中國(guó)農(nóng)業(yè)碳排放分布動(dòng)態(tài)與趨勢(shì)演進(jìn)

田云　張俊飚　尹朝靜　吳賢榮

摘要

研究農(nóng)業(yè)碳排放的動(dòng)態(tài)分布特征與趨勢(shì)演進(jìn)規(guī)律對(duì)于農(nóng)業(yè)碳減排政策的合理制定具有重要意義。本研究在科學(xué)測(cè)算31個(gè)?。ㄊ?、區(qū)）2002-2011年農(nóng)業(yè)碳排放量的基礎(chǔ)上，以農(nóng)業(yè)碳強(qiáng)度為指標(biāo)，利用基尼系數(shù)和核密度估計(jì)法，系統(tǒng)考察了我國(guó)農(nóng)業(yè)碳排放的地區(qū)差距及分布動(dòng)態(tài)演進(jìn)。研究結(jié)論揭示：①中國(guó)農(nóng)業(yè)碳排放呈現(xiàn)較為明顯的空間非均衡性特征。基于農(nóng)業(yè)碳排放總量變化趨勢(shì)的差異可將31個(gè)地區(qū)劃分為“持續(xù)下降型”、“波動(dòng)下降型”、“持續(xù)上升型”與“波動(dòng)上升型”等四種類(lèi)型；農(nóng)業(yè)碳強(qiáng)度均呈下降趨勢(shì)，但降幅差異較大。②基尼系數(shù)測(cè)算結(jié)果表明，全國(guó)農(nóng)業(yè)碳排放空間分布的總體差距正逐步擴(kuò)大。其中，東部地區(qū)處于高度平均；中部地區(qū)擴(kuò)大趨勢(shì)較為明顯；西部地區(qū)呈“蝙蝠型”變化特征。③Kernel密度估計(jì)表明，我國(guó)農(nóng)業(yè)碳排放的地區(qū)差距在樣本考察期內(nèi)呈下降態(tài)勢(shì)，但降幅相對(duì)有限。從三大區(qū)域來(lái)看，東部地區(qū)差距在變小的同時(shí)還出現(xiàn)了四極分化現(xiàn)象；中部地區(qū)差距逐漸縮??；西部地區(qū)則經(jīng)歷了先擴(kuò)大后縮小的過(guò)程，總體呈縮小態(tài)勢(shì)但幅度較小。

關(guān)鍵詞中國(guó)；農(nóng)業(yè)碳排放；分布動(dòng)態(tài)；趨勢(shì)演進(jìn)；Kernel密度

中圖分類(lèi)號(hào)F323；X22

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1002-2104（2014）07-0091-08doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2014.07.014

胡錦濤同志在十八大報(bào)告中提出了大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，而著力推進(jìn)低碳發(fā)展則是實(shí)現(xiàn)生態(tài)文明建設(shè)的重要途徑。二、三產(chǎn)業(yè)是產(chǎn)生碳排放的主導(dǎo)部門(mén)，但快速發(fā)展的農(nóng)業(yè)卻也是加速氣候變暖的重要誘因。發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域推行溫室氣體減排和適應(yīng)氣候變化的戰(zhàn)略舉措，提高農(nóng)業(yè)應(yīng)對(duì)氣候變化的能力，將是促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要途徑。為了探索農(nóng)業(yè)低碳之路，越來(lái)越多的學(xué)者圍繞農(nóng)業(yè)碳排放問(wèn)題展開(kāi)研究，形成了大量研究成果，但卻主要集中在農(nóng)業(yè)碳排放的測(cè)算、時(shí)空比較以及驅(qū)動(dòng)機(jī)理的探索等少數(shù)研究視角。其中，閔繼勝等[1]、田云等[2]、賀亞亞等[3]先后基于大農(nóng)業(yè)視角測(cè)算了我國(guó)以及湖北省農(nóng)業(yè)碳排放量并對(duì)其時(shí)空演變規(guī)律及結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了分析；而驅(qū)動(dòng)機(jī)理的探究則集中在農(nóng)地利用碳排放[4]與農(nóng)業(yè)能源碳排放領(lǐng)域[5]。除此之外，也有學(xué)者圍繞農(nóng)業(yè)碳排放的區(qū)域公平性[6]、農(nóng)業(yè)碳足跡的測(cè)度與分析[7]以及農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步等外部因素對(duì)農(nóng)業(yè)碳排放的影響進(jìn)行了研究[8]。

