中国农业生产的碳收支核算及减排对策研究

摘要:为全面评估农业生产的碳收支状况,并为农业碳减排提出切实可行的对策建议,采用1978─2009年的中国各种农作物产量和农业投入等统计数据,运用碳源/汇估算模型对农业生产碳收支进行了初步的核算和分析。结果发现,中国农业活动的碳吸收明显大于碳论文网排放,这说明总体而言是农业碳汇“区,但各省区碳收支空间差异明显,部分沿海发达地区碳排放量大,净碳汇表现为负值,这表明发达地区有较高的农业投入。因此,应重点从促进土壤固碳。改变耕作方式和施肥方式。加强土地节约集约利用等方面促进农业碳减排。

关键字:碳收支;碳减排;农业生产;中国

中图分类号:X511文献标识码:ADOI编码:10。3969/j。issn。1006－6500。2012。04。022

ResearchonCarbonBudgetEstimationofAgriculturalActivitiesandEmissionMitigationCountermeasuresinChina

LIUYing1,ZHAORong-qin2,CHENTao3,ZHANGJin-ke4,JIAOShi-xing5

(1。CollegeofCivilConstructionEngineering,ZhengzhouInstituteofAeronauticalIndustryManagement,Zhengzhou,Henan450015,China;2。CollegeofResourcesandEnvironment,NorthChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPower,Zhengzhou,Henan450011,China;3。HenanInstituteofLandSurveyingandPlanning,Zhengzhou,Henan450000,China;4。ZhengzhouCommitteeofAgriculturalandRuralWork,Zhengzhou,Henan450000,China;5。CollegeofResourceEnvironmentandTourism,AnyangTeachersCollege,Anyang,Henan455000,China)

Ａｂｓｔｒａｃｔ:Inordertosystematicallyassessthecarbonbudgetofagriculturalproduction,andtoprovideadvicesandcountermeasuresforcarbonemissionreductioninagriculturalsector,usingstatisticdataofcropyieldandagriculturalconsumptionofChinafrom1978─2009,thispaperestimatedthecarbonbudgetofagriculturalactivities。Theresultsshowedthatthetotalcarbonsink,carbonemissionandnetcarbonsinkincreasedsince1978,andthecarbonsinkwasobviouslyhigherthancarbonemission,whichmeanedthatChinawasanagriculturalcarbonsink“area。Itwasquitedifferentoncarbonbudgetamongdifferentregions。Ingeneral,thecostaldevelopedregionhadhighercarbonemission,andthenetcarbonsinkwasnegative,whichindicatedthatthedevelopedregionhadhighagriculturalinputs。Therefore,agriculturalcarbonemissionreductionshouldbepromotedthroughsoilcarbonsequestration,changingcultivatedmodeandfertilizingmodeandsavingandintensivelanduse。

Keywords:carbonbudget;carbonemissionreduction;agriculturalactivities;China

在全球变暖和国际碳减排压力的背景下,发展低碳经济成为实现经济社会可持续发展的重要途径。低碳经济的发展涉及到社会生活的不同产业层面,其中,农业活动在区域碳循环中具有重要的地位和作用,一方面,大气中20百分号的CO2。70百分号的CH4和90百分号的N2O来源于农业活动及其相关过程[1],另一方面,农作物生长过程可以吸收大量的碳,其碳储量达170Pg,占全球陆地碳储量的10百分号以上[2]。因此,国内外逐渐开展了关于农业和农田碳汇问题的研究[2-9],但国内外相关研究对于农业活动是碳源或是碳汇还存在着争议,据Cole[3]估计,在未来的50～100年内,全世界农田可固定20～30Pg碳,另据Lal[4]研究,全球耕地总的固碳潜力为0。75～1。0Pg?a-1。刘允芬[6]通过研究发现,农业生态系统是碳汇而非碳源。方静云等[10]则认为,由于作物的收获期较短,作物生物量的碳汇效果并不明显。一些学者近年来开展了对不同区域农田生态系统碳源/汇的研究,如韩冰等[9]对农田土壤的固碳潜力进行了测算,认为农业措施的固碳潜力为182。1Tg?a-1,赵荣钦等[11]研究发现,中国沿海地区农田生态系统碳吸收总量为22482。4万t,而且碳吸收明显大于碳排放。另外,罗怀良[12]和鲁春霞等[13]也曾对农田生态系统植被碳蓄积量进行了测算,段华平[14]对农田生态系统的碳足迹进行了分析。以上研究,对于了解农业生产的碳源/汇特征提供了较好的思路借鉴。总体而言,以上研究侧重于对中国部分区域农田生态系统碳源/汇的测算,而对全国层面农业生产的碳收支及减排对策的研究还需要进一步加强。鉴于此,笔者采用1978─2009年的数据,分析了中国农业活动的碳收支状况及其变化特征,并探讨了不同省级区域的碳收支的差异,提出了农业生产的碳减排对策和建议。

