低碳农业发展的制约因素与对策

低碳农业发展的制约因素与对策

一、低碳农业面临的外部影响温室气体浓度的增加引起的全球环境变化，包括人类的生存和社会经济的可持续发展，已成为影响世界各国政府和科学家的主要环境问题。大气中主要温室气体(CO2、CH4、N2O)的浓度在19世纪以前并没有显著变化(由于稻田排放、放牧等原因,CH4和N2O浓度存在缓慢增长),CO2的吸收和排放基本是平衡的。工业革命开始后,大气中温室气体的浓度逐渐增加,日益剧烈的人类活动极大的改变了土地利用形态,严重干扰并破坏了CO2的收支平衡。在温室气体的强迫下,全球年均温增加了约0.97℃,其中CO2起主要作用,占总量的70%。根据IPCC(1996)预测,今后100年中,全球平均温度将在当前17℃的基础上升高2℃,海平面将升高50cm。这将会对自然生态系统、水源和水资源、食物生产、人类健康等产生深刻的影响。同时,大气CO2浓度的上升还会直接影响到农业生态系统等与气候环境密切相关的产业发展。因而在国际社会倡导低碳经济的背景下,发展低碳农业是实现农业可持续发展的有效选择。农业是与自然环境关系最为密切的产业,大气中CO2对农业的影响可分为直接与间接两个方面。直接影响指CO2参与作物的光合作用,作为物质源的CO2流的强度和浓度直接影响作物的初级生产力。间接的影响指CO2浓度增加引起的温室效应对全球碳循环及农业生产的影响。而农业在自身生产过程中,由于土地利用不当、化肥施用量过多等又释放出大量的温室气体,反过来影响气候的变化。由于农业本身就是重要的温室气体释放源,尤其是排放大量的CH4和N2O。据估计,农业源排放的CO2、CH4、N2O的量分别占总的人为温室气体排放量的21%～25%、57%和65%～80%。所以农业在实现低碳生产的过程中,受到农业系统内部碳循环与外部碳循环的双重影响(见图1)。自然界本身在排放各种温室气体的同时,也在吸收或分解它们,所以在发展低碳农业的过程中,农业系统内部的碳排放源是制约农业实现低碳生产的主要因素。因此,本文通过对农业产值与化肥施用量、机械总动力以及农作物播种面积的回归分析,试图找到影响低碳农业发展的主要因素,并提出相关的建议,促进农业实现低碳生产。二、我国化肥、化肥的施用量对农业产出的影响由于我国能源消耗结构以煤炭为主,且正处于工业化和城镇化快速发展的阶段,能源消费呈刚性增长,所以CO2排放总量巨大(见图2)。近20年来,CO2排放的年增长率不断升高(见图3)。据测算,目前我国单位GDP二氧化碳减排量中节能减排、提高能效的贡献率是80%。但是要完成我国在哥本哈根气候会议上提出的到2020年实现单位GDP二氧化碳排放降低40%～45%的目标,节能、提高能效是最有效的手段。虽然第二产业是节能减排的主要对象,但是在农业生产过程中,除了土壤释放碳以外,化肥、机械动力等的大量使用,间接的消耗了能源,成为农业生产的又一个重要温室气体排放源。我国是世界上化肥消耗量最大的国家。据世界粮农组织的统计,1997年～1998年度我国化肥消费总量和氮肥消费量分别占同年度世界化肥总消费量的26.2%和28.7%,即使按单位面积施肥量计,我国施肥水平为266千克/公顷,在FAO所统计的162个国家中居第11位,属高施肥水平国家(见图4)。虽然化肥的施用,提高了农作物的单产面积(图5),但是我国是世界上唯一以煤为主要原料生产氮肥的国家。化肥的施用量和需求量巨大,而化肥的施用及其生产过程均产生了大量的二氧化碳,由此可见化肥的施用量是影响农业碳排放的一个重要因素。因而本文选取化肥施用量、农业机械总动力以及农作物播种面积作为解释变量,对农业产值进行回归分析,找出对农业产值影响最为显著的因素,进而计算出农业单位GDP能耗及所产生的二氧化碳量。本文应用模型如下:y=c0+c1x1+c2x2+c3x3+ε其中,y——农业总产值(亿元),x1——化肥施用量(万吨),x2——农业机械总动力(万千瓦),x3——农作物总播种面积(千公顷)。三、回归分析的数据来源本文选择对农业产值有直接或间接关系的3个指标(化肥施用量、农业机械总动力、农作物播种总面积)进行回归分析,并测算农业单位GDP产值所耗用的化肥施用量、农业机械总动力,所用数据来自《中国统计年鉴》(1985年～2008年)(见表1)。四、模型试验和结果1.模型试验(1)农业社会经济意义的检验运用普通最小二乘法(OLS法)对初始模型y=C0+C1x1+C2x2+C3x3+ε进行估计,计算结果如下。所以回归方程为:检验:从经济意义方面检验参数估计量,农作物总播种面积x3的系数为负值,说明农作物总播种面积与农业总产值之间存在负相关关系,不考虑成本和价格等因素的情况下,由于农产品单位面积产量的不断提高,农作物总播种面积应当与农业总产值呈正相关,与实际不符,经济意义无法通过,需要进一步检验,予以剔除变量。从统计检验来看,R2=0.961,方程拟合优度高,总体显著性很好。而ˉR2=0.955,则表明用3个解释变量可以说明因变量总变差的95.5%。F=166.37>F0.05(3,24)=3.01,所以回归模型在整体上是显著的。