貴州省雷山縣茶葉生產碳排放評價及減排潛力分析

摘要：以雷山縣典型茶產區茶農物質投入產出數據為基礎，借助碳足跡評價方法，估算了茶葉生產的碳排放強度，并據此進行了低碳化發展潛力分析。結果表明，在雷山縣郎德鎮和望豐鄉，農戶經營模式下每667 m2茶葉生產的碳排放總量（以CO2排放當量計）為799.68 kg，其中化學氮肥制造和施用是最主要的碳排放貢獻源；茶農采用化學氮肥減量或有機肥替代投入方案（情景Ⅰ和情景Ⅱ）后，每667 m2茶葉生產的碳排放可分別降低395.45 kg和392.36 kg，具有49.45%和49.06%的碳減排潛力。因此，優化茶園施肥管理，加強茶農綠色生產管理知識宣傳及茶樹種植技術培訓，推廣使用控釋氮肥及硝化抑制劑是促進茶葉生產實現低碳綠色可持續發展的重要措施。

關鍵詞：茶葉生產；碳排放；減排潛力；雷山縣

中圖分類號：S571.1" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：1000－3150（2023）04-48-6

Carbon Emission Evaluation and Reduction Potential Analysis of

Tea Production in Leishan County， Guizhou Province

SUN Kai1，2， LIANG Long1，2*， YU Hao1，2

1. Institute of Rural Revitalization Strategy， Guizhou University of Finance and Economics， Guiyang 550025， China;

2. College of Management Science and Engineering， Guizhou University of Finance and Economics， Guiyang 550025， China

Abstract： Exploring the carbon emission and reduction potential of tea production was important for Guizhou province to promote the local tea industry's economic and ecological benefits. Based on the material input and output data of tea farmers in typical tea producing areas in Leishan County， the carbon emission intensity of tea production was estimated using the carbon footprint assessment method， and a scenario analysis of low-carbon development potential was conducted. The results show that under the farmer's tea production management model， the total carbon emission per 667 m2 tea gardens in Langde Town and Wangfeng Township of Leishan County （in terms of CO2 equivalent） was 799.68 kg， with the production and application of chemical nitrogen fertilizer being the most important contributor. If the farmers accepted the recommended fertilization optimization scheme （Scenario I and Scenario II）， the carbon emissions per 667 m2 tea gardens could be reduced by 395.45 kg and 392.36 kg， respectively， and the carbon emission reduction potential could be 49.45% and 49.06%. Therefore， optimizing fertilization management in tea gardens， strengthening the training of green production management knowledge among tea farmers， and promoting the use of controlled nitrogen release fertilizers and nitrification inhibitors were important measures to promote low-carbon green sustainable development in tea production.

Keywords： tea production， carbon emissions， emission reduction potential， Leishan county

自工業革命以來，全球氣候變暖和溫室氣體排放不斷增加，地表平均溫度相比工業化前已上升1.1 ℃[1]。增加國際合作、積極應對全球氣候變化、減少人為活動產生的溫室氣體排放是各國發展面臨的緊迫議題。中國提出力爭于2030年前二氧化碳排放達到峰值、2060年前實現碳中和的雙重目標。這就要求各地區、各行業必須大幅度削減溫室氣體排放，盡早實現碳達峰和碳中和。

