湖北省糧食生產(chǎn)低碳發(fā)展策略研究

李 偉

（武漢輕工大學(xué),湖北 武漢 430048）

2020年9月22日，國家主席習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上發(fā)表重要講話時指出：“中國將提高國家自主貢獻(xiàn)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(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和?！鞭r(nóng)業(yè)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動產(chǎn)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最大的碳排放源。面對“雙碳”目標(biāo)，高碳排放的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式面臨挑戰(zhàn)，農(nóng)業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型迫切需要得到推進(jìn)。本文基于湖北省糧食生產(chǎn)現(xiàn)狀，對其糧食主產(chǎn)區(qū)碳排放量進(jìn)行測度，根據(jù)碳排放來源及其原因提出碳減排措施。

1 湖北省糧食生產(chǎn)現(xiàn)狀

湖北省內(nèi)三面環(huán)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(fēng)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(nèi)除長江、漢江干流外，省內(nèi)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(nèi)湖泊主要分布在江漢平原上。現(xiàn)有湖泊755個，湖泊水面面積合計2 706.851 km2。這為農(nóng)業(yè)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(nóng)業(yè)大省，也是13個糧食主產(chǎn)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(xiàn)。

2 湖北省糧食主產(chǎn)區(qū)的碳排放量測度

2.1 測度模型

在進(jìn)行湖北省糧食主產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)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(lián)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(biāo)準(zhǔn)化的框架，以便統(tǒng)一計算和報告溫室氣體排放和吸收數(shù)據(jù)，從而支持全球氣候變化的監(jiān)測和政策制定。IPCC清單估算法的應(yīng)用范圍非常廣泛，涵蓋了從能源、工業(yè)過程和產(chǎn)品使用、農(nóng)業(yè)、土地使用、土地使用變化等多個領(lǐng)域的溫室氣體排放和吸收[4]。本文構(gòu)建如下糧食生產(chǎn)碳排放估算模型：

其中，C為湖北省糧食主產(chǎn)區(qū)的碳排放量總額，單位：噸；C農(nóng)資為湖北省糧食主產(chǎn)區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料投入時產(chǎn)生的碳排放量；C土壤為湖北省糧食主產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)過程中土壤的碳排放量；C秸稈為湖北省糧食主產(chǎn)區(qū)因焚燒秸稈而產(chǎn)生的碳排放量。

2.2 測度指標(biāo)

C農(nóng)資主要估算的是由化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、柴油、灌溉等農(nóng)業(yè)資料投入而產(chǎn)生的碳排放量。參考蔡慧敏的《中國農(nóng)業(yè)碳排放地區(qū)差距的結(jié)構(gòu)分解》，取化肥的碳排放系數(shù)為0.896 kgce/kg；取農(nóng)藥的碳排放系數(shù)為4.934 kgce/kg；取農(nóng)膜的碳排放系數(shù)為5.18 kgce/kg；取柴油的碳排放系數(shù)為0.593 kgce/kg；取灌溉的碳排放系數(shù)為20.476 kgce/hm2[5]。

C土壤主要估算的是由湖北地區(qū)主要糧食作物種植時，土壤產(chǎn)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(jìn)行核算，參考呂迎的《甘肅省農(nóng)業(yè)碳排放綜合測算及驅(qū)動力分析》，取CH4的轉(zhuǎn)換系數(shù)為6.82，參考韋娜娜的《OH自由基與烷烴反應(yīng)動力學(xué)研究》，取N2O的轉(zhuǎn)換系數(shù)為81.27，轉(zhuǎn)化后的碳排放系數(shù)單位為kg/hm2。換算后，水稻種植的土壤碳排放系數(shù)為3 116.81 kgce/（hm2·a）；小麥種植的土壤碳排放系數(shù)為166.603 kgce/（hm2·a）；豆類種植的土壤碳排放系數(shù)為62.578 kgce/（hm2·a）；玉米種植的土壤碳排放系數(shù)為205.776 kgce/（hm2·a）；薯類種植的土壤碳排放系數(shù)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(xiàng)作物的產(chǎn)量，單位為kg；Ni為第i項(xiàng)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(xué)指標(biāo)參數(shù)[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(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)來源

調(diào)查數(shù)據(jù)源于2013—2021年《湖北統(tǒng)計年鑒》《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》。

