中國(guó)化肥減量降碳效應(yīng)評(píng)估

鄒金浪,劉陶紅,姚冠榮*,徐 龍(1.江西財(cái)經(jīng)大學(xué)生態(tài)文明研究院,江西 南昌 330013；2.江西財(cái)經(jīng)大學(xué)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)學(xué)院,江西 南昌 330013)

化肥是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料,也是中國(guó)農(nóng)業(yè)碳排放的主要來源[1-2].中國(guó)化肥過度使用是基本事實(shí),推動(dòng)化肥減量是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域減少碳排放的重要舉措,也是潛力所在.為了減少化肥用量,原農(nóng)業(yè)部于2015年發(fā)布了《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》(簡(jiǎn)稱第一階段《行動(dòng)方案》).第一階段《行動(dòng)方案》實(shí)施期滿后,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部于2022年發(fā)布了第二階段《行動(dòng)方案》,即《到2025年化肥減量化行動(dòng)方案》.已有研究表明,2015年以來中國(guó)化肥用量[3-4]和化肥使用碳排放量[5-6]雙下降,但兩個(gè)階段《行動(dòng)方案》化肥減量降碳效應(yīng)(即化肥使用碳排放總量下降程度及對(duì)化肥使用強(qiáng)度減少的響應(yīng)程度)卻不甚明了.農(nóng)業(yè)對(duì)中國(guó)“雙碳”發(fā)展具有重要支撐作用,但農(nóng)業(yè)碳達(dá)峰、碳中和面臨較大挑戰(zhàn)[3,7].由于農(nóng)業(yè)的特殊地位,協(xié)調(diào)推進(jìn)化肥減量降碳和穩(wěn)糧保供已成為共識(shí)[8-10].研究?jī)蓚€(gè)階段《行動(dòng)方案》化肥減量降碳效應(yīng)對(duì)于處理好農(nóng)業(yè)發(fā)展和減排的關(guān)系具有重要意義.

農(nóng)業(yè)碳排放是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中由化肥、農(nóng)藥、能源消耗和土地轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的溫室氣體排放,是溫室氣體排放的主要來源之一[11-12].農(nóng)業(yè)碳排放量在中國(guó)占總排放量的17%,但在美國(guó)占7%,在全球占11%,減少農(nóng)業(yè)碳排放對(duì)中國(guó)的影響較其他國(guó)家更為明顯[13].許多學(xué)者圍繞農(nóng)業(yè)碳排放問題展開研究.一是分析農(nóng)業(yè)碳排放(不包括土地利用及變化)的變化特征[14-15]、效率[16-17]、績(jī)效[18-19]、減排潛力[20-21]、碳補(bǔ)償[9,22]、影響因素[23-24]、情景模擬[25-26]等方面.二是分析全球[27-28]、國(guó)家[29-31]、地區(qū)[32-33]等尺度上土地利用及變化引起的碳排放.

此外,由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥使用與能源消耗和土地轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的碳排放無論在變化趨勢(shì)還是在驅(qū)動(dòng)機(jī)制上都有差異,分析化肥使用碳排放有助于進(jìn)一步厘清農(nóng)業(yè)碳排放規(guī)律和細(xì)化農(nóng)業(yè)減排政策.化肥在制造到使用的整個(gè)鏈條中都會(huì)產(chǎn)生碳排放.Zhang 等[1]分析了中國(guó)化肥(氮肥)在整個(gè)生命周期中的溫室氣體排放,其中使用階段產(chǎn)生的溫室氣體排放量占比最高,為38.52%.也有學(xué)者[34]對(duì)化肥生產(chǎn)和消費(fèi)第二大國(guó)印度開展研究,結(jié)果顯示化肥產(chǎn)生的溫室氣體排放量超過一半來自使用階段.Gao等[10]認(rèn)為全球化肥在使用階段產(chǎn)生的溫室氣體排放量占溫室氣體排放總量的約三分之二,減少化肥使用階段的排放是重點(diǎn).

