胡世霞，向榮彪，董俊，齊振宏*

（1. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，湖北 武漢 430070；2. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430070；3. 長(zhǎng)江大學(xué)研究生學(xué)院，湖北 荊州 434025）

基于碳足跡視角的湖北省蔬菜生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展探討

胡世霞1，向榮彪2，董俊3，齊振宏1*

（1. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，湖北 武漢 430070；2. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430070；3. 長(zhǎng)江大學(xué)研究生學(xué)院，湖北 荊州 434025）

在溫室氣體的累積排放導(dǎo)致全球增溫趨勢(shì)明顯，人類(lèi)生存面臨挑戰(zhàn)的氣候環(huán)境條件下，研究蔬菜生產(chǎn)碳足跡，對(duì)于控制蔬菜生產(chǎn)溫室氣體排放，緩解氣候變化與蔬菜生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的矛盾具有積極意義?；贗PCC國(guó)家溫室氣體清單指南，運(yùn)用過(guò)程生命周期評(píng)價(jià)法、動(dòng)態(tài)評(píng)估及多元回歸分析，對(duì)湖北省2003-2013年蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)碳足跡進(jìn)行了核算。結(jié)果表明，湖北省蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)碳足跡由2003年的116.05萬(wàn)tCE增長(zhǎng)到2013年的142.81 萬(wàn)tCE，增加了23.06%。各生產(chǎn)投入品溫室氣體排放碳足跡排在前3位的為肥料、農(nóng)藥和排灌電能，分別占總排放碳足跡的58.07%、18.47%、9.03%。2003-2013年土地利用碳強(qiáng)度保持在0.97-1.29 tCE/hm2；單位產(chǎn)量碳強(qiáng)度從2003年的37.06 kgCE/t提高到39.91 kgCE/t，收益碳強(qiáng)度從2003年的0.10 kgCE/元降低到2013年的0.02 kgCE/元；碳生態(tài)效率從2003年的1.87降低到2013年的1.73。多元回歸分析表明，湖北省蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)溫室氣體排放碳足跡與肥料用量、農(nóng)藥使用量、排灌電能三者間存在顯著的線性相關(guān)，其相關(guān)性分別為0.571、0.341和0.228。根據(jù)分析結(jié)果，提出了強(qiáng)化科學(xué)施肥力度，提高土地規(guī)?；?jīng)營(yíng)水平；推廣生物防治，建設(shè)綠色防控體系；推廣節(jié)水灌溉技術(shù)等可顯著減少溫室氣體排放的策略。

蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)；碳足跡；過(guò)程生命周期法；動(dòng)態(tài)評(píng)估；多元回歸分析；可持續(xù)性發(fā)展

胡世霞， 向榮彪， 董俊， 齊振宏. 基于碳足跡視角的湖北省蔬菜生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展探討［J］. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究， 2016， 37（3）: 460-467.

Hu S X， Xiang R B， Dong J， Qi Z H. The sustainable development of vegetable production system from the carbon footprint perspective in Hubei Province［J］. Research of Agricultural Modernization， 2016， 37（3）: 460-467.

自工業(yè)革命以來(lái)，隨著全球經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展和生產(chǎn)生活方式的轉(zhuǎn)變、溫室氣體大量排放，導(dǎo)致的全球氣候變暖已成為威脅人類(lèi)生存和發(fā)展的一大難題。過(guò)去近160年全球歷史累計(jì)溫室氣體排放量為345 PgC（1 PgC=10億 tC）［1］。20世紀(jì)50年代以來(lái)，CO2、CH4和N2O的大氣濃度分別比工業(yè)化以前增加了大約26%、148%和8%［2］。據(jù)聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第五次評(píng)估報(bào)告，2010 年世界農(nóng)林業(yè)溫室氣體排放 12.00 Gt CO2eq，占人類(lèi)活動(dòng)總排放的24.00%［3］。近年來(lái)，全球人類(lèi)活動(dòng)造成的溫室氣體排放量已達(dá)有史以來(lái)的最高水平，這“極有可能”是導(dǎo)致不斷加劇的氣候變化事件的主要原因［4］。2009年中國(guó)已成為全球溫室氣體排放量較大的國(guó)家，排放總量占全世界的23%［5］。我國(guó)的農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放占全國(guó)溫室氣體排放總量的17%，高于世界平均水平［6］。其中CH4和N2O分別占全國(guó)CH4和N2O排放總量的50.15%和92.47%［7］。農(nóng)業(yè)領(lǐng)域已成為繼能源之后的第二大溫室氣體排放源，發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)已成為當(dāng)務(wù)之急。

