基于甘肅省農業碳排放和碳吸收近10 年對比與分析

（甘肅農業大學 信息科學技術學院，甘肅 蘭州 730070）

一、引言

現今，農業對于全球氣候變暖的影響不容小覷，它也是全球溫室氣體排放源的主要來源之一[1-3]。眾所周知，全球變暖已經成為日趨嚴重的氣候問題，我國在向聯合國氣候變化框架公約（UNFCCC）所遞交的《國家自主貢獻預案》中承諾到2030 年，我國的碳排放強度將比2005 年會下降至60%～65%[4]。全球農業排放會產生將近1/5 比例的溫室氣體量[5]，若從農業食品鏈的角度來觀測其直接產生或間接產生的碳排放量的話，其中約有1/3 比例的碳排放量來自于農業、林業以及其他的土地用途所產生的排放[6]。英國氣候變化委員會曾提出，即使現在的農業排放相比于運輸和能源供應這兩方面的排放來說較低，但到2050 年時將極有可能成為最大的排放源之一[7]，中國不僅是農業生產大國，與此同時也是二氧化碳排放大國，在全國的碳排放總量中農業碳排放量約占17%[8-10]，并且農業排放以年平均5%持續不斷上漲[11]。由于全球氣候變暖的話題讓人們對碳排放增加等相關問題的關注度不斷增加，人們逐漸將焦點放在了農業生產過程中所引起的碳排放與碳吸收[12]。

目前我國在農業方面主要面臨著水資源短缺與嚴重污染、土地沙漠化、生態惡化、草原面積退化、土地逐漸沙漠化與干旱和環境不斷污染等一系列生態問題，因此，我國農業碳排放量日顯增加趨勢，制約了我國農業的可持續發展，故減少二氧化碳排放量，提倡與發展低碳農業茲事體大。王松良和祝文烽（2010）[13]以新的視角來看待溫室氣體層面的碳源與碳匯，進而主要研究農業生產方面的碳排放問題。研究作為碳源的農產品加工與包裝、各類農業所產生的廢棄物處理和利用，除去農業的工業能碳源之外，并從中提供了農業產前、產中、產后來研究農業人。溫和（2011）[14]從農業系統碳平衡的角度集中研究黑龍江省村域農業系統的碳循環，這其中包含碳排放、碳固定、碳吸收以及碳轉移四個層面，由其得出了農作物種植、農村用能、農村人口和土壤呼吸是該省的主要農業碳排放途徑。米松華（2013）[15]運用分層生命周期法核算了農業生產所產的碳排放，并將其分為以下四個層面：農業溫室氣體排放量、農用物資所涵蓋的碳排放、農用能源引起的碳排放和農業的廢棄物處理不得當而導致的碳排放。在這其中，卻沒有考慮到土地翻耕與農田灌溉的投入量所產生的碳排放。本文以甘肅省為研究區，定量分析了2008—2017 年甘肅省不同類型的碳源所產生的碳排放量，以及不同農作物所產生的碳吸收量并進行了碳源、碳匯的核算，為甘肅省農業生產中碳減排決策提供了參考依據。

二、材料與方法

（一）研究區概況

甘肅省位地處中國西北部地區，東通陜西，西達新疆。位于北緯32°11'～42°57'，東經92°13'～108°46'之間，總面積為42.58×104km2，甘肅省交匯于黃土高原、青藏高原和內蒙古高原三大高原之中。全省生態類型多樣且復雜，地域遼闊，總面積4 540×104hm2，耕地面積350×104hm2[16]。甘肅省屬于干旱、半干旱的大陸性氣候，早晚溫差較大，氣候較干燥，從南向北的氣候類型為亞熱帶季風氣候、溫帶季風氣候、溫帶大陸性干旱氣候和高原山地氣候。然而，干旱少雨的自然條件和農業生態環境脆弱等造成了甘肅省的農業生產長期依賴于化肥、翻耕、農膜等生產物資的大量投入，導致土壤污染嚴重，農業的碳排放量也在逐年遞增，極大地阻礙了全省農業的可持續發展。

