甘肅省旱作農業區縣域農業碳排放測度及優化路徑探析

景仰

摘 要 為理清甘肅省旱作農業區34個縣域單元的農業碳排放現狀，分析成因及排放結構并結合實際尋找優化路徑，運用排放系數法測算2011—2021年旱作農業區各地區的碳排放總量，并結合ArcGIS進行空間比較。結果顯示，研究區整體農業碳排放量呈上升趨勢，指數為正，在2015—2016年出現明顯拐點，由上升轉變為下降，但在研究期末出現了不同程度的回升，表明甘肅省中部旱作農業區農業碳排放還未達到峰值。結合分析結果，提出相關優化路徑，包括深化全膜雙壟溝播技術、提升農業用水效率、堅持農業生態化的發展道路。

關鍵詞 旱作農業；農業碳排放；優化路徑；甘肅省

中圖分類號：X592 文獻標志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.20.016

農業作為國家發展的基本盤，是國家安全的重要守護者，起到農產品供給、糧食安全、就業“蓄水池”、水源涵養、水土保持等重要作用，是農耕文化的重要傳承者。二十世紀七八十年代以來，我國的重心逐漸轉移到經濟建設上來，但隨著現代化水平的持續助推，機械、化肥、農藥、薄膜等農業生產資料的運用造成的污染，使農業可持續逐漸受到威脅。2020年，在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上，我國首次提出碳達峰和碳中和目標。目前，我國減排降碳工作已從工業延伸到農業及各個領域。

甘肅省位于我國西北內陸，是我國的糧食產銷平衡區，根據《甘肅省國土空間規劃（2021—2035年）》，省內現已形成“三帶五區多基地”的農業產業布局和“四屏一廊、兩主三輔”的生態保護格局。在不斷發展的過程中，一些生態問題也不斷顯現，如“五區”之一的隴中黃土高原旱作農業區，存在農業碳排放較高導致農業生態效率較低的問題；同屬“五區”的黃土高原由于其特殊的自然條件，農業發展本身受到多種限制因素的影響，顯著特征是缺乏水資源、降水稀少，除常規機械外還需增設灌溉機械和增加對農膜的使用，這無疑是增加了“大氣壓力”和“白色污染”。本文將梳理甘肅省旱作農業區34個縣域單元的農業碳排放現狀，對產出伴隨的污染進行嘗試性測度與問題分析，總結成因及排放結構并結合實際尋找優化路徑。

1 文獻綜述

人與自然和諧共生一直以來都是我國在環境保護中的有力主張。我國對“雙碳”的要求主要在于控制對化石能源的使用，在農業領域，高標等對農業土壤碳排放、生產過程中的碳排放和農業廢棄物進行了研究，并得出干旱區農業碳排放的研究是推進地區低碳經濟發展的重要途徑[1]。蘇洋等總結了農業碳排放的特點和緩解途徑，包括改善土壤有機質含量、優化農業生產結構和推廣低碳農業技術等，同時認為農業碳排放的緩解需要政策支持和技術創新[2]。田云等研究了農業碳排放對生態系統的影響，包括植被生長和土地利用變化等，最后得出通過改善生產方式和推廣低碳技術，可實現農業的生態效益[3]。陳睿濤等基于IPAT模型，認為農業碳排放主要受到人口、經濟和技術等因素的影響，應該通過控制人口、提高技術等措施來實現低碳[4]。吳小慧對農村能源消費與碳排放之間的關系進行研究，認為能源消費是農業碳排放的重要來源，而能源結構轉換和節能減排可有效降低農村能源消費和碳排放[5]。

2 旱作農業區現狀

本文以旱作農業區為研究區。該區域地處甘肅省中部，屬溫帶大陸性（干旱）氣候，均溫低，溫差大，生態環境脆弱，農村經濟基礎薄弱，糧食產量不穩。干旱是旱作農業區的主要氣象災害之一，針對這一情況，該區域著力推廣全膜雙壟溝播技術，在土地抗旱、保墑、增產穩產方面起到了重要作用，使降水少的旱作農業區能夠進行正常的農業生產，保障了農戶的穩產增收。截至2022年初，全省農膜使用量已超過17萬t，其中研究區就高達7.6萬t。

為應對干旱情況，當地農戶興建梯田。梯田可將降水攔截在土壤中，有效避免了降水地表徑流的流失和田間道路的破壞，為機械化、土壤保墑及防止水土流失奠定了基礎。此外，大多數農戶有自己的集水窖，集水窖有些建在田間，有些以罐儲的形式放置在農用機械上，以便在出現旱災時保證田間灌溉。隨著農業科技的進步，研究區的農業發展得到了有效鞏固和提升。

3 數據來源

農業碳排放計算所需的原始數據來自《甘肅農村年鑒》《甘肅發展年鑒》及各市（州）年份工作報告，部分缺失數據采用平滑處理或通過實地調研獲得。

4 農業碳排放測度

農業碳排放是指農戶或農業經營主體在進行農業生產活動中使用機械、翻耕、灌溉等要素所形成的非合意排放，由于研究區地處西北，故該文僅考慮種植排放和養殖排放，剔除水產對環境的影響。農業碳排放計算借鑒李波等和周一凡等的研究[8-10]。公式如下：

