中国农田生态系统碳净吸收重心移动及其原因
时间：2021-02-01 16:04:04 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要 为深入了解我国农田生态系统碳净吸收的区域差异及其原因，本文采用重心模型分析了农田系统碳净吸收重心移动规律，运用C-D生产函数分析了影响农田系统碳净吸收重心移动的因素，并在此基础上计算了各影响因素对各区域碳净吸收的贡献率，提出了相应的政策建议。结果表明：①我国农田系统碳净吸收重心坐标经度减小较快，纬度波动增加，落实到地理区域上呈向西北方向移动的趋势。东南区与蒙新区是农田系统碳净吸收比重下降和增长速度最快的地区，而西南区已逐渐成为我国农田系统碳净吸收的主要贡献区。②常规投入中土地投入是影响农田系统碳净吸收重心移动的首要因素，资本投入（包括化肥、劳动力）也是重要的影响因素；控制变量中种植结构是主要影响因素，使用权与收益权变量系数显著但影响不大。③各影响因素对区域碳净吸收的贡献存在显著的地区差异，但影响各区域碳净吸收的主要贡献因素为土地、化肥和种植结构。
关键词 农田生态系统；碳净吸收；重心；C-D生产函数
中图分类号 S181；X21文献标识码 A 文章编号 1002-2104（2011）05-0119-07
doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2011.05.020
自工业革命以来，人类化石燃料的大量使用以及非持久性土地利用直接导致全球温室气体浓度以前所未有的速率增加，引起了以气候变暖为特征的一系列生态环境问题。如何减缓气候变化，充分发挥各碳库的碳汇功能成为目前研究的热点。农田生态系统是巨大的碳库，全球农田生态系统碳储量高达170Pg，占陆地碳储量的10%以上［1］，但是其受人类活动（如耕作、灌溉、施肥等）影响也最大［2］，既是碳源又是碳汇。Bouwman认为大气中20%的CO2、70%的CH4与90%的N2O来源于农业生产活动及其相关过程［3］；Cole估计在未来50-100年，全世界农田可固定20-30Pg碳［4］。目前关于农田生态系统碳源/汇的研究主要集中在定量估算农田系统碳源/汇。Lal［5］估算了农田系统中各种活动（包括灌溉、播种、施肥、收获等）由于能源消耗而产生的碳排放量；Nalley等［6］采用生命周期评价法对美国阿肯色州六大类种植作物在不同的生产实践中整个生命周期的碳排放量进行了估算；赵荣钦等［7］对我国沿海10个省（市、区）农田生态系统1981-2001年碳源/碳汇进行了估算，结果表明总碳排放增长速度快于碳吸收增加速度，沿海地区主要粮食作物碳吸收占全国比例有所下降；罗怀良［8］估算了盐亭县近55年来农田植被碳储量和植被碳密度的动态变化，结果表明两者都有一定程度的提高，具有碳汇效应；鲁春霞等［9］研究表明我国农田生态系统近20年来碳蓄积总量持续增大，其中碳密度高值区主要分布在我国东部地区。目前对农田系统碳源/汇的时间变化特征研究较丰富，但是忽略了对其空间变化特征的研究，更缺乏对其空间变化机理的定量分析。因此，本文拟在已有研究基础上，采用重心模型分析我国农田系统碳净吸收重心移动规律，并结合面板数据采用C-D生产函数分析相关因素对农田生态系统碳净吸收的影响，以期为相关政策制定提供参考依据。
1 研究方法与数据来源
1.1 研究方法
1.1.1 农田生态系统碳净吸收
本文提出的农田生态系统碳净吸收量，是作物生育期碳吸收量与农业生产过程碳排放量的差值。考虑数据可获得性，作物碳吸收量采用李克让［10］提出的根据作物产量、经济系数以及碳吸收率来估算作物生育期内通过光合作用对碳的吸收量；农业生产碳排放量采用West等［11］提出的农业生产过程中由于化肥生产、农业机械使用、灌溉等造成的碳排放量，具体计算方法如下所示。
Cs=∑iCfiYwi/Hi(1)
Ec=Ef+Em+Ei=(Gf×c1×10-3)+(Am×c2×10-7+Wm×c3×10-3)+(Ai×c4×10-7)(2)
C净=Cs-Ec(3)
式中，Cs为区域农田生态系统作物碳吸收量（104t）；Cfi为第i种作物合成单位有机质（干重）所吸收的碳，即碳吸收率（%）；Ywi为第i种作物经济产量（104t）；Hi为第i种作物经济系数，即果实占作物生物量的比重（%）；Ec为农业生产过程碳排放量（104t）；Ef为化肥施用碳排放量（104t）；Em为农业机械使用碳排放量（104t）；Ei为灌溉碳排放量（104t）；Gf为化肥施用量（104t）；c1=85754 kg/t；Am为农作物播种面积（hm2），c2=1647 kg/hm2，Wm为农业机械总动力（104kW），c3=018 kg/kW；Ai为农作物有效灌溉面积（hm2），c4=26648 kg/hm2；C净表征碳净吸收量（104t）。
1.1.2 农田生态系统碳净吸收重心
重心概念来源于物理学，指某个物体各部分所受重力产生合力的作用点［12］。目前该理论已广泛应用于经济重心［13］、产业重心［14］、人口重心［15］、耕地重心［16］、城市群重心［17］、能源消费造成的环境污染重心［18-19］迁移等方面的研究上。
本文通过引入重心理论来分析我国农田生态系统碳净吸收的空间变化规律。该理论假设全国各省级行政区域（不包括港澳台地区）处在同一质平面上，各区域农田生态系统碳净吸收集中在各省会城市。各省会城市都是平面上的一个质点，且具有不同的重量，全国农田生态系统碳净吸收重心位置即各质点重量对比均衡点。重心位置一般用经纬度表示，具体如下：
Xt=∑C净tjxj∑C净tj
Yt=∑C净tjyj∑C净tj(4)
式中，Xt、Yt分别表示第t年农田生态系统碳净吸收重心经纬度坐标；C净tj表示第t年j省的农田系统碳净吸收量；xj、yj分别表示j省省会城市所在经纬度坐标。
1.1.3 柯布-道格拉斯生产函数（简称C-D生产函数）
农田生态系统碳净吸收可能会受到气候、经济、社会、制度等多种因素的综合影响。区域自然条件、经济发展等因素的变化都可能引起该区域农业种植结构与农业投入的变化，从而影响到我国农田生态系统的碳净吸收。本文试图引入C-D生产函数来分析影响我国不同区域农田系统碳净吸收变化的因素，并探讨对碳净吸收重心移动的影响。
本文综合戴景瑞等［20］提出的农业区域布局，将我国划分为8个农业生产区域，即东北区：黑龙江、吉林、辽宁；黄淮海区：北京、天津、河北、河南、山东；长江中下游区：湖北、湖南、江西、安徽、江苏；东南沿海区：上海、浙江、福建、广东、海南；黄土高原区：陕西、山西、甘肃；西南区：四川、重庆、云南、贵州、广西；蒙新区：内蒙古、新疆、宁夏；青藏区：青海、西藏。
