新疆農業碳排放與農業經濟增長的響應關系

張紅麗， 劉 芳

(1.石河子大學農業現代化研究中心，新疆石河子 832000； 2.石河子大學經濟與管理學院，新疆石河子 832000)

近年來，全球氣候變暖的主要原因是人類活動引發二氧化碳等溫室氣體的大量增加。已有研究表明二三產業是二氧化碳等溫室氣體的第一大排放源，農業是第二大排放源。我國農業碳排放已占全國碳排放總量的17%[1]，農田系統所產生的碳排放量占農業碳排放總量的34.29%[2]。因此，減少農田系統碳排放量有助于碳減排總目標的實現。為了完成我國所承諾的“到2030年每單位GDP二氧化碳排放量比2005年下降60%～65%”的減排目標，不僅要在二三產業領域節能降耗，也要挖掘農業系統的減排潛力。因此，掌握農業系統碳排放量情況，洞悉農業碳排放與農業經濟增長的關系，進而識別影響農業碳排放的因素有助于制定合理的減排政策，促進碳減排總目標的實現。

眾多學者圍繞農田系統或農地利用碳排放問題展開研究，在內容上主要涉及碳排放量的測算[3]、碳排放影響因素的分解[4-5]、農業碳排放與農業經濟增長關系[6-7]、碳排放的公平與效率問題[8]、不同生計方式農戶的碳足跡[9]、農業碳匯生態補償機制[10]、土壤碳減排潛力[11-12]以及土地利用變化引起的碳排和碳匯效應[13-14]等方面。這些研究成果側重于全國范圍內農業碳排放量的測算、對比，鮮見對地多人少、生態壞境脆弱的西部干旱區農業碳排放的研究。新疆是我國重要的糧棉果畜生產基地，近十幾年由于農業現代化進程加快、農業機械的大力推廣、農藥和化肥等化石能源物的大量投入，以及牲畜養殖規模的不斷擴大，農業系統直接或間接產生的碳排放量不斷累積，影響著區域氣候變化及人類的生活。本研究對新疆2000—2015年農業碳排放總量、碳排放強度和2015年14個地州的農業碳排放量進行了測算，基于Tapio脫鉤理論檢驗新疆農業碳排放量的變動對農業經濟增長的敏感性，并運用LMDI模型分解影響新疆農業碳排放的因素，以期為提升我國西部干旱區農業碳減排潛力提供理論依據。

1 研究方法及數據來源

1.1 研究方法

1.1.1 農地利用碳排放的測算 農地利用過程中的碳排放源于農業生產資料投入、農業能源消耗、農地翻耕水稻種植和秸稈焚燒等環節[2]。由于新疆的秸稈絕大部分做還田處理，做生活燃料的秸稈比重很小，而且缺乏統計數據。因此本研究只統計新疆農膜、農藥、化肥、農用柴油、翻耕和水稻引發的碳排放。碳排放量的計算公式如下：

C=∑Ci=∑Siβi。

(1)

式中：C為碳排放總量，Ci為各類碳源的碳排放量，Si、βi分別是各類碳排放源的數量和碳排放系數[15]。各類碳排放系數借鑒國內外學者的研究成果，見下表1。

表1 農地利用主要碳源及碳排放系數

1.1.2 畜牧養殖碳排放 畜牧養殖業排放的溫室氣體主要是牲畜腸道發酵和牲畜糞便管理所產生的甲烷(CH4)和二氧化氮(NO2)。新疆的牲畜主要有牛、馬、驢、豬、山羊和綿羊，相關溫室氣體的排放系數參見IPCC報告，如表2所示。

表2 主要牲畜品種對應的碳排放系數

1.1.3 脫鉤關系模型 脫鉤理論是用于評估經濟增長與資源消耗或環境污染之間聯系的基本理論[16]。碳排放脫鉤意味著實現經濟增長和降低能源消耗的雙贏結果。碳排放脫鉤狀態以脫鉤彈性表示，即二氧化碳的變化量與經濟增長變化量的比值，反映了二氧化碳變化率對經濟增長變化率的敏感程度。基于脫鉤理論，構建新疆農業碳排放和農業經濟增長之間的脫鉤彈性公式如下：