由于化肥過度使用,中國(guó)化肥使用碳排放問題受到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注.Kahrl 等[35]建立了中國(guó)氮肥使用的溫室氣體排放因子,在此基礎(chǔ)上估算了氮肥使用的溫室氣體排放規(guī)模,并探索了氮肥使用的溫室氣體減排潛力.近年來,不同學(xué)者已經(jīng)對(duì)不同種類農(nóng)作物化肥使用[8,36]、不同類型化肥使用[37-38]以及不同種類農(nóng)作物與不同類型化肥組合[39]的碳排放及減排潛力進(jìn)行了多角度研究.此外,已有研究表明化肥減量成為當(dāng)前中國(guó)農(nóng)業(yè)碳減排的最大貢獻(xiàn)者[5],2015年“減肥”行動(dòng)政策在減少農(nóng)業(yè)碳排放方面發(fā)揮了積極效用[6].

目前關(guān)于包括化肥在內(nèi)的農(nóng)業(yè)碳排放文獻(xiàn)頗豐,本文將做兩方面的深化.一是基于公共政策評(píng)估視角,量化第一階段《行動(dòng)方案》化肥減量降碳效應(yīng),尤其是評(píng)估化肥使用強(qiáng)度減少對(duì)化肥使用碳排放總量下降的貢獻(xiàn)程度(簡(jiǎn)稱化肥使用強(qiáng)度減少的降碳貢獻(xiàn)程度),鮮有文獻(xiàn)對(duì)這方面開展系統(tǒng)研究.二是著眼近期需求,預(yù)測(cè)2025年化肥減量降碳效應(yīng).這與IPCC 在第六次評(píng)估報(bào)告中強(qiáng)調(diào)減少溫室氣體排放的近期應(yīng)對(duì)措施相契合,已有文獻(xiàn)多關(guān)注2030年、2050年、2060年等中長(zhǎng)期化肥使用碳排放或農(nóng)業(yè)碳排放情景.基于此,本文首先分析《行動(dòng)方案》實(shí)施前化肥使用碳排放變化并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解;然后量化第一階段《行動(dòng)方案》化肥減量降碳效應(yīng),分析其區(qū)域和農(nóng)作物類型差異;最后預(yù)測(cè)第二階段《行動(dòng)方案》化肥減量降碳效應(yīng).

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 化肥使用碳排放測(cè)算方法

目前農(nóng)業(yè)碳排放測(cè)算研究中最為常見的方法是排放系數(shù)法[40-41].本文采用排放系數(shù)法,構(gòu)建化肥使用碳排放測(cè)算公式:

式中:T為化肥使用碳排放總量,kg;Ti為第i種農(nóng)作物碳排放量,kg;Ai第i 種農(nóng)作物播種面積,hm2;FNi、FPi和FKi分別為第i 種農(nóng)作物單位播種面積氮、磷和鉀3 種化肥實(shí)際折純使用量,kg/hm2;CN、CP和CK分別為氮、磷和鉀的碳排放系數(shù).氮、磷和鉀的碳排放系數(shù)分別為3.392、0.636 和0.180(以二氧化碳當(dāng)量計(jì))[36,42].進(jìn)一步,將復(fù)混肥中的氮、磷和鉀納入計(jì)算范圍,其中磷酸二銨中氮、磷和鉀的有效成分含量分別為17%、47%和0%,三元復(fù)合肥中氮、磷和鉀的有效成分含量分別為11%、24%和13%,混配肥中氮、磷和鉀的有效成分含量分別為10%、17%和3%[36,42].

1.2 化肥使用碳排放的LMDI 分解方法

對(duì)數(shù)平均迪氏指數(shù)(LMDI)方法在理論性、適用性、易于使用性、結(jié)果易解釋性等方面具有優(yōu)勢(shì),并且能夠處理正值、零值和負(fù)值數(shù)據(jù),是一種理想的分解方法[43-44].LMDI 方法常被用來對(duì)農(nóng)業(yè)碳排放的影響因素進(jìn)行分解[45-47].本文采用LMDI 方法對(duì)化肥使用碳排放結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解.

