趙曉強，張元慶

(1.山西農(nóng)業(yè)大學經(jīng)濟管理學院，晉中 030801； 2.山西省農(nóng)業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所，太原 030032)

0 引言

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)會產(chǎn)生溫室氣體，在可持續(xù)發(fā)展理念的指導下，消耗更少的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素、產(chǎn)生更少的農(nóng)業(yè)環(huán)境污染，獲得更多的農(nóng)業(yè)產(chǎn)出，注重投入過程的物質能量減量化及有機肥對化肥的替代作用，有利于溫室氣體的減排，有利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。近年來國內(nèi)關于農(nóng)業(yè)碳排放的文獻逐漸豐富起來。李波[1]從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素投入角度測算了農(nóng)業(yè)碳排放的結構特征和區(qū)域差異，并分析了農(nóng)業(yè)碳排放的抑制因素和推動因素； 龐麗[2]對中國西部、中部、東部地區(qū)的農(nóng)業(yè)碳排放差異進行了分析，對指出了提高農(nóng)業(yè)效率，降低農(nóng)業(yè)碳排放的一些措施； 呂志強[3]從區(qū)域角度來分析我國的低碳農(nóng)業(yè)的競爭力，指出東北、西北、西南和東南沿海地區(qū)之間的低碳競爭力有差異顯著； 謝淑娟等[4]深入探討了低碳農(nóng)業(yè)的指標體系，運用加乘混合合成法等方法對廣東省的低碳農(nóng)業(yè)進行了量化分析； 楊自立等[5]以北京市梨果園生產(chǎn)經(jīng)營作為研究對象，構建了低碳管理技術體系，對灌溉、用電、化肥和農(nóng)藥的碳足跡進行了測算； 唐廉等[6]以重慶市酉陽縣種植業(yè)作為研究對象，分析了種植業(yè)的碳吸收和排放情況，結果表明種植業(yè)結構調整有利于低碳農(nóng)業(yè)的發(fā)展，秸稈焚燒和農(nóng)業(yè)化學物質的消耗不利于低碳農(nóng)業(yè)的發(fā)展。上述學者關于低碳農(nóng)業(yè)的研究，有以全國為研究對象的，也有以省份為研究對象的，還有以具體的生產(chǎn)經(jīng)營對象為研究對象的，從不同角度對低碳農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了建議。但涉及山西省低碳農(nóng)業(yè)的研究較少，文章以2006—2015年山西省農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)作為研究對象，采用農(nóng)業(yè)碳排放系統(tǒng)的測算方法，測算使用化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、農(nóng)用柴油、翻耕、灌溉以及畜禽養(yǎng)殖數(shù)量所產(chǎn)生的碳排放量，并分析碳排放演變趨勢、分析化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、農(nóng)用柴油、翻耕、灌溉占農(nóng)業(yè)碳排放量的比例和山西省農(nóng)業(yè)碳排放地域分布特征，有利于為山西省低碳農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供可行性建議。

1 山西省農(nóng)業(yè)狀況

2016年山西省的三次產(chǎn)業(yè)結構比例為6.1： 38.1： 55.8，第一產(chǎn)業(yè)總值為784.57億元，第一產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值份額占全省的產(chǎn)值份額一直處于較穩(wěn)定的狀態(tài)，大致在6%左右[7]。

表1 2006—2016年山西省主要作物播種面積所占比例

%

1.1 耕地面積狀況

2016年山西省的耕地面積約406.84萬hm2，農(nóng)作物的總播種面積為372.08萬hm2，人均耕地量為0.12hm2。

1.2 種植業(yè)狀況

山西省主要的農(nóng)作物有小麥、玉米和土豆； 還有高粱、燕麥、莜麥、谷子等多種小雜糧。2006年以來，山西省主要作物播種面積所占比如表1所示。從2013年以來玉米的播種面積超過小麥成為山西省主要的糧食作物， 2016年玉米播種面積占比為44.24%； 小麥的播種面積占比下降為17.01%； 各種小雜糧的播種比例也在下降，截止2011年才呈現(xiàn)出穩(wěn)定的趨勢。