(2)

式中：e表示脫鉤彈性，CO2表示農業系統CO2的排放量，AEG表示農業和牧業產值之和。

具體的脫鉤類型及其彈性值見圖1。其中，Ⅰ為弱脫鉤，ΔCO2>0，ΔAEG>0，0≤e<0.8；Ⅱ為擴張連接，ΔCO2>0，ΔAEG>0，0.8≤e≤1.2；Ⅲ為擴張負脫鉤，ΔCO2>0，ΔAEG>0，e>1.2；Ⅳ為衰退脫鉤，ΔCO2<0，ΔAEG<0，e>1.2；Ⅴ為衰退連接，ΔCO2<0，ΔAEG<0，0.8≤e≤1.2；Ⅵ為弱負脫鉤，ΔCO2<0，ΔAEG<0，0≤e<0.8；Ⅶ為強負脫鉤，ΔCO2>0，ΔAEG<0，e<0；Ⅷ為強脫鉤，ΔCO2<0，ΔAEG>0，e<0。

1.1.4 LMDI分解法 相比其他分解方法，對數平均迪氏指數(logarithmic mean divisia index，LMDI)分解法具有路徑獨立、殘差為零、增強模型說服力等獨特優勢，在研究中被廣泛運用。基于此，本研究遵循LMDI分解框架，對新疆農業碳排放的影響因素進行如下分解：

(3)

式中：CO2為農業二氧化碳排放總量；AEG為農業和牧業產值之和；NLMY為農林牧漁業總產值；L為農業從業勞動力總量。PF、SF、EF分別表示農業生產效率因素、農業產業結構因素、農業經濟發展因素。第t期的CO2排放量(CO2t)相對于基期排放量(CO20)的變化可以表示為

ΔCO2=CO2t-CO20=ΔCPF+ΔCSF+ΔCEF+ΔCL；

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

式中：ΔCPF、ΔCSF、ΔCEF、ΔCL表示各因素對CO2排放總量變化的貢獻值。

1.2 數據來源

本研究中農膜、農藥、化肥、農用柴油、翻耕面積、農業產值、牧業產值、農林牧漁業總產值以及農業從業勞動人口數據均出自2001—2016年《新疆統計年鑒》和各地、州、市的2016年統計年鑒及國民經濟公報。其中，農用化肥施用量為折純量，翻耕面積以各地當年農作物實際播種面積為準，農業從業勞動人口數量以第一產業從業人數為準，牛、馬、驢、豬、山羊、綿羊的數量以各年牲畜年底頭數為準。為了剔除價格變化影響，以2000年為基準年，將各年農業產值、牧業產值及農林牧漁業總產值換算成實際總產值。

2 研究結果分析

2.1 新疆農業碳排放變化及特征分析

2.1.1 時序變動特征 根據上文的碳排放系數和計算公式，本研究測算了新疆農地利用、水稻種植和畜牧養殖過程中的碳排放量，如表3和表4所示。從表4中可以看出，2000—2015年新疆農業碳排放量總體上呈上升趨勢，同時呈現“上升—下降—上升”的3個階段特征，具體表現為以下幾點。

