安徽農業碳排放與農業經濟關系初析

孫亞敏

（安徽省生態環境監測中心，安徽 合肥 230061）

0 引言

世界氣象組織發布的公報顯示，從19世紀末到20世紀末100年間全球年平均氣溫上升0.7℃，溫室氣體引起的氣候變化已成為21世紀全人類共同面臨的嚴峻挑戰。據聯合國政府間氣候變化專門委員會（Inter-government Panel on Climate Change，簡稱IPCC）第2次評估報告，全球溫室氣體的排放中，最大排放量來自能源利用，占24%；其次是砍伐森林轉化為土地，占18%；農業、工業和運輸業同為第三，各占14%[1]。學術界早在20世紀80年代就開始對碳排放進行研究，但直到21世紀初才真正提出農業碳排放概念并將其作為主體進行研究，研究重點主要集中在農業碳排放測算、時空變化、影響因素及農業碳排放與經濟發展的關系等領域。趙先超等利用統計數據對湖南省15年來種植業的碳排放量進行了測算，運用LMDI模型分析農業碳排放的影響因素[2]。張毅瑜測算1990—2013年福建省種植業碳排放量并分析其特征[3]。徐興英等采用IPCC指南推薦的排放系數法估算了江蘇省2000—2009年畜禽溫室氣體排放量[4]。張博文等基于化肥、農藥、農膜、柴油、翻耕5個碳源數據，測算了安徽省2006—2015年種植業碳排放變化情況[5]。田云等梳理了長江經濟帶1993—2017年農業碳排放與農業增加值的特征，通過構建耦合協調模型與Tapio脫鉤模型分析農業碳排放系統與農業經濟系統間存在的耦合協調發展關系[6]。從已有的文獻研究來看，農業碳排放測算多以單一的農業生產為研究切入點，大多只單獨測算種植業碳排放或養殖業溫室氣體排放量，從全省層面對農業種植業和養殖業碳排放總量及其與農業經濟發展之間的研究不多。

安徽是重要的糧食與畜產品生產基地，種植業和養殖業均較為發達，農業碳排放量較大。本文基于相關統計數據，在種植業和養殖業共10類碳源的基礎上，測算了全省1999—2019年間農業碳排放總量、碳排放強度及其變化情況。同時運用Tapio脫鉤模型對全省農業碳排放與農業經濟發展的關系進行了研究并提出建議，以期為安徽省低碳農業發展提供參考。

1 研究方法與數據來源

1.1 研究方法

1.1.1 IPCC碳排放系數法

農業碳排放主要包括種植業與養殖業帶來的碳排放，種植業碳排放源主要來自化肥、農藥、農膜、柴油、農田灌溉、土地翻耕6個方面[7-8]；養殖業碳排放源主要來自反芻動物腸道發酵產生的甲烷（CH4）、糞便產生的CH4及氧化亞氮（N2O），兩種氣體排放量雖然較少，但增溫潛勢效應明顯[9]。

（1）種植業碳排放量

采用IPCC公布的碳排放系數法測算，公式如下：

式中：E種植—種植業碳排放總量，萬t/a；Ei—各類種植業碳源排放量，包括化肥、農藥、農膜、柴油、農田灌溉和土地翻耕等，萬t/a；Ti—各類種植業碳源數量，kg或hm2；εi—各類種植業碳源的碳排放系數（表1），kg/kg或kg/hm2，主要參照以往學者研究估算結果確定。其中，化肥、農藥碳排放系數由美國橡樹嶺國家實驗室研究得出[10-11]，農膜、柴油、農田灌溉和土地翻耕碳排放系數分別由南京農業大學、IPCC、West和中國農業大學等機構及研究人員研究得出，目前在我國農業碳排放研究中應用較多[12-13]。李琦等[14]研究安徽省縣域農業碳排放空間分布及其影響因素、初巧智等[7]研究黑龍江省農業經濟與碳排放關系時采用的也是表1中所列的碳排放系數。

表1 種植業碳源碳排放系數

（2）養殖業碳排放量

采用IPCC公布的排放系數測算養殖業溫室氣體CH4及N2O的排放量（表2）。按1t CH4=6.82 t CO2、 1t N2O= 81.27t CO2的碳折算系數[15-16]，將CH4和N2O排放量轉化為標準碳排放量統一測算，見公式（2）。

表2 不同養殖種類CH4及N2O排放系數

測算公式如下：

式中：E養殖—養殖業碳排放總量，萬t/a；ECH4—養殖業CH4排放總量，萬t/a；EN2O—養殖業N2O排放總量，萬t/a；Ni—第i種畜（禽）養殖數量，頭（或只）；X1、X2、X3—分別為第i種畜（禽）腸道發酵CH4排放系數、糞便處理CH4排放系數和N2O排放系數，kg/（頭·a）或kg/（只·a）。