近年來，隨著農業結構調整的深入實施，我國茶樹總種植面積持續增長，茶產業得到迅速發展，在帶動農業農村經濟發展和農民增收方面具有不可替代的優勢。截至2021年底，我國茶園總面積已達326.41萬hm2[2]，茶業在現代農業發展中的占比越來越高，因此摸清區域茶葉生產碳排放量，對于明確農業減排、降碳目標具有重要意義。貴州作為我國產茶大省，近5年來茶園面積和茶葉年產量持續增加，從2015年的茶園面積41.9萬hm2、產量11.8萬t，分別上升到2020年的47.6萬hm2和21.1萬t，確立了貴州正式進入全國茶產業第一方陣的地位。但由于茶樹是典型的多年生葉用植物，對養分元素需求較大，許多茶農為了提高產量而過量施肥，造成了一系列的環境負效應，其中高碳排放問題不容忽視[3]。王峰等[4]通過宏觀統計數據和文獻，估算了全國14個典型茶區茶園氮肥施用和生產運輸產生的溫室氣體排放量，結果表明貴州、云南、湖北和四川的碳排放量較高，具有較大的減排潛力。Liang等[3]運用碳足跡法，對2017年全國16個主要產茶省茶樹種植和茶葉加工過程中產生的溫室氣體進行了量化，結果表明我國茶葉生產的總溫室氣體排放量為28.75億t，高于世界其他產茶國家（地區），其中湖北、云南、貴州、四川和福建約占總溫室氣體排放量的2/3，是未來實施溫室氣體減排戰略行動需要考慮的優先區域。本文基于貴州省雷山縣典型茶產區茶農實際生產過程中的物質投入產出數據，運用碳足跡分析方法，量化評價貴州省雷山縣茶樹種植的碳排放情況，以期進一步探究貴州典型茶葉生產區茶樹種植的低碳綠色管理水平。

1" 材料與方法

1.1" 研究區概況

雷山縣地處貴州省黔東南州西南部（東經107°55′—108°22′、北緯26°02′—26°34′），總面積1 218.5 km2，下轄9個鄉鎮，屬中亞熱帶濕潤季風氣候，平均海拔480～2 178 m，日照充足，雨量豐沛，年平均溫度15.6 ℃，全年日照時數1 225 h，年平均降雨量1 375 mm。土壤資源豐富，養分含量較高，pH值4.5～5.5，土壤含有機質3.47%～7.22%，全氮含量2.02～3.42 g/kg，適宜作物生長和季節性種植。茶業是雷山縣主打的特色農業產業，近年來雷山縣緊緊圍繞打造“貴州茶葉大縣”的目標，大力發展茶樹種植。雷山縣主栽茶樹品種豐富，有龍井43、龍井長葉、福鼎大白茶、白葉1號、雷山銀球茶等。2016年，雷山縣被評為國家重點產茶縣。截至2020年底，雷山全縣茶園面積1.08萬hm2，年產優質茶葉4 000 t，茶農達7.8萬余人，占農業人口的70%。茶產業覆蓋了丹江鎮、郎德鎮、永樂鎮、大塘鎮、西江鎮、望豐鄉、達地水族鄉和方祥鄉8個鄉鎮。

1.2" 數據來源與說明

本研究所用數據來自2020年9—10月課題組成員對貴州省雷山縣郎德鎮、望豐鄉的實地調查。郎德鎮、望豐鄉作為雷山縣的典型茶葉主產區，其茶葉生產情況可基本代表雷山縣茶葉生產的整體水平。本次調查采用實地走訪和面對面訪談的形式，隨機抽取郎德鎮的楊柳村、南猛村和望豐鄉的三角田村、望豐村、青山村內符合研究條件的小農戶生產者，利用統一設計的茶葉生產調查問卷進行數據收集，共調查郎德鎮和望豐鄉內5個村的茶農83戶。調查內容為茶園農作階段1年內單位面積（667 m2）的投入和產出數據，包括勞動力、肥料、農藥、農用機械燃油消耗和鮮葉產出。運用Excel 2010進行數據加權平均（表1）。其中投入項目中尿素N含量為46.6%；復合肥N、P、K含量均為15%；有機肥為農家肥，每千克有機肥堆肥的含N量為0.35%，施用量參考張福鎖等[5]的研究成果；勞動力工作時間參考劉巽浩等[6]計算方法，按勞動力1 d工作12 h計。由于被調查對象在農資投入偏好、茶園種植管理等方面的行為具有一致性，因此本次調查所獲得的數據可基本代表雷山縣區域茶樹種植的平均水平。