上述文獻(xiàn)或基于國(guó)家層面探討了農(nóng)業(yè)碳排放的總體現(xiàn)狀，或基于特定視角探究了農(nóng)業(yè)碳排放一些基本特質(zhì)，這對(duì)豐富農(nóng)業(yè)碳排放問(wèn)題研究體系，并對(duì)其展開(kāi)深入分析奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。不過(guò)，在進(jìn)行區(qū)域比較時(shí)通常只選擇了某一年（即截面數(shù)據(jù)）作為比較點(diǎn)，而鮮有學(xué)者利用面板數(shù)據(jù)對(duì)農(nóng)業(yè)碳排放的動(dòng)態(tài)分布與趨勢(shì)演進(jìn)進(jìn)行探討。事實(shí)上，鑒于農(nóng)業(yè)碳排放的特殊性，其減排政策的制定應(yīng)避免全國(guó)一盤(pán)棋，而應(yīng)結(jié)合各省區(qū)實(shí)際，構(gòu)建差異化的減排政策體系。了解各省區(qū)近些年農(nóng)業(yè)碳排放的基本現(xiàn)狀、分布動(dòng)態(tài)與趨勢(shì)演進(jìn)則是實(shí)現(xiàn)這一目的重要前提?；诖?，本文將在全面測(cè)算我國(guó)31個(gè)省（市、區(qū)）2002-2011年農(nóng)業(yè)碳排放量的基礎(chǔ)上，以農(nóng)業(yè)碳強(qiáng)度為指標(biāo)，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)碳排放的地區(qū)差距及分布動(dòng)態(tài)演進(jìn)進(jìn)行實(shí)證研究，以期為差異化農(nóng)業(yè)碳減排政策的制定以及碳減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供必要的參考依據(jù)。

1研究方法與樣本數(shù)據(jù)

1.1研究方法

核密度作為一種重要的非參數(shù)方法，已成為研究不均衡分布的常用方法。該方法主要用于隨機(jī)變量的概率密度進(jìn)行估計(jì)，用連續(xù)的密度曲線描述隨機(jī)變量的分布形態(tài)。假設(shè)隨機(jī)變量X的密度函數(shù)為f（x），在點(diǎn)x的概率密度可以由公式（1）進(jìn)行估計(jì)：

f（x）=1Nh∑Ni=1KXi-xh（1）

其中N為觀測(cè)值的個(gè)數(shù)；h為帶寬；K（·）為核函數(shù)，它是一種加權(quán)函數(shù)或平滑轉(zhuǎn)化函數(shù)；Xi為獨(dú)立同分布的觀測(cè)值；x為均值。

在Kernel密度估計(jì)中，由于核密度函數(shù)對(duì)帶快的選擇非常敏感，確定適當(dāng)?shù)膸抙對(duì)于獲得最優(yōu)擬合結(jié)果就顯得尤為重要，因?yàn)樗梢詻Q定核密度估計(jì)精度和Kernel密度圖的平滑程度。由此可見(jiàn)，帶寬的選擇對(duì)Kernel密度估計(jì)的重要性遠(yuǎn)大于核函數(shù)[9]。在實(shí)踐中，樣本越多，對(duì)帶寬的要求越小，但也不能太小，即h是N的函數(shù)，且應(yīng)滿足公式（2）：

limN→∞h（N）=0；limN→∞Nh（H）=N→∞（2）

核函數(shù)是一種加權(quán)函數(shù)或平滑函數(shù)，根據(jù)Kernel密度函數(shù)表達(dá)形式的差異，可以分為高斯核、Epanechnikov核、三角核、四次核等類(lèi)型。本研究將選擇常用的高斯核函數(shù)對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)碳排放的分布動(dòng)態(tài)演進(jìn)進(jìn)行估計(jì)，其函數(shù)表達(dá)式如公式（3）所示：

K（x）=12πexp-x22（3）

由于非參數(shù)估計(jì)無(wú)確定的函數(shù)表達(dá)式，通常需采用圖形對(duì)比的方式來(lái)考察其分布變化。一般而言，作出核密度估計(jì)結(jié)果的圖形并進(jìn)行觀察，可得到變量分布的位置、形態(tài)和延展性等3方面信息。

1.2樣本數(shù)據(jù)與農(nóng)業(yè)碳排放量測(cè)算

1.2.1樣本數(shù)據(jù)

