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1、第3 4卷 , 第3期 中 国 农 业 资 源 与 区 划V o l . 3 4,N o . 3,p p 6 0 - 6 5 2013年6月 C h i n e s eJ o u r n a l o fA g r i c u l t u r a lR e s o u r c e sa n dR e g i o n a lP l a n n i n gJ u n e,2 0 1 3 d o i:1 0 . 7 6 2 1/c j a r r p . 1 0 0 5 - 9 1 2 1 . 2 0 1 3 0 3 1 0 动态监测 农业碳排放与农业产出关系分析李 颖1,葛颜祥1,梁 勇2(1 .山
2、东农业大学经济管理学院,泰安 2 7 1 0 1 8;2 .山东农业大学信息科学与工程学院,泰安 2 7 1 0 1 8)摘 要 农业既是温室气体的来源,同时又受到气候变化的巨大影响。按照目前学术界碳排放的计算方法,通过化肥施用量、农药施用量等4个主要投入要素计算得到我国农业碳排放量。对农业碳排放与农业总产值的对数值进行分析,发现二者之间存在协整关系。进行协整回归分析可以看出,农业碳排放量与农业总产值之间有着密切的正相关关系,其中农业产出每增长1%,导致农业碳排放增长0 . 6 9%。据此提出了引进土地利用新模式、实施保护性耕作、推广施肥新技术、发展农作物固碳技术等对策建议。关键词 农业碳排放
3、 农业产值 协整分析 低碳农业收稿日期:2 0 1 2 - 1 2 - 1 2 李颖为博士生 葛颜祥、梁勇均为博士、教授基金项目:文章由国家农业信息化工程技术研究中心的开放课题 “ 基于物联网的农业碳排放计量及其相关因素分析” (K F 2 0 1 3W 4 8-0 5 6) ;山东省重大课题 “ 基于物联网的森林、农田和水域碳源/汇遥感测量技术研究”(2 0 1 1 G G 2 1 0 2 0)以及 “ 山东省三农问题软科学研究基地”的资助近年来,大气中温室气体浓度的增加引起的全球气候变化,已经威胁着人类的生存与社会经济的发 展,成为当今国际社会及学界关注的重大环境问题。从较长的时间跨度来看
4、,大气中主要温室气体二氧化碳的浓度在1 9世纪以前并没有显著变化,二氧化碳的吸收和排放基本是平衡的。但在工业革命后,大气中温室气体的浓度逐渐增加,日益剧烈的人类活动极大地改变了土地利用形态,严重干扰并破坏了二氧化碳的收支平衡。在温室气体的影响下,全球年均气温增加了约0 . 9 7,这其中二氧化碳起到了主要作用,占总量的7 0%1。根据联合国政府间气候变化专门委员会 (I P C C)2 0 0 7年第四次评估报告,与工业化前 相比,1 9 7 0年至2 0 0 4年期间全球温室气体年排放总量已经增长了7 0%2,这将会对生态系统、水资源和人类的健康等产生破坏性的影响。目前气候环境问题已经是人类
5、面对的最严重的问题,发展低碳经济是世界各国的必然选择。农业生产活动与全球气候变化是密切联系的。根据联合国政府间气候变化专业委员会第四次评估报告,农业是温室气体的第二大重要来源,排放量介于电热生产和尾气之间3。另外,农业在自身生产过程中,由于土地利用不当、化肥施用过量等释放出大量的温室气体,反过来影响气候的变化。据估计,农业源排放的二氧化碳、氨气、二氧化氮的量分别占总的人为温室气体排放量的2 1%2 5%、5 7%和6 5%8 0%4。农业作为国民经济的基础产业,同时又受到气候变化的巨大影响。大气中二氧化碳对农业的影响可以分为直接和间接两个方面。直接影响指二氧化碳参与农作物的光合作用,作为物质源