1.3" 研究方法

參考徐強[7]、Liang等[3]評估我國茶葉生產碳排放所運用的碳足跡核算方法，估算了雷山縣農戶茶葉生產管理過程中產生的實際碳排放（以CO2排放當量計），具體計算公式如下。

Einput" = ∑（Gi ×βi） …………………………（1）

Egarden" = D×βd +L×βl" "…………………………（2）

Esoil" =（N2Odirect+N2Oindirect）×1.57×298" ……（3）

N2Odirect = Nt×1.4%" "…………………………（4）

N2Oindirect=1%×Nt×11.4%+2.5%×Nt×4.34% …（5）

Etotal" = Einput+Egarden+Esoil" "………………………（6）

上式中，Einput為茶園種植系統上游農資環節有機肥堆肥、化肥和農藥制造產生的間接碳排放，n表示生產過程中化肥、農藥等的投入項數；Gi表示第i種投入要素；βi表示第i種投入要素的相關碳排放系數（表2）；Egarden為茶園生產管理過程中農用柴油消耗及勞動力農事操作產生的田間直接碳排放，D和L分別是柴油燃燒量和勞動力活動強度，βd 和βl 分別為柴油和勞動力碳排放系數（表2）；Esoil表示茶園農作生產環節氮肥（折合純氮）施用引起的溫室氣體排放，包括土壤硝化和反硝化產生的直接N2O排放（N2Odirect），按茶園施入純氮量的1.4%計[3]，以及NH3揮發和根際區域的NO3－淋失產生的間接N2O排放（N2Oindirect），分別按氮肥輸入量的11.14%和4.34%計[7]；Nt為氮肥折合純氮施用量，1%和2.5%分別為茶樹生長過程中氮肥施用每揮發1 kg NH3和流失1 kg NO3－對N2O的間接排放因子[8]；1.57是N對N2O的分子轉化系數，298是在100年尺度上1 kg N2O的等量CO2全球潛在增溫趨勢[9]；Etotal表示茶樹種植上游農資生產環節和農作環節產生的總碳排放量。

2" 結果與分析

2.1" 雷山縣茶葉生產碳排放情況

如圖1所示，在茶葉生產過程中每667 m2的總碳排放量為799.68 kg。從碳排放來源構成看，茶園實際氮肥施入量與環境效益表現高度相關，是茶葉生產最主要的碳排放貢獻源，包括種植系統上游農資生產階段化肥制造和有機肥堆肥產生的碳排放，合計為378.32 kg，以及茶園農作生產階段肥料施用后土壤直接產生的N2O排放，折算為CO2當量后每667 m2的碳排放量為347.37 kg。整體上，與肥料施用相關的碳排放量約占茶葉生產總碳排放的91%，而其他農用生產資料投入（農藥、勞動力、柴油）的碳排放占比較小，分別是6.08%、1.24%、1.94%（圖2）。

這說明，在當地以農戶為代表的茶葉生產模式存在化學氮肥施用比例過高和茶園碳足跡較大的問題。

一般而言，每667 m2茶園氮肥（純氮）施用量維持在20～30 kg基本能夠滿足茶樹生長所需要的氮，并可實現茶葉穩產或略有增產[13]。但是在雷山縣，每667 m2茶樹種植僅化學氮肥投入量已達到44.78 kg，明顯超過我國茶園平均20 kg的推薦施氮標準[14]，茶農經營模式下的高氮肥投入習慣，嚴重不符合茶樹生長的養分需求規律，導致茶園養分利用效率較低，存在一定的節肥減排潛力。另一方面，在茶園肥料投入結構中，有機氮施用比例不足，每667 m2投入僅為0.98 kg，占總氮肥投入的2%，這一施肥方式極易導致茶樹對無機氮產生依賴。因此，面對雷山縣茶樹種植散戶存在的高化學氮肥投入、高碳排放和低有機肥普及率的“兩高一低”問題，亟需參照科學的茶園養分綜合管理技術，優化茶農在茶葉生產過程中的氮肥施用量及施用結構，以降低茶樹種植產生的碳排放。

