應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào) Chinese Journal of Applied Ecology ISSN 1001 9332 CN 21 1253 Q 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào) 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)論文 題目 我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放核算及碳減排路徑 作者 尹巖 郗鳳明 邴龍飛 王嬌月 李杰穎 杜立宇 劉麗 DOI 10 13287 j 1001 9332 202111 019 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)日期 2021 08 18 引用格式 尹巖 郗鳳明 邴龍飛 王嬌月 李杰穎 杜立宇 劉麗 我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)碳 排放核算及碳減排路徑 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào) https doi org 10 13287 j 1001 9332 202111 019 網(wǎng)絡(luò)首發(fā) 在編輯部工作流程中 稿件從錄用到出版要經(jīng)歷錄用定稿 排版定稿 整期匯編定稿等階 段 錄用定稿指內(nèi)容已經(jīng)確定 且通過同行評(píng)議 主編終審?fù)饪玫母寮?排版定稿指錄用定稿按照期 刊特定版式 包括網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)版式 排版后的稿件 可暫不確定出版年 卷 期和頁(yè)碼 整期匯編定稿指出 版年 卷 期 頁(yè)碼均已確定的印刷或數(shù)字出版的整期匯編稿件 錄用定稿網(wǎng)絡(luò)首發(fā)稿件內(nèi)容必須符合 出 版管理?xiàng)l例 和 期刊出版管理規(guī)定 的有關(guān)規(guī)定 學(xué)術(shù)研究成果具有創(chuàng)新性 科學(xué)性和先進(jìn)性 符合編 輯部對(duì)刊文的錄用要求 不存在學(xué)術(shù)不端行為及其他侵權(quán)行為 稿件內(nèi)容應(yīng)基本符合國(guó)家有關(guān)書刊編輯 出版的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 正確使用和統(tǒng)一規(guī)范語(yǔ)言文字 符號(hào) 數(shù)字 外文字母 法定計(jì)量單位及地圖標(biāo)注等 為確保錄用定稿網(wǎng)絡(luò)首發(fā)的嚴(yán)肅性 錄用定稿一經(jīng)發(fā)布 不得修改論文題目 作者 機(jī)構(gòu)名稱和學(xué)術(shù)內(nèi)容 只可基于編輯規(guī)范進(jìn)行少量文字的修改 出版確認(rèn) 紙質(zhì)期刊編輯部通過與 中國(guó)學(xué)術(shù)期刊 光盤版 電子雜志社有限公司簽約 在 中國(guó) 學(xué)術(shù)期刊 網(wǎng)絡(luò)版 出版?zhèn)鞑テ脚_(tái)上創(chuàng)辦與紙質(zhì)期刊內(nèi)容一致的網(wǎng)絡(luò)版 以單篇或整期出版形式 在印刷 出版之前刊發(fā)論文的錄用定稿 排版定稿 整期匯編定稿 因?yàn)?中國(guó)學(xué)術(shù)期刊 網(wǎng)絡(luò)版 是國(guó)家新聞出 版廣電總局批準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)連續(xù)型出版物 ISSN 2096 4188 CN 11 6037 Z 所以簽約期刊的網(wǎng)絡(luò)版上網(wǎng)絡(luò)首 發(fā)論文視為正式出版 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào) 我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放核算及碳減排路徑 1 尹 巖 1 郗鳳明 1 邴龍飛 1 王嬌月 1 李杰穎 2 杜立宇 3 劉 麗 4 1 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所 沈陽(yáng) 110016 2 撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司生態(tài)環(huán)境中心 遼寧撫順 113008 3 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)土地 與環(huán)境學(xué)院 沈陽(yáng) 110866 4 沈陽(yáng)環(huán)境科學(xué)研究院 沈陽(yáng) 110167 通信作者 E mail xifengming 摘要 設(shè)施農(nóng)業(yè)作為典型的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理模式 其特有的生產(chǎn)環(huán)境條件和高度集約利用的特點(diǎn) 會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)碳循環(huán)產(chǎn)生 影響 本研究以設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理過程中的農(nóng)膜投入 能源消耗 農(nóng)藥化肥投入 氣肥施用 設(shè)施土壤五大溫室氣體 排放源為核算對(duì)象 對(duì) 2018 年我國(guó) 31 個(gè)省份連棟溫室 日光溫室 塑料大棚 3 種設(shè)施農(nóng)業(yè)的碳排放量和排放強(qiáng)度進(jìn) 行估算 結(jié)果表明 我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放總量為 21038 17 萬(wàn) t CO2e 塑料大棚 日光溫室 連棟溫室 3 種類型設(shè)施農(nóng) 業(yè)碳排放量分別占 60 2 37 4 和 2 4 設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放以土壤溫室氣體排放 農(nóng)膜投入和農(nóng)用品投入碳排放為 主 連棟溫室單 