考虑水土匹配的黄河流域农业碳排放时空分异研究.pdf

收稿日期：基金项目：国家社会科学基金资助项目（）作者简介：冯誉萱（），女，辽宁阜新人，硕士研究生，研究方向为区域经济学 通信作者：薛选登（），男，河南三门峡人，教授，研究方向为农业经济：【黄河流域生态保护和高质量发展】考虑水土匹配的黄河流域农业碳排放时空分异研究冯誉萱，薛选登（河南科技大学 商学院，河南 洛阳）摘 要：为了给黄河流域农业绿色低碳发展和高质量发展提供参考，在考虑水土匹配因素的基础上，采用碳排放系数法对 年黄河流域九省（区）农业碳排放量进行测算，采用 恒等式和 分解模型对黄河流域农业碳排放变化量各影响因素的贡献进行分解，结果表明：）年黄河流域农业水土匹配度呈波动上升趋势，其时空差异较大；）黄河流域农业碳排放量在 年呈增大趋势，年大幅度下降，各省（区）农业碳排放量差异较大；）从流域整体来看，农业碳排放的主要驱动因素是农业水资源经济产出、主要抑制因素是农业碳排放强度，各省（区）农业碳排放的主要驱动因素和主要抑制因素有所不同；）水土资源利用与农业碳排放密切相关，农业水土匹配度和农业水资源经济产出在不同年份、不同省份对农业碳排放的影响具有正负不定的波动性，其原因有待进一步研究。关键词：水土匹配度；农业碳排放；驱动因素；抑制因素；恒等式；分解模型；黄河流域中图分类号：；文献标志码：引用格式：冯誉萱，薛选登考虑水土匹配的黄河流域农业碳排放时空分异研究人民黄河，（）：，（，）：，（），；）（）；），（）；），：；水土资源是农业生产及其可持续发展的基础。黄河流域是我国传统的农耕区和重要的农业生产基地，随着对水土的高强度开发利用（黄河流域土地开发强度为，高于 的全国平均土地开发强度；水资源开发利用率高达，远超 的生态警戒线），农业生产过程中的能源消耗和碳排放具有极大的负外部性，影响生态环境和资源合理利用。关于农业碳排放的研究可以分为 类：）农业碳排放核算及分析，核算方法有碳排放系数法、模型模拟法和实地测算法等，研究角度有投入产出、生产过第 卷第 期 人 民 黄 河 ，年 月 ，程、碳汇、全生命周期等，研究范围有全国、省域或县域等；）碳减排驱动机理，研究方法有 模型、模型和 模型等，考虑的影响因素有农业产业集聚、环境规制等；）碳减排路径、边际成本及趋势预测等，研究视角有宏观和微观，研究方法有 模型、灰色预测模型等。鉴于目前学术界极少从水土资源匹配视角对农业碳排放进行分析且对黄河流域农业碳排放的研究相对较少，本文在考虑水土匹配因素的基础上，采用碳排放系数法对 年黄河流域九省（区）农业碳排放量进行测算，采用 恒等式和 分解模型对黄河流域农业碳排放变化量各影响因素的贡献进行分解，以期为黄河流域农业绿色低碳发展和高质量发展提供参考。研究方法 水土匹配度水土匹配度用于衡量区域农业生产所需水资源和土地资源的匹配程度。水土匹配度越高，表明区域水资源与耕地资源分布的一致性越高。本研究以黄河流域各省（区）为样本单元计算农业水土匹配度和农业碳排放量，其中农业水土匹配度计算公式为 （）式中：为农业水土匹配度，为水资源总量，为农业用水量占用水总量的比例，为耕地面积。碳排放量测算参考蒋金荷的研究，选取农业生产活动中使用的 类能源（原煤、汽油、煤油、柴油、燃料油、天然气）进行碳排放量测算，公式如下：（）式中：为农业碳排放总量，为农业生产消耗的第 类能源数量，、分别为第 类能源折算标准煤系数、碳排放系数（取值见表）。表 各类能源折算标准煤系数及碳排放系数能源类型折算标准煤系数碳排放系数原煤 汽油 煤油 柴油 燃料油 天然气 考虑水土匹配因素的碳减排量分解参考 等、魏玮等的研究，运用 恒等式和 分解模型对农业碳排放总量进行分解。