湖北省地處亞熱帶，種植蔬菜具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，常年種植蔬菜穩(wěn)定在114.5萬(wàn)hm2左右，僅次于糧食、油料種植面積。2013年蔬菜產(chǎn)量為3 578.3 萬(wàn)t，居種植業(yè)的第一位，總產(chǎn)值1 061.9億元，占全省農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的20%，占種植業(yè)產(chǎn)值的38%以上，蔬菜生產(chǎn)已成為全省農(nóng)業(yè)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。然而，由于片面追求蔬菜產(chǎn)量的提高，大量施用化肥、農(nóng)藥，使CO2等溫室氣體的排放急劇增加，已成為農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重問(wèn)題，制約著蔬菜生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展。因此，研究湖北省蔬菜生產(chǎn)碳足跡對(duì)于促進(jìn)湖北省蔬菜生產(chǎn)乃至農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

目前，理論界從不同角度研究了碳足跡的定義、計(jì)算方法，并常常采用工業(yè)、交通、建筑、醫(yī)療衛(wèi)生等方面案例進(jìn)行了實(shí)證研究，使碳足跡研究有了一定的進(jìn)展［8］。農(nóng)業(yè)由于碳排放過(guò)程比較復(fù)雜，對(duì)其碳足跡的研究比較少，并且集中在農(nóng)田生態(tài)碳足跡和水稻、玉米、小麥等農(nóng)作物品種碳足跡研究上［9-10］，對(duì)蔬菜生產(chǎn)碳足跡研究則是廖若晨星，尚未形成比較成熟的研究方法。為了彌補(bǔ)這一缺憾，本文根據(jù)IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南及國(guó)家統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，運(yùn)用過(guò)程生命周期評(píng)價(jià)法結(jié)合系數(shù)法，對(duì)2003-2013年湖北省蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)的碳足跡進(jìn)行核算和評(píng)估，以圖客觀評(píng)價(jià)湖北省蔬菜生產(chǎn)對(duì)溫室氣體排放的影響，為指導(dǎo)湖北省蔬菜生產(chǎn)低碳發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)，促進(jìn)湖北省蔬菜生產(chǎn)可持續(xù)健康發(fā)展。

1 研究方法

1.1 過(guò)程生命周期法

碳足跡已被廣泛用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)溫室氣體排放的核算，現(xiàn)有三種不同但相關(guān)的核算方法：生命周期評(píng)價(jià)法（Life-Cycle Assessment，LCA）、投入產(chǎn)出分析法（Input-Output Analysis，IOA）和混合生命周期評(píng)價(jià)法（Hybrid LCA）［11］。最為典型的碳足跡過(guò)程生命周期分析法由英國(guó)Carbon Trust機(jī)構(gòu)提出［12］。該方法首先通過(guò)基本流程圖詳細(xì)描述全生命周期涉及的所有活動(dòng)和原料，再根據(jù)實(shí)際情況明確碳足跡計(jì)算系統(tǒng)邊界，收集邊界內(nèi)活動(dòng)、原料和溫室氣體排放因子的原始及次級(jí)數(shù)據(jù)，建立全質(zhì)量平衡方程計(jì)算生命周期各環(huán)節(jié)的碳足跡，最后復(fù)核優(yōu)化。

過(guò)程生命周期法是基于生命周期評(píng)價(jià)理論提出的關(guān)于生產(chǎn)碳足跡計(jì)算的方法，該方法以生產(chǎn)過(guò)程分析為出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)生命周期清單，從生命周期的視角分析溫室氣體排放的整個(gè)過(guò)程。該方法由于考慮了產(chǎn)品生命周期過(guò)程中所有活動(dòng)相關(guān)的溫室氣體排放，能夠更全面深入地分析溫室氣體排放的本質(zhì)過(guò)程，因此可以科學(xué)合理地實(shí)現(xiàn)碳足跡的評(píng)估。

蔬菜生產(chǎn)碳足跡包括播種前的土地整理溫室氣體排放碳足跡，播種及移栽后的田間生產(chǎn)與管理溫室氣體排放碳足跡，蔬菜收獲后的儲(chǔ)藏、運(yùn)輸、銷(xiāo)售的溫室氣體排放碳足跡。本文對(duì)蔬菜生產(chǎn)碳足跡的評(píng)估就是通過(guò)過(guò)程生命周期法對(duì)蔬菜生命周期內(nèi)溫室氣體排放進(jìn)行核算和評(píng)估。

1.2 系統(tǒng)邊界的設(shè)置［13］

首先將蔬菜生產(chǎn)過(guò)程中所涉及到的所有生產(chǎn)流程列出。本文將蔬菜生產(chǎn)流程按照“產(chǎn)前—產(chǎn)中—產(chǎn)后”的順序進(jìn)行劃分（圖1），產(chǎn)前包括土地整理以及農(nóng)資的準(zhǔn)備，主要包含人工及機(jī)械作業(yè)的投入；產(chǎn)中包括栽培、病蟲(chóng)害防控、施肥及澆水等，主要包含電能、化肥、農(nóng)藥和人工的投入；產(chǎn)后包括蔬菜的收獲、儲(chǔ)藏和運(yùn)輸，主要包含收獲、儲(chǔ)藏和運(yùn)輸過(guò)程中的人工、電能及機(jī)動(dòng)車(chē)輛消耗柴油?？紤]數(shù)據(jù)的可獲得性，本研究忽略了蔬菜生產(chǎn)過(guò)程中不同種子投入引起的溫室氣體排放碳足跡以及消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)蔬菜產(chǎn)品的交通溫室氣體排放碳足跡等。

