張衛(wèi)建，嚴圣吉，張俊，江瑜，鄧艾興

1中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所，北京 100081；2南京農(nóng)業(yè)大學應用生態(tài)研究所，南京 210095

0 引言

在不足全球9%的耕地和6%的淡水等資源緊缺條件下，我國不僅保障了占世界20%人口的糧食等重要農(nóng)產(chǎn)品基本供給，而且實現(xiàn)了全面脫貧和全面小康的宏偉目標。這不僅是中國也是全球性的偉大成績，而且這個成績的取得主要歸功于國內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。但是隨著全球環(huán)境變化及資源短缺形勢加劇，我國糧食增產(chǎn)將趨緩而世界食物供應趨緊，“誰來養(yǎng)活中國”和“中國糧食威脅”等言論[1]，經(jīng)常被一些心懷叵測的西方政客所鼓噪[2]。民以食為天，國以農(nóng)為本，糧食安全關系著國家安全和國際穩(wěn)定。為此，我國制定了“谷物基本自給、口糧絕對安全”的糧食安全戰(zhàn)略目標，這不僅是我國為實現(xiàn)第二個百年奮斗目標而做出的長遠決策，也是體現(xiàn)大國擔當、擊破國際謠言、促進世界安定的國際承諾。盡管現(xiàn)代科技日益先進，但是糧食等主要農(nóng)產(chǎn)品仍然要靠常規(guī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。所以，農(nóng)業(yè)的第一要務仍將是保障糧食等農(nóng)產(chǎn)品有效供給，國家糧食安全必須立足國內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[3]。

據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）最新評估，如果人類不能采取有效措施盡快實現(xiàn)二氧化碳（CO2）等溫室氣體凈零排放，全球氣候變化將進一步加速，世界糧食安全乃至人類生存將面臨有史以來最嚴峻的挑戰(zhàn)[4]。因此，為了適應并減緩氣候變化，固碳減排行動正被國際主流社會廣泛關注、認可并積極推進。我國由于人口基數(shù)大，且仍處于快速發(fā)展階段，碳排放總量將接近全球人為碳排放的1/3，減排壓力與日俱增。為了體現(xiàn)負責任的大國擔當，2020年9月我國向世界莊重承諾“2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和”[5]。雙碳目標的提出，不僅是中華民族永續(xù)發(fā)展的國家需求，也是共筑人類命運共同體的國際擔當。截至2021年5月，全球約有130個國家承諾在2050年實現(xiàn)碳中和，碳達峰、碳中和這個雙碳目標已經(jīng)成為世界發(fā)展的共同目標。為了迎戰(zhàn)雙碳目標這場硬戰(zhàn)，我國各行各業(yè)均在積極謀劃，科學制定本行業(yè)的行動方案。農(nóng)業(yè)既是碳排放的主要貢獻者，也是重要的固碳場所[6]。所以，農(nóng)業(yè)不能置身事外，必須在保障糧食等農(nóng)產(chǎn)品有效供給的同時，考慮農(nóng)業(yè)農(nóng)村領域的固碳減排潛力，助力國家“雙碳”目標的盡早實現(xiàn)。

可見，保障糧食安全是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的首要任務，積極助力“雙碳”目標也是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)必須考慮的新?lián)?。那么，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)雙碳目標是否影響國家糧食安全，兩者能否雙贏以及如何雙贏？這是政府決策、企業(yè)行動和公眾參與等急需了解的科學依據(jù)，更是農(nóng)業(yè)科研工作者急需回答的重大科學問題。為此，本文在闡述糧食安全與雙碳目標實現(xiàn)雙贏的重要意義基礎上，系統(tǒng)解析了糧食安全與雙碳目標之間的可能沖突及其潛在的協(xié)同關系；并結合現(xiàn)有研究成果及我國農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢，構思了農(nóng)業(yè)碳達峰及碳中和的行動策略；從固碳減排科技創(chuàng)新、政策及機構創(chuàng)設、監(jiān)測評價方法創(chuàng)建等方面，提出了一些助力糧食安全與雙碳目標雙贏的創(chuàng)新建議。本文旨在為糧食安全背景下，國家及地方制定農(nóng)業(yè)農(nóng)村碳達峰與碳中和目標及其行動方案提供決策參考，為農(nóng)業(yè)農(nóng)村固碳減排科技創(chuàng)新和政策創(chuàng)設提供新思路和新路徑。

1 糧食安全與雙碳目標雙贏的重大現(xiàn)實意義

糧食安全是國家安全的基石，而糧食等重要農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)主要靠國內(nèi)農(nóng)業(yè)。我國已經(jīng)是碳排放大國，而農(nóng)業(yè)又是主要的碳排放源之一。因此，在確保國家糧食安全的前提下，農(nóng)業(yè)領域盡早實現(xiàn)碳達峰與碳中和的意義重大。