C=∑Ci=∑Si×δi（1）

式中，C為農業碳排放總量，t；Ci為各污染物排放源的排放數量，t；Si為各排放源的數量，t；δi為碳排放源的排放系數，具體數值如表1所示。

5 測度結果分析

5.1 時間分析

如表2所示，旱作農業區農業碳排放排名前6的分別為靖遠縣、武山縣、會寧縣、臨洮縣、通渭縣和安定區，主要分布在黃土高原降水極少區域；排名后6的分別為城關區、臨夏回族自治州、和政縣、西固區、七里河區和平川區，主要分布在沿黃產業帶和第一產業所占地區總產值較低的區域。2011—2021年，除會寧縣、安定區、隴西縣、廣河縣和東鄉族自治縣的農業碳排放持續走高外，其他地區均不同程度顯示出波段性變化；全區在2015—2016年出現明顯拐點，農業碳排放由上升轉為下降，其中武山縣在2016—2018年減少近2萬t的農業碳排放，臨洮縣在2017—2018年碳排放下降也較為明顯。武山縣立足蔬菜、畜牧、果品、勞務四大農業主導產業，以尾菜還田來替代肥料的使用使其在碳排放上有了明顯成效，但碳排放始終處于高位運行。研究期末研究區的農業碳排放又呈現上升態勢，11年間整個區域的碳排放總量為801萬t，2011—2021年增加了約14萬t，可見甘肅省的農業碳排放還未達到峰值，各地政策在不同時期的作用都有一定的效果，但減排工作還需持續推進[11]。

5.2 空間分析

圖1分別為用自然斷點分級法制作的2011年、2015年、2018年和2021年的空間演化圖，圖中顏色越深表明農業碳排放越大，農業綠色發展水平越低；顏色越淡則表明農業碳排放越小，綠色發展水平越高[11]。2011—2021年，低排放區除西固區、七里河區、城關區、臨夏市及和政縣外，增加了紅古區和平川區；高排放區除靖遠縣、會寧縣、安定區、通渭縣和武山縣外，增加了臨洮縣1地；秦安縣、麥積區由中高排放區轉為中等排放區；景泰縣不再屬于中等排放區；中低排放區數量在研究期11年間始終保持10個，且占比最大。由此可以看出，甘肅省中部旱作農業區的碳排放低碳區在增加，高碳區在減少，整體農業發展趨勢良好。

5.3 總結

研究發現，干旱程度的強弱與農業碳排放存在正相關性，降水量少，干旱度強，則污染越嚴重。農業碳排放高的地區在產業布局上第一產業占比較大，在收入水平上人均收入較低，在城鎮化水平上農村人口占比較大，在區位布局上少流、斷流現象普遍，在農業灌溉上有效灌溉面積較少，在種養結構上禽畜飼養量占比小，這與低排放區形成鮮明對比。由此可見，以上因素均會影響地區的碳排放。根據地理信息系統發現，甘肅省中部旱作農業區碳排放較少，綠色農業發展水平較高；而中部屬于極旱區的靖遠縣、會寧縣、安定區、通渭縣和武山縣的農業碳排放在11年的發展中始終沒有出現顯著變化，并且這5縣在地理區位上位于相同的經度范圍，可見農業綠色科技的應用和推廣要以該區域為重點，以提高生態效率。

6 優化路徑

1）深化全膜雙壟溝播技術。全膜雙壟溝播是旱作農業之魂，能有效避免水分蒸發和土壤板結、抑制土地鹽堿化，促進了農產品的穩產增產和農戶增收，因此要持續推廣應用該技術，確保技術的普及。

2）提高農業用水效率。以以色列農業為標桿，學習技術，突破壁壘，通過管道引流、現代化蓄水等方式精準灌溉，提升灌溉質量。與此同時，加快對低產田草田輪作和玉米棉田套種蘑菇等手段的運用，并為低排放生產發放一定獎勵。

3）堅持農業生態化的發展道路。生物肥、農膜、農藥的短期使用會提升農產品產量，實現增收；但若長期使用，則會成為農戶或經營主體的固定支出項，不僅不利于“三農”發展，而且還有可能威脅到土壤肥力、面源污染甚至糧食安全。為緩解這一問題，提出以下對策。①進一步加強化肥減量增效力度，引導農戶科學種田，減少不必要的農藥投資，將農藥使用規范在可降解范圍內。②引導搭建養殖與種植之間的橋梁，形成小麥-苜蓿-黃牛、薯類-粉業-粉渣育禽-禽畜糞便還田等種養模式；利用沼氣殘余物、運用生物技術進行有機肥制作；學習菲律賓馬雅農場廢棄物利用技術，促進廢棄物資源化利用，將污染物進行有效中和，實現技術培訓和環境檢測相結合。③完善廢舊農膜回收利用政策，強化村社回收作用，提高農戶參與的積極性，賦能農業綠色發展。

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