圖1 蔬菜生產(chǎn)流程圖Fig. 1 Flow chart of the vegetable production system

1.3 碳足跡評(píng)價(jià)指標(biāo)

農(nóng)業(yè)碳足跡的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括碳強(qiáng)度指標(biāo)和碳效率指標(biāo)，碳強(qiáng)度指標(biāo)主要包括土地碳強(qiáng)度、產(chǎn)量碳強(qiáng)度、收益碳強(qiáng)度；碳效率指標(biāo)主要包括碳生態(tài)效率、碳生產(chǎn)效率和碳經(jīng)濟(jì)效率［14-16］。由于產(chǎn)量碳強(qiáng)度和碳生產(chǎn)效率、收益碳強(qiáng)度和碳經(jīng)濟(jì)效率均互為倒數(shù)，可看作是具有不同極性的同一指標(biāo)，因此本文僅選擇土地碳強(qiáng)度、產(chǎn)量碳強(qiáng)度、收益碳強(qiáng)度和碳生態(tài)效率4項(xiàng)指標(biāo)對(duì)蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)的碳足跡進(jìn)行評(píng)價(jià)。本文將溫室氣體排放碳足跡均折算為二氧化碳當(dāng)量（CE）。

1.4 碳足跡核算方法

蔬菜生產(chǎn)投入碳足跡，即蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)物質(zhì)、能源及人工投入產(chǎn)生的溫室氣體排放碳足跡，估算公式為：

式中：E表示蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)中的總溫室氣體排放碳足跡；Ei表示蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的溫室氣體排放碳足跡；Ep、Eir、Epc、Ef、Epe、Eaf分別表示蔬菜生產(chǎn)過(guò)程中人工勞動(dòng)力、排灌電能、機(jī)械作業(yè)、肥料、農(nóng)藥、農(nóng)膜等消耗產(chǎn)生的溫室氣體排放碳足跡。各生產(chǎn)環(huán)節(jié)溫室氣體排放碳足跡等于生產(chǎn)投入量乘以相應(yīng)的溫室氣體排放系數(shù)。

蔬菜生產(chǎn)產(chǎn)出碳足跡計(jì)算方法為：

式中：C表示蔬菜光合作用碳匯的碳足跡；s表示光合作用的碳吸收率，定義為蔬菜通過(guò)光合作用合成單位有機(jī)質(zhì)所需要吸收的碳當(dāng)量；Y為蔬菜的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量（kg），表示蔬菜在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)所產(chǎn)生的可以用來(lái)出售的部分有機(jī)體的重量；θ為蔬菜含水比率，表示蔬菜含水量占整個(gè)生物體重量的比重；HI為作物的經(jīng)濟(jì)系數(shù)，表示蔬菜的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品產(chǎn)量占整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)光合作用合成有機(jī)物總量的比重。

凈碳足跡計(jì)算方法為：

式中：F為凈溫室氣體排放碳足跡，衡量總溫室氣體排放碳足跡中扣除光合作用碳匯足跡后的凈值。

1.5碳足跡評(píng)價(jià)方法c

土地碳強(qiáng)度表示單位土地面積上蔬菜種植產(chǎn)生的溫室氣體排放碳足跡，計(jì)算公式為：

式中：β為土地碳強(qiáng)度（tCE/hm2）；H為土地面積（hm2）。β值的大小表示蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)使用單位土地面積所產(chǎn)生的溫室氣體排放的多少。

產(chǎn)量碳強(qiáng)度表示每生產(chǎn)1 t蔬菜產(chǎn)生的總溫室氣體排放碳足跡。計(jì)算公式為：

式中：γ為產(chǎn)量碳強(qiáng)度（kgCE/t）。γ值的大小表示蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)單位產(chǎn)量的蔬菜所產(chǎn)生的溫室氣體排放碳足跡的多少。

收益碳強(qiáng)度表示每元收益的碳代價(jià)，用于評(píng)價(jià)蔬菜生產(chǎn)的碳效益，估算公式為：

式中：l為收益碳強(qiáng)度（gCE/元），I為總產(chǎn)值（元）。l越大表明該生產(chǎn)系統(tǒng)單位經(jīng)濟(jì)收益下溫室氣體排放碳足跡越高。

碳生態(tài)效率，定義為蔬菜生產(chǎn)光合作用碳匯除以蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)物質(zhì)、能源及人工投入產(chǎn)生的溫室氣體排放碳足跡，計(jì)算公式為：

