实现低碳农业发展是联合国可持续发展目标（SDGs）的一项要求。可持续的农业生产结构不仅能确保粮食安全，还能促进资源的有效利用和环境保护。然而，目前的研究尚未评估农业生产结构转型对环境的影响，尤其是与耕地非粮化（NGPC）相关的影响。本研究通过计算 2000 年至 2021 年中国 338 个城市的碳排放强度（CEI）和耕地非粮化（NGPC），分析其时空特征，采用空间自回归（SAR）模型评估农业生产结构转型对环境的影响。研究结果表明，NGPC 与 CEI 之间存在空间相关性，NGPC 将加剧 CEI。此外，不同粮食生产功能区的影响也存在差异。产销平衡区（PSBA）和粮食主产区（MGPA）的 NGPC 导致 CEI 增加，而粮食主销区（MGSA）的影响则截然不同。本研究在城市层面评估农业生产结构转型对环境的影响可为实现可持续转型提供有价值的见解。
气候变化已引起国际社会的广泛关注，成为人类面临的最紧迫的环境挑战。中国作为全球最大的发展中经济体，已承诺到2030年达到碳峰值，到2060年实现碳中和。农业生产对全球碳排放的贡献意义不容忽视。2019年中国农业碳排放量为6.67亿吨，占全球总排放量的11.20%。种植业是中国农业的重要组成部分，对农业总产值的贡献率超过50%。然而，与粮食生产相关的资源和环境成本被认为过高。我国每公顷农业用地化肥（氮、磷、钾）和农药的平均施用量分别是其他国家/地区的2-4倍和2-7倍。推进低碳农业发展，有利于实现农业和农村地区的减排和固碳目标，有利于实现“双碳”目标。
由于人口增长、饮食模式的转变和生物燃料消费的增加，全球对粮食生产的需求正在上升。耕地作为农业生产的主要物质资源，在决定粮食综合生产能力中起着至关重要的作用。因此，其利用的任何变化都直接影响到粮食安全。此外，近年来中国粮食作物种植比例明显下降。农业用地管理的这种转变越来越多地以关注非粮食作物为特征。耕地非粮化是在耕地实际利用过程中产生的管理问题，是农业生产结构的一种转变。从以粮食作物为主的生产体系向以经济作物和非粮食作物为主的生产体系转变，将导致农业要素投入构成的改变。与粮食作物相比，经济作物的种植需要大量的劳动力，涉及多个种植过程，机械化水平较低。这有助于减少产生的碳排放。此外，经济作物的种植周期相对较短，导致对化肥、农药、种子和农用薄膜等各种投入物的需求增加。生产过程中对投入物需求的增加也与碳排放的增加有关。此外，与NGPC相关的显著经济优势将激励小农做出旨在最大化其利益的理性决策。这将产生辐射驱动效应，加剧周边地区的“非粮食”生产问题，进而影响农业部门的整体低碳发展。
本研究的创新贡献包括三个方面。首先，以往的研究主要采用标准化的排放因子来量化碳排放量。然而，中国是一个幅员辽阔的国家，不同地区的自然条件、种植习惯和种植方法各不相同。在所有区域使用统一的排放系数将不可避免地导致有偏差的结果。考虑到不同地区的种植特点，本文对之前的排放系数进行了修正，以准确计算城市层面种植业的温室气体（GHG）排放量，包括二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）。其次，NGPC作为农业生产结构转型的主要指标，现有研究主要考察其对国家粮食安全的影响，缺乏对其环境影响的评估。本研究考察了NGPC对环境的影响，旨在为决策者同时解决粮食安全和环境可持续性问题提供指导。第三，与传统方法相比，本研究采用空间计量模型考察了影响效应的空间异质性，并重点关注粮食生产功能区，提高了研究结果的相关性和实用性。
1. 耕地非粮化的时空特征
如图4所示，自21世纪以来，中国的总体NGPC呈波动上升趋势。从2000年的0.33增长到2021年的0.40，增长了7%。在此期间，趋势在2003年由上升转为下降。这一转变主要归因于中国政府旨在激励农民从事粮食种植的政策的实施。因此，这些政策导致了耕地分布和总体粮食生产的显著变化。然而，由于认识到经济作物比粮食种植具有更大的优势，近年来NGPC水平大幅上升。不同粮食生产功能区的NGPC也存在显著差异。MGSA工业化和城市化进程迅速，NGPC水平在三大粮食功能区中最高。2021年，NGPC达到0.53。PSBA与全国水平相似，到2021年波动将增加到0.40。相反，自21世纪初以来，MGPA的NGPC水平呈波动下降趋势，从2000年的0.30下降到2021年的0.27。此外，该粮食生产功能区与其他地区的差距也在扩大，分别低于我市49%、32%和32%，低于全国水平。