此外在显著性水平α=0.05下,所有参数不都是显著的,因为并不是每一个回归系数的t值都大于t0.025(24)=2.064;1根据相关数据得DW=0.499,当显著性水平为α=0.05时,n=24,k=3(不包括常数项),查德宾—沃森统计表得到:dL=1.101,dU=1.656;由于0<DW=0.499<dL=1.101,故可以判定存在正自相关,需要进一步检验。(2)模型总体显著性分析由于变量x3无法判断,且在回归中t值不够显著,故予以剔除。则模型如下:y=c0+c1x1+c2x2+c3x3+ε。⌢y=-8653.86+31186.09x1+2073.47x2se(⌢C)(9228.09)(535.34)t值(3.379)(3.873)此时模型各变量系数为正,符合经济学意义。且R2=0.96,拟合优度很高,F=251.84>F0.05(2.24)=3.40,因而模型总体显著性很好。下面针对此模型,分别对违背基本假设的情况进行计量经济学检验。影响农业产出的主要因素由表2可以看出,解释变量X1与X2之间相关系数都较大,可见存在严重的多重共线性。在经济意义上,两个变量都是影响农业产值的主要因素,故而它们之间的相关性很强。下面我们利用变量逐一剔除法进行修正:剔除变量⌢y=-5123.76+3788.15x2t值(18.276)R2=0.938⌢y=-5123.76+3788.15x1t值(17.280)R2=0.931此时,由于x1、x2之间存在较强的相关性,剔除变量之后,拟合优度不断下降。残差与解释变量间的散点图用散点图法对该方程进行异方差性的检验:将残差与解释变量做散点图。由图6、图7可以看出解释变量x1、x2与残差之间没有系统关系,故不存在异方差性。正自相关的修正一是DW(德宾—沃森)检验法当显著性水平为α=0.05时,n=24,k=2(不包括常数项),查德宾—沃森统计表得到:DL=1.188,DU=1.546;由于0<DW=0.416<DL=1.188,故可判断存在正自相关。二是自相关的修正——科克兰内-奥卡特迭代法利用带AR(1)项的OLS命令作回归。此时回归方程为:⌢y=-176723+124591.2x1+4713.48x2se(⌢C)(22915.1)(1983.5)t值(5.437)(2.376)R2=0.992ˉR2=0.9914-du=2.454＞DW=1.797＞du=1.546此时,我们将残差和滞后一期的残差值描图(图8),散点没有特别明显的规律性,看不出存在自相关。(3)3⌢y=-176723+124591.2x1+4713.48x2se(⌢C)(22915.1)(1983.5)t值(5.437)(2.376)R2=0.992ˉR2=0.9912.预测和结果根据最终模型进行预测分析,模拟结果如下:(1)分析的模糊性由模拟结果可知,最终模型的模拟结果比较满意,拟合比较高,说明最终模型预测效果比较好。(2)机械动力实行混动力从方程看,化肥施用量每增加1吨,农业产值就会增加12.4591万元;农用机械动力每增加1千瓦,农业产值就增加0.4713万元。显然,化肥对农业产值的影响占主导地位。五、实现低碳农业发展的总体思路根据最终的模型可知,化肥施用量对农业产值的影响程度最大。化肥是为农业服务的,我国是世界上化肥消耗量最大的国家。化肥的需求量巨大,因此农业要作战略性调整,化肥工业应该及时作相应的调整。因为我国主要是用煤来生产合成氨(如果制成尿素)的,而每吨氨约要排放3.4吨二氧化碳,这仅仅是在化肥的生产过程中释放的CO2。而施肥不当也会加剧温室效应,土壤本身储存着大量的有机碳,不仅是土壤质量和功能的核心,而且有利于作物的生长。但由于化肥的大量施用,加速了农田土壤中有机碳的矿化,进而向大气中排放了大量的二氧化碳和甲烷等温室气体。因此,化肥的施用使得农业产值单位GDP碳排量增加,农业产值的背后是不可再生能源的间接消耗和CO2的大量排放,因此,高碳农业向低碳农业转变已成为不可避免的选择。针对影响低碳农业发展的制约因素,提出以下几点建议:1.转变农业生产方式,实施保护性耕作实施保护性耕作具有防治农田扬尘和水土流失、蓄水保墒、培肥地力、节本增效、减少秸秆焚烧和温室气体排放、促进农业可持续发展等作用。数据表明:与传统耕作比较,保护性耕作可减少工序3～4道,省工5～8个/亩,节省柴油约3.2公升/亩;免耕比翻耕减少风蚀量31.76%,提高土壤有机质0.03%,减少化肥投入量10%左右,比焚烧秸秆减少30%的二氧化碳排放量。据初步统计,2008年我国实施保护性耕作面积4297.85万亩,节省用工约2.1～3.4亿个、新增粮食56～168万吨、节本增收总效益大约36.2亿元,减少二氧化碳等温室气体排放量达166～364万吨。2.推广施肥新技术,提高化肥利用率围绕“测土、配方、配肥、供肥、施肥指导”5个环节,做到“测土到田、配方到厂、供肥到点、指导到户”改变盲目大量施用化肥的习惯,使农民重视有机肥的使用,比如减少不合理施用化肥(纯量)662吨,相当于节约煤炭927吨,减少二氧化碳排放量2317吨,有力地推动了农业节能减排工作,减少了化肥对地下水和土壤的浸染,