式中：α為碳生態(tài)效率。若0≤ α ＜1，則蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)中的溫室氣體排放碳足跡大于光合作用碳匯足跡，說(shuō)明蔬菜生產(chǎn)對(duì)生態(tài)環(huán)境具有負(fù)向性；若α=1，溫室氣體排放碳足跡等于光合作用碳匯足跡，則說(shuō)明蔬菜生產(chǎn)對(duì)生態(tài)環(huán)境是中性的；若α＞1，則表明溫室氣體排放碳足跡小于光合作用碳匯足跡，說(shuō)明蔬菜生產(chǎn)對(duì)于生態(tài)環(huán)境是正向的，有利于提高碳匯的儲(chǔ)存。

1.6 參數(shù)確定

基于《2006年國(guó)家溫室氣體清單指南第四卷農(nóng)業(yè)、林業(yè)與其他土地利用》，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)排放的溫室氣體主要是CO2、CH4和N2O。通常將溫室氣體排放分為直接溫室氣體排放和間接碳排放，文中直接溫室氣體排放包括柴油（化石能源）燃燒和勞動(dòng)者呼吸作用產(chǎn)生的溫室氣體，間接碳排放包括化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜和電力的生產(chǎn)過(guò)程中消耗化石能源產(chǎn)生的CO2。文中將溫室氣體CO2、CH4和N2O均進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，CO2的溫室效應(yīng)值GWP為1；CH4的GWP值為34；N2O的GWP值為298［3］。溫室氣體排放系數(shù)和光合作用碳匯計(jì)算相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。

表 1 溫室氣體排放系數(shù)和光合作用碳匯計(jì)算公式相關(guān)參數(shù)Table 1 Parameters used for the estimation of carbon emissions and carbon sequestrations through photosynthesis

1.7 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)采用Excel軟件進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析，運(yùn)用SPSS軟件進(jìn)行多元回歸分析，分析蔬菜生產(chǎn)過(guò)程中總溫室氣體排放碳足跡與生產(chǎn)各環(huán)節(jié)要素投入品（人工勞動(dòng)力投入、排灌電能投入、農(nóng)機(jī)柴油投入、肥料投入、農(nóng)膜使用、農(nóng)藥使用）之間的關(guān)系。

1.8 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究中碳足跡相關(guān)指標(biāo)基本數(shù)據(jù)中，蔬菜播種面積、蔬菜總產(chǎn)量及蔬菜總產(chǎn)值等數(shù)據(jù)直接來(lái)自于《湖北統(tǒng)計(jì)年鑒》（2003-2014）；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中勞動(dòng)力投入、農(nóng)藥農(nóng)膜投入、化肥施用、排灌電能使用及柴油消耗等數(shù)據(jù)來(lái)自于《湖北農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》（2003-2014）、《全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》（2003-2014年），本文蔬菜生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)科學(xué)合理計(jì)算后得出。

表2 蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)碳足跡Table 2 Carbon footprint in the vegetable production system

2 結(jié)果與分析

2.1 湖北省蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)投入碳足跡分析

湖北省蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)的碳足跡從2003年的116.05萬(wàn)tCE增長(zhǎng)到2013年的142.81萬(wàn)tCE，增加了23.06%（表2）。其中柴油和電能溫室氣體排放碳足跡增加較大，分別增長(zhǎng)79.77%和60.39%；肥料和農(nóng)藥溫室氣體排放碳足跡分別增長(zhǎng)19.87%和16.57%。人工溫室氣體排放碳足跡增長(zhǎng)7.73%。農(nóng)膜溫室氣體排放碳足跡從2003年的0.77萬(wàn)tCE降低到2013年的0.69萬(wàn)tCE，下降10.39%，呈現(xiàn)明顯下降的趨勢(shì)。

從蔬菜生產(chǎn)各項(xiàng)投入溫室氣體排放碳足跡所占比例變化來(lái)看，從大到小的順序依次為肥料、農(nóng)藥、電能、人工、柴油和農(nóng)膜。其中肥料、農(nóng)藥、電能和農(nóng)膜等來(lái)自工業(yè)的投入品所產(chǎn)生的間接碳排放碳足跡占總溫室氣體排放碳足跡的86.06%，人工和柴油投入產(chǎn)生的直接溫室氣體排放碳足跡占13.94%。各生產(chǎn)投入品溫室氣體排放碳足跡排在前3位的為肥料、農(nóng)藥和排灌電能，分別占總溫室氣體排放碳足跡的58.07%、18.47%和9.03%。肥料和農(nóng)藥投入產(chǎn)生的溫室氣體是蔬菜生產(chǎn)溫室氣體排放的最主要原因。

2.2 湖北省蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)碳足跡評(píng)價(jià)

2003-2013年光合作用碳匯足跡總體呈穩(wěn)定增長(zhǎng)的趨勢(shì)，由216.8萬(wàn)tCE增長(zhǎng)到247.73萬(wàn)tCE（表3），增長(zhǎng)14.26%。此外，凈溫室氣體排放碳足跡為負(fù)值，說(shuō)明溫室氣體排放碳足跡小于光合作用碳匯。土地碳強(qiáng)度在0.97 tCE/hm2至1.29 tCE/hm2之間，多數(shù)年份穩(wěn)定在1 tCE以上；產(chǎn)量碳強(qiáng)度在37.06 kgCE/t到51.10 kgCE/t之間，但在2007年以后有所降低，說(shuō)明單位產(chǎn)量的溫室氣體排放碳足跡有所減少；收益碳強(qiáng)度從0.10 kgCE/元降到0.02 kgCE/元，呈逐年下降趨勢(shì)，在2011年至2013年略有回升。碳生態(tài)效率在1.35到1.87之間，呈現(xiàn)先降后增的趨勢(shì)。碳生態(tài)效率大于1，表明湖北蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)生態(tài)環(huán)境具有正的外部性。

