生態農業背景下碳效率與農村生態經濟的關系研究

楊 春，郭連紅

（1.廣州華商學院會計學院，廣州 511300；2.廣州番禺職業技術學院，廣州 511483）

近年來，隨著農藥、農業機械、化肥等農用物資的使用量逐漸加大，化石能源越來越被農業生產所依賴，因此導致的碳排放成為了重要的碳源［1］。有研究指出，人類活動所產生的溫室氣體僅在全球農業生態系統中占7%～20%［2］。當前，控制溫室氣體排放已經成為面對氣候變化的主要手段之一。對于生態農業而言，雖然農業土壤和農作物在生產過程中的固碳潛力很大，但是在農業生產過程中又造成了巨大的碳排放［3］。目前，許多學者已研究了關于不同區域農業生產的碳排放問題。王若梅等［4］分析了農業碳排放情況在長江經濟帶的時空分異以及影響碳排放的因素，首先計算了該地區2009—2016 年水土匹配情況和農業碳排放量，然后采用完全分解方法LMDI 與Kaya 恒等式，對農業碳排放中各因素的影響程度進行了探討。楊欣等［5］計算了武漢市2009—2016 年農業碳排放總量，應用Divisia 指數模型對農業碳排放影響因素進行分解，對其主要的驅動因素進行定量研究，并提出3 個方面的建議以改進低碳農業，包括合理轉移農村剩余勞動力、改善農村基礎設施、差異化方式減排等。

在農業生產過程中提高碳效率已成為實現固碳減排的主要方法。本研究區域XX 生態經濟區的發展基礎較為良好，其屬于國內的農業大區，且生態農業發展趨勢良好，有機食品產量在國內排名靠前，該區域是重要商品糧油基地和著名的魚米之鄉。本研究針對碳的投入和產出量在農作物生產中所存在的問題，采用實證數據分析的方式，并結合農村生態經濟發展趨勢，基于生態農業背景下，深入碳效率研究領域，對XX 生態經濟區各區縣農業碳的生產效率、生態效率以及經濟效率進行了分析測算，并基于區縣尺度對各區縣碳效率與農村生態經濟的時空分異進行了實證分析，以期為區域農業實現低碳農業與固碳減排提供一定的參考依據。

1 研究方法與數據來源

1.1 碳的投入量與產出量

農業碳投入的碳源分為6 種，一是使用農藥時產生的碳排放；二是使用化肥時產生的碳排放；三是使用農膜時產生的碳排放；四是使用化石燃料進行灌溉時的碳排放；五是使用農業機械消耗化石燃料所引起的碳排放，如電力、柴油等；六是農業生產時破壞了在土壤中的有機碳所引起的碳排放［6］。農業碳投入的計算公式為：

式中，CI表示農業碳投入總量，Ci表示類型i的碳投入量，F表示農機運行產生的碳排放量，Ti表示碳源i的使用量，?i表示碳源i的碳排放系數，A表示農業種植面積，C表示農業機械總動力，B和D均表示農業機械碳排放系數。其中，碳的投入量采用碳當量表示，單位kg CE。各種能源與農資的碳排放系數如表1 所示。

表1 各種能源與農資的碳排放系數

本研究的農業碳產出量是指在光合作用下，農作物固定在總生物量中的碳量。碳產出量是由農作物的碳吸收率、經濟系數及產量數據來進行計算的［7］。農業碳的產出量計算公式為：

式中，Ct表示農業碳吸收，Cd表示農作物對碳的產出量，i表示農作物類型，H表示經濟系數，Yw表示經濟產量，Cf表示合成單位有機質干質量的吸收碳量，Dw表示生物產量。各種農作物的碳吸收率和經濟系數如表2 所示。

表2 各種農作物的碳吸收率和經濟系數

1.2 生態農業背景下碳效率的計算方法

生態農業背景下的碳效率主要針對的是碳的經濟效率、生態效率和生產效率［8］。在農業碳效率這3個子效率中，碳的生產效率是在經濟產量中衡量碳排放的效率指標，其表示為經濟產量和碳排放量之比。生產效率計算方式如下：