如表3所示，農地利用的碳排放量由2000年的 147.52×107kg增長到2015年的427.29×107kg，年均增速為7.35%，由于農膜、農藥、化肥、農用柴油大量投入物的使用和翻耕而引發的碳排放量年均增速分別達到7.72%、4.37%、7.91%、5.31%和4.04%。從農地利用的結構上看，2000—2015年，化肥使用引起的碳排放量達到2 088.28×107kg，占農地利用碳排放總量的50.96%，農膜使用引起的碳排放量達到288.60×107kg，占總量的31.64%，農用柴油產生的碳排放量達到549.40×107kg，占總量的13.41%，份額相對較少的是農藥和翻耕產生的碳排放量，比重分別為3.45%和0.54%。無論從年均增速，還是碳排放比重角度排序，化肥投入產生的碳排放量均居首位。此外，與畜牧養殖碳排放量相比，農地利用的碳排放量年均增速快得多，反映出新疆提高農地產出水平的手段更多依靠化肥、農膜等大量投入。新疆屬于干旱區，不適宜大面積種植水稻，水稻引發的碳排放量較少。由表4可知，因水稻種植面積的調減引發的碳排放量由2000年的9.01×107kg降到2015年的7.62×107kg，年均遞減率是1.29%。

表3 2000—2015年新疆農地利用碳排放量及各碳源比重情況

表4 2000—2015年新疆農業碳排放總量及碳排放強度

畜牧養殖產生的碳排放在2000—2015年呈現“上升—下降—上升”3個階段變化特征，成為新疆農業碳排放的第一大碳源。2000—2005年為第1階段，由于牛、豬、山羊和綿羊的養殖數量不斷增長，從而引發碳排放量的增長，由2000年的531.74×107kg增至2005年的最高點647.23×107kg。2006—2011年為第2階段，從2006年碳排放量開始慢慢下降，減至2011年的437.11×107kg。2012—2015年為第3階段，由于畜牧養殖結構的調整，從而引發碳排放量由2012年的504.08×107kg開始慢慢上升至2015年的553.54×107kg。

農業碳排放強度是農業碳排放量與農作物總播種面積的比值。碳排放強度整體上看是呈下降態勢，具體呈現出“先上升—后下降—又上升”的3個階段特征，碳排放強度先由2000年的2 031.02 kg/hm2上升至2005年的 2 276.17 kg/hm2最高點，然后從2006年的2 059.60 kg/hm2開始慢慢下降至2011年的1 515.78 kg/hm2，到2015年緩慢回升到1 613.52 kg/hm2的強度水平。盡管新疆農業碳排放總量整體上是上升的，但是由于農業播種面積在15年間一直不間斷增長，因此碳排放強度反而是下降的。

2.1.2 空間差異特征 本研究進一步測算新疆14個地、州、市2015年的農業碳排放量和碳排放強度，如表5所示。相關特征分析如下：(1)強度差異：碳排放強度不受農業生產規模和資源稟賦的影響，能客觀反映一個地區的碳排放水平，有利于區域橫向的比較。測算結果表明新疆農業碳排放強度有“北高南低東居中”的特點，強度最大的是烏魯木齊，為 5 894.67 kg/hm2，盡管該地區碳排放總量不是最多，但其相對較少的農作物播種面積拉升了碳排放強度。根本原因是該地區單位農地生產率的提高更多依賴化肥等生產資料的高投入。碳排放強度最低的是阿克蘇地區，為1 587.01 kg/hm2。碳排放強度也可以分為3個等級：①強度大于4 000 kg/hm2的地區，包括烏魯木齊、博州。②強度介于2 000～4 000 kg/hm2的地區，包括伊犁、克州、阿勒泰、和田、吐魯番和哈密。③強度在2 000 kg/hm2以下的地區，包括克拉瑪依、巴州、昌吉、塔城、阿克蘇和喀什。(2)結構差異：從碳排放的結構看，按各碳源對應總量的占比大小分為3類：①種植業主導地區，包括烏魯木齊、博州、巴州和阿克蘇。②畜牧養殖主導地區，包括克州、阿勒泰、伊犁、和田、哈密。③復合型地區，即種植業和畜牧業碳排放量比重相當的地區，有昌吉、吐魯番、克拉瑪依、塔城和喀什地區。