位面積碳排放量顯著低于日光溫室和塑料大棚 科技資金配置率和設(shè)施農(nóng)業(yè)規(guī)模是對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放 影響最大的兩個(gè)因素 基于此 本研究從提高設(shè)施農(nóng)業(yè)的科技投入 物質(zhì)消耗利用率 設(shè)施面積利用率 3 個(gè)角度提出 碳減排路徑 關(guān)鍵詞 排放強(qiáng)度 對(duì)數(shù)平均迪氏指數(shù)模型 科技投入 物質(zhì)消耗 連棟溫室 DOI 10 13287 j 1001 9332 202111 019 Accounting and reduction path of facility agriculture carbon emission in China YIN Yan1 XI Feng ming1 BING Long fei1 WANG Jiao yue1 LI Jie ying2 DU Li yu3 LIU Li4 1Institute of Applied Ecology Chinese Academy of Sciences Shenyang 110016 China 2Center of Ecology and Environment Fushun Mining Group Co Ltd Fushun 113008 Liaoning China 3Department of Land and Environment Shenyang Agricultural University Shenyang 110866 China 4Shenyang Academy of Environmental Sciences Shenyang 110167 China Abstract Facility agriculture a typical agricultural production management mode could impact agricultural carbon cycle due to its unique production environmental conditions and highly intensive utilization This study took the five main sources of agricultural film investment energy consumption pesticide and fertilizer application CO2 fertilizer application and facility soil as accounting objects to estimate the carbon emissions and emission intensity of the three facility agriculture continu ous greenhouse solar greenhouse and plastic greenhouse in 31 provinces in 2018 The results showed that the total carbon emission of facility agriculture in China was 210 3817 million t CO2e in which the three facility agriculture types of plastic greenhouse solar greenhouse and continuous greenhouse accounted for 60 2 37 4 and 2 4 respectively Carbon emission of facility agriculture was mainly on soil greenhouse gas agricultural film and supplies investment Carbon emissio n per unit area of continuous greenhouses was significantly lower than that of solar and plastic greenhouses The scientific capital allocation rate and facility agriculture scale were the two main factors influencing the carbon emission in facility agriculture Based on the results we presented the carbon emission reduction path from the three perspectives of improving the scientific investment material consumption utilization rate and facility area utilization rate of facility agriculture Key words emission intensity LMDI model science and technology input material consumption connecting greenhouse 基金項(xiàng)目 本文由福州市生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值核算科研服務(wù)項(xiàng)目 350100 HH CS 2019001 遼寧省博士科研啟動(dòng)基金指導(dǎo)計(jì)劃項(xiàng) 目 20170520302 沈陽(yáng)市社會(huì)科 學(xué)課題重點(diǎn)課題 SYSK2020 35 01 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 41977290 中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì) 優(yōu)秀會(huì)員項(xiàng)目 Y202050 和中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)會(huì)員項(xiàng)目 2020201 資助 作者簡(jiǎn)介 尹 巖 女 1986年生 博士研究生 助理研究員 主要從事農(nóng)業(yè)環(huán)境與生態(tài)領(lǐng)域研究 E mail yinyan Fund This work was supported by the Scientific