式中，Cc為碳的生產效率，Yw為經濟產量，C為碳的排放量。生產效率Cc的值越大，說明碳在單位數量中排放越少，經濟產量Yw就越高。

而在進行農業生產時，碳的經濟效率為生產經濟效益的衡量標準，其表示為經濟產值和碳排放量之比。經濟效率計算方式如下：

式中，CE為碳的經濟效率，P表示經濟產量可比價格。經濟效率CE的值越大，說明碳在單位數量中排放越少，經濟產量Yw就越高。

碳的生態效率是農業生產可持續性的評估標準之一，其表示農作物在通過光合作用后，體內的碳量與碳排放量之比。生態效率計算方式如下：

式中，CS為碳的生態效率，Ct為碳的吸收量。如果碳的生態效率值小于1，說明農業生產排放的碳量大于碳的吸收量，此時，農業生產系統屬于碳源系統；如果值越接近0，表明碳的排放量過大，此時，農業生產系統的可持續性較差；如果值大于1，說明排放的碳量小于吸收碳量，此時，農業生產系統屬于碳匯系統，且生態效率值越大，碳匯的強度越大，農業生產系統的可持續性越好。

在碳效率與農村生態經濟的時空分異研究上，依據以往的經驗將XX 生態經濟區各縣市的農業碳的生產效率值進行不同效率程度的分組，共4 種類型，其中包括高效率區，高于平均值的1.5 倍；較高效率區，平均值的1～1.5 倍；一般效率區，平均值的0.5～1 倍；低效率區，低于平均值的0.5 倍。同理，按上述方法將各縣市農業碳的經濟效率亦分為低效率區、一般效率區、較高效率區和高效率區4 種類型。將XX 生態經濟區各縣市農業碳的生態效率值進行不同效率程度的分組，共4 種類型，其中包括強碳匯區，高于平均值的2 倍；一般碳匯區，平均值的1.5～2倍；弱碳匯區，平均值的1～1.5 倍；碳源區，低于平均值的1 倍。

1.3 數據來源

本研究將XX 生態經濟區非市區類縣域共25 個區縣作為研究對象，將各區縣采用字母A～X 縣表示，區縣進行了行政區域的劃分，設定時間序列為2009—2019 年。本研究所采用的經濟統計數據和農業數據均來源于《XX 生態經濟區統計年鑒》，且經濟數據應用了可比價格。

2 實證分析

2.1 生態農業背景下碳效率的時空分異分析

2.1.1 生產效率 由圖1 可知，2009—2019 年XX 生態經濟區農業碳的生產效率由2009 年的9.26 kg·kg-1（CE）上 升 到2019 年 的10.17 kg·kg-1（CE），在2018 年上升到最大值10.32 kg·kg-1（CE），生產效率整體呈上升的趨勢。XX 生態經濟區在碳的生產效率方面表現出3 個階段的變化趨勢：①下降期（2009—2012 年），碳的生產效率在這期間由9.26 kg·kg-1（CE）降低到8.20 kg·kg-1（CE），整體呈下降的趨勢，在該段時間的環比增速出現了最小值-7.21%；②發展期（2013—2016 年），碳的生產效率在這期間由9.52 kg·kg-1（CE）發展到9.39 kg·kg-1（CE），總體上來看變化很小，整體呈穩定發展的趨勢，該段時間的環比增速在-1.41%～16.94%；③上升期（2017—2019年），碳的生產效率在這期間由9.77 kg·kg-1（CE）上升到10.17 kg·kg-1（CE），整體呈波動上升的趨勢，該段時間的環比增速在-1.48%～5.65%。

