河南省農業碳排放動態變化及預測研究

摘 要 基于農業生產中翻耕、灌溉、化肥、農藥、農膜和農用柴油等6個方面碳源，測算了河南省1993—2015年的農業碳排放量及排放強度。結果表明：河南省農業碳排放總量整體呈上升趨勢，碳排放總量由1993年的347.09×104 t增加到2015年的874.59×104 t，年均增長4.32%，總體上呈“高速-中速-低速”三階段演化特征。農業碳排放強度從1993年的每公頃484.11 kg增加到2015年的每公頃1 073.21 kg，年均增長3.72%。河南省農業碳排放總量與經濟發展呈典型的倒“U”型曲線關系，且開始出現拐點，但不明顯。灰色預測模型顯示，2016—2020年，河南省農業碳排放總量將由1 002.85×104 t增加到1 184.01×104 t。建議河南省采取有效措施，實現農業碳減排。

關鍵詞 農業碳排放總量；農業碳排放強度；環境庫茲涅茨曲線；灰色預測；河南省

中圖分類號：X705 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2017.22.007

知網出版網址：http：//kns.cnki.net/kcms/detail/50.1186.S.20170818.1918.026.html 網絡出版時間：2017/8/18 19：18：00

近年來，氣候變化已成為人類社會普遍關注的全球性問題[1]。全球氣候變化的主要原因在于人類對能源和自然資源的過度使用和開發，造成大氣中溫室氣體濃度的迅速增長[2]。農業生產過程中由于土地翻耕、灌溉等活動和化肥、農藥等物質投入會直接或間接導致溫室氣體的排放，已成為溫室氣體排放的重要源頭[2-4]。農業在我國國民經濟中起著重要的作用，近年來隨著我國農業的快速發展，化肥、農藥、農膜等農用物資的使用量也不斷增加，這導致農業碳排放量逐年增加。據統計，我國農業溫室氣體排放占全國溫室氣體排放總量的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%[5]。因此，農業碳減排不僅關系到農業可持續發展，也影響到中國整體碳減排目標的實現，對于農業碳排放問題的研究也日益成為學術界熱點，并在農業碳排放測算及特征分析、農業碳足跡問題及農業碳排放驅動機理等方面取得了諸多成果[6-8]。與第二和第三產業相比，農業碳排放的相關研究成果較少，目前的研究主要基于國家尺度且主要集中在東部等發達地區。

河南省在我國農業生產中占有舉足輕重的地位，長期的高強度生產使河南省農業生產面臨著嚴重的資源環境等問題。本文以河南省為研究對象，從農用柴油、化肥、農膜、農藥、翻耕和灌溉等6個方面構建河南省農業碳排放測算體系，定量計算分析河南省1993—2015年農業碳排放數量和碳排放強度的變動特征，建立河南省農業碳排放總量的環境庫茲涅茨曲線（EKC），最后基于GM（1，1）灰色預測模型，預測未來河南省的農業碳排放量，以期為制定河南省農業碳減排對策、實現低碳農業發展提供參考依據。

1研究方法與數據來源

1.1農業碳排放量及碳排放強度估算

1.4數據來源

河南省1993—2015年的化肥（折純量）、農膜、農藥及農用柴油等數據來自《河南統計年鑒》《河南農村統計年鑒》，以當年實際使用量為準，翻耕數據用當年農作物總播種面積替代，農業灌溉以有效灌溉面積為準。

2河南省1993—2015年農業碳排放量動態分析

采用農業碳排放量估算公式測算出1993—2015年河南省農業碳排放量及排放強度，結果見表1。

2.1農業碳排放總量變化

從農業碳排放總量來看（見圖1），1993—2015年，總體上處于上升態勢。從1993年的347.09×104 t增長到2015年的874.59×104 t，增長151.98%，年均增速4.32%。各碳排放源（化肥、農藥、農膜、農用柴油、翻耕和灌溉等）的碳排放量也都不同程度地增長，年均增速分別為4.13%、4.12%、6.91%、5.42%、0.81%、1.48%。河南省農業碳排放總量總體上呈“高速-中速-低速”三階段變化特征：第一階段1993—1998年，為快速增長期，碳排放量快速增加，從1993年的347.09×104 t增長到1998年的485.08×104 t，年均增速6.95%；第二階段1999—2009年，為中速增長期，從1999年的509.33×104 t增長到2009年的774.23×104 t，年均增速4.35%，其中2003年為異常點，該年份河南省農業生產遭受嚴重自然災害影響，農業投入減少，造成農業碳排放環比增速出現負值；第三階段2010—2015年，碳排放量緩慢增長，由2010年的805.61×104 t增長到2015年的874.59×104 t，年均增速2.06%。

