耕地利用轉型對農業碳排放的影響研究

江艷軍，黃 英

（濟南大學商學院，山東濟南250002）

近年來，二氧化碳所導致的全球氣候變暖越發嚴重，低碳、循環和綠色發展已經成為各國制定治國方略的重要戰略舉措。農業生產是人類生產、生活的必要活動，農業耕種和土地利用結構變化均是碳排放的重要來源。據學者測算，由于土地使用產生的二氧化碳超過人為碳排放量的30%[1]。隨著鄉村振興戰略的實施，耕地利用轉型發展已成為中國土地利用的新方向和主要趨勢。耕地利用轉型主要包括顯性形態和隱性形態2種。顯性形態變化主要指耕地的空間結構和數量的改變，而隱性形態包括耕地的產權歸屬、經營方式、土壤質量和投入產出性能等屬性[2]，耕地利用轉型將導致農業碳排放和農作物植被碳匯性能的重要變化，同時對相關農業碳排放產生重要影響。因此，深入研究耕地利用轉型對農業碳排放的影響顯得尤為迫切和必要。目前，國內外學者對土地利用結構變化的碳效應研究已經取得一定成果。蘇洋等[3]利用新疆1993—2010年數據測算中國各地區農地利用的碳排放量并對引起碳排放的驅動因素進行研究。洪凱和朱子玉[4]測算并研究了珠江三角洲1996—2014年土地利用的碳排放量及影響因素，認為農業勞動力能有效減少二氧化碳的排放。張苗等[5]通過建立STIRPAT模型研究人口總量、能源強度和土地利用強度等因素對碳排放的影響。李玉玲等[6]借助LMDI分解法分析土地利用碳排放的影響因素和脫鉤效應。劉慧靈等[7]基于低碳視角利用灰色多目標線性規劃法研究了土地利用優化方案對生態環境的影響。楊皓然和吳群[8]利用混合方向性距離函數模型探討了江蘇省土地利用轉型的生態效率問題。Wang等[9]探討了城鎮化與能源消費對碳排放的影響。Wettestad[10]分析了以公司為中心的歐盟碳排放交易與全球氣候之間的關系。王琦等[11]對1996—2014年南京市農地利用的碳排放總量進行計算與預測，發現該地區農業碳排放總體呈下降趨勢。West和Marland[12]、Aajali和 Rattan[13]對將來農業生產過程中碳排放的變化趨勢和地區差異進行預測與展望。王剛等[14]利用成都縣域遙感圖像統計數據對碳排放與經濟發展之間的協調關系進行研究。張志高等[15]分析了河南省1993—2014年的農業碳排放強度及與經濟發展的關系。高標等[16]運用EKC模型實證分析了白城市農業碳排放經濟增長的空間演變過程。吳金鳳和王秀紅[17]利用系數法和文獻綜述法探討了1995—2015年寧夏鹽池縣在不同經濟發展水平下的空間差異性。姚成勝等[18]認為GDP增長、農業碳排放量與科學技術投入之間存在長期穩定關系。王太祥等[19]運用“Tapio脫鉤”理論和LMDI模型分析了中國西北干旱區碳排放與經濟發展的關系。通過梳理國內外文獻發現，目前鮮有學者實證研究耕地利用轉型對農業碳排放的影響，而中國農村耕地利用轉型是未來土地利用的主要發展趨勢，耕地轉型程度與轉型方式均對農業碳排放有重要影響。因此，研究中國不同區域耕地利用轉型的碳排放效應不僅對國家制定低碳發展方針具有一定的理論參考價值，同時對耕地流轉等有一定的實際經濟意義。

1 研究方法及數據來源

1.1 耕地利用轉型發展評價

本研究通過耕地利用形態來測度耕地利用轉型情況，比較分析相鄰時期耕地形態變化可知耕地轉型程度。參考向敬偉和李江風[20]、戈大專等[21]的研究分析方法對耕地利用轉型進行測度。從隱性形態視角出發，以耕地利用強度為依托從耕地土壤肥力、投入產出能力、耕地的生產經營情況與耕地經濟保障能力等多層次多方面選取評價指標，利用主成分分析法與Pearsen相關檢驗最終確定出耕地利用轉型評價指標（表1）。首先，對原始數據進行歸一化處理并用熵值法確定其權重，借助簡單線性加權法評價我國各省耕地利用轉型發展態勢。原始數據來源于《中國統計年鑒》、《中國農村統計年鑒》、《中國國土資源統計年鑒》及中國農業農村部和自然資源部官網。

