我国农业源温室气体技术减排的影响评价——基于一般均衡模型的视角

农业源温室气体排放主要包括反刍动物甲烷排放、水稻种植过程中的甲烷排放、施肥造成的氧化亚氮排放和动物废弃物管理过程中的甲烷和氧化亚氮排放。间气候变化专门委员会（ＩＰＣＣ）第４次评估报告表明，农业是温室气体的主要排放源，据估计，全球范围内农业排放甲烷占由于人类活动造成的甲烷排放总量的５０％，氧化亚氮占６０％，如果不实施额外的农业，预计到２０３０年，农业源甲烷和氧化亚氮排放量将比２００５年分别增加６０％和３５％～６０％。ＩＰＣＣ还指出，农业温室气体排放在全球温室气体排放总量中所占的比例大于整个运输业所占的比例，约占全球温室气体排放总量的１４％。

国际食品研究所（ＩＦＰＲＩ）２００８年的研究表明，在全球温室气体排放总量中，农业排放占１３．５％，与交通排放比重（１３．１％）大致相当，所以农业的影响不可小视。如果制定正确的，农业可以通过碳吸纳、土壤和农地使用管理以及沼气生产等措施，为全球温室气体减排做出贡献。因此，减缓农业源温室气体排放对控制全球气候变化具有重要作用。

中国是人口众多的农业大国，动物饲养、水稻种植和施肥量在全球占有相当大的比例。中国农业生产活动基数数量大、增长快，如果没有相应的减排措施农业源温室气体排放量也会相应的较大。

中国高度重视气候变化相关问题。２００４年中国向联合国提交了初始国家信息通报。根据《中华人民共和国气候变化初始国家信息通报》，１９９４年，我国农业源温室气体排放占中国温室气体排放总量的１７％；农业活动

第25卷第2期2011年3月

北京农业职业学院学报

Journal of Beijing Agricultural Vocation College

Vol.25No.2

Mar.2011

我国农业源温室气体技术减排的影响评价

——

—基于一般均衡模型的视角

蔡松锋，黄德林

（中国农业科学院农业经济与发展研究所，北京100081）

【摘要】农业源温室气体排放主要包括反刍动物甲烷排放、水稻种植过程中的甲烷排放、施肥造成的氧化亚氮排放和动物废弃物管理过程中的甲烷和氧化亚氮排放。中国是农业源温室气体排放最多的国家，农业源温室气体排放占全国总的温室气体排放的17%，已经超过了我国交通的温室气体排放。通过模拟研究发现：农业源温室气体技术减排对宏观经济有促进作用，不同的农业部门所受到的影响不同，其中种植业由于化肥使用效率的提高得到了益处，养殖业可能会由于资本投入的提高会使得生产成本略有提高，但是其改善养殖环境的作用却是长期的。

【关键词】农业源温室气体；GTAP-E技术减排；甲烷和氧化亚氮排放

【中图分类号】F323【文献标识码】B【文章编号】1671-7252（2011）02-0024-06

【收稿日期】2011-01-07

【作者简介】蔡松锋（1984-），男，河北石家庄人，中国农业科学院农业经济管理专业2008级硕士研究生。研究方向：农业经济。

24

——

甲烷排放量为１７１９．６×１０４ｔ，占中国甲烷排放总量的５０．１５％，其中动物饲养过程中的甲烷排放为１１０４．９×１０４ｔ，稻田甲烷排放量为６１４．７×１０４ｔ，见表１。１９９４年因施肥造成的氧化亚氮排放量为６２．８×１０４ｔ，动物粪便排放的氧化亚氮４．４×１０４ｔ，农业源氧化亚氮排放量估算为７８．６×１０４ｔ，占中国氧化亚氮排放总量的９２．４３％，如

表２。

根据本研究的测算，２００４年我国农业互动甲烷排放量为２０６３．７８×１０４ｔ，其中动物饲养过程中的甲烷排放为１２３７．９２×１０４ｔ，稻田甲烷排放量为７８６．０９×１０４ｔ，见表３。２００４年因施肥造成的氧化亚氮排放量为７７．０７×１０４ｔ，动物粪便排放的氧化亚氮４．４×１０４ｔ，见如表４。

