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农业生态碳排放估算

2012-08-17 17:09 来源:农业 人参与在线咨询

 

IPCC第四次评估报告显示,在全球温室气体排放中,化石燃料燃烧排放量是碳排放的最大元凶,约占碳排放总量的56.6%;其次,农业是第二大“元凶”,约占碳排放总量的1/3[1]。四川省是农业大省,本文关于四川省农业碳排放的研究,对四川省经济、社会和生态可持续发展有重要的现实指导意义。本章所有基础数据均来自于《四川省统计年鉴》、《中国能源统计年鉴》与《中国农村统计年鉴》,时间跨度为1998-2011年,各种能源消耗的排放系数与农业的各项碳排放系数均是根据IPCC第四次报告和一些经典文献中的推算试得到。

 

1研究回顾

 

农业是一个特殊的生态系统:它既是碳源的制造系统,又是碳汇的吸收系统。农业的碳源主要来自于与人类密切相关的种植业和养殖业,碳汇主要来自于林地、草地。本文主要探讨四川省农业生态系统的碳源即碳排放现状与影响因素,关于四川省农业生态系统的碳汇功能另文研究。目前估算农业碳排放的方式比较多,由于观测与统计碳排放通量存在一定的技术与现实难题,所以现有的方法均是根据一些容易统计的数据进行估算的。王明星等(2001)通过耕作数据和气象信息估算了中国甲烷排放量。[2]Ca(i1997)通过按照农田的施水类型和施肥状况估算中国的甲烷排放量。[3]韩冰等(2008)通过测试土壤中的有机碳含量来估算碳排放量。[4]而现在主流的碳排放量估算方法是基于化石能源的碳排放。主要认为农业生态的主要碳排放来自农业、化肥、农膜以及柴油等物质的使用所造成的,所以都是以投入的角度来分析碳排放量,其估算模型如下Cat=iΣ(Eit*δi)……………………………………(1)其中,Cat是指时间t农业碳排放总量,Ei是指时间t第i种物质消费量,δi是第i种产生碳排放物质系数。其中,δi主要直接来自于一些经典文献的测试,而后被普遍接受误差较小的碳排放系数。国内外学者研究表明,农业碳排放主要来自于以下几个方面:(1)化肥的使用,化肥使用过程将会产生一氧化二氮、甲烷等温室气体的排放,同时化肥的生产、运输过程将会产生碳排放。(2)农药的使用,包括其在生产运输过程中的碳排放。(3)农膜产品的使用,包括生产过程中的碳排放。(4)直接消耗的化石燃料的碳排放,包括农机设备的运用与灌溉设备使用。(5)农耕过程中土壤有机碳的遗失。(6)农作物的秸秆的燃烧。而在整个的农业中,广义的农业是指种植业、林业、畜牧业、渔业、副业五种产业形式的总称。由于种植业林业、畜牧业、渔业、副业等行业数据获取的问题,以及秸秆的燃烧数据获取问题,本文没有很细微的从产业角度来考察碳排放总量。本文主要是从化工产品与能源的消耗的角度以及被公认的农耕有机碳释放这些角度来估算农业碳排放。

 

2四川省农业碳排放现状与定量测算

 

根据农业碳排放的主要来源,本文选取了有效灌溉面积、化肥施用量、农药使用量、翻耕面积、农村用电量、柴油、农膜使用量7方面进行统计。其中,翻耕面积使用的是当年农作物的实际翻耕面积。而这些碳排放影响因素的碳排放因子分别为:化肥使用而导致的碳排放系数为0.8956kg•kg-1;农药使用而导致的碳排放系数为4.934kg•kg-1;农膜产品的碳排放系数为5.18kg•kg-1;化石能源燃烧(农业化石能源主要为柴油)的碳排放系数为0.5927kg•kg-1;翻耕释放的碳排放系数为312.6kg•km-1;农业灌溉碳排放系数为25kg•hm-1;电力的碳排放主要分为二部分,一部分有新兴能源比如风电、水电、核电等,基本上不排放温室气体;另一部分为火电,主要是使用化石燃料燃烧发电,这部分电量将会排放温室气体。使用本文在统计用电量碳排放时,农村用电量,火电比例,煤的碳排放系数,单位电量耗煤量,将他们相乘。根据公式(1)与上文中的碳减排系数,本文对四川省1998—2011年农业碳排放量进行估算(表1)。从图1可以看出:结构上,四川省农业系统的碳排放主要由翻耕过程的有机碳释放、用电量导致的碳排放和化肥施用导致的碳排放。占了农业碳排放总量的近90%。增速方面,1998-2010年期间,四川省农业碳排放量增速不大,年平均增速只有2.77%:其中1999-2003年的平均增速只有1.31%;2004-2006的增长率稍微高一些,为4.25%;2007-2010年增速放缓,增长率为2.46%。本文在结构图上也清晰的看到,1998-2010年期间翻耕的碳排放基本上没有变化;化肥使用量而导致的碳排放在1998-2004年期间基本上没有增长,在2005-2010年期间有小幅的增长;电力使用所导致碳排放是增长最快的,年平均增长为5.6%。这个结论跟国内学者研究的基本一致。电力使用所导致的碳排放增长是由于1998年国家实施第一批农村电网建设与改造工程,农村电网覆盖率增大,农村家用电器增多,用电量增多,电力使用所导致的碳排放也随之增多。1998-2003年期间,由于农村负担过重,农村人口向城镇迁移比较明显,造成农村务农人员的减少,化肥等农业生产资料的使用量增长放慢或者基本上没有增长,四川农业的碳排放量则也跟着变慢。由于务农劳动力的减少,导致了粮食的产量降低。2004年后,国务院出台了“两减免三补贴”的支农政策,刺激了农民的种田积极性。使得化肥等农村生产资料使用增加,相应的碳排放量也增长加速。