Research Service Project of Fuzhou City Ecosystem Value Accounting 350100 HH CS 2019001 the Doctoral Start up Foundation of Liaoning Province 20170520302 the Key Project of Shenyang Social Science SYSK2020 35 01 the National Natural Science Foundation of China 41977290 the Excellent Member Project of Youth Innovation Promotion Association Chinese Academy of Sciences Y202050 and the Member Project of Youth Innovation Promotion Association Chinese Academy of Sciences 2020201 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)時(shí)間 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)地址 2021 08 18 09 57 28 2 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào) 溫室氣體排放是影響全 球氣候變化 威脅自然環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素 1 農(nóng)業(yè) 生產(chǎn) 活動(dòng)作為 重要的溫室氣體人為排放源 2 4 其溫室氣體排放量達(dá)全球總排放量的 10 12 2 5 6 我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 活動(dòng)產(chǎn)生的溫室氣體排放比例為 16 17 7 8 高于很多國(guó)家 6 我國(guó)承諾降低溫室氣體排放強(qiáng)度 單位 GDP 二氧化碳排放量 9 到 2030 年實(shí)現(xiàn)溫室氣體排放量達(dá)峰 碳達(dá)峰 到 2060 年實(shí) 現(xiàn)溫室氣體凈零排放 碳中和 因此 在 巨大的溫室氣體減排任務(wù)下 我國(guó)迫切需要提高資源 利用率 發(fā)展低碳農(nóng)業(yè) 7 分 析我 國(guó)不同省份低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展政策時(shí)發(fā)現(xiàn) 控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的碳排 放是低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展的重中之重 10 許多學(xué)者在探索農(nóng)業(yè)溫室氣體排放問題時(shí) 以聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì) IPCC 制定 的 2006 年國(guó)家溫室氣體清單指南 11 為依據(jù) 通過能值測(cè)算 12 實(shí)地監(jiān)測(cè) 13 16 模型模擬 17 等方 式對(duì)農(nóng)業(yè)溫室氣體排放量進(jìn)行估算 研究表明 土壤 役畜腸道發(fā)酵 秸稈燃燒 水稻種植 役畜糞 便管理是農(nóng)業(yè)溫室氣體的五大排放源 排放量占比分別為 38 32 12 11 和 7 14 分析農(nóng) 業(yè)溫室 氣體排放的驅(qū)動(dòng) 因素發(fā)現(xiàn) 增施化肥 促進(jìn)灌溉 集約化管理等促進(jìn)了溫室氣體排放 17 免 耕 秸稈還田等保護(hù)性耕作管理措施抑制了溫室氣體排放 12 對(duì)比美國(guó) 加拿大 新西蘭農(nóng)業(yè)溫室氣 體排放量時(shí)發(fā)現(xiàn) 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理模式顯著影響農(nóng)業(yè)碳排放 18 19 全球設(shè)施農(nóng)業(yè)面積超過 460 萬(wàn) hm2 主要分布在亞洲 非洲 歐洲等地 20 21 我國(guó)是全球設(shè)施農(nóng) 業(yè)面積最大的國(guó)家 2018 年我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)總面積為 189 萬(wàn) hm2 22 設(shè)施 農(nóng)業(yè) 是一種 典型的農(nóng)業(yè) 生產(chǎn) 管理 模式 因 其特有的 生產(chǎn) 環(huán)境條件和高度集約利用 等特點(diǎn) 會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)碳循環(huán)產(chǎn)生影響 23 24 諸多學(xué) 者從不同角度圍繞露天農(nóng)業(yè) 指基于旱地 水田 水澆地的種植業(yè) 其特點(diǎn)是依賴自然環(huán)境 受天氣 影響大 碳排放問題進(jìn)行了積極探索 然而 目前關(guān)于設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放的研究成果并不多見 僅有的 研究成果一方面主要針對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)成本收益問題展開研究 另一方面 主要針對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理過 程中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行模擬優(yōu)化 與露天農(nóng)業(yè)相比 因蓄熱增溫防寒 遮陽(yáng)降溫防雨產(chǎn)生的農(nóng)用品投入 和能源消耗所引起的溫室氣體排放還未被 定量核算 基于此 本研究以省域?yàn)榛窘y(tǒng)計(jì)單元 以設(shè)施 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理過程中的農(nóng)膜投 入 能源消耗 農(nóng)藥化肥投入 氣肥施用 設(shè)施土壤五大溫室氣體排放 源為核 算對(duì)象 對(duì) 2018 年我國(guó)連棟溫室 日光溫室 塑料大棚 3 