山 楠, 肖廣敏, 串麗敏，孫秀君

河北省農(nóng)作物生產(chǎn)投入品碳排放變化特征*

山 楠1, 肖廣敏2, 串麗敏3**，孫秀君1

（1.唐山學院新材料與化學工程學院，唐山 063000；2. 河北省農(nóng)林科學院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所/河北省肥料技術(shù)創(chuàng)新中心，石家莊050051；3. 北京市農(nóng)林科學院數(shù)據(jù)科學與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟研究所，北京100097）

基于2010-2018年河北省農(nóng)資投入、農(nóng)作物產(chǎn)量、耕地面積和農(nóng)作物播種面積等統(tǒng)計數(shù)據(jù)，計算河北省農(nóng)作物生產(chǎn)投入品碳排放，分析河北省農(nóng)作物生產(chǎn)投入品碳排放的動態(tài)變化和不同投入品碳排放所占比例，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)節(jié)能減排，實現(xiàn)低碳農(nóng)業(yè)提供理論依據(jù)。結(jié)果表明，2010-2018年河北省農(nóng)作物生產(chǎn)投入品碳排放以2015年為轉(zhuǎn)折點，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。研究期內(nèi)河北省農(nóng)作物生產(chǎn)碳排放總量、單位產(chǎn)量碳排放量和單位耕地面積碳排放量分別為2219萬～2674萬tCO2eq、0.21～0.30tCO2eq·t?1和3.40～4.10tCO2eq·hm?2。2018年河北省農(nóng)作物生產(chǎn)碳排放總量、單位產(chǎn)量碳排放量和單位耕地面積碳排放量最低，分別比最高值降低17.0%、30.0%和17.0%?；?、農(nóng)藥、農(nóng)膜、柴油和灌溉用電9a平均碳排放量占比分別為38.6%、2.1%、11.5%、34.7%和13.1%。化肥和柴油是最主要的農(nóng)業(yè)碳排放源，占比均在30%以上。農(nóng)作物生產(chǎn)投入品碳排放的動態(tài)變化受國家政策影響效果明顯，農(nóng)作物生產(chǎn)碳排放應(yīng)該堅持以國家政策引導為主，通過成熟的農(nóng)業(yè)管理制度，加強農(nóng)業(yè)技術(shù)培訓和推廣應(yīng)用先進的栽培技術(shù)等措施，減少農(nóng)業(yè)源碳排放，以促進農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。

農(nóng)作物生產(chǎn)；農(nóng)資投入；碳排放；碳強度

綠色革命使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)生了翻天覆地的變化，自綠色革命以來世界糧食產(chǎn)量翻了一番，但是化肥總投入增加了近4倍[1]，其他農(nóng)資的投入量也快速增長。農(nóng)資的高額投入是作物產(chǎn)量提高的重要因素。據(jù)統(tǒng)計，近20a來中國農(nóng)藥、農(nóng)用柴油和農(nóng)膜的使用量分別增加了136.2%、124.6%和271.1%[2]。這種高投入的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式在增加作物產(chǎn)量的同時也帶來了嚴重的環(huán)境問題。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用的農(nóng)資產(chǎn)品（化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜）生產(chǎn)和運輸過程，播種、收割、耕地機械化作業(yè)、化石燃料的燃燒過程，灌溉消耗的電力的生產(chǎn)過程均會大量排放溫室氣體[3?4]。溫室氣體排放是導致氣候變化的重要因素之一[5]。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第五次評估報告指出，全球農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放占人類活動總排放量的1/4[6]，全球每年僅氮肥使用導致的二氧化碳當量（CO2eq）排放就高達30億t[7]。中國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放是中國溫室氣體排放的第2大來源[8]。CO2當量是衡量溫室效應(yīng)的關(guān)鍵指標，對農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中CO2排放當量進行定量計算，可以了解農(nóng)業(yè)碳排放組成，明確不同碳排放源在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳排放中所占比例。農(nóng)業(yè)源碳排放研究也成為人們關(guān)注的熱點。