2文献综述

张厚瑄（１９９７）对中国工业相应全球气候变化的策略问题进行了探讨和研究，指出在保

证我国经济增长和社会发展的同时，努力减少温室气体排放和保护生态环境，是我们的基本原则。在此基础上探讨了提高农业产量增强对气候变化的适应能力，农业减排的各项和

数据来源：本研究测算

排放源甲烷排放（１０００ｔ）

占农业甲烷排放（％）

占全国甲烷排放比例（％）

动物肠道发酵１０１８２５９．２１％２９．７０％水稻种植６１４７３５．７５％１７．９３％动物粪便管理系统

８６７５．０４％２．５３％合计１７１９６１００．００％

５０．１５％全国甲烷排放

３４２８７

１００．００％

表1

1994年中国农业活动甲烷排放

排放源类型氧化亚氮排放量（１０００ｔ）

占农业氧化亚氮排放比例（％）占全国氧化亚氮排放比例（％）

农田

６２８９３．４５％７３．８８％动物粪便管理系统４４６．５５％５．１８％农业源合计６７２１００．００％

７９．０６％全国氧化亚氮排放

８５０

１００．００％

数据来源：《中国人民共和国气候变化初始国家信息通报》

表2

1994年中国农业活动氧化亚氮排放

数据来源：《中国人民共和国气候变化初始国家信息通报》

排放源甲烷排放量（１０００ｔ）

占农业甲烷排放（％）

动物肠道发酵１２３７９．２７５９．９８％水稻种植７８６０．９８３８．０９％动物粪便管理系统

３９７．５４１．９３％合计

２０６３７．７９

１００．００％

表3

2004年中国农业活动甲烷排放数据来源：本研究测算

排放源类型氧化亚氮排放量（１０００ｔ）

占农业氧化亚氮排放比例（％）

农田７７０．７３９４．６０％动物粪便管理系统４４．００５．４０％农业源合计

８１４．７３

１００．００％

表4

2004年中国农业活动氧化亚氮排放蔡松锋等：我国农业源温室气体技术减排的影响评价

25——

张厚（１９９８）认为大气中温室气体含量的不断增加是影响今后气候变化的重要因素。如何减少温室气体的排放是当今世界各国十分关注的问题。本文根据当前我国农业生产及农村经济状况，研究了农业减排温室气体的各种可能途径，并初步分析了各种途径的减排潜力及存在的问题，为我国及有关部门应对气候变化的决策工作提供依据。他提出了农业减排的技术措施，见表５。

董红敏（２００８）研究认为农业是重要的温室气体排放源。通过对文献资料和大量研究结果进行分析，得出中国农业活动产生的甲烷和氧化亚氮分别占全国甲烷和氧化亚氮排放量的５０．１５％和９２．４７％，农业源占全国温室气体排放总量的１７％；通过改善反刍动物营养可降低单个肉牛甲烷排放１５％～３０％；推广稻田间歇灌溉可减少单位面积稻田甲烷排放３０％；一个户用沼气每年最大可减少温室气体２．０～４．１ｔ二氧化碳当量；推行缓释肥、长效肥料可减少单位面积农田氧化亚氮５０％～７０％。该文建议尽快开展减排技术示范，对减排技术的适应性和经济性进行评价。

李胜利（２０１０）认为温室气体排放量逐年增加，温室效应日趋严重。大气中二氧化碳浓度在２００９年达到３８７μＬ／Ｌ，为历史最高值。该文综述了目前的全球碳排放情况、各国近期的减排目标、温室气体的来源、农业对温室气体的贡献量，并且从提高奶牛生产性能、瘤胃内环境和降低粪便中温室气体排放量等几个方面提出了降低反刍动物养殖业温室气体排放量的技术措施。提高动物的生产性能、减少瘤胃中原虫数量、抑制产甲烷菌的生长、降低瘤胃中Ｈ＋浓度、日粮精粗比、日粮品质及采食量、添加离子载体、减少粪便中温室气体的排放。