公式(1)可做如下轉(zhuǎn)換:

式中:Ai為第i 類農(nóng)作物播種面積,hm2;A 為農(nóng)作物播種總面積,即種植規(guī)模,hm2;Si為第i 類農(nóng)作物播種面積占農(nóng)作物總播種面積比重,即種植結(jié)構(gòu),%;Fi為第i類農(nóng)作物化肥使用量,kg;Fij為第i 類農(nóng)作物j 種化肥(氮、磷和鉀)使用量,kg;Ii為第i 類農(nóng)作物化肥使用強(qiáng)度,即施肥強(qiáng)度,kg/hm2;Pij為j 種化肥在i 類農(nóng)作物中所占的比重,即化肥結(jié)構(gòu),%;Cij為第i 類農(nóng)作物j種化肥的碳排放系數(shù).

LMDI加法分解的結(jié)果是具體數(shù)值,便于匯總不同因素對(duì)碳排放變化的貢獻(xiàn)程度.化肥使用碳排放從第0 期到第t 期的變化,采用LMDI 加法分解對(duì)公式(2)進(jìn)行如下分解:

式中:

式中:ΔTtot為化肥使用碳排放變化量,kg;Tt和T0分別為t 時(shí)期和基期化肥使用碳排放量,kg,ΔTA、ΔTS、ΔTI、ΔTP和ΔTC分別為種植規(guī)模、種植結(jié)構(gòu)、施肥強(qiáng)度、化肥結(jié)構(gòu)和碳排放系數(shù)變動(dòng)引起的化肥使用碳排放變化量,kg.所采用的化肥碳排放系數(shù)為固定值,故ΔTC=0.

由兩個(gè)階段的《行動(dòng)方案》可知,化肥減量既包括氮、磷和鉀3 種化肥使用量減少,又包括氮、磷和鉀結(jié)構(gòu)合理.故采用施肥強(qiáng)度(ΔTI)和化肥結(jié)構(gòu)(ΔTP)兩個(gè)指標(biāo)衡量化肥使用強(qiáng)度增減情況.本文重點(diǎn)關(guān)注化肥使用強(qiáng)度增減引起的化肥使用碳排放變化量,其次是種植規(guī)模和種植結(jié)構(gòu)調(diào)整引起的化肥使用碳排放變化量.這三者也是分析化肥用量變化原因的基本維度[48].本文定義這3 個(gè)因素引起的化肥使用碳排放變化量占化肥使用碳排放變化總量的比例為其對(duì)化肥使用碳排放變化的貢獻(xiàn)程度.

1.3 2025年化肥減量降碳效應(yīng)預(yù)測(cè)方法

第二階段《行動(dòng)方案》提出2025年化肥施用量實(shí)現(xiàn)穩(wěn)中有降,但沒有具體減量目標(biāo).本文借鑒其他相關(guān)指標(biāo)來設(shè)定2025年化肥減量情景:①《“十四五”全國(guó)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》提出2020～2025年主要農(nóng)作物化肥利用率增加2.8 個(gè)百分點(diǎn)、增幅6.97%,②《到2025年化學(xué)農(nóng)藥減量化行動(dòng)方案》提出2025年主要糧食作物化學(xué)農(nóng)藥使用強(qiáng)度力爭(zhēng)比“十三五”期間降低5%、經(jīng)濟(jì)作物化學(xué)農(nóng)藥使用強(qiáng)度力爭(zhēng)比“十三五”期間降低10%.以2020年化肥使用強(qiáng)度為基準(zhǔn)值,假定氮、磷和鉀結(jié)構(gòu)不變,設(shè)定2025年化肥使用強(qiáng)度減少情景如下:-1%、-3%、-5%、-7%和-10%.

2025年不同農(nóng)作物播種面積來源于《“十四五”全國(guó)種植業(yè)發(fā)展規(guī)劃》:稻谷播種面積為 3.00×107hm2;小麥播種面積大于2.33×107hm2,取值2.35×107hm2(按增長(zhǎng)1%來預(yù)測(cè),下同);玉米播種面積大于4.20×107hm2,取值 4.24×107hm2;大豆播種面積為1.07×107hm2;油料播種面積大于1.47×107hm2,取值1.48×107hm2;棉花播種面積為3.20×106hm2;烤煙種植面積為 1.00×106hm2;糖料種植面積為 1.53×106hm2;蔬菜播種面積大于2.00×107hm2,取值2.02×107hm2.

