劉 芳

(安徽工程大學經(jīng)濟與管理學院，安徽 蕪湖 241000)

CO2、CH4等溫室氣體的大量排放引起氣候變暖，氣候變化背景下農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動和糧食安全問題成為全球共同關(guān)注的問題。農(nóng)地利用方式失宜、農(nóng)地利用結(jié)構(gòu)變化是碳排放產(chǎn)生的重要來源。學者們有關(guān)農(nóng)地利用碳效應的研究主要從碳排放的變動趨勢、驅(qū)動因素與經(jīng)濟增長的脫鉤關(guān)系、碳排放效率以及農(nóng)地低碳利用影響因素等幾個維度展開，如文高輝等[1]、景勇等[2]、康韻婕等[3]分別運用LMDI或STIRPA模型對洞庭湖地區(qū)耕地、四川盆地土地和山西省農(nóng)地碳排放影響因素或低碳效率進行分解、測度；鄧楚雄[4]基于GM(1,1)法分別對長沙市的農(nóng)地凈碳排量變化趨勢進行預測；陳欽坪等[5]基于對福建農(nóng)戶的調(diào)查，分析了兼業(yè)活動如何影響農(nóng)戶農(nóng)地低碳利用程度；朱靈偉等[6]運用STIRPAT和GWR模型對農(nóng)地利用碳排放的空間因素進行判別；劉瓊和肖海峰(2020)[7]論證了農(nóng)地經(jīng)營規(guī)模如何通過財政支農(nóng)這一中介變量影響農(nóng)戶的農(nóng)地低碳利用行為。已有研究對深入認識農(nóng)地利用碳效應提供了不同的視角和科學參考。研究范式表現(xiàn)為以固有的因素分解法或預測方法對不同地域的農(nóng)地碳排放作相關(guān)測算，基本上忽略農(nóng)地利用的碳匯功能。事實上，不同種類的農(nóng)業(yè)植被、林地、草地碳匯功能差異顯著，改進農(nóng)地利用方式，優(yōu)化農(nóng)地資源配置，可以充分發(fā)揮農(nóng)地碳減排功能，使其產(chǎn)生正外部效應，成為溫室效應緩解的“助手”。研究農(nóng)地利用碳效應需要結(jié)合利用方式和結(jié)構(gòu)變化考察其碳排量和碳匯量，精準識別其排碳和固碳能力。

農(nóng)地利用方式變化和農(nóng)地結(jié)構(gòu)的變遷對碳效應變化重大影響，進而影響著局部氣候和當?shù)氐纳a(chǎn)活動。分析新疆農(nóng)地利用碳效應有助于從碳減排的角度優(yōu)化配置農(nóng)地資源，以實現(xiàn)經(jīng)濟效益和生態(tài)效益的雙贏。本文結(jié)合新疆14個地州的面板數(shù)據(jù)，著力刻畫農(nóng)地在不同利用方式和結(jié)構(gòu)變化下的碳效應，運用Kernel密度函數(shù)估計法探究碳效應的地區(qū)差異和動態(tài)演進趨勢，并基于優(yōu)化農(nóng)地結(jié)構(gòu)視角，提出相關(guān)建議。

1 研究方法

農(nóng)地利用碳效應等于農(nóng)地利用碳排量減去碳匯量，計算公式：

NC=∑CPi-∑CHi=∑Pi×θi-∑Hi×λi

(1)

式中，NC為碳效應，即差額為正，表示凈碳排；差額為負，表示凈碳匯；CPi為各類碳源的碳排量；CHi為各類農(nóng)地碳匯量；Pi為各類碳源的數(shù)量；θi為各類碳源的碳排系數(shù)；Hi為各類農(nóng)地的面積；λi為單位農(nóng)地的碳匯系數(shù)，各類碳源、碳匯的系數(shù)參見已有[8,9]研究。

Kernel密度函數(shù)估計法是利用連續(xù)的密度曲線來描述隨機變量的分布形態(tài)，對其概率密度做出有效估計的一種分析方法，也是用于探究非均衡分布的非參數(shù)方法。假設f(x)是隨機變量X的密度函數(shù)，在點x的概率密度估算公式：

(2)

(3)

Kernel密度函數(shù)因表達式差異有多種形式，借鑒相關(guān)研究[10,11]，本文選擇高斯核函數(shù)表達式，具體形式：

(4)