目前國內(nèi)有很多學者對農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的碳排放進行了計算，但是相關(guān)研究大多是采用IPCC提供的碳排放系數(shù), 或者國外學者提出的碳排放系數(shù)[9?11]。然而這些系數(shù)是根據(jù)西方國家的數(shù)據(jù)計算得出，而中國的工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平都與西方國家存在較大差異。相比于西方國家的能源結(jié)構(gòu)，中國農(nóng)資的生產(chǎn)主要消耗煤炭資源，其轉(zhuǎn)換系數(shù)通常較低，這意味著在中國生產(chǎn)同等質(zhì)量的農(nóng)資產(chǎn)品比西方國家排放更多的CO2，也意味著中國的碳排放系數(shù)普遍高于西方國家。因此，在計算中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的碳排放時直接套用國外的碳排放系數(shù)，往往低估了中國實際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放量[12]。在開展農(nóng)業(yè)碳排放研究時，選擇合適的碳排放系數(shù)并充分考慮每個環(huán)節(jié)的碳排放，對減少碳排放損失，推動低碳農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重大意義。目前國內(nèi)學者針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放的研究主要考慮農(nóng)資產(chǎn)品（化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜）生產(chǎn)運輸和能源消耗（燃油、電力）產(chǎn)生的碳排放[13?14]，而針對農(nóng)作物從播種到收獲整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程所需的化肥、農(nóng)藥、柴油、農(nóng)膜和灌溉用電，其生產(chǎn)、運輸和使用過程中農(nóng)作物生產(chǎn)投入品碳排放產(chǎn)生的溫室氣體的系統(tǒng)研究較為缺乏。

河北省是農(nóng)業(yè)大省，是京津冀一體化協(xié)同發(fā)展的重要組成部分，為當?shù)赜绕涫翘旖蚝捅本┑木用裆钐峁┐罅哭r(nóng)產(chǎn)品和保障國家糧食安全的同時，由于農(nóng)業(yè)機械的大量使用以及農(nóng)用化學品的大量投入，所帶來的溫室效應(yīng)和農(nóng)業(yè)面源污染等環(huán)境問題不容忽視。隨著國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向綠色轉(zhuǎn)型，河北省的農(nóng)作物生產(chǎn)碳減排面臨嚴峻形勢，而目前針對這一地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)的碳排放還缺乏深入研究。因此，為促進河北省農(nóng)業(yè)的綠色低碳發(fā)展，亟需摸清河北省近年來農(nóng)作物生產(chǎn)投入品碳排放動態(tài)變化特征。本研究依托《河北農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》的數(shù)據(jù)，計算了2010?2018年河北省農(nóng)作物生產(chǎn)投入品碳排放，定量分析農(nóng)作物生產(chǎn)投入品碳排放隨時間的動態(tài)變化特征，探討農(nóng)作物生產(chǎn)投入品碳排放的主要來源與影響因素，以期為河北省農(nóng)業(yè)碳中和研究和綠色發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)及其來源

2010?2018年河北省歷年化肥用量、農(nóng)藥用量、農(nóng)膜用量、農(nóng)用柴油量以及有效灌溉面積、耕地面積、播種面積和作物產(chǎn)量等數(shù)據(jù)主要來源于相應(yīng)年份的《河北農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》。統(tǒng)計的農(nóng)作物包括河北省常見的糧食作物（谷物、薯類和豆類），油料作物（花生、油菜籽、芝麻、向日葵、胡麻），棉花，蔬菜和水果（香蕉、蘋果、梨、葡萄、紅棗、柿子、西瓜、草莓和甜瓜）。

1.2 指標計算

1.2.1 碳排放量

農(nóng)作物生產(chǎn)投入品碳排放指作物從播種到收獲整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中化肥、農(nóng)藥、柴油、農(nóng)膜和灌溉用電的生產(chǎn)、運輸、使用過程中產(chǎn)生的溫室氣體的總和[15]。碳排放總量（Carbon Emission，CE）的計算式為

式中，CE為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入品碳排放總量，以CO2當量計（萬t CO2eq）；ei為物質(zhì)投入類型i的碳排放量；Ti為第i種碳源的使用量；Emission Factor(EFi)為第i種碳源的碳排放系數(shù)。各類碳源的碳排放系數(shù)見表1。

表1 農(nóng)作物生產(chǎn)過程中各種投入品的碳排放系數(shù)[16?17]

1.2.2 碳排放強度

碳排放強度指單位產(chǎn)量碳排放和單位耕地面積的碳排放，計算式為

CEy=CE/ TY （2）

CEc=CE / TC （3）

式中，CEy指單位產(chǎn)量的碳排放；TY指總農(nóng)作物產(chǎn)量；CEc指單位耕地面積的碳排放；TC指總耕地面積。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析與作圖。

2結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)作物生產(chǎn)投入的變化特征

2.1.1 生產(chǎn)投入品

據(jù)《河北農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》統(tǒng)計（圖1），全省2010?2015年化肥使用量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，化肥用量從322.9萬t增加到335.5萬t，增長了3.9%，隨后開始下降。2018年化肥用量為312.4萬t，比2015年下降了6.9%。2010?2015年柴油用量在279.2萬～298.5萬t波動，2016年開始顯著降低，2018年柴油用量為217.6萬t，比2010年最高用量下降了27.1%。有效灌溉面積2010?2018年變化幅度較小(1.2%～4.4%)。2015?2016年農(nóng)藥用量在8.2萬～8.7萬t波動，2017年開始顯著降低。2018年農(nóng)藥用量為6.1萬t，比2013年最高用量下降了29.9%。2010?2016年農(nóng)膜用量逐漸增加，從11.9萬t增加到13.9萬t，增長了16.8%，隨后開始下降。2018年農(nóng)膜用量為11.0萬t，比2016年下降了20.9%。