各城市和粮食生产功能区NGPC的空间分布如图5所示。进入21世纪以来，中国天然气天然气总体水平呈现出明显的由东南向西北的“高低高”格局。西北地区NGPC的热点主要存在于新疆，这与棉花的广泛种植有关。新疆是中国棉花生产的主要地区，近年来一直占全国棉花总产量的80%以上。东南沿海地区通过种植包括水果和茶叶在内的大量经济作物而发展起来。东北平原是中国粮食主产区之一，玉米种植面积13649万公顷，总产量9356万吨。占全国玉米种植面积和玉米产量的30%以上。华北平原每年生产约60-80%的小麦和35-40%的玉米。另一方面，长江流域以其对农业部门的重大贡献而闻名，生产包括水稻，棉花，小麦和油菜籽在内的多种作物。此外，NGPC在MGSA的浓度显著上升，特别是在东南沿海的一些城市。特别是在新疆、甘肃等西北内陆省份的一些城市，天然气资源利用范围的增长和扩大趋势明显。
2. 种植业碳排放强度的时空特征
图6显示了21世纪以来中国种植业和三大粮食生产功能区CEI的时间变化。以2015年为拐点，中国整体CEI呈倒u型趋势。这是因为，在“十三五”规划开局之年（2016-2020年），农业部提出了“农药双减”、“农药零增长”的理念和目标。这些倡议的目的是减少化肥和农药的使用，同时提高材料利用的效率。此外，采取各种环境友好策略，如实施农业面源污染防治措施，推广土壤测试和配方施肥技术，为减少碳排放做出了重大贡献。三个粮食生产功能区CEI的变化与中国的总体趋势相似，近年来呈下降趋势。其中，MGSA自21世纪初以来CEI最高，平均为8.47吨CO2eq/ha。MGPA和PSBA依次降低，分别为4.91 CO2eq/ha和4.21 CO2eq/ha，分别比MGSA降低42%和50%。
2000 - 2021年CEI的空间分布如图7所示，与NGPC的分布格局相似。西北和东南沿海地区的排放强度显著高于其他地区。这一观测结果表明NGPC与CEI之间存在空间相关性，因此有理由怀疑NGPC可能对环境可持续性产生不利影响。不同粮食生产功能区之间和区域内均存在显著的区域差异。与MGPA和PSBA相比，MGSA有更多的CEI热点，特别是位于东南沿海地区的一些城市。PSBA的整体CEI相对较低，但新疆大部分城市的CEI较高。此外，北方地区，特别是黑龙江、吉林、河南和山东等省的MGPA表现出较低的CEI。而湖北、湖南、江西、江苏等南部地区的CEI相对较高。这表明，虽然考虑不同粮食生产功能区的差异很重要，但同样重要的是不要忽视南部和北部地区之间的差异。
3. SAR结果
为了避免伪回归的存在， 本文对数据进行了单位根检验。结果表明，该数据序列具有平稳性。采用SAR对所有城市和三个粮食生产功能区的影响结果进行评估（表3）。经过Hausmann检验，确定所有模型均采用随机效应。
（1） NGPC的影响分析
NGPC对种植业CEI有显著的正向影响，表明NGPC的增加不利于种植业的低碳发展，这与大多数研究的分析一致。优化农业生产结构是实现农业可持续发展的关键。然而，中国NGPC仍存在恶化的风险，如图4所示。因此，优化农业生产结构，抑制NGPC是现阶段中国迫切需要解决的重要问题。
此外，不同粮食生产功能区的影响也存在显著差异。其中，MGPA和PSBA的影响方向与国家水平一致，而MGSA的影响方向与国家水平相反。PSBA中NGPC的增加对CEI的影响大于MGPA。这是因为PSBA多位于中西部的高山丘陵地区，为了克服恶劣的农业生产环境的影响，对农药、化肥和灌溉的需求更高。因此，如果这些地区转向非粮食作物种植，将带来最大的负面环境影响。MGPA主要分布在中国的平原地区，如东北平原和华北平原。这些地区地势平坦，土壤肥沃，非常有利于作物生长。此外，这些地区的农民有着悠久的种植历史和丰富的经验。虽然转向非粮食作物种植会导致CEI增加，但影响相对较小。