首先，求得各指標正向一致性評價矩陣xij各項變量的占比kij：

然后求出kij中各研究變量的信息熵mij：

由信息熵的值可以求得各個指標的差異性系數pj：

對mj做歸一化處理，使得每個研究指標的總權重為1，進而得出每個研究指標的權重ηj：

表1 耕地利用轉型發展評價指標體系

1.2 農業碳排放估算模型

《2006年IPCC溫室氣體清單指南》指出農業碳排放的主要來源包括農業生產活動及畜牧業產生的碳排放等[22]。借鑒IPCC清單指南的測算方法、并參考美國橡樹嶺國家實驗室及眾多學者研究成果的碳排放系數（表2），估算中國2008—2016年各省份的農業碳排放量。

（1）農業生產相關活動碳排放總量測算。農業生產活動主要碳排放來源包括農作物機械耕種、農業灌溉等。除此之外，農業耕種還包括農藥、化肥和農膜使用產生的碳排放量，因此需分別加以測算。

農業機械生產與農業灌溉的碳排放測度公式如下[23]：

其中，CAH與 CARi分別表示使用農業機械和農業灌溉的碳排放總量。SM代表農作物的種植面積，PC代表農業機械總動力，SIRi表示農業灌溉面積，P、Q、R分別表示相應的碳排放系數，原始數據來源于《中國統計年鑒》（2008—2016年）。

（2）畜牧業碳排放總量測算。農業生產與畜牧業發展有著密切的關系，西南丘陵山區由于地勢原因仍然使用耕牛進行耕種，大部分農作物殘留枝葉是畜牧業發展的主要糧草來源，參考陳瑤和尚杰[24]的研究方法及IPCC的甲烷排放系數，畜牧業碳排放總量主要由動物呼吸、糞便排放以及動物腸道發酵組成，測算公式如下：

其中，CAAi表示畜牧業碳排放總量，QALi代表第i種動物的飼養數量，CLi與QNi分別表示第i種動物腸道發酵和糞便的甲烷排放系數，動物飼養數量等原始數據來源于《中國農村統計年鑒》、《中國農業統計年鑒》和《中國統計年鑒》（2008—2016年）。

研究耕地利用轉型對農業碳排放效應的影響，這里的農業碳排放總量為農業生產相關活動碳排放總量與畜牧業碳排放總量之和，因此，農業碳排放總量計算公式如下：

表2 各類碳源碳排放系數及參考來源

1.3 耕地利用轉型對農業碳排放的影響效應測度

為實證分析耕地利用轉型發展對農業碳排放的影響效應，利用中國省域面板數據充分考察耕地利用轉型發展對農業碳排放的區域差異化影響，因此構建如下計量模型：

其中，ZTLit表示農業碳排放總量，GLXit代表耕地利用轉型發展程度，CHit表示城鎮化發展程度，為減少實證誤差，選取國內生產總值（GDPit）為控制變量，?it、β1，it、β2，it、β3，it為待估參數，εit為隨機擾動項，i表示各地區編號（i=1，2，…，30），t表示年份（t=2008，2009，…，2016），為避免異方差所引起的誤差，對各變量取對數運算。利用2008—2016年中國30個省的有關數據對各個指標做統計分析，具體統計結果見表3。

表3 變量描述性統計

2 實證結果分析

2.1 耕地利用轉型發展情況

2008—2016年中國30個省（西藏和港澳臺除外）耕地利用轉型評價結果如表4所示。從整體上看，中國耕地利用轉型發展呈現逐年增加趨勢且區域差異明顯。從地區來看，東部、中部和西部地區近9年耕地利用轉型平均值分別為0.048，0.042和0.160。西部地區耕地利用轉型效果明顯，東、中部地區轉型程度較低。其中，西南山區耕地利用轉型程度較高，而東北等平原地區耕地利用轉型值相對較低且波動較小。重慶市耕地利用轉型值近年來變化較大，從2008年的0.056上升為2016年的0.865，四川省也從0.332增長到0.937，增長了近3倍，而東北三省耕地利用轉型平均值均在0.02左右，近年來變化較平穩，內蒙古、上海、海南、甘肅、青海和寧夏耕地利用轉型發展較慢，耕地利用轉型平均值均在0.02以下。其中北京、上海和山東2016年相對2008年而言耕地利用轉型均有所下降，變化值分別為-0.010，-0.001 和-0.031。究其原由，北京、上海等經濟發達地區區域規劃和農業發展已經趨于穩定，耕地的用途在短期內很難改變，最終導致該地區耕地轉型值相對偏低。而山西、青海等交通與經濟欠發達省份耕地利用轉型的驅動因素不同，大量農民外出務工致使耕地處于撂荒狀態，少有農戶探索新型農業經營模式，缺乏耕地轉型動力。隨著西部大開發戰略的有效實施，重慶、四川等貧困山區耕地流轉、生態旅游等新時代新型鄉村耕地發展模式凸顯，進而有效促進當地耕地利用轉型發展。

