基于碳排放核算的農(nóng)業(yè)主導(dǎo)型鄉(xiāng)村“零碳”建設(shè)策略淺析
——以紅畈村為例

李善風(fēng)，張 爽，張 瑩，黃 輝，瞿子涵，崔晚晴，殷 媛，王佩佩

（1.國網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077；2.湖北方源東力電力科學(xué)研究有限公司，湖北 武漢 430077）

0 引言

零碳鄉(xiāng)村是指在鄉(xiāng)村范圍內(nèi)通過實(shí)施農(nóng)業(yè)低碳循環(huán)、可再生能源發(fā)展、植樹造林等減排措施對鄉(xiāng)村產(chǎn)生的溫室氣體排放量進(jìn)行抵消，最終使鄉(xiāng)村實(shí)現(xiàn)碳中和［1］。碳中和一詞最早是在1997 年由英國倫敦碳中和公司提出，2018 年IPCC 發(fā)布《全球溫升1.5 ℃特別報(bào)告》將碳中和概念進(jìn)一步明確，碳中和即凈零排放，主要是指一段時間內(nèi)核算邊界產(chǎn)生的溫室氣體排放未造成大氣中的溫室氣體產(chǎn)生凈增量［2］。

為了實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村零碳發(fā)展，國內(nèi)外眾多學(xué)者進(jìn)行了廣泛研究。曹明霞等人以江蘇省為例，研究發(fā)現(xiàn)能源消費(fèi)是鄉(xiāng)村碳排放主要來源之一［3］。商穎認(rèn)為鄉(xiāng)村背負(fù)著“碳達(dá)峰，碳中和”目標(biāo)和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略兩大歷史責(zé)任，能源轉(zhuǎn)型是當(dāng)下重中之重［4］。楊旭東調(diào)查發(fā)現(xiàn)我國農(nóng)村能源消費(fèi)以散煤和生物質(zhì)直接燃燒為主，亟需建立低碳清潔能源體系［5］。葉紅等人認(rèn)為鄉(xiāng)村碳排放逐年增長，應(yīng)從鄉(xiāng)村能源消費(fèi)方面探索鄉(xiāng)村低碳發(fā)展新模式［6］。

現(xiàn)有研究主要集中在鄉(xiāng)村能源消費(fèi)方面，尚未結(jié)合鄉(xiāng)村碳排放特征，提出系統(tǒng)性碳排放核算方法和減排策略。因此，本文以零碳鄉(xiāng)村建設(shè)入手，選取零碳鄉(xiāng)村建設(shè)試點(diǎn)孝感市大悟縣紅畈村，對紅畈村碳排放和碳減排現(xiàn)狀進(jìn)行核算分析，并提出相應(yīng)的碳減排對策。

1 鄉(xiāng)村碳排放核算方法

1.1 鄉(xiāng)村碳排放核算框架

鄉(xiāng)村碳排放核算可以衡量鄉(xiāng)村實(shí)現(xiàn)碳中和的程度，當(dāng)鄉(xiāng)村核算邊界中碳排放量小于碳減排量時，表示節(jié)能減排措施產(chǎn)生的減排量足以替代鄉(xiāng)村產(chǎn)生的碳排放量，標(biāo)志著實(shí)現(xiàn)零碳鄉(xiāng)村。因此，鄉(xiāng)村碳排放量和碳減排量的計(jì)算結(jié)果可以直接反應(yīng)零碳鄉(xiāng)村建設(shè)進(jìn)程。本文基于碳排放核算理論，從碳排放和碳減排兩個維度構(gòu)建了鄉(xiāng)村碳排放核算框架，核算框架如圖1所示。

