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文章基于粮食主产区2001—2020年的面板数据，利用SBM-Undesirable模型和Malmquist-Luenberger生产率指数从静态和动态两个方面测度了粮食主产区农业碳排放效率，并结合Tobit模型探究影响粮食主产区农业碳排放效率变化的关键因素。结果表明：（1）粮食主产区农业碳排放效率均值为0.540，未达到有效状态；省域之间差别明显，只有辽宁长期处于有效状态，其余省份均为DEA无效。（2）粮食主产区农业碳排放综合效率总体呈波动上升趋势，年均增速为5.1%，前沿技术进步是促进农业碳排放效率增长的主要因素。各省份的农业碳排放综合效率值均大于1，前沿技术进步在各省份农业碳排放效率的增长上发挥的作用高于技术效率，纯技术效率与规模效率的贡献程度因省份不同而有所差异，但规模效率的贡献要明显大于纯技术效率。（3）农业经济发展水平和农村用电量具有显著的正向作用；农业产业结构、城镇化水平、财政支农具有显著的负向作用；自然灾害与农产品价格体制改革并未通过显著性检验。基于此，提出了提高农业经济发展水平、推动新型城镇化高质量发展、加强农业科技创新和调整农业产业结构等政策建议。