1农业生产的碳收支特征

在联合国气候变化框架公约(UNFCCC)里,源(Source)是指向大气排放温室气体的任一活动或机制,汇(Sink)是指将温室气体从大气中移除的任一过程。活动或机制。固碳(CarbonSequestration)是指固定并确保碳储存以免碳排放到大气中[15]。

农业生产过程是一个复杂的系统,主要受人为因素控制。人类必须不断地从事各种活动,才能使农田生态系统健康运行。为使系统保持平衡并维持较高的生产力水平,必须通过多种途径投入人力。水以及用于各种农业机械的化石燃料等物质和能源,以补偿产品输出后所出现的亏损[16],而这些过程需要有机碳的消耗,因此,从碳循环的角度而言,农业经营活动也是碳的输入输出过程。其中,农作物光合作用固碳和人工有机肥是主要的碳输入,而农田化肥生产,农业机械使用,农村用电和灌溉过程等的碳排放是主要的碳输出过程。因此,笔者就主要对农业生产的重要碳收支环节进行估算,以全面了解中国农业生产的碳源/汇状况。需要说明的是,尽管肥料。农业机械。农药等本身不含能量,但其制造或运作过程消耗了大量间接工业辅助能[19],而这些物质和能量在农业生产中参与了循环,因此在生产过程或耗能过程中释放的碳也应看作是农田生态系统碳排放的途径之一。T。O。West[17]称之为全碳分析“(FullCCycleAnalysis),即包括对能源使用。电。肥料。灌溉和农田机械的碳排放的估算。

2研究方法

数据来源于中国统计年鉴1978─2009年全国各种农作物产量。种植面积数据和灌溉。施肥。农业机械。农村用电等农业投入统计数据。

(1)总碳排放(Et)估算公式为:

Et=Ef+Em+Ep+Ei

式中,Ef,Em,Ep,Ei分别为农田化肥生产,农业机械使用,农村用电和灌溉过程带来的碳排放。各项碳排放过程计算公式如下(其中A。B。C。D为系数,参照T。O。West[17]的转换系数):

Ef=Gf×A

Em=(Am×B)+(Wm×C)

EP=(wP×C)

其中,Gf为化肥使用量,Am为农作物种植面积,Wm为农业机械总动力,wP为农村用电总动力,C=0。18kgC?kw-1,为灌溉面积,A=857。54kgC?mg-1;B=16。47kgC?hm-2,C=0。18kgC?kw-1,D=266。48kgC?hm-2。

(2)总碳吸收(Ct)估算公式为:

其中,i表示第i种农作物类型;Cd为某种作物全生育期对碳的吸收量;Cf为作物合成1g有机质(干质量)所需要吸收的碳,Yw为经济产量,Dw生物产量,H为经济系数,三者存在数量关系:Dw=Yw/Hi,中国主要农作物经济系数和见文献[11]。