圖1 鄉(xiāng)村碳排放核算框架Fig.1 Rural carbon emission accounting framework

1.2 核算邊界確定

在碳排放側(cè)，農(nóng)業(yè)主導(dǎo)型鄉(xiāng)村生產(chǎn)活動以農(nóng)田種植、畜禽養(yǎng)殖為主，產(chǎn)生的碳排放分為四個方面：一是農(nóng)作物種植生長發(fā)育過程中產(chǎn)生甲烷排放，其中水稻是主要排放源；二是農(nóng)作物種植過程使用化肥、農(nóng)藥等產(chǎn)生的氧化亞氮排放；三是畜禽養(yǎng)殖過程中，尤其是反芻動物腸道發(fā)酵產(chǎn)生的甲烷排放；四是畜禽養(yǎng)殖過程中糞便被細(xì)菌分解產(chǎn)生甲烷和氧化亞氮排放。在鄉(xiāng)村生活方面，村民炊事、取暖、交通使用煤炭、薪柴、汽油等能源燃料產(chǎn)生直接碳排放，家用、辦公、農(nóng)用等電器產(chǎn)品使用的外購電力造成間接碳排放。因此，本文識別出的碳排放源為農(nóng)業(yè)活動、燃料消耗和使用電力三類，由于村民生活消費(fèi)的其他服務(wù)，如購買的日常用品、生活垃圾處理等屬于其他間接碳排放，不在本文考慮范圍內(nèi)。

在碳減排側(cè)，鄉(xiāng)村實(shí)施植被撫育、可再生能源利用等減排措施來促進(jìn)鄉(xiāng)村零碳發(fā)展，本文通過獲取鄉(xiāng)村林業(yè)碳匯、可再生能源利用等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村碳減排量核算。

1.3 鄉(xiāng)村碳排放核算

鄉(xiāng)村碳排放核算采取排放因子法，排放因子參考《省級溫室氣體清單編制指南（試行）》以及相關(guān)文獻(xiàn)研究［7-9］來進(jìn)行核算。溫室氣體全球變暖潛勢值甲烷取25，氧化亞氮取298。

1）農(nóng)業(yè)活動碳排放

農(nóng)田種植水稻后，土壤中有機(jī)物在水淹條件下產(chǎn)生甲烷排向大氣。隨著農(nóng)田化肥、糞肥等施用，農(nóng)用地輸入氮極易產(chǎn)生氧化亞氮排放。在養(yǎng)殖畜禽過程中，畜禽消化道內(nèi)的飼料被微生物發(fā)酵產(chǎn)生甲烷排放，排泄的糞便被細(xì)菌分解產(chǎn)生甲烷和氧化亞氮。故鄉(xiāng)村農(nóng)業(yè)活動溫室氣體排放主要為稻田排放、農(nóng)用地當(dāng)季氮輸入引起的排放、動物腸道發(fā)酵排放和動物糞便管理排放，碳排放量計(jì)算公式如式（1）所示。

式（1）中，E農(nóng)業(yè)為農(nóng)業(yè)活動產(chǎn)生的碳排放量，ADi為農(nóng)業(yè)活動中第i種排放源活動數(shù)據(jù)，EFi為第i種排放源對應(yīng)的排放因子。

2）燃料消耗碳排放

燃料燃燒產(chǎn)生的溫室氣體排放主要為日常生活炊事、取暖以及私家車、農(nóng)用車等消耗燃料產(chǎn)生的CO2排放，碳排放量計(jì)算公式如式（2）所示。

式（2）中，E燃料為燃料消耗產(chǎn)生的碳排放量，ADj為第j種燃料使用量，EFj為第j種燃料對應(yīng)的排放因子。

3）外購電力使用排放

外購電力使用排放是指照明、制冷等電器產(chǎn)品使用電力引起的間接碳排放，碳排放量計(jì)算公式如式（3）所示。

式（3）中，E用電為外購電力使用產(chǎn)生的碳排放量，AD用電為使用電量（不含自發(fā)自用電量），EF電網(wǎng)為電網(wǎng)排放因子。

1.4 鄉(xiāng)村碳減排核算

1）林地吸收碳減排

林地作為鄉(xiāng)村主要碳匯，通過森林植被光合作用吸收大氣中的CO2。林地吸收CO2減排量計(jì)算公式如式（4）所示。

式（4）中，ER林地為林地減排量，AD林地為林地減排項(xiàng)目活動數(shù)據(jù)，EF林地為林地碳減排因子。

2）可再生能源利用碳減排

鄉(xiāng)村可再生能源豐富，以太陽能、風(fēng)能和生物質(zhì)能為主，受地域和季節(jié)等因素影響小，是鄉(xiāng)村碳減排的主要途徑。可再生能源利用減排量計(jì)算公式如式（5）所示。