1.3 畜牧業(yè)狀況

山西省從南到北分布在北緯34°～40°之間，擁有400 萬hm2的草地，是全國13個牧區(qū)半牧區(qū)省份之一，從北到南有地域特色的畜產(chǎn)品為晉西北羊、北中部牛、中南部雞、晉東南豬的區(qū)域特色。到2014 年山西畜牧產(chǎn)業(yè)規(guī)?；揭呀?jīng)達到47%，高于全國平均水平11個百分點[8]。山西省近年來動物存欄量如表2所示。

表2 2006—2015年山西省動物存欄量 萬

從統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，山西省肉牛、奶牛、綿羊和山羊養(yǎng)殖總量呈現(xiàn)穩(wěn)定的增長趨勢，生豬和家禽數(shù)量趨于先下降后上升的倒U型趨勢，生豬和家禽的養(yǎng)殖規(guī)模逐步擴大，2006—2015年生豬存欄量增長了80.9%，家禽的存欄量增長了1.28倍，生豬和家禽的年均增長率分別為6.1%和8.6%，馬、驢和騾的數(shù)量趨于下降。

表3 各類指標農(nóng)業(yè)碳排放系數(shù)

指標碳排放系數(shù)碳排放系數(shù)單位資料來源化肥0.895 6kg/kg美國橡樹嶺國家實驗室農(nóng)藥4.934 1kg/kg美國橡樹嶺國家實驗室農(nóng)膜5.180 0kg/kg美國橡樹嶺國家實驗室柴油0.592 7kg/kg美國橡樹嶺國家實驗室翻耕312.60kg/km2中國農(nóng)業(yè)大學灌溉266.48kg/hm2中國農(nóng)業(yè)大學

2 山西省主要農(nóng)業(yè)碳排放狀況

2.1 農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的碳排放估算方法

一般而言，農(nóng)業(yè)碳排放是指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中由于生產(chǎn)資源的使用、畜禽自身生長以及農(nóng)業(yè)廢棄物所產(chǎn)生的碳[9]。該文所涉及農(nóng)業(yè)碳排放主要包括化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等生產(chǎn)資源的使用導致的碳排放； 灌溉、農(nóng)用柴油的能源使用引起的碳排放，播種導致的碳流失，畜禽自身生長和糞便排放產(chǎn)生的CH4。

碳排放效應測算公式為：

E=∑Ei=∑Ti·Ci

(1)

式(1)中，E為農(nóng)業(yè)碳排放總量；Ei為各類碳源碳排放量；Ti為各碳排放源的量；Ci為各碳排放源的碳排放系數(shù)[10]。

養(yǎng)殖業(yè)的碳排放主要是動物腸道發(fā)酵產(chǎn)生的CH4，目前學術界常引用的各類常見動物的甲烷排放因子如表4所示[11-12]。

表4 不同動物CH4排放因子kg/(頭·年)

表5 2006—2015年山西省種植業(yè)投入要素使用量 萬t

該文中的甲烷排放計算規(guī)則是家禽類按照其存欄數(shù)量乘以甲烷排放因子計算，其他家畜是其存欄數(shù)量的1/2乘以對應的甲烷排放因子計算。也即由于家禽總體甲烷排量較小，其甲烷排量按照家禽的實際存欄量來計算，而其他家畜則考慮其生長周期等因素，其甲烷排放總量按照總存欄量的1/2計算[8]。

2.2 數(shù)據(jù)資料

農(nóng)業(yè)機械的使用、農(nóng)田灌溉等活動會排放CO2，化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的使用也排放CO2。灌溉面積、翻耕面積、農(nóng)用柴油量、畜禽養(yǎng)殖量、化肥、農(nóng)膜和農(nóng)藥使用量來自于山西省統(tǒng)計年鑒和山西省農(nóng)業(yè)廳。其中農(nóng)膜、農(nóng)藥、化肥和柴油以當年山西省實際使用量為準，翻耕數(shù)據(jù)以當年農(nóng)作物實際播種面積為準，農(nóng)業(yè)灌溉以當年實際灌溉面積為準。