表4 2008—2016年中國30個省耕地利用轉型評價結果

2.2 農業碳排放效應分析

2008—2016年中國30個省（西藏和港澳臺除外）農業碳排放總量測算結果如表5所示。近9年來，中國各省農業碳排放總量呈遞增趨勢且區域差異顯著，2016年相對于2008年增長速度最快的五省分別為：新疆、甘肅、云南、吉林和內蒙古，增長比例分別為48%，33%，28%，25%和29%。這是因為近年來新疆由于奮力打造全國優質棉花基地，現代農業和種植業的快速發展需要大量使用機械化操作，導致柴油、汽油等能源消耗過度，增加了農業碳排放。內蒙古近年來畜牧業發展迅速，牛羊飼養數量的增加加速了草原退化。甘肅、云南和吉林等地區正處于傳統農業向現代化農業轉變的過渡期，農業機械化逐漸代替傳統人工耕種，進而增加了農業碳排放總量。而北京、天津、上海、江蘇、浙江和山東2016年相對于2008年農業碳排放量分別降低了 36%，6%，29%，2%，8%和3%。究其緣由，這些地區是中國主要的經濟發展特區，是全國高科技和現代化工業發展的集聚地，而農業生產和畜牧業經營所占比例逐漸下降，因而農業碳排放總量相對其他地區較低。從地區結構來看，東部地區農業碳排放總量為3 998.45萬t，而中部和西部地區農業碳排放總量高達5 604.43萬t和3 131.73萬t，西部地區碳排放密度最低。這主要是由于地域條件的差異性與農業經濟發展程度導致的，東部和中部地區經濟發展較快且農業機械化程度較高，而西部地區地勢多以丘陵山地為主且大量耕地荒蕪，加之降雨量大且綠色植物覆蓋率較廣，增加了植被碳吸收功能，進而有效降低了農業碳排放。

表5 2008—2016年中國30個省農業碳排放總量測度結果 （萬t）

2.3 耕地利用轉型發展對碳排放的影響

由于中國地緣遼闊且各地區自然環境、經濟發展及農業生產狀況差異較大，為考察不同地區耕地利用轉型對農業碳排放的影響效應，本研究將從全國和各地區分別進行回歸分析，回歸結果如表6所示。從全國回歸結果來看，耕地利用轉型與農業碳排放的相關系數為-0.092 1，耕地利用轉型對農業碳排放的影響效應為負且效果顯著。通過耕地利用轉型，耕地利用效率和糧食產出比有很大提高，降低了機械化操作重復率和能源使用強度，同時維持了偏遠山區的自然植被和生物多樣性，不僅增加了旅游投資者收入，而且通過良好的經濟效益帶動生態效益和社會效益，具有持久性，同樣對相鄰省份和地區產生空間溢出效應，實現經濟—社會—生態的良性循環。城鎮化水平與農業碳排放系數為-3.771，城鎮化水平每提高1%將使得農業碳排放降低3.771%。城鎮化建設促使大量農戶遷移城鎮，有利于充分利用人力資本減少結構性失業，同時也有利于加快耕地流轉實現農業規模經營，從而提高農業生產效率降低農業碳排放量。

