劉 芳

(安徽工程大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)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(dòng)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(xué)者們有關(guān)農(nóng)地利用碳效應(yīng)的研究主要從碳排放的變動(dòng)趨勢(shì)、驅(qū)動(dòng)因素與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)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(gè)維度展開，如文高輝等[1]、景勇等[2]、康韻婕等[3]分別運(yùn)用LMDI或STIRPA模型對(duì)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(jìn)行分解、測(cè)度；鄧楚雄[4]基于GM(1,1)法分別對(duì)長(zhǎng)沙市的農(nóng)地凈碳排量變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)；陳欽坪等[5]基于對(duì)福建農(nóng)戶的調(diào)查，分析了兼業(yè)活動(dòng)如何影響農(nóng)戶農(nóng)地低碳利用程度；朱靈偉等[6]運(yùn)用STIRPAT和GWR模型對(duì)農(nóng)地利用碳排放的空間因素進(jìn)行判別；劉瓊和肖海峰(2020)[7]論證了農(nóng)地經(jīng)營(yíng)規(guī)模如何通過財(cái)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(duì)深入認(rèn)識(shí)農(nóng)地利用碳效應(yīng)提供了不同的視角和科學(xué)參考。研究范式表現(xiàn)為以固有的因素分解法或預(yù)測(cè)方法對(duì)不同地域的農(nóng)地碳排放作相關(guān)測(cè)算，基本上忽略農(nóng)地利用的碳匯功能。事實(shí)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(jìn)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(yīng)，成為溫室效應(yīng)緩解的“助手”。研究農(nóng)地利用碳效應(yīng)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(zhǔn)識(shí)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(duì)碳效應(yīng)變化重大影響，進(jìn)而影響著局部氣候和當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)活動(dòng)。分析新疆農(nóng)地利用碳效應(yīng)有助于從碳減排的角度優(yōu)化配置農(nóng)地資源，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的雙贏。本文結(jié)合新疆14個(gè)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(yīng)，運(yùn)用Kernel密度函數(shù)估計(jì)法探究碳效應(yīng)的地區(qū)差異和動(dòng)態(tài)演進(jìn)趨勢(shì)，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(yīng)等于農(nóng)地利用碳排量減去碳匯量，計(jì)算公式：

NC=∑CPi-∑CHi=∑Pi×θi-∑Hi×λi

(1)

式中，NC為碳效應(yīng)，即差額為正，表示凈碳排；差額為負(fù)，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(jì)法是利用連續(xù)的密度曲線來描述隨機(jī)變量的分布形態(tài)，對(duì)其概率密度做出有效估計(jì)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(shè)f(x)是隨機(jī)變量X的密度函數(shù)，在點(diǎn)x的概率密度估算公式：

(2)

(3)

Kernel密度函數(shù)因表達(dá)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(dá)式，具體形式：

(4)

2 新疆農(nóng)地利用碳效應(yīng)分析

2.1 不同農(nóng)地利用方式下的碳排量時(shí)空差異分析

通過搜集年鑒源數(shù)據(jù)，運(yùn)用上述公式計(jì)算出新疆農(nóng)地利用的碳排量，如表1所示，顯然實(shí)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(zhǎng)，碳排強(qiáng)度則呈現(xiàn)明顯的N型波動(dòng)趨勢(shì)。碳排總量變動(dòng)趨勢(shì)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(zhǎng)；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(dòng)；第3階段為2013—2019年，碳排量再次較快速地增加，直至達(dá)到1040.20萬t。從農(nóng)地利用方式看，生產(chǎn)設(shè)施用地承載的畜禽養(yǎng)殖活動(dòng)碳排量居首位，其次是化肥、農(nóng)膜和農(nóng)用柴油3類化學(xué)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(kuò)大息息相關(guān)。牧民安居工程的實(shí)施使廣大牧民改變?cè)械挠文辽?，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(dǎo)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(dǎo)下，新疆糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物以及林果種植面積不斷增長(zhǎng)，各種農(nóng)作物，特別是棉花對(duì)化肥和農(nóng)膜的依賴度不斷增加；規(guī)模化種植和生產(chǎn)作業(yè)大大促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的推廣應(yīng)用，柴油投入量也隨之增長(zhǎng)。盡管新疆很多地州也在推廣測(cè)土配方施肥，力求精準(zhǔn)施肥，而由于“農(nóng)技推廣一公里”難題和農(nóng)戶對(duì)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(duì)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(jiǎn)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?yàn)槠涓睾蛨@地面積都比較大，紅棗、核桃和棉花等經(jīng)濟(jì)作物對(duì)化肥需求量大，同時(shí)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(shí)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(duì)比