2.2" 基于茶園標準推薦施氮量的減排潛力分析

針對雷山縣茶農生產過程中，化學氮肥過量投入導致的茶園高碳排放和低資源利用效率問題，參考王峰等[4]、倪康等[14]的研究結論，采用情景模擬分析方法，設計化學氮肥減量投入和有機氮替代20%化學氮肥的2種茶園施氮優化情景。即假設單位面積（667 m2）其他生產要素投入量保持不變，按照推薦平均施氮標準模擬將化學氮肥投入直接減少至19.02 kg（情景Ⅰ），以及在化學氮肥減施至19.02 kg的基礎上，利用有機氮替代20%的化學氮肥，每667 m2茶園增加有機肥投入至1 366.86 kg，每667 m2茶園減少化學氮肥投入至15.22 kg（情景Ⅱ），明確茶園不同施氮優化方案下茶農的碳減排潛力及碳排放變化情況。

通過對比2種不同施氮優化情景下茶葉生產碳排放模擬值與實際值發現（表3），相比傳統習慣施肥模式，情景Ⅰ、情景Ⅱ預計每667 m2茶園可分別降低49.45%、49.06%的碳排放，相應的減排潛力分別是395.45 kg、392.36 kg。說明按照茶園推薦施肥模式中的氮肥控施原則，減少化學氮肥施用量、優化氮素投入結構均能明顯降低茶葉生產中因過量施肥引發的環境負面效應，提高茶園低碳綠色可持續生產水平。

3" 小結與討論

3.1" 結論

本研究以貴州省雷山縣郎德鎮和望豐鄉典型茶產區83戶茶農物質投入產出調研數據為基礎，量化評價農戶微觀層面茶葉生產的碳排放情況及節肥減排潛力，得出以下結論：（1）典型茶產區農戶經營模式下，每667 m2茶園的碳排放總量為799.68 kg，化學氮肥制造和投入是整個茶葉生產過程中最主要的碳排放貢獻源，占總碳排放量的90%以上；（2）茶園存在氮肥過量施用的問題，每667 m2茶園平均施用量達到45.76 kg，其中化學氮肥投入為44.78 kg，有機肥折純氮投入僅為0.98 kg，化學氮肥投入過高且施肥結構不合理，需對茶農當前的過量施肥方式和施肥結構進行優化；（3）在假設其他條件不變的情況下，按照茶園每667 m2不超過20 kg的推薦施氮標準，對茶農施氮量和施氮結構進行情景模擬，當每667 m2茶園的化學氮肥減施至19.02 kg時，茶園可直接減少395.45 kg的碳排放；當在化學氮肥減施的基礎上用有機氮替代20%的化學氮肥，則可減少392.36 kg的碳排放。因此，按照科學的茶園生產管理方式減少化學氮肥投入和優化施氮結構，能夠提高茶樹氮肥利用效率，避免化肥資源浪費，降低茶葉生產碳排放。

3.2" 雷山茶葉生產的低碳綠色發展建議

碳排放核算作為監測農業部門碳排放量、提高農業生產減排潛力、預測碳達峰及碳中和時間節點等的基礎性工作，對科學合理地制定農業低碳綠色生產方案具有指導性意義[15]。碳足跡作為生命周期環境影響評價框架下關于溫室氣體排放核算的簡化方法，現已被廣泛應用于水稻[16]、玉米[17]、小麥[17]、蔬菜[18]、馬鈴薯[19]等農田作物生產的碳排放清算。

當前從碳排放的角度評價我國茶葉生產環境影響的研究十分有限，且由于不同系統邊界選取的差異，導致本研究結果與以往研究進行比較具有一定的難度，因此為了更直觀、準確地了解雷山縣典型茶產區農戶經營模式下茶葉生產的碳排放水平，本研究選擇邊界較為接近的相關文獻進行對比，發現雷山茶葉生產的碳排放強度（每667 m2茶園碳排放量為799.68 kg）明顯高于徐強[7]對浙江省不同縣（市）茶農生產碳排放估算所報道的平均水平（570.13 kg），同時也遠高于貴陽市花溪區久安鄉坡地茶葉生產的碳排放量（303.49 kg）[20]。