2.3 種植業(yè)碳排放特征

表6 2006—2015年山西省種植業(yè)碳排放量 萬t

(1)種植業(yè)碳排放總量特征。運用碳排放效應測算公式得出近年來山西省農(nóng)業(yè)碳排放數(shù)據(jù)如表6所示。結果表明山西種植業(yè)碳排放量一直呈上升趨勢，碳排放量由2006 年的137.14 萬t增長為2015 年的168.11 萬t，增長量為30.97萬t； 從增長速度來看， 2006—2015年平均增長速度為2.29%，其中2011年增速最快， 2011年的增長率為4.75%， 2013年的碳排放總量達到最高值， 2014年和2015兩年的碳排放總量緩慢下降。

(2)種植業(yè)碳排放結構特征。從山西種植業(yè)碳排放的結構上看，化肥使用導致的碳排放比重近10年來圍繞63%上下波動，是主要的碳排放源。其次為柴油、農(nóng)藥、農(nóng)膜。近10年來山西省各種主要的種植業(yè)投入排放量不同程度增加，年均增長量由高到低依次為農(nóng)膜3.66%，其次是農(nóng)藥，為3.37%，再次是化肥，為2.1%，灌溉為2.02%，柴油為0.96%，翻耕為0.73%。從比重變化情況看，農(nóng)藥和農(nóng)膜碳排放比重呈增加趨勢，化肥比重趨于穩(wěn)定狀態(tài)，灌溉、柴油和翻耕的碳排放比重趨于下降。

(3)種植業(yè)碳排放區(qū)域特征。山西省種植業(yè)碳排放量從地區(qū)分類來看，從高到低，可分為4個等級，第一等級為運城、臨汾、晉中3個市， 2015年這3個市的種植業(yè)碳排放總量占山西省種植業(yè)碳排放總量的比例為47.7%； 忻州、長治和朔州3市的種植業(yè)碳排放比例占全省的28.2%； 大同、呂梁和晉城3市的碳排放量相差不大，3市的碳排放總值約占全省的19.6%； 太原和陽泉兩市的農(nóng)業(yè)碳排量最低，約占全省碳排放比例的4.6%。

(4)種植業(yè)碳排放強度區(qū)域比較。種植業(yè)碳排放強度是種植業(yè)碳排放總量與耕地面積之比，該數(shù)值越大表明單位耕地面積的碳排放量越大。

表7 2010—2015年山西省各地區(qū)種植業(yè)碳排放量 萬t

表8 2010—2015年山西省各市種植業(yè)碳排放強度 kg/hm2

分析2010—2015年山西省各地市種植業(yè)碳排放強度(表8)，可以看出山西省各地市種植業(yè)碳排放強度從高到低依次為：晉中市、長治市、太原市、運城市、晉城市、陽泉市、臨汾市、忻州市、朔州市、大同市、呂梁市。農(nóng)業(yè)重視度高或者設施農(nóng)業(yè)較發(fā)達的地區(qū)碳排放強度高。以太原市為例， 2016年，太原市地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)2 955.60億元，其中農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值76.81億元，第一產(chǎn)業(yè)占總產(chǎn)值的比例為2.6%，溫室、大棚、中小棚共達到2.78萬個，其中以蔬菜種植為主，蔬菜播種面積0.45萬hm2，增長4.8%； 蔬菜產(chǎn)量26.28萬t，增長5.9%[13]。土地面積少，農(nóng)藥、化肥、地膜等生產(chǎn)要素投入數(shù)量大以及農(nóng)機使用方便，導致碳排放強度比較高。

2016年晉中市的農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值190.6億元，糧食總產(chǎn)量達184.4萬t，比2015年增長4.9%。2016年蔬菜產(chǎn)量為294.6萬t，比2015年增長4.4%。2016年，全市肉類總產(chǎn)量21.2萬t，禽蛋總產(chǎn)量16.1萬t，奶類總產(chǎn)量14.3萬t，比2015年分別增長2.9%、1.8%、1%[14]。晉中市農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的提升離不開農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素的大量使用。