3结果与分析

3。11978─2009年中国农业生产碳排放特征分析

就碳排放总量而言,自1978年以来呈明显增加趋势。由1978年的2661。21万t增加到2009年的19344。31万t(图1),增长了约6。27倍,年均增长率10百分号。农业生产碳排放的各项构成要素中,灌溉碳排放增长幅度较小,31年间仅增长了30百分号;农业机械碳排放和化肥使用碳排放呈现稳定的增长势头,而农村用电碳排放增势最为明显。这说明自1978年至2009年,农田基础灌溉设施变化不大,农田灌溉碳排放没有显著变化,而其他农业投入如化肥。农机使用等则持续增加,并且随着农业机械化程度的提高,农村用电量显著增加,尤其是1997年农村用电碳排放首次超越农业化肥使用碳排放,呈现出剧烈增长之势,这些变化都与农业机械化。现代化的发展密不可分。

3。21978─2009年中国农作物碳吸收特征分析

与碳排放逐年显著增加的趋势不同,农田生态系统碳吸收由1978年的30654。34万t增加到2009年的66151。95万t,增加了115。8百分号,呈现出总体上升。稳中有变的发展趋势(图2)。碳吸收总量在90年代之前增势明显,此后则呈现上升缓慢。稳中有变的趋势。这主要是因为1978年农业政策发生了重大调整,家庭联产承包责任制的实施极大刺激了农民生产的积极性,随后几年间农作物单位面积产量增势显著,20世纪90年代以后由于国家政策。农业投入以及农作物播种面积。单位面积产量渐趋平稳,碳吸收总量也呈现平稳发展的势头。

1978─2009年,由于碳排放的增长显著,而同期农田生态系统碳吸收增长平稳,因此同期净碳汇呈稳中有降的发展趋势(图3),尤其从20世纪90年代末以来,下降趋势明显。

3。32009年中国各省区农业生产碳源/汇变化特征分析

利用2009年全国各省。直辖市以及自治区的农业生产相关统计资料,对各省区的碳源/汇变化特征进行横向对比分析,统计数据均来源于中国统计年鉴。

3。3。1各省区碳排放变化特征分析各省碳排放总量相比之下,江苏。广东2009年碳排放总量突破2000万t,居全国之首;而浙江。河北。山东。河南4省碳排放总量突破1000万t,居全国前列。这一方面是因为农作物播种面积较大,如河南省2009年农作物播种面积达1418。1万hm2,居全国之首,因此,相应的农业投入如化肥施用。农田灌溉和农机使用带来的碳排放量较多;另一方面是农村用电量大所致,如江苏省2009年农业系统碳排放高达2868。5万t,主要原因是由于其农村用电量大,因此碳排放总量大,其他如浙江。广东等沿海发达省也是如此。主要是由于这些地区农业相对发达,现代化水平较高,因此能源消耗量大(图4)。就各省碳排放总量内部构成要素而言,各构成要素对其碳排放总量的贡献各不相同。上海。浙江。广东。江苏等发达省市,农村用电碳排放占其碳排放总量的比例均在80百分号以上,其中以上海最为突出,高达94百分号,而西藏却不足10百分号。

3。3。2各省区碳汇变化特征分析2009年中国各省农田生态系统净碳汇量及地区差异很大。就净碳汇量而言,大部分省市农业生产碳收支基本持平并略有盈余,只有个别省市碳排放量大于碳吸收量,净碳汇出现负值。就净碳汇的地区差异来讲,以农业为主的中西部省市与沿海及经济发达省市存在较大差异。其中净碳汇量最大的河南省总量达到6150。5万t,而最小的广东省则为负624。7万t,说明河南作为主要的农业大省,农作物播种面积大,农田生态系统碳吸收总量远远超过农业生产碳排放,因此具有很强的固碳能力。与此相反的是以广东。浙江。上海等省市为代表的沿海发达省市,因其农业投入高,和播种面积相近的其他省份比,其农业碳排放远远超过其农田生态系统的碳吸收量,出现了净碳汇及单位面积净碳汇均为负值的情况(图5。图6)。