研究期間，新疆農(nóng)地碳匯總量和碳匯強(qiáng)度均呈穩(wěn)步增長(zhǎng)趨勢(shì)。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(hù)林生態(tài)保護(hù)工程取得一定成效，退耕還林工作有序推進(jìn)，在一定程度上增加了土壤植被，林地碳匯功能得以維護(hù)。園地碳匯量占比最小，但增長(zhǎng)速度最快，年均增長(zhǎng)率達(dá)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(jì)帶。林果業(yè)的蓬勃發(fā)展不僅使新疆果農(nóng)實(shí)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(yán)酷現(xiàn)實(shí)；盡管實(shí)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(qiáng)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(jì)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(jiǎn)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(shí)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(jī)效。

2.3 新疆農(nóng)地利用碳效應(yīng)動(dòng)態(tài)演進(jìn)趨勢(shì)分析

為清楚觀察不同區(qū)域年際間農(nóng)地碳效應(yīng)的動(dòng)態(tài)演進(jìn)趨勢(shì)，對(duì)新疆14個(gè)地州的農(nóng)地碳效應(yīng)進(jìn)行Kernel密度估計(jì)，核密度分布圖如圖2所示。研究期間，新疆14個(gè)地州農(nóng)地碳效應(yīng)密度函數(shù)曲線中心向右小幅移動(dòng)，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(yīng)的地區(qū)差距逐年擴(kuò)大，且變化態(tài)勢(shì)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(dòng)，這意味著新疆農(nóng)地利用碳效應(yīng)由三級(jí)分化演變?yōu)閮杉?jí)分化，農(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(shì)，而結(jié)果是凈碳排的地州差距呈現(xiàn)擴(kuò)散趨勢(shì)，由于凈碳排地州的數(shù)量遠(yuǎn)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(yīng)動(dòng)態(tài)演進(jìn)

2.4 新疆農(nóng)地利用結(jié)構(gòu)變化對(duì)單位面積碳效應(yīng)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(shè)用地會(huì)貢獻(xiàn)碳排量，林地、草地則貢獻(xiàn)碳匯量。因此，退耕還林還草以及建設(shè)用地還耕等措施可以增加碳匯。反之，毀林毀草開荒、建設(shè)用地?cái)D占農(nóng)地則會(huì)導(dǎo)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(yīng)[12]。新疆農(nóng)地結(jié)構(gòu)變更引發(fā)的碳效應(yīng)，如表3所示。17a間，建設(shè)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(dòng)，退耕還林的碳匯量在900～1700kg·hm-2波動(dòng)。顯然，建設(shè)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(shè)用地，毀草開荒、毀林開荒則產(chǎn)生相應(yīng)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(dǎo)致的碳效應(yīng)不容忽視，通過加強(qiáng)土地用途管理，嚴(yán)格建設(shè)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(duì)農(nóng)地利用碳效應(yīng)影響

3 政策建議

基于上述分析，提出以下政策建議。改進(jìn)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(cái)稅支持政策，促進(jìn)生物菌肥、生物農(nóng)藥以及殘膜回收機(jī)的研發(fā)與推廣，為農(nóng)戶減少化學(xué)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(qiáng)土地流轉(zhuǎn)，實(shí)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(jī)肥還田率，從而增加土壤有機(jī)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(guó)土資源開發(fā)與利用。合理安排城鎮(zhèn)建設(shè)用地，提高土地集約利用水平，避免非法建設(shè)用地?cái)D占耕地，滿足生態(tài)建設(shè)和環(huán)保用地需求，避免建設(shè)用地速增導(dǎo)致碳排放聚集。加強(qiáng)天然林保護(hù)和人工林建設(shè)，繼續(xù)實(shí)施新一輪退耕還林還草工程。將退耕還林還草工程與精準(zhǔn)扶貧、鄉(xiāng)村生態(tài)建設(shè)協(xié)同推進(jìn)，制定合理的補(bǔ)貼政策，提升農(nóng)戶和牧民營(yíng)林營(yíng)草的積極性和穩(wěn)定性，加快林草生物蓄積量增長(zhǎng)，充分發(fā)揮林草固碳功能。