1.1 糧食安全是國家安全的基礎，國內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的責任重大

作為一個糧食消費大國，中長期內(nèi)我國糧食安全仍將維持緊平衡，糧食安全保障任重道遠。我國是世界第一人口大國，預計到2030年才達到14.5億人口峰值。與此同時，我國國民經(jīng)濟仍將持續(xù)穩(wěn)定增長，人民生活水平還將顯著提升。雖然2020年我國人均糧食占有量已達474 kg[7]，連續(xù)多年超過了國際公認的人均400 kg的糧食安全標準線，但仍遠低于發(fā)達國家的糧食占有水平。盡管到2030年之后我國人口總數(shù)將穩(wěn)定下降，人均口糧消費也將減少。但是，人民的營養(yǎng)及膳食結構將持續(xù)改善，畜禽產(chǎn)品消費將增加，動物飼料及工業(yè)轉化等用糧將顯著提高[2,8]?？梢?，我國糧食總需求仍將增長，但是糧食增產(chǎn)的壓力卻越來越大。首先是因為糧食生產(chǎn)和需求結構發(fā)生了變化，要求生產(chǎn)提質增效，在品質提升和投入品減量及環(huán)境成本下降等多重需求下，糧食單產(chǎn)大幅度提升的難度與日俱增。其次，在生態(tài)保護優(yōu)先和綠色高質量發(fā)展等新理念下，糧食播種面積難以擴大，甚至可能縮小。加上全球氣候等環(huán)境變化，自然災害將加劇，自然資源可能進一步緊缺[9]。因此，如果沒有新的科技和政策突破，以實現(xiàn)品質和單產(chǎn)的同步提升，我國糧食總產(chǎn)將很難再上新臺階。要實現(xiàn)第二個百年奮斗目標，把我國建成社會主義現(xiàn)代化強國，國家糧食安全將始終是頭大大事，任重道遠，需要全社會的高度重視[2]。

作為世界第一大糧食生產(chǎn)大國，我國糧食等主要農(nóng)產(chǎn)品供給仍然要依靠農(nóng)田和牧場等常規(guī)生產(chǎn)方式，常規(guī)農(nóng)業(yè)始終是糧食安全的根基。近幾十年來，在非常有限的淡水和耕作資源以及多變的氣候等環(huán)境變化下，我國糧食生產(chǎn)仍然實現(xiàn)了“十七連豐”，連續(xù) 6年保持在6.5×108t之上[7]。近兩年由于新冠和非洲豬瘟等疫情，我國畜產(chǎn)品等其他重要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量受到一定影響，但全國豬牛羊禽肉產(chǎn)量仍保持在8×107t左右，國內(nèi)農(nóng)業(yè)確保了國家糧食和主要農(nóng)產(chǎn)品的基本自給[7]。由于常規(guī)農(nóng)業(yè)受資源和環(huán)境等影響大，農(nóng)產(chǎn)品工廠化生產(chǎn)正日益受到社會青睞，但是直到2019年國內(nèi)才在實驗室誕生了第一塊人造培養(yǎng)肉[10]，目前工廠化和城市化溫室生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品在全國農(nóng)產(chǎn)品總產(chǎn)中的份額微乎其微。因此，中長期內(nèi)糧食等主要農(nóng)產(chǎn)品仍需立足農(nóng)田和牧場等生產(chǎn)，工業(yè)化生產(chǎn)難以替代常規(guī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。最近，基于自然解決方案（nature-based solutions，Nbs）的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)理念正被國內(nèi)外廣泛關注[11]，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的休閑旅游、生態(tài)服務、文化傳承等功能正逐步受重視，但是糧食等農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)將始終是農(nóng)業(yè)的第一要務，常規(guī)農(nóng)業(yè)在糧食安全保障中的地位難以撼動，農(nóng)業(yè)永遠是糧食安全的基石。

1.2 雙碳目標是國家長期戰(zhàn)略，農(nóng)業(yè)應該勇于擔當

“碳達峰、碳中和”已成國家長期戰(zhàn)略，盡管我們側重CO2，中長期內(nèi)甲烷等非CO2溫室氣體的減排要求必將日益突出。碳排放是指包括甲烷（CH4）和氧化亞氮（N2O）等非CO2溫室氣體（greenhouse gas，GHG）在內(nèi)的總碳排放，是根據(jù)GHG的全球增溫潛勢（global warming potential，GWP），以CO2為參照，統(tǒng)一折算為 CO2排放當量（CO2-eq）[9]。盡管相對于CO2排放及其在大氣中的濃度，CH4和N2O的排放量和濃度要低得多，但是 CH4和 N2O的 GWP分別是CO2的25和298倍，對全球變暖的貢獻分別占16%和7%以上[9]，因此，在碳排放與碳減排方面，CH4和N2O難以避開。目前我國年碳排放總量已經(jīng)超過 1.0×1010t，占世界人為碳排放總量的30%左右。為了共同應對全球氣候變化，體現(xiàn)負責任大國的國際擔當，我國在承諾2020年碳排放強度比2005累計下降40%—45%、2030年下降60%—65%基礎上，于2020年提出2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)凈零排放的碳中和目標[5]。盡管近期我國的“凈零排放”可能側重CO2，但是在氣候變化等國際談判上，世界普遍認可的是總碳排放，即包括CH4等非CO2溫室氣體。隨著我們積極參與甚至主導全球應對氣候變化行動，就不可能完全撇開國際對碳排放的共識于不顧，只監(jiān)測、報告和核查CO2的情況[9]。因此，隨著CO2減排行動深入，我國CH4等非CO2溫室氣體減排問題遲早會被提上國際談判桌。事實上，我國的CH4等非CO2排放一直被國際社會所廣泛關注，比如2021年中美應對氣候危機聯(lián)合聲明中，就將CH4等非CO2溫室氣體減排納入八大行動之中[13]。所以，國際上的碳排放及其減排不是僅指CO2，在制定農(nóng)業(yè)雙碳目標行動方案時，我們必須未雨綢繆，將CH4和N2O這兩大溫室氣體也納入綜合規(guī)劃之中。