ER可再生能源=AD可再生能源×EF可再在能源（5）式（5）中，ER可再生能源為可再生能源利用減排量，EG可再生能源為可再生能源減排項(xiàng)目活動數(shù)據(jù)，EF可再在能源為可再生能源減排因子。

2 碳排放特征分析——以紅畈村為例

2.1 紅畈村基本概況

選取位于湖北省孝感市大悟縣新城鎮(zhèn)北部的紅畈村作為研究對象，紅畈村緊臨G346 距鎮(zhèn)區(qū)9 km、孝感北站15 km、縣城區(qū)24 km，地處大悟縣中部，現(xiàn)有電源為10 kV 新府線，與10 kV 河店線單聯(lián)絡(luò)，耕地面積1 600.5 畝（其中水田997.5 畝，旱地603 畝），山場林地3 500畝。

2.2 調(diào)查方法及數(shù)據(jù)來源

本文采取問卷調(diào)查獲取碳排放活動數(shù)據(jù)，問卷內(nèi)容涉及家庭基本情況、農(nóng)作物種植及化肥使用量、畜禽養(yǎng)殖情況、燃料消耗情況和外購電力使用共五方面。針對金嶺小學(xué)、村委會辦公樓、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園、光伏電站等典型園區(qū)樓宇，采取實(shí)地調(diào)研方式獲取燃料燃燒、用電量、屋頂光伏面積、光伏年發(fā)電量等數(shù)據(jù)。對于尹千紅豬場、雷道義養(yǎng)牛廠等規(guī)模化飼養(yǎng)場所，實(shí)地調(diào)研掌握飼養(yǎng)動物品種、動物數(shù)量、糞便處理方式等情況，用于對紅畈村碳排放情況進(jìn)一步核算與分析。

2.3 碳排放情況

根據(jù)問卷調(diào)查和數(shù)據(jù)處理結(jié)果得到了紅畈村碳排放情況。在碳排放方面，紅畈村2021年度 CO2排放量共計(jì)1 018.39 t。其中：農(nóng)業(yè)活動產(chǎn)生CO2539.51 t，占比52.98%；燃料消耗產(chǎn)生CO2117.42 t，占比11.53%；外購電力使用產(chǎn)生CO2361.46 t，占比35.49%。

1）農(nóng)業(yè)活動碳排放

在農(nóng)田種植方面，紅畈村耕地大面積為水田，種植的農(nóng)作物基本為水稻，農(nóng)田施肥有化肥、糞肥和秸稈還田，農(nóng)戶目前以施用糞肥和化肥為主。在畜禽養(yǎng)殖方面，紅畈村既有農(nóng)戶散養(yǎng)還有規(guī)模化養(yǎng)殖，動物數(shù)量較多。經(jīng)計(jì)算，紅畈村2021 年度農(nóng)業(yè)活動過程產(chǎn)生的CO2共計(jì)539.51 t。其中：稻田種植產(chǎn)生的CO2為164.03 t，占比30.41%；農(nóng)用地氧化亞氮排放過程產(chǎn)生的CO2為86.87 t，占比16.10%；動物腸道發(fā)酵過程產(chǎn)生的CO2為115.63噸，占比21.43%；動物糞便管理過程產(chǎn)生的CO2為172.98 t，占比32.06%。農(nóng)業(yè)活動具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 農(nóng)業(yè)活動碳排放數(shù)據(jù)Table1 Carbon emission data of agricultural activities