（3）碳排放強度

種植業和養殖業碳排放強度依據碳排放量及其總產值核算。公式如下：

式中：I種植、I養殖—分別為種植業和養殖業碳排放強度，kg/萬元；G種植、G養殖—分別為種植業和養殖業總產值，萬元/年。

1.1.3 Tapio脫鉤模型

脫鉤模型最早在20世紀60年代提出，常用于闡述經濟發展與資源能源消耗的關系。Tapio模型針對碳排放量，采用彈性系數定義碳脫鉤指數，為一定時期內基數與當前碳排放變化率與GDP變化率之比[17]，見公式（5），根據彈性系數劃分各種脫鉤狀態（表3）。Tapio模型表達式如下：

表3 Tapio模型脫鉤狀態

式中：e—脫鉤彈性系數，C—農業碳排放量總量，萬t；ΔC—農業碳排放量差值，萬t；AP—種植業和養殖業總產值之和，萬元；ΔAP—種植業、養殖業產值之和的差值，萬元。

1.2 數據來源

數據主要來源于《安徽統計年鑒》（2000—2020年）。其中：灌溉面積取農業有效灌溉面積，翻耕面積取當年農作物總播種面積，種植業產值取農林牧漁業產值中的農業產值，畜禽養殖業產值取農林牧漁業中的牧業產值中的“牲畜飼養產值”和“家禽飼養產值”之和。

2 結果與分析

2.1 種植業碳排放量及排放強度變化特征

1999—2019年全省種植業碳排放總量、碳排放強度及環比變化速度測算結果見表4。從中可以看出：①全省種植業碳排放總量從1999年的406.38萬t增加至2019年的533.27萬t，增長率為31.22%，年平均增速約1.56%。其中1999—2015年種植業碳排放量逐年增加，2015—2019年逐年下降。②全省種植業碳排放強度從1999年的574.96 kg/萬元降

表4 安徽省種植業碳排放量及排放強度變化情況

至2019年的225.45 kg/萬元，降幅達60.79%，年均降幅約3.04%。從2006年起種植業碳排放強度均呈逐年下降趨勢。③從種植業碳排放構成要素來看，化肥、灌溉、農膜碳排放量占比較大。2019年三者碳排放累計占種植業碳排放量的83.1%，為種植業碳排放的主要來源。其中，化肥碳排放量占比最大，每年均占種植業碳排放量的50%以上。從2014年起化肥碳排放量有下降趨勢，與全省化肥用量下降趨勢基本保持一致。

2.2 養殖業碳排放量及排放強度變化特征

選取肉豬、牛、雞、活禽類4類碳源進行養殖業碳排放測算。按畜禽養殖量及表2排放系數測算出1999—2019年全省養殖業溫室氣體排放量，再依據公式（2）和（4）折算出養殖業標準碳排放量、碳排放強度及環比變化速度，見表5。依據公式（2）和表2排放系數測算出不同養殖種類碳排放量分布情況，見圖1。從中可以看出：①全省畜禽養殖業碳排放總量從1999年的414.27萬t下降至2019年的297.90萬t，降幅達28.1%，年均降幅約1.4%；尤以2006—2007年養殖業碳排放量降幅最大，達27.8%。這可能與2006年大范圍爆發的生豬“藍耳病”導致生豬出欄數量大幅下降有關[18]。養殖業碳排放強度從1999年的1578.63 kg/萬元下降至2019年的378.04 kg/萬元，降幅達76.05%，年均降幅約3.80%。養殖業碳排放量和碳排放強度均呈下降趨勢。②從養殖業碳排放構成要素來看，糞便處理產生的溫室氣體占比較大，2019年養殖業糞便處理產生的CH4和N2O占養殖業碳排放總量的79.0%，遠高于腸道發酵產生的CH4等效碳排放量。③從養殖種類來看，肉豬養殖碳排放量占比較大，從2006年起一直占養殖業碳排放量的50%以上，2014達到最高值，約占67.3%，隨后有所下降，至2019年排放量176.93萬t，占比達59.4%。家禽養殖碳排放量也較高，2019年達48.28萬t，占當年養殖業碳排放總量的16.2%。

圖1 不同養殖種類碳排放量

表5 安徽省養殖業溫室氣體排放量及碳排放強度變化情況

2.3 農業碳排放及其與經濟發展的關系

將種植業和養殖業的碳排放量相加，得到1999—2019年全省農業碳排放總量，見圖2。從中可以看出，全省農業碳排放總量由1999年的820.65萬t增長至2019年的831.17萬t，農業碳排放總量變化不大。但中間經歷過持續上升（1999—2003年）、穩步下降（2003—2007年）、穩定上升（2007—2014年）、緩慢下降（2014—2019年）的過程。種植業碳排放量占比呈上升趨勢，養殖業碳排放量占比呈下降趨勢。2019年，全省種植業碳排放量533.27萬t，占比高達64.2%，是養殖業碳排放量的1.8倍，這可能與種植業持續發展有關。