2 新疆農(nóng)地利用碳效應分析

2.1 不同農(nóng)地利用方式下的碳排量時空差異分析

通過搜集年鑒源數(shù)據(jù)，運用上述公式計算出新疆農(nóng)地利用的碳排量，如表1所示，顯然實施不同的農(nóng)地管理方式，碳排量差異顯著。研究期間，新疆農(nóng)地碳排總量持續(xù)增長，碳排強度則呈現(xiàn)明顯的N型波動趨勢。碳排總量變動趨勢可以分為3階段：第1階段為2001—2007年，碳排量一直持續(xù)不斷地增長；第2階段為2008—2012年，碳排量較前幾年有所下降，并在800萬t范圍內(nèi)小幅度波動；第3階段為2013—2019年，碳排量再次較快速地增加，直至達到1040.20萬t。從農(nóng)地利用方式看，生產(chǎn)設施用地承載的畜禽養(yǎng)殖活動碳排量居首位，其次是化肥、農(nóng)膜和農(nóng)用柴油3類化學性要素投入產(chǎn)生的碳排放。畜禽養(yǎng)殖碳排放增多與養(yǎng)殖規(guī)模擴大息息相關(guān)。牧民安居工程的實施使廣大牧民改變原有的游牧生活，畜禽飼養(yǎng)方式也由草地散養(yǎng)改為養(yǎng)殖小區(qū)集中圈養(yǎng)；而由于資金和技術(shù)有限，畜禽糞便無害化處理不到位，導致糞尿廢水污染和氨氣、二氧化硫等溫室氣體的大量集聚排放。在西部大開發(fā)戰(zhàn)略指導下，新疆糧食作物、經(jīng)濟作物以及林果種植面積不斷增長，各種農(nóng)作物，特別是棉花對化肥和農(nóng)膜的依賴度不斷增加；規(guī)?；N植和生產(chǎn)作業(yè)大大促進農(nóng)業(yè)機械的推廣應用，柴油投入量也隨之增長。盡管新疆很多地州也在推廣測土配方施肥，力求精準施肥，而由于“農(nóng)技推廣一公里”難題和農(nóng)戶對配方肥的弱信任度問題，減肥效果并不顯著，使得農(nóng)田氨類溫室氣體不斷累積。各地州對比結(jié)果如圖1所示，2019年農(nóng)地碳排總量位居前3位的是喀什地區(qū)、伊犁哈薩克自治州(簡稱伊犁州)和阿克蘇地區(qū)，分別占全疆農(nóng)地碳排量的16.06%、13.98%和9.61%；喀什地區(qū)的碳排量居首位主要因為其耕地和園地面積都比較大，紅棗、核桃和棉花等經(jīng)濟作物對化肥需求量大，同時該地區(qū)也是重要的畜牧養(yǎng)殖區(qū)；碳排量較少的是吐魯番地區(qū)和克拉瑪依市。

2.2 新疆農(nóng)地碳匯量時空差異分析

新疆2001—2019年林地、園地和草地碳匯量如表2所示，各地州農(nóng)地碳匯量見圖1。

圖1 2019年新疆各地州農(nóng)地碳排量、碳匯量和凈碳排對比

研究期間，新疆農(nóng)地碳匯總量和碳匯強度均呈穩(wěn)步增長趨勢。從農(nóng)地利用結(jié)構(gòu)看，林地碳匯占比較大，基本維持在74%～84%，表明近十幾年，新疆天然林、人工林等10大防護林生態(tài)保護工程取得一定成效，退耕還林工作有序推進，在一定程度上增加了土壤植被，林地碳匯功能得以維護。園地碳匯量占比最小，但增長速度最快，年均增長率達到7.72%。主要原因是多年來，新疆自治區(qū)黨委、人民政府大力發(fā)展林果業(yè)。新疆的紅棗、核桃、香梨、蘋果等特色林果主產(chǎn)區(qū)分布于環(huán)塔里木盆地，葡萄、枸杞等主要分布于吐哈盆地、伊犁河谷和天山北坡經(jīng)濟帶。林果業(yè)的蓬勃發(fā)展不僅使新疆果農(nóng)實現(xiàn)增收，也綠化了自然環(huán)境、凈化了空氣，生態(tài)效益顯著。草地碳匯量占比由24.89%下降到14.00%，碳匯量年均遞減率為2.17%。草地碳匯量的減少反映了新疆草地逐年退化的嚴酷現(xiàn)實；盡管實施了退牧還草、退耕還草、草畜平衡等工程措施，但由于水資源匱乏，生態(tài)用水得不到有效保障，草原治理速度趕不上沙化、退化和損失速度。

表1 新疆農(nóng)地不同利用方式下的碳排量及碳排強度

表2 2000—2018年新疆農(nóng)地碳匯量

各地州因自然資源稟賦差異、生產(chǎn)要素投入、經(jīng)濟發(fā)展水平以及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整差異，林地、園地和草地碳匯量空間差異較為顯著。林地碳匯量較高的區(qū)域是阿勒泰地區(qū)、伊犁州及巴音郭楞蒙古自治州(簡稱巴州)，且阿勒泰地區(qū)的林地碳匯量是林匯最少的克拉瑪依市的101倍；園地碳匯量較多的是喀什地區(qū)、阿克蘇地區(qū)、巴州，而草地碳匯量較多的是伊犁州，其次是阿勒泰地區(qū)和塔城地區(qū)，而克拉瑪依的園地和草地碳匯量均是最少的。從區(qū)域分布看，北疆林地和草地的碳匯量要高于南疆和東疆；而園地碳匯量的大小排序是南疆>北疆>東疆，這充分證實了自治區(qū)政府在南疆大力發(fā)展特色林果業(yè)產(chǎn)生顯著的生態(tài)績效。