圖1 2010?2018年河北省農(nóng)業(yè)投入品用量和有效灌溉面積

與2010年相比，2018年化肥用量僅降低了3.5%，但是肥料組成結(jié)構(gòu)變化較大。由圖2可見，2010?2018年氮肥和磷肥的使用量均在逐漸減少，且與2017年相比，2018年分別顯著減少了18.4%和45.2%。鉀肥的用量在2010?2015年逐漸增加，從26.8萬t增加到28.1萬t，增加了4.9%，自2016年鉀肥用量開始減少，2018年用量為24.0萬t，比2015年減少了14.6%。2010?2018年單元素肥料使用量明顯降低，而復合肥的使用量則持續(xù)增加，從95.6萬t增加到150.0萬t，增加了56.9%。復合肥使用量占化肥使用量比例從2010年的29.6%增加到2018年的48.0%，平均每年增加2.3%（6.0萬t）。

圖2 2010?2018年河北省化肥施用量

2.1.2 種植結(jié)構(gòu)

對2010?2018年河北省主要農(nóng)作物的播種和種植面積進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，2010?2018年河北省農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)也發(fā)生了較大變化。由圖3可見，糧食作物作為最主要的農(nóng)作物，播種面積占農(nóng)作物總面積的70%以上，2010?2016年糧食作物播種面積逐年增加，2016年比2010年增加了5.4%，但隨后開始降低。2018年糧食作物播種面積與2016年最高值相比降低了3.7%。2010?2018年蔬菜播種面積呈增加趨勢，并在2012年超過果樹種植面積成為第二大農(nóng)作物。與2010年相比，2018年蔬菜播種面積增加了13.6%。油料作物、棉花和果園種植面積則呈現(xiàn)減少的趨勢，與2010年相比，2018年分別減少了14.2%、55.0%和34.7%。

圖3 2010?2018年河北省不同農(nóng)作物種植面積

2.1.3 產(chǎn)量和耕地面積

對比2010?2018年河北省農(nóng)作物產(chǎn)量和耕地面積變化發(fā)現(xiàn)（圖4），2010?2017年全省農(nóng)作物產(chǎn)量逐年增加，從8981.0萬t增至10469.0萬t，增加了16.6%。但與2017年相比，2018年農(nóng)作物產(chǎn)量基本保持不變（降低0.2%）；2010?2018年耕地面積維持在較穩(wěn)定水平，始終保持在650萬hm2之上，變化幅度較?。?.1%～0.7%）。

圖4 2010?2018年河北省耕地面積及農(nóng)作物產(chǎn)量

2.2 農(nóng)作物生產(chǎn)投入碳排放量的變化特征

2.2.1 不同來源碳排放量

通過農(nóng)作物生產(chǎn)投入品用量和碳排放系數(shù)，計算不同投入品碳排放量及碳排放總量（表2）。對比2010?2018年河北省農(nóng)作物投入碳排放總量發(fā)現(xiàn)，2010?2015年農(nóng)作物生產(chǎn)投入品碳排放總量在2605萬～2674萬tCO2eq，但變化幅度較?。?.3%～2.2%），2016年開始碳排放總量顯著降低，與最高值相比，2018年碳排放總量減少了17.0%。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入品碳排放量的變化趨勢與用量的變化趨勢一致?；?、農(nóng)藥、柴油和農(nóng)膜最高碳排放量分別為1011萬、57萬、991萬和315萬tCO2eq，最低均出現(xiàn)在2018年，分別為874萬、40萬、722萬和250萬tCO2eq，分別降低了13.6%、29.8%、27.1%和20.6%?；侍寂欧胖饕傻?、磷、鉀肥和復合肥的碳排放相加得到，氮肥和復合肥是施用較多的兩種化肥，在2010?2018年氮肥和復合肥的碳排放占化肥碳排放的65%～76%和17%～30%，磷肥和鉀肥占比均低于5%。2010?2018年不同種類化肥碳排放量變化趨勢與用量變化趨勢一致。