此外，與全國主要糧食作物生產相比，雷山茶葉生產的單位面積碳排放分別是水稻的2.07倍、玉米的2.93倍、小麥的3倍，是集約化典型露地蔬菜作物（西紅柿、黃瓜、茄子、大白菜、蘿卜）平均碳排放的2.13倍。根據雷山縣茶葉鮮葉產量（每667 m2產鮮葉186 kg）可得出當地茶農生產1 kg鮮葉的碳足跡為4.3 kg，低于Chen等[1]所報道的全國平均水平（4.6 kg），以及浙江省以大宗茶生產為主的衢州市（5.7 kg）[6]，但明顯高于貴陽市久安鄉（0.76 kg）[20]。這主要是由于不同地區氣候條件、茶樹品種、茶葉類型、土壤特性和栽種方式等存在差異，導致茶葉產量有較大差別。但總體上，雷山茶樹種植仍具有較大的碳減排潛力，因此從長遠來看，引導當地農戶轉變傳統的施肥方式和習慣，對提高茶葉品質和實現茶園環境友好型生產具有重要意義。

3.2.1" 優化茶園施肥管理

在茶樹栽培管理過程中，合理的施肥結構和施肥量對提高茶樹生產力，降低茶園碳排放具有重要作用。因此，需建議并鼓勵茶農減少化學氮肥投入轉而選擇商品有機肥或農家肥，以此實現茶園施肥的減量和施肥結構的優化。此外，倡導茶農采用開溝施肥的方式配合施用有機肥，并按照“多次少量”的施肥原則持續為茶園土壤補充有機質。一方面能夠改善茶園生產條件，緩解山地土壤有機質匱乏的問題；另一方面可提升茶園土壤固碳能力，抵扣茶園產生的部分碳排放。

3.2.2" 加強綠色生產管理知識宣傳及茶樹種植技術培訓

茶農是茶園的一線生產管理者，茶農的茶園生產管理方式和技術水平是影響茶園生態系統能否實現低碳綠色可持續發展的重要因素，因此對茶農進行綠色生產認知宣傳與技能培訓顯得尤為必要。一是定期開展針對性宣傳、講座，設立茶葉技術推廣與服務公眾號，推廣茶園科學施肥視頻供茶農隨時隨地觀看學習，讓茶農理解茶園綠色管理知識和理念，轉變傳統的以高碳投入換取高產出的生產觀念；二是選派茶業人才、專家深入田間地頭對茶農進行技術指導，實施茶園測土配方施肥；三是選擇具有標志性地理位置的產茶村，建立茶葉生產標準化、綠色化、清潔化的技術示范基地，號召附近村莊的茶農到基地內觀摩、學習、實操，從而讓掌握了基地茶葉綠色生產管理技術的茶農，將技術推廣到其他的茶樹種植區。

3.2.3" 推廣使用各種新型肥料和硝化抑制劑

在茶園農作階段，施肥引起的土壤N2O排放是造成茶葉生產單位面積碳足跡較高的重要原因。要降低雷山縣郎德鎮和望豐鄉茶農生產整體的碳排放強度。一方面，當地政府應積極向農戶推廣對環境影響較小的控釋氮肥替代常規氮肥，因為大量速溶型的化學氮肥施用極易引起茶園氮盈余，并通過淋失和揮發的方式釋放到大氣中導致溫室氣體排放增加，而控釋氮肥能夠降低茶園氮素的釋放速率，進一步提高茶樹對氮肥的有效利用率，減少硝酸鹽淋溶和氨揮發間接引起的N2O排放；另一方面，還應引導茶農在施用化學氮肥的同時配合使用硝化抑制劑，以降低土壤微生物活性，減少土壤通過硝化和反硝化反應產生的N2O的排放。

參考文獻

[1] CHEN X H， MA C C， ZHOU H M， et al. Identifying the main crops and key factors determining the carbon footprint of crop production in China， 2001—2018[J/OL]. Resources， Conservation amp; Recycling， 2021， 172： 105661. https：//www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921344921002706？via%3Dihub.