2.3 新疆農(nóng)地利用碳效應動態(tài)演進趨勢分析

為清楚觀察不同區(qū)域年際間農(nóng)地碳效應的動態(tài)演進趨勢，對新疆14個地州的農(nóng)地碳效應進行Kernel密度估計，核密度分布圖如圖2所示。研究期間，新疆14個地州農(nóng)地碳效應密度函數(shù)曲線中心向右小幅移動，波峰由陡峭變得稍微平緩，變化區(qū)間有所變寬，這表明新疆農(nóng)地利用碳效應的地區(qū)差距逐年擴大，且變化態(tài)勢較為明顯。波峰特征表現(xiàn)為由“一主兩小”格局逐漸演變?yōu)椤耙恢饕恍　?，右?cè)小峰二合為一、變得平坦且不斷向右外延伸，峰值經(jīng)歷了先下降后上升再次下降的波動，這意味著新疆農(nóng)地利用碳效應由三級分化演變?yōu)閮杉壏只r(nóng)地利用結(jié)果為凈碳匯的地州的差距呈現(xiàn)微弱的聚集趨勢，而結(jié)果是凈碳排的地州差距呈現(xiàn)擴散趨勢，由于凈碳排地州的數(shù)量遠多于凈碳匯的地州，綜合效果是區(qū)域集聚特征有所弱化。

圖2 新疆各地州農(nóng)地碳效應動態(tài)演進

2.4 新疆農(nóng)地利用結(jié)構(gòu)變化對單位面積碳效應的影響

農(nóng)地結(jié)構(gòu)變化是影響碳排、碳匯增減變化的重要因素。一般而言，耕地、建設用地會貢獻碳排量，林地、草地則貢獻碳匯量。因此，退耕還林還草以及建設用地還耕等措施可以增加碳匯。反之，毀林毀草開荒、建設用地擠占農(nóng)地則會導致碳排放增加。本文采用“差值法”確定農(nóng)地類型轉(zhuǎn)變所引起的碳效應[12]。新疆農(nóng)地結(jié)構(gòu)變更引發(fā)的碳效應，如表3所示。17a間，建設用地轉(zhuǎn)為耕地的碳匯量基本維持在53000～55000kg·hm-2，退耕還草碳匯量在1400～2200kg·hm-2波動，退耕還林的碳匯量在900～1700kg·hm-2波動。顯然，建設用地轉(zhuǎn)為耕地的碳匯效果要大大高于退耕還草和退耕還林。相反，如果耕地轉(zhuǎn)為建設用地，毀草開荒、毀林開荒則產(chǎn)生相應數(shù)量的碳排放。農(nóng)地利用類型轉(zhuǎn)化和結(jié)構(gòu)的變更導致的碳效應不容忽視，通過加強土地用途管理，嚴格建設用地抑制溫室氣體排放，充分發(fā)揮農(nóng)地的碳匯功能。

表3 農(nóng)地結(jié)構(gòu)變化對農(nóng)地利用碳效應影響

3 政策建議

基于上述分析，提出以下政策建議。改進農(nóng)地利用方式，增加環(huán)境無害化要素的投入。為農(nóng)資生產(chǎn)企業(yè)提供優(yōu)惠的財稅支持政策，促進生物菌肥、生物農(nóng)藥以及殘膜回收機的研發(fā)與推廣，為農(nóng)戶減少化學性肥藥投入和農(nóng)膜污染提供替代品和技術(shù)支撐。探索多元化畜禽糞便資源化利用途徑和技術(shù)。加強土地流轉(zhuǎn)，實現(xiàn)規(guī)模集中養(yǎng)殖，提升畜禽糞便無害化處理水平，提高有機肥還田率，從而增加土壤有機質(zhì)并減少畜禽養(yǎng)殖碳排放，打造循環(huán)低碳種養(yǎng)模式。規(guī)范國土資源開發(fā)與利用。合理安排城鎮(zhèn)建設用地，提高土地集約利用水平，避免非法建設用地擠占耕地，滿足生態(tài)建設和環(huán)保用地需求，避免建設用地速增導致碳排放聚集。加強天然林保護和人工林建設，繼續(xù)實施新一輪退耕還林還草工程。將退耕還林還草工程與精準扶貧、鄉(xiāng)村生態(tài)建設協(xié)同推進，制定合理的補貼政策，提升農(nóng)戶和牧民營林營草的積極性和穩(wěn)定性，加快林草生物蓄積量增長，充分發(fā)揮林草固碳功能。