本文實(shí)證研究將以碳強(qiáng)度作為農(nóng)業(yè)碳排放指標(biāo)，該指標(biāo)需通過(guò)計(jì)算得來(lái)，其獲取涉及兩大類(lèi)數(shù)據(jù)，一是農(nóng)業(yè)碳排放量，二是地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值（即農(nóng)業(yè)GDP），二者相除即為農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度指標(biāo)。樣本包括除港、澳、臺(tái)之外的我國(guó)其他31個(gè)?。ㄊ?、區(qū)），選擇2002-2011年為地區(qū)層面樣本數(shù)據(jù)的考察周期，鑒于各?。ㄊ?、區(qū)）統(tǒng)計(jì)年鑒均公布了1952=100或者1978=100的不變地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值指數(shù)，本文參考各地區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒原始數(shù)據(jù)，以2005年=100，換算成2005年的不變價(jià)地區(qū)生產(chǎn)總值指數(shù)，然后用各?。ㄊ?、區(qū)）2005年的當(dāng)年價(jià)地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值乘以該不變指數(shù)即可得到各自2005年的不變價(jià)地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值。

1.2.2農(nóng)業(yè)碳排放量測(cè)算

本文綜合多位學(xué)者研究成果，將從三方面考察農(nóng)業(yè)碳排放量：一是農(nóng)用物資投入所引發(fā)的碳排放，具體包括化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、農(nóng)用柴油直接使用以及農(nóng)業(yè)灌溉耗費(fèi)電能所導(dǎo)致的碳排放，相關(guān)排放系數(shù)來(lái)自田云等[10]的研究。二是稻田所引發(fā)的甲烷排放，由于我國(guó)不同地區(qū)水熱條件存在較大差異，導(dǎo)致水稻在同一地區(qū)的不同生長(zhǎng)周期或者不同地區(qū)的同一生長(zhǎng)周期CH4排放系數(shù)也不盡相同；為此，本研究將參考閔繼勝等[1]所測(cè)算的帶有地區(qū)差異性的CH4排放系數(shù)。三是畜禽養(yǎng)殖所引發(fā)的碳排放，包括腸道發(fā)酵所引起的CH4排放以及糞便管理系統(tǒng)中所導(dǎo)致的CH4和N2O排放；具體到我國(guó)，主要涉及牛（分為水牛、奶牛和黃牛）、馬、驢、騾、駱駝、豬、羊（分為山羊和綿羊）、家禽、兔等畜禽品種；相關(guān)排放系數(shù)均源于IPPC。據(jù)此，構(gòu)建農(nóng)業(yè)碳排放測(cè)算公式如下：

E=∑Ei=∑Ti·δi（4）

其中，E為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放總量，Ei為各類(lèi)碳源碳排放量，Ti為各碳排放源的量，δi為各碳排放源的碳排放系數(shù)。

化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、農(nóng)用柴油使用量以及農(nóng)業(yè)灌溉面積等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)數(shù)據(jù)來(lái)自《中國(guó)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》；水稻播種面積源自《中國(guó)農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料》；牛、馬、驢等畜禽數(shù)量出自《中國(guó)畜牧業(yè)年鑒》。同時(shí)，由于畜禽飼養(yǎng)周期存在差異，在實(shí)際計(jì)算中需對(duì)其年均飼養(yǎng)量進(jìn)行調(diào)整，本文參照閔繼勝等[1]的計(jì)算方法，對(duì)畜禽年平均飼養(yǎng)量進(jìn)行調(diào)整。其中，對(duì)于出欄量大于1的生豬、家禽和兔，其生長(zhǎng)周期分別取200天、55天和105天。當(dāng)出欄量大于或等于1時(shí)，平均飼養(yǎng)量根據(jù)出欄量進(jìn)行調(diào)整，公式如下：

Ni=Days_alivei×Mi365（5）

其中，Ni為i種牲畜年平均飼養(yǎng)量，Days_alivei為i種牲畜平均生長(zhǎng)周期，Mi為i種牲畜年生產(chǎn)量（出欄量）。

當(dāng)出欄率小于1時(shí)，牲畜年平均飼養(yǎng)量根據(jù)年末存欄進(jìn)行調(diào)整，即

Ni=（Cit+Ci（t-1））/2（6）

其中，Ni為i種牲畜年平均飼養(yǎng)量，Cit、Ci（t-1）分別表示i種牲畜第t年年末存欄量和第t-1年年末存欄量。

為了便于分析，在對(duì)農(nóng)業(yè)碳排放量進(jìn)行加總時(shí)將統(tǒng)一將C、CH4、N2O置換成標(biāo)準(zhǔn)CO2，依據(jù)IPCC第四次評(píng)估報(bào)告（2007），1tCH4、N2O所引發(fā)的溫室效應(yīng)分別等同于25 t CO2和298 t CO2所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)。

