于偉詠，漆雁斌，明輝，任丹，鄧鑫，傅麗

(1. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟學(xué)院，四川 成都 611130；2. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，四川 成都 611130)

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中國農(nóng)業(yè)系統(tǒng)碳匯和碳源的省域差異及影響因素*

于偉詠1，漆雁斌1，明輝1，任丹2，鄧鑫2，傅麗1

(1. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟學(xué)院，四川 成都 611130；2. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，四川 成都 611130)

基于對碳匯、碳源測度方法總結(jié)整理，估算出2000-2011年各省市農(nóng)業(yè)系統(tǒng)碳匯碳源量，采用聚類方法對碳匯、碳源區(qū)域進行歸類研究，并采用回歸分析法對碳匯、碳源影響因素開展研究。結(jié)果表明，農(nóng)業(yè)系統(tǒng)碳增匯量26個省份大于零，除受自然條件影響外，還與經(jīng)濟發(fā)展水平呈5%顯著性負(fù)相關(guān)關(guān)系；各地區(qū)碳匯水平影響因素有明顯的地方特征，其中農(nóng)作物的固碳能力高于草原、果園等；各地區(qū)影響碳排放水平因素主要是農(nóng)業(yè)能源，其次是畜禽飼養(yǎng)、秸稈燃燒和農(nóng)業(yè)投入品。研究結(jié)果對各地區(qū)制定和發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)提供參考。

農(nóng)業(yè)系統(tǒng)；碳匯；碳源；省域差異；影響因素

目前，以全球變暖為主要特征的氣候變化是當(dāng)今全球面臨的最嚴(yán)峻環(huán)境問題，低碳經(jīng)濟已成為社會研究和發(fā)展的主題。全球農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的生產(chǎn)活動一方面是溫室氣體的重要排放源，會產(chǎn)生20%的CO2、70%的CH4、90%的N2O等溫室氣體[1]，若不實施額外農(nóng)業(yè)政策，預(yù)計全球2030年CH4和N2O將分別增加60%和35%～60%[2]；另一方面也是主要的碳庫，經(jīng)測算僅農(nóng)田系統(tǒng)碳儲量達170Pg[3]。據(jù)Cole[4]估計，預(yù)測未來50-100年內(nèi)，全球農(nóng)田系統(tǒng)可固碳量為20～30Pg。另外據(jù)Lal等[5]的研究，全球耕地年固碳潛力為0.75～1.0Pg。因此，農(nóng)業(yè)系統(tǒng)具有碳匯(碳吸收)和碳源(碳排放)雙重特征，不僅創(chuàng)造了經(jīng)濟效益，還創(chuàng)造了社會效益和生態(tài)效益，中國需要發(fā)展以“高效率、低耗能、低排放、高碳匯”為特征的低碳農(nóng)業(yè)模式。

實現(xiàn)低碳農(nóng)業(yè)前提是對不同區(qū)域農(nóng)業(yè)系統(tǒng)碳匯、碳源結(jié)構(gòu)進行精確測算和深度分析。首先，我國學(xué)者對于碳匯、碳源測算的對象主要是單個省域或區(qū)域。學(xué)者們分別對浙江[6]、湖南[7]等地區(qū)進行了測算和分析，陳勇等[8]基于EKC模型指出西南地區(qū)碳排放強度增長較快，碳吸收增長緩慢，且農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳庫能力有縮小趨勢。而對于全國范圍農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的研究較少，其中方精云等[9]認(rèn)為，森林、草原、灌木叢表現(xiàn)出顯著的碳匯效果，但農(nóng)作物由于其收獲期較短，農(nóng)作物碳匯效果不明顯。其次，對于碳匯、碳源的效率評價和影響因素分析對于農(nóng)業(yè)規(guī)劃和政策制定有重要的借鑒意義。當(dāng)前煤炭、焦炭、柴油、燃料油以及電力的消費量在農(nóng)業(yè)消耗中比重大，且其利用效率不高[10]。同時我國農(nóng)業(yè)的低碳經(jīng)濟效益處于一種穩(wěn)中有升的水平[11]。許廣月[12]認(rèn)為中國需要確立低碳農(nóng)業(yè)的減源型和增匯型發(fā)展模式，進行低碳鄉(xiāng)村建設(shè)，明確發(fā)展路徑。發(fā)展碳匯農(nóng)業(yè)刻不容緩，需要多方面加強增匯、減源政策措施，探索多元化的低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展模式[13～14]。