圖1 2009—2019 年XX 生態經濟區碳的生產效率

XX 生態經濟區碳的生產效率具有明顯的空間集聚特征，在2009 年A 縣農業碳的生產效率最高，排 名2～5 位 的 依 次 是B 縣、C 縣、D 縣 和E 縣。到2014 年，農業碳的生產效率排名前5 位的依次是B縣、C 縣、E 縣、F 縣和G 縣。在2019 年B 縣農業碳的生產效率最高，排名2～5 位的依次是C 縣、H 縣、A 縣和D 縣。由表3 可知，在2009 年XX 生態經濟區高效率區2 個、較高效率區7 個、一般效率區15 個、低效率區1 個，2014 年分別為3、7、15、0 個，到2019 年分別為2、13、8、2 個，可以看出XX 生態經濟區中的區縣主要為較高效率區和一般效率區。農業碳的生產效率在2009—2019 年年平均增長效率最大的是J縣（7.71%），排名2～5 位的依次為H 縣（5.46%）、K 縣（4.78%）、L 縣（4.20%）、B 縣（3.02%）。其中，農業碳的生產效率在2009—2014 年年平均增長率在5%以上的有L 縣、F 縣、E 縣、N 縣、J 縣，在2015—2019 年年平均增長率在5%以上的有A 縣、H 縣、P 縣、Q 縣、K 縣、R 縣。

表3 XX 生態經濟區農業碳的生產效率區分布情況（單位：個）

2.1.2 經濟效率 由圖2 可知，2009—2019 年XX 生態經濟區農業碳的經濟效率由2009 年的10.74 Yuan·kg-1（CE）下降到2019 年的9.26 Yuan·kg-1（CE），在2016 年下降到最低值8.45 Yuan·kg-1（CE），經濟效率整體呈波動下降的趨勢。XX 生態經濟區在碳的經濟效率方面表現出2 個階段的變化趨勢：①下降期（2009—2015 年），碳的經濟效率在這期間由10.74 Yuan·kg-1（CE）降低到8.57 Yuan·kg-1（CE），整體呈下降的趨勢，該段時間的環比增速在-13.09%～4.08%；②上升期（2016—2019 年），碳的經濟效率在這期間由8.45 Yuan·kg-1（CE）發展到9.26 Yuan·kg-1（CE），整體呈穩定發展的趨勢，該段時間的環比增速在0.70%～4.51%。

圖2 2009—2019 年XX 生態經濟區碳的經濟效率

XX 生態經濟區碳的經濟效率變化趨勢為先降后升，在2009 年A 縣農業碳的經濟效率最高，排名2～5 位的依次是Q 縣、B 縣、C 縣和S 縣。在2014 年，農業碳的經濟效率排名前5 位依次是C 縣、B 縣、F縣、T 縣和J 縣。在2019 年B 縣農業碳的經濟效率最高，排名2～5 位的依次是C 縣、H 縣、A 縣和D 縣。由表4 可知，在2009 年XX 生態經濟區高效率區3 個、較高效率區7 個、一般效率區15 個、低效率區0 個，2014 年分別為3、6、16、0 個，到2019 年分別為2、13、8、2 個，可以看出XX 生態經濟區中的區縣主要為較高效率區和一般效率區。農業碳的經濟效率在2009—2019 年年平均增長效率最大的是H 縣（4.39%），其他依次為L 縣（4.22%）、M 縣（3.68%）、G縣（2.33%）、R 縣（2.32%）。其中，農業碳的經濟效率在2009—2014 年年平均增長率在5%以上的有J縣、C 縣、F 縣，在2015—2019 年年平均增長率在5%以上的有R 縣、L 縣、A 縣、K 縣、Q 縣、H 縣、M 縣。

表4 XX 生態經濟區農業碳的經濟效率區分布情況（單位：個）

2.1.3 生態效率 由圖3 可知，2009—2019 年XX生態經濟區農業碳的生態效率由2009 年的1.75 kg（C）·kg-1（CE）上升到2019年的1.92 kg（C）·kg-1（CE），在2018 時上升到最大值1.93 kg（C）·kg-1（CE），生態效率整體呈上升的趨勢。XX 生態經濟區在碳的生態效率方面表現出3 個階段的變化趨勢：①下降期（2009—2012 年），碳的生態效率在這期間由1.75 kg（C）·kg-1（CE）降低到1.59 kg（C）·kg-1（CE），整體呈下降的趨勢，該段時間的環比增速出現最小值-4.32%；②發展期（2013—2016 年），碳的生態效率 在 這期 間 由1.77 kg（C）·kg-1（CE）發展 到1.79 kg（C）·kg-1（CE），總體上來看變化很小，整體呈穩定發展的趨勢，該段時間的環比增速在-1.86%～10.79%；③上升期（2017—2019 年），碳的生態效率在這期間由1.82 kg（C）·kg-1（CE）上升到1.93 kg（C）·kg-1（CE），整體呈波動上升的趨勢，該段時間的環比增速在-0.46%～6.02%。

