梁 龍，王大鵬，吳文良，孟凡喬

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193)

冬小麥-夏玉米輪作是華北平原最常見的農(nóng)田生產(chǎn)方式。據(jù)統(tǒng)計，我國每年農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量達7億t之多，但每年只有20%～30%被利用，大部分被燒掉，不但造成資源的極大浪費，而且嚴(yán)重污染環(huán)境［1］。對于北方糧食主產(chǎn)區(qū)而言，如何有效地處理作物秸稈，是實現(xiàn)農(nóng)田清潔生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。該文以山東高產(chǎn)糧區(qū)桓臺縣14年的農(nóng)業(yè)面源污染綜合治理經(jīng)歷為例，探索農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)與生態(tài)補償?shù)膯栴}。

1 對象與方法

1.1 桓臺縣概況

山東省桓臺縣位于泰沂山脈北麓，黃河下游，魯北平原南緣，是華北平原的一部分，全國百強縣之一?；概_縣唐山鎮(zhèn)自1989年建成“噸糧鎮(zhèn)”后，該縣又于1990年建成了江北第一個“噸糧縣”，此后農(nóng)業(yè)一直穩(wěn)步增長，通過20年的發(fā)展，已實現(xiàn)了糧食的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。秸稈還田本是桓臺農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一項傳統(tǒng)，但隨著生產(chǎn)力提高，玉米秸稈產(chǎn)量劇增，同時當(dāng)?shù)仞B(yǎng)殖業(yè)的萎縮，使得大量農(nóng)戶無法將巨量秸稈全部還田或者綜合利用，玉米秸稈還田比例一直在30%～50%之間，其余大部分都是焚燒，造成環(huán)境污染。

2007年開始，當(dāng)?shù)卣捎眯姓娭坪徒?jīng)濟補償相結(jié)合的辦法，全面推行秸稈禁燒:一方面通過行政手段強制推行玉米秸稈還田和綜合利用;另一方面對玉米秸稈還田由縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)兩級補貼，平均30～50元/667m2，同時加大農(nóng)機具購置補貼，保障機械配備到位，連續(xù)3年實施主產(chǎn)區(qū)秸稈全量還田和還田補償，取得較好生態(tài)和社會效益。

1.2 研究方法

1.2.1 農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)、低碳農(nóng)業(yè)與生態(tài)補償

一般來說，農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)是指通過生產(chǎn)和使用對環(huán)境友好的農(nóng)用化學(xué)品，在清潔肥沃的土地利用節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)藥、節(jié)地、節(jié)能以及資源綜合利用等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全過程，使用清潔化的農(nóng)藝措施，減少農(nóng)業(yè)污染的產(chǎn)生，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及其產(chǎn)品和服務(wù)過程對環(huán)境和人類可能造成的風(fēng)險。而廣義的低碳農(nóng)業(yè)是通過技術(shù)改進、制度創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、鏈條整合、新能源開發(fā)利用等多種手段，降低農(nóng)業(yè)系統(tǒng)碳源影響，擴大碳匯效應(yīng)，最終實現(xiàn)以溫室氣體減排為核心的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境共贏的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。從清潔農(nóng)業(yè)和低碳農(nóng)業(yè)的概念和內(nèi)涵來看，農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)是發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)的一種重要的方式和手段。