農(nóng)業(yè)是CH4等非CO2溫室氣體的主要排放源，應該勇于擔當，積極為國家雙碳目標做貢獻。在全球人為碳排放中，農(nóng)業(yè)的貢獻約為 15%，與工業(yè)相當（17%），僅明顯低于能源行業(yè)（26%）[9]。如果把與農(nóng)業(yè)或者食物生產(chǎn)直接相關的土地利用碳排放貢獻（17%）也計算在內(nèi)，農(nóng)業(yè)或食物生產(chǎn)則是第一大排放行業(yè)，約占全球人為總排放的 1/3。尤其是 CH4和N2O，農(nóng)業(yè)源排放分別占人為 CH4和 N2O總排放的40%和60%以上[9,14]。而且，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)擴展以及人們生活水平的進一步提高，農(nóng)業(yè)源碳排放將進一步上升。另外，農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、儲運和加工過程中，也要消耗大量化肥和機械裝備及化石能源等產(chǎn)品，這些產(chǎn)品在生產(chǎn)和貯運過程中也要消耗化石能源而排放大量碳。盡管國際上沒有將這些間接排放納入農(nóng)業(yè)排放，但是，如果農(nóng)業(yè)能夠在投入品上進行減量增效，尤其是化肥，則可以為非農(nóng)產(chǎn)業(yè)的碳減排做出重大貢獻[15]。另外，隨著非農(nóng)產(chǎn)業(yè)碳減排逐步推進，農(nóng)用化學品和機械裝備等生產(chǎn)的碳成本也將顯著提高，進而抬高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，影響農(nóng)業(yè)收益，這將倒逼農(nóng)業(yè)進行減量增效減排。所以，無論從農(nóng)業(yè)碳排放本身，還是積極為非農(nóng)產(chǎn)業(yè)碳減排做貢獻來講，農(nóng)業(yè)都應該考慮設立雙碳目標，積極開展應對氣候變化的固碳減排行動。

農(nóng)業(yè)是公益性產(chǎn)業(yè)，農(nóng)業(yè)碳排放屬于“生存性”排放，碳交易市場難以解決農(nóng)業(yè)領域碳中和問題，必須依靠農(nóng)業(yè)自身的綜合努力。農(nóng)業(yè)是立國之本，是一項公益性產(chǎn)業(yè)，其根本任務是保障人類生存所需的糧食及農(nóng)產(chǎn)品供應。而且，我國仍是發(fā)展中國家，2020年農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值只占全國國內(nèi)生產(chǎn)總值的7.7%，西方發(fā)達國家的農(nóng)業(yè)產(chǎn)值占比更低。所以，農(nóng)業(yè)不可能像工業(yè)和能源及交通等行業(yè)一樣，自己可以拿出大量資金來購買林業(yè)等固碳產(chǎn)業(yè)的固碳指標，以換取本行業(yè)的碳排放配額。而且，農(nóng)業(yè)碳排放是一種“生存性”碳排放，社會也不會給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設定“碳排放配額”。另外，農(nóng)業(yè)碳排放是面源性排放，受氣候、土壤等生態(tài)環(huán)境影響顯著，定量監(jiān)測、報告、核查難度大。農(nóng)業(yè)領域的生物質能源替代、農(nóng)田固碳和甲烷減排等措施，是部分或者全部抵消了農(nóng)業(yè)自身的碳排放，沒有直接服務于其他產(chǎn)業(yè)碳中和，從碳交易原則上講，農(nóng)業(yè)固碳也不便交易。盡管我們已經(jīng)建立全國碳排放權交易市場，啟動了碳交易機制，但是銀行等投資機構很難對農(nóng)業(yè)固碳減排等進行投資。所以，農(nóng)業(yè)雙碳目標還得靠農(nóng)業(yè)自身努力，在政府的主導和扶持及企業(yè)參與下，開展固碳減排行動。

2 糧食安全與雙碳目標之間的沖突關系和協(xié)同效應并存

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必須兼顧糧食安全與雙碳目標，而糧食安全與雙碳目標之間并非完全同向的，相互之間既存在沖突甚至矛盾關系，也存在較強的協(xié)同效應。解析糧食安全與雙碳目標之間的這些相互聯(lián)系，對糧食安全背景下制定農(nóng)業(yè)雙碳目標至關重要。

2.1 糧食安全與雙碳目標之間存在沖突

大量研究證明，糧食安全與雙碳目標之間存在一些沖突或者需要權衡的方面，它們主要體現(xiàn)在增產(chǎn)與減排、固碳與減排、主管部門的政策等之間。這些沖突關系還將隨著氣候等全球變化而進一步加劇，不利于兩大目標的兼顧。

首先，在糧食增產(chǎn)與溫室氣體減排上，兩者存在負向關系。增產(chǎn)措施可能會導致溫室氣體排放增加，而減排措施可能會帶來糧食的減產(chǎn)。根據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）預測，為了保障世界糧食安全，在 2000s的基礎上，2050年全球糧食總產(chǎn)還需增加70%。由于作物品種增產(chǎn)空間日益變窄，水土資源日趨緊張，未來糧食大幅度增產(chǎn)可能需要通過增加投入提高單產(chǎn)和開墾新耕地擴大面積來實現(xiàn)。但投入品的增加和耕地面積的擴大，將直接導致農(nóng)業(yè)溫室氣體排放顯著增加[16]。因為，糧食增產(chǎn)的兩條基本路徑是提升單產(chǎn)和擴大面積，這可能導致化肥等農(nóng)用化學品投入增加，以及開墾更多的自然林地、草地、濕地等，進而大幅提高溫室氣體排放。以我國糧食增產(chǎn)為例，近 30年糧食總產(chǎn)提高了 50%多，農(nóng)用化肥總用量也增加了近90%，盡管播種面積沒有明顯擴大，但氮肥施用導致的農(nóng)田N2O直接排放以及投入品消費所引起的間接碳排放顯著增加。又如水稻生產(chǎn)，近70年我國水稻總產(chǎn)提高了3.4倍，播種面積擴大了近20%；牛羊肉總產(chǎn)提高了近20倍[7]，農(nóng)業(yè)非CO2溫室氣體排放總量顯著增加。在減排方面，除了品種改良和農(nóng)藝改進等科技創(chuàng)新減排之外，投入品減量和播種面積調減及輕簡化種植，比如水稻直播種植等，也是農(nóng)業(yè)碳減排的有效途徑，但這有可能導致糧食大幅度減產(chǎn)。例如1990s我國糧食持續(xù)增產(chǎn)情形下，開展大幅度調減播種面積，結果糧食總產(chǎn)在 1998—2003年間下降了15%以上，糧食安全出現(xiàn)新危機[7]。在多熟種植大背景下，在現(xiàn)有品種條件下，雖然水稻直播增效增收減排，但與傳統(tǒng)育秧栽插相比單產(chǎn)明顯下降[3]。