圖3 2009—2019 年XX 生態經濟區碳的生態效率

XX 生態經濟區碳的生態效率具有明顯的空間集聚特征，整體上呈上升趨勢。由表5 可知，在2009年XX 生態經濟區強碳匯區5 個、一般碳匯區10 個、弱碳匯區9 個、碳源區1 個，2014 年分別為8、6、10、1個，到2019 年分別為12、5、6、2 個，可以看出XX 生態經濟區中的區縣主要為碳匯區。農業碳的生態效率在2009—2019 年年平均增長效率最大的是J 縣（4.78%），前2～3 名 依 次 為L 縣（4.20%）、B 縣（3.02%）。其中，農業碳的生態效率在2009—2014年年平均增長率在5%以上的有E 縣、L 縣、J 縣、N縣、F 縣，在2015—2019 年年平均增長率在5%以上的有R 縣、A 縣、K 縣、Q 縣、H 縣、P 縣、M 縣。

表5 XX 生態經濟區農業碳的生態效率區分布情況（單位：個）

2.2 碳效率與農村生態經濟的時空分異分析

2009—2019 年XX 生態經濟區農業碳的生產效率由2009 年的9.26 kg·kg-1（CE）上升到2019 年的10.17 kg·kg-1（CE），凈增長9.83%，年平均增長效率為0.94%，整體呈上升的趨勢。隨著XX 生態經濟區農業經濟產量的提升，農業碳的生產效率也隨之上升，如J 縣農業碳的生產效率在2009—2019 年由原來的3.27 kg·kg-1（CE）上升到6.55 kg·kg-1（CE），增長幅度為100.3%，在這段時間內，農業經濟產量由原 來 的39.47 萬t 增 長 到77.92 萬t，增 長 率 為97.42%，說明J 縣經濟產量的增長相對健康。然而也有其他區縣碳的生產效率有一定程度的下滑，如V 縣、E 縣、W 縣等，造成碳的生產效率下滑的原因是這些區縣在2009—2019 年碳的排放量逐年增加，遠超過了農業經濟產量的增長速度，如E 縣農業碳的排放量在2009—2019 年由原來的3.59 萬t 上升到12.80 萬t，增長率達256.5%，而在這段時間內，農業經濟產量由原來的36.66 萬t 增長到66.60 萬t，增長率僅為81.7%，說明農業經濟產量和碳排放量是生態效率高低的決定性因素之一。在2012 年農業碳的生產效率最低，只有8.22 kg·kg-1（CE），農業經濟產量僅為901.18 萬t，其原因是XX 生態經濟區在2012 年時受到經濟危機的影響，2013 年后，隨著農業技術的快速發展，加上XX 生態經濟區采用抗病高產的優良農作物品種，農作物的產量與種植密度的提高，使得農業經濟產量也相應地提高，所以農業碳的生態效率也隨之提升。