農(nóng)業(yè)區(qū)別于工業(yè)的一個最大特點是，農(nóng)業(yè)既是碳源也是碳匯，可以實現(xiàn)碳排放的“以農(nóng)補工”。以美國為例，2009年美國環(huán)境保護署 (EPA)報告顯示:2007年美國溫室氣體排放總量為7150.1TgCO2eq，其中農(nóng)業(yè)排放為413.1 TgCO2eq，但整個農(nóng)業(yè)系統(tǒng)固碳達到1062.6 TgCO2eq，不但完全抵消了農(nóng)業(yè)自身排放，而且使美國溫室氣體凈排放降低為6087.5TgCO2eq［2］。由于農(nóng)業(yè)的生態(tài)效應(yīng)，通過生態(tài)補償來激勵和引導(dǎo)農(nóng)民發(fā)展清潔農(nóng)業(yè)和低碳農(nóng)業(yè)，已經(jīng)成為世界各國通行做法。當(dāng)前，國際上包括碳匯補償在內(nèi)的生態(tài)補償?shù)耐ㄐ凶龇ㄊ?(1)確定基線排放量;(2)確定項目排放量;(3)確定減排量，減排量=基線排放-項目排放;(4)對符合標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)減排給予經(jīng)濟補償。

1.2.2 LCA是進行碳排放評價的有效方法

生命周期評價 (Life Cycle Assessment，簡稱LCA)源于20世紀(jì)60年代，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署 (UNEP)將其定義為:“評價一個產(chǎn)品系統(tǒng)生命周期整個階段——從原材料的提取和加工，到產(chǎn)品生產(chǎn)、包裝、市場營銷、使用、再使用和產(chǎn)品維護，直至再循環(huán)和最終廢物處置——的環(huán)境影響的工具［3-4］。”

20世紀(jì)80年代，LCA主要用于工業(yè)領(lǐng)域，隨著對低碳農(nóng)業(yè)研究的深入，國內(nèi)外眾多專家意識到，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)是與工業(yè)、加工、服務(wù)業(yè)緊密聯(lián)系的復(fù)合體，因此，低碳農(nóng)業(yè)不僅僅是農(nóng)田低碳，而是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的低碳［5］?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)碳排放不僅僅要考慮農(nóng)田系統(tǒng)本身的碳排放，其上游化肥、農(nóng)藥、機械的生產(chǎn)和運輸，由此消耗的原料及煤、石油、天然氣等，以及下游農(nóng)產(chǎn)品加工的碳排放都屬于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)碳排放范疇，而LCA就是對整個產(chǎn)業(yè)全面評價。因此，LCA可以成為農(nóng)業(yè)碳排放計量和生態(tài)補償?shù)闹匾椒ㄖ弧Ｔ撗芯拷梃b該方法來計算桓臺地區(qū)14年來小麥-玉米輪作系統(tǒng)的溫室氣體排放量變化，進而探討低碳排放與生態(tài)補償?shù)年P(guān)系，關(guān)于農(nóng)業(yè)LCA的模式和方法可以參照相關(guān)研究［6］。

2 結(jié)果與分析

2.1 相關(guān)參數(shù)

以1t作物籽粒為功能單位，山東桓臺1996～2009年不同年份農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)見表1。其中1996年、2003年、2006年數(shù)據(jù)來源于中國農(nóng)業(yè)大學(xué)實驗站的調(diào)研統(tǒng)計，2007～2009年數(shù)據(jù)來源于桓臺縣農(nóng)業(yè)推廣站3年推廣實踐。其中，小麥秸稈還田為100%，1996年、2005年和2006年玉米秸稈還田分別為30%、50%和70%，其余部分成為燃料、飼料或者在田間燃燒，2007～2009年玉米秸稈在全縣主產(chǎn)區(qū)粉碎全量還田，少量作為青貯飼料，該文以全量還田計算，各年投入見表1。

該研究的系統(tǒng)邊界從煤、石油、天然氣開采開始，到小麥、玉米離開農(nóng)田為止，其中農(nóng)田的整地、施肥、病蟲害防治、收獲過程作為農(nóng)作系統(tǒng)，化肥、農(nóng)藥、機械、燃油生產(chǎn)及運輸作為農(nóng)資系統(tǒng)?；?、農(nóng)藥、電力等溫室氣體根據(jù)相關(guān)研究成果計算，由于資料缺乏，農(nóng)業(yè)機械僅僅考慮機械燃油生產(chǎn)和燃燒的溫室氣體排放［7-10］。

