第40卷第4期
2
013年7月
四川师范大学学报(社会科学版)
JournalofSichuanNormalUniversity(SocialSciencesEdition)
Vol.40,No.4
July,2013
农业土壤碳汇视角下
农户不同耕作行为选择的影响因素分析
———基于四川省都江堰市的调查
刘暋奕,张建伦
北京大学光华管理学院,北京100871)
(
暋暋摘要:长期以来,农业生态系统在降低大气温室气体浓度、减缓气候变暖方面的作用一直被忽略。迄今为止,
还没有形成一套完整的农业土壤碳汇实现机制,从而制约了农业土壤碳汇耕作的发展,也是导致我国政府在国际
气候谈判中面临巨大压力的重要原因之一。通过分析农业土壤碳库与农户耕作行为之间的关系,构建农户耕作行
为选择模型,利用在四川省都江堰地区开展的田间实验和问卷调查所获得的水稻种植成本收益数据,发现只有当
农业土壤碳汇补贴不低于农户的机会成本时,才能使农户主动选择有利于“碳汇暠的耕作方式。
关键词:农业土壤碳汇;农户耕作行为;农业碳交易
中图分类号:F301.24暋文献标志码:A暋文章编号:1000灢5315(2013)04灢0058灢06
暋暋土壤是陆地生态系统的核心,与大气圈、水圈、生物圈和岩石圈都有着直接的联系。土壤碳库是陆地生
态系统最大的有机碳库,在全球碳收支系统中占主导地位,因此与温室效应及气候变化有着密切的联系。土
壤碳汇(SoilCarbonSink)是指植物在生长过程中通过光合作用吸收大气中的二氧化碳并将其中的有机碳
以固体的形式存储在土壤中的过程,从而在不减缓我国工业速度和降低经济发展水平的情况下减少大气中
[1]
二氧化碳等温室气体的浓度以缓解温室效应。但是,近年来,随着非农收入的不断增加,农户的农业生产
行为也随之发生变化,即沿着一条节时、省工的路径发展,如以焚烧秸秆代替秸秆还田、过量施用化肥代替有
[2]
机肥、单一种植水稻而取代轮作等。这些耕作措施改变着土壤表层碳库的含量,属于“碳源暠耕作方式,导
致土壤中的有机碳含量持续下降。
[3-4]
目前关于农业土壤碳汇的研究逐渐增加,已经在农田土壤的碳汇功能
、农田土壤碳汇的测算方
[9]45[10-11]
和农业土壤碳汇技术
等方面开展了大量的实证研究。张厚瑄、李玉娥
[
5]
[6-8]
法
、土壤碳汇影响因素
的研究发现,实施相应的对策和措施减缓农业生产过程中CO2、CH4 等温室气体的排放具有可行性,但是有
一个前提条件,就是必须让农户相信实施相应的温室气体减排措施能给他们带来实惠,即农户实施减缓对策
[12]
措施所得到的效益要超过成本 。Antle通过理论推导,对建立“碳汇暠机制的可行性进行了论证,认为通过
收稿日期:2013灢05灢07
基金项目:国家自然科学基金青年项目“农业土壤碳汇实现机制研究暠(编号:71103005)、教育部人文社会科学研究青年项目
“农业土壤碳汇实现机制研究暠(编号:11YJC790126)的阶段性研究成果。
作者简介:刘奕(1982—),女,新疆石河子人,工学博士,北京大学光华管理学院应用经济学博士后;
张建伦(1981—),男,四川夹江人,管理学博士,北京大学光华管理学院应用经济学博士后。
58
刘暋奕暋张建伦暋农业土壤碳汇视角下农户不同耕作行为选择的影响因素分析———基于四川省都江堰市的调查
[3]
建立一定的经济激励机制可以使农户改变以往的耕作方式。廖薇对农户耕作行为的演变进行了分析,发
现土壤碳汇功能可以帮助农户增加自身收入、减少贫困,降低大气中二氧化碳气体含量,缓解温室效应,认为
[13]
通过生态补偿、土壤碳汇补贴或者土壤碳汇交易可以使农户实施有利于碳汇的农业耕作方式 。赵敏在其
[14]
博士论文中研究了上海主要碳源碳汇的变化,并对碳源碳汇的驱动机制进行了分析
。
由此可见,农业土壤碳库不仅与气候、土壤的物理、化学性质等有关,在区域尺度和短时间内,更受到了
