中国农业碳排放的结构、效率及其决定机制，本文主要内容关键词为：中国农业论文,效率论文,机制论文,结构论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
农业生产与气候变化和温室气体①排放密切相关。一方面，农业是最易遭受气候变化影响的产业；另一方面，农业是温室气体排放的重要来源。从全球看，农业温室气体排放仅次于电热生产，约占全球排放总量的14%(IPCC，2007)，我国农业温室气体排放约占全国排放总量的17%(中国环境与发展国际合作委员会，2004)。在经济发展日益受到能源和环境制约以及国际社会共同应对气候变化背景下，减少农业温室气体排放和发展低碳农业越来越受到重视。 实现农业碳减排首先需要明晰农业温室气体的排放来源、排放数量及结构特征，为此需要对农业碳排放量进行测算。目前已有一些研究从水稻种植、畜牧养殖和农业能源等方面测算了中国农业碳排放量。关于水稻种植和畜牧养殖碳排放的研究，Zhou等(2007)测算了中国1949-2003年的畜禽温室气体排放量，显示中国畜禽温室气体排放总量增长了2.78倍。董红敏等(2008)分析得出中国农业活动产生的
分别占全国
排放总量的50.15%和92.47%。胡向东等(2010)估算了2000-2007年全国和2007年各省份畜禽温室气体排放量，显示黄牛
排放量最大，生猪
排放量最大。闵继胜等(2012)对中国1991-2008年农业温室气体排放量进行了测算，表明种植业
排放量上升而
排放量下降，同期畜牧业
排放量均呈先升后降趋势。 关于农业能源和化学品碳排放的研究，李国志等(2010)测算了1981-2007年中国农业能源消耗
排放量，结果显示中国农业能源
排放量逐年上升，而碳排放强度总体上呈下降趋势。冉光和等(2011)将农业能源消耗与化肥等投入品纳入碳排放评价体系，研究发现改革开放以来我国农业生产碳排放以年均5%的速度增长。李波等(2011)基于化肥、农药、柴油等农业生产六个主要方面的碳源测算了我国1993-2008年的农业碳排放量，发现我国农业碳排放处于阶段性上升态势。黄祖辉等(2011)采用分层投入产出—生命周期评价法测算了2007年浙江省农业碳足迹，表明按照IPCC方法核算的农业碳排放只占农业总碳足迹的43.55%。田云等(2012)测算了1995-2010年我国农业碳排放总量和2010年我国31个省份农业碳排放量，显示我国农业碳排放总量呈较明显的“上升—下降—上升”三阶段特征，粮食主产省是我国农业碳排放的主要来源地。 上述研究多是将种养自然源与能源消耗碳排放分开核算，一些研究虽兼顾了水稻种植、畜牧养殖以及农业能源所导致的碳排放，但并未根据温室气体类型和产生机理对各种碳排放源进行类别和层次的梳理。本研究借鉴已有的成果，基于生命周期思想对农业碳排放活动进行界定和分类，继而构建出农业碳排放测算体系；采用碳足迹方法统筹核算农业自然源排放与能源消耗引起的碳排放，动态考察其数量变动和结构特征，有利于全面分析各种碳排放源在农业碳减排中的作用。在此基础上本文考察了农业碳排放强度的长期决定因素，以期为农业碳减排的进一步研究和相关政策制定提供参考依据。 二、农业碳排放量测算的分析框架 (一)农业碳排放测算体系的构建 1.农业温室气体界定。根据《IPCC国家温室气体清单指南》(2006)第四卷(农业、林业和其他土地利用)，农业部门排放的温室气体主要是
。计算碳排放量时，利用全球增温潜势(GWP)把各种温室气体折算为
②统一度量。 2.农业碳排放活动界定。从生命周期角度，农业部门从种养业生产到能源和投入品使用以及废弃物处理全过程中，产生碳排放的活动具体为：水稻种植和畜禽肠道发酵产生
，农田土壤施用氮肥产生
③，农业机械燃烧化石能源产生
，生产电力和化肥等投入品产生
，以及畜禽粪便管理和秸秆焚烧等农业废弃物处理活动产生
。 农业对净碳排放的贡献除生命周期内产生直接或间接的碳排放外，还包括农业碳固定和生物质能源的减排效应。因此，本文把农业技术和管理措施(主要是免耕、秸秆还田等固碳措施以及利用秸秆、粪便等农业废弃物制造生物质能源)的减排效应包括在农业碳排放测算体系中，对于净碳排放的测算将在农业碳排放总量中扣除减排效应。 3.农业碳排放活动分类。按照碳排放发生时间及其与工业投入品的关系可将农业碳排放分为3种形式：自然源排放、能源和农用化学品引起的碳排放以及废弃物处理产生的碳排放。农田施用氮肥引起