魏国强（２０１０）指出在农业生产过程中，要广泛采用先进适用的现代农业技术，加快构建资源节约型农业生产体系。重点采取以下措施：推广测土配方施肥技术，实现减量增效；推广合理用药技术，实现减量控害；推广农田节水技术，实现节能节水；大力推进沼气建设，实现节能环保；强化引导支持，实现利国利民。

胡立峰（２０１０）认为农田温室气体排放受多因素影响，自然因素（光照、降雨等）和人为因素（灌溉、施肥、耕作等）都可影响农田温室气体排放，模型在进行模拟时充分考虑了这些影响因素，因此，模型需要输入多个参数，并且有些参数是根据一般情况下获得的经验值，在进行模拟时，既要获得充分的资料，也要对特定参数在所模拟的区域进行验证，意味着模型运行之前必须有相关资料的准备，否则，模拟结果将产生偏差甚至背离事实。模型是现代化的手段，农业生产尽管是一个历史悠久的部门，但随着现代科技发展以及农业科研水平的提高，模型在农业生态系统研究中逐渐得到应用。国内外陆续开展了利用生物地球化学循环模型对温室气体排放进行模拟的研究，但我国在温室气体排放研究上还没有上升到建立机理模型的高度，更多的是野外采样和实验室测定工作。因此，在已有模型基础上，充分考虑我国农业生产实际以及农田基本情况，建立合适的生物地球化学模型，可为我国系统研究农田温室气体排放奠定基础。

农业减排ＣＯ２减排技术农业减排甲烷减

排技术

农业氧化亚氮减

排技术

扩大种植覆盖，提高农业产量水稻使用低排放

的品种

改变氮肥种类比

例

秸杆养牛过腹还田水稻肥料管理科学施肥，化肥深施

推广保护性耕作法水稻水分管理

农业机械节能增效水稻半旱式栽培技术

开发再生能源，提高能源利用率水稻水稻旱育稀植

反刍动物补充营养元素

反刍动物提高管理水平

表5我国农业减排技术措施

北京农业职业学院学报２０１１年第２期26

——3研究方法和模拟方案

全球贸易分析模型（ＧＴＡＰ）是一个比较静态的一般均衡模型。每种产品的生产采用嵌套的常系数替代弹性方程（ＣＥＳ），中间投入品是由国内和国外产品通过常系数替代弹性方程复合而成，不同的国外产品按原产地进行分类（阿明顿假设），并通过常系数替代弹性方程复合为单一的进口产品。在要素市场，劳动力在国内是可以自由流动的，而土地在部门间不是完全流动的，土地价格在部门间可以不同。每个国家只有一个帐户，所有的税收和禀赋收入都积聚到该帐户，并通过柯布－道格拉斯效用方程，以固定比例将收入分配到私人消费，存款和消费。私人部门的效用函数采用固定弹性差支出函数（ＣＤＥ）形式。在ＧＴＡＰ模型中，有两个国际部门：世界银行和国际运输部门。各个国家的储蓄汇总到一个世界银行，并根据资本的回报率在各个国家间分配；世界运输部门可以平衡到岸价（ＣＩＦ）和离岸价（ＦＯＢ）之间差异，并通过双边贸易将世界各国联系起来。

由于ＧＴＡＰ模型对于３Ｅ（经济－能源－环境）连结不能够充分刻画，因此，不能够很好地探讨气候与环境的相关议题，为补充ＧＴＡＰ模型的不足，ＢｕｒｎｉａｕｘａｎｄＴｒｏｕｎｇ（２００２）在既有的ＧＴＡＰ模型架构下，纳入各种经济活动所使用的能源数量与二氧化碳排放资料，利用由上而下（ｔｏｐ－ｄｏｗｎ）方式刻划能源替代机制、各国国内能源变数（碳税），以及国际排放交？制度，这个扩充模型称为ＧＴＡＰ－Ｅ模型，其中的Ｅ代表能源与环境，顾名思义，这是一个适用于探讨气候与相关议题的全球模型。