表5 2015年新疆各地、州、市農業碳排放量及碳排放強度

2.2 新疆農業碳排放與農業經濟增長之間的響應關系分析

根據Tapio脫鉤彈性公式，得出2001—2015年新疆農業碳排放變動與農業經濟增長之間的脫鉤狀態，如表6所示。15年間，新疆農業碳排放與農業經濟增長之間的脫鉤類型呈現出“強負脫鉤-弱脫鉤-擴張連接”不斷變化演進的關系，以弱脫鉤為主，兼有強脫鉤和擴張連接，表明新疆農業經濟增長更多依賴農業物質投入的增加，雖然進行了農業結構調整，但是對環境造成的壓力依舊很大。具體可以分為3個階段：(1)不穩定階段(2001—2004年)。這段時期內新疆農業碳排放變動與農業經濟增長之間的關系經歷了由強負脫鉤到弱脫鉤再到擴張連接的動態變化過程，具體表現為農業經濟增長率由負轉正，二氧化碳排放量增長率逐年增加，到2004年開始下降。主要因為這一階段新疆農業生產機械化程度的提高及豬牛羊等牲畜養殖數量的增長，農業碳排放年均增幅在4%以上，而農業經濟增長波動加大，增幅在-6%～32%之間，造成農業碳排放與農業經濟增長之間的不穩定關聯關系。(2)脫鉤階段(2005—2010年)。該階段主要是由弱脫鉤到強脫鉤轉變的過程。農業碳排放量增速大大緩于農業經濟增長速度，進入一種以相對低投入而高產出的優化狀態。這時期主要由于農業種植結構得到優化調整以及節水灌溉技術的大力推廣，在一定程度上減少了農業碳排放。(3)不穩定階段(2011—2015年)。2011年CO2排放量比上一年增長2.19%左右，但由于農業經濟出現負增長，所以出現強負脫鉤的狀態，之后3年里農業經濟增長逐漸恢復，但CO2排放量增長率經歷高一年低一年的波動狀態，這一階段牲畜養殖數量出現由少到多的波動，而農業投入物處于穩步增加的狀態，因此使得脫鉤關系呈現擴張鏈接和弱脫鉤交替出現的特征。

表6 2001—2015年新疆農業碳排放脫鉤狀態

2.3 基于LMDI模型的碳排放成因分析

基于所獲得的原始數據和前文測算的歷年農業碳排放量，運用LMDI模型對新疆農業碳排放的影響因素進行了分解，如表7所示。

農業生產效率因素有效地抑制了新疆農業碳排放的增加，是促進農業碳減排的關鍵性因素。與2000年相比，2001—2015年農業生產效率因素累計實現了4 180.90×107kg 的碳減排，這意味著，其他因素不變，提升農業生產效率會促使農業碳排放年均下降278.73×107kg。

表72001—2015年新疆農業碳排放因素分解

×107 kg

與農業生產效率相比，農業產業結構調整對新疆農業碳減排的貢獻小得多，且不同年份的貢獻值差異較大。農業產業結構調整累計實現了81.59×107kg的碳減排，說明在其他因素不變的條件下，調整農業結構有利于農業碳排放年均下降5.44×107kg。瓜果、蔬菜種植面積增加，促使農藥、農膜和化肥的大量使用，間接引發新疆農地利用碳排放的增加，增加經濟作物而調減糧食作物種植也是農業結構調整的方向，這些因素綜合起來，使得新疆農業產業結構調整對農業碳減排的貢獻較小。

農業經濟發展因素對新疆農業碳排放總量貢獻為正值，表明農業經濟的迅速發展是導致新疆農業碳排放量增加的主要因素。相比于2000年，2001—2015年農業經濟水平的提升累計引發4 455.88×107kg的碳增量，表明其他因素不變時，農業經濟發展促使碳排放年均遞增297.06×107kg。新疆是我國的農業大省和重要的糧棉果畜基地，農業在新疆國民經濟發展中的比重很大，穩步推進農業現代化發展，促進農民增收依然是新疆今后一段時間內堅持的基本方向。因此，推進農業碳減排不是以犧牲農業經濟增長為代價，而是應該通過大力植樹造林、退耕還林還草等措施增加碳匯。