 

3影响四川省农业生态系统碳排放的因素分析

 

碳排放的社会经济影响因素是什么?这一直以来都是政策制定者关心的热点。研究碳排放的社会经济因素可以为决策者制定碳减排政策提供决策依据。目前,碳排放的影响因素也是学者们研究的热点。本文在对碳减排政策进行模拟之前,先对碳排放的影响因素进行研究。目前在碳排放影响因素分析中,都是通过分解方法进行的。因素分解方法主要是将碳排放量分解成若干个因素变量的乘积,通过分析各个因素增长之间的关系,来判断碳排放量与各个因素之间的关系。在碳排放的因素分解模型中,目前主要存Lasperyres指数法、简单平均分解法和自适应权重平均分析法三类[5]。而在简单平均分解法基础上对数平均分解法模型(LMDI模型)用来进行因素分解相比于回归模型与其他分解模型,由于没有残差项,被学术界广泛的接受。本文运用学术界通用的方法,使用LMDI模型对四川省农业碳排放与能源消费碳排放进行因素分解。目前,农业碳排放影响因素研究也是目前研究的热点。李国志、田云等均利用LMDI模型分别对中国农业碳排放与湖北省农业碳排放进行因素分解研究,均得出了效率因素、劳动力因素与产业结构因素均对农业碳排放有抑制作用,而农业经济发展对碳排放有较强的刺激作用[6]。ACt=ACtPYt×PYtAYt×AYtPt×Pt………………………(2)其中,ACt指的是时间t农业碳排放总量,PYt是指时间t种植业生产总值,AYt是指时间t农业总产值,Pt是指时间t农村人口总数。设Cpt为时间t单位种植业生产总值碳排放量,wpt为时间t种植业生产总值占农业生产总值比重,ay1为时间t农村人均生产总值。则有cpt=ACtPYt,wpt=PYtAYt,ay1=AYtPtACt=wpt×cpt×ay1×Pt…………………………………(3)根据(3)式,本文可以很明显的看出,农业碳排放量跟单位种植业生产总值碳排放量(农业生产资料碳排放效率)、单位种植业生产总值碳排放量(农业结构因素)、农村人均生产总值(经济发展因素)、农村人口总数(人口效应)有关。由于各种因素的物理量存在差异,本文对式子(3)取对数,结果如下:InACt=Inwpt+Incpt+Inayt+InPt………………………(4)为了对农业碳排放量的增长影响因素进行分析,本文对式子(4)进行差分分解,各因素的影响如下:△wpt=ACt1-ACt2InACt1-InACt2(Inwpt1-Inwpt2)………………(5)△cpt=ACt1-ACt2InACt1-InACt2(Incpt1-Incpt2)………………(6)△ayt=ACt1-ACt2InACt1-InACt2(Inayt1-Inayt2)………………(7)△Pt=ACt1-ACt2InACt1-InACt2(InPt1-InPt2)………………(8)利用式子(5)-(8),分别计算出△wpt、△cpt、△ayt、△Pt。本文对1998-2010年期间的四川省农村生态系统的碳排放量进行了因素分解。1998-2010年,四川省农业的碳排放正效应的为经济发展因素,影响因素高达950.57万吨碳;其他的都为农业生产资料碳排放效率、农业产业结构因素与人口效应因素都呈现负效应,负影响最大的为农业产业结构因素,为-548.88万吨碳。这个结果跟国内外学者研究的结果一致。但是从具体的时段来看。经济影响因素基本上每年都是处于正效应。人口因素对四川省农业的碳排放量的影响并不大。而产业结构因素在1998-2001年期间处于正效应,2001年-2010年处于负效应;主要是因为1998-2001年期间,四川省农村人口向城镇转移过程中,农业产业结构偏向于种植业等高碳排放产业,导致那几年农业产业结构因素对整个农业碳排放处于正效应。农业生产资料碳排放效率在2007-2010年处于正效应,其他时间处于负效应;可能出现这种结果的原因是四川省在2008年、2009年、2010年分别在产粮去发生了干旱、洪涝等自然灾害。

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