2）燃料消耗碳排放

在炊事方面，村民大多使用的是傳統(tǒng)爐灶，薪柴依然是村民主要生活能源，隨著戶用傳統(tǒng)爐灶升級改造，部分村民已經(jīng)使用液化石油氣等化石燃料來替代薪柴。在交通方面，村里移動源主要有村民私家車和農(nóng)業(yè)機(jī)械車兩種，私家車6臺，農(nóng)業(yè)機(jī)械車1臺。經(jīng)計(jì)算，紅畈村2021 年度燃料消耗產(chǎn)生CO2共計(jì)117.42 t。其中：消耗液化石油氣產(chǎn)生的CO22.79 t，占比2.38%；消耗薪柴產(chǎn)生的CO296.44 t，占比82.13%；消耗汽油產(chǎn)生的CO210.26 t，占比8.74%；消耗柴油產(chǎn)生的CO27.93 t，占比6.75%。燃料消耗具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 燃料消耗碳排放數(shù)據(jù)Table 2 Carbon emission data of fuel consumption

3）外購電力使用排放

紅畈村外購電力使用主要集中在紅畈村村民日常生活、金嶺小學(xué)、村委會辦公樓、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園、農(nóng)業(yè)灌溉等場所用電，用電設(shè)備類型包括電腦、電視、空調(diào)、冰箱、電動車、照明、打印機(jī)、電炊具、水泵等。隨著村里電氣化改造完成，金嶺小學(xué)目前已實(shí)現(xiàn)校園全面電氣化，村里使用電磁爐、電飯煲等電器炊具的家庭也越來越多。通過調(diào)查，2021年紅畈村外購電力使用電量累計(jì)687.58 MW 時，因外購電產(chǎn)生的間接CO2排放共計(jì)361.46 t。

2.4 碳減排情況

紅畈村四面環(huán)山、樹木覆蓋密度大，已有山場林地3 500畝，2021年林地吸收CO2量310.33 t。

紅畈村位于湖北東北部，光照比較充分，太陽能資源相對豐富，2021 年村里已建設(shè)投運(yùn)100 kW 光伏電站、81 kW屋頂光伏、以及金嶺小學(xué)100 kW屋頂光伏，光伏發(fā)電凈上網(wǎng)電量為229.442 MW 時，折合減排164.14 t CO2當(dāng)量。

在碳減排方面，紅畈村2021年度 CO2減排量共計(jì)474.47 t，其中林地吸收CO2量310.33 t，占比65.41%；可再生能源利用項(xiàng)目碳減排量164.14 t，占比34.59%。

3 零碳鄉(xiāng)村建設(shè)策略分析

紅畈村2021年度 CO2總排放量為1 018.39 t，減排項(xiàng)目CO2減排量為474.47 t，凈CO2排放量為543.92 t，碳排放情況見圖2。

圖2 2021年度紅畈村碳排放情況Fig.2 Carbon emissions in Hongfan Village in 2021

通過紅畈村碳排放核算結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)影響鄉(xiāng)村碳排放量的主要因素是農(nóng)業(yè)活動、燃料消耗和外購電力，其中，農(nóng)業(yè)活動和外購電力占比超過85%，對碳排放量影響顯著。根據(jù)分析得出鄉(xiāng)村碳排放的主要影響因素，本文提出如下減排策略。

1）加強(qiáng)畜禽廢棄物利用

在紅畈村農(nóng)業(yè)活動中，畜禽腸道發(fā)酵碳排放占比21.43%，糞便管理碳排放占比32.06%，畜禽養(yǎng)殖碳排放總計(jì)占比53.49%，畜禽養(yǎng)殖已經(jīng)成為紅畈村農(nóng)業(yè)活動中的第一大碳排放源。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，鄉(xiāng)村養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模正在逐步擴(kuò)大，畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的廢氣和糞便如不加以利用，不僅污染環(huán)境還會增加碳排放。為加快零碳鄉(xiāng)村建設(shè)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)化養(yǎng)殖管理，推廣養(yǎng)殖新技術(shù)新理念，調(diào)整養(yǎng)殖畜禽的飲食結(jié)構(gòu)。推進(jìn)養(yǎng)殖場生態(tài)化改造，建設(shè)配套的廢棄物處理裝置，利用糞污發(fā)酵形成沼氣清潔能源、利用堆肥發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)肥料。運(yùn)用生物處理技術(shù)、碳捕集技術(shù)吸收處理畜禽廢氣，提高畜禽污染廢棄物資源化利用水平。

2）推廣種植業(yè)低碳生產(chǎn)