呂梁市由于煤礦較多，農(nóng)業(yè)收入占據(jù)農(nóng)民收入的比例很低，另外該市多山區(qū)，自然條件差，農(nóng)業(yè)勞動強度大，使得當?shù)剞r(nóng)民對農(nóng)業(yè)投入重視度降低，從而導致農(nóng)業(yè)的碳排放強度最低。

2.4 養(yǎng)殖業(yè)CH4排放

(1)養(yǎng)殖業(yè)CH4總量排放特征。以2006—2015年的山西省各年度動物存欄量作為研究對象，利用不同動物的CH4排放因子，估算出動物腸道發(fā)酵過程中排放的CH4數(shù)量(表9)。由表9可以看出，動物腸道發(fā)酵的CH4排放曲線呈現(xiàn)為典型的先降后升形狀，CH4排放量的變化主要由養(yǎng)殖數(shù)量的變化來決定。2006—2011年這6年CH4的排放量呈現(xiàn)下降趨勢，每年下降4.6%； 2012年起，CH4排放量急劇上升，比2011年增長了84.8%， 2012—2015年，CH4又轉入以年均2.88%緩慢上升的增長階段。

表9 2006—2015年山西省養(yǎng)殖業(yè)碳排放量 萬t

表10 2011—2015年山西省各地市養(yǎng)殖業(yè)CH4排放量 t

(2)養(yǎng)殖業(yè)CH4排放區(qū)域特征。通過表10可以看出， 2011—2015年忻州市、大同市、運城市、朔州市和臨汾市的畜禽養(yǎng)殖CH4排放量逐年上升，其中忻州市上升幅度最大，年均增長率達到5.18%，大同市年均增長率達到2.44%，朔州市年均增長率達到1.02%，運城市年均增長率達到0.8%，臨汾市的年均增長率最小為0.23%。忻州、朔州和大同屬于晉北，晉北地區(qū)草場資源豐富，特別適合飼養(yǎng)牛羊，3市CH4排放量的增長表明當?shù)嘏Ｑ虻酿B(yǎng)殖數(shù)量逐年增加。運城市和臨汾市同屬于晉南地區(qū)，其牛羊豬禽的養(yǎng)殖變化幅度不大。

CH4排量呈現(xiàn)下降幅度的市依次為太原市、呂梁市、晉城市、陽泉市、長治市和晉中市。其中太原市由于城市的擴張，土地價格的上升以及禁養(yǎng)區(qū)的劃定等而導致養(yǎng)殖業(yè)不斷地向郊區(qū)或者其他地市轉移，呂梁市、晉城市和陽泉市由于豬肉價格近年來不太景氣導致豬飼養(yǎng)數(shù)量的下降，從而導致CH4的排放量下降。長治市由于牛養(yǎng)殖數(shù)量的下降而導致CH4排放量的降低。晉中市的豬、禽類養(yǎng)殖數(shù)量下降較多，牛羊養(yǎng)殖量變化不大，但總體養(yǎng)殖數(shù)量緩慢下降，導致了CH4排放量的下降。

2.5 山西省主要農(nóng)業(yè)碳排放總量

表11 2006—2015年山西省農(nóng)業(yè)碳排放總量 萬t

山西省農(nóng)業(yè)碳排放總量特征見表11，從排放數(shù)量看，由2006年的170.27萬t增長為2015年的220.97萬t，增長量為50.7萬t； 從增長速度來看， 2011年增速最快， 2011年的碳排放比2010年的碳排放增長了22%， 2014年的碳排放總量達到最高值， 2015年比2014年的碳排放總量略有下降且增長率為-0.74%。

3 結論和建議

3.1 結論

(1)山西農(nóng)業(yè)碳排放量有趨于穩(wěn)定的態(tài)勢。從2012年至今，山西農(nóng)業(yè)每年的碳排放量大體維持在220萬t左右。其中種植業(yè)的碳排放量呈現(xiàn)緩慢上升到達峰值再緩慢下降的折線，年排放量大約在167萬～170萬t； 養(yǎng)殖業(yè)的年碳排放總量在48萬～53萬t。