[2] 梅宇， 梁曉. 2021年中國茶葉生產與內銷形勢分析[J]. 中國茶葉， 2022， 44（4）： 17-22.

[3] LIANG L， RIDOUTT B G， WANG L Y， et al. China's tea industry： Net greenhouse gas emissions and mitigation potential[J]. Agriculture， 2021， 11（4）： 363-381.

[4] 王峰， 陳玉真， 吳志丹， 等. 我國典型茶區化學氮肥施用與生產運輸過程的溫室氣體排放量估算[J]. 茶葉科學， 2020， 40（2）： 205-214.

[5] 張福鎖， 陳新平， 陳清. 中國主要作物施肥指南[M]. 北京： 中國農業大學出版社， 2009.

[6] 劉巽浩， 徐文修， 李增嘉， 等. 農田生態系統碳足跡法：誤區、改進與應用——兼析中國集約農作碳效率[J]. 中國農業資源與區劃， 2013， 34（6）： 1-11.

[7] 徐強. 浙江省綠茶生產的環境影響與減排潛力研究[D]. 北京： 中國農業大學， 2020.

[8] 梁龍. 基于LCA的循環農業環境影響評價方法探討與實證研究[D]. 北京： 中國農業大學， 2009.

[9] OTTMAR E， RAMON P-M， YOUBA S， et al. Climate change 2014 mitigation of climate change. Working group III contribution to the fifth assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change[M]. New York： Cambridge University Press， 2014.

[10] 陳舜， 逯非， 王效科. 中國氮磷鉀肥制造溫室氣體排放系數的估算[J]. 生態學報， 2015， 35（19）： 6371-6383.

[11] 李建政. 農田生態系統溫室氣體減排技術評價及實證分析[D]. 北京： 中國農業科學院， 2015.

[12] 嚴圣吉， 鄧艾興， 尚子吟， 等. 我國作物生產碳排放特征及助力碳中和的減排固碳途徑[J]. 作物學報， 2022， 48（4）： 930-941.

[13] 伊曉云， 馬立鋒， 石元值， 等. 茶葉專用肥減肥增產增收效果研究[J]. 中國茶葉， 2017， 39（4）： 26-27.

[14] 倪康， 廖萬有， 伊曉云， 等. 我國茶園施肥現狀與減施潛力分析[J]. 植物營養與肥料學報， 2019， 25（3）： 421-432.

[15] 葉興慶， 程郁， 張玉梅， 等. 我國農業活動溫室氣體減排的情景模擬、主要路徑及政策措施[J]. 農業經濟問題， 2022（2）： 4-16.

[16] 王興， 趙鑫， 王鈺喬， 等. 中國水稻生產的碳足跡分析[J]. 資源科學， 2017， 39（4）： 713-722.

[17] 王鈺喬， 濮超， 趙鑫， 等. 中國小麥、玉米碳足跡歷史動態及未來趨勢[J]. 資源科學， 2018， 40（9）： 1800-1811.

[18] 張芬， 程泰鴻， 陳新平， 等.我國典型露地蔬菜生產中的溫室氣體排放[J]. 環境科學， 2020， 41（7）： 3410-3417.

[19] 于臺澤， 賈良良， 牛麗娟， 等. 馬鈴薯輪作的生態和經濟效益——案例分析[J]. 中國馬鈴薯， 2020， 34（6）： 337-349.

[20] 梁龍， 潘加芹， 李仲佰， 等. 玉米改種茶葉經濟和碳足跡變化研究——以貴州省花溪區久安鄉為例[J]. 安徽農業科學， 2022， 50（19）： 208-211， 229.