采用以上數(shù)據(jù),代入公式(1)和(3),計(jì)算得到2025年化肥使用碳排放總量和化肥使用強(qiáng)度減少引起的化肥使用碳排放下降量及其貢獻(xiàn)程度.

1.4 樣本與數(shù)據(jù)

原農(nóng)業(yè)部于2015年2月印發(fā)了《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》,同年4月,印發(fā)了《<到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案>推進(jìn)落實(shí)方案》,細(xì)化了2015～2020年各年度的減量目標(biāo)任務(wù).因此,以2014年為節(jié)點(diǎn),分析2008～2014年和2014～2020年兩個(gè)時(shí)間段的化肥減量降碳效應(yīng),重點(diǎn)分析后一時(shí)間段.2020～2025年為預(yù)測(cè)化肥減量降碳效應(yīng)的時(shí)間段.

將農(nóng)作物細(xì)分為稻谷、小麥、玉米、大豆、油料(花生、油菜籽)、棉花、烤煙、糖料(甘蔗、甜菜)、蔬菜,其面積數(shù)據(jù)來源于歷年《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》和各省份統(tǒng)計(jì)年鑒;單位播種面積氮、磷、鉀、磷酸二銨、三元復(fù)合肥、混配肥投入數(shù)據(jù)來源于歷年《全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》.香港、澳門、臺(tái)灣、北京、天津、上海和西藏地區(qū)缺少數(shù)據(jù),不在分析之列.研究期間,中國(guó)農(nóng)作物單位播種面積化肥折純用量及其碳排放清單詳見表1 和表2.

表1 2008～2020年中國(guó)農(nóng)作物單位播種面積化肥折純使用量(kg/hm2)Table1 Fertilizer usage per unit sowing area of crops in China from 2008 to 2020(kg/hm2)

2 結(jié)果與分析

2.1 2008～2014年化肥使用碳排放

中國(guó)化肥使用碳排放總量由2008年的7185.11萬t 上升到2014年的8462.78 萬t,增幅17.78%(表3).這一時(shí)期化肥使用碳排放總量上升的主要原因?yàn)檗r(nóng)作物種植規(guī)模擴(kuò)大,對(duì)化肥使用碳排放總量上升的貢獻(xiàn)程度為65.07%;其次為化肥使用強(qiáng)度增加,貢獻(xiàn)程度為21.82%;最后為農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整,貢獻(xiàn)程度為13.11%(圖1).

圖1 2008～2014年化肥使用碳排放變化的各因素貢獻(xiàn)程度Fig.1 Contribution of factors to the change of carbon emissions from fertilizer use from 2008 to 2014

表3 2008～2020年中國(guó)化肥使用碳排放總量(萬t)Table 3 Total carbon emissions from fertilizer use in China from 2008 to 2020(104t)

2008～2014年,不同省份化肥使用碳排放總量變化存在差異.18 個(gè)省份化肥使用碳排放總量上升(圖2),其中,河北、內(nèi)蒙古、遼寧、吉林、黑龍江、安徽、江西、山東、貴州、云南和甘肅11 個(gè)省份化肥使用碳排放總量上升主要由農(nóng)作物種植規(guī)模擴(kuò)大引起,江蘇、廣東、海南、陜西、青海和新疆6 個(gè)省份化肥使用碳排放總量上升主要由化肥使用強(qiáng)度增加引起,寧夏化肥使用碳排放總量上升主要由種植結(jié)構(gòu)調(diào)整引起(圖1).9 個(gè)省份化肥使用碳排放總量下降,其中,浙江化肥使用碳排放總量下降主要由農(nóng)作物種植規(guī)模收縮引起,其余8 個(gè)省份化肥使用碳排放總量下降主要由化肥使用強(qiáng)度減少引起.