種設(shè)施農(nóng)業(yè)的碳排放量和排放強(qiáng)度 進(jìn)行估算 詳細(xì)分析碳排放量和排放強(qiáng)度的空間分布特征以及影響碳排放的主導(dǎo)因素 并提出面向碳 中和的碳減排路徑 1 研究地區(qū)與研究方法 1 1 研究區(qū)概況 改革開放以來 我國(guó)設(shè)施 農(nóng)業(yè) 得到快速發(fā)展 20 世紀(jì) 80 年代 以塑料拱棚為主的設(shè)施生產(chǎn)迅速 發(fā)展 使 設(shè)施作物 周年供應(yīng)狀況得到明顯改善 20 世紀(jì) 90 年代以來 大力推廣的節(jié)能日光溫室和遮 陽(yáng)棚生產(chǎn)技術(shù) 攻克了北方地區(qū) 冬春季和南方地區(qū)夏秋季 兩個(gè)淡季 的生產(chǎn)技術(shù)難題 使得全國(guó)廣 大地區(qū)實(shí)現(xiàn)了周年生產(chǎn) 設(shè)施 農(nóng)業(yè) 技術(shù)的發(fā)展 不僅解決了 作物 周年均衡供應(yīng)的問題 也在促進(jìn)農(nóng)民 增收和高效利用農(nóng)業(yè)資源等方面做出了歷史性貢獻(xiàn) 我國(guó)設(shè)施 農(nóng)業(yè) 主要集中在東北地區(qū)和黃淮海地 區(qū) 其中 江蘇 省設(shè)施 農(nóng)業(yè) 面積約占全國(guó)的 17 9 其次是 山東 約占 15 3 遼寧 河北 陜西 3 省設(shè)施 農(nóng)業(yè) 面積也較大 約占全國(guó)的 5 0 9 5 設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理模式與露天農(nóng)業(yè)大不相同 需要 對(duì)設(shè)施環(huán) 境進(jìn)行調(diào)控 營(yíng)造適宜作物生長(zhǎng)的環(huán)境條件 主要是對(duì)光照 溫度 濕度和氣體的人為調(diào) 控 我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域布局和基本情況 如表 1所示 尹巖等 我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放核算及碳減排路徑 3 表 1 我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域布局與基本情況 Table 1 Regional layout and basic information of facilities agriculture production in China 區(qū)域 Region 地理位置 Geographical position 設(shè)施類型 Facilities type 主要措施 Main measure 供應(yīng)期 Supply period 東北溫帶區(qū) Northeast temperate zone 遼寧中北部 吉林 黑龍江中南 部 內(nèi)蒙古東部 以日光溫室為 主 兼顧塑料 大中棚 冬季蓄熱增溫 和保溫防寒 塑料大中棚 5月中旬至 7月下旬 9月中旬至 10 月中下旬 日光溫室 9月至翌年 7月 東北 溫帶亞區(qū) 2月下旬至 7月下旬 9月上旬 至 12 月上旬 東北冷溫帶亞區(qū) 3月中旬至 11 月下旬 東北寒溫帶亞區(qū) 黃淮海與環(huán)渤海暖溫區(qū) Huang Huai Hai and Circum Bohai Sea warm zone 遼 寧東 部 遼寧 西 部 遼寧 南部 北京 天津 內(nèi)蒙古赤峰和烏蘭察 布地區(qū) 山西 河北 山東 河 南 安徽中北部 江蘇中北部 以日光溫室為 主 塑料大中 棚為輔 冬季蓄熱增溫 和保溫防寒 日光溫室 9月至翌年 7月 塑料大中棚 4 6 月 9 11 月 西北溫帶干旱及青藏高 寒區(qū) Northwest temperate arid zone and Qinghai Tibet alpine zone 新疆 甘肅 寧夏 陜西 青海 西藏 內(nèi)蒙古中西部 以日光溫室為 主 塑料大中 棚為輔 冬季蓄熱增溫 和保溫防寒 日光溫室 9月至翌年 7月 塑料大中 棚 3 6 月 9 11 月 長(zhǎng)江流域亞熱帶多雨區(qū) Subtropical and rainy zone in Yangtze River basin 四川 重慶 云南北部 貴州 湖 北 湖南 江西 上海 浙江 江 蘇南部 安徽南部 福建北部 以塑料大中棚 為主 冬春季保溫栽 培 夏季遮陽(yáng) 降溫避雨栽培 10 月中旬至翌年 8月 華南熱帶多雨區(qū) Tropical and rainy zone in South China 福建中北部 廣東 廣西 海南 云南中南部 以塑料大中 棚 防雨棚 防蟲網(wǎng)并舉 遮陽(yáng)降溫防雨 10 月中旬至 翌年 8月 1 2 設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放核算 設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中會(huì)消耗大量的農(nóng)用品 和能源 從而帶來溫室氣體排放 本研究 選取農(nóng)膜 化 肥 農(nóng)藥等農(nóng)用品 投入 灌溉電力 農(nóng)機(jī)燃油 供暖 降溫 電力等能源消耗 氣肥施用和 設(shè)施 土壤溫 室氣體排放作為設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放源 對(duì)其進(jìn)行定量核算 1 2 1 農(nóng)用塑料薄膜投入碳排放核算 設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中投入的農(nóng)用塑料薄膜主要為地膜和棚膜兩類 農(nóng)用塑料薄膜在生產(chǎn)和運(yùn)輸過 程中均會(huì)造成溫室氣體排放 其中 對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)棚膜投入量估算主要依據(jù) 日光溫室建設(shè)標(biāo)準(zhǔn) NYJ T 07 2005 25 日光溫室和塑料大棚結(jié)構(gòu)與性能要求 JB 10594 2006 26 和 連棟溫 室建設(shè)標(biāo)準(zhǔn) NYJ T 06 2005 27 核算公式如下 Ef Amf Asm ff 式中 Ef為設(shè)施農(nóng)業(yè)農(nóng)膜投入碳排放量 t CO2e Amf為 設(shè)施農(nóng)業(yè) 