[15]155
农户耕作行为的影响
。农户采取焚烧秸秆等行为可以将贮存在土壤中的碳释放到大气中,使土壤成为
“碳源暠;农户也可以采用秸秆还田等耕作技术将碳以有机质的形式储存起来,使土壤成为“碳汇暠。通过开展
生态补偿或碳交易,可以引导农户改变传统的“碳源暠耕作行为,转而采取“碳汇暠耕作行为。
一暋农户不同耕作行为选择的理论分析
农户作为理性经济人和独立决策单元,以追求收益最大化为农业生产的最终目标,在选择农业耕作方式
时,主要受土地承包经营权的稳定性、未来农业和非农业收入的预期等因素的影响。一般来讲,农业收入占
总收入的比重越高,农户就会更加重视农业生产,于是会加大农业生产投入,采取有利于保护耕地的措施,也
就是说,农户会倾向于采用“碳汇暠耕作措施;反之,如果农业收入占总收入的比重越低,农户就会减少农业生
产投入,转而更加注重短期收益,倾向于采用“碳源暠耕作方式,这也是为什么当前我国农户选择“碳汇暠耕作
方式比重较低的重要原因。同理,土地承包经营权的稳定性是反映农业生产重要性的关键,也是影响农业耕
作方式选择的重要因素。一般来讲,土地承包权越稳定,农户愿意投入更多的生产要素,进而采用秸秆还田、
施用有机肥、选择轮作经营等“碳汇暠耕作措施,以促进农业生产的可持续发展;反之,农户就会更加注重短期
效应,减少农业生产的投入,选择采用大量焚烧秸秆、大量施用化肥、作物连作等“碳源暠耕作方式。
农业生产是一个复杂的生物化学过程,会受到劳动力投入、生产技术进步、耕地面积、水利灌溉、气候条
件等多种因素的影响,本研究假定农户的耕地面积、农业生产技术、气候资源条件等因素都是外生给定的,短
期内不会发生变化,农户从事农业生产的收入只会受农业劳动力投入的影响,其函数形式可以表达为:R=
f(L)。
为了研究当期收入和滞后期收入对农户耕作行为决策的影响,我们需要考察农户当期的总收入和滞后
n
期的总收入,因此在上面的函数表达式中,我们用R 来表示第n期农户的总收入(n=1,2),第1期农户的农
栙
1
2
1
业收入为Rf,第2期农户的非农收入为Ri 。第1期农户投入在农业和非农业领域的总劳动量分别为Lf 和
1
2
f
2
R
,
其中用E R
( / )表示农户预期第2期农业收入将在总收入中的比重,即农业对于农户的重要程度,比
L
i
重越高说明农业对农户越重要,农户愿意在农业上投入更多的生产要素,反之将减少农业劳动的投入。
1
2
1
2
考虑到农户的农业收入、非农收入与其劳动投入量等具有滞后性,于是有dLf/dL >0,dLi/dLi >0,
f
即第2期预期农业收入对第1期劳动投入具有正向影响。也就是说,如果第2期预期的农业收入越高,农户
在第1期就会投入更多的劳动,反之,如果预期第2期的农业收益越低,农户在第1期就会减少农业劳动的投
入。另外,为了反映土地经营的稳定与变动情况,将土地经营权的稳定性表示为M,更高的M 值意味着土地
经营期限越长,土地经营就越稳定,C(M)表示由于M 值的存在,经营权的不稳定会给农户带来一定的预期
成本,其中C曚(M)<0,即土地的承包经营期限越长,农户的预期成本就越低。
1
1
f
1
f
2
f
2
1
1
i
2
2
MaxR =R
{L
[ ( /
E R
R
)],C(M)}+Ri {L [E(Ri/R )]}
(1)
1
1
f
1
1
f
1
和L
表
i
暋暋 假设农户总的劳动量为1,即L =L
示,在此基础上建立拉格朗日函数L:
,农户的劳动分为农业劳动和非农业劳动,分别由L
+L
i
1
f
1
f
2
f
2
1
1
2
2
1
f
1
)
{
[ ( / )],C(M)}+R { [ ( /
E R E R
)]}+毸(1-L
(2)
-L
,由拉格朗日函数分别对Ri
L=R
L
R
i
L
i
i
R
i
2
