非洲区域贸易 bloc 成员国作物生产与农场门口层面(farm-gate level)排放的农场门口层面(Farm-Gate-Level)分析

《Atmosphere》：Farm-Gate-Level Analysis of Crop Production and Emissions in Africa’s Regional Trading Bloc Member States

　　

深入分析与农业排放驱动因素相关的农场门口层面(farm-gate level)效应对实现2050年净零排放至关重要。本研究考察了非洲区域贸易集团(regional trading bloc, RTB)成员国中作物生产对农场门口甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)排放在短期和长期的影响。作物生产以谷物(cereals)、根茎与块茎(roots and tubers)、蔬菜(vegetables)及水果(fruits)产量代理，排放拆分为CH4与N2O排放。收集1990—2022年来自30个RTB成员国的上述变量数据，采用横截面增强自回归分布滞后(cross-sectionally augmented autoregressive distributive lag, CS-ARDL)方法分析，并以合并均值组(pooled mean group, PMG)估计作稳健性检验，并进行敏感性分析以确保研究发现可靠性。结果显示：谷物生产在短、长期均增加农场门口CH4与N2O排放，CH4平均增幅为1.0021～1.0033 kt CO2–eq yr?1，N2O平均增幅为1.0024～1.0035 kt CO2–eq yr?1；此外水果生产在长期使农场门口CH4排放平均增加1.0023 kt CO2–eq yr?1。因此，在RTB成员国国家自主贡献(Nationally Determined Contributions, NDCs)背景下，谷物生产对N2O的不利影响大于CH4，水果生产则反之。关于中介效应，耕地扩张（以收获面积代理）在作物生产对农场门口CH4与N2O排放的影响中起部分中介作用——短期对CH4与N2O均部分中介，长期对CH4部分中介，但对N2O在长期起完全中介作用。因此，针对性施用氮肥及轮作分别降低谷物相关N2O与CH4排放是可行策略；水果生产宜采用滴灌系统减排CH4，并扩大有保障的补贴规模。最后，上述建议应纳入非洲RTB成员国NDCs及非洲联盟《2063年议程》(Agenda 2063)。

研究背景与目的

全球地表温度较1850—1900年已上升约1.1 ℃，人为温室气体(greenhouse gas, GHG)排放是主因。农业部门是仅次于能源的第二大GHG排放源，其农场门口(farm-gate)排放主要来自粪肥施用、氮肥及传统淹水种植引发的甲烷(CH₄)与氧化亚氮(N₂O)排放。非洲人均GHG虽低但随人类活动增长而上升，现有研究多聚焦CO₂而忽视非CO₂GHGs；且既往研究少有针对非洲区域贸易集团(regional trading bloc, RTB)成员国，分作物类别（谷物cereals、根茎与块茎roots and tubers、蔬菜vegetables、水果fruits）考察农场门口CH₄与N₂O排放在短、长期的影响，亦较少采用面板ARDL类方法并检验耕地扩张的中介作用。为此，研究人员以非洲RTB成员国为样本，基于扩展STIRPAT模型，采用CS-ARDL探讨不同作物生产对农场门口CH₄与N₂O排放在短、长期的影响及耕地扩张（收获面积）与生产系统（谷物排放强度）的中介效应，为RTB将减排措施纳入国家自主贡献(Nationally Determined Contributions, NDCs)及《2063年议程》提供依据。本文发表于《Atmosphere》。

主要关键技术方法

研究人员选取非洲四个RTB（AMU、EAC、ECOWAS、SADC）中具完整FAOSTAT 1990—2022年数据的30个成员国构成面板样本。因变量为农场门口CH₄与N₂O排放（kt CO₂-eq），核心自变量为四类作物产量取自然对数，控制变量为农村人口（rural population）与农业投资（technology proxy）。先进行截面相关(cross-sectional dependence, CD)检验（Pesaran CD test）、二代单位根检验（Pesaran CIPS）、斜率同质性检验（Pesaran & Yamagata Δ?与Δ??）及Bai & Perron结构断点检验；确认存在CD、异质斜率及混合阶协整后，建立横截面增强自回归分布滞后(cross-sectionally augmented autoregressive distributive lag, CS-ARDL)模型估计短、长期弹性并换算为比例变化系数；以合并均值组(pooled mean group, PMG)作稳健性检验，以灌溉面积替代技术变量作敏感性分析；以温–豪斯曼三步法检验收获面积（耕地扩张proxy）与谷物排放强度（生产系统proxy）的中介效应。

研究结果

4.1. Descriptive Analysis of Key Variables in the Primary Regression Models

描述性统计显示ECOWAS成员国CH₄排放最高（均值574.89 kt），AMU成员国N₂O排放最高（均值42.13 kt）；ECOWAS谷物与根茎块茎产量最大，AMU果蔬产量与农业投资额最大，反映各bloc排放驱动差异。