4中国农业生产的碳减排对策

4。1推广节水农业,提高农田灌溉效率

农田水利设施不够完善,农田灌溉方式也依然沿用过去的随地漫灌“方式,造成水资源的极大浪费。对此,一方面要因地制宜,在水资源短缺的北方地区大力发展旱作农业。节水农业,另一方面通过采用有效的渠道防渗技术及管道输水等方式,减少灌溉过程的水资源流失,同时积极使用喷灌。滴灌等先进的节水灌溉技术,注重农业灌溉用水的净化处理和回收再利用,不断提高灌溉效率,促进水资源的合理。有效和节约利用。

4。2科学施肥,提高肥料利用率,增施有机肥

以往的过量粗放的化肥施用方式,一方面削弱了庄稼的生产能力,造成很大程度的资源。能源浪费,加剧环境污染;另一方面又破坏了土壤自身的物理性状,导致土壤板结,不利于农作物生长。因此,大力推广测土配方施肥和科学施肥,增施有机肥。厩肥,发展可持续农业,既满足庄稼生长的肥料需求。改善土壤性状,又能节省能源。保护环境。减少农民负担,因而具有极大的社会。经济和生态效益。

4。3改变传统耕作方式,促进秸秆还田,提高土壤固碳效率

人多地少,应通过调整耕作制度,采用恰当的耕作方式(如轮作)和保护性耕作措施来提高土壤有机碳稳定性,增加农田碳汇,另外要加强对农民的科学宣传教育,促进农作物秸秆还田。通过秸秆粉碎。沤制还田,推行过腹还田。发展沼气等各种措施,促进秸秆科学还田[18]。既培育土壤肥力,提高土壤有机质含量,又减少了秸秆焚烧造成的环境污染等负面效应,促进农业生产活动中的非经济产量的资源化利用。

4。4提高农业生产率,促进农作物生育期碳吸收

改良土壤,加强水利设施建设,改善农业生产条件。改良作物品种,培育耐高温。抗干旱等极端气候及抗病虫害的优良品种,确保在新的生态环境下农牧产量的不断提高,扩大农作物生育期碳的吸收和存储。

4。5促进土地集约节约利用,提高单位面积生产率

目前,农业生产用地存在很多利用和管理问题,由于分户经营而带来的户均农用地面积小,不利于农业生产的机械化和开展规模经营;经济发展较快的地区私自改变农用地用途或者撂荒。抛荒的问题较为普遍,土地集约化程度低,利用率不高,单位面积生产率较低。因此,要根据各地实情科学编制土地利用总体规划并确保实施,推行科学决策加快农用地流转进程,促进农村土地规模化。机械化经营;另外,通过对农民进行科技培训等多种渠道,促进农业生产科学化。现代化,以提高单位面积生产率。

5结论与讨论

主要结论如下:(1)中国农业生产碳排放呈明显增加趋势,1978─2009年间年均增长率10百分号;(2)同期农田生态系统碳吸收呈现出总体上升。稳中有变的发展趋势。由1978年的30654。34万t增加到2009年的66151。95万t,增加了115。8百分号;(3)1978─2009年,由于碳排放的增长显著,而同期农田生态系统碳吸收增长平稳,因此同期净碳汇呈稳中有降的发展趋势,尤其从90年代末以来,下降趋势明显;(4)经济发达的长江中下游及东南沿海农业活动碳排放总量较大,其中农村用电量的显著增加是导致其碳排放总量增加的主要因素;(5)各省区碳吸收。碳排放和净碳汇空间差异显著。其中发达地区碳排放量大,净碳汇出现负值,使该地区成为农业碳源“,这表明发达地区有较高的农业投入。

农业生产过程及农田生态系统碳循环是一个十分复杂的过程,对中国1978─2009年的农业生产碳收支进行了粗浅的核算,难免存在一定的误差和偏颇之处。随着研究的进一步深入,以后应加强以下方面的研究:(1)加强统计数据和实验数据的结合,使农业生产过程及农田生态系统碳收支的估算更细致。深入。准确;(2)应针对不同农作物。不同的种植方式开展碳收支的探索,研究不同耕作方式下的碳排放,这对于农业生产的碳减排更具有针对性和现实意义。

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