以引导和强化农户低碳农业的发展方式。首先建立低碳农业认证制度，其次建立低碳农业补偿标准，最后建立低碳补偿执行和监督机制。只有认证明确、补偿合理到位的情况，农户低碳减排的积极性和主动性才能得以充分发挥。