新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放時序特征及脫鉤彈性分析

董恒志，陳玉蘭，趙達(dá)君

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830000）

近年來，由溫室氣體排放所導(dǎo)致的全球氣候變暖問題日益凸顯，海平面逐年上升，極端惡劣天氣的頻發(fā)，不僅損害了自然生態(tài)系統(tǒng)平衡，還對人類未來生存及社會發(fā)展產(chǎn)生威脅[1]。我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)用物資所產(chǎn)生的碳排放量占我國總體碳排放量的17%[2]。2020 年我國提出碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)[3]，2021 年《關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的指導(dǎo)意見》中強(qiáng)調(diào)，要加快農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展，堅(jiān)持以可持續(xù)發(fā)展為核心。發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要動力和“兩山”理念的踐行。因此，降低農(nóng)業(yè)碳排放量，對于促進(jìn)農(nóng)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展有著重要作用。

諸多學(xué)者對農(nóng)業(yè)碳排放進(jìn)行了研究。范東壽[4]、劉楊等[5]研究表明，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率是影響農(nóng)業(yè)碳減排的主要影響因素；田云等[6]、黃曉慧等[7]研究表明，我國農(nóng)業(yè)碳排放增速處于波動下降態(tài)勢；王洋等[8]、尚光引等[9]研究表明，農(nóng)戶兼業(yè)及提高農(nóng)戶政策認(rèn)知均可促進(jìn)農(nóng)業(yè)碳減排；林斌等[10]、王學(xué)婷等[11]對現(xiàn)有農(nóng)業(yè)碳減排政策及存在的問題進(jìn)行了深入分析，為進(jìn)一步制定農(nóng)業(yè)碳減排政策提供了科學(xué)依據(jù)；張亞飛等[12]、王留鑫等[13]研究表明，農(nóng)業(yè)碳排放與經(jīng)濟(jì)增長關(guān)系顯著。大多采用LMDI 模型[14，15]、DEA 模型[16]、Kaya 模型[17]、Tapio 脫鉤模型[18，19]等對碳排放及其驅(qū)動因素進(jìn)行分析，李新等[20]運(yùn)用Tapio 模型分析了四川省農(nóng)業(yè)碳排放與經(jīng)濟(jì)增長的特征，發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率是影響碳排放增長的關(guān)鍵抑制因素，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)快速增長是導(dǎo)致碳排放增加的主要驅(qū)動因素；陳柔等[21]以碳排、碳匯與經(jīng)濟(jì)增長作為研究對象，結(jié)合碳排放經(jīng)濟(jì)效益和低碳發(fā)展?jié)摿?，對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式進(jìn)行了劃分。趙先超等[22]測算了湖南省農(nóng)地碳排放量和碳排放強(qiáng)度，考察其農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長的脫鉤彈性關(guān)系，同時指出現(xiàn)階段湖南省經(jīng)濟(jì)增長存在的問題。

目前農(nóng)業(yè)碳排放與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長關(guān)系的研究多以中東部等發(fā)達(dá)地區(qū)為主，對我國西北部欠發(fā)達(dá)地區(qū)的研究甚少。新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)作為國家糧食高產(chǎn)集中示范區(qū)、全國最大的機(jī)采棉種植基地、全國最大的果林節(jié)水灌溉示范區(qū)，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位。采用碳排放系數(shù)法和Tapio 脫鉤模型測算2001～2020 年新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)的農(nóng)業(yè)碳排放量，分析碳排放時序特征、結(jié)構(gòu)特征、各地特征以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放與農(nóng)業(yè)產(chǎn)值之間的關(guān)系，旨為新疆農(nóng)業(yè)綠色低碳、可持續(xù)發(fā)展提供理論基礎(chǔ)[23]。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

采用2001～2020 年《新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)統(tǒng)計(jì)年鑒》面源數(shù)據(jù)，主要指標(biāo)包括化肥使用量折純量、農(nóng)膜使用量、農(nóng)藥使用量、柴油使用量、農(nóng)作物播種總面積、有效灌溉面積和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值等。

1.2 研究方法

采用碳排放系數(shù)法和Tapio 脫鉤模型測算2001～2020 年研究區(qū)域的農(nóng)業(yè)碳排放量，分析碳排放時序特征、結(jié)構(gòu)特征、各地特征以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放與農(nóng)業(yè)產(chǎn)值之間的關(guān)系。