排放，化石能源燃烧产生
排放，属于农业生产使用能源和化学品引起的直接排放；电力在能源转化过程中、化肥等在生产和运输过程中产生大量碳排放，属于农业生产使用能源和化学品导致的间接排放。 本文在4种净碳排放形式基础上，按照碳排放来源将农业碳排放活动分为7类，每类碳排放活动包括若干种碳排放源，从而构建起由4种碳排放形式、7类碳排放活动和15种碳排放源组成的农业碳排放测算体系。以碳排放活动为测算主体，涵盖碳排放形式、碳排放源和温室气体种类的农业碳排放测算体系如表1所示。 (二)农业碳排放量的计算 1.农业碳排放量的计算方法。计算碳排放量的方法主要包括生命周期评价法(LCA)和投入产出法(IO)。在构建了农业碳排放测算体系后，只需收集两类数据：活动数据和排放系数，前者是碳排放源的数量，后者指单位碳排放源所排放的温室气体数量。
从生命周期角度出发计算的碳排放量可称之为碳足迹。应用LCA方法计算碳排放量的关键在于完整地界定碳排放活动，方法比较简便。IO方法主要用于分析能源消耗碳排放，所需数据量较大，方法相对复杂；且我国的投入产出表每5年公布一次，IO方法不能进行年度变动分析。因此本文主要基于生命周期思想并应用LCA方法计算农业碳排放量。 2.农业碳排放量的计算公式。计算各类活动碳排放量的公式为：
式中，
为第i类活动的碳排放量，
为每类活动中各排放源的数量，
为各排放源的排放系数，i和j分别表示活动类别和排放源类别，GWP为所排放温室气体的增温潜势。 将前6类碳排放活动的排放量加总，得到农业生产全生命周期内的碳排放总量，公式为：
在农业碳排放总量的基础上扣除减排效应可得到农业净碳排放量，计算公式为：
三、中国农业碳排放量：测算、结构与效率 (一)数据来源 水稻种植面积及农业生产使用化肥量的数据来自《中国统计年鉴》，牲畜饲养量④来自《中国农业年鉴》，农业生产使用柴油、汽油、煤炭、焦炭和电力量的数据来自《中国能源统计年鉴》，农业生产使用农药和农膜量的数据来自《中国农村统计年鉴》。各种碳排放源的碳排系数及系数来源如表2所示。
(二)测算结果 1.农业碳排放总量⑤。1985-2011年中国农业碳排放总量及其增长率变动趋势见图1。 除个别年份外，中国农业碳排放总量总体上呈逐年增长趋势，从1985年的6.99亿吨
增加到2011年的10.96亿吨
，增长了56.93%，年均增长2.19%。根据年度增长率大致可将农业碳排放总量变动分为3个时期：1986-1995年、1996-2005年和2006-2011年，其年度平均增长率分别为3.12%、1.29%和0.37%，这表明中国农业碳排放总量虽然总体上呈增长趋势，但其增长速度却在减缓。 2.农业碳排放结构。1985-2011年中国农业碳排放结构变动趋势见图2。 从排放活动看，最重要的农业碳排放活动是种养自然源排放(第一类)，但其所占份额正在下降，已由58.25%降至40.57%；其次是农用化学品隐含碳(第五类)，其份额不断上升，到2011年已增至16.74%。农田
排放(第二类)和动物粪便管理碳排放(第六类)所占份额相对稳定，分别在7%～12%和14%～18%范围内波动。 从排放形式看，能源和农用化学品引起的碳排放(第二、三、四、五类)份额不断上升，其比重已由28.02%增至43.66%。其中农用化学品引起的碳排放(第二、五类)由14.57%增至28.72%；农用能源碳排放(第三、四类)除1996-2001年低于10%外，大部分年份介于13%～15%；化石能源排放份额下降，电力排放份额上升。
图1 1985-2011年中国农业碳排放总量及其增长率变动趋势
图2 1985-2011年中国农业碳排放结构变动趋势 从温室气体种类看，
仍是中国农业生产最主要的温室气体，但其所占份额不断下降，
排放份额正迅速上升。农业
主要来自种养自然源和废弃物处理(第一类、第六类中的一部分)，其排放份额由60.29%降至43.89%；
主要来自能源和化学品使用(第三、四、五类)，其排放份额由20.33%增至31.68%；
排放(第二类、第六类中的一部分)在19%～26%范围内波动。 从测算方法看，国际惯例IPCC方法大大低估了农业对碳排放的贡献。按照IPCC分类方法，农业碳排放只包括水稻种植、畜禽养殖和农田
等非
类温室气体排放，而将能源和农用化学品引起的直接和间接