表3 蔬菜碳足跡評(píng)價(jià)指標(biāo)Table 3 Evaluation indicators of carbon footprint in the vegetable production system

2.3 碳足跡與生產(chǎn)要素投入的相關(guān)性分析

對(duì)蔬菜生產(chǎn)過(guò)程中碳足跡總量與人工勞動(dòng)力投入、排灌電能投入、農(nóng)機(jī)柴油投入、肥料投入、農(nóng)膜使用、農(nóng)藥使用等要素的逐步回歸分析結(jié)果表明，蔬菜生產(chǎn)碳足跡總量與肥料、農(nóng)藥、排灌電能顯著相關(guān)（表4），與人工勞動(dòng)力、機(jī)柴油、農(nóng)膜使用溫室氣體排放碳足跡量線性相關(guān)性不顯著。當(dāng)人工勞動(dòng)力、機(jī)柴油、農(nóng)膜使用溫室氣體排放量加入回歸方程后，模型3的檢驗(yàn)值降低到臨界值以下，對(duì)因變量的解釋能力降低，因此人工勞動(dòng)力、機(jī)柴油、農(nóng)膜使用溫室氣體排放量被剔出模型。

從模型3可以看出，化肥使用量每增加1個(gè)單位，在其他因素不發(fā)生變動(dòng)的情況下，蔬菜生產(chǎn)的碳足跡平均增加0.571個(gè)單位；依次類(lèi)推，當(dāng)農(nóng)藥、排灌電能碳排放量各自單獨(dú)發(fā)生變動(dòng)，其他因素不發(fā)生改變時(shí)，則會(huì)使蔬菜生產(chǎn)碳足跡分別增加0.341、0.228個(gè)單位。模型3中的R2是0.997，接近1，其擬合度很高，說(shuō)明農(nóng)藥、化肥和排灌電能同時(shí)作用，對(duì)蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)溫室氣體排放碳足跡影響最大。

表4 逐步回歸分析結(jié)果Table 4 Results of multivariate regression analysis

3 討論

通過(guò)對(duì)湖北省2003-2013年蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)碳足跡的計(jì)算和評(píng)估，結(jié)果顯示，2003-2013年溫室氣體排放碳足跡增長(zhǎng)23.06%，其中來(lái)自肥料的溫室氣體排放碳足跡所占比例最大，在一定程度上反映了目前湖北省蔬菜生產(chǎn)對(duì)來(lái)自工業(yè)的投入品依賴(lài)性較強(qiáng)，與江西省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放［21］、華北平原作物生產(chǎn)碳足跡［19］的結(jié)果相一致。

碳足跡評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，土地利用碳強(qiáng)度、產(chǎn)量碳強(qiáng)度及收益碳強(qiáng)度分別為（1.13±0.16） tCE/hm2、（44.08±7.02） kgCE/t和（56.52±40.52） gCE/元。與國(guó)內(nèi)外不同農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)研究中的碳足跡評(píng)價(jià)結(jié)果不盡相同。如陳琳等［14］研究指出，南京地區(qū)大棚蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)中的土地碳強(qiáng)度、產(chǎn)量碳強(qiáng)度及收益碳強(qiáng)度分別介于0.87-2.04 tCE/hm2、30-100 kgCE/t和7.1-56.7 gCE/元；Cheng等［22］研究指出中國(guó)農(nóng)業(yè)總體的土地利用碳強(qiáng)度在1993-2007年間為（0.67±0.08）tCE/（hm2.a），與本研究結(jié)果基本一致。Hillier等［23］研究指出英國(guó)土豆的土地利用碳強(qiáng)度的平均值為0.54 tCE/hm2，明顯低于本研究。而閻明等研究結(jié)果表明我國(guó)部分地區(qū)糧食作物的土地利用碳強(qiáng)度介于2.0-4.0 tCE/hm2，單位產(chǎn)量的碳強(qiáng)度介于281.6-734.3 kgCE/t［14］，兩個(gè)指標(biāo)明顯高于本文結(jié)果。王占彪等［19］研究結(jié)果中我國(guó)華北地區(qū)作物土地利用碳強(qiáng)度平均值為（4.40±0.38） tCE/hm2，產(chǎn)量碳強(qiáng)度平均值為（450±70） kgCE/t，收益碳強(qiáng)度平均值為（35.8±15.6）gCE/元，前兩項(xiàng)指標(biāo)明顯高于本文，后一項(xiàng)指標(biāo)與本文相符。Liu 等［24］研究的水稻產(chǎn)量碳強(qiáng)度介于0.04-0.44 kgCE/kg，略高于本研究，但其蔬菜生產(chǎn)碳排放小于0.27 gCE/kg的研究成果與本文相符。湖北省蔬菜生產(chǎn)土地利用碳強(qiáng)度、產(chǎn)量碳強(qiáng)度及收益碳強(qiáng)度與我國(guó)其他地區(qū)蔬菜生產(chǎn)碳足跡結(jié)果總體上相近，但高于國(guó)外。與糧食作物相比，湖北省蔬菜生產(chǎn)的土地利用碳強(qiáng)度、產(chǎn)量碳強(qiáng)度及收益碳強(qiáng)度均明顯要低。而與中國(guó)農(nóng)業(yè)總體土地利用碳強(qiáng)度相比，湖北蔬菜生產(chǎn)土地利用碳強(qiáng)度稍高，但相差不大。同時(shí)湖北省蔬菜生產(chǎn)碳匯功能高于糧食作物，但低于國(guó)外先進(jìn)國(guó)家水平。雖然目前蔬菜生產(chǎn)碳足跡核算還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同學(xué)者計(jì)算結(jié)果可能有所差別。但結(jié)合國(guó)內(nèi)外實(shí)際情況，本文結(jié)果在一定程度上客觀地反映了湖北省蔬菜生產(chǎn)溫室氣體排放的基本情況。