在ＧＴＡＰ－Ｅ模型的基础上，农业源温室气体技术减排的模拟实现基于将农业技术减排模块与资本模块的连接。透过更多的资本的投入，从而降低农业源温室气体排放的排放系数。技术减排模拟的基本原理是如果需要达到农业技术减排效果，即降低排放系数，这就需要投入更多的资本来改良生产条件。因此，技术减排的模拟分为两个部分，首先是确定技术减排的强度，即通过技术减排的推广，能够降低单位所排放的温室气体的数量。然后就是要确定技术减排所需要的资本投入的增加量。通过这两个方面的模拟，就可以模拟出我国农业源温室气体技术减排对农业部门和其他部门的影响。

根据本文的研究目的，我们设计了两个模拟方案：基准方案和农业源温室气体技术减排方案。

基准方案：采用递归动态的方法模拟了２００１－２０１５年的基准方案。为了反映在此期间各国人口、熟练劳动力、非熟练劳动力和自然禀赋的变化，分２００１－２００５、２００５－２０１０和２０１０－２０１５年三个阶段进行模拟。其中中国在ＧＤＰ增长和人口变化分别采用Ｈｕａｎｇ等和Ｔｏｔｈ等估计结果，其它变量均来自Ｗａｌｍｓｌｅｙ等的估计结果。基准方案除了假设所有国家现行将持续执行外，还考虑中国在２００１－２０１０年间按照加入ＷＴＯ协议继续调整其关税，在２００５年１月取消多种纤维协定（ＭＦＡ），中国－东盟自由贸易区以及欧盟东扩等。假设我国农业部门没有采用农业源温室气体减排的技术。

模拟方案：技术减排方案。在基准方案的基础上，通过技术减排，单位反刍动物降低甲烷排放２５％。单位面积稻田甲烷排放减少３０％；单位畜禽粪便甲烷排放减少２０％。单位面积农田氧化亚氮排放减少５０％。

4模拟结果

4.1农业生产中技术减排的直接效果

通过实施上述减排技术，农田氧化亚氮可以减少３３％，水稻甲烷减少３０％，牛羊类直接排放减少２５％，牛羊类粪便排放减少２０％，猪禽类直接排放减少２５％，猪禽类粪便排放减少２０％。农业源温室气体总排放减少２７％。

4.2总体宏观经济影响

技术减排后，相对于基准方案，我国福利增长６２．３３亿元，国内生产总值（ＧＤＰ）增长０．２６５％，土地综合价格增长３．６２％，非技术型劳动力增长０．１１％，技术型劳动力增长０．０６％。资

蔡松锋等：我国农业源温室气体技术减排的影响评价

27

——

本价格增长０．０８％，消费物价指数下降０．１％。

4.3对农业部门的影响

实施减排技术后，水稻的价格上升２．４６％，其他农作物价格下降１．６６％，牛羊类的价格上升１．８２％，猪禽类的价格上升１．３６％，其他农业下降０．０７％。水稻产量上升０．２０％，其他农作物产量上升０．７１％，牛羊类的产量下降０．３２％，猪禽类的产量下降０．１３％，其他农业产量下降０．０７％。同时，由于价格变化的原因，我国水稻出口下降２１．１１％，进口上升１３．８９％，其他农作物出口上升６．７５％，进口下降２．７８％。牛羊类出口下降６．３８％，进口上升３．４２％，猪禽类出口下降３．１７％，进口上升１．５７％，其他农业出口上升０．１％，进口下降０．１１％。

在贸易平衡方面，水稻为－４．５８百万美元，牛羊类为－１２．２７百万美元，猪禽类－７４．７９百万美元，表明出口相对进口下降。其他农作物贸易平衡为１０２７．４２百万美元，其他农业贸易平衡为１８．１３百万美元，表明出口相对进口是上升的。