地膜 年投入量 t Asm為設(shè) 施農(nóng)業(yè) 棚膜 年投入 量 t ff為農(nóng)用塑料薄膜碳排放系數(shù) 取值為 18 99 t CO2 t 1 28 1 2 2 農(nóng)藥化肥投入碳排放核算 設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中投入的農(nóng)藥和化肥 其在生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中均會(huì) 造成溫室氣體排放 本研究 對(duì)此部分碳排放進(jìn)行核算 算式如下 Ei Afer ffer Ache fche 式中 Ei為設(shè)施農(nóng)業(yè)農(nóng)藥化肥投入碳排放量 t CO2 e Afer Ache分別為 設(shè)施農(nóng)業(yè) 化肥 農(nóng)藥 投 入 量 GJ ffer 和 fche 分別為 化肥 農(nóng)藥的碳排放系數(shù) 取值分別為 0 11 t CO2 GJ 1 29 30 0 10 t CO2 GJ 1 31 1 2 3 能源消耗碳排放核算 設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中灌溉和降溫 南方 供暖 北方 會(huì)消耗電力能源 同時(shí)農(nóng)業(yè)機(jī)械也 會(huì)消 耗燃油能源 能源在消耗過程中會(huì)造成溫室氣體排放 本研究對(duì)此部分碳排放進(jìn)行核 算 算式如下 Ee Ael Ahp fel Ame fme 式中 Ee為設(shè)施農(nóng)業(yè) 能源消耗 碳排放量 t CO2e Ael為 設(shè)施農(nóng)業(yè) 灌溉電力 消耗 量 kWh Ahp 為設(shè)施農(nóng)業(yè)降溫 供暖電力 消耗 量 kWh Ame 為設(shè)施農(nóng)業(yè) 機(jī)械 燃油消 耗量 TJ fel 和 fme 分別 為 電力和燃油消耗碳排放系數(shù) 取值分別為 0 36 kg CO2 k Wh 1 31 74 10 t CO2 TJ 1 11 1 2 4 氣肥施用碳排放核算 設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中常用化學(xué)反應(yīng)法向設(shè)施內(nèi)增施 CO2 以促進(jìn)作物光合作用 由于設(shè)施每天定 期需要通風(fēng)換氣 因此 設(shè)施內(nèi)沒有參與光合反應(yīng)的 CO2會(huì)釋放到大氣中 是重要的設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室氣 4 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào) 體排放源 本研究對(duì)此部分碳排放進(jìn)行核算 算式如下 ECO2fer CO2 S hr 0 5 ConCO2fer ConCO2air 10 式中 ECO2fer為設(shè)施農(nóng)業(yè)氣肥施用碳排放量 t CO2e CO2為 CO2氣態(tài)密度 kg m 3 S 為設(shè) 施 面積 hm2 hr為設(shè)施 脊高 m ConCO2fer和 ConCO2air分別為 施氣肥后溫 室內(nèi) CO2濃度 和 大氣 CO2平均濃度 1 2 5 設(shè)施土壤碳排放核算 設(shè)施土壤因耕作管理 化肥施用 有機(jī)碳礦化等原因會(huì)釋放溫室氣體 本研究對(duì)此部分碳排放進(jìn) 行核算 算式如下 Esoil fsoil CO2 44 S day 24 3600 10 8 Af N S fsoil N2O wN2O 44 14 式中 Esoil為設(shè)施土壤碳排放量 t CO2e fsoil CO2為設(shè)施土壤 CO2通量 mol m 2 s 1 day 為 設(shè)施農(nóng)業(yè) 供應(yīng)期天數(shù) d Af N為 設(shè)施農(nóng)業(yè) 氮肥施用量 t N hm 2 fsoil N2O為 設(shè)施土壤 N2O排放 系數(shù) wN2O為 N2O轉(zhuǎn)換為百年尺度上相對(duì)全球 增溫潛勢(shì) CO2 N 2O 1 1 3 設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放驅(qū)動(dòng)因素分析 為進(jìn)一步分析影響碳排放的主導(dǎo)因素 并提出面向碳中和的碳減排路徑 本研究基于對(duì)數(shù)平均迪 氏指數(shù) logarithmic mean Divisia index LMDI 模型 選擇碳排放效率 碳排放量與產(chǎn)量之比 投入產(chǎn)出比 產(chǎn)量與物耗投入之比 科技資金配置率 物耗投入與科技人員數(shù)量之比 設(shè)施農(nóng)業(yè) 規(guī) 模 科技人員數(shù)量與設(shè)施農(nóng)業(yè)面積之比 作為設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放的驅(qū)動(dòng)因素 深入分析各驅(qū) 動(dòng)因素對(duì) 我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放的影響程度 本研究基于前人研究成果 構(gòu)建設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放驅(qū)動(dòng)因素分析模 型 32 Ec Ice Rio Atf LP Al Ec Ec Yc Yc Im Im At At Al Al 式中 Ec 為設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放量 Ice 為設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放效率 Rio 為設(shè)施農(nóng)業(yè) 產(chǎn)出投入比 Atf 為設(shè) 施農(nóng) 業(yè) 科技資金配置率 LP為設(shè)施農(nóng)業(yè)規(guī)模 Al為設(shè)施農(nóng)業(yè) 面積 Yc為設(shè)施農(nóng)業(yè) 總產(chǎn)出 Im為設(shè)施農(nóng) 業(yè) 物耗投入 At為 科技人員數(shù)量 1 4 數(shù)據(jù)來源與處理 本 研究數(shù)據(jù)來源于 