2003-2013年湖北省蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)的化肥施用量一直處于高位，且不斷增加，由2003年的45.41萬(wàn)t增長(zhǎng)到2013年的54.73萬(wàn)t，其中氮肥的年均施用量為22.64萬(wàn)t，碳排放系數(shù)很高，每噸氮肥施用產(chǎn)生的溫室氣體排放碳足跡為2.116 tCE，施用氮肥產(chǎn)生的溫室氣體占蔬菜生產(chǎn)碳排放碳足跡的35.37%，占肥料碳排放碳足跡的61.05%。由此說(shuō)明，肥料溫室氣體排放碳足跡在蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)總溫室氣體排放中起著主導(dǎo)性作用，而其中氮肥施用量起著決定性作用。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在蔬菜生產(chǎn)過(guò)程中，菜農(nóng)施肥觀念模糊，較少考慮產(chǎn)量、土壤供肥能力、肥料利用率、氣候條件等因素之間的關(guān)系，認(rèn)為只要加大肥料投入量就可增加產(chǎn)量。這就造成了化肥施用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)蔬菜生長(zhǎng)的需求量，既造成了溫室氣體排放的增加，又造成了肥料資源的浪費(fèi)。

農(nóng)藥是防治蔬菜病蟲(chóng)害必不可少的手段，但如何合理利用值得研究。首先，農(nóng)藥的溫室氣體排放系數(shù)在各項(xiàng)投入品的碳排放系數(shù)中是最高的，每噸農(nóng)藥施用產(chǎn)生的溫室氣體排放碳足跡為12.44 tCE。其次，農(nóng)藥經(jīng)銷(xiāo)商在銷(xiāo)售農(nóng)藥時(shí)，為了增加自身利益，推薦菜農(nóng)超量用藥。再者，在蔬菜生產(chǎn)中，有些菜農(nóng)為了降低病蟲(chóng)害對(duì)蔬菜產(chǎn)量造成的損失，力求最大限度地增加蔬菜產(chǎn)量，往往過(guò)量使用農(nóng)藥或不科學(xué)、違章用藥。因此，以上各因素，造成了農(nóng)藥溫室氣體排放占總碳足跡很大的比例。菜農(nóng)隨意濫用農(nóng)藥來(lái)控制蔬菜的病蟲(chóng)害，不僅提高了生產(chǎn)過(guò)程中的農(nóng)藥等成本的投入，還在很大程度上增加了農(nóng)藥對(duì)蔬菜和環(huán)境的污染與破壞，進(jìn)而影響了蔬菜質(zhì)量及其產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

機(jī)電排灌為確保蔬菜生產(chǎn)穩(wěn)定增長(zhǎng)提供了保障，但當(dāng)前蔬菜生產(chǎn)中普遍存在的排灌水散灌、漫灌，水分利用效率低，導(dǎo)致了排灌用電浪費(fèi)現(xiàn)象，對(duì)此應(yīng)加以高度重視。

4 結(jié)論與發(fā)展策略

4.1 結(jié)論

湖北省蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)的碳足跡呈現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。其中電能和柴油溫室氣體排放碳足跡增加較大，肥料和農(nóng)藥溫室氣體排放碳足跡呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，人工投入產(chǎn)生的溫室氣體排放碳足跡變化不大，農(nóng)膜投入產(chǎn)生的溫室氣體排放碳足跡呈下降趨勢(shì)。從各項(xiàng)投入溫室氣體年均排放碳足跡比例上看，肥料投入溫室氣體排放足跡最高，其次為農(nóng)藥投入生產(chǎn)的溫室氣體。從大到小的順序依次為肥料、農(nóng)藥、排灌電能、人工、柴油和農(nóng)膜，其中肥料、農(nóng)藥、電能和農(nóng)膜等來(lái)自工業(yè)的投入品所產(chǎn)生的間接碳排放碳足跡占大頭，人工和柴油投入產(chǎn)生的直接溫室氣體排放碳足跡占小頭。肥料和農(nóng)藥投入產(chǎn)生的溫室氣體排放足跡占蔬菜生產(chǎn)溫室氣體排放足跡的70%以上。