2
i
2
暋暋其中,农户总收入为第2期农业收入和非农业收入之和,即R=R
和
f
+R
1
f
1
f
1
1
M 求导,
有
毸=dR
/dL
/dL
,即农户的劳动投入在农业与非农产业两方面的边际收益相等。然后,将
=dR
i
i
1
1
1
1
i
其带入原来的一阶导数式,可得dL2/dL =( -1)/( +1),经过整理可以得到dL
2/dL
2 <0。一般来
f
i
1
R
1
2
R
f
2
dR
2
dR
i
i
dR
i
dR
i
讲,非农产业的收益与其劳动投入呈正比,由此可以假定,可预见的第2期非农收入对投入非农产业劳动量
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1
2
1
2
的影响为正,即dLi/dRi >0;而dLf/dRi
<0,即第2期的非农收入对第1期农业劳动投入具有负的影响。
(一)没有碳汇收入时的农户行为选择
1
当没有碳汇收入时,农户从事农业生产所获取的第1期农业总收入(Rf)仅包括代表农业的收入(Rp)。
1
2
1
2
2
由dLi/dRi >0,dLf/dRi <0,可知当农户预期外部非农收入高于农业收入时,会带来一个较大冲击,dRi 、
1
1
2
i
1
f
2
i
1
f
2
i
1
f
2
/dR
的
i
也将有较大变化,即当dL
/dR
上升时,dL
/dR
也会随之上升,由于dL
/dR
<0,所以,dL
dL
i
i
绝对值将会随之下降。因此,可预期的第2期非农收入对第1期农业劳动投入会产生负的影响,即农户预期
非农产业收入会升高时,将选择减少农业生产投入,选择节时省工的“碳源暠耕作方式。
一般来讲,由于农户第1期的农业劳动投入与其预期的第2期农业收入之间具有正比例的函数关系。
当农业收入较少时,农户会选择采取节时省工的耕作方式,将剩余的劳动力投入到非农产业中以获取更高的
经济报酬。当前,外出务工和从事非农就业机会的增加,使得农村劳动力获得的报酬要高于从事农业生产的
平均报酬,因此,我国广大农村地区农业劳动者外出务工和减少农业生产劳动投入的情况较为普遍,非农就
业收入与农业收入差距的不断扩大使得广大农户更加倾向于选择节时省工的“碳源暠耕作方式。
(二)存在碳汇收入时的农户行为选择
如果加入碳汇因素,农户就会额外获得一定的碳汇收入,此时农户总收入就变为Rf,这其中包括了农业
1
1
f
收入(Rp)和碳交易收入(Rc)两部分。由于dLi/dRi >0,dLf/dRi <0,可得到dL
1
2
1
2
f
dL
2f)<0,也
dR
=d(R -R
2
i
2
1
1
f
就是说-dL
f
<0,即dL
>0,说明由于农业生产具有一定的滞后性,第2期预期的农业收入对第1期农户
2
dR
f
2
dR
f
1
dL
f
劳动投入具有正向的影响,如果农户预期在第2期获得的农业收入越高,农户愿意投入更多的劳动,即
=
2
dR
f
1
1
f
dL
f
2
dL
+Rc2)>0。
当农户第2期的农产品收入Rp 为一定值时, 2 >0,第2期预期的碳交易收益对农户第
dR
c
2
d(R
p
1期劳动投入的影响为正,当获得的碳交易收入越高,农户增加农业劳动投入的力度也就越大,即更倾向于
选择“碳汇暠耕作方式。
可见,当农户从事农业生产不仅可以获得出售农产品带来的经济收入,还可以在农业生产过程中由于给
农村环境保护和自然生态改善带来一定的正外部效应而获得额外收益时,使得农户从事农业生产带来的总
收益增加,或许会在一定程度上促使农户改变传统的“碳源暠耕作方式,愿意增加对农业生产劳动力的投入
向更加有利于生态环境保护和农业可持续发展的“碳汇暠耕作方式转变。
(三)碳交易对农户耕作行为的影响
如前所假设,理性农户以自身收入最大化为目标。农户之所以选择“碳源暠耕作方式,是因为带来的收
[3]