農(nóng)作系統(tǒng)溫室氣體排放的另一主要來源就是硝化-反硝化過程中產(chǎn)生的N2O，1996年IPCC報告中，建議農(nóng)田系統(tǒng)N2O排放參數(shù)為進入農(nóng)田氮肥總量的1.25%，2006年IPCC第四次報告調(diào)整到1%，但中國農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國科學(xué)院在桓臺實驗站的研究表明，0.7%更接近當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)模式的實際水平，該文取這一數(shù)值［11］。關(guān)于農(nóng)田碳匯該文考慮土壤固碳和秸稈還田固碳，劉光棟、包永紅分析桓臺12年秸稈還田后土壤有機質(zhì)變化，發(fā)現(xiàn)桓臺農(nóng)田土壤平均吸收CO2為1984.88 kg·hm-2a-1，即每生產(chǎn)1t玉米和小麥土壤吸收262.31kg CO2［12-13］。研究表明［14］，秸稈還田當(dāng)年，30%的植物碳殘留在土壤中，其余仍以CO2等形式進入環(huán)境，成為碳泄漏部分，因此，秸稈還田需要考慮其源與匯的雙重性。

2.2 結(jié)果分析

綜合上述參數(shù)，桓臺農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的溫室氣體排放結(jié)果如表2所示。

表1 山東桓臺1996～2009年農(nóng)田系統(tǒng)投入產(chǎn)出

表2 1996～2009桓臺農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放量 單位:CO2eqkg/t

從表1～2統(tǒng)計數(shù)據(jù)和研究結(jié)果表明:桓臺縣冬小麥-夏玉米輪作系統(tǒng)朝著清潔生產(chǎn)方向不斷發(fā)展，表現(xiàn)在農(nóng)業(yè)投入在2003年達到峰值后逐步降低，同時，玉米秸稈的還田比例不斷提高，而整個輪作系統(tǒng)全生命周期溫室氣體排放呈下降趨勢。每噸小麥溫室氣體排放1996年為1537.7CO2eqkg，2003年高達1680.7 CO2eqkg，2009年下降到1408.5CO2eqkg，若以1996年為基線值，則下降了8.4%;每噸玉米從1868.2CO2eqkg下降到2009年的1092.3CO2eqkg，下降了41.5%，玉米的減排表現(xiàn)尤為明顯。小麥下降的關(guān)鍵在于化肥等投入的降低，玉米的關(guān)鍵因素首先在于秸稈的還田，減少燃燒排放同時增加了秸稈固碳;其次是推行測土配方施肥，使氮肥投入降低;另外由于灌溉水的減量化，使消耗電力的排放降低。

從表2可以看出:秸稈還田后其固碳效應(yīng)和碳泄漏表現(xiàn)得都非常明顯，因此，在農(nóng)田系統(tǒng)節(jié)能減排上，穩(wěn)定秸稈固碳和降低秸稈碳泄漏是關(guān)鍵，而氮肥、灌溉電力、機械柴油、土壤固碳是也制約農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放的重要因素。在農(nóng)資系統(tǒng)中，降低碳排放關(guān)鍵是氮肥生產(chǎn)的減排;農(nóng)作系統(tǒng)除了減少氮肥投入，其次是發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，減少電力消耗。理論上，秸稈還田土壤的碳排放應(yīng)該遠遠高于非秸稈還田，但桓臺長期大田實驗表明，秸稈以有機肥形式還田，同時和無機肥合理搭配，是土壤固碳和降低秸稈碳泄漏的有效措施［15］。因此，在堅持配方施肥的基礎(chǔ)上，加大保護性耕作力度，實施合理灌溉，減少氮、電、油的消耗，這是減排的重要措施，也是增加土壤碳匯，穩(wěn)定秸稈固碳的關(guān)鍵。

3 討論

3.1 關(guān)于農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)