圖2 2008、2014 和2020年各省份化肥使用碳排放總量Fig.2 Total carbon emissions from fertilizer use by provinces in 2008,2014 and 2020

2.2 2014～2020年化肥減量降碳效應(yīng)

中國(guó)化肥使用碳排放總量由 2014年的8462.78 萬t 持續(xù)下降到2020年的7004.40 萬t,降幅17.23%(表3).這一時(shí)期,化肥使用強(qiáng)度減少的降碳貢獻(xiàn)為81.08%(圖3).可見,第一階段《行動(dòng)方案》的化肥減量降碳效應(yīng)明顯.2014～2020年,大豆化肥使用碳排放總量上升(表3),這主要是由種植規(guī)模擴(kuò)大引起的,而化肥使用強(qiáng)度減少的降碳貢獻(xiàn)為40.64%(圖4);其余農(nóng)作物化肥使用碳排放總量下降,其中,稻谷、小麥、玉米、油料、糖料和蔬菜化肥使用碳排放總量下降主要由化肥使用強(qiáng)度減少引起,棉花和烤煙化肥使用碳排放總量下降主要由種植規(guī)模收縮引起.由圖4 進(jìn)一步可知,蔬菜、油料、玉米和稻谷化肥使用強(qiáng)度減少的降碳貢獻(xiàn)程度超過80%.棉花化肥使用強(qiáng)度增加在38.23%的程度上抑制了化肥使用碳排放總量下降,我國(guó)棉花生產(chǎn)中仍然存在化肥投入過多的問題,導(dǎo)致溫室氣體排放量高[49].

圖3 2014～2020年化肥使用碳排放變化的各因素貢獻(xiàn)程度Fig.3 Contribution of factors to the change of carbon emissions from fertilizer use from 2014 to 2020

2014～2020年,除河北、江蘇、廣東和新疆外,其余23個(gè)省份化肥使用碳排放總量下降(圖2).這23個(gè)省份中,除黑龍江、海南和甘肅外,其余20 個(gè)省份化肥使用碳排放總量下降主要由化肥使用強(qiáng)度減少引起,其中吉林、河南、湖北、貴州和寧夏5 個(gè)省份化肥使用強(qiáng)度減少的降碳貢獻(xiàn)程度超過90%,遼寧、浙江、湖南和陜西4 個(gè)省份化肥使用強(qiáng)度減少的降碳貢獻(xiàn)程度介于80%～90%之間(圖3).由圖3 進(jìn)一步可知,黑龍江化肥使用碳排放總量下降主要由種植結(jié)構(gòu)調(diào)整引起,海南和甘肅化肥使用碳排放總量下降主要由種植規(guī)模收縮引起;河北和新疆化肥使用碳排放總量上升主要由種植規(guī)模擴(kuò)大引起,江蘇和廣東化肥使用碳排放總量上升主要由化肥使用強(qiáng)度增加引起.

玉米、蔬菜、稻谷和小麥?zhǔn)腔适褂锰寂欧诺闹饕r(nóng)作物(表3).由圖4 可知,玉米化肥使用強(qiáng)度減少的降碳程度較高的省份集中在東北地區(qū)(不含黑龍江)和黃淮海地區(qū),甘肅、新疆和陜西3 個(gè)省份玉米化肥使用強(qiáng)度增加.蔬菜化肥使用強(qiáng)度減少的降碳程度較高的省份集中在黃淮海地區(qū)(不含江蘇)、兩湖地區(qū)和西北地區(qū),廣東、江蘇、云南和遼寧4 個(gè)省份蔬菜化肥使用強(qiáng)度增加.稻谷化肥使用強(qiáng)度減少的降碳程度較高的省份集中在長(zhǎng)江流域地區(qū),廣東、山東、海南和吉林4 個(gè)省份稻谷化肥使用強(qiáng)度增加.小麥化肥使用強(qiáng)度減少的降碳程度較高的省份集中在黃淮海地區(qū),新疆、寧夏和內(nèi)蒙古3 個(gè)省份小麥化肥使用強(qiáng)度增加.

