摘 要 基于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中翻耕、灌溉、化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜和農(nóng)用柴油等6個方面碳源，測算了河南省1993—2015年的農(nóng)業(yè)碳排放量及排放強度。結(jié)果表明：河南省農(nóng)業(yè)碳排放總量整體呈上升趨勢，碳排放總量由1993年的347.09×104 t增加到2015年的874.59×104 t，年均增長4.32%，總體上呈“高速-中速-低速”三階段演化特征。農(nóng)業(yè)碳排放強度從1993年的每公頃484.11 kg增加到2015年的每公頃1 073.21 kg，年均增長3.72%。河南省農(nóng)業(yè)碳排放總量與經(jīng)濟發(fā)展呈典型的倒“U”型曲線關(guān)系，且開始出現(xiàn)拐點，但不明顯?；疑A(yù)測模型顯示，2016—2020年，河南省農(nóng)業(yè)碳排放總量將由1 002.85×104 t增加到1 184.01×104 t。建議河南省采取有效措施，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)碳減排。

關(guān)鍵詞 農(nóng)業(yè)碳排放總量；農(nóng)業(yè)碳排放強度；環(huán)境庫茲涅茨曲線；灰色預(yù)測；河南省

中圖分類號：X705 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2017.22.007

知網(wǎng)出版網(wǎng)址：http：//kns.cnki.net/kcms/detail/50.1186.S.20170818.1918.026.html 網(wǎng)絡(luò)出版時間：2017/8/18 19：18：00

近年來，氣候變化已成為人類社會普遍關(guān)注的全球性問題[1]。全球氣候變化的主要原因在于人類對能源和自然資源的過度使用和開發(fā)，造成大氣中溫室氣體濃度的迅速增長[2]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中由于土地翻耕、灌溉等活動和化肥、農(nóng)藥等物質(zhì)投入會直接或間接導(dǎo)致溫室氣體的排放，已成為溫室氣體排放的重要源頭[2-4]。農(nóng)業(yè)在我國國民經(jīng)濟中起著重要的作用，近年來隨著我國農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等農(nóng)用物資的使用量也不斷增加，這導(dǎo)致農(nóng)業(yè)碳排放量逐年增加。據(jù)統(tǒng)計，我國農(nóng)業(yè)溫室氣體排放占全國溫室氣體排放總量的17%，其中農(nóng)業(yè)排放的甲烷和二氧化氮分別占全國總量的50%和92%[5]。因此，農(nóng)業(yè)碳減排不僅關(guān)系到農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，也影響到中國整體碳減排目標(biāo)的實現(xiàn)，對于農(nóng)業(yè)碳排放問題的研究也日益成為學(xué)術(shù)界熱點，并在農(nóng)業(yè)碳排放測算及特征分析、農(nóng)業(yè)碳足跡問題及農(nóng)業(yè)碳排放驅(qū)動機理等方面取得了諸多成果[6-8]。與第二和第三產(chǎn)業(yè)相比，農(nóng)業(yè)碳排放的相關(guān)研究成果較少，目前的研究主要基于國家尺度且主要集中在東部等發(fā)達(dá)地區(qū)。

河南省在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位，長期的高強度生產(chǎn)使河南省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨著嚴(yán)重的資源環(huán)境等問題。本文以河南省為研究對象，從農(nóng)用柴油、化肥、農(nóng)膜、農(nóng)藥、翻耕和灌溉等6個方面構(gòu)建河南省農(nóng)業(yè)碳排放測算體系，定量計算分析河南省1993—2015年農(nóng)業(yè)碳排放數(shù)量和碳排放強度的變動特征，建立河南省農(nóng)業(yè)碳排放總量的環(huán)境庫茲涅茨曲線（EKC），最后基于GM（1，1）灰色預(yù)測模型，預(yù)測未來河南省的農(nóng)業(yè)碳排放量，以期為制定河南省農(nóng)業(yè)碳減排對策、實現(xiàn)低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展提供參考依據(jù)。

1研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1農(nóng)業(yè)碳排放量及碳排放強度估算

1.4數(shù)據(jù)來源

河南省1993—2015年的化肥（折純量）、農(nóng)膜、農(nóng)藥及農(nóng)用柴油等數(shù)據(jù)來自《河南統(tǒng)計年鑒》《河南農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》，以當(dāng)年實際使用量為準(zhǔn)，翻耕數(shù)據(jù)用當(dāng)年農(nóng)作物總播種面積替代，農(nóng)業(yè)灌溉以有效灌溉面積為準(zhǔn)。