從地區回歸結果來看，東部地區耕地利用轉型對農業碳排放影響效應為負，但不顯著。主要由于該地區以高新技術及現代工業發展為主，農業生產投入相對于工業和服務業所占投資總額比例較小，況且經過多年的經濟高速發展，大部分地區環境污染較為嚴重且植被綠化方面也未取得重大突破，耕地利用轉型空間相對較小，最終導致節能減排效果甚微，城鎮化水平的提高有助于減少農業二氧化碳排放且效果顯著。中部地區耕地利用轉型與農業碳排放間的回歸系數為-0.18，耕地利用轉型程度每提高1%，農業碳排放將減少0.18%且在10%水平上顯著。中部地區是中國的重要糧食生產基地，地勢較為平坦且土地肥沃有利于耕地流轉，大規模的農業機械耕種有利于避免耕地細碎化帶來的能源消耗過大，進而減少二氧化碳的過度排放，同時農業規模化生產、耕地經營方式的有效轉變將會在全國各個地區產生良好的示范效應，帶動相關產業實施節能減排政策，增加農業低碳、綠色生產力。西部地區耕地利用轉型和城鎮化發展水平均能有效減少農業碳排放且效果非常顯著。究其緣由，西部大部分地區均以山地和丘陵為主，農業生產不宜進行規模化經營和機械化操作，近年來絕大部分農戶選擇外出打工放棄農業生產工作，這從根本上直接減少了農業碳排放量。在鄉村振興發展戰略和國家扶持政策下，耕地利用逐漸開始轉型并大力發展種植業和鄉村旅游業，耕地利用轉型制度逐漸完善，新型的耕地利用方式和現代旅游業發展也較為成熟，打破了傳統單一的農作物生產模式并實現多樣化經營，有效提高了耕地的綜合利用效率，同時增加了綠色植被覆蓋面積，進而有效降低農業碳排放總量。

表6 耕地利用轉型對農業碳排放的回歸結果

3 結論與討論

利用中國30個省（西藏和港澳臺除外）的面板數據實證分析耕地利用轉型對農業碳排放的影響。研究結果表明：近9年來，中國耕地利用轉型發展呈逐年增加趨勢且地區差異明顯，大部分省份農業碳排放總量呈逐年遞增趨勢，但增長速度有所放緩，且東部地區平均農業碳排放密度高于中、西部地區。耕地利用轉型對農業碳排放的影響效應具有顯著地區差異。從全國來看，耕地利用轉型能夠有效降低農業碳排放且效果顯著。分地區來看，中、西部地區耕地利用轉型對農業碳排放的負向作用顯著，而東部地區不顯著。無論從全國還是分地區來看，城鎮化發展均能有效抑制農業碳排放且效果顯著。對此，筆者列出以下政策建議。

3.1 完善耕地流轉和地租制度，引導和推動耕地利用轉型

耕地利用轉型是中國未來耕地利用的發展趨勢，同時也是降低二氧化碳排放的有效途徑，而耕地利用轉型的主要方式就是耕地流轉，推動耕地流轉有利于形成農業多元化和規模化經營，也有利于耕地利用方式向低碳、集約和精準化模式轉變，同時也有助于加快農業供給側改革步伐。首先，利用農業大數據平臺進行耕地承包確權登記備案，完善與實施土地“三權分立”法案；其次，培育新型農業經營者，擴大耕地流轉市場需求；第三，建設與維護耕地流轉資本市場，完善與平衡好地租和地價杠桿，穩定推進耕地高效流轉。

3.2 加快農業政策與技術創新，努力實現耕地低碳利用

農業政策與技術創新是實現耕地低碳利用的根本途徑，努力實施碳基金與碳補償等新型低碳策略，逐漸宣傳和引導新型農業經營者的低碳生產行為，全面提升耕地的生態服務價值。首先，通過實施農業碳補償等新型國家政策，以TPP最新規則和標準提高我國農產品質量的同時深度挖掘我國耕地利用的生態服務價值，通過提高農業經營主體的收入來實現耕地轉型利用的低碳行為。其次，依靠政府大力引進農業技術與投資并設立“農業碳基金”，為農業低碳技術的研究和農業減排項目的實施提供資金保障，增強耕地低碳利用內生動力。

3.3 加快城鎮化建設步伐，有效實施鄉村綠化工程

城鎮化發展有利于高效合理規劃農業生產，進而全面提高耕地利用效率、降低農業碳排放。快速發展城鎮化的同時應注意加強綠化環保意識，推動荒蕪棄用耕地向現代旅游業發展。在確保糧食安全的前提下，優化土地資源配置、定期舉行土地綠化和旅游景點宣傳活動，強化新時期退耕還林意識，積極推動護林護草等生態文明建設，完善相關森林和草地的保護制度，進而為城鎮化發展提供良好的自然環境。同時，政府應該結合當地情況對土地利用進行宏觀調控，加大優質耕地的保護力度，嚴格控制違法建設用地的肆意擴張，有效推進國土綠化工程和耕地的可持續利用，最終起到節能減排功效。