2研究結(jié)果與分析

2.1描述性統(tǒng)計(jì)分析

基于前文所給出的農(nóng)業(yè)碳排放測(cè)算公式，分別測(cè)算我國(guó)31個(gè)?。ㄊ?、區(qū)）2002年、2005年、2008年及2011年的農(nóng)業(yè)碳排放量，并結(jié)合各自農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值計(jì)算出農(nóng)業(yè)碳強(qiáng)度，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

2.1.1我國(guó)省級(jí)區(qū)域農(nóng)業(yè)碳排放量及時(shí)序演變特征

結(jié)合表1可知，2011年，農(nóng)業(yè)碳排放量居于前5位的省份依次是河南、湖南、四川、江蘇和山東，分別排放了相當(dāng)于6 856.24萬(wàn)t、6 737.26萬(wàn)t、6 492.83萬(wàn)t、5 780.24萬(wàn)t和5 637.33萬(wàn)t CO2當(dāng)量的溫室氣體；北京、天津、上海、寧夏和海南則依次排在后5位，分別排放了相當(dāng)于223.73萬(wàn)t、310.52萬(wàn)t、348.40萬(wàn)t、565.60萬(wàn)t和880.72萬(wàn)t CO2當(dāng)量的溫室氣體。相比2002年，各地區(qū)農(nóng)業(yè)碳排放量均有較為明顯的增減變化。其中，北京等12個(gè)地區(qū)

E=∑Ei=∑Ti·δi（4）

其中，E為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放總量，Ei為各類(lèi)碳源碳排放量，Ti為各碳排放源的量，δi為各碳排放源的碳排放系數(shù)。

化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、農(nóng)用柴油使用量以及農(nóng)業(yè)灌溉面積等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)數(shù)據(jù)來(lái)自《中國(guó)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》；水稻播種面積源自《中國(guó)農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料》；牛、馬、驢等畜禽數(shù)量出自《中國(guó)畜牧業(yè)年鑒》。同時(shí)，由于畜禽飼養(yǎng)周期存在差異，在實(shí)際計(jì)算中需對(duì)其年均飼養(yǎng)量進(jìn)行調(diào)整，本文參照閔繼勝等[1]的計(jì)算方法，對(duì)畜禽年平均飼養(yǎng)量進(jìn)行調(diào)整。其中，對(duì)于出欄量大于1的生豬、家禽和兔，其生長(zhǎng)周期分別取200天、55天和105天。當(dāng)出欄量大于或等于1時(shí)，平均飼養(yǎng)量根據(jù)出欄量進(jìn)行調(diào)整，公式如下：

Ni=Days_alivei×Mi365（5）

其中，Ni為i種牲畜年平均飼養(yǎng)量，Days_alivei為i種牲畜平均生長(zhǎng)周期，Mi為i種牲畜年生產(chǎn)量（出欄量）。

當(dāng)出欄率小于1時(shí)，牲畜年平均飼養(yǎng)量根據(jù)年末存欄進(jìn)行調(diào)整，即

Ni=（Cit+Ci（t-1））/2（6）

其中，Ni為i種牲畜年平均飼養(yǎng)量，Cit、Ci（t-1）分別表示i種牲畜第t年年末存欄量和第t-1年年末存欄量。

為了便于分析，在對(duì)農(nóng)業(yè)碳排放量進(jìn)行加總時(shí)將統(tǒng)一將C、CH4、N2O置換成標(biāo)準(zhǔn)CO2，依據(jù)IPCC第四次評(píng)估報(bào)告（2007），1tCH4、N2O所引發(fā)的溫室效應(yīng)分別等同于25 t CO2和298 t CO2所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)。

2研究結(jié)果與分析

2.1描述性統(tǒng)計(jì)分析

基于前文所給出的農(nóng)業(yè)碳排放測(cè)算公式，分別測(cè)算我國(guó)31個(gè)?。ㄊ?、區(qū)）2002年、2005年、2008年及2011年的農(nóng)業(yè)碳排放量，并結(jié)合各自農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值計(jì)算出農(nóng)業(yè)碳強(qiáng)度，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