2河南省1993—2015年農(nóng)業(yè)碳排放量動態(tài)分析

采用農(nóng)業(yè)碳排放量估算公式測算出1993—2015年河南省農(nóng)業(yè)碳排放量及排放強度，結(jié)果見表1。

2.1農(nóng)業(yè)碳排放總量變化

從農(nóng)業(yè)碳排放總量來看（見圖1），1993—2015年，總體上處于上升態(tài)勢。從1993年的347.09×104 t增長到2015年的874.59×104 t，增長151.98%，年均增速4.32%。各碳排放源（化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、農(nóng)用柴油、翻耕和灌溉等）的碳排放量也都不同程度地增長，年均增速分別為4.13%、4.12%、6.91%、5.42%、0.81%、1.48%。河南省農(nóng)業(yè)碳排放總量總體上呈“高速-中速-低速”三階段變化特征：第一階段1993—1998年，為快速增長期，碳排放量快速增加，從1993年的347.09×104 t增長到1998年的485.08×104 t，年均增速6.95%；第二階段1999—2009年，為中速增長期，從1999年的509.33×104 t增長到2009年的774.23×104 t，年均增速4.35%，其中2003年為異常點，該年份河南省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)遭受嚴(yán)重自然災(zāi)害影響，農(nóng)業(yè)投入減少，造成農(nóng)業(yè)碳排放環(huán)比增速出現(xiàn)負(fù)值；第三階段2010—2015年，碳排放量緩慢增長，由2010年的805.61×104 t增長到2015年的874.59×104 t，年均增速2.06%。

2.2農(nóng)業(yè)碳排放總量的EKC曲線分析

1991年，美國經(jīng)濟學(xué)家Grossman和Krueger等人首次利用庫茲涅茨曲線來定量描述環(huán)境污染與經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)系，即環(huán)境庫茲涅茨曲線（Environmental Kuznets Curve，縮寫為EKC）[10]。經(jīng)典的EKC假設(shè)認(rèn)為人均收入與環(huán)境污染之間表現(xiàn)為“倒U型”關(guān)系，也即隨著經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境狀況先惡化后改善。參照標(biāo)準(zhǔn)的EKC模型原理，利用河南省1993—2015年的時間序列數(shù)據(jù)建立包含一次項、二次項和三次項的農(nóng)業(yè)碳排放EKC曲線回歸模型：

式中，E為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放總量，x為人均GDP，α0、α1、α2和α3分別為待估參數(shù)，ε為隨機誤差項。應(yīng)用SPASS20.0統(tǒng)計軟件，以人均GDP為自變量，以農(nóng)業(yè)碳排放總量為因變量，分別選用線性、二次項和立方對碳排放和人均GDP進行回歸分析和檢驗，結(jié)果表明農(nóng)業(yè)碳排放總量與人均GDP之間的二次函數(shù)曲線關(guān)系效果最好，各參數(shù)均能通過1%水平的顯著性檢驗，R2=0.965 8，F(xiàn)=536.599，P=0，二者的計量模型函數(shù)如圖2所示。從圖2中可知，農(nóng)業(yè)碳排放總量與人均GDP變化關(guān)系符合二次函數(shù)，二者呈倒“U”型曲線關(guān)系，取農(nóng)業(yè)碳排放總量擬合函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，得出擬合函數(shù)曲線的拐點在人均GDP為3.364 5萬元、農(nóng)業(yè)碳排放總量為862.362 1×104 t的臨界處。這表明，當(dāng)河南省人均GDP小于3.364 5萬元的臨界水平時，隨著人均GDP的上升，農(nóng)業(yè)碳排放總量將增加，當(dāng)人均GDP超過臨界水平時，河南省農(nóng)業(yè)碳排放總量才有可能出現(xiàn)下降趨勢。從圖2的EKC曲線可以看出，該倒“U”型EKC曲線僅僅開始顯現(xiàn)拐點的跡象，但并不明顯，如果河南省農(nóng)業(yè)化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等投入持續(xù)增長，農(nóng)業(yè)碳排放將會反彈。因此需采取措施減緩農(nóng)業(yè)碳排放的壓力。