6、的二氧化碳流会直接影响作物的初级生产力;间接的影响指二氧化碳浓度增加引起的温室效应对全球碳循环及农业生产所产生的影响。因此,研究农业碳排放与农业产出之间相关关系,探寻现代农业发展对农业碳排放的影响程度和影响规律,对于农业发展方式的变革有重要的影响,也是我们这个农业大国的当务之急。1 数据来源与计算方法1 . 1 农业碳排放数据来源 由于目前还没有中国农业碳排放的具体观测数据,学者们基于自己的研究角度对于农业碳排放进行了中国农业资源与区划研究。如张迪等应用投入产出分析方法,结合海关进出口贸易数据,对2 0 0 2年中国农产品对外贸易的隐含碳转移进行了研究,发现中国农产品生产的直接碳排放强度较低,
7、但完全碳排放强度则很高5。姚延婷通过分析影响农业生产总值的因素及这些因素对温室气体排放的贡献程度,发现农业机械总动力、农业柴油量、化肥施用量是农业温室气体排放的主要原因6。李国志对中国农业1 9 8 12 0 0 7年能源消费的碳排放进行了测算,并利用LMD I模型对碳排放进行因素分解,发现经济增长是农业碳排放最主要的驱动因素,技术进步对农业碳减排有较强的促进作用但具有一定随机性,能源消费结构的不断恶化在一定程度上促进了农业碳排放7。我国是世界上化肥消耗量最大的国家,也是世界上唯一以煤为主要原料生产氮肥的国家8。在化肥的施用及其生产过程中产生了大量的二氧化碳,是影响农业碳排放的一个重要因素;农
8、用柴油是农用机械的主要燃料,也属于化石能源,在利用过程中,形成大量的碳排放;农药的生产过程和农业灌溉过程中间接耗费化石燃料,也会形成碳排放。除了上述因素外,影响农业碳排放的还有秸秆利用、农业机械利用等因素。该文没有将秸秆利用纳入计算体系内,主要考虑到目前农村秸秆的处理大致分为两种秸秆焚烧和秸秆还田两种情况,其中秸秆焚烧属于碳源,秸秆还田属于碳汇,二者在碳排放上有抵消功能。另外,考虑到农用机械利用同农用柴油碳排放计算的替代性,因此,该项指标本文没有选择。该文通过化肥施用量、农药施用量、农用柴油和有效灌溉面积这4个主要因素计算得到我国1 9 9 02 0 1 1年农业二氧化碳排放量。其中化肥施用量
9、、农药使用量以及农业灌溉等三种主要碳源的使用量数据 均来自 2 0 1 2中国农村统计年鉴 。由于统计指标设置的问题,农用柴油1 9 9 01 9 9 2年数据通过农用机 械总动力推算得到。1 . 2 农业碳排放计算方法对于农业碳排放量的计量,目前已有一些学者进行了研究,并取得一些成果。李波等9提出农业碳排放估算公式:E=Ei=Tii(1)此公式中,E为农业的碳排放总量,Ei为第i种类型的碳排放量,Ti为第i种碳源的使用量,i为 第i个碳源的碳排放系数。对于四种主要农业投入要素的碳源排放系数的选择,详见表1。表1 农业各种碳源及碳排放系数参考资料来源农业主要碳源碳排放系数资料来源化肥 (k g
10、/k g)0 . 8 5 96 k gk g-1李波,张俊飚,李海鹏,2 0 1 1农药 (k g/k g)4 . 9 3 41 k gk g-1李波,张俊飚,李海鹏,2 0 1 1农业灌溉 (k g/h m2)2 6 6 . 4 8 k gh m2W e s tT .O .,2 0 0 21 0农用柴油 (k g/k g)3 . 5 8 29 k gk g-12 0 0 8中国能源统计年鉴在表1中,农用柴油要转换成标准煤,然后 再计算碳排放量。根据 2 0 0 8中国能源统计年 鉴 ,农用柴油折合标准煤的系数是1 . 4 5 71 k g标准煤/k g,每一吨标准煤燃烧可产生2 . 4 5
11、89 t二氧化碳1 1,由此可以计算出农用柴油的碳排放系数为3 . 5 8 29 k g/k g。按照上述方法通过计算,得到1 9 9 02 0 1 1年农业碳排放的数据,其增长趋势见图1。图1 农业碳排放增长趋势需要说明的是,农业碳排放计算方法本文采用了李波的分项累加方法,但在具体项目上,该文选用了化 肥、农药、农业灌溉及农用柴油四项指标。现有的研究1 2选择的指标还有秸秆焚烧等。之所以没有将秸16第3期 李颖等:农业碳排放与农业产出关系分析中国农业资源与区划秆焚烧纳入到计算体系内,除了上文所述的原因外,还有就是目前秸秆处理的数据难以统计。从农业碳排放的计算结果来看,该文所计算的农业碳排放量