因此，本文全面總結(jié)了學(xué)者對于碳匯、碳源測算方法，基于2000-2011年各省市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測算出碳吸收量和碳排放量，創(chuàng)新性地對其進行聚類分析和影響因素分析，為各省市發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)提供依據(jù)。

1　材料和方法

1.1農(nóng)業(yè)系統(tǒng)碳匯、碳源測算范圍和方法

根據(jù)IPCC(聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會)2006年報告清單及文獻中測算方法，對我國農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳源、碳匯測度方法進行總結(jié)整理，計算出中國各省市2000-2011年碳排放量和碳吸收量。

我國農(nóng)業(yè)系統(tǒng)碳匯測算邊界的確定。本研究將碳匯邊界界定為：農(nóng)地、園地、草地、濕地等農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤及其地表覆蓋物的固碳量。碳匯測度方法見表1。

表1　中國農(nóng)業(yè)系統(tǒng)碳匯測算方法及數(shù)據(jù)來源Tab.1　Agricultural systems’carbon sequestration calculation method and data sources in China

我國農(nóng)業(yè)系統(tǒng)碳源測算邊界的確定。將碳源邊界界定為，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電、農(nóng)用柴油等能源消耗碳排放及漁業(yè)養(yǎng)殖中的機械耗能；化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等農(nóng)業(yè)投入品制造及其使用中的碳排放；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程土地利用變化相關(guān)的碳排放，主要是稻田的生產(chǎn)，因水田土壤有機物厭氧分解產(chǎn)生大量CH4，水稻產(chǎn)生的CH4占到總量的50.15%[19]；畜禽飼養(yǎng)碳排放，包括動物糞便、畜禽腸道發(fā)酵釋放出的CH4氣體，我國主要是豬、牛、羊；農(nóng)業(yè)有機廢棄物燃燒或者處理中的碳排放，我國主要是農(nóng)作物秸稈燃燒。測度方法見表2。

表2　中國農(nóng)業(yè)系統(tǒng)碳源測算方法及數(shù)據(jù)來源Tab.2　Agricultural systems’carbon source calculation method and data sources in China

注：在估算全國稻田甲烷排放量時，EF取值為1.8kg/公頃/日；t取值分別為：早稻(生育天數(shù)90-120天)；中稻和一季晚稻(生育天數(shù)110-134天)；雙季晚稻(生育天數(shù)100-120天)，計算時取其平均值。根據(jù)黃祖輝等(2011)[22]對IPCC基準(zhǔn)排放因子進行了調(diào)整，不含有機添加物的持續(xù)性灌水稻田甲烷的取值1.3，種植期不同水分狀況的取值0.78；種植期前、季前不同水分狀況的取值1.22。

1.2數(shù)據(jù)來源

本文各項基礎(chǔ)統(tǒng)計數(shù)據(jù)來自于2002-2012年《中國統(tǒng)計年鑒》、《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》、《中國農(nóng)業(yè)年鑒》、《中國畜牧業(yè)統(tǒng)計年鑒》，以及《新中國農(nóng)業(yè)60年統(tǒng)計資料(中華人民共和國農(nóng)業(yè)部 2009)》等。在碳匯基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整理中，根據(jù)《中國統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)說明，其中糧食作物主要是水稻、小麥、玉米、大豆、薯類、其他(包含除大豆外其他豆類、高粱、谷子)；其中經(jīng)濟作物主要是棉花、油菜籽、花生、蔬菜、糖料、其他(包含芝麻、胡麻籽、麻類、向日葵、煙葉)。

2　結(jié)果與分析

2.1碳吸收、碳排放分析

根據(jù)我國農(nóng)業(yè)系統(tǒng)碳匯、碳源測度方法和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，測算出我國2000-2011年31個省市碳吸收和碳排放量。數(shù)據(jù)結(jié)果見表3、表4。