1.2.1 農(nóng)業(yè)碳排放量及碳排放強(qiáng)度測算 基于前人的研究成果，根據(jù)數(shù)據(jù)可獲得性和真實(shí)性原則，結(jié)合研究地區(qū)的實(shí)際情況，選取化肥折純量、農(nóng)藥使用量、農(nóng)膜使用量、柴油使用量、農(nóng)作物播種總面積和有效灌溉面積6 個指標(biāo)作為生產(chǎn)碳排放來源，化肥的碳排放系數(shù)為0.895 6 kg/kg，農(nóng)藥的碳排放系數(shù)為4.934 1 kg/kg，農(nóng)膜的碳排放系數(shù)為5.18 kg/kg，農(nóng)藥柴油的碳排放系數(shù)為0.592 7 CE/kg，土地翻耕的碳排放系數(shù)為312.60 kg/km2，灌溉的碳排放系數(shù)為266.48 kg/hm2[24]。農(nóng)業(yè)碳排放量和碳排放強(qiáng)度的計(jì)算公式如下所示：

式中，E為農(nóng)業(yè)碳排放總量，i為碳排放源類型；Ei為第i種排放源碳排放量；S為第i種排放源投入量；Fi表示第i種排放源的排放系數(shù)。

式中，W為農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度；M為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值。

1.2.2 脫鉤理論與脫鉤彈性的測算 目前Tapio 脫鉤彈性分析法廣泛應(yīng)用于環(huán)境評估，是研究資源消耗與經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系的常見方法。在農(nóng)業(yè)碳排放研究中，Tapio 脫鉤模型多通過計(jì)算農(nóng)業(yè)碳排量變化與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值變化的比值，來反映農(nóng)業(yè)碳排放對于經(jīng)濟(jì)變化的敏感程度。脫鉤彈性指數(shù)可分為負(fù)脫鉤、脫鉤和連接3 種類型，負(fù)脫鉤包括擴(kuò)張負(fù)脫鉤、強(qiáng)負(fù)脫鉤、弱負(fù)脫鉤，脫鉤包括弱脫鉤、強(qiáng)脫鉤、衰退脫鉤，連接包括擴(kuò)張連接和衰退連接，共計(jì)8 種狀態(tài)（表1）。構(gòu)建新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)碳排放量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值的脫鉤模型，計(jì)算公式如下所示：

表1 Tapio 脫鉤彈性類型Table 1 Types of Tapio decoupling elasticity

式中，e為脫鉤彈性；ΔE為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放的變化量；E為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放量；ΔG為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值的變化量；G為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值。

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)域碳排放時序特征分析

2.1.1 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放量分析 2001～2020 年研究區(qū)域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放量持續(xù)增長，從2001 的83.89 萬t增長至2020 年的174.22 萬t。增長了107.68%，年均增速為5.67%，呈現(xiàn)“平穩(wěn)增長—快速增長—低速增長”發(fā)展態(tài)勢（圖1）。2001～2007 年為平穩(wěn)增長期，環(huán)比增速持續(xù)提高，2007 年達(dá)到峰值；2007～2013 年為快速增長期，環(huán)比增長率持續(xù)波降低；2014～2020年為低速增長期，環(huán)比增速波動較大。

圖1 2001～2020 年研究區(qū)域農(nóng)業(yè)碳排放總量和環(huán)比增速Fig.1 Total agricultural carbon emissions and month-on-month growth rate in the study area from 2001 to 2020

2.1.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素碳排放量及排放強(qiáng)度 2001～2020 年各生產(chǎn)要素碳排放量從大到小依次為化肥、灌溉、農(nóng)膜、柴油、農(nóng)藥和翻耕，增長幅度差異較大，其中化肥、柴油的碳排量年均增速分別為8.30%和5.67%，大于生產(chǎn)要素碳排放總量年均增長率，農(nóng)膜、農(nóng)藥、灌溉和翻耕的碳排放量年均增速分別為5.34%、4.12%、3.34%和2.91%，小于生產(chǎn)要素碳排放總量年均增長率（表2）。研究區(qū)域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素碳排放強(qiáng)度持續(xù)降低，從2001 年的0.775 9 t/萬元降低至2020 年的0.162 9 t/萬元，年均降低率為4.16%。

表2 2001～2020 年研究區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素的碳排放量及排放強(qiáng)度Table 2 Carbon emissions and emission intensity of agricultural production factors in the study area from 2001 to 2020