2.3農(nóng)業(yè)碳排放強度變化

與農(nóng)業(yè)碳排放總量變化相似，農(nóng)業(yè)碳排放強度也呈持續(xù)增長態(tài)勢（見表1）。從1993年的每公頃484.11 kg增加到2015年的每公頃1 073.21 kg，增長121.69%，年均遞增3.72%，低于農(nóng)業(yè)碳排放總量的環(huán)比增長率，農(nóng)業(yè)碳排放強度的環(huán)比增速總體亦呈現(xiàn)階段性下降趨勢。

3河南省農(nóng)業(yè)碳排放量未來預(yù)測

3.1預(yù)測模型構(gòu)建與精度檢驗

基于灰色預(yù)測模型GM（1，1）原理，結(jié)合河南省1993—2015年農(nóng)業(yè)碳排放量數(shù)據(jù)，以表1中的翻耕、灌溉、化肥、農(nóng)膜、農(nóng)藥和農(nóng)用柴油6種碳源的碳排放量為原始數(shù)列，其中翻耕、灌溉和化肥通過了級比檢驗，對農(nóng)藥、農(nóng)膜和農(nóng)用柴油數(shù)據(jù)進行開方，開方后的數(shù)據(jù)列的級比均在X=（ e-2/n+1，e2/n+1）=（ 0.920 0，1.086 9）的區(qū)間內(nèi)，通過檢驗。應(yīng)用Excel軟件進行統(tǒng)計分析和計算，分別得到翻耕、灌溉、化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜及農(nóng)用柴油6種碳源的碳排放量預(yù)測結(jié)果（見表2）。

采用后驗差檢驗法對河南省農(nóng)業(yè)碳排放6種碳源碳排放量的灰色GM（1，1）預(yù)測模型進行精度檢驗，經(jīng)過計算，得到6個預(yù)測模型的均方差比C與小概率誤差P（見表3），檢驗結(jié)果較好，表明預(yù)測模型能應(yīng)用于實際未來預(yù)測。

3.2預(yù)測結(jié)果及分析

根據(jù)表2中的碳排放量預(yù)測模型，直接獲得翻耕、灌溉和化肥3項碳源碳排放的灰色預(yù)測數(shù)據(jù)，將農(nóng)膜、農(nóng)藥、農(nóng)用柴油數(shù)據(jù)求平方，獲得該3項碳源的碳排放量預(yù)測值，將6項碳源的碳排放量預(yù)測值相加得到河南省2016—2020年農(nóng)業(yè)碳排放總量預(yù)測值，列于表4。預(yù)測2020年，農(nóng)業(yè)碳排放總量將達(dá)1 184.01×104 t，較2015年增長35.38%。因此，建議河南省采取有效措施，改變現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展模式，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，加強農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展，否則，河南省農(nóng)業(yè)碳排放量將不斷加大，農(nóng)業(yè)碳減排形勢將更加嚴(yán)峻。

4結(jié)論

1）河南省農(nóng)業(yè)碳排放總量由1993年的347.09×104 t增加到2015年的874.59×104 t，增長151.98%，年均增速4.32%，農(nóng)業(yè)碳排放總量總體上呈“高速-中速-低速”三階段變化特征；河南省農(nóng)業(yè)碳排放強度從1993年的每公頃484.11 kg上升到2015年的每公頃1 073.21 kg，增長121.69%，年均增速3.72%。

2）河南省農(nóng)業(yè)碳排放總量與人均GDP變化關(guān)系符合二次函數(shù)，二者呈典型的倒“U”型曲線關(guān)系，曲線拐點在人均GDP為3.364 5萬元、農(nóng)業(yè)碳排放總量為862.362 1×104 t的臨界處。農(nóng)業(yè)碳排放總量的倒“U”型EKC曲線僅僅開始顯現(xiàn)拐點的跡象，但并不明顯。

3）根據(jù)灰色預(yù)測模型預(yù)測，2016—2020年，河南省各農(nóng)業(yè)碳源碳排放量將繼續(xù)增長，農(nóng)業(yè)碳排放總量將由1 002.85×104 t增加到1 184.01×104 t。建議河南省采取切實有效的措施，改變現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展模式、提高農(nóng)業(yè)資源能源利用效率，調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，加強農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展，建立健全農(nóng)業(yè)減排政策法規(guī)體系，有效實現(xiàn)農(nóng)業(yè)碳減排。

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（責(zé)任編輯：丁志祥）