排放计入能源和工业生产。1985-2011年，按该方法计算的中国农业碳排放量(包括第一、二、六类)占农业碳排放总量的比重由79.67%降至68.32%。随着现代农业的发展，能源和农用化学品引起的碳排放比重不断增大，IPCC分类方法将越来越不能适应农业碳排放测算的需要。 3.农业碳排放效率。根据农业碳排放总量进一步得到反映农业碳排放效率的农业碳排放强度和农业碳排放密度(见图3)。其中农业碳排放强度指平均每万元农业GDP所产生的碳排放量，农业碳排放密度指平均每公顷播种面积上所产生的碳排放量。 1985-2011年，中国农业碳排放强度(2000年不变价格)由8.34吨
/万元降至4.65吨
/万元，降低了44.18%，农业碳排放强度的下降可看做农业碳排放效率的提高。同期农业碳排放密度由4.86吨
/公顷增至6.76吨
/公顷，增长了38.89%。
图3 1985-2011年中国农业碳排放效率 四、中国农业碳排放强度的决定机制 (一)分析框架 1.研究假说。前文构建了农业碳排放测算体系，并进行了中国农业碳排放量测算的实证分析，但尚未对农业碳排放量变动的原因作出解释。为此，本文以农业碳排放强度作为反映农业碳排放状况的指标，进一步分析其变动的原因。 关于碳排放决定因素的研究，目前相关文献已有不少，较多的研究使用指数分解法分析碳排放的决定因素，如Zhang等(2009)、李国志等(2010)、李波等(2011)、田云等(2011)；另一种常见思路是基于环境库兹涅茨曲线假说重点考察经济增长的影响，如Friedl等(2003)、Mills等(2009)；还有一些学者利用面板数据研究碳排放效率的决定，如王群伟等(2010)、魏梅等(2010)，然而在碳足迹核算基础上研究农业碳排放决定的尚不多见。 在现有研究基础上结合农业生产的特点，本文选取农用化肥结构、农业产业结构、农业公共投资和农用能源强度作为农业碳排放强度的决定因素，分别以氮肥用量占化肥总用量的比重、畜牧业产值占农业总产值的比重、国家财政用于农业的支出占农业总产值的比重和单位农业总产值的能源消费量表示，涉及到的产值指标均为按2000年不变价计算的实际产值。 本文提出如下假说：(1)由于氮肥导致
直接排放和较高的隐含
排放，农用化肥中氮肥比重下降将会降低农业碳排放强度，即氮肥比重对农业碳排放强度具有正向影响；(2)由于畜禽肠道发酵和粪便管理产生大量的
排放，农业产业结构中畜牧业比重上升将会提高农业碳排放强度，即畜牧业比重对农业碳排放强度具有正向影响；(3)政府投资是节能减排的重要资金来源，因此提高农业公共投资水平将会降低农业碳排放强度，即农业公共投资对农业碳排放强度具有负向影响；(4)能源强度反映了农业生产中的能源利用效率，能源强度低说明实现了低耗增长，由于能源消费是农业碳排放的重要来源，能源强度降低将促使农业碳排放强度下降。 2.模型选择及说明。本文从农用化肥结构、农业产业结构、农业公共投资和农用能源强度四个方面考察中国农业碳排放强度的长期决定，表3给出了各变量的定义及说明。 为避免数据剧烈波动，对其进行自然对数处理。基于对数化时序数据构建如下计量模型：
式中，LNY为经过自然对数处理的农业碳排放强度，
为经过自然对数处理的农业碳排放强度决定因素，
为截距项，
为系数项，μ为随机扰动项。 (二)实证分析 1.单位根检验。为考察数据平稳性，首先进行ADF单位根检验。检验结果显示，上述各变量1阶差分序列的ADF统计量均小于5%临界值，即各变量经过1次差分后均在5%的显著水平上通过ADF平稳性检验。可见，各变量均为1阶单整变量。
2.协整检验。上述变量具有相同的单整阶数，可以进行协整检验。最常用的检验方法是EG两步法和Johansen检验法。由于本文研究多变量的协整关系，因此采用Johansen检验。将最优滞后阶数确定为1阶，采用带确定性线性趋势且只有截距项的检验形式，结果如表4所示。
迹检验和最大特征根检验均显示，在5%的显著性水平上拒绝不存在协整关系的假设，即
和LNY之间存在长期均衡关系，可以建立协整方程。 3.模型结果分析。反映农业碳排放强度与其决定因素关系的协整方程为：
分析标准化协整系数可以发现：(1)氮肥在化肥中的比重与农业碳排放强度呈长期稳定的正向关系，且其影响程度明显高于其他变量。化肥是农业碳排放的重要来源，氮肥由于产生