長期以來，人們僅僅考慮了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益，但事實上農(nóng)業(yè)的生態(tài)效益遠遠大于其經(jīng)濟效益，因此，必須加大投入，實施農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)，使其從碳源向凈碳匯轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)“以農(nóng)補工”。桓臺經(jīng)驗表明，遵循循環(huán)農(nóng)業(yè)理念［16］，在集約化基礎(chǔ)上通過化肥等投入的減量化，秸稈的再利用、再循環(huán)，農(nóng)藥的可控化，農(nóng)業(yè)的減排增匯是有可能的。同時，也必須看到，建立農(nóng)業(yè)清潔機制是包括農(nóng)業(yè)、工業(yè)、運輸、服務(wù)業(yè)等整個社會體系的責(zé)任。隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的延長，如何實現(xiàn)種植、養(yǎng)殖、加工的一體化和清潔生產(chǎn)，實現(xiàn)現(xiàn)代低碳循環(huán)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)模式，是今后農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)研究的重點。

3.2 關(guān)于生態(tài)補償

生態(tài)補償在全世界都是一個不斷探索的議題，在我國還處于起步階段，無論從經(jīng)濟補償額度還是補償機制，都還需不斷摸索。以桓臺為例，2006年的農(nóng)田生產(chǎn)投入基本代表華北高產(chǎn)糧區(qū)平均水平，若以2006年碳排放為基線排放量，2007～2009年測土配方的排放為項目排放量，每噸小麥、玉米的減排量分別是272.2和817 CO2eqkg，按照中國國家發(fā)改委規(guī)定清潔發(fā)展機制項目申請中每噸CO2當(dāng)量的最低交易價格為8歐元計算，桓臺每公頃農(nóng)田減排量為9.26tCO2eq，折合人民幣651元左右，當(dāng)?shù)卣抗曆a償600元，與國家最低標(biāo)準(zhǔn)基本相當(dāng)。但秸稈本身是光合作用的產(chǎn)物，理論上不論是焚燒還是還田，其所含碳重新進入大氣并沒有對大氣中碳平衡造成影響，國際上關(guān)于秸稈的碳排放一般單獨計算，目前包括北京、山東桓臺等地為避免農(nóng)民焚燒而進行生態(tài)補償開全國先河，但這種模式在其他財政支付能力不足的地方能否大面積推廣，一旦政府放棄行政強制和經(jīng)濟補充，如何使秸稈還田和綜合利用變成農(nóng)民的自覺行動，這些都值得探索。另外，該文中，秸稈固碳和土壤固碳有重復(fù)計算嫌疑，秸稈還田后如何防范碳泄漏也還要加強研究。

3.3 關(guān)于低碳農(nóng)業(yè)

溫室氣體排放是全球關(guān)注的一個熱點，研究表明，農(nóng)業(yè)在減排的同時，還能降低對水體、土壤的潛在威脅。因此，發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)實屬必要。但是，農(nóng)業(yè)在某種意義上又是“生存排放”，要維護國家糧食安全，就必然要加大投入，其碳排放總量上肯定是上升，農(nóng)業(yè)的低碳只能在一定程度上提倡。另外，就我國實際情況來看，眾多地區(qū)的水資源短缺、土壤酸化、富營養(yǎng)化、重金屬污染問題似乎更嚴(yán)重、更突出。因此，農(nóng)業(yè)不僅僅要考慮低碳問題，而且要注意綜合協(xié)調(diào)，真正實現(xiàn)生產(chǎn)發(fā)展和環(huán)境友好雙贏的最終目標(biāo)。

4 結(jié)論

1)經(jīng)驗表明，農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)是發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)的重要路徑。

2)發(fā)展清潔農(nóng)業(yè)必須建立合理的生態(tài)補償機制，從而促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在考慮低碳的同時，還需注重其他生態(tài)指標(biāo)，實現(xiàn)生產(chǎn)和環(huán)境的共贏。

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