由圖4 還可知,河南、重慶、吉林、山西和內(nèi)蒙古5 個(gè)省份大豆化肥使用強(qiáng)度減少的降碳貢獻(xiàn)程度超過全國(guó)平均水平,河北和安徽大豆化肥使用強(qiáng)度增加.浙江、福建和云南3 個(gè)省份油料化肥使用強(qiáng)度減少的降碳貢獻(xiàn)程度超過全國(guó)平均水平,青海、河南、湖南、廣東、江西、廣西、安徽、貴州和遼寧9 個(gè)省份油料化肥使用強(qiáng)度增加.所有省份棉花化肥使用強(qiáng)度減少的降碳貢獻(xiàn)程度不超過35%,其中化肥使用強(qiáng)度減少的降碳程度較高的省份集中在黃淮海地區(qū);新疆和安徽化肥使用強(qiáng)度增加.烤煙化肥使用強(qiáng)度減少的降碳貢獻(xiàn)程度較高的省份在不同地區(qū)都有分布,其中廣東、四川、吉林、甘肅、內(nèi)蒙古和江西6 個(gè)省份化肥使用強(qiáng)度減少的降碳貢獻(xiàn)程度超過50%;陜西、安徽、廣西和湖南4 個(gè)省份烤煙化肥使用強(qiáng)度增加.四川和云南糖料化肥使用強(qiáng)度減少的降碳貢獻(xiàn)程度超過全國(guó)平均水平,新疆糖料化肥使用強(qiáng)度增加.

2.3 2020～2025年化肥減量降碳效應(yīng)

整體而言,5 種情景下2025年化肥使用碳排放總量均低于2020年(表4).在-1%的情景下,稻谷、小麥、棉花、糖料和蔬菜在2025年的化肥使用碳排放總量低于2020年.在-3%的情景下,玉米在2025年的化肥使用碳排放總量低于2020年.在-5%的情景下,烤煙在2025年的化肥使用碳排放總量低于2020年.在-10%的情景下,大豆在2025年的化肥使用碳排放總量低于2020年.在5種情景下,油料在2025年的化肥使用碳排放總量均高于2020年.

表4 2025年不同情景下化肥使用碳排放總量(萬t)Table 4 Total carbon emissions from fertilizer use under different scenarios in 2025(104t)

如表5所示,整體而言,化肥使用強(qiáng)度減少1%對(duì)化肥使用碳排放總量下降的貢獻(xiàn)程度為50.40%.稻谷、小麥和棉花在所有設(shè)定的情景下,化肥使用強(qiáng)度減少的降碳貢獻(xiàn)程度均超過50%.玉米和糖料在-3%的情景下,化肥使用強(qiáng)度減少的降碳貢獻(xiàn)程度超過50%.烤煙在-5%的情景下,化肥使用強(qiáng)度減少的降碳貢獻(xiàn)程度超過50%.蔬菜在-7%的情景下,化肥使用強(qiáng)度減少的降碳貢獻(xiàn)程度超過50%.大豆在-10%的情景下,化肥使用強(qiáng)度減少的降碳貢獻(xiàn)程度超過50%.油料在5 種設(shè)定情景下,化肥使用強(qiáng)度減少的降碳貢獻(xiàn)程度均不超過30%.

表5 2025年不同情景下化肥使用強(qiáng)度減少的降碳貢獻(xiàn)程度(%)Table 5 Contribution of fertilizer reduction to carbon reduction under different scenarios in 2025(%)

2.4 進(jìn)一步討論

中國(guó)化肥使用碳排放已經(jīng)達(dá)峰,這與相關(guān)研究[3,5-6]的結(jié)論保持一致.全國(guó)層面,鑒于耕地面積的有限性,農(nóng)作物種植規(guī)模大幅擴(kuò)大的潛力較小.2025年調(diào)整和優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)改變不了玉米、蔬菜、稻谷和小麥?zhǔn)腔适褂锰寂欧胖黧w的基本格局.因此,降低化肥使用碳排放主要依賴于減少化肥使用強(qiáng)度.