其次，在農(nóng)業(yè)固碳與溫室氣體減排上，兩者也存在一定沖突。農(nóng)業(yè)碳中和目標并非是零碳排放，是指通過固碳措施將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中排放的碳長期固定儲存在自然生態(tài)系統(tǒng)中，實現(xiàn)凈零排放，即固碳量等于排放量。農(nóng)業(yè)固碳包括土壤固碳、生物質產(chǎn)品固碳和農(nóng)林復合固碳等措施。其中土壤固碳主要是通過作物光合作用，將大氣中的CO2轉化為有機碳水化合物，即作物產(chǎn)量和秸稈等生物質。這些光合產(chǎn)物通過根茬還田，或者秸稈還田、堆肥還田、飼料轉化過腹還田等措施，進入農(nóng)田土壤并轉化為土壤有機質而長期儲存起來。作物光合產(chǎn)物也可以轉化為生物質產(chǎn)品，例如生物炭、板材、生物質能源或燃料等，而被長期固存或部分替代化石能，這就是農(nóng)業(yè)的生物質產(chǎn)品固碳。在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，進行農(nóng)林復合種植或者農(nóng)田林網(wǎng)以及鄉(xiāng)村景觀林帶建設等，種植的喬木或灌木所固定的碳就是農(nóng)林復合固碳。如果作物秸稈沒有進行上述利用，其所含的光合產(chǎn)物在當季或當年就會分解并釋放到自然環(huán)境中，因此，作物光合產(chǎn)物不能直接計算為固碳?？梢?，土壤固碳就是提高有機質含量，也是“藏糧于地”的關鍵措施。長期施肥試驗監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，高有機質含量的土壤，其N2O和CH4排放也趨高[17]。因此，提升土壤有機質含量，可能增加旱地土壤N2O排放，以及稻田CH4排放，固碳與減排存在一定沖突。另外，農(nóng)田林網(wǎng)建設，尤其是在林木選擇和種植密度不合理下，可能因為遮蔭和水肥競爭而影響作物生長，不利于糧食高產(chǎn)。而且農(nóng)田林網(wǎng)和景觀林帶建設，要占據(jù)一定耕地面積，也可能導致產(chǎn)量下降。稻田CH4減排的最有效措施是干濕交替灌溉或控水增氧，這可能導致土壤N2O排放增加，并加速土壤有機質分解，不利于土壤固碳和肥力提升[18]。又比如，稻田CH4減排需盡量減少秸稈等新鮮有機肥物料還田，這也不利于土壤有機質增加和產(chǎn)能提升及土壤固碳。所以，農(nóng)業(yè)固碳與減排之間需要在技術層面進行權衡，兩者凈效應需要綜合評估，以緩解兩者的沖突關系。

另外，增產(chǎn)與減排在部門及其政策之間也存在一些沖突。由于各自的管理范圍和崗位職責及工作目標不同，負責農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和牽頭碳減排的部門與機構及其出臺的政策之間存在一些相互沖突或者不協(xié)調。比如負責農(nóng)業(yè)農(nóng)村工作的主管部門及其出臺的相關政策，首要任務是確保糧食安全和重要農(nóng)副產(chǎn)品有效供給，防止大規(guī)模返貧，即重點是穩(wěn)糧保供、增收防返貧，是增產(chǎn)增收。而與碳減排相關的生態(tài)環(huán)境保護工作的主管部門及其出臺的相關政策，則是堅持生態(tài)保護優(yōu)先，降碳減排為主，以雙碳目標為重[19]。例如在草原生態(tài)治理與草原畜牧業(yè)發(fā)展上，生產(chǎn)部門及其政策鼓勵發(fā)展，以保障畜產(chǎn)品自給，但可能加重草原退化、加速土壤有機質分解、增加溫室氣體[20]。而生態(tài)環(huán)境部門及政策則鼓勵退牧還草或輪牧禁牧，以促進草原恢復、提升草原固碳能力，但可能影響草原畜牧業(yè)發(fā)展[21]。比如草原生態(tài)獎補政策與牧區(qū)畜牧業(yè)發(fā)展政策，一個要求減畜促保護，一個是鼓勵增畜促發(fā)展。又比如水稻生產(chǎn)政策方面，壓縮雙季稻面積、發(fā)展輕簡化旱直播、減少秸稈還田，利于CH4減排，但不利于稻田固碳和水稻高產(chǎn)；反之，可以增加有機質含量、提高糧食產(chǎn)量，但也增加稻田CH4排放[22]。而且，一些政策也可能由于需求變化而調整，使政策的長期效應出現(xiàn)反復甚至沖突。比如糧食安全不緊張下，輪作休耕利于生態(tài)修復和地力提升，促進固碳減排；但是，糧食供需一旦緊張，輪作休耕政策即終止，政府為了增糧、農(nóng)民為了增收，又回到高強度土地利用模式，導致土壤退化、生態(tài)環(huán)境問題突顯，農(nóng)田碳排放增加[23]。因此，不同部門及其出臺的政策之間也需要系統(tǒng)梳理，以促進糧食安全和雙碳目標的雙贏。