入大于“碳汇暠耕作方式。本文在Antle 对农业土壤碳汇激励模型研究的基础上,结合廖薇对什邡市秸秆
[2]
还田行为的研究,建立了更符合我国农村实际的有利于土壤碳汇的经济激励模型。
假设农户从碳交易市场中获得的收益为Rc=P·殼C,P 为农户从事碳交易的价格,殼C 为农业土壤固碳
量。假设一农户采用“碳源暠的耕作方式为i,采用“碳汇暠耕作方式为s。我们可以假设,农户在时刻0时采用
i耕作行为,土壤碳库的碳含量为C(i),从0时刻改变其行为方式开始采用s耕作方式,到时刻T时,土壤碳库
含量达到一个新水平,即单位土地增加了殼C(s)的碳含量。
当碳交易市场形成以后,农户通过改变耕作行为而创造的碳汇价值可以在市场上出售时,能获得一定的
经济利益。设农户从耕作方式i转变为s的净收益为R(i,s),可得
T
1
t
R
R(i,s)=
(
)[ () ·殼C(s)-Mt(s)-Lt(s)]-I(i,s)
s +P
t
(3)
t
暺
1+r
t=1
暋暋其中,r表示每年的利率,( 1+r)即为农户采用土壤碳汇技术的未来收益贴现,以描述行为效果具有的
1
时滞现象;Rt(s)为采用s耕作方式时的作物在t时刻的产出收益;Pt 是在t时刻碳交易价格,Pt·殼C(s)为
60
刘暋奕暋张建伦暋农业土壤碳汇视角下农户不同耕作行为选择的影响因素分析———基于四川省都江堰市的调查
t时刻农户因采用s耕作方式所产生的碳汇价值在碳交易市场上出售而获得的收益;Mt(s)是农户在时刻t采
用s耕作方式的生产成本,包括种子、肥料、农药、机械投入、劳动力等生产费用;Lt(s)表示劳动力在t时刻采
用s耕作行为的机会成本(i耕作方式较为粗放,而且收益水平也比较低,农户更愿意采取节时省力的耕作方
式而从事非农劳动,以获得更多的现金收入,而s比i费时费工,所以农户必然会考虑从事非农行业的机会成
本);I(i,s)是农户从i转变到s所需要的固定资产。如果农户并不参与土壤碳汇机制,仍然采用其以前的i
耕作方式,则Pt·殼C(S)=Mt(s)=Lt(s)=I(i,s)=0,农户收入为Rt(s)。当且仅当R(i,s)>Rt(i)时,农
户才会参与土壤碳交易:
(
)
·殼C(s)-M
()
(s)-I(i,s)牴R
() (i)
s -L
t i
(4)
(5)
R
i
s +P
t
t
·殼C(s)牴R
()
s +M s +L
t
(s)-I(i,s)
()
P
t
i
i -R
t
t
暋暋 等式的右边是农户从耕作i转向到耕作行为s的各种成本,包括劳动力的机会成本。只有当改变行为方
式的成本小于其改变后的收益时,农户才有可能考虑改变i为s。
(
)
()
s +M
殼C(s)
()
(s)+I(i,s)
s +L
t
P
t
牴Rt
i -R
i
t
()
6
暋暋等式右边表示农户的固碳成本,只有当农户改变耕作方式获得的报酬达到或高于此标准时,农户才会参
与从“碳源暠耕作方式转变为“碳汇暠耕作方式,起到固碳、减少温室气体排放的作用。可见,影响农户改变耕
作方式的关键是碳汇价格,只有农户获得的碳汇收益超过一定的价格(Pt)时,农户才有可能参与到碳汇交
易,从而改变其耕作方式。
二暋农户不同耕作行为的实证分析
(一)数据来源
四川省都江堰市位于成都平原的西北边缘,地跨川西龙门山地带和成都平原岷江冲积扇扇顶部,该地区
地质结构特征明显,气候变化没有明显异常,水利灌溉条件较好,农业生产较为固定,土壤碳库处于比较稳定
的状态,土壤碳库的变化更多的是受到农户耕作模式的影响,是研究农户耕作行为对农业土壤碳库影响的理
想观测区域。课题组在全市选取了水稻种植农户47户,其中包括水稻和油菜轮作的农户27户。选择的样
本能够代表都江堰市的农业生产情况,而且对研究存在碳交易和不存在碳交易情况下农户耕作行为对当地
农业土壤碳库产生的影响提供了珍贵的数据资料。
(二)统计描述