2008～2020年,除江蘇、廣東、海南和新疆外,其余省份化肥使用強(qiáng)度均有所減少.其中,山西、遼寧、浙江、福建、江西、河南、湖北、湖南、廣西、重慶、四川和云南化肥使用強(qiáng)度呈平穩(wěn)減少趨勢(shì),福建、河南和山西化肥使用強(qiáng)度減幅尤為明顯(圖5).在化肥使用強(qiáng)度增加的省份中,江蘇和廣東主要是由蔬菜化肥使用強(qiáng)度增加引起的.江蘇蔬菜氮肥和磷酸二銨使用強(qiáng)度增幅較大,分別增加了2.33 倍和3.01 倍;廣東蔬菜化肥使用強(qiáng)度增加源于磷肥、氮肥和鉀肥,其中磷肥使用強(qiáng)度增加了7.47 倍.海南化肥使用強(qiáng)度增加是由稻谷引起的,研究期間,氮肥、磷肥和鉀肥使用強(qiáng)度波動(dòng)增加,而三元素復(fù)合肥和混配肥使用強(qiáng)度快速增加,分別增加了2.81 倍和4.82 倍.新疆化肥使用強(qiáng)度增加是棉花、蔬菜、小麥、玉米和糖料化肥使用強(qiáng)度增加共同作用的結(jié)果,其中,棉花和蔬菜化肥使用強(qiáng)度增量最大,主要是氮肥和磷酸二銨使用強(qiáng)度增加引起.

圖5 2008、2014 和2020年各省份化肥使用碳排放強(qiáng)度Fig.5 Carbon emissions intensity from fertilizer use by provinces in 2008,2014 and 2020

不同省份化肥使用碳排放達(dá)峰的時(shí)間點(diǎn)不一樣,有些省份甚至還沒有達(dá)峰.到2020年,河北、新疆、江蘇和廣東化肥使用碳排放還未達(dá)峰.由于耕地資源稟賦和水熱條件差異大,不同省份農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)和種植規(guī)模甚至化肥使用強(qiáng)度的變化趨勢(shì)存在差異.需要識(shí)別農(nóng)作物種植規(guī)模收縮掩蓋化肥施用強(qiáng)度增加和種植結(jié)構(gòu)調(diào)整導(dǎo)致部分區(qū)域化肥用量增加的情況[50].正如江蘇和廣東化肥使用碳排放總量仍在上升主要由化肥使用強(qiáng)度增加引起.持續(xù)推進(jìn)化肥減量政策是這兩個(gè)省份實(shí)現(xiàn)化肥使用碳達(dá)峰的優(yōu)先選項(xiàng).在大食物觀驅(qū)動(dòng)下,少數(shù)省份在農(nóng)作物種植規(guī)模和種植結(jié)構(gòu)方面將會(huì)有較大變化,且已經(jīng)成為化肥使用碳排放變化的重要因素.這些省份實(shí)現(xiàn)化肥減量降碳還需考慮農(nóng)作物種植規(guī)模變化和種植結(jié)構(gòu)調(diào)整.由LMDI 分解結(jié)果可知,新疆和河北化肥使用碳排放總量仍在上升主要由農(nóng)作物種植規(guī)模擴(kuò)大引起,需要統(tǒng)籌農(nóng)業(yè)發(fā)展與化肥使用降碳.

2014～2020年化肥使用碳排放總量下降了17.23%,比同時(shí)期化肥使用總量的降幅(12.43%)多了4.8 個(gè)百分點(diǎn),這說明化肥減量降碳的速度快于化肥減量的速度.全國(guó)層面,在穩(wěn)定農(nóng)作物播種面積的前提下,化肥使用強(qiáng)度減少1%,2025年化肥使用碳排放總量會(huì)低于2020年,且降碳貢獻(xiàn)程度超過50%.化肥減量增效潛力大且成本可控[10,51-52],2025年化肥使用強(qiáng)度減少1%(可作為各省份2025年化肥減量化的最低目標(biāo))不會(huì)對(duì)穩(wěn)糧保供產(chǎn)生負(fù)面影響.從這個(gè)角度來講,在全國(guó)層面,化肥減量與降碳、穩(wěn)糧保供可以實(shí)現(xiàn)共贏.

3 結(jié)論

3.1 中國(guó)化肥使用碳排放總量由 2008年的7185.11 萬t 波動(dòng)增加到2014年的8462.78 萬t,增幅17.78%;然后持續(xù)減少到2020年的7004.40 萬t,相較2014年減少了17.23%.第一階段《行動(dòng)方案》實(shí)施前后化肥使用碳排放明顯不同,且對(duì)不同農(nóng)作物的影響存在差異.玉米和棉花化肥使用碳排放總量峰值出現(xiàn)在2014年,其余農(nóng)作物則在2014年之前.