而且，上述沖突關系還將隨著全球氣候、疫情、國際關系等變化而進一步加劇。最新研究表明，隨著氣候變暖和南方雙季稻調減，到2050年我國水稻總產(chǎn)可能下降15%以上[24]。為了確保“口糧絕對安全”，未來需要擴大水稻種植面積，進而可能增加溫室氣體排放。而且，氣候變暖也將直接導致稻田CH4排放，以及旱地N2O排放增加[25-26]。全球疫情和國際關系的惡化，將影響國際國內(nèi)兩個市場和兩種資源的統(tǒng)籌利用，導致糧食進口受阻，需要擴大國內(nèi)糧食播種面積或農(nóng)作物耕種面積。這雖然可以增加國內(nèi)糧食產(chǎn)量，保障糧食安全，但也增加碳排放。因此，社會和自然環(huán)境變化，不僅加重糧食安全危機，還將不利于糧食安全與雙碳目標的兼顧，必須進行多層面權衡，以盡量減少沖突，增強協(xié)同，促進雙贏。

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2.2 糧食安全與雙碳目標之間存在協(xié)同

盡管糧食安全與雙碳目標之間存在一些需要權衡的沖突關系，但事實上，兩者之間存在更多更強的協(xié)同效應，主要體現(xiàn)在增產(chǎn)與固碳、增產(chǎn)與減排、固碳與減排等方面。

糧食增產(chǎn)與農(nóng)田固碳在效應上是互利的?！安丶Z于地、藏糧于技”是國家糧食安全戰(zhàn)略主要舉措，其宗旨是通過提高土壤生產(chǎn)力和作物生產(chǎn)力，來保障糧食單產(chǎn)和總產(chǎn)的提升。多數(shù)情況下，尤其是中低產(chǎn)田，土壤肥力和作物單產(chǎn)同土壤有機質含量呈顯著正相關?！安丶Z于地”不僅可以增加土壤有機質含量即土壤固碳，也利于作物增產(chǎn)。反之，農(nóng)田固碳利于作物增產(chǎn)及糧食安全。比如通過品種改良和農(nóng)藝技術改進，可以提高作物單產(chǎn)及秸稈與根茬生物量，從而可以通過作物殘茬或秸稈還田，促進土壤固碳[16]?？梢?，固碳促進增產(chǎn)、增產(chǎn)利于固碳，兩者的協(xié)同可以促進糧食安全和雙碳目標的雙贏[27-28]。

糧食增產(chǎn)與農(nóng)田減排在技術上也存在協(xié)同。在作物生產(chǎn)上，以小麥和水稻品種改良為例，現(xiàn)代水稻和小麥新品種不僅高產(chǎn)，而且CH4和N2O排放顯著低于以前的老品種[29-30]。在耕作栽培技術層面，促進光合產(chǎn)物向籽粒轉運，提高收獲指數(shù)，可以顯著提高產(chǎn)量，同時也能明顯降低溫室氣體排放[31-32]。稻田施用增氧劑，不僅可以增強水稻根系活力，促進高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，而且能促進CH4氧化，顯著降低CH4排放。旱地施用硝化或脲酶抑制劑，不僅可以促進小麥玉米豐產(chǎn)和水肥增效，而且也能明顯減少土壤N2O排放[33]。在科學節(jié)水下，不僅水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，而且稻田CH4顯著減排[34]。在畜牧業(yè)方面，健康高產(chǎn)的畜禽品種，不僅飼料轉化率高、高產(chǎn)高效，而且CH4等溫室氣體排放低。優(yōu)質飼料和好的飼養(yǎng)技術，不僅可以減少單位畜禽產(chǎn)品的溫室氣體排放，而且還可以減少廢棄物處理中的碳排放[35]。因此，可以通過品種、技術及產(chǎn)品創(chuàng)新，助力糧食安全和雙碳目標的雙贏。

科技創(chuàng)新可以增強固碳與減排之間的協(xié)同。比如優(yōu)化農(nóng)業(yè)系統(tǒng)及其布局，以種養(yǎng)結合為例，可以將養(yǎng)殖業(yè)廢棄物進行生物質能源轉化或肥料轉化后用于農(nóng)田系統(tǒng)，實現(xiàn)農(nóng)田土壤固碳和地力提升的同時，減少養(yǎng)殖業(yè)廢棄物處理的碳排放。又比如水旱兩熟種植區(qū)，通過時空優(yōu)化，秋季水稻秸稈還田實現(xiàn)土壤固碳，夏季小麥秸稈進行生物質產(chǎn)品或能源及燃料轉化利用，實現(xiàn)稻田CH4減排。稻田秸稈還田與旱直播或節(jié)水灌溉技術集成，在促進土壤固碳的同時，顯著降低CH4排放[36]。因此，科技創(chuàng)新可以增強固碳與減排的協(xié)同。