中國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)信息網(wǎng) 22 日光溫室建設(shè)標(biāo)準(zhǔn) NYJ T 07 2005 25 日光溫室和塑料大棚結(jié)構(gòu)與性能要求 JB 10594 2006 26 連棟溫室建設(shè)標(biāo)準(zhǔn) NYJ T 06 2005 27 農(nóng)業(yè)用聚乙烯吹塑棚膜 GB T 4455 2019 33 全國(guó)設(shè)施蔬菜重點(diǎn)區(qū)域發(fā)展規(guī)劃 2015 2020 年 34 中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒 35 中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒 36 中國(guó)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年 鑒 37 中國(guó)科技統(tǒng)計(jì)年度數(shù)據(jù) 38 利用 Excel 軟件對(duì)核算結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 借助 ArcGIS 軟件繪 制碳排放空間變化圖 2 結(jié)果 與 分析 2 1 設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放的空間變化特征 由 圖 1 可以看出 2018 年 我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放總量為 21038 17 萬(wàn) t CO2e 總體呈東北高 西 南低的格局 其中 江蘇 山東 遼寧排放量最高 分別占全國(guó)碳排放總量的 17 2 14 9 和 10 2 廣西 西藏 海南是碳排放量最小的省份 分別占全國(guó)碳排放總量的 0 02 0 15 和 0 17 尹巖等 我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放核算及碳減排路徑 5 圖 1 我國(guó) 31 個(gè)省份 不同類型設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放量 的 空間分布 Fig 1 Spatial distribution of agricultural carbon emission in different types of facilities from 31 provinces in China t CO2e CG 連棟溫室 Continuous greenhouse SG 日光溫室 Solar greenhouse PG 塑料大棚 Plastic greenhouse AFI 農(nóng)膜投入 Agricultural film investment EC 能源消耗 Energy consumption PFA 農(nóng)用品投入 Pesticide and fertilizer application AFA 氣肥施用 Air fertilizer application FS 設(shè)施土壤 Facility soil 該圖基于國(guó)家測(cè)繪地理信息局標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站下載的審圖號(hào)為 GS 2020 4619 號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作 底圖無修改 The map was based on the standard map with the drawing review No GS 2020 4619 downloaded from the standard map service website of the State Bureau of Surveying Mapping and Geographic Information and the base map was not modified 下同 The same below 從設(shè)施農(nóng)業(yè)類型來看 碳排放量 順序?yàn)?塑料大棚 日光溫室 連棟溫室 3 種類型設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排 放量分別為 12664 84 7874 95 和 498 38 萬(wàn) t CO2e 從空間分布來看 我國(guó)北方以日光溫室碳排放為 主 南方以塑料大棚碳排放為主 遼寧 山東 河北 日光溫室碳排放 量最高 分別占全國(guó)碳排放總量 的 21 0 20 3 和 11 0 江蘇 山東 湖 北 塑料大棚碳排放量最高 分別占全國(guó)碳排放總量的 24 3 11 8 和 7 7 連棟溫室主要集中在 江蘇 內(nèi)蒙古 山東 其碳排放量分別占全國(guó)碳排放總 量的 37 0 11 4 和 8 5 2 2 設(shè)施農(nóng)業(yè)不同類型碳排放貢獻(xiàn)特征 分析 我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè) 不同類型碳排放的貢獻(xiàn)發(fā)現(xiàn) 土壤碳排放 農(nóng)膜使用 農(nóng)用品投入 能源消 耗 氣肥施用碳排放平均占比分別為 55 2 24 7 17 6 1 6 0 9 土壤碳排放 農(nóng)膜 使用 農(nóng)用品 投入 碳 排放是我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)的主要碳排放源 連棟溫室不同碳排放源的排放量 順序?yàn)?土壤碳排 放 農(nóng)用品投 入 能源消耗 農(nóng)膜 投入 氣肥施用 其中 土壤碳排放是主要的碳排放源 占比 76 9 81 7 農(nóng)用品投入碳排放占比次之 達(dá) 13 9 16 6 日光溫室不同碳排放的排放量 順序?yàn)?土壤碳排放 農(nóng)用品投入 農(nóng)膜 投入 能源消耗 氣肥施用 其中 土壤碳排放占比 49 3 55 1 農(nóng)用品投入和農(nóng)膜 投入 碳排放占比分別為 22 4 25 2 和 19 9 23 3 塑料大棚不同碳排放的排放 量 順序?yàn)?