農業勞動力也是促進新疆農業碳排放量增加的一個因素。2001—2015年農業經濟水平的提升累計引發907.30×107kg的碳增量，表明其他因素不變時，農業勞動力的增加促使碳排放年均遞增60.49×107kg。據2016年新疆統計年鑒數據，新疆農業從業人員由2000年的387.90萬人持續增長至2015年的526.82萬人，年均增速為2.06%，大量的農業從業人員的投入成為農業碳排放的驅動因素之一。根據2016年新疆統計年鑒數據計算，雖然農業從業人員占全社會從業人員的比重由2000年的57.68%持續下降為2015年 45.38%，有相當一部分農業勞動力已經轉移到二三產業，這表明農村勞動力的轉移在新疆區域內尚未產生促進碳減排的作用。隨著經濟的發展，農村勞動力的轉移能否真正促進碳減排還有待進一步驗證。

3 結論與建議

3.1 研究結論

2000—2015年間新疆農業碳排放總量在保持總體上升趨勢的同時又呈現“上升—下降—上升”的3階段特征。畜牧養殖是新疆農業系統的第1大碳排放源，畜牧養殖產生的碳排放在近15年內也呈現“上升—下降—上升”3階段動態特征。農地利用是第二大碳排放源。碳排放強度整體上看是呈下降態勢。

新疆農業碳排放空間差異大，主導產業影響碳排放量。從強度看，有“北高南低東居中”的特點。從結構看，烏魯木齊、博州、巴州和阿克蘇是種植業主導地區，克州、阿勒泰、伊犁、和田、哈密是畜牧養殖主導地區，昌吉、吐魯番、克拉瑪依、塔城和喀什地區屬于復合型地區。

新疆農業碳排放與農業經濟增長之間的脫鉤關系呈現出“強負脫鉤—弱脫鉤—擴張連接”不斷變化演進的特征。農業生產效率的提升和農業產業結構的調整有利于農業碳減排，而農業經濟發展水平的提高是農業碳排放增加的主要驅動力，農業從業人員的增加也引起農業碳排放的增多，隨著農村勞動力的不斷轉移，能否起到碳減排的作用，還有待進一步驗證。

3.2 主要建議

本研究主要提出以下建議：(1)積極發展低碳農業，促進農業的可持續發展。低碳農業追求農業經濟系統和生態系統的耦合，倡導農業生產過程的低耗、低排、低污和碳匯。通過探索生物多樣性農業、循環農業、有機農業、有機牧場的發展路徑，有利于發揮農業的綠色生產、氣候調節、生態涵養和休閑體驗等多功能作用，進而實現農業的可持續發展。(2)加大農業產業結構調整，發展特色高效農業。由于南北疆資源稟賦有差異，因此要因地制宜，發揮各、地、州優勢資源。由種植棉花、玉米等傳統農作物轉向有機果蔬的種植，進一步加大林果業種植面積，帶動果蔬加工產業發展，既促進農民增收，又發揮林木維護生態平衡的作用。(3)推廣先進的農業生產技術，轉變農業生產方式。通過因素分解可知，農業生產效率的提升有利于農業碳減排。要提高農業生產效率，就要依賴科技進步，大力發展農業精準節水灌溉、生物滅蟲、測土配方施肥、水肥一體化和保護性耕作等先進農業生產技術和生產方式。(4)堅持退耕還林還草，完善生態補償制度。新疆是生態脆弱區，通過把生態承受力弱、不適宜耕種的陡坡地退下來，種上林草，是防治水土流失、固碳增匯和應對氣候變暖的重要措施，同時也有利于新疆特別是南疆連片特困區農戶的脫貧致富。此外完善相關生態補償制度，考慮建立以公共財政為主的農業減排增匯生態效益補償機制[17]，制定合理的生態補償標準和補償方式，發揮生態補償的激勵作用，提高農戶營林營草的積極性。