4.4对其它部门的影响

农业技术减排，减少了农业对化工和能源产品的消费，因而直接影响了化工和能源部门，其中，化工制品价格升高０．０１％，产量下降２．４５％，出口减少０．２２％，进口减少２．１８％，天然气价格降低０．１０％，产量下降０．６２％，出口增加２．６６％，进口减少１．７３％；煤价格降低０．２３％，产量增加０．０５％，出口增加０．７５％，进口减少０．５９％；石油价格降低０．１０％，产量下降０．０４％，出口增加０．３６％，出口减少０．２６％；电力价格降低０．０６％，产量下降０．２４％，出口增加０．２１％，出口减少０．４３％。对其他非农业部门的影响见表７。

在贸易平衡方面，贸易平衡有明显变化的是化工产品、加工食品、轻工业和重工业部门，其中化工制品２２７８．４３百万美元，加工食品２５１．７５百万美元，天然气０．７１百万美元，煤２７．３４百万美元，石油１４９．７１百万美元，电力１．８６百万美元，石油制品５８．７百万美元，公用事业和建筑业２．７６百万美元，棉纺制品４９６．０５百万美元，表明这些部门的出口相对进口增加。轻工业贸易平衡为－１１６９．７２百万美元，重工业贸易平衡为－１０５８．９６百万美元，运输和通信贸易平衡为－１２０．１２百万美元，其他服务贸易平衡为－７１．１９百万美元，表明出口相对进口下降。

5结论和建议

通过农业源温室气体技术减排ＧＴＡＰ－Ｅ的构建，本研究分析了技术减排对宏观经济、农业部门、其它部门、贸易平衡、其它福利的影响，得出如下结论：

５．１农业源温室气体减排技术能够达到很好

部门价格变化（％）产量变化（％）出口（％）进口（％）化工制品０．０１－２．４５－０．２２－２．１８天然气－０．１０－０．６２２．６６－１．７３煤－０．２３－０．０５０．７５－０．５９石油－０．１０－０．０４０．３６－０．２６电力－０．０６－０．２４０．２１－０．４３石油制品－０．０７－０．１３０．０９－０．２７加工食品－０．５００．３４１．７２－０．６８棉纺制品－０．１１０．２８０．３３－０．０７轻工业０．１１－０．２８－０．７１０．２６重工业０．０３－０．１９－０．２８０．０２公用事业和建筑业－０．０５０．０９０．１６－０．０３运输和通信０．０４－０．０４－０．１８０．１３其他服务

０．０５

０．１５

－０．２５

０．１５

数据来源：GTAP-E 模型模拟结果①包括小麦、玉米、蔬菜水果等农作物。②包括林业、渔业等。

部门价格变化（％）产量变化（％）出口（％）进口（％）水稻２．４６０．２０－２１．１１１３．８９其他农作物①

－１．６６０．７１６．７５－２．７８牛羊类１．８２－０．３２－６．３８３．４２猪禽类１．３６－０．１３－３．１７１．５７其他农业②

－０．０７

－０．０７

０．１０

－０．１１

表6相对于基准方案模拟方案的对农业的影响

表7

相对于基准方案模拟方案的对非农业部门的影响

数据来源：GTAP-E 模型模拟结果

北京农业职业学院学报

２０１１年第２期

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５．２农业源温室气体技术减排提高我国的福利，促进了宏观经济的增长。

５．３由于农业源温室气体排放类型和减排技术的差异，通过农业技术减排，不同的农业部门所受到的影响不同。其中种植业由于化肥使用效率的提高得到了益处，养殖业可能会由于资本投入的提高会使得生产成本略有提高，但是其改善养殖环境的作用却是长期的。

５．４农业技术减排减少了农业对化工和能源产品的消费，因而直接影响了化工和能源部门，对其他部门都会有间接的影响。

５．５在贸易平衡方面，贸易平衡有明显变化的是其他农作物、化工产品、加工食品、轻工业和重工业部门。

上述结论表明，技术减排在当前条件下符合我国农业源温室气体减排方向。为此，应该在大力发展农业源温室气体减排技术的同时，还需要对减排技术的适用性和经济性进行评价，通过一些典型案例分析，为减排技术的推广提供技术和数据依据。

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（责任编辑胡鑫）

蔡松锋等：我国农业源温室气体技术减排的影响评价

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