2009—2019 年XX 生態經濟區農業碳的經濟效率由2009 年的10.74 Yuan·kg-1（CE）降低到2019 年的9.26 Yuan·kg-1（CE），降幅為13.78%，年平均效率降低1.49%，整體呈先下降后上升的趨勢。XX 生態經濟區在2009—2015 年農業碳的經濟效率呈下降趨勢，如A 縣農業碳的經濟效率在2009—2019 年由原來的27.87 Yuan·kg-1（CE）降低到11.98 Yuan·kg-1（CE），降幅為-57.0%。引起下降的主要原因是該段時間的農業經濟效益較差，外出務工人員較多，造成大量的農田荒廢，該段時間的農業經濟產量降低，農業經濟產值也同樣降低，引起農業碳經濟效率的降低。2015—2019 年XX 生態經濟區農業碳的經濟效率呈穩定上升的態勢，其中，增幅最大的為C 縣，由原來的9.52 Yuan·kg-1（CE）上升到14.10 Yuan·kg-1（CE），增長率達48.11%。其原因是XX 生態經濟區在該段時間較大幅度地提高了農業生產水平，因此農作物產量也隨之增加，加上國家優惠政策的實施，如農業稅收減免以及提高糧食價格等政策，促使了農業的高產穩產，使得農業經濟產量穩步上升，整個生態經濟區的農業經濟產量達到了1 569.49 萬t。正是因為農業經濟產量和糧食價格的上升，使得農業經濟產值也有了較大的增加，同時，農業碳的經濟效率也呈逐年上升的趨勢。

2009—2019 年XX 生態經濟區農業碳的生態效率由2009 年的1.77 kg（C）·kg-1（CE）上升到2019 年的1.95 kg（C）·kg-1（CE），凈增長10.17%，年平均增長效率為0.99%，整體呈上升的趨勢。隨著XX 生態經濟區農業經濟產量的提升，農業碳的生態效率也隨之上升，如J 縣上升幅度最大，其農業碳的生態效率在2009—2019 年由原來的0.63 kg（C）·kg-1（CE）上升到1.31 kg（C）·kg-1（CE），增長率達107.9%，在這段時間內，農業經濟產量由原來的39.47 萬t 增長到77.92 萬t，增長率為97.42%，說明J 縣經濟產量的增長相對健康。然而也有區縣碳的生態效率出現一定程度的下滑，如A 縣、X 縣、E 縣等，原因是這些區縣在2009—2019 年碳的排放量逐年增加，遠超過了碳吸收量的增長速度，在碳源效應增加的同時，碳匯功能逐漸變差。XX 生態經濟區50%以上的區縣是生態效率高值地區，具有分布較廣的強碳匯區，且有明顯的空間集聚特點，主要分布在J 縣等區縣。對該經濟區的農業碳生態效率進行分析后，發現農業碳的排放量明顯低于吸收量，說明該經濟區的農業生態系統碳匯功能較強。然而，隨著農用化學物質和機械使用率的增加，隨之而來的是逐年增加的農業碳排放量，碳源效應將會更加嚴重。

3 小結

本研究針對碳的投入和產出量在農作物生產中所存在的問題，基于生態農業背景并結合農村生態經濟發展趨勢，深入碳效率研究領域，對XX 生態經濟區各區縣農業碳效率進行了分析測算，并基于區縣尺度對各區縣碳效率與農村生態經濟的時空分異進行了實證分析。結果表明，農業經濟產量和碳排放量是生態效率高低的決定性因素之一，在2013 年后，隨著農業技術的快速發展，加上XX 生態經濟區采用了抗病高產的優良農作物品種，農作物的產量與種植密度的提高，使得農業經濟產量也相應的提高；XX 生態經濟區在2016—2019 年較大幅度地提高了農業生產水平，因此農作物產量也隨之增加，加上國家優惠政策的實施，如農業稅收減免以及提高糧食價格等政策，促使農業的高產穩產，使得農業經濟產量穩步上升。正是因為農業經濟產量和糧食價格的上升，使得農業經濟產值也有了較大的增加，同時，農業碳的經濟效率也呈逐年上升的趨勢；XX 生態經濟區農業碳的排放量明顯低于吸收量，說明該經濟區的農業生態系統碳匯功能較強，隨著農用化學物質和機械使用率的增加，隨之而來的便是逐年增加的農業碳排放量，碳源效應將會更加嚴重。總之，XX 生態經濟區內區縣大部分為碳匯區，并且高碳匯區在逐漸增加。由于時間和能力有限，本研究對碳效率相關計算方法和理論的研究還不夠深入，在今后要進一步加強該方面的研究。