2.2 碳排放結(jié)構(gòu)時間序列分析

2001～2020 年研究區(qū)域碳排放結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化，2020 年研究區(qū)域的碳排放源按占比從大到小依次為化肥、灌溉、農(nóng)膜、柴油、農(nóng)藥和翻耕，占比分別為38.05%、25.08%、24.20%、9.10%、3.33%和0.25%（圖2）。隨著我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，精準(zhǔn)施肥技術(shù)、化肥效用的不斷提高，研究區(qū)域施用化肥所產(chǎn)生的碳排放量占比呈現(xiàn)出由高轉(zhuǎn)低的趨勢，在2014年達(dá)到峰值（44.25%），2015 年后逐漸下降，從42.32%降至2020 年的38.05%，這主要與化肥零增長支持政策有關(guān)，從而減少了化肥碳排放量；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，農(nóng)藥投入所產(chǎn)生的碳排放量占比呈波動下降趨勢，在2005 年達(dá)到峰值（4.37%），2006 年后波動下降，從4.12%降至2020 年的3.33%，這主要與農(nóng)藥零增長支持政策有關(guān)，從而減少了農(nóng)藥的碳排放量；柴油投入的碳排放量占比在2000～2013 年一直保持在8%左右，2014 年開始上升，從8.63%上升至2020 年的9.10%，這與兵團(tuán)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化率不斷提高有關(guān)；農(nóng)膜投入的碳排放量占比在2011 年之后逐步超過灌溉的碳排放量占比，農(nóng)膜具有增溫保濕作用，能夠促進(jìn)農(nóng)作物發(fā)芽和幼苗生長，兵團(tuán)通過推廣普及地膜，從而提高農(nóng)作物產(chǎn)量，因此農(nóng)膜投入產(chǎn)生的碳排放占比逐漸升高。

圖2 2001～2020 年新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)業(yè)碳排放結(jié)構(gòu)Fig.2 Agricultural carbon emission structure of Xinjiang Production and Construction Corps from 2001 to 2020

2.3 14 個師的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素碳排放量分析

研究區(qū)域14 個師的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素碳排放量差異明顯，其中，第八師的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素碳排放總量最高，第十一師最低；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素碳排放量＜150 萬t的有第五師、第九師、第十師、第十一師、第十二師、第十三師、第十四師，150 萬～300 萬t 的有第二師、第三師、第四師、第六師、第七師，＞30 萬t 的有第一師和第八師（表3）。

2.4 研究區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放脫鉤彈性分析

2001～2020 年研究區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放脫鉤彈性指數(shù)為-0.037 9～6.722 1，分別呈現(xiàn)強(qiáng)脫鉤、弱脫鉤和擴(kuò)張負(fù)脫鉤3 種狀態(tài)，且以弱脫鉤為主（表4），說明農(nóng)業(yè)碳排放量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值都在增長，但是碳排放速率小于農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長速率；研究區(qū)域長期的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等農(nóng)用物資的依賴得到了逐步改善，可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展理念得到有效推廣，緩解了農(nóng)業(yè)發(fā)展與資源環(huán)境之間的矛盾。

表4 2001～2020 年新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)業(yè)碳排放彈性Table 4 Agricultural carbon emission elasticity of Xinjiang Production and Construction Corps from 2001 to 2020

2001～2005 年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放脫鉤彈性指數(shù)從2002 年的-0.037 9 到2005 年的0.017 6，由強(qiáng)脫鉤逐步向弱脫鉤轉(zhuǎn)變，這與當(dāng)時增加農(nóng)用物資投入以追求高產(chǎn)有關(guān)。由于化肥、農(nóng)藥和農(nóng)膜等農(nóng)用資料投入不斷加大，導(dǎo)致碳排放量的增長速度加快，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值增速相對較慢。農(nóng)用物資的不斷投入造成了農(nóng)業(yè)碳排放的加劇，而在這一段時間當(dāng)中，經(jīng)濟(jì)增長速率明顯低于碳排放增長速率，因此脫鉤狀態(tài)有一個由強(qiáng)到弱的轉(zhuǎn)變。

2006～2013 年國家實(shí)施了一系列惠農(nóng)政策以促使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)迅速發(fā)展，在農(nóng)業(yè)技術(shù)不斷進(jìn)步和大力推廣綠色可持續(xù)發(fā)展的背景下，化肥、農(nóng)藥和農(nóng)膜等農(nóng)用資料投入得到了有效控制，雖然農(nóng)業(yè)碳排放量和經(jīng)濟(jì)都在增長，但是經(jīng)濟(jì)增長速度要高于農(nóng)業(yè)碳排放增長速度，說明這一階段化肥、農(nóng)藥的減排效果明顯。