排放和较高的隐含碳排放而成为化肥中最重要的碳排放源；此外，控制氮肥比重和调整化肥结构能够在降低碳排放的同时起到增产增收效果，从而大大降低农业碳排放强度。(2)畜牧业在农业中的比重与农业碳排放强度呈长期稳定的正向关系，即畜牧业比重上升将提高农业碳排放强度，但在统计上并不显著。这反映出畜牧业高碳排放的现状，由于畜禽肠道发酵和粪便处理产生大量的
排放，单位畜牧业产值的碳排放高于单位农林渔业产值的碳排放，故而在长期中畜牧业比重上升将推动农业碳排放强度提高。(3)农业公共投资水平与农业碳排放强度呈长期稳定的负向关系，即长期中提高农业公共投资水平能够降低农业碳排放强度，但其影响程度并不高。这表明，目前我国农业公共投资对农业节能减排已经产生了一定的影响，但其作用还有待进一步加强。这可能源于大量的农业公共投资并未用于节能减排，或很多因素导致财政支出效率不高。(4)农用能源强度与农业碳排放强度呈长期稳定的正向关系，即万元农业GDP能耗量的下降有利于降低农业碳排放强度。这意味着能源消耗作为农业碳排放重要来源的作用得到了验证，可以通过提高能源利用效率和减少能源消耗来降低农业碳排放强度。 五、结论与启示 (一)研究结论 1.中国农业碳排放总量呈上升趋势，农业碳排放强度呈下降趋势，农业碳排放结构中能源和农用化学品引起的碳排放比重不断上升，农业碳排放逐渐从主要来自种养自然源发展到能源和农用化学品与种养自然源排放比重大致相当的状况。在能源和农用化学品引起的碳排放已占农业碳排放总量40%以上的现代农业中，将其排除在农业碳排放核算之外的IPCC分类方法已明显不能适应农业碳减排理论研究和政策制定的要求，而从生命周期角度出发的碳足迹核算是农业碳排放测算的较好方法。 2.农用化肥结构、农业产业结构、农业公共投资和农用能源强度与农业碳排放强度存在协整关系。从长期看，氮肥在化肥中的比重、畜牧业在农业中的比重和单位农业产值的能源消费量对农业碳排放强度具有正向影响，降低氮肥比重和农用能源强度、适当调整畜牧业比重能起到降低农业碳排放强度的效果，其中控制氮肥施用的效果最大；农业公共投资对农业碳排放强度具有负向影响，增加农业公共投资能在一定程度上降低农业碳排放强度。 (二)政策启示 1.综合考虑粮食安全和减排效果，农业节能减排应该把调整化肥结构和降低能源强度作为重点，为此应在控制氮肥施用和降低能源消耗上采取措施。在控制氮肥施用方面，可考虑以测土配方施肥技术的推广应用为核心，继续推广氮肥减施、精准施肥、水肥一体化和缓释肥、长效肥、硝化抑制剂等减排技术和新型肥料；在降低农用能源消耗方面，可考虑增加对节能环保农业机械的补贴力度，支持农机合作社的发展。 2.由于增加农业公共投资能在一定程度上起到减排效果，政府可考虑将公共投资适当地向农业节能减排领域倾斜，通过资金和技术支持的方式扶持农业节能减排项目。鉴于生物质能源和保护性耕作技术能够在减少碳排放的同时替代化石能源并增加碳汇，从而发挥双重减排作用，可考虑重点围绕生物能源利用和保护性耕作技术推广增加投资。除公共投资外，也可考虑引导农业市场主体利用国内外碳市场的资金和技术，比如清洁发展机制(CDM)、芝加哥气候交易所(CCX)等农业碳减排项目促进中国农业节能减排和低碳发展。 ①温室气体包括二氧化碳(
)、甲烷(
)、氧化亚氮(
)、氢氟碳化物(
)、全氟碳化物(
)和六氟化硫(
)等，农业温室气体主要包括二氧化碳(
)、甲烷(
)和氧化亚氮(
)。本文中的碳排放即温室气体排放。 ②
是测算不同温室气体排放量的度量单位，通过将某种温室气体的数量乘以其全球增温潜势(GWP)得到。根据IPCC第四次评估报告(2007)，
。本文测算的碳排放量统一用
折算和度量。 ③农田土壤
排放包括土壤本底
排放和肥料
排放，本文只计算肥料
排放，不考虑土壤本底
排放。产生
的肥料包括氮肥和含氮复合肥，复合肥含氮量按1/3折算。 ④本文参照胡向东等(2010)的做法，当出栏率大于或等于1时，饲养量采用出栏量调整；当出栏率小于1时，饲养量采用年来存栏量调整。某些年份个别牲畜品种的存栏量数据缺失，本文取其前三年的平均值。 ⑤由于无法获得确切的秸秆焚烧量，本文在计算农业碳排放总量时未包括秸秆焚烧产生的碳排放量；且由于难以获得连续的免耕和秸秆还田面积，本文未在农业碳排放总量中扣除减排效应。
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