近年来，全球气候变化已给人类社会与经济发展带来了显著的不利影响，严重威胁能源安全、粮食安全、水资源安全和生存环境等各个方面，成为社会经济可持续发展的最主要制约因素。人类对能源和自然资源的过度开发和使用，造成大气中温室气体浓度的迅速增长是导致气候变暖的最重要原因之一。农业生产过程中由于土地翻耕、灌溉等活动和化肥、农药等物质投人会直接或间接导致温室气体的排放，约占全球碳排放的14% 。因此，对于农业碳排放问题的研究日益成为学术界关注的热点，在农业碳排放总量、结构及其影响因素分解等方面也取得了诸多成果。与第二和第三产业相比，农业碳排放的相关研究成果仍然较少，且主要基于国家或省级尺度，主要集中在东部等发达地区。

河南省是我国重要的粮食生产基地，其农业在我国农业生产中占有举足轻重的地位。安阳市被誉为“豫北粮仓”，是国家规划的小麦、玉米、棉花、油料等农产品优势区域和优质小麦生产基地。近年来，随着人们对牛羊肉、奶制品等农产品需求量的大大增加，安阳市不断加强农业基础建设和科技支农服务水平，化肥、农药和农膜等农用物资投人持续增长，导致安阳市农业碳排放快速增加。本文以安阳市为研究对象，从农用柴油、化肥、农膜、农药、农村用电和翻耕等6个方面构建安阳市农业碳排放测算体系，定量计算分析安阳市1993-2014年农业碳排放数量、组成结构和碳排放强度的变动特征，基于GM(1,1)灰色预测模型，预测未来安阳市的农业碳排放量情况，以期为制定安阳市农业碳减排对策、实现低碳农业发展提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

安阳市位于河南省最北部，地处山西、河北、河南三省交汇处，西倚太行山，东连华北平原，介于东经113°37’一114°58'、北纬35°13’--36°22'，总面积5599 km'，总人口约576万人。安阳市气候为典型的暖温带半湿润大陆性季风气候，气候温和，四季分明，年平均气温在12一13.7 ℃，年均降水量为576 mm，无霜期约为210d，日照时数2300 h。2014年全市拥有水资源总量为7.14 x 108 m³，地表水资源量2.37 x 108 m³，地下水资源量6.34 x 108 m³。充足的光、热、水资源和肥沃的土地为安阳市农业的发展奠定了良好基础。

1.2 研究方法

1.2.1农业碳排放量及碳排放强度估算

从翻耕和农业物质投人方面，结合安阳市实际情况及数据的可获取性，选择土地翻耕、化肥、农膜、农药、农用柴油和农村用电等6个方面碳源，对安阳市的农业碳排放量进行估算。农业碳排放计算公式为:

式中:万为农业生产碳排放总量;E;为各类农业碳源碳排放量，T,为各碳排放源投人量，s，为各碳源的碳排放系数。据此获得农业碳排放强度:

式中:A为农业碳排放强度，B为耕地面积。

参考前人研究成果，本文使用的各碳源碳排放系数为:化肥0.8956 kgCE/kg，农膜5.18 kgCE/kg,农药4.9341 kgCE/kg，农用柴油0.5927 kgCE/kg，农村用电0.272 kg/(kW } h) ,翻耕312.6 kgCE/km²，农业灌溉25 kgCE/km²。

1.2.2 环比增速和年平均增长率计算

本文采用如下公式计算环比增速和年平均增长率:

环比增速(%)一(当年数值一上年数值)/上年数值x 100

年平均增长率(%)一n年环比增速之和//n x 1001.2.3灰色预测模型GM(1,1)

灰色预测模型是对灰色系统所做的预测，它通过对原始数据进行生成处理，来发现和掌握系统发展变动的规律，通过建立相应的微分方程模型，进而对系统的未来状态做出科学的定量预测。 GM(1,1)模型由单变量一阶微分方程构成，用于对系统主要因素进行拟合并预测，其主要的步骤为:对原始数据序列二(计算一次累加，生成一个新的序歹}x}0，将新序歹}xU(t)的变化趋势用常微分方程dxUOldt+二(}0=b近似描述，之后用离散化和最小二乘法分别求出参数a和b,获得灰色预测模型为:二(}''(t+ 1)=[x}0'(1)一b/a] e-at + b/a，再做累减还原，获得预测数值:X}0}(t+ 1}=X}l}(t+1)一X }'}(t)，t=1,2,......}一1。

1.3 数据来源

本研究中，安阳市1993-2014年的化肥(折纯量)、农膜、农药、柴油、农村用电及耕地面积、有效灌溉面积、种植业产值和人均GDP等数据均来自  《安阳统计年鉴》，以当年实际使用量为准，翻耕面积以耕地面积为准。

2安阳市1993-2014年农业碳排放量动态分析

根据农业碳排放量估算公式测算出1993-2014年间安阳市农业碳排放总量，结果。

2.1 农业碳排放总量变化

从农业碳排放总量来看(见图1)，1993-2014年，整体上处于上升态势。从1993年的36.62 x 10't增长到2014年的143.84 x 10' t，年平均增长率为7.52% 。从增长速度来看，安阳市农业碳排放总量的环比增长率总体上处于阶段性下降态势。各碳排放源化肥、农膜、农药、农用柴油、农村用电、翻耕等的碳排放量也都不同程度地出现了增长。其中，农膜年均增长率惊人地高达73.82%，原因在于2007年相对于2006年、2009年相对于2008年的农膜使用量(统计数据)出现急剧增大;其次为农村用电，年均增长率达8.13%，化肥增速7.50%;农用柴油和农药碳排放量增速适中，分别为5.95%和3.38%,翻耕的碳排放增长速度缓慢，其增长率为0.54% 。