（二）研究方法與計算

1.農業碳排放計算。農業投入碳排放的主要來源于化肥、翻耕、農膜、農業灌溉、農用機械等。在參考田云和張俊飚（2013）[17]、趙榮欽和秦明周（2007）[18]碳排放方程建立方法的基礎上，構建甘肅省農業碳排放公式如下：

式（1）中，E 為農田生態系統碳排放總量，Ei為各類碳源碳排放量，Pi為各碳排放源的數量，Qi為各排放源的碳排放系數，依據農業生產碳排放源頭特征，從五個方面確定碳源因子及其所對應的碳排放系數，故Pi包括化肥用量（t）、翻耕面積（hm2）、農膜用量（t）灌溉面積（hm2）和農用機械（kw），各碳源碳排放系數如表1 所示。

表1 碳排放源類型及系數

2.農業碳吸收計算。根據甘肅省農作物生長周期和特征，選取小麥、水稻、玉米、豆類、薯類、花生、油菜籽、烤煙、蔬菜9 種種植類型，在參考田云和張俊飚（2013）[17]、張鵬巖等（2017）[21]碳吸收估算方程基礎上結合構建甘肅省農業碳吸收估算公式，如下：

式（2）中，T 為碳吸收總量，Ti為第i 種農作物碳吸收量，Ci為含碳率，yi為第i 種農作物的經濟產量，Vi為第i 種農作物的含水率，Ri為第i 種農作物的根冠比系數，Hi為第i 種農作物的經濟系數，n 為農作物種類數，本文n=9。各系數具體指標如表2 所示[17]。

表2 不同農作物碳吸收估算系數

（三）數據來源

研究數據包括主要農作物的肥料、翻耕、農膜、灌溉、農用機械等生產投入，作物產量及產值數據主要來源于2008—2017 年《甘肅省統計年鑒》和《甘肅農村年鑒》。其中，農膜和農用機械的數據以當年實際所使用量為基準，化肥的數據以當年施用折純量為基準，翻耕與農業灌溉的數據均以當年實際播種和有效灌溉面積為準。

三、結果與分析

（一）農業碳排放變化及其特征

根據前文所給公式。測算出2008—2017 年甘肅省農業的碳排放量，如表3 所示。結果表明，2008—2017 年，甘肅省農業碳排放總量總體呈現逐年增長趨勢，由2008 年的243.27×104t 增至2017 年的300.17×104t，年平均碳排放量為289.41×104t，年平均復合增長率為2.42%。其中，化肥、翻耕、農膜、灌溉、農用機械的碳排放量分別由2008 年的72.87×104t、120.93×104t、46.98×104t、2.19×104t、0.30×104t 變化為75.67×104t、132.5×104t、89.2×104t、2.44×104t、0.36×104t。這表明隨著化肥、農膜等農業生產投入量的增加以及農業機械化水平提高，農業產量增加的同時，其碳排放量也在不斷增加并呈現出不同程度的增長。甘肅省不同碳源類型的碳排放量以化肥施用和農業翻耕的碳排放占總體的主要地位，化肥、翻耕和農膜所產生的碳排放量顯著大于農業灌溉和農用機械。

由于甘肅省的耕地面積從2008 年的344.9 萬hm2增長至2017 年的356.18 萬hm2，因此分析單位面積的碳排放量，其中，甘肅省主要途徑的碳排放強度總體呈現增加趨勢，2008 年為0.71 t/hm2，2017年為0.85 t/hm2，年平均增長率為2.06%。其中農用翻耕于2016 年增長至132.98×104t，不僅總量大而且增速也較快，由此可得，對于耕地面積較大且較干旱的甘肅省來說，以化肥和翻耕為主導的農用投入的增加是導致碳排放的主要原因。