2014～2020 年研究區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素的碳排放增長率、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值平均增長率分別為3.18%和7.05%，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)增速逐漸超越農(nóng)業(yè)碳排放增速，脫鉤彈性主要以弱脫鉤為主（表4）。2014 年和2015 年出現(xiàn)了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)增速小于農(nóng)業(yè)碳排放增速，農(nóng)業(yè)碳排放與農(nóng)業(yè)產(chǎn)值處于擴(kuò)張負(fù)脫鉤的狀態(tài)，這是因?yàn)樵絹碓蕉嗟霓r(nóng)戶進(jìn)城務(wù)工，導(dǎo)致了農(nóng)業(yè)產(chǎn)值增速減緩。

3 主要結(jié)論及建議

3.1 主要結(jié)論

基于新疆建設(shè)兵團(tuán)的面源數(shù)據(jù)，從農(nóng)用物資投入視角出發(fā)，運(yùn)用碳排放系數(shù)法對2001～2020 年研究區(qū)域的農(nóng)業(yè)碳排放量、時序特征、結(jié)構(gòu)特征以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放量與農(nóng)業(yè)產(chǎn)值之間的關(guān)系進(jìn)行深入分析，得到以下主要結(jié)論：

（1）2001～2020 年研究區(qū)域的碳排放量年均增速為5.67%，呈現(xiàn)“平穩(wěn)增長—快速增長—低速增長”發(fā)展態(tài)勢。2001～2007 年為平穩(wěn)增長期，環(huán)比增速持續(xù)提高，2007 年達(dá)到峰值；2008～2013 年為快速增長期，環(huán)比增長率持續(xù)波降低；2014～2020 年為低速增長期，環(huán)比增速波動較大。生產(chǎn)要素碳排放量增幅差異較大，其中化肥、柴油的碳排量年均增速高于生產(chǎn)要素碳排放總量年均增長率。

（2）2001～2020 年研究區(qū)域碳排放結(jié)構(gòu)發(fā)生變化?；侍寂欧帕空急仍?014 年達(dá)到峰值后逐步降低，截止到2020 年化肥碳排放量占比降低為38.05%；農(nóng)藥碳排放量占比在2005 年達(dá)到峰值后波動下降，截止到2020 年農(nóng)藥碳排放量占比降低為3.33%；柴油碳排放量占比持續(xù)上升，從2000 年的8%增長至2020年的9.1%。

（3）2001～2020 年研究區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放脫鉤彈性指數(shù)為-0.037 9～6.722 1，分別呈現(xiàn)強(qiáng)脫鉤、弱脫鉤和擴(kuò)張負(fù)脫鉤3 種狀態(tài)，且以弱脫鉤為主。

3.2 建議

3.2.1 加強(qiáng)總體部署，落實(shí)政策體系 要處理好發(fā)展與減排、整體與局部的關(guān)系，既要保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，又要保證積極發(fā)展；既要促進(jìn)兵團(tuán)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)整體減排，又要充分考慮不同師市的實(shí)際情況，從而確定相應(yīng)的減排方案。

3.2.2 倡導(dǎo)綠色農(nóng)業(yè)，推進(jìn)低碳發(fā)展 將農(nóng)用物資投入與農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展緊密聯(lián)系，倡導(dǎo)有機(jī)肥代替無機(jī)肥；推動農(nóng)機(jī)節(jié)能減排，減少農(nóng)用柴油的消耗；用免耕、少耕代替深耕；用間接性灌溉代替?zhèn)鹘y(tǒng)大水漫灌。發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)不僅保障了農(nóng)產(chǎn)品的有效供給，還可以改善農(nóng)業(yè)碳排放的持續(xù)增加，要把農(nóng)業(yè)低碳化同農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展緊密結(jié)合，確保兵團(tuán)綠色農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性。

3.2.3 完善基礎(chǔ)建設(shè)，開展全面行動 加強(qiáng)人才隊(duì)伍建設(shè)，培養(yǎng)一批“雙碳”人才；強(qiáng)化農(nóng)業(yè)碳排放數(shù)據(jù)支撐，加快構(gòu)建統(tǒng)一規(guī)范的碳排放統(tǒng)計(jì)核算體系；深入實(shí)施綠色低碳制度，要倡導(dǎo)簡約適度、綠色低碳、文明健康的生活方式和消費(fèi)方式，形成全民參與、共推“雙碳”的良好氛圍；推進(jìn)生活方式的綠色低碳轉(zhuǎn)型，聚焦機(jī)關(guān)、學(xué)校、社區(qū)等主要場所，開展創(chuàng)建綠色活動，推進(jìn)生活垃圾分類、反對食品浪費(fèi)等活動，加快生活方式綠色低碳轉(zhuǎn)型。