各省市碳排放量受到面積影響，通過回歸方法測度碳排放量與經(jīng)濟發(fā)展水平(GDP)呈1%顯著性正相關(guān)，且系數(shù)為0.316；碳吸收量主要受到地理條件的影響，同時也受到經(jīng)濟、城市發(fā)展的制約。2011年碳排放量各省市平均值為5 924.75噸，標(biāo)準(zhǔn)差為4 827.14萬噸，超過一萬噸省份有河北、江蘇、山東、廣東、河南5省，其中江蘇最多,達到19 379.67萬噸，西藏最少,為314.10萬噸。2011年東、中、西部、東北部平均值分別為7 778.57萬噸、7 119.60萬噸、3 498.20萬噸、6 371.98萬噸，東部稍多于中部，其次為東北部，中部為西部的兩倍多。碳吸收量2011年各省市平均值為7 083.19萬噸，標(biāo)準(zhǔn)差為4 685.35萬噸，最大的是山東，達到17 164.04萬噸，最小的是北京，為529.19萬噸。東、中、西、東北部平均值分別為64 890.37萬噸、47 017.67萬噸、92 630.99萬噸、22 274.84萬噸，其中西部最多，其次依次為東部、中部、東北部。

我國各省市碳吸收量、碳排放量2000年以來呈增長趨勢，平均碳排放增長速度是碳吸收的8倍。碳排放量平均增長速度東、中、西部地區(qū)分別為4.80%、4.02%、4.02%，2000-2011年各省市增長速度基本都大于0，增速大致呈“先高后低”趨勢，東部高于中西部，但從整體均衡增長角度看中部大于西部；碳吸收量平均增長速度東、中、西部、東北部地區(qū)分別為0.70%、1.71%、2.35%、2.63%，增速最大地區(qū)是重慶，增速達到8.08%，最小是北京，為-1.81%。西部、東北部明顯好于中部，中部好于東部，且東部碳吸收遞減年份明顯多于中西部和東北部，但是增速都較低，明顯低于碳排放增速，平均增速僅有北京、上海兩市為負(fù)值。

通過回歸方法測度，2011年碳增匯量(碳吸收量與碳排放量差額)與經(jīng)濟發(fā)展水平呈2%顯著性負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.237。同時受其自然條件的影響,碳增匯負(fù)值地區(qū)有北京、天津、遼寧、上海、江蘇、浙江、安徽、福建、廣東和陜西。其他省市中碳增匯量高于1 000萬噸以上的有河北、內(nèi)蒙古、黑龍江、山東、湖南、廣西、四川、西藏、甘肅、青海、新疆，數(shù)值最大的西藏、內(nèi)蒙古分別高達10 261.46萬噸、10 211.19萬噸。東部經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)碳增匯量相對較低，因近年來城市化、工業(yè)化發(fā)展，以及大力發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)和漁業(yè)，一方面使得農(nóng)業(yè)碳匯系統(tǒng)面積縮小，固碳能力削弱，另一方面農(nóng)業(yè)用電和農(nóng)用柴油的使用量增強，碳排放快速增加。

表3　2011年全國31個省市農(nóng)業(yè)系統(tǒng)碳吸收情況Tab.3　Carbon absorption of 31 provinces and cities in 2011　104t

注：--表示數(shù)據(jù)為0或相對很少可以忽略。

表4　2011年全國31個省市農(nóng)業(yè)系統(tǒng)碳排放情況Tab.4　Carbon emissions of 31 provinces and cities at nationwide in 2011　104t