土壤碳排放 農(nóng)膜 投入 農(nóng)用品投 入 能源消耗 氣肥施用 其中 土壤碳排放占比 39 2 62 7 農(nóng)膜 投入 和 農(nóng) 用品投入碳排放占比分別為 22 4 38 0 和 12 2 19 9 6 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào) 2 3 設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度特征 與碳排放量空間分布有所不同的是 我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度總體呈現(xiàn)西南高 東北低的趨勢(shì) 圖 2 高排放強(qiáng)度的省份主要集中分布在貴州 重慶 湖北 湖南 排放強(qiáng)度高達(dá) 121 t CO2 e hm 2 排放強(qiáng)度最低的省份是黑龍江 排放強(qiáng)度低至 76 t CO2e hm 2 各類設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度 順序 為 日光溫室 塑料大棚 連棟溫 室 日光溫室 連棟溫室和塑料大棚 3 種設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度均呈現(xiàn) 長(zhǎng)江流域偏高 東北 地區(qū)偏低的趨勢(shì) 對(duì)比各類碳排放源的排放強(qiáng)度發(fā)現(xiàn) 連棟溫室和日光溫室的土 壤碳排放強(qiáng)度和氣肥施用碳排放強(qiáng)度顯著高于塑料大棚 日光溫室和塑料大棚的農(nóng)膜 投入 碳排放度顯 著高于連棟溫室 能源消耗碳排放強(qiáng)度顯著低于連棟溫室 日光溫室農(nóng)用品投入碳排放強(qiáng)度顯著高于 連棟溫室和塑料大棚 圖 2 我國(guó) 31 個(gè)省份 不同類型設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度 的 空間分布 Fig 2 Spatial distribution of carbon emission intensity in different types of facilities from 31 provinces in China t CO2e hm 2 2 4 設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放的驅(qū)動(dòng)因素 本研究基于 LMDI 模型 32 對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放的驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行乘法分解和加法分解 旨在深入探討 影響設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放的因素 由圖 3 可以看出 我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)出投入比 設(shè)施農(nóng)業(yè)面積和科技資金 配置率均呈降低趨勢(shì) 降低幅度順序?yàn)楫a(chǎn)出投入比 設(shè)施農(nóng)業(yè)面積 科技資金配置率 這 3 個(gè)因素對(duì) 于設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放的貢獻(xiàn)呈負(fù)驅(qū)動(dòng)作用 其 中 科技資金配置率負(fù)驅(qū)動(dòng)作用最大 貢獻(xiàn)了 1842 萬(wàn) t CO2e 設(shè)施農(nóng)業(yè)面 積負(fù)驅(qū)動(dòng)作用 次之 貢獻(xiàn)了 1749 萬(wàn) t CO2e 產(chǎn)出投入比負(fù)驅(qū)動(dòng)作用最小 僅貢獻(xiàn) 57萬(wàn) t CO2e 相比之下 設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放效率和設(shè)施農(nóng)業(yè)規(guī)模是呈升高趨勢(shì)的 設(shè)施農(nóng)業(yè)規(guī)模的升高 幅度大于碳排放效率 這兩個(gè)因素對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放的貢獻(xiàn)呈正驅(qū)動(dòng)作用 碳排放效率貢獻(xiàn)了 48 萬(wàn) t CO2e 設(shè)施農(nóng)業(yè)規(guī)模的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)高于碳排放效率 為 1899萬(wàn) t CO2e 尹巖等 我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放核算及碳減排路徑 7 圖 3 設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放 驅(qū)動(dòng)因素分解結(jié)果 Fig 3 Decomposition results of drive factors to carbon emissions a 乘法分解方法 Multiplicative decomposition method b 加法分解方法 Additive decomposition method Ice 碳排放效率 Carbon emission efficiency Rio 產(chǎn)出投入比 Output input ratio Atf 科技資金配置率 Scientific capital allocation rate Lp 設(shè)施農(nóng)業(yè)規(guī)模 Facility agriculture scale Al 設(shè)施農(nóng)業(yè)面積 Facility agriculture area 3 討 論 目前 關(guān)于農(nóng)業(yè)碳排放量的估算主要集中在 1 化肥 農(nóng)藥 農(nóng)膜等農(nóng)用品在生產(chǎn)和運(yùn)輸過程 中產(chǎn)生的碳排放 28 30 31 2 因耕作 灌溉 施肥等管理措施造成的役畜腸道發(fā)酵和糞便管理碳排 放 39 農(nóng)機(jī)燃油燃燒產(chǎn)生的碳排放 30 31 土壤有機(jī)質(zhì)礦化分解產(chǎn)生的碳排放 40 41 水田淹水厭氧發(fā) 酵產(chǎn)生的甲烷排放 42 43 灌溉電力消耗產(chǎn)生的碳排放 31 以及因氮肥施用土壤排放氮氧化物 44 45 等 3 秸稈焚燒過程產(chǎn)生的碳排放 46 本研究在確定設(shè)施農(nóng)業(yè)核算框架體系時(shí) 考慮到設(shè)施農(nóng)業(yè)以蔬菜 