通过对问卷调查资料的整理,将家庭使用沼气作为燃料的农户视为“碳汇暠耕作措施样本农户,而将其余
的农户视为“碳源暠耕作措施样本农户,采取“碳汇暠和“碳源暠耕作方式的农户分别为10户和37户。然后,对
两组样本农户在化肥、农药、机械、劳动力、产量和土壤有机质含量等方面的成本收益进行描述统计分析,分
析结果见表1。
表1.两种耕作方式的成本收益统计
成本组成
化肥
单位
元/亩
元/亩
元/亩
日
碳源
116.09
27.83
碳汇
92.71
农药
27.56
机械
180-200
9.28
180-200
12.28
劳动力
产量
公斤
550.42
572.75
暋暋从投入成本来看,农业生产成本可以概括为化肥、农药、机械和劳动力等四个方面。在化肥投入方面,
碳源暠耕作方式共需投入约116.09元/亩,而“碳汇暠耕作方式更多的使用有机肥,化肥支出相对减少,大约
“
为92.71元/亩。在农药投入方面,“碳源暠耕作方式需要投入约27.83元/亩,而“碳汇暠耕作方式约为27.56
元/亩。在机械投入方面,两种耕作方式的成本基本相同,其中机耕价格约为110-120元/亩,机收价格约为
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70-80元/亩。在劳动力投入方面,“碳源暠耕作方式具有节时省工的优点,平均每亩水田约为9.28日,而
“碳汇暠耕作方式需要收集、处理和施用农家肥,增加了农户的劳动量和劳动强度,因此所需劳动投入增加到
12.28日。由此可见,采取“碳汇暠耕作方式以后,农户投入的直接生产成本有所下降,但投入的劳动强度和
劳动量都有所增加。
从产出结果来看,不同耕作方式对于农业产出的影响主要表现在农作物产量和土壤有机质含量两个方
面。在产量方面,如前所述,“碳源暠耕作方式使用了现代化学技术和生物技术,化肥投入和农药投入较多,水
稻的平均产量为550灡42公斤/亩,而“碳汇暠耕作方式除了投入化肥和农药以外,还施用了农家肥,水稻的平
[5]
均产量为572灡75公斤/亩。在土壤有机质含量方面,根据金琳等开展的田间实验,以秸秆还田为代表的
2
“碳汇暠耕作方式会使农业土壤中的有机碳含量增长0灡597t/hm 。由此可见,采取“碳汇暠耕作方式后,土壤
有机质含量水平和来自于农业的收益都有所提升。
综上所述,两种耕作方式在化肥、农药、机械、劳动力和产量等方面都有很大的差别,“碳源暠耕作方式在
劳动力投入方面具有一定的优势,而“碳汇暠耕作方式在化肥、农药、产量和土壤碳汇等方面具有优势。
(
三)实证结果
根据都江堰水稻种植的成本收益数据,在传统的“碳源暠耕作方式下,水稻生产成本约为333灡92元/亩
不计劳动成本),农业收益约为1541灡18
(
元/亩;如果采取“碳汇暠耕作方式,农业生产成本将下降为310灡27
元/亩(不计劳动成本),其收益将上升为1603灡70元/亩。耕作方式由“碳源暠向“碳汇暠转变后,农户从事农业
生产的直接成本将下降23灡65元/亩,而农业收益却上升62灡52元/亩,两者相加后,总收益增加了86灡17元/
亩。但与此同时,农户投入农业生产的劳动量和劳动强度将有所增加,总劳动量由原来的9灡28日上升为
12灡28日,劳动投入增长了32灡33%,这也是导致农户不愿投入更多的劳动实现由“碳源暠耕作方式向“碳汇暠
耕作方式转变的主要原因。按照当地120元/日的劳动力价格来计算,农户要采取“碳汇暠的耕作方式将多付
出360元的成本。总的来看,农户要实现从“碳源暠耕作方式向“碳汇暠耕作方式的转变,每亩水稻就需要多付
出大约273灡83元的成本。因此,要使农户的耕作方式由“碳源暠向“碳汇暠转变,需要给予采取“碳汇暠耕作方
式的农户不低于273灡83元/亩的土壤碳汇补贴。
三暋研究结论与建议