2.2影響因素分析

碳匯量與各實現(xiàn)途徑的相關(guān)性及影響程度各不相同，具有較強的地方農(nóng)業(yè)發(fā)展特色。若是正相關(guān)，且小于10%的顯著性，從固碳的角度應(yīng)增加該農(nóng)業(yè)系統(tǒng)成分投入要素，增加面積或提高產(chǎn)量；若是負(fù)相關(guān)，則主要是由于農(nóng)業(yè)系統(tǒng)該成分在該省市面積少、產(chǎn)量低，導(dǎo)致碳吸收能力相對較差，需要一方面增加復(fù)種指數(shù)，提高單產(chǎn)和總產(chǎn)量，另一方面增強該作物的生產(chǎn)力，優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)。農(nóng)業(yè)碳排放量與農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值之間有著密切的正相關(guān)關(guān)系，其中農(nóng)業(yè)產(chǎn)出每增長1%，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)碳排放增長0.69%[23]。一是糧食主產(chǎn)區(qū)碳吸收量對于耕地、糧食作物和經(jīng)濟作物的相關(guān)性較強，如江蘇相關(guān)性系數(shù)在5%顯著性下系數(shù)分別為0.81、0.87、0.88，遼寧在10%顯著性水平下分別為0.28、0.94、1.10；有16個省份經(jīng)濟作物的相關(guān)性程度大于糧食作物(碳匯量實現(xiàn)途徑中經(jīng)濟作物系數(shù)高于糧食作物系數(shù)的地區(qū)有：山西、遼寧、吉林、江蘇、安徽、江西、湖北、湖南、廣東、海南、四川、貴州、云南、陜西、甘肅等16個省份)，如廣東分別為1.13(1%)、0.87(5%)，說明在保證糧食作物安全的同時可適當(dāng)增加經(jīng)濟作物種植。二是部分地區(qū)碳匯量與耕地面積呈10%以下顯著負(fù)相關(guān)，包括天津(-0.56)、四川(-3.04)；寧夏碳匯量與經(jīng)濟作物呈10%以下顯著負(fù)相關(guān)，系數(shù)為-3.53；部分地區(qū)與糧食作物產(chǎn)量呈低值負(fù)相關(guān)，有甘肅(-5.25)和重慶(-0.65)兩省市，但顯著性不強。三是北方地區(qū)對于果園的相關(guān)程度低于南方，非主產(chǎn)區(qū)低于主產(chǎn)區(qū)。系數(shù)顯著性10%以下地區(qū)中南方有廣東、廣西、江西、四川、江蘇、浙江等，北方有北京、山西、青海、寧夏等地區(qū)。其原因包括南方適宜的氣候；水果、茶葉的邊際效益遠(yuǎn)大于糧食作物，刺激農(nóng)戶擴大種植；果園和茶園的固碳能力也強于糧食作物。四是與草原正相關(guān)性較強的地區(qū)主要集中在北方草原區(qū)、東北及西南天然林保護區(qū)等，濕地正相關(guān)程度較強地區(qū)主要是沿河流域、沿海區(qū)域。

碳源量除北京外都與農(nóng)業(yè)能源存在較大的正相關(guān)關(guān)系，在農(nóng)業(yè)投入品、養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)生產(chǎn)活動方面表現(xiàn)出較為明顯的地方差異。若是正相關(guān)，且小于10%的顯著性，從減源角度需要減少該要素的使用，或該作物、禽畜的數(shù)量；若是負(fù)相關(guān)，說明該要素單位碳排放量降低，其原因一方面是由于農(nóng)業(yè)科技水平的應(yīng)用，另一方面是農(nóng)業(yè)種植、養(yǎng)殖更加注重低碳技術(shù)，需要農(nóng)業(yè)進行規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化、低碳化發(fā)展，提高管理技術(shù)。一是各省市碳排放量與農(nóng)用柴油和農(nóng)業(yè)用電的相關(guān)性系數(shù)基本都大于其他方面，且顯著性較強。如內(nèi)蒙古分別為0.99(1%)、0.96(1%)，海南分別為0.95(1%)、0.96(1%)，說明目前農(nóng)業(yè)系統(tǒng)機械化水平較高，但高排放、非有效的機械利用使得經(jīng)濟效益補償生態(tài)效益比例提高。二是整體上相關(guān)系數(shù)化肥大于農(nóng)藥、農(nóng)膜，顯著性基本都處于10%以下，產(chǎn)糧大省的相關(guān)性大多高于非產(chǎn)糧區(qū)。如湖南三項分別為0.98(1%)、0.92(1%)、0.94(1%)，西藏為0.95(1%)、0.89(1%)、0.58(10%)，說明農(nóng)業(yè)系統(tǒng)已過度依賴化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜的施用，單位農(nóng)業(yè)投入品要素投入的碳排放量較大，應(yīng)增加農(nóng)家肥施用和少耕面積。三是養(yǎng)殖大省尤其是生豬養(yǎng)殖大省其畜禽廢棄物和牲畜腸道碳排放明顯高于其他省份，其相關(guān)性系數(shù)大多在10%以下。說明畜禽碳排量將成為農(nóng)業(yè)系統(tǒng)碳源的主要途徑，需要擴大規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)殖，提高廢棄物處理技術(shù)。四是由于稻田排放量相對其他方面較少，其相關(guān)性較弱。五是農(nóng)作物秸稈燃燒對于大多數(shù)省份相關(guān)系數(shù)均大于0.7，且基本都為正相關(guān)。說明糧食主產(chǎn)區(qū)秸稈燃燒形成的碳排放量是碳源的主要途徑之一，應(yīng)運用秸稈處理新技術(shù)，推廣秸稈還田。