（二）農業碳吸收變化及其特征

根據2008—2017 年甘肅省主要農作物產量計算出碳吸收總量。由表3 可知，2008 年甘肅省農業碳吸收總量為1 113.82×104t，2017 年甘肅省農業碳吸收總量為1 714.38×104t 年平均碳吸收量為1 475.57×104t，年平均復合增長率為4.61%。小麥、玉米、蔬菜等主要糧食作物年碳吸收量都呈現增長趨勢，年平均增長率依次為0.43%，9.38%，6.48%，由此可得出，玉米的碳吸收量增速最快，從主要農作物的碳吸收比例來看，糧食作物中的小麥、玉米、蔬菜吸收量最高，三者合計占到碳總吸收量的80%以上，從單個作物上來看，玉米的碳吸收比例最高，而占碳吸收比例其次高的是小麥和蔬菜。

在研究期間，甘肅省的耕地面積不斷發生變化，各種農作物的播種面積也隨之改變，因此研究不同種植類型單位面積碳吸收量變化十分必要，其中，甘肅省2008—2017 年不同類型的農作物單位面積碳吸收量總體呈現上升趨勢，其中，玉米單位面積碳吸收量在2013 年相比于2008 年成倍增長，而蔬菜因為由于需求量逐漸增大，單位碳吸收量逐漸增大并趨于平衡。

四、討論

本研究通過對甘肅省近10 年農業碳排放量和碳吸收量的測算，基本掌握甘肅省農業碳源匯現狀及其影響因素，得出甘肅省農業碳排放主要是由以化肥、翻耕為主導的農地投入增加導致，且化肥本身在生產與運輸的過程中需要消耗大量的化石燃料。逐漸使用漫灌、滴灌、噴灌，有效提高利用效率且更新灌溉技術來提升農業生產的機械化水平，今后農業碳減排的重點是應如何控制化肥、翻耕、農膜等生產資料的投入量。

甘肅省作為中國農業最早發展的省份之一，既是農業大省同時也是農業弱省，同樣，農業生產對碳循環的影響有利有弊，它既是碳源，又是碳匯。為了提高農業的可持續發展，加強農田基礎設施的建設，穩定并且提高農作物的單產，進而增加農業碳吸收能力，國內外學者開展了許多關于農田生態系統碳源、碳匯的研究，并提供了相關準確的農業碳排放清單意義重大。王靜等（2010）[22]通過研究得出，在20 世紀末初期增加了大約32%的山西農田碳吸收量，卻在21 世紀末初期有了顯著的總量下降，在這其中，玉米作為碳源能力最強的農作物，年均碳吸收量546.96 萬噸，其次是小麥，年均碳吸收量為299.69 萬噸。

表3 2008—2017 年甘肅省不同農作物的碳吸收產生量

發展低碳農業，對于我國現階段亦或是對任何行業的任何部門，都將是一項長期且必要的任務，它更是我國現代農業發展的方向，充分利用碳匯及碳源功能，通過節能減排、控制物質資源投入的程度等途徑來實現現代農業的低排放、低消耗，同時還能實現農業的經濟效益和生態效益的相結合，改善當前的農業綠色生態環境，并且有效促進甘肅省農業碳減排和低碳農業的可持續發展。

五、結論

通過對2008—2017 年甘肅省農業碳排放與碳吸收的計算和分析，可以得出以下結論：

第一，甘肅省農業碳排放量呈現逐年增長趨勢，由2008 年的243.27×104t 增至2017 年的300.17×104t，年平均碳排放量為289.41×104t，年平均復合增長率為2.42%。

第二，甘肅省農業碳吸收量呈現逐年增長趨勢，變化范圍為1 113.82×104t～1 714.38×104t，年平均碳吸收量為1 475.57×104t，年平均復合增長率為4.61%。

第三，研究期間，化肥和翻耕為主導的農用投入的增加是導致碳排放的主要原因。

第四，碳吸收的主要貢獻來自于玉米、小麥和蔬菜，三者合計占到碳總吸收量的80%以上。