2.3 農(nóng)業(yè)雙碳目標與綠色高質量發(fā)展方向高度一致

進入新時代，國家提出綠色高質量發(fā)展新理念，開創(chuàng)了農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展的新局面。在新發(fā)展理念和戰(zhàn)略下，涉農(nóng)行業(yè)都把糧食安全和鄉(xiāng)村振興放在首位，并兼顧環(huán)境保護，這為糧食安全和雙碳目標雙贏提供了堅實的政策基礎[37]。國家的鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略明確要求產(chǎn)業(yè)振興與生態(tài)振興并舉。農(nóng)業(yè)主管部門增設了生態(tài)、環(huán)境、能源相關機構，生態(tài)環(huán)境保護系統(tǒng)也建立了農(nóng)業(yè)農(nóng)村相關機構，科技創(chuàng)新主管部門設有生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)農(nóng)村相關機構。這些機構創(chuàng)設可以協(xié)調糧食安全與雙碳目標的關系，減少不必要部門和機構沖突。在政策體系上，各個行業(yè)部門均在設計“雙碳目標”行動方案，以減少政策間的不協(xié)調。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門出臺了“農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展”等戰(zhàn)略規(guī)劃，規(guī)劃中的高標準農(nóng)田建設、有機替代、廢棄物綜合利用等措施不僅利于糧食豐產(chǎn)，也促進農(nóng)田固碳減排?？萍贾鞴懿块T啟動的中長期科技發(fā)展規(guī)劃及“十四五”重點研發(fā)項目，要求所有涉農(nóng)項目均要考慮“雙碳目標”及固碳減排任務。因此，在綠色高質量發(fā)展的大格局下，農(nóng)業(yè)將迎來糧食安全與雙碳目標雙贏的大好機遇[38]。

農(nóng)業(yè)綠色高質量發(fā)展要求農(nóng)用化學品減量增效、農(nóng)業(yè)廢棄物資源化綜合利用、農(nóng)產(chǎn)品提質增效，要求在保障糧食等主要農(nóng)產(chǎn)品有效供給的同時，增強農(nóng)業(yè)的生態(tài)服務功能，提升農(nóng)業(yè)的文化傳承及休閑旅游等功能[39]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必須堅持生態(tài)保護優(yōu)先，走產(chǎn)品優(yōu)質、資源節(jié)約、環(huán)境友好的生態(tài)型生產(chǎn)之路。綠色高質量發(fā)展可以提升農(nóng)業(yè)對氣候等環(huán)境變化的適應能力，增強農(nóng)田生態(tài)的固碳減排功能，提升國家糧食安全的保障水平。農(nóng)業(yè)雙碳目標也是要求水肥等自然資源高效利用，提升農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力和生物多樣性，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用，減少農(nóng)業(yè)溫室氣體排放。實施上，農(nóng)業(yè)固碳就是增強農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、多樣性和多功能性，減排也就是提高農(nóng)業(yè)資源利用效率。無論在發(fā)展方向、技術途徑與措施、以及總體目標上，農(nóng)業(yè)雙碳目標與綠色高質量發(fā)展是高度一致、相輔相成的[40]。

3 糧食安全與雙碳目標雙贏的實現(xiàn)路徑及創(chuàng)新建議

3.1 實踐證明糧食安全與雙碳目標可以雙贏

近年來，我國在作物生產(chǎn)應對氣候變化方面開展了許多科技創(chuàng)新和生產(chǎn)實踐，取得了不少成功經(jīng)驗。以水稻豐產(chǎn)與稻田甲烷減排為例，通過選用高產(chǎn)低碳排放品種和節(jié)能高效一次性耕種機具，集成旱耕旱整、控水增氧、增密調氮等耕作栽培技術，創(chuàng)建了高產(chǎn)低碳排放稻作新模式。該模式不僅實現(xiàn)水稻增產(chǎn) 5%、稻農(nóng)節(jié)本增收15%以上，而且稻田CH4可以減排30%以上[41]。又如，我國推進的沃土工程、保護性耕作、秸稈及畜禽廢棄物資源化利用、有機肥替代等行動，在2011—2020年間不僅實現(xiàn)了糧食總產(chǎn)提高13.8%，而且除東北之外的糧食主產(chǎn)區(qū)土壤有機質含量增加了1.5—2 g·kg-1，實現(xiàn)了增產(chǎn)與固碳的協(xié)同[16]。在農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新方面，我國水稻品種改良和稻作技術改進也是一個增產(chǎn)、增收和減排的協(xié)同過程。通過高產(chǎn)低碳排放品種的選育、優(yōu)質豐產(chǎn)稻作技術創(chuàng)新、水稻產(chǎn)區(qū)北移等措施，解放以來我國水稻單產(chǎn)和總產(chǎn)分別提高了2.7倍和3.4倍，單位面積和產(chǎn)量的CH4排放均顯著下降[42-43]。又如基于Nbs的禾豆等間套作模式，不僅糧食豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，而且土壤有機質含量顯著增加，農(nóng)田CH4和N2O等溫室氣體排放明顯下降，實現(xiàn)了穩(wěn)糧增收和固碳減排的協(xié)同[44]。

例如，我國率先在主要糧食作物生產(chǎn)上示范推廣了應對氣候變化的生產(chǎn)新模式，即氣候智慧型農(nóng)業(yè)（climate smart agriculture，CSA）。該農(nóng)業(yè)模式最初于2010年由FAO倡議，包括三大宗旨：糧食增產(chǎn)、農(nóng)民增收；作物系統(tǒng)的氣候韌性和適應能力增強；溫室氣體減排甚至凈零排放[45]。CSA涉及政策與機制創(chuàng)設、技術集成示范、機構能力建設、理念與知識提升等內(nèi)容，并在一定區(qū)域內(nèi)綜合實施。在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部主導，F(xiàn)AO和世界銀行等國際機構協(xié)助下，我國在安徽小麥-水稻和河南小麥-玉米主產(chǎn)區(qū)，開展氣候智慧型農(nóng)業(yè)大面積示范應用。項目區(qū)糧食增產(chǎn)5%—8%，溫室氣體減排10%—25%，農(nóng)田綜合固碳量增加15%—17%[46]?？梢?，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可以實現(xiàn)穩(wěn)糧增收與固碳減排，實現(xiàn)糧食安全與雙碳目標的雙贏。