2.4 調(diào)查結(jié)果分析

由表1和圖1可知，湖北省糧食生產(chǎn)因農(nóng)業(yè)資料投入產(chǎn)生的碳排放量C農(nóng)資在2012—2020年呈現(xiàn)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(xiàn)了一次激增，達(dá)到了615.20萬噸，相較于2013年的增幅達(dá)16.34%。

圖1 2012—2020年湖北省糧食生產(chǎn)碳排放量統(tǒng)計圖

表1 2012—2020年湖北省糧食生產(chǎn)碳排放量統(tǒng)計表 單位：萬噸

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

湖北省因糧食作物種植產(chǎn)生的秸稈焚燒制造的碳排放，C秸稈在2012—2020年呈現(xiàn)出整體下降趨勢，僅在2018—2019年出現(xiàn)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(chǎn)生的碳排放量呈現(xiàn)出整體下降趨勢，然而在2013—2014年，呈現(xiàn)出了73.05萬噸的土壤碳排放量上升現(xiàn)象，主要是因?yàn)檗r(nóng)資投入量激增。

3 湖北省糧食生產(chǎn)的碳排放來源及其原因分析

3.1 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料投入帶來的污染

在湖北省糧食生產(chǎn)中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的投入是主要的碳排放源之一。根據(jù)2012至2020年的研究數(shù)據(jù)，由于農(nóng)資投入產(chǎn)生的碳排放量（C農(nóng)資）雖然呈現(xiàn)緩慢下降趨勢，但在總碳排放量中所占比例仍然高達(dá)33.96%。這一現(xiàn)象主要源于農(nóng)作物生產(chǎn)過程中對化學(xué)肥料、農(nóng)藥和農(nóng)膜等的廣泛使用?；屎娃r(nóng)藥的生產(chǎn)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(chǎn)和使用過程中會產(chǎn)生一氧化二氮（N2O），這是一種強(qiáng)效溫室氣體，其全球變暖潛能是二氧化碳的約298倍。此外，農(nóng)業(yè)機(jī)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(nóng)業(yè)機(jī)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(jī)械化作業(yè)還可能導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)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(chǎn)生大量的顆粒物和其他有害氣體，進(jìn)而危害環(huán)境。此外，秸稈焚燒還意味著錯失了將其作為有機(jī)肥料或生物質(zhì)能源利用的機(jī)會，從而降低了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的整體功能[9]。

3.2 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)帶來的影響

湖北省糧食主產(chǎn)區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)依賴于傳統(tǒng)技術(shù)，這不僅導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下，還加劇了碳排放。根據(jù)研究數(shù)據(jù)，盡管農(nóng)資投入導(dǎo)致的碳排放量在2012—2020年有所下降，但傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術(shù)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(xiàn)在能源利用不足、土地管理不當(dāng)以及農(nóng)業(yè)廢物處理不善等方面，這些因素共同導(dǎo)致了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中溫室氣體排放量的增加。

4 基于雙碳目標(biāo)的湖北省糧食生產(chǎn)低碳發(fā)展途徑

4.1 合理控制農(nóng)業(yè)物質(zhì)投入

為了降低湖北省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的碳排放，合理控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的投入至關(guān)重要。減少化學(xué)肥料的使用并用有機(jī)肥替代是一個有效的方法。這不僅可以降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的碳輸入量，還能減少對土壤的污染，從而促進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。此外，秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物的再利用也是減少碳排放的關(guān)鍵措施。將秸稈用于生物質(zhì)發(fā)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(huán)利用率[10]。

此外，風(fēng)力和太陽能等清潔能源的利用也是降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放的有效途徑。在湖北省農(nóng)村地區(qū)，可以通過建設(shè)風(fēng)力發(fā)電設(shè)施和太陽能光伏板，利用這些可再生能源為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供清潔、低碳的電力。例如，太陽能光伏系統(tǒng)可以用于驅(qū)動農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)，而風(fēng)力發(fā)電則可為農(nóng)村地區(qū)的倉儲和加工設(shè)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)的整體碳足跡，推動湖北省農(nóng)業(yè)向更加綠色、可持續(xù)的方向發(fā)展。