本文构建了农户土壤耕作行为分析框架,运用四川省都江堰市农户从事水稻种植的农业生产成本收益
数据进行了测算,发现农户选择某种耕作行为主要由农业生产的收益来决定,即由农作物产量和支出成本共
同决定。“碳汇暠耕作方式的产量水平比“碳源暠耕作方式要高4灡06%,但是采取“碳汇暠耕作方式将增加农户
的劳动力投入和劳动强度,平均劳动力投入将增长32灡33%,农户将付出更多的成本,从而导致农户选择更
为省时、省力和更为经济的“碳源暠耕作方式。
通过实地调查和研究发现,农业土壤碳汇对缓解温室气体排放、增加土壤有机质含量和提高农民收入水
平都具有重要作用,制定有利于土壤碳汇的经济激励机制,可以有效转变农户的耕作行为,从而促进农业土
壤碳汇的实现。一方面,由政府开展农业土壤碳汇补贴。土壤碳汇具有公共物品属性,在市场化的农业碳交
易机制形成以前,需要政府对碳汇行为进行补贴,对愿意采取“碳汇暠耕作方式的农户给予一定的补贴支持,
引导广大农户由“碳源暠耕作方式向“碳汇暠耕作方式转变。另一方面,土壤碳汇补贴价格应不低于农户的机
会成本。在都江堰地区,农户采取“碳汇暠耕作方式,与“碳源暠耕作方式相比,将增加一定的机会成本,因此,
农业土壤碳汇补贴的价格应当高于农户的机会成本,才能促使农户主动采取“碳汇暠耕作方式。
注释:
栙本报告的研究对象是四川省都江堰市,研究的作物品种是水稻和油菜,因此本文涉及到的农业收入假定为只有水稻收益,
油菜收益不计算在内。
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刘暋奕暋张建伦暋农业土壤碳汇视角下农户不同耕作行为选择的影响因素分析———基于四川省都江堰市的调查
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GuanghuaSchoolofManagement,PekingUniversity,Beijing100871,China)
(
Abstract:Theeffectofagriculturaleco灢systemonloweringgreenhousegasesconcentration
andslowingdownclimatewarminghaslongbeenignored.Tillnowtheimplementationmecha灢
nismofagriculturalsoilcarbonsinkhasnotbeenestablishedyet.ItcausesChina暞sdisadvantage
ininternationalclimatenegotiations.Thispaperfirstdiscussestherelationshipbetweentheagri灢
culturalsoilcarbonsinkandfarmingbehaviorsandthenconstructsthemodelofchoosingfarming
behaviors.Withthestatisticsgainedfromquestionnairesurveyandfieldinvestigation,thepaper
findsthatonlywhenthepriceofagriculturalsoilcarbonsinkisoverfarmers暞opportunitycost,
willthefarmersinitiativelychoosethefarmingbehaviorinfavorofsoilcarbonsink.
Keywords:agriculturalsoilcarbonsink;farmingbehavior;agriculturalcarbontrading
[责任编辑:刘萍萍]
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