種植為主 因此沒有將水田淹水厭氧發(fā)酵甲烷排放和秸稈焚燒碳排放納入核算體系 同時(shí)農(nóng)業(yè)設(shè)施中 少有役畜投入 故對(duì)役畜腸道發(fā)酵和糞便管理碳排放亦不納入核算體系 對(duì)比已有農(nóng)業(yè)碳排放核算結(jié)果與本研究關(guān)于設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放核算結(jié)果時(shí)發(fā)現(xiàn) 農(nóng)業(yè)能源消耗產(chǎn)生 的碳排放在 0 98 2 71 t CO2e hm 2 28 31 本研究能源消耗碳排放 在 1 76 2 42 t CO2e hm 2 分析原因時(shí) 發(fā)現(xiàn)灌溉電力是農(nóng)業(yè) 能源消耗碳排放的主要源頭 灌溉 方式的不同顯著影響了能源消耗碳排放量 47 同時(shí)設(shè)施農(nóng)業(yè)因需要供暖 降溫也會(huì)消耗一部分電力 造成額外的能源消耗碳排放 此外 本研究亦 發(fā)現(xiàn) 設(shè)施土壤碳排放是 5 種碳排放源中排放強(qiáng)度最大的 可以達(dá)到 49 75 t CO2e hm 2 這是因?yàn)樵O(shè) 施土壤高溫 持續(xù)大量的施肥等均會(huì)促進(jìn)設(shè)施土壤有機(jī)碳分解礦化 從而表現(xiàn)出設(shè)施土壤有機(jī)碳礦化 率明顯高于農(nóng)田 48 深入分析設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放驅(qū)動(dòng)因素時(shí)發(fā)現(xiàn) 對(duì)設(shè) 施農(nóng)業(yè)碳排放影響最大的兩個(gè)因素是科技資金配 置率和設(shè)施農(nóng)業(yè)規(guī)模 也就是說提高設(shè)施 農(nóng)業(yè)的科技投入 物質(zhì)消耗利用率 設(shè)施面積利用率是有效 降低設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放的關(guān)鍵路 徑 1 提高設(shè)施農(nóng)業(yè)科技投入 研究表明 滴管方式可以有效降低生 長(zhǎng)期土壤碳排放 且降低灌溉能耗 49 保護(hù)性耕作在有效保持作物產(chǎn)量的同時(shí)可以顯著降低溫室氣體 排放 將光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用在設(shè)施農(nóng)業(yè)中 可以大大減少對(duì)化石能源的需求 達(dá)到節(jié)能減排的效果 因此 以改善耕作管理措施為目標(biāo)的科技投入十分必要 2 提高物質(zhì)消耗利用率 設(shè)施農(nóng)業(yè)化肥施 用量可達(dá) 3000 12000 kg hm 2 已超出施肥理論量的 50 70 顯著提高了農(nóng)用品投 入碳排放 同 時(shí) 棚膜作為設(shè)施農(nóng)業(yè)重要的一種農(nóng)膜投入類型 更是提高了農(nóng)膜投入碳排放 因此 應(yīng) 推廣秸稈還 田和測(cè)土配方施肥 根據(jù)不同作物類型 按需施肥 減少肥料生產(chǎn)碳排放和因施肥產(chǎn)生的土壤碳排 放 并提高棚膜質(zhì)量 延長(zhǎng)棚膜使用壽命 減少棚膜更換頻率 有效降低棚膜投入碳排放 3 提高 設(shè)施面積利用率 本研究發(fā)現(xiàn) 連棟溫室碳排放強(qiáng)度為 91 72 t CO2e hm 2 低于日光溫室和塑料大 棚 因此 推廣連棟溫室和連棟單層膜溫室 可以 有效降低 溫室內(nèi)運(yùn)行能耗 減少氣肥施用量 減少 因土地破碎化造成的農(nóng)機(jī)高能耗 8 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào) 4 結(jié) 論 本研究核算了 2018 年我國(guó) 31 個(gè)省份設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室氣體排放量 結(jié)果表明 我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放 總量為 21038 17 萬(wàn) t CO2e 塑料大棚 日光溫室 連棟溫室 3 種類型設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放量分別為 12664 84 7874 95 和 498 38 萬(wàn) t CO2e 設(shè)施農(nóng)業(yè)各碳排放源排放量由高到低依次為土壤碳排放 55 2 農(nóng)膜使用 24 7 農(nóng)用品投入 17 6 能源消耗 1 6 氣肥施用 0 9 連棟溫室碳排放強(qiáng) 度 91 72 t CO2e hm 2 低于日光溫室 136 37 t CO2e hm 2 和塑料大棚 100 32 t CO2e hm 2 此外 科技資金配置率和設(shè)施農(nóng)業(yè)規(guī)模是影響設(shè)施農(nóng)業(yè)碳排放最大的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)因素 責(zé)任編輯 楊 弘 參考文獻(xiàn) 1 IPCC Climate Change 2013 The Physical Science Basis Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change Cambridge UK Cambridge University Press 2013 2 Frank S Beach R Havlik P et al Structural change as a key component for agricultural non CO2 mitigation efforts Nature Communications 2018 9 doi 10 1038 s41467 018 03489 1 3 Linquist BA Adviento Borbe MA Pittelkow CM et al Fertilizer management practices and greenhouse gas emissions from rice systems A quantitative review and analysis Field Crops 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