3.2 2014～2020年,中國(guó)化肥使用強(qiáng)度減少的降碳貢獻(xiàn)程度為81.08%.其中,蔬菜、油料、玉米和稻谷化肥使用強(qiáng)度減少的降碳貢獻(xiàn)程度高于80%,大豆和烤煙化肥使用強(qiáng)度減少的降碳貢獻(xiàn)程度低于50%;而棉花化肥使用強(qiáng)度增加.不同省份化肥使用強(qiáng)度減少降碳效應(yīng)差異大,其中,河北、黑龍江、海南和甘肅化肥使用強(qiáng)度減少的降碳貢獻(xiàn)程度低于50%.在此期間,江蘇、廣東和新疆化肥使用強(qiáng)度增加.

3.3 與2020年相比,在保障種植規(guī)模和優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)的前提下,2025年中國(guó)化肥使用碳排放總量將下降.減少1%情景下稻谷、小麥、棉花、糖料和蔬菜在2025年的化肥使用碳排放總量低于2020年,玉米、烤煙和大豆則分別需減少3%、5%和10%.稻谷、小麥和棉花化肥使用強(qiáng)度減少1%的降碳貢獻(xiàn)程度超過50%,而玉米和糖料需減量3%,烤煙、蔬菜和大豆分別需減少5%、7%和10%.在所設(shè)情景下,2025年油料化肥使用強(qiáng)度減少降碳效應(yīng)不明顯.

4 政策啟示

4.1 完善化肥后“碳達(dá)峰”時(shí)期的減量與降碳協(xié)同推進(jìn)的治理體系.中國(guó)化肥使用碳排放已達(dá)峰,下一步應(yīng)該提升化肥后“碳達(dá)峰”時(shí)期的減量與降碳協(xié)同效應(yīng),助力農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”發(fā)展.一是以降碳為主要目標(biāo)之一推進(jìn)化肥減量,進(jìn)一步提升化肥減量化政策的成本有效性;二是平衡使用化肥和有機(jī)肥,優(yōu)化化肥使用結(jié)構(gòu),提升施肥技術(shù),持續(xù)提高化肥利用效率;三是建立化肥減量降碳效應(yīng)定期評(píng)估制度,為減量降碳協(xié)同增效提供及時(shí)有效的決策支持.

4.2 關(guān)注化肥使用強(qiáng)度增加和化肥使用強(qiáng)度減少降碳貢獻(xiàn)程度不高的地區(qū).研究結(jié)果顯示化肥減量降碳效應(yīng)的地區(qū)差異明顯.當(dāng)前,應(yīng)該重點(diǎn)推進(jìn)江蘇、廣東和新疆化肥減量化,實(shí)現(xiàn)江蘇蔬菜化肥減量化,廣東稻谷、油料和蔬菜化肥減量化以及新疆糧食、棉花和糖料化肥減量化.此外,進(jìn)一步推進(jìn)河北除稻谷和蔬菜之外的農(nóng)作物、黑龍江和海南的所有農(nóng)作物、甘肅除烤煙之外的農(nóng)作物的化肥減量化水平,增強(qiáng)化肥使用強(qiáng)度減少的降碳貢獻(xiàn)程度.

4.3 區(qū)分農(nóng)作物類型開展化肥減量降碳的總量和強(qiáng)度調(diào)控.在今后一段時(shí)期,就全國(guó)層面而言,玉米、蔬菜、稻谷和小麥?zhǔn)腔适褂锰寂欧诺闹黧w,油料和大豆因播種面積增加導(dǎo)致化肥使用強(qiáng)度減少降碳貢獻(xiàn)程度有限,而糖料和棉花化肥使用強(qiáng)度高但碳排放總量少.為降低政策執(zhí)行成本提高監(jiān)管效率,對(duì)第一類農(nóng)作物實(shí)施化肥減量降碳總量和強(qiáng)度雙調(diào)控,對(duì)第二類農(nóng)作物實(shí)施化肥減量降碳總量調(diào)控,對(duì)第三類農(nóng)作物實(shí)施化肥減量降碳強(qiáng)度調(diào)控.