湖北省糧食生產低碳發展策略研究

李 偉

（武漢輕工大學,湖北 武漢 430048）

2020年9月22日，國家主席習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上發表重要講話時指出：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。”農業是第二大溫室氣體排放源，也是碳排放的重要來源之一[1]。目前，農業生產活動產生的溫室氣體排放占全國總量20%左右，碳排放占全國碳排放總量13%左右。目前化肥是我國農業生產中最大的碳排放源。面對“雙碳”目標，高碳排放的傳統農業發展模式面臨挑戰，農業綠色低碳轉型迫切需要得到推進。本文基于湖北省糧食生產現狀，對其糧食主產區碳排放量進行測度，根據碳排放來源及其原因提出碳減排措施。

1 湖北省糧食生產現狀

湖北省內三面環山，中間低平，主要分為鄂西山地、江漢平原、鄂東北低山丘陵和鄂東南低山丘陵四類。湖北省屬亞熱帶濕潤季風氣候，年平均氣溫15～17 ℃，年平均降水量為800～1 600 mm，自東南向西北遞減[2]。這樣的氣候條件對糧食作物（尤其是水稻和小麥）的生長十分有利。此外，湖北省境內除長江、漢江干流外，省內各級河流河長5 km以上的有4 228條，河流總長5.92萬 km，其中河長在100 km以上的河流41條。湖北素有“千湖之省”之稱。境內湖泊主要分布在江漢平原上。現有湖泊755個，湖泊水面面積合計2 706.851 km2。這為農業灌溉提供了充足的水源[3]。湖北省的糧食作物以水稻、小麥為主，同時也種植玉米、油菜等作物。湖北省是農業大省，也是13個糧食主產省之一，守好“湖北糧倉”，提升糧食安全保障能力，就是為“確保中國碗裝中國糧”作出湖北貢獻。

2 湖北省糧食主產區的碳排放量測度

2.1 測度模型

在進行湖北省糧食主產區生產的碳排放量測度時，可以參考IPCC清單估算法。IPCC清單估算法是由聯合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC）提出的一種用于估算溫室氣體排放和吸收的方法。這種方法旨在為各國提供一個標準化的框架，以便統一計算和報告溫室氣體排放和吸收數據，從而支持全球氣候變化的監測和政策制定。IPCC清單估算法的應用范圍非常廣泛，涵蓋了從能源、工業過程和產品使用、農業、土地使用、土地使用變化等多個領域的溫室氣體排放和吸收[4]。本文構建如下糧食生產碳排放估算模型：

其中，C為湖北省糧食主產區的碳排放量總額，單位：噸；C農資為湖北省糧食主產區的農業生產資料投入時產生的碳排放量；C土壤為湖北省糧食主產區生產過程中土壤的碳排放量；C秸稈為湖北省糧食主產區因焚燒秸稈而產生的碳排放量。

2.2 測度指標

C農資主要估算的是由化肥、農藥、農膜、柴油、灌溉等農業資料投入而產生的碳排放量。參考蔡慧敏的《中國農業碳排放地區差距的結構分解》，取化肥的碳排放系數為0.896 kgce/kg；取農藥的碳排放系數為4.934 kgce/kg；取農膜的碳排放系數為5.18 kgce/kg；取柴油的碳排放系數為0.593 kgce/kg；取灌溉的碳排放系數為20.476 kgce/hm2[5]。

C土壤主要估算的是由湖北地區主要糧食作物種植時，土壤產出的碳排放量，主要包括水稻、小麥、豆類、玉米和薯類。將糧食作物種植時，需要將CH4和N2O換算為碳源因子進行核算，參考呂迎的《甘肅省農業碳排放綜合測算及驅動力分析》，取CH4的轉換系數為6.82，參考韋娜娜的《OH自由基與烷烴反應動力學研究》，取N2O的轉換系數為81.27，轉化后的碳排放系數單位為kg/hm2。換算后，水稻種植的土壤碳排放系數為3 116.81 kgce/（hm2·a）；小麥種植的土壤碳排放系數為166.603 kgce/（hm2·a）；豆類種植的土壤碳排放系數為62.578 kgce/（hm2·a）；玉米種植的土壤碳排放系數為205.776 kgce/（hm2·a）；薯類種植的土壤碳排放系數為172.2 kgce/（hm2·a）[6]。