1993-2014年安阳市农业碳排放呈现上升趋势  (见图1、图2)，但不同阶段增速存在着一定差异，总体上呈“高速一负增长一中速一低速”四阶段变化特征:第一阶段为1993-19%年，为快速增长期，碳排放量快速增加，从1993年的36.62 x 104 t增长到1996年的62.26 x 104 t，年平均增长率21.19% ;  1997-2003年为第二阶段，为负增长，年均增速一0.95%，其中1998年碳排放量增速一17.01 % ; 2004-2009年为第三阶段，碳排放量恢复较快增长，年均增长率13.38%，由2004年的59.46 x 104 t增长到2009年的118.80 x 104 t;第四阶段为2010-2014年，碳排放量增速明显放缓，年均增速4.14%，且呈下降趋势，但是在 2013和2014年有所反弹。

2.2 农业碳排放强度变化

与碳排放总量变化相似，农业碳排放强度也呈持续增长态势(见图2)。从1993年的997.73 kg/hm²增加到2014年的3508.21 kg/hm²，年均递增6.94% ;从环比增速来看，农业碳排放强度低于农业碳排放总量，农业碳排放强度的环比增速总体上亦呈现阶段性下降趋势。

2.3 农业碳排放结构及其变化

从农业碳排放结构(见图3)来看，农业碳排放源所占比例随时间发生变化，从平均占比来看，农村用电为最大碳排放源，平均占比51.56%，且呈先升后降的趋势，最高达60.57%;化肥平均占比36.83%,为第二大碳源，总体上呈逐渐下降趋势，2014年占比29.87%;农用柴油居第三位，平均占比为4.22%，呈先升后降的趋势;农膜平均占比3.62%，居第四位，2000年以来占比逐年下降;农药居第五位，平均占比3.59%;翻耕的碳排放最少，且呈逐年下降趋势，平均占比为0.18%。

3 安阳市农业碳排放未来预测

3.1 预测模型构建与精度检验

基于灰色预测模型GM(1,1)原理，结合安阳市1993-2014年农业碳排放量数据，以表1中的翻耕、化肥、农膜、农药、农用柴油及农村用电6种碳源的碳排放量为原始数列，其中翻耕通过了级比检验，对未通过级比检验的数据进行开方处理，开方后数据列的级比均在X }e-}/},十‘,e2/n十‘)=(0.9167,1.0908)的区间内，通过检验。应用Excel软件进行统计分析和计算，分别得到翻耕、化肥、农膜、农药、农用柴油及农村用电6种碳源的碳排放量预测结果，详见表20

采用后验差检验法对安阳市6种碳源碳排放量的灰色GM(1,1)预测模型进行精度检验，经过计算，得到6个预测模型的均方差比C与小概率误差P，具体见表3，检验结果较好，预测模型能应用于实际未来预测。

3.2 预测结果及分析

根据表2中的碳排放量预测模型，得出2015-2020年各碳源的灰色预测数据，将化肥、农膜、农药、农用柴油和农村用电数据平方，获得5项碳源的碳排放量预测值，将6项碳源的碳排放量预测值相加得到安阳市农业碳排放总量预测值，具体见表4 0  2014-2020年，安阳市的农业碳排放量将处于增长态势，由2014年的143.84 x 104 t增至2020年的241.89 x 104 t，增长68.17%。假设安阳市耕地面积不变，则安阳市2014-2020年农业碳排放强度将从3508.21 kg/hm²增加到5903.76 kg/hm²，增长68.28% 。如果按照中国政府提出的2020年碳排放强度较2005年下降45%的碳减排目标，则安阳市2020年农业碳排放强度为948.37 kg/hm²，预测的碳排放强度为碳减排目标的622.52%。因此，安阳市必须采取有效的措施，改变现有的农业生产发展模式，改善农业生产结构，积极推广低碳农业，否则，安阳市农业碳排放量将不断加大，农业碳减排形势将更加严峻。

4 结论

(1>安阳市农业碳排放总量由1993年的36.62x 10't增加到2014年的143.84 x 10' t，增长2.93倍，年均增长7.52% ,碳排放增长过程可以分为  “高速一负增长一中速一低速”4个阶段:第一阶段为1993-1996年，为快速增长期，年平均增长21.19%;1997-2003年为第二阶段，为负增长期，年均增速一0.95% ; 2004-2009年为第三阶段，碳排放量恢复高速增长，年均增长13.38%;第四阶段为2010-2014年，碳排放量增速明显放缓，年均增速4.14% o

(2)安阳市农业碳排放强度从1993年的997.73kg/hm'升高到2014年的3508.21 kg/hm²，增长2.52倍，年均增长6.94%。农业碳排放结构方面，各碳源排放量在研究时段内均呈增长态势，所占农业碳排放总量的比例随时间发生变化，从1993-2014年平均占比来看，农村用电平均占比51.56%，为最大碳源，其次为化肥，平均占比36.83%，其余依次为农用柴油、农膜和农药，占比为4.22% 、 3.62%和3.59% 。翻耕的碳排放最少，为0.18%，且占比呈逐年下降趋势。

(3)根据灰色预测模型，2014-2020年，安阳市各农业碳源碳排放量将继续增长，农业碳排放总量将由143.84 x 104 t增加到241.89 x 104 t，增长68.17% ,碳排放强度将从3508.21 kg/hm²增长到5903.76 kg/hm²，增长68.28% 。