MGSA中NGPC的增加会导致CEI的降低，这是一个有趣的结果。本文推测，这可能与这些地区长期以来的农业生产结构有关，这些地区的NGPC一直较高，近年来超过50%，与其他粮食生产功能区的差距越来越大，如图4所示。这表明MGSA一直以非粮食作物种植为主，高昂的劳动力和物质投入成本促使农民注重提高农业生产效率。因此，NGPC的增加并没有增强这些地区的CEI，这也提醒 本文，并非所有地区都适合转向粮食作物生产。此外，在所有地区，ρ的估计值都很显著，表明当地CEI与邻近CEI之间存在显著的空间相关性。
（2）控制变量的影响分析
本文选取城市化发展水平（UDL）、农业机械化水平（AML）、农民收入水平（FIL）和农业集约化水平（AIL）作为控制变量。在模型1、2和4中，UDL与CEI呈正相关，表明城市化水平的提高会导致MGPA、PSBA和所有城市的CEI增加。随着城镇化的发展，农村劳动力从农业向非农产业转移明显。为了促进农业经济的发展，农民倾向于用材料和机械等投入物代替劳动力，这导致了碳排放的增加，特别是对粮食生产贡献最大的MGPA。然而，城市化的发展并没有加剧MGSA的CEI。一方面，这些地区经济发达，农业劳动力转移较少。另一方面，城市化的快速发展占用了郊区的耕地，而远离城市的耕地生产条件差，农民投入较少，从而减少了碳排放。
结果表明，AML抑制了MGPA中CEI的增加，与国家层面的影响一致。在PSBA， CEI加强了。一般来说，机械化生产有利于提高农业生产效率，缓解资源的过度使用和浪费，从而降低CEI。MGPA的分析结果也证明了这一点。PSBA地区机械化水平的提高加剧CEI的原因可能是由于这些地区的机械化水平相对较低，机械化生产的资源利用优势效应尚未得到体现。
除了PSBA外，FIL的增加会加剧CEI。FIL反映了家庭的经济禀赋，家庭财富的增加导致农业材料使用的增加，从而加剧了CEI。PSBA大多数位于中西部地区，那里的家庭财富水平相对较低。他们通常依赖于劳动密集型的方法，而不是物质投入。此外，MGSA的CEI强度大于MGPA。这是因为与MGPA相比，MGSA的农民更倾向于将增加的财富用于投资农业生产，以取代农业劳动力，这将产生更多的碳排放。
在MGPA、MGSA和所有城市中，AIL对CEI的影响显著为负，表明AIL的增加导致CEI的降低。然而，PSBA的影响恰恰相反。一般来说，扩大农业经营规模会提高物质利用效率，从而降低CEI。与MGPA相比，MGSA的农业经营规模相对较小，CEI对规模扩张的响应将更为明显。然而，PSBA受其自然地理位置的影响，导致耕地破碎化严重。农业集约化的效率提高效果尚未观察到。
4. 稳健性检验
本文进行了一些稳健性检查，以检验主要发现的稳定性。本文主要通过改变样本周期并将样本缩小到2000年至2010年进行回归分析来评估实证结果的稳健性。回归结果如表4所示，与表3的结果比较，差异无统计学意义。这一发现支持了主要结果的稳健性。
本研究主要从宏观角度对中国农业生产结构转型的环境影响进行评估，为政策制定者理解和制定促进低碳农业转型的国家和区域战略提供参考。然而，中国的农业生产经营活动仍以小农为主，农民的个体特征和家庭禀赋也将在农业低碳转型中发挥重要作用，如农业劳动力老龄化。宏观与微观视角相结合，有利于更全面地认识中国农业发展问题，这也是本文未来研究的重点和方向。
初审：严 露
审核：徐彩瑶
排版编辑：李 宁
文献推荐人：李 宁
参考文献：Qiao Li, Wei Chen, Haimeng Shi, Sun Zhang. Assessing the environmental impact of agricultural production structure transformation — Evidence from the non-grain production of cropland in China, Environmental Impact Assessment Review, Volume 106, 2024, 107489, ISSN 0195-9255.
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