C秸稈主要估算的是上述五類主要糧食作物秸稈露天焚燒時的碳排放量，其中Zi為第i項作物的產量，單位為kg；Ni為第i項作物的谷草比，谷草比是指反映禾谷類植物種植時谷粒與秸稈重量比值的一種生物學指標參數[7]，本文參考王書肖的《中國秸稈露天焚燒大氣污染物排放時空分布》一文，取上述5種糧食作物的谷草比分別為2、1、1、1.5、1；B為糧食作物秸稈露天焚燒的比例，已知公布的最新數據，2015年糧食作物秸稈露天焚燒比例約為9.0%，作為湖北省糧食作物秸稈露天焚燒的比例；F為糧食作物秸稈露天燃燒的效率，為80%；EFi為糧食作物秸稈露天燃燒的排放因子，其中玉米的秸稈露天燃燒排放因子為0.770，小麥秸稈露天燃燒排放因子為0.592，稻谷秸稈露天燃燒排放因子為0.574，豆類秸稈露天燃燒排放因子為0.612，薯類秸稈露天燃燒排放因子為0.627[8]。

2.3 測度數據來源

調查數據源于2013—2021年《湖北統計年鑒》《中國農村統計年鑒》。

2.4 調查結果分析

由表1和圖1可知，湖北省糧食生產因農業資料投入產生的碳排放量C農資在2012—2020年呈現出緩慢下降的趨勢，從2012年的564.16萬噸降至2020年的431.59萬噸，整體排放量占比較高，約為33.96%。其中，在2014年時出現了一次激增，達到了615.20萬噸，相較于2013年的增幅達16.34%。

圖1 2012—2020年湖北省糧食生產碳排放量統計圖

表1 2012—2020年湖北省糧食生產碳排放量統計表 單位：萬噸

湖北省因糧食作物土壤種植產生的NH4和N2O，換算為碳排放量，C土壤在2012—2020年呈現出整體的下降趨勢，同時土壤碳排放的占比較高，達到了36.41%。

湖北省因糧食作物種植產生的秸稈焚燒制造的碳排放，C秸稈在2012—2020年呈現出整體下降趨勢，僅在2018—2019年出現了10.47萬噸的碳排放量上升，整體排放量占比最低，約為29.63%。

整體來看，在2012—2020年，湖北省糧食種植產生的碳排放量呈現出整體下降趨勢，然而在2013—2014年，呈現出了73.05萬噸的土壤碳排放量上升現象，主要是因為農資投入量激增。

3 湖北省糧食生產的碳排放來源及其原因分析

3.1 農業生產資料投入帶來的污染

在湖北省糧食生產中，農業生產資料的投入是主要的碳排放源之一。根據2012至2020年的研究數據，由于農資投入產生的碳排放量（C農資）雖然呈現緩慢下降趨勢，但在總碳排放量中所占比例仍然高達33.96%。這一現象主要源于農作物生產過程中對化學肥料、農藥和農膜等的廣泛使用。化肥和農藥的生產及使用過程中不僅消耗大量能源，還釋放出大量的二氧化碳和其他溫室氣體。例如，氮肥的生產和使用過程中會產生一氧化二氮（N2O），這是一種強效溫室氣體，其全球變暖潛能是二氧化碳的約298倍。此外，農業機械的使用，尤其是在耕地和收割作物時，也是碳排放的重要來源。農業機械多依賴柴油作為動力源，其燃燒過程中會直接排放二氧化碳。同時，機械化作業還可能導致土壤結構被破壞，影響土壤的碳儲存能力。秸稈的露天焚燒也是一個不容忽視的碳排放源。盡管其在總碳排放中的比例相對較低，但秸稈焚燒不僅直接釋放二氧化碳，還會產生大量的顆粒物和其他有害氣體，進而危害環境。此外，秸稈焚燒還意味著錯失了將其作為有機肥料或生物質能源利用的機會，從而降低了農業生態系統的整體功能[9]。