4.2. Diagnostic Tests of Variables in the Primary Regression Models

方差膨胀因子(mean VIF=4.98)表明无严重多重共线性；CD检验拒绝弱相关原假设，证实强截面相关；CIPS检验显示变量为I(0)/I(1)混合阶协整；斜率同质检验拒绝原假设，确认异质斜率；Bai & Perron检验显示CH₄模型无显著结构断点，N₂O模型识别到1999、2006、2015年断点，符合采用CS-ARDL的前提条件。

4.3. Crop Production and Farm-Gate Emissions: Short- and Long-Run Relationships

4.3.1. Crop Production and Methane Emissions: Short- and Long-Run Relationships

CS-ARDL结果显示：谷物生产短、长期比例变化系数分别为1.0021与1.0033 kt CO₂–eq yr^?1（均显著），即增产显著增加农场门口CH₄排放且长期效应更大；水果生产短、长期系数分别为1.0019与1.0023 kt CO₂–eq yr^?1（长期显著），说明水果生产长期推高CH₄排放；根茎与块茎系数为负但不显著；误差修正项(ECM(?1))=?0.8664，表明约86.6%/年向长期均衡调整。

4.3.2. Crop Production and Nitrous Oxide Emissions: Short- and Long-Run Relationships

谷物生产短、长期比例变化系数分别为1.0024与1.0035 kt CO₂–eq yr^?1（均显著），说明谷物增产显著推高农场门口N₂O排放且长期增幅更大；水果生产短期系数1.0025（显著），长期不显著；根茎与块茎、蔬菜系数不显著；ECM(?1)=?0.8422，约84.22%/年调整速度。

4.3.3. Comparative Results of Short- and Long-Run Methane and Nitrous Oxide Models

谷物是唯一在短、长期均显著促进CH₄与N₂O排放的作物类别，其对N₂O的影响幅度略大于CH₄；水果仅长期显著促进CH₄排放而不显著作用于长期N₂O。

4.4. Robustness Checks: Pooled Mean Group

PMG估计结果重现CS-ARDL核心发现：谷物短、长期均显著促进CH₄与N₂O排放，水果长期显著促进CH₄排放，验证了基准结果稳健。

4.5. Sensitivity Analysis

以灌溉面积替代农业投资作技术proxy后，灌溉变量短、长期均不显著，不影响谷物与水果的核心排放效应，进一步支持主模型结论——技术（投资/灌溉）在RTB NDCs背景下对农场门口CH₄、N₂O无显著直接作用。

4.6. Mediating-Effect Results

4.6.1. Crop Production-Methane Emissions Action Mechanism Results

收获面积（耕地扩张proxy）与作物生产正相关且与CH₄排放正相关；加入中介变量后作物生产对CH₄的直接效应小于未加中介时的总效应，表明收获面积在作物生产→农场门口CH₄排放路径中起部分中介作用（短、长期均为部分中介）。

4.6.2. Crop Production-Nitrous Oxide Emissions Action Mechanism Results

收获面积正向影响N₂O排放；短期作物生产对N₂O的直接效应小于总效应（部分中介），长期直接效应不显著但间接路径显著，表明收获面积在作物生产→农场门口N₂O排放中长期起完全中介(full mediation)作用。

讨论与结论总结

讨论指出谷物（尤其灌溉/低地水稻及连作 cereal）通过淹水条件促进产甲烷菌活动及通过增施氮肥经硝化–反硝化促进N₂O排放，"遗留氮(legacy nitrogen)"累积强化长期N₂O排放；果园长期覆被与有机质积累可在湿润嫌气条件下产CH₄，故水果长期促CH₄。耕地扩张（收获面积）部分传导CH₄与短期N₂O排放效应，长期对N₂O完全中介，说明单纯扩耕是N₂O升高的重要传导路径。

结论翻译：本研究基于考虑多驱动因素的STIRPAT模型，采用稳健CS-ARDL技术考察非洲RTB成员国作物细分品类对农场门口CH₄与N₂O排放在短、长期的影响。结果显示谷物生产在短、长期均增加农场门口CH₄（增幅1.0021～1.0033 kt CO₂–eq yr^?1）与N₂O（增幅1.0024～1.0035 kt CO₂–eq yr^?1）排放，且谷物对N₂O的不利影响大于CH₄；水果生产长期使农场门口CH₄排放平均增加1.0023 kt CO₂–eq yr^?1。耕地扩张（收获面积）在作物生产→农场门口CH₄与N₂O排放（短期）及CH₄排放（长期）中起部分中介作用，在长期作物生产→N₂O排放中起完全中介作用。建议针对性优化氮肥施用与推行轮作减排谷物相关N₂O与CH₄排放，水果生产推广滴灌减排CH₄，扩大有保障补贴，并将上述建议纳入非洲RTB成员国NDCs及非盟《2063年议程》。研究局限含未涵盖畜牧与林业亚部门、未计入产前产后链排放、依赖FAOSTAT数据等，可作后续研究方向。