圖2 安徽省農業碳排放總量

全省1999—2019年種植業和養殖業碳排放強度見圖3。從中可以看出，養殖業和種植業碳排放強度均呈現先上升后下降的趨勢（2003年達到峰值），且養殖業碳排放強度始終高于種植業碳排放強度。

圖3 種植業和畜禽養殖業碳排放強度

采用Tapio脫鉤模型計算出1999—2019年安徽省農業碳排放與農業經濟的發展關系（表6）。從中可以看出，全省農業碳排放與農業經濟發展經歷以下幾個階段：

表6 安徽省農業碳排放脫鉤彈性指數及類型

（1）波動階段（1999—2003年）：本階段出現強負脫鉤、弱負脫鉤、弱脫鉤3種脫鉤狀態，整體脫鉤情況較差，以負脫鉤狀態為主。可能由于這一階段全省養殖業發展較快（尤其是牛養殖量較多），因此養殖業碳排放強度遠高于種植業碳排放強度；同時非農就業工資水平較高，農民外出打工，部分農田閑置，農業經濟增長放緩，從而造成碳排放增長速度整體快于農業經濟增長速度。

（2）強脫鉤階段（2003—2007年）：整體態勢良好，實現連續4年強脫鉤，碳排放總量持續減少且農業生產總值增加。可能是由于國家惠農政策和農業科技推廣服務提高了農業生產積極性，化肥、農藥投入模式及農業機械使用方式的改進也大幅降低了種植業和養殖業的碳排放強度，種植業碳排放量逐年增長，養殖業碳排放量逐年下降；農業經濟穩步增長，農業碳排放量逐年下降。

（3）弱脫鉤階段（2007—2014年）：整體態勢較好，農業碳排放與農業經濟同時出現增長，且碳排放增長速度慢于農業經濟增長速度。種植業和養殖業穩步增長，農業科技進步的效果持續體現，雖不可避免地帶來碳排放量的增加，但其增速低于農業經濟增長的速度。

（4）強脫鉤階段（2014—2019年）：整體態勢良好，實現連續5年強脫鉤。這可能與一系列高效低碳農業技術的實施關系較大，如：鼓勵農業采用測土配方施肥技術、持續減量化肥、農藥使用量、更新農業機械、提高農業廢棄物和畜禽養殖業糞肥綜合利用率等。農業生產總值持續增長，碳排放強度和碳排放總量穩步下降，綠色低碳的農業發展之路越走越穩。

3 結論與建議

（1）全省農業碳排放總量由1999年的820.65萬t 增長至2019年的831.17萬t，農業碳排放總量變化不大。但中間經歷過持續上升（1999—2003年）、穩步下降（2003—2007年）、穩定上升（2007—2014年）、緩慢下降（2014—2019年）的過程幾個階段。1999—2019年全省種植業碳排放量占比呈上升趨勢，養殖業碳排放量占比呈下降趨勢。

（2）1999—2019年全省種植業和養殖業碳排放強度均呈下降趨勢，年均降幅分別為3.04%和3.80%。其中，化肥、農業灌溉、農膜為種植業碳排放的三類主要來源，尤其是化肥，占種植業碳排放量的50%以上。畜禽養殖碳排放以“非二氧化碳”為主，其中糞便處理產生的CH4和N2O占養殖業碳排放總量的79.0%，遠高于腸道發酵產生CH4的等效碳排放量。從養殖種類來看，肉豬養殖等效碳排放量占比較大，占養殖業碳排放量的50%以上。

（3）1999—2019年全省農業碳排放與農業經濟脫鉤彈性系數為-10.7866～0.6517，先后經歷了波動（1999—2003年）、強脫鉤（2003—2007年）、弱脫鉤（2007—2014年）、強脫鉤（2014—2019年）幾個階段。農業經濟增長與環境之間的矛盾有所緩和，綠色低碳的農業發展之路越走越穩。

（4）建議加強農業科技投入，引進并推廣先進的低碳減排技術，加快農業由傳統生產模式向現代化模式過渡。種植業推廣噴灌、滴灌技術，持續減少化肥、農藥使用量；適當調整養殖畜禽比例，提高養殖糞肥（尤其是豬糞）綜合利用率，推廣生物質能源工程，研制產氣率高的沼氣池并推廣，進一步減少農業碳排放量和碳排放強度。