3.2 傳統農業生產技術帶來的影響

湖北省糧食主產區的農業生產依賴于傳統技術，這不僅導致生產效率低下，還加劇了碳排放。根據研究數據，盡管農資投入導致的碳排放量在2012—2020年有所下降，但傳統農業技術的低效率仍是碳排放量居高不下的主要原因之一。這種低效率主要體現在能源利用不足、土地管理不當以及農業廢物處理不善等方面，這些因素共同導致了農業生產過程中溫室氣體排放量的增加。

4 基于雙碳目標的湖北省糧食生產低碳發展途徑

4.1 合理控制農業物質投入

為了降低湖北省農業生產中的碳排放，合理控制農業生產資料的投入至關重要。減少化學肥料的使用并用有機肥替代是一個有效的方法。這不僅可以降低農業生產中的碳輸入量，還能減少對土壤的污染，從而促進農業生態系統的可持續發展。此外，秸稈等農業廢棄物的再利用也是減少碳排放的關鍵措施。將秸稈用于生物質發電或氣化，不僅能減少露天焚燒帶來的碳排放，還能提高資源的循環利用率[10]。

此外，風力和太陽能等清潔能源的利用也是降低農業生產碳排放的有效途徑。在湖北省農村地區，可以通過建設風力發電設施和太陽能光伏板，利用這些可再生能源為農業生產提供清潔、低碳的電力。例如，太陽能光伏系統可以用于驅動農業灌溉系統，而風力發電則可為農村地區的倉儲和加工設施提供電力。這樣不僅能降低對化石燃料的依賴度，還能降低農業生產的整體碳足跡，推動湖北省農業向更加綠色、可持續的方向發展。

4.2 推動農業設備更新換代

從糧食主產區生產過程中的碳源輸入進行分析，化肥、農藥、薄膜、柴油是造成碳排放量增加的主要原因。因此，湖北省應該在全省范圍內著重發展綠色生態農業，減少上述農業資料的投入情況，研發并推廣可降解的農膜、新能源生產機械、有機肥料，并減少農藥的使用量，向農民推廣科學的種植模式，以此來減少碳排放量，實現糧食生產的低碳發展。

4.3 大力發展農業生產科技

將高產優質技術與節約型農業技術相結合，依靠技術轉變粗放經營方式，推動農民向產業工人角色的轉換。為獲得更好的生產和環境效益，湖北省應該更加關注數字農業、綠色農業等新型農業的發展，如在該西部丘陵地區，利用現有的地形地貌條件發展設施農業，種養類別可包括中藥材、煙葉、畜禽等方面。合理調整糧食種植模式，推廣種養結合的低碳生產模式，在農業種植中消耗牲畜養殖產生的碳排放，既能減少糞便造成的碳排放和污染，也能減少物質資料的投入，抑制現有糧食生產對于耕地整體生態系統的負面影響[11]。

4.4 加強農戶低碳意識培養

為了促進湖北省糧食主產區的低碳農業發展，關鍵在于加強農戶的低碳意識培養。首先，政府和相關機構應開展針對性的教育培訓項目，向農戶普及低碳農業的概念、技術和實踐方法。這包括提供關于節能減排、可持續農業技術（如精準灌溉、有機肥料使用、生物質能源利用等）的培訓，以及展示這些技術如何幫助農戶提高產量的同時減少碳排放。

在當地建立示范基地，展示低碳技術的實際效果，可以有效地提高農戶對這些技術的信任和接受度。同時，政府有關部門可以提供一定的財政補貼和技術支持，鼓勵農戶采納低碳技術[12]。此外，加強與科研機構和高校的合作，引入最新的低碳農業研究成果和技術，為農戶提供更多的學習和應用機會。通過這些措施，農戶的低碳意識不僅可以得到增強，還能幫助他們應用低碳技術，從而提高農業的綜合效益。

5 結語

“雙碳”目標包括碳達峰、碳中和兩個目標，其具有明顯的階段性特征，且緊密相關，碳達峰越早，其對經濟的負面沖擊越大，但可能有利于實現長期碳中和的目標。目前在構建低碳農業的整體趨勢下，糧食主產區如何開辟低碳發展新思路已經成為當下的研究熱點。因此，本文采用IPCC清單估算法，結合“雙碳”理念，對湖北省糧食生產的碳排放現狀進行了研究，為糧食主產區基于“雙碳”目標的低碳農業發展提出了相應的對策建議，以期為湖北省糧食主產區的低碳農業發展提供參考。