3.2 糧食安全下農(nóng)業(yè)雙碳目標需要循序漸進

糧食安全下農(nóng)業(yè)領域碳達峰指日可待，關鍵在于畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展需求，取決于人民日益增長的對美好生活的需要。未來10年內(nèi)我國人口將達峰，國民經(jīng)濟發(fā)展和人民的生活水平將接近中等發(fā)達國家水平，食物消費數(shù)量和結構也將趨于穩(wěn)定。為此，我國制定了中長期內(nèi)糧食總產(chǎn)達6.5×108t以上，以及耕地面積穩(wěn)定在1.2×108hm2的糧食安全目標，并提倡綠色高質量發(fā)展理念，因此，作物生產(chǎn)的碳排放將呈現(xiàn)下降趨勢[43]。由于品種和種植技術的創(chuàng)新，以及投入品的減量增效，根據(jù)IPCC估算方法估算也發(fā)現(xiàn)，我國近5年作物生產(chǎn)領域的碳排放已經(jīng)開始下降[3,36]。因此，如果目前的農(nóng)產(chǎn)品進口能穩(wěn)定，就我國的種植業(yè)而言，碳排放總量已經(jīng)或即將達峰。而養(yǎng)殖業(yè)方面，由于我國居民生活水平仍將進一步提升，畜產(chǎn)品需求總量仍將增加。所以，國內(nèi)養(yǎng)殖業(yè)仍需要較大發(fā)展，碳排放總量還將增加。數(shù)據(jù)顯示，解放以來我國城鄉(xiāng)居民人均肉類消費增長了近16倍，但距中等發(fā)達國家的消費水平還有較大距離。同樣，根據(jù) IPCC的估算方法估算，“十三五”期間我國畜牧業(yè)的碳排放仍在明顯增加。因此，我國農(nóng)業(yè)領域碳排放峰值及其達峰進程，將主要看畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，取決于人民生活質量改善和水平提升要求。如果我國現(xiàn)有的農(nóng)產(chǎn)品進口規(guī)模能得到保障，國內(nèi)種植業(yè)領域碳達峰目標將很快實現(xiàn)，但畜牧業(yè)的碳排放也是指日可待的。盡管如此，我們?nèi)圆豢少Q(mào)然設定農(nóng)業(yè)碳排放峰值和達峰時間表，必須統(tǒng)籌考慮我國居民生活水平和質量提升的要求，要考慮國際農(nóng)產(chǎn)品市場進出口趨勢，在不影響人民對美好生活追求的前提下穩(wěn)步推進。

糧食安全下農(nóng)業(yè)碳中和任重道遠，農(nóng)田固碳與減排應兼顧，CH4等非 CO2溫室氣體減排須優(yōu)先。大量數(shù)據(jù)證明，陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤碳庫碳儲量巨大[47]，1 m厚的土壤碳庫分別是大氣碳庫和陸地生態(tài)系統(tǒng)植物碳庫的2倍和3倍。因此，國際上曾提出“千分之四全球土壤增碳計劃”，即地球 2 m厚土壤中有機碳年增加4‰就可以抵消人為碳排放總量，1 m厚土壤中有機碳年增加4‰可以抵消全球CO2凈排放，確保大氣CO2濃度不提高[48]，但事實上這是非常困難的。首先土壤有機碳含量取決于氣候、土壤質地和用地方式，其含量存在飽和現(xiàn)象，即達到一定水平后就很難再提升。比如秸稈直接還田的固碳效應大概可持續(xù)20—30年，腐熟有機肥還田的固碳效應約為 40—50年[49]。集約化種植下，我國旱地和水田土壤有機質含量分別達到3%和5%以后，就很難進一步提升。而碳排放是每年都存在，即使達到峰值，仍將繼續(xù)排放。以我國東北水稻、華北小麥-玉米和南方雙季稻農(nóng)田為例，其年碳排放量分別約為每公頃2.9、2.3和16.5 t CO2當量。如果靠土壤固碳實現(xiàn)凈零排放，耕層土壤有機碳每年需分別增加 1.17、0.90和 6.61 g·kg-1，這是一個非常艱巨的目標。最新的國際估測發(fā)現(xiàn)，在全球作物生產(chǎn)領域，稻田CH4排放占該領域碳排放總量的40%以上，而中國稻田CH4排放占全國作物生產(chǎn)碳排放總量60%左右[50]。根據(jù)IPCC的方法估測，我國目前農(nóng)業(yè)領域的CH4排放約占全國農(nóng)業(yè)碳排放總量70%，農(nóng)田CH4和N2O排放占農(nóng)業(yè)碳排放總量的40%左右。因此，在糧食安全背景下，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)領域碳中和目標，首先應該通過高產(chǎn)優(yōu)質低排放的畜禽和作物品種篩選、作物種植和畜禽養(yǎng)殖技術優(yōu)化、高效飼草料與新型肥料、飼料添加劑和土壤調理劑，以及高效農(nóng)藥和機具改進等減排措施來大幅度降低CH4等非CO2溫室氣體排放[36]。比如稻田可選用高產(chǎn)低CH4排放的品種，配套旱耕增氧減排種植技術以及增氧劑等CH4減排技術[36]；旱地可選用氮高效品種并配套新型高效肥料與高效施肥技術，以及硝化抑制劑等N2O減排技術[30]。反芻動物飼養(yǎng)可選用高產(chǎn)且料肉比低的品種，并配套禾本科與豆科配比的優(yōu)質飼草等CH4減排飼養(yǎng)技術[45]。之后，通過農(nóng)田土壤固碳、農(nóng)林復合固碳、農(nóng)業(yè)廢棄物生物質產(chǎn)品轉化固碳等綜合固碳措施，抵消剩余的碳排放，可望實現(xiàn)凈零排放。農(nóng)業(yè)碳中和必須走減排優(yōu)先，綜合固碳兼顧的技術路線[36,51]。

