中国农业生产的碳收支核算及减排对策研究

　在全球变暖和国际碳减排压力的背论文联盟http://景下，发展低碳经济成为我国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%的co2、70%的ch4和90%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170 pg，占全球陆地碳储量的10%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20～30 pg碳，另据lal[4]研究，全球耕地总的固碳潜力为0.75～1.0 pg·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我国不同区域农田生态系统碳源/汇的研究，如韩冰等[9]对我国农田土壤的固碳潜力进行了测算，认为我国农业措施的固碳潜力为182.1 tg·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22 482.4万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]也曾对我国农田生态系统植被碳蓄积量进行了测算，段华平[14]对我国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。Www.11665.cOM

　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（carbon sequestration）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”（full c cycle analysis），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=0.18 kgc·kw-1，为灌溉面积，a=857.54 kgc·mg-1；b=16.47 kgc·hm-2，c=0.18 kgc·kw-1，d= 266.48 kgc·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1 g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
　　3.1 1978─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2 661.21万t增加到2009年的19 344.31万t（图1），增长了约6.27倍，年均增长率10%。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%；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，我国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，这些变化都与我国农业机械化、现代化的发展密不可分。
　　
　　3.2 1978─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，我国农田生态系统碳吸收由1978年的 30 654.34万t增加到2009年的66 151.95万t，增加了115.8%，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年我国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，随后几年间我国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。
　　3.3 2009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2 000万t，居全国之首；而浙江、河北、山东、河南4省碳排放总量突破1 000万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1 418.1万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2 868.5万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）。