(2)山西省的農(nóng)業(yè)依然是高投入高耗能的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)。從2006—2015年種植業(yè)主要投入要素來看，化肥的年使用量由98萬t增長到120萬t，農(nóng)藥、農(nóng)膜的年使用量也逐年增長，農(nóng)藥的使用量由2006年的2.3萬t增長為3.1萬t； 農(nóng)膜的使用量由3.46萬t增長為4.84萬t，農(nóng)用柴油的使用量也有小幅度的上升。可見山西省農(nóng)用物資投入量持續(xù)增加，農(nóng)業(yè)還沒有擺脫對生產(chǎn)要素高投入的依賴性。

(3)農(nóng)業(yè)碳排放量在空間分布上不均勻。農(nóng)業(yè)發(fā)展的地域條件、自然資源，以及當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展狀況對農(nóng)業(yè)碳排放影響較大。例如呂梁市因為山區(qū)多，農(nóng)業(yè)基礎設施差，農(nóng)業(yè)收入偏低，但當?shù)孛禾科髽I(yè)多，在煤礦打工的收入遠遠高于從事農(nóng)業(yè)的收入，當?shù)氐耐恋囟嗔袒膶е铝宿r(nóng)業(yè)碳排放低。相反，山西省運城市土地平整，灌溉方便，便于機械化耕作，勞動強度低，外出打工農(nóng)民的土地多數(shù)流轉給他人而不是撂荒，因此運城的農(nóng)業(yè)碳排放較高。

(4)農(nóng)業(yè)政策、自然資源和畜產(chǎn)品市場價格對養(yǎng)殖業(yè)CH4排放影響較大。晉北地區(qū)牧草多，加上近年來對牛羊標準化和規(guī)?；B(yǎng)殖的補貼政策、糧改飼項目試點，牛羊肉市場價格比較穩(wěn)定且養(yǎng)殖風險小等因素，導致晉北地區(qū)牛羊數(shù)量增多，從而導致CH4排放量增多。水資源多、土地平整的臨汾和運城市，當?shù)氐酿B(yǎng)殖戶依據(jù)市場價格和補貼政策靈活地調整養(yǎng)殖規(guī)模和種類，導致該地區(qū)的CH4增長量緩慢上升。晉東南地區(qū)由于豬肉價格的市場風險大，導致該地區(qū)的豬存欄量下降，從而導致當?shù)氐腃H4排量下降。

3.2 建議

(1)積極開展低碳農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。建議用農(nóng)家肥或者堆肥來替代化肥，減少化肥的使用量從而降低農(nóng)業(yè)投入要素的碳排放； 平整好土地并利用節(jié)水灌溉設施降低灌溉用水產(chǎn)生的碳排放； 使用低碳農(nóng)機等生產(chǎn)要素來替代傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素，從而降低碳排放量。

(2)兼顧經(jīng)濟、生態(tài)、社會3方面的利益。農(nóng)戶如果從低碳農(nóng)業(yè)中獲取的經(jīng)濟收入低于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟收入，則會影響農(nóng)戶進行低碳農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的積極性。建議政府給農(nóng)民提供農(nóng)產(chǎn)品市場價格信息預測、種植規(guī)劃、技術指導和市場挖掘等方面的幫助，篩選合理的農(nóng)業(yè)項目，盡可能兼顧經(jīng)濟、生態(tài)、社會效益。

(3)推廣適當?shù)霓r(nóng)業(yè)規(guī)模。購買低碳農(nóng)業(yè)新設備需要資金的投入，例如推廣使用噴灌、滴管技術需要農(nóng)戶購買專用化的設備，零碎化的農(nóng)戶生產(chǎn)行為由于從事農(nóng)業(yè)的收入較低而不愿采購新設備，適當規(guī)?；r(nóng)戶由于農(nóng)業(yè)收入占其收入比例大，他們對采用低碳高效農(nóng)業(yè)技術的積極性高于零碎化的農(nóng)戶，適當規(guī)模化種植和養(yǎng)殖有利于經(jīng)營者采用新技術。