为此，构建 恒等式如下：（）式中：为农业增加值，为农业用水量，为人口数量。令 （称为农业碳排放强度），（称为农业水资源经济产出），（称为单位耕地面积用水量，即农业水土匹配度），（称为人均耕地面积），则农业碳排放总量可用 个因素的乘积来表示，即把式（）变为 （）采用 分解模型的加法分解形式计算各影响因素对农业碳排放变化量的贡献，公式如下：（）（）（）（）（）（）式中：为从基期到期末的农业碳排放变化量，、分别为基期农业碳排放量、第期末农业碳排放量，为农业碳排放强度对农业碳排放变化量的贡献，、分别为基期农业碳排放强度、第 期末农业碳排放强度，为农业水资源经济产出对农业碳排放变化量的贡献，、分别为基期农业水资源经济产出、第 期末农业水资源经济产出，为单位耕地面积用水量对农业碳排放变化量的贡献，、分别为基期单位耕地面积用水量、第 期末单位耕地面积用水量，为人均耕地面积对农业碳排放变化量的贡献，、分别为基期人均耕地面积、第 期末人均耕地面积，为人口数量对农业碳排放变化量的贡献，、分别为基期人口数量、第 期末人口数量，为各因素分解后的残余项（本研究取 ）。数据来源本文以 年为研究期，研究所用数据包括逐年水资源总量、用水总量、农业用水量、耕地面积、农业增加值、人口数量、各类能源消耗量及其折算标准煤系数等，数据来源于历年中国统计年鉴中国能源统计年鉴等。测算结果与分析 水土资源匹配情况 年水土匹配度计算结果见表，其中人 民 黄 河 年第 期全流域水土匹配度为各省（区）水土匹配度的算术平均值。从各省（区）看，省（区）间农业水土匹配度差异明显，青海和四川两省农业水土匹配度明显较其他省（区）的高，宁夏农业水土匹配度明显较其他省（区）的低。农业水土匹配度最高的是青海，其多年平均值至少高于其他省（区）个数量级、是宁夏多年平均值的 倍。各省（区）农业水土匹配度存在明显差异表明，黄河流域水资源的分布与农业土地资源分布存在空间差异。青海虽然拥有丰富的水资源和广阔的土地资源，但农业土地资源利用不充分，导致其农业水土匹配度明显偏高；宁夏农业土地资源利用相对比较充分，但因地处内陆严重干旱区而水资源量较少，导致其农业水土匹配度明显偏低。从全流域整体上看，年农业水土匹配度呈波动上升趋势，年际差异较大，年明显偏低、年相对较高，最大值（年）是最小值（年）的 倍。由于农业土地资源时空分布相对稳定而水资源时空分布变化较大，因此黄河流域农业水土匹配度时空差异明显的主要原因是水资源时空分布不均。表 年农业水土匹配度计算结果万 年份青海四川甘肃宁夏内蒙古山西陕西河南山东全流域均值 农业碳排放量变化情况 年黄河流域农业碳排放量计算结果见表。从各省（区）看，年内蒙古、山东、河南三省（区）农业碳排放量较大，分别约占全流域的、（三 者 合 计 约 占 全 流 域 的）；农业碳排放量最小的是宁夏，约占全流域的。从全流域整体上看，黄河流域农业碳排放量在 年以前呈增大趋势（年达到最大值 万），年大幅度下降（年下降到万），原因是 年召开的党的十九大提出“绿水青山就是金山银山”的可持续发展理念后，各省（区）低碳意识增强、农业产业结构优化调整，使之后农业碳排放量大幅度下降。表 年黄河流域农业碳排放量计算结果万 年份青海四川甘肃宁夏内蒙古山西陕西河南山东全流域 均值 农业碳排放影响因素 全流域整体农业碳排放影响因素黄河流域农业碳排放变化量各影响因素的贡献分解计算结果见表。）农业碳排放驱动因素。在黄河流域农业碳排放的 个影响因素中，农业水资源经济产出、人口数量对农业碳排放变化量的贡献（、）绝大多数年份为正值，即这 个因素是黄河流域农业碳排放的驱动因素，其中农业水资源经济产出是主要驱动因素。