4.2 推動農(nóng)業(yè)設(shè)備更新?lián)Q代

從糧食主產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)過程中的碳源輸入進(jìn)行分析，化肥、農(nóng)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(yīng)該在全省范圍內(nèi)著重發(fā)展綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)，減少上述農(nóng)業(yè)資料的投入情況，研發(fā)并推廣可降解的農(nóng)膜、新能源生產(chǎn)機(jī)械、有機(jī)肥料，并減少農(nóng)藥的使用量，向農(nóng)民推廣科學(xué)的種植模式，以此來減少碳排放量，實(shí)現(xiàn)糧食生產(chǎn)的低碳發(fā)展。

4.3 大力發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)科技

將高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)技術(shù)與節(jié)約型農(nóng)業(yè)技術(shù)相結(jié)合，依靠技術(shù)轉(zhuǎn)變粗放經(jīng)營方式，推動農(nóng)民向產(chǎn)業(yè)工人角色的轉(zhuǎn)換。為獲得更好的生產(chǎn)和環(huán)境效益，湖北省應(yīng)該更加關(guān)注數(shù)字農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)等新型農(nóng)業(yè)的發(fā)展，如在該西部丘陵地區(qū)，利用現(xiàn)有的地形地貌條件發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)，種養(yǎng)類別可包括中藥材、煙葉、畜禽等方面。合理調(diào)整糧食種植模式，推廣種養(yǎng)結(jié)合的低碳生產(chǎn)模式，在農(nóng)業(yè)種植中消耗牲畜養(yǎng)殖產(chǎn)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(zhì)資料的投入，抑制現(xiàn)有糧食生產(chǎn)對于耕地整體生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響[11]。

4.4 加強(qiáng)農(nóng)戶低碳意識培養(yǎng)

為了促進(jìn)湖北省糧食主產(chǎn)區(qū)的低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展，關(guān)鍵在于加強(qiáng)農(nóng)戶的低碳意識培養(yǎng)。首先，政府和相關(guān)機(jī)構(gòu)應(yīng)開展針對性的教育培訓(xùn)項(xiàng)目，向農(nóng)戶普及低碳農(nóng)業(yè)的概念、技術(shù)和實(shí)踐方法。這包括提供關(guān)于節(jié)能減排、可持續(xù)農(nóng)業(yè)技術(shù)（如精準(zhǔn)灌溉、有機(jī)肥料使用、生物質(zhì)能源利用等）的培訓(xùn)，以及展示這些技術(shù)如何幫助農(nóng)戶提高產(chǎn)量的同時減少碳排放。

在當(dāng)?shù)亟⑹痉痘兀故镜吞技夹g(shù)的實(shí)際效果，可以有效地提高農(nóng)戶對這些技術(shù)的信任和接受度。同時，政府有關(guān)部門可以提供一定的財政補(bǔ)貼和技術(shù)支持，鼓勵農(nóng)戶采納低碳技術(shù)[12]。此外，加強(qiáng)與科研機(jī)構(gòu)和高校的合作，引入最新的低碳農(nóng)業(yè)研究成果和技術(shù)，為農(nóng)戶提供更多的學(xué)習(xí)和應(yīng)用機(jī)會。通過這些措施，農(nóng)戶的低碳意識不僅可以得到增強(qiáng)，還能幫助他們應(yīng)用低碳技術(shù)，從而提高農(nóng)業(yè)的綜合效益。

5 結(jié)語

“雙碳”目標(biāo)包括碳達(dá)峰、碳中和兩個目標(biāo)，其具有明顯的階段性特征，且緊密相關(guān)，碳達(dá)峰越早，其對經(jīng)濟(jì)的負(fù)面沖擊越大，但可能有利于實(shí)現(xiàn)長期碳中和的目標(biāo)。目前在構(gòu)建低碳農(nóng)業(yè)的整體趨勢下，糧食主產(chǎn)區(qū)如何開辟低碳發(fā)展新思路已經(jīng)成為當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。因此，本文采用IPCC清單估算法，結(jié)合“雙碳”理念，對湖北省糧食生產(chǎn)的碳排放現(xiàn)狀進(jìn)行了研究，為糧食主產(chǎn)區(qū)基于“雙碳”目標(biāo)的低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展提出了相應(yīng)的對策建議，以期為湖北省糧食主產(chǎn)區(qū)的低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展提供參考。