3.3 糧食安全下農(nóng)業(yè)雙碳目標需要創(chuàng)新驅動

實現(xiàn)農(nóng)業(yè)雙碳目標需要創(chuàng)新農(nóng)業(yè)固碳減排理論與技術。在保障國家糧食安全、應對氣候變化、實現(xiàn)雙碳目標等多重挑戰(zhàn)下，我國急需開展農(nóng)業(yè)固碳減排的理論與技術創(chuàng)新。首先，需要進一步揭示農(nóng)業(yè)固碳減排的效應機制，探明我國農(nóng)業(yè)固碳減排的重點領域與區(qū)域及其潛力和技術途徑；其次，要創(chuàng)制優(yōu)質多抗低碳排放的作物品種和種畜種禽，提高品種的氣候韌性；創(chuàng)新優(yōu)質豐產(chǎn)低碳排放的種植和養(yǎng)殖技術，提高作物系統(tǒng)的氣候韌性；另外，要開展固碳減排的產(chǎn)品和機具研發(fā)，創(chuàng)制新型的化學和生物固碳減排產(chǎn)品。在此基礎上，在重要典型農(nóng)區(qū)農(nóng)田景觀尺度上，開展技術篩選和集成示范，創(chuàng)建低碳高效農(nóng)業(yè)模式。

實現(xiàn)農(nóng)業(yè)雙碳目標需要創(chuàng)建碳監(jiān)測、報告和核查體系。與工業(yè)和能源等產(chǎn)業(yè)的排放不同，農(nóng)業(yè)排放屬于面源排放，精確定量監(jiān)測難度大。因此，除了農(nóng)業(yè)固碳減排理論與技術創(chuàng)新外，還急需開展農(nóng)業(yè)碳排放相關的方法學研究。目前農(nóng)業(yè)領域碳排放監(jiān)測仍缺乏非常穩(wěn)定的方法和設備，缺乏系統(tǒng)的監(jiān)測網(wǎng)絡，使得農(nóng)業(yè)碳排放難以報告和核查，影響農(nóng)業(yè)固碳減排的政策實施和技術示范推廣與綜合評價。因此，首先要創(chuàng)新監(jiān)測方法和網(wǎng)絡，將基于田間尺度、區(qū)域尺度及模型模擬的方法進行綜合，以獲得可靠的、穩(wěn)定的、可定量的監(jiān)測數(shù)據(jù)。另外，要建立定期報告制度和體系，及時掌握全國和區(qū)域及地方的農(nóng)業(yè)碳排放動態(tài)。其次，還需要建立第三方核查標準和方法體系，最終實現(xiàn)農(nóng)業(yè)碳排放可監(jiān)測、可報告、可核查?；谶@個 MRV（measurable，reportable，verifiable）體系，開展農(nóng)業(yè)領域碳排放清單調查，摸清家底，因地制宜的科學確定農(nóng)業(yè)雙碳目標及其實現(xiàn)途徑與進程，制定行動方案并選用合適的固碳減排技術模式。

實現(xiàn)農(nóng)業(yè)雙碳目標需要創(chuàng)設新的扶持政策與激勵機制。在新理論和新技術以及MRV體系支撐下，還急需創(chuàng)設農(nóng)業(yè)固碳減排的扶持政策和激勵機制。依據(jù)我國農(nóng)業(yè)綠色高質量發(fā)展的新要求，對農(nóng)業(yè)農(nóng)村和生態(tài)環(huán)境保護等主管部門的相關機構組成和出臺的政策與激勵機制進行系統(tǒng)梳理和查漏補缺，增設一些協(xié)調機構，廢除或完善一些存在沖突的政策或機制，創(chuàng)設一些新的扶持政策和激勵機制。鑒于農(nóng)業(yè)碳排放的特殊性，難以設置排放配額，短期內(nèi)難以形成成熟的系統(tǒng)的MRV體系，很難通過碳交易市場進行配額交易。因此，可以考慮創(chuàng)建政府主導，企業(yè)或利益相關者多方參與投資及融資機制，創(chuàng)建農(nóng)業(yè)固碳減排獎勵機制，建立農(nóng)業(yè)固碳減排基金，以鼓勵農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者等利益相關方，尤其是新型經(jīng)營主體積極開展農(nóng)業(yè)減排固碳，促進糧食增產(chǎn)與農(nóng)業(yè)減排的雙贏。

總之，糧食安全是關系國計民生的國家安全大事，碳達峰與碳中和是國家戰(zhàn)略，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不僅應該勇于擔當，而且應該積極推進。糧食安全背景下的農(nóng)業(yè)雙碳目標，不僅對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者是一個全新的概念，對于農(nóng)業(yè)科研工作者和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門來說也是比較陌生的。因此，需要系統(tǒng)了解、科學推進、全產(chǎn)業(yè)聯(lián)合，最終實現(xiàn)糧食安全與雙碳目標雙贏。