2003-2013年光合作用碳匯足跡總體呈穩(wěn)定增長(zhǎng)的趨勢(shì)。土地碳強(qiáng)度基本保持穩(wěn)定，產(chǎn)量碳強(qiáng)度穩(wěn)中略降，收益碳強(qiáng)度呈下降態(tài)勢(shì)。碳生態(tài)效率總體呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，碳生態(tài)效率始終大于1，表明湖北蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)生態(tài)環(huán)境一直保持著正的外部性。多元回歸分析結(jié)果表明，湖北省蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)溫室氣體排放碳足跡與肥料用量、農(nóng)藥使用量、排灌電能三者間存在顯著的線性相關(guān)。

4.2 發(fā)展策略

1）加大科學(xué)施肥力度，提高土地規(guī)?；?jīng)營(yíng)水平。引導(dǎo)菜農(nóng)樹(shù)立低碳蔬菜生產(chǎn)觀念，指導(dǎo)菜農(nóng)運(yùn)用農(nóng)業(yè)部門(mén)測(cè)土配方工作成果，按照蔬菜營(yíng)養(yǎng)需求科學(xué)施肥，提高肥料生產(chǎn)率。要通過(guò)增施廄肥、堆肥、泥肥，生物有機(jī)肥，混施有機(jī)肥與化肥，降低菜地CO2的排放，達(dá)到“貯碳于土”和“固碳減排”的目的。改表施為深施［25］，采用噴施、穴施、分層施、集中施等方法，提高肥料施用效果；因地、因時(shí)、因作物選用不同的肥料，采用不同的施肥方法，確保作物對(duì)養(yǎng)分的需求，發(fā)揮肥料最大效率；加強(qiáng)水分的管理，適量適時(shí)排灌，提高水分利用率；充分利用肥料后續(xù)釋放效應(yīng)，精打細(xì)算，經(jīng)濟(jì)施肥。通過(guò)作物秸稈還田，增加土壤有機(jī)質(zhì)，節(jié)約化肥的使用。同時(shí)通過(guò)蔬菜與油菜、黃豆等養(yǎng)地作物輪作，達(dá)到增加土壤有機(jī)質(zhì)［26］，降低化肥施用量，減少碳排放。推廣蔬菜生產(chǎn)規(guī)?；?jīng)營(yíng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)力使用量。

2）大力推廣生物防治，建設(shè)綠色防控體系。加大對(duì)生物防治技術(shù)的宣傳，使菜農(nóng)深刻認(rèn)識(shí)生物防治的重要意義，自覺(jué)運(yùn)用生物技術(shù)防治病蟲(chóng)害，將生物防治落實(shí)到低碳蔬菜生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。加大生物防治技術(shù)的科研投入，研究形成有針對(duì)性的綠色防控體系。嚴(yán)格禁止使用高毒性化學(xué)農(nóng)藥，積極推廣使用低殘留農(nóng)藥，推廣應(yīng)用新型生物農(nóng)藥，減少化學(xué)農(nóng)藥的使用。通過(guò)以螨治螨、施放害蟲(chóng)天敵、性誘劑等生物技術(shù)對(duì)害蟲(chóng)進(jìn)行防治，利用昆蟲(chóng)的趨光性，通過(guò)頻振式殺蟲(chóng)燈、太陽(yáng)能殺蟲(chóng)燈、黃色粘蟲(chóng)板、藍(lán)色粘蟲(chóng)板等物理技術(shù)誘殺害蟲(chóng)。利用害蟲(chóng)趨糖醋的嗅覺(jué)，采用食餌法誘殺；利用害蟲(chóng)的趨黃性，用黃色枯草引誘害蟲(chóng)產(chǎn)卵予以滅殺。依據(jù)害蟲(chóng)生活習(xí)性，設(shè)置各種障礙物，防止其危害或阻止其蔓延。選用抗病品種，加強(qiáng)田間管理，及時(shí)摘除有病蟲(chóng)害的葉片、拔除有病害的植株，避免串灌、漫灌，減緩病蟲(chóng)害傳播速度。實(shí)施“蔬菜—水稻”、“蔬菜—蓮藕”等水旱輪作制度，鏟除蔬菜病蟲(chóng)害的生長(zhǎng)環(huán)境，降低病蟲(chóng)害的發(fā)生概率。