12、居于李波等人的两个研究结果1 2 - 1 3的中间水平,这除了选择的核算项目不同外,还有各项农业碳源的碳排放系数选取的影响。也有学者1 4根据我国农业历年能源消费量数据来进行二氧化碳排放量的估算。这种计算农业碳排放的结果比按照农业投入品碳源数据计算得出的结果小很多。这主要是因为纯粹的能源统计难免会忽略投入品生产使用过程中的能源消耗,从而导致结果偏小。2 农业碳排放与农业产值的协整分析近年来,随着农业投入要素的增加,农业产出不断增长,与此相伴的是农业碳排放也在不断加大。如果延续现有的农业生产方式,随着农业产出的增加,农业碳排放也将不断增加。为准确计量农业产值 ( 此处进行了可比处理)对于农业碳排
13、放的影响,文章对二者之间的关系进行了协整分析。2 . 1 单位根检验 进行协整分析前,首先需要对变量的平稳性进行检验,即单位根检验 (U n i tR o o tT e s t) 。利用E V i e w s 6 . 0对变量l o g(y) 、l o g(x)及其差分形式进行平稳性检验,检验方法选择A D F检验,检验结果 见表2。表2 单位根检验结果变量检验形式 (c,t,k)A D F值临界值 (5%) 平稳性L o g(Y)(c,t,4)-1 . 4 1-3 . 0 1非平稳L o g(X)(c,t,4)-3 . 1 1-3 . 6 6非平稳 l o g(y)(c,0,4)-4 . 5
14、 4-3 . 0 2平稳 l o g(x)(0,0,0)-4 . 1 9-3 . 7 3平稳注:(1)表示相关变量的一阶差分;(2)检验形式中,c表示含有常数项;t表示含有趋势项;k表示滞后阶数。滞后期k的选择固定为4。由检验结果可知,序列l o g(x) 、l o g (y)的统计检验量A D F值均大于显著水平 为5%的临界值,即认为各序列存在单位根,是非平稳时间序列。对原始序列一阶差分后,序列 l o g(x) 、 l o g(y)的统计检 验量A D F值均小于相应的临界值,即说明相应的一阶差分序列不存在单位根,为平稳时间序列。由以上结果,发现l o g(x) 、l o g(y)均为一
15、阶单整变量,即I(1) 。2 . 2 协整检验 如果两个一阶单整的非平稳时间序列的线性组合为平稳时间序列,则认为这两个变量之间是协整的,而协整变量之间存在着长期稳定的均衡关系。为了进一步讨论l o g(x)与l o g(y)的协整性,我们按照E G两步法 (E n g e a n dG r a n g e r,1 9 8 7)对农业碳排放与农业产值对数线性模型使用普通最小二乘法 (O L S)进行回归。回归结果分别如下:l ny=2 . 9 3+0 . 6 9 l nx (4 . 5 8) (9 . 9 5)r2=0 . 8 3 R2=0 . 8 2 F=9 8 . 9 8对上述回归方程所得的
16、残差用A D F检验方法进行单位根检验,其A D F检验值为-2 . 3,低于其5%的临界值 (-1 . 9 6) ,这说明残差序列为平稳序列,也就是说变量l o g(x)与l o g(y)存在协整关系, 即我国农业碳排放与农业产值之间存在长期稳定的均衡关系。3 我国农业碳排放特征及其与农业产出关系讨论3 . 1 我国农业碳排放特征分析3 . 1 . 1 农业碳排放结构特征 根据上述计算方法得到的结果可以分析得出我国农业碳排放结构具有以下特征 ( 图2) :(1)从农业碳排放结构来看,4种主要碳源中,农用柴油的碳排放明显高于其他碳源。农用柴油得 利用直接消耗化石能源,其大小直接影响我国农业碳排放量。从2 2年平均水平来看,农用柴油形成的农业碳排放最大,占总排放的4 9%,其次是化肥的使用形成的碳排放占3