2.2農業碳排放總量的EKC曲線分析

1991年，美國經濟學家Grossman和Krueger等人首次利用庫茲涅茨曲線來定量描述環境污染與經濟發展的關系，即環境庫茲涅茨曲線（Environmental Kuznets Curve，縮寫為EKC）[10]。經典的EKC假設認為人均收入與環境污染之間表現為“倒U型”關系，也即隨著經濟的發展，環境狀況先惡化后改善。參照標準的EKC模型原理，利用河南省1993—2015年的時間序列數據建立包含一次項、二次項和三次項的農業碳排放EKC曲線回歸模型：

式中，E為農業生產碳排放總量，x為人均GDP，α0、α1、α2和α3分別為待估參數，ε為隨機誤差項。應用SPASS20.0統計軟件，以人均GDP為自變量，以農業碳排放總量為因變量，分別選用線性、二次項和立方對碳排放和人均GDP進行回歸分析和檢驗，結果表明農業碳排放總量與人均GDP之間的二次函數曲線關系效果最好，各參數均能通過1%水平的顯著性檢驗，R2=0.965 8，F=536.599，P=0，二者的計量模型函數如圖2所示。從圖2中可知，農業碳排放總量與人均GDP變化關系符合二次函數，二者呈倒“U”型曲線關系，取農業碳排放總量擬合函數的導數，得出擬合函數曲線的拐點在人均GDP為3.364 5萬元、農業碳排放總量為862.362 1×104 t的臨界處。這表明，當河南省人均GDP小于3.364 5萬元的臨界水平時，隨著人均GDP的上升，農業碳排放總量將增加，當人均GDP超過臨界水平時，河南省農業碳排放總量才有可能出現下降趨勢。從圖2的EKC曲線可以看出，該倒“U”型EKC曲線僅僅開始顯現拐點的跡象，但并不明顯，如果河南省農業化肥、農藥、農膜等投入持續增長，農業碳排放將會反彈。因此需采取措施減緩農業碳排放的壓力。

2.3農業碳排放強度變化

與農業碳排放總量變化相似，農業碳排放強度也呈持續增長態勢（見表1）。從1993年的每公頃484.11 kg增加到2015年的每公頃1 073.21 kg，增長121.69%，年均遞增3.72%，低于農業碳排放總量的環比增長率，農業碳排放強度的環比增速總體亦呈現階段性下降趨勢。

3河南省農業碳排放量未來預測

3.1預測模型構建與精度檢驗

基于灰色預測模型GM（1，1）原理，結合河南省1993—2015年農業碳排放量數據，以表1中的翻耕、灌溉、化肥、農膜、農藥和農用柴油6種碳源的碳排放量為原始數列，其中翻耕、灌溉和化肥通過了級比檢驗，對農藥、農膜和農用柴油數據進行開方，開方后的數據列的級比均在X=（ e-2/n+1，e2/n+1）=（ 0.920 0，1.086 9）的區間內，通過檢驗。應用Excel軟件進行統計分析和計算，分別得到翻耕、灌溉、化肥、農藥、農膜及農用柴油6種碳源的碳排放量預測結果（見表2）。

采用后驗差檢驗法對河南省農業碳排放6種碳源碳排放量的灰色GM（1，1）預測模型進行精度檢驗，經過計算，得到6個預測模型的均方差比C與小概率誤差P（見表3），檢驗結果較好，表明預測模型能應用于實際未來預測。

3.2預測結果及分析

根據表2中的碳排放量預測模型，直接獲得翻耕、灌溉和化肥3項碳源碳排放的灰色預測數據，將農膜、農藥、農用柴油數據求平方，獲得該3項碳源的碳排放量預測值，將6項碳源的碳排放量預測值相加得到河南省2016—2020年農業碳排放總量預測值，列于表4。預測2020年，農業碳排放總量將達1 184.01×104 t，較2015年增長35.38%。因此，建議河南省采取有效措施，改變現有的農業生產發展模式，改善農業生產結構，加強農業科學技術發展，否則，河南省農業碳排放量將不斷加大，農業碳減排形勢將更加嚴峻。

4結論

1）河南省農業碳排放總量由1993年的347.09×104 t增加到2015年的874.59×104 t，增長151.98%，年均增速4.32%，農業碳排放總量總體上呈“高速-中速-低速”三階段變化特征；河南省農業碳排放強度從1993年的每公頃484.11 kg上升到2015年的每公頃1 073.21 kg，增長121.69%，年均增速3.72%。

2）河南省農業碳排放總量與人均GDP變化關系符合二次函數，二者呈典型的倒“U”型曲線關系，曲線拐點在人均GDP為3.364 5萬元、農業碳排放總量為862.362 1×104 t的臨界處。農業碳排放總量的倒“U”型EKC曲線僅僅開始顯現拐點的跡象，但并不明顯。

3）根據灰色預測模型預測，2016—2020年，河南省各農業碳源碳排放量將繼續增長，農業碳排放總量將由1 002.85×104 t增加到1 184.01×104 t。建議河南省采取切實有效的措施，改變現有的農業生產發展模式、提高農業資源能源利用效率，調整農業生產結構，加強農業科學技術發展，建立健全農業減排政策法規體系，有效實現農業碳減排。

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（責任編輯：丁志祥）