水资源经济产出增加使农作物种植面积扩大、水资源人 民 黄 河 年第 期和能源投入增加，进而导致农业碳排放量增加；人口数量的增加使用水量和能源消耗增加，进而导致农业碳排放量增加。表 黄河流域农业碳排放变化量各影响因素的贡献万 年份 ）农业碳排放抑制因素。在黄河流域农业碳排放的 个影响因素中，农业碳排放强度、单位耕地面积用水量、人均耕地面积对农业碳排放变化量的贡献（、）呈正负不定的波动状态。从研究时段（年）整体来看，这 个因素的贡献均为负值，即这 个因素是黄河流域农业碳排放的抑制因素，其中农业碳排放强度是主要抑制因素。农业碳排放强度随着经济的增长而下降，在经济增长速度明显快于农业碳排放增长速度时，农业碳排放强度对农业碳排放具有抑制作用，经济发展和农业生产技术革新使单位耕地面积农业用水量降低，从而降低水资源开发利用的能源消耗，也会对农业碳排放起抑制作用；在干旱缺水的旱作农业区，适当增加单位耕地面积农业用水量，可明显提高农作物产量、间接促进农业生产中的能源消耗，进而对农业碳排放起抑制作用；人均耕地面积下降时，农业生产对能源的消耗减少，因而对农业碳排放起抑制作用。各省（区）农业碳排放影响因素研究时段（年）黄河流域各省（区）农业碳排放各影响因素对碳排放变化量的贡献见表。表 年各省（区）农业碳排放变化量各影响因素的贡献万 省（区）青海四川甘肃宁夏内蒙古山西陕西河南山东 由表 可知：各省（区）农业碳排放强度对农业碳排放变化量的贡献（）均为负值，即对农业碳排放起抑制作用，但是各省（区）农业碳排放强度的抑制作用差异较大，其中内蒙古、山东、山西、四川四省（区）农业碳排放强度对农业碳排放的抑制作用相对较大，而青海、宁夏两省（区）农业碳排放强度对农业碳排放的抑制作用相对较小；各省（区）农业水资源经济产出对农业碳排放变化量的贡献（）均为正值，即对农业碳排放有驱动作用，但各省（区）农业水资源经济产出对农业碳排放的驱动作用差异较大，其中内蒙古、山东、河南、四川四省（区）的较大，宁夏、青海两省（区）的较小；各省（区）单位耕地面积用水量、人均耕地面积、人口数量对农业碳排放变化量的贡献（、）正负不尽一致且绝对值差别较大，表明这 个因素在各省（区）的表现存在差异，各省（区）农业碳排放的驱动因素和抑制因素有所不同。综合分析各因素在不同省（区）的表现，对各省（区）农业碳排放的主要驱动因素与主要抑制因素进行了归纳，见表。表 各省（区）农业碳排放主要驱动因素和抑制因素省（区）主要驱动因素主要抑制因素青海农业水资源经济产出农业碳排放强度四川农业水资源经济产出农业碳排放强度甘肃农业水资源经济产出农业碳排放强度宁夏单位耕地面积用水量人均耕地面积内蒙古农业水资源经济产出农业碳排放强度山西农业水资源经济产出农业碳排放强度陕西农业水资源经济产出农业碳排放强度河南人均耕地面积、农业水资源经济产出单位耕地面积用水量山东农业水资源经济产出农业碳排放强度、单位耕地面积用水量 水土资源匹配与农业碳排放的关系由表 和表 可知，农业水土匹配度（即单位耕地面积用水量）对黄河流域农业碳排放变化量的贡献呈正负不定的波动状态，即在不同时段、不同省份对农业碳排放的影响有不同的表现，如在甘肃、宁夏、内蒙古、山西四省（区）对农业碳排放起驱动作用，而在青海、四川、陕西、河南、山东五省对农业碳排放有抑制作用。与水土匹配状况关系密切的农业水资源经济产出在多数年份对流域整体农业碳排放是驱动因素，也是多数省（区）农业碳排放的主要驱动因素；而农业水土匹配度对农业碳排放的影响在黄河流域上游省份（青海、四川）和下游省份（河南、山东）截然相反。农业水土匹配度对农业碳排放影响的波动原因、农业水资源经济产出对农业碳排放的驱动机理等，有待进一步研究。