3）大力推廣節(jié)水排灌技術(shù)，統(tǒng)籌調(diào)控溫室氣體排放。大力推廣噴灌和滴灌技術(shù)，提高水分的利用率［27］，降低排灌用電；建設(shè)小型蓄水工程，攔蓄地表水徑流，為蔬菜生產(chǎn)提供排灌用水；通過(guò)深翻，保護(hù)性耕作，提高降雨資源利用率；設(shè)置回歸水系統(tǒng)，充分利用上游回歸水，用于下游菜田排灌；充分利用氣候控制器和土壤濕度傳感器，適時(shí)調(diào)整排灌制度，節(jié)約用水；充分考慮水分的滲透能力，選擇合理的排灌時(shí)間，避免過(guò)量排灌；大力發(fā)展旱作蔬菜品種，推廣秸桿覆蓋保墑等農(nóng)業(yè)措施，節(jié)約用水。在實(shí)施“稻菜麥”等蔬菜項(xiàng)目中，應(yīng)將控制地膜污染作為項(xiàng)目實(shí)施的重要內(nèi)容。積極支持通過(guò)農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)，回收廢棄地膜；開(kāi)展以“以舊換新”活動(dòng)回收廢棄農(nóng)膜，治理“白色污染”。利用北斗導(dǎo)航精準(zhǔn)作業(yè)、搞好農(nóng)機(jī)具配套，提高農(nóng)機(jī)利用率、農(nóng)機(jī)作業(yè)效率和質(zhì)量，節(jié)約柴油使用。通過(guò)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合，加速蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化，節(jié)省蔬菜生產(chǎn)人力物力。重點(diǎn)推廣“豬—沼—菜”等循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式［28］，充分利用畜禽糞便生產(chǎn)沼氣，用沼氣照明、烹食、洗浴、發(fā)電，沼渣、沼液制作有機(jī)肥種植蔬菜，從而提高資源利用率，減少溫室氣體排放。

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（責(zé)任編輯：童成立）

The sustainable development of vegetable production system from the carbon footprint perspective in Hubei Province

HU Shi-xia1， XIANG Rong-biao2， DONG Jun3， QI Zhen-hong1
（1. College of Economics and Management， Huazhong Agricultural University， Wuhan， Hubei 430070， China；2. College of Resources and Environment， Huazhong Agricultural University， Wuhan， Hubei 430070， China； 3. Graduate School of Yangtze University， Jingzhou， Hubei 434025， China）

In the background of the increasing concern for the global warming resulted from the cumulative greenhouse gas release， it is of great significance to study the carbon footprint of vegetable production， which can service as methods for controlling the emission of greenhouse gases and alleviating contradiction between climate change and the sustainable development of vegetable production. Based on the IPCC listed guidelines for national greenhouse gas inventories， and applying the life-cycle assessment method， dynamic assessment， and multiple regression analysis， this paper examined and calculated the carbon footprint in the vegetable industry of Hubei Province from 2003 to 2013. Results showed that 1） the carbon footprint caused by vegetable production in Hubei Province increased by 23.06%，from 116.05×104tCE in 2003 to 142.81×104tCE in 2013； 2） in the vegetable production system， the top three sources for carbon footprint of greenhouse gas emission were fertilizer， pesticides， and irrigation electrical energy input， accounting for 58.07%， 18.47%， and 9.03% of the total emission carbon footprint respectively； 3） from 2003 to 2013， the trend of carbon intensity of land use was stabilized at 0.97-1.29 tCE/hm2， and the unit production carbon intensity was increased from 37.06 kgCE/t to 39.91 kgCE/t， earning carbon intensity was decreased from 0.10 kgCE per yuan to 0.02 kgCE per yuan， and carbon ecological effciency was reduced from 1.87 to 1.73； and 4） multiple regression analysis showed that there was a signifcant linear correlation between the carbon footprint of total greenhouse gas emission and the usage of fertilizer， pesticides， and irrigation electrical energy in vegetable production system of Hubei， with the correlationcoeffcients of 0.571， 0.341 and 0.228， respectively. Based on the analysis results， this paper provides the following suggestions: enhancing scientifc application of fertilizers， raising large-scale land operation level， promoting biological prevention， and constructing greenhouse gas release prevention and control system.

National Natural Science Foundation of China （41171436）； National Social Science Foundation of China （14AZD002）.

QI Zhen-hong， E-mail: qizhh@mail.hzau.edu.cn.

30 November， 2015；Accepted 29 February， 2016

vegetable production system； carbon footprint； life-cycle assessment； dynamic assessment； multiple regression analysis； sustainable development

F327；S63

A

1000-0275（2016）03-0460-08

10.13872/j.1000-0275.2016.0029

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41171436）；國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目（14AZD002）。

胡世霞（1977-），女，湖北公安人，博士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)生態(tài)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)管理方面研究，E-mail: hsjzhsx@sina.com；通訊作者：齊振宏（1964-），男，安徽安慶人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)業(yè)生態(tài)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)方面研究，E-mail: qizhh@mail.hzau.edu.cn。

2015-11-30，接受日期：2016-02-29