在紅畈村農(nóng)業(yè)活動中，稻田甲烷產(chǎn)生碳排放占比30.41%，農(nóng)用地氧化亞氮產(chǎn)生碳排放占比16.10%，農(nóng)田種植總計(jì)占比46.51%。紅畈村農(nóng)田種植以農(nóng)戶分散化經(jīng)營為主，種植方式較為粗放，種植作物單一，農(nóng)戶對農(nóng)業(yè)低碳技術(shù)認(rèn)知薄弱導(dǎo)致使用化肥、農(nóng)藥量大，造成農(nóng)田種植產(chǎn)生碳排放量多。在實(shí)現(xiàn)零碳鄉(xiāng)村的過程中，應(yīng)當(dāng)大力推廣種植業(yè)低碳生產(chǎn)，加強(qiáng)農(nóng)田水肥管理，持續(xù)推行化肥減量深施、稻田減耕少耕、有機(jī)肥替代、間歇灌溉等保護(hù)性措施。完善秸稈收儲體系，因地制宜推進(jìn)秸稈綜合利用，提升秸稈綜合利用水平。運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)、廣播、宣講等多媒體手段向農(nóng)戶普及低碳種植的科學(xué)知識，提供技術(shù)支撐和專業(yè)指導(dǎo)，鼓勵種植大戶開展農(nóng)業(yè)低碳生產(chǎn)試點(diǎn)，引導(dǎo)農(nóng)民發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)。

3）大力發(fā)展可再生能源

在紅畈村碳排放中，外購電力使用碳排放占比35.49%，是紅畈村主要碳排放源之一。外購電力碳排放占比大主要在于紅畈村現(xiàn)階段新能源開發(fā)少，使用比例低。鄉(xiāng)村作為可再生能源發(fā)展的主要陣地，應(yīng)大力推進(jìn)鄉(xiāng)村可再生能源開發(fā)利用，因地制宜推廣應(yīng)用太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等多元用能方式。目前，紅畈村依托風(fēng)能和太陽能資源優(yōu)勢，建設(shè)3臺總裝機(jī)15 kW的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和裝機(jī)容量1 MW 的荒坡光伏，將進(jìn)一步增加鄉(xiāng)村清潔能源供應(yīng)比例，推動鄉(xiāng)村炊事取暖、電力使用等方面的可再生能源替代。

4）倡導(dǎo)綠色低碳出行

隨著鄉(xiāng)村生活水平的提高和交通情況的改善，柴油車、汽油車等交通工具在農(nóng)村逐漸普及，在紅畈村燃料燃燒中，交通產(chǎn)生碳排放占比15.49%，鄉(xiāng)村交通碳排放正在與日俱增。為加快零碳鄉(xiāng)村建設(shè)，應(yīng)大力推廣和實(shí)行綠色交通，開發(fā)清潔能源為動力的交通工具，減少高碳排放交通工具的使用，短距離的出行鼓勵采用自行車或者步行，以降低農(nóng)村交通系統(tǒng)的碳排放。紅畈村目前已建設(shè)一座“風(fēng)、光、儲、充一體化”新能源汽車充電站，能夠供應(yīng)3 臺60 kW 直流充電樁和3 臺7 kW交流充電樁，并可儲存200 kW時電力，將進(jìn)一步降低交通碳排放，助力實(shí)現(xiàn)農(nóng)村交通系統(tǒng)低碳化發(fā)展。

4 結(jié)語

本文基于農(nóng)業(yè)主導(dǎo)型鄉(xiāng)村的活動特點(diǎn)，提出鄉(xiāng)村碳排放核算框架和核算方法。選取零碳鄉(xiāng)村建設(shè)試點(diǎn)孝感市大悟縣紅畈村為典型案例，通過對紅畈村進(jìn)行碳排放基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)研，核算出紅畈村2021年度碳排放量和碳減排量，分析影響鄉(xiāng)村碳排放的主要因素和減排關(guān)鍵點(diǎn)，提出了加強(qiáng)畜禽廢棄物利用、推廣種植業(yè)低碳生產(chǎn)、大力發(fā)展可再生能源和倡導(dǎo)綠色低碳出行的鄉(xiāng)村減排策略。