3　結(jié)論與對策

3.1結(jié)論

農(nóng)業(yè)系統(tǒng)碳增匯量受到自然條件的影響，同時與經(jīng)濟發(fā)展水平呈5%顯著性水平的負(fù)相關(guān)，全國26個省市碳吸收量大于碳排放量；各地區(qū)碳匯水平影響因素相關(guān)性有明顯的地方特征，但大部分地區(qū)農(nóng)作物的固碳能力較高，其次為草原、果園；各省份碳源水平影響因素相關(guān)性程度有所差別，但影響碳排放水平主要是農(nóng)業(yè)能源的使用，其次是畜禽飼養(yǎng)、秸稈燃燒和農(nóng)業(yè)投入品。

3.2對策建議

(1)提高增匯固碳水平。從擴大數(shù)量、提高質(zhì)量著手，依據(jù)各地區(qū)影響碳匯的相關(guān)性大小，各地區(qū)因地制宜擴大作物、林地、園地等數(shù)量，擴大作物免耕面積，在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，實施農(nóng)田深耕與少耕相結(jié)合，增加推廣秸稈還田技術(shù)和范圍，提高復(fù)種指數(shù)，增加施用有機肥，提高單位面積固碳能力。(2)推進農(nóng)業(yè)節(jié)能減排。一方面增加農(nóng)機補貼金額、范圍和標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)和推廣新型清潔農(nóng)機設(shè)施；另一方面全面推進土地整合，推進農(nóng)地規(guī)?；?jīng)營，發(fā)展農(nóng)機合作社，提高農(nóng)機和漁業(yè)機械利用率。同時針對碳源影響因素相關(guān)性強度和顯著性，結(jié)合其他減排措施，如測土配方技術(shù)的廣泛推廣，推廣肥藥減量、高效利用措施，加強農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用，主要是畜禽排泄物、農(nóng)作物秸稈、農(nóng)業(yè)投入品包裝物等，推廣多類型“畜禽廢棄物—沼氣—作物”模式。(3)拓寬生態(tài)農(nóng)業(yè)投融資渠道，增加財政扶持力度，增強“以工哺農(nóng)”，創(chuàng)新生態(tài)補償機制，完善CDM項目配套政策。

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Provincial Difference and Influence Factors of Carbon Source and Sink of Agricultural System in China

YU Wei-yong1，QI Yan-bin1，Ming Hui1，Ren Dan2，Deng Xin2，F(xiàn)u Li1

(1.College of Economics，Sichuan Agricultural University，Chengdu Sichuan 611130，P.R.China;2.College of Management，Sichuan Agricultural University，Chengdu Sichuan 611130，P.R.China)

Based on summarizing measurement methods of carbon source and sink, the individual provincial data from 2000 to 2011 were calculated, and cluster analysis was used to classify regional difference. Regression analysis was also used to analyze the influence factors of carbon source and sink. The results shows and carbon sequestration are higher than carbon emission in 26 provinces, the agricultural systems of carbon sinks are affected by natural conditions, as well as the status of economic development with significant negative correlation at 5% level. The influence factors of carbon sinks at regional level have significant local characteristics, the carbon sequestration capacity of crop pants are higher than products from grassland and orchard. The emission factors mainly come from energy for agriculture, livestock feeding, straw combustion and agricultural inputs.

agricultural ecosystem；carbon source；carbon sink；provincial differences；influencing factors

10.16473/j.cnki.xblykx1972.2016.05.001

2015-10-27

國家社會科學(xué)基金項目“農(nóng)產(chǎn)品食品安全視閾下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型問題研究”(14XGL003)，四川省科技計劃項目“四

于偉詠(1988-)，男，博士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)與生態(tài)經(jīng)濟研究。E-mail：ywy212@163.com

簡介：漆雁斌(1969-)，男，教授，博士，主要從事農(nóng)業(yè)經(jīng)濟、生態(tài)經(jīng)濟研究。E-mail： qybin@sina.com

F 327;F 323.22;F062.2

A

1672-8246(2016)05-0001-07

川農(nóng)村森林碳匯資產(chǎn)管理戰(zhàn)略與政策研究”(2014ZR0112)，四川省農(nóng)村發(fā)展研究中心項目“安全約束下四川種植業(yè)供給側(cè)改革研究”(CR1624)。