结论及建议 结论）年黄河流域农业水土匹配度呈波人 民 黄 河 年第 期动上升趋势，其时空差异（不同年份间差异、不同省份间差异）较大，即水土资源匹配状况不均衡，主要原因是水资源时空分布不均。）黄河流域农业碳排放量在 年呈增大趋势，年大幅度下降，各省（区）农业碳排放量差异较大，其中内蒙古、山东、河南三省（区）农业碳排放量之和约占全流域的。）从流域整体来看，农业水资源经济产出是农业碳排放的主要驱动因素，农业碳排放强度是农业碳排放的主要抑制因素；各省（区）农业碳排放的主要驱动因素和主要抑制因素有所不同，农业水资源经济产出是多数省份农业碳排放的主要驱动因素，农业碳排放强度是多数省份农业碳排放的主要抑制因素。）水土资源利用与农业碳排放密切相关，农业水土匹配度和农业水资源经济产出在不同年份、不同省份对农业碳排放的影响呈正负不定的波动，其原因有待进一步研究。建议）积极改善农业水土匹配状况，缩小农业水土匹配度时空差异。鉴于农业土地资源的分布相对稳定而水资源时空分布不均，应尽快实施南水北调西线工程以解决黄河流域水资源严重短缺造成的水土匹配度空间不均衡问题，建设水资源调蓄工程（丰水年份蓄水供枯水年份使用）以解决水土匹配度时间不均衡问题，同时努力提高水资源利用效率、水土资源承载水平，促进流域水土资源利用的均衡发展，为低碳农业发展提供更好的条件。）大力开展低碳技术研发，促进农业生产低碳转型。目前，黄河流域部分省（区）灌溉技术落后、水利设施破旧等，间接使农业生产碳排放量增加，因此应大力开展低碳技术开发，根据黄河流域各省（区）实际情况和农业生产需求（农户需求），有针对性地研发农业低碳技术，进而实现农业绿色发展。）深化水土匹配与农业碳排放关系的研究，重点关注农业碳排放驱动因素，有针对性地实施农业碳减排措施。参考文献：方琳娜，尹昌斌，方正，等黄河流域农业高质量发展推进路径中国农业资源与区划，（）：张鲜鲜，周胜，孙会峰，等 模型在稻田生态系统中的研究进展及应用上海农业学报，（）：刘明达，蒙吉军，刘碧寒国内外碳排放核算方法研究进展热带地理，（）：田云，张俊飚中国农业生产净碳效应分异研究自然资源学报，（）：刘凯，江世浩，朱文珏广东省森林碳汇量估算及其空间效应分析中国农业资源与区划，（）：韩召迎，孟亚利，徐娇，等区域农田生态系统碳足迹时空差异分析：以江苏省为案例 农业环境科学学报，（）：王微，林剑艺，崔胜辉，等碳足迹分析方法研究综述环境科学与技术，（）：黎孔清，陈俭军，马豆豆基于 和（，）模型的湖南省农地投入碳排放增长机理及趋势预测长江流域资源与环境，（）：张凯碳减排约束下河南省产业结构转型影响因子的分解分析创新科技，（）：程琳琳，张俊飚，何可农业产业集聚对碳效率的影响研究：机理、空间效应与分群差异中国农业大学学报，（）：张金鑫，王红玲环境规制、农业技术创新与农业碳排放湖北大学学报（哲学社会科学版），（）：吴贤荣，张俊飚，田云，等基于公平与效率双重视角的中国农业碳减排潜力分析自然资源学报，（）：王小彬，武雪萍，赵全胜，等中国农业土地利用管理对土壤固碳减排潜力的影响中国农业科学，（）：徐敏，伍钧，张小洪，等生物炭施用的固碳减排潜力及农田效应生态学报，（）：褚力其，姜志德，任天驰中国农业碳排放经验分解与峰值预测：基于动态政策情景视角中国农业大学学报，（）：黎孔清，马豆豆，李义猛基于 模型的南京市农业碳排放驱动因素分析及趋势预测科技管理研究，（）：刘彦随，甘红，张富刚中国东北地区农业水土资源匹配格局地理学报，（）：蒋金荷中国碳排放量测算及影响因素分析资源科学，（）：，：魏玮，文长存，崔琦，等农业技术进步对农业能源使用与碳排放的影响：基于 模型分析农业技术经济，（）：【责任编辑 张智民】人 民 黄 河 年第 期