2.1.1我國(guó)省級(jí)區(qū)域農(nóng)業(yè)碳排放量及時(shí)序演變特征

結(jié)合表1可知，2011年，農(nóng)業(yè)碳排放量居于前5位的省份依次是河南、湖南、四川、江蘇和山東，分別排放了相當(dāng)于6 856.24萬(wàn)t、6 737.26萬(wàn)t、6 492.83萬(wàn)t、5 780.24萬(wàn)t和5 637.33萬(wàn)t CO2當(dāng)量的溫室氣體；北京、天津、上海、寧夏和海南則依次排在后5位，分別排放了相當(dāng)于223.73萬(wàn)t、310.52萬(wàn)t、348.40萬(wàn)t、565.60萬(wàn)t和880.72萬(wàn)t CO2當(dāng)量的溫室氣體。相比2002年，各地區(qū)農(nóng)業(yè)碳排放量均有較為明顯的增減變化。其中，北京等12個(gè)地區(qū)

E=∑Ei=∑Ti·δi（4）

其中，E為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放總量，Ei為各類(lèi)碳源碳排放量，Ti為各碳排放源的量，δi為各碳排放源的碳排放系數(shù)。

化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、農(nóng)用柴油使用量以及農(nóng)業(yè)灌溉面積等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)數(shù)據(jù)來(lái)自《中國(guó)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》；水稻播種面積源自《中國(guó)農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料》；牛、馬、驢等畜禽數(shù)量出自《中國(guó)畜牧業(yè)年鑒》。同時(shí)，由于畜禽飼養(yǎng)周期存在差異，在實(shí)際計(jì)算中需對(duì)其年均飼養(yǎng)量進(jìn)行調(diào)整，本文參照閔繼勝等[1]的計(jì)算方法，對(duì)畜禽年平均飼養(yǎng)量進(jìn)行調(diào)整。其中，對(duì)于出欄量大于1的生豬、家禽和兔，其生長(zhǎng)周期分別取200天、55天和105天。當(dāng)出欄量大于或等于1時(shí)，平均飼養(yǎng)量根據(jù)出欄量進(jìn)行調(diào)整，公式如下：

Ni=Days_alivei×Mi365（5）

其中，Ni為i種牲畜年平均飼養(yǎng)量，Days_alivei為i種牲畜平均生長(zhǎng)周期，Mi為i種牲畜年生產(chǎn)量（出欄量）。

當(dāng)出欄率小于1時(shí)，牲畜年平均飼養(yǎng)量根據(jù)年末存欄進(jìn)行調(diào)整，即

Ni=（Cit+Ci（t-1））/2（6）

其中，Ni為i種牲畜年平均飼養(yǎng)量，Cit、Ci（t-1）分別表示i種牲畜第t年年末存欄量和第t-1年年末存欄量。

為了便于分析，在對(duì)農(nóng)業(yè)碳排放量進(jìn)行加總時(shí)將統(tǒng)一將C、CH4、N2O置換成標(biāo)準(zhǔn)CO2，依據(jù)IPCC第四次評(píng)估報(bào)告（2007），1tCH4、N2O所引發(fā)的溫室效應(yīng)分別等同于25 t CO2和298 t CO2所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)。

2研究結(jié)果與分析

2.1描述性統(tǒng)計(jì)分析

基于前文所給出的農(nóng)業(yè)碳排放測(cè)算公式，分別測(cè)算我國(guó)31個(gè)?。ㄊ?、區(qū)）2002年、2005年、2008年及2011年的農(nóng)業(yè)碳排放量，并結(jié)合各自農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值計(jì)算出農(nóng)業(yè)碳強(qiáng)度，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

2.1.1我國(guó)省級(jí)區(qū)域農(nóng)業(yè)碳排放量及時(shí)序演變特征

結(jié)合表1可知，2011年，農(nóng)業(yè)碳排放量居于前5位的省份依次是河南、湖南、四川、江蘇和山東，分別排放了相當(dāng)于6 856.24萬(wàn)t、6 737.26萬(wàn)t、6 492.83萬(wàn)t、5 780.24萬(wàn)t和5 637.33萬(wàn)t CO2當(dāng)量的溫室氣體；北京、天津、上海、寧夏和海南則依次排在后5位，分別排放了相當(dāng)于223.73萬(wàn)t、310.52萬(wàn)t、348.40萬(wàn)t、565.60萬(wàn)t和880.72萬(wàn)t CO2當(dāng)量的溫室氣體。相比2002年，各地區(qū)農(nóng)業(yè)碳排放量均有較為明顯的增減變化。其中，北京等12個(gè)地區(qū)