2.2.2 不同來源碳排放量占比

分析不同來源碳排放所占比例可知（圖5），化肥和柴油是最主要的碳排放源，2010?2018年所占比例分別高達37.5%～41.0%和30.1%～36.6%，農(nóng)藥所占比例最低僅為1.8%～2.2%。農(nóng)膜和灌溉用電所占比例分別為10.2%～13.0%和12.1%～15.0%，化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、柴油和灌溉用電9a平均占比分別為38.6%、2.1%、11.5%、34.7%和13.1%。

2.3 農(nóng)作物生產(chǎn)投入碳排放強度的變化特征

根據(jù)2010?2018年農(nóng)作物生產(chǎn)過程中各種投入品的碳排放量折算結(jié)果，與同期農(nóng)作物產(chǎn)量和耕地面積之比，計算每年的單位產(chǎn)量碳排放和單位耕地面積碳排放強度，結(jié)果見表3。由表可見，單位產(chǎn)量碳排放強度以2010年最高，為0.30tCO2eq·t?1，隨后逐年下降，年均降幅達到4.3%，至2018年單位產(chǎn)量碳排放強度下降了30.0%。從單位耕地面積排放強度看，9a間在3.40～4.10tCO2eq·hm?2范圍波動，以2014年和2015最高，2018年最低，最低年比最高年低16.8 %。

表2 2010?2018年河北省不同來源碳排放量(104tCO2 eq)

圖5 2010?2018年河北省農(nóng)作物生產(chǎn)不同來源碳排放所占比例

總體上看，單位產(chǎn)量碳排放的減少幅度高于單位耕地面積碳排放強度，單位產(chǎn)量碳排放呈現(xiàn)逐年降低的趨勢，主要是由于在碳排放逐漸降低的情況下產(chǎn)量逐漸升高，從而使生產(chǎn)單位產(chǎn)量的農(nóng)作物排放的碳逐漸減少。而單位耕地面積碳排放的變化與單位產(chǎn)量碳排放的變化具有相同的趨勢，2010?2015年變化幅度較?。?.4%～2.6%），從2016年開始顯著降低，其中2018年單位耕地面積碳排放最低，比2015年的最高值低17.1%。

表3 2010?2018年河北省農(nóng)作物生產(chǎn)投入品碳排放強度

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

3.1.1 影響河北省農(nóng)資投入及種植結(jié)構(gòu)的因素

農(nóng)資投入在2015年之前均呈逐漸增長的趨勢，自2015年之后各項投入都從增長趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆第厔荩@一變化趨勢主要是受到政府政策影響[18]。2015年中國同眾多國家共同簽訂了《巴黎協(xié)定》，作為發(fā)展中國家，中國在碳減排方面需要承擔更多的義務(wù)[19]。河北省也根據(jù)國家戰(zhàn)略制定了具有地方特點的相關(guān)農(nóng)業(yè)政策，提出在全省推進測土配方施肥，實現(xiàn)化肥施用量零增長；推廣應(yīng)用高效低毒低殘留農(nóng)藥和生物農(nóng)藥，實現(xiàn)農(nóng)藥施用量零增長；推廣使用標準地膜，建立地膜回收再利用體系；推廣使用高效節(jié)能農(nóng)機設(shè)備，淘汰高耗能、高排放農(nóng)機設(shè)備。正是“十三五”期間一系列節(jié)能減排政策的推出使農(nóng)資投入在2015年后產(chǎn)生明顯的轉(zhuǎn)變。

種植結(jié)構(gòu)的改變則是受到政府政策、市場需求等多方面的影響[20]?！逗颖笔〉叵滤删C合治理試點調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和農(nóng)藝節(jié)水項目實施方案》提出，將在地下水嚴重超采區(qū)適當減少依靠地下水灌溉的冬小麥種植面積，改常規(guī)的冬小麥?夏玉米一年兩熟制為種植其他農(nóng)作物的一年一熟制。這一政策的實施使河北省糧食作物的播種面積自2016年開始逐漸降低。蔬菜產(chǎn)量的持續(xù)增長來源于北京地區(qū)對蔬菜的需求不斷增長，利用距離北京較近的地理優(yōu)勢，河北省大力發(fā)展蔬菜種植產(chǎn)業(yè)，成為北京市場蔬菜最大的供應(yīng)基地，為北京地區(qū)解決了“菜籃子”問題[21]。棉花、油料作物和果園播種種植面積的不斷下降則是由相同的原因造成的。與其他糧食作物在栽培、收獲等環(huán)節(jié)逐步推行機械化相比，這幾種作物生產(chǎn)的機械化水平較低，生產(chǎn)過程中需要大量的勞動力。隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，農(nóng)村外出務(wù)工人員增多，農(nóng)村勞動力大量轉(zhuǎn)移，農(nóng)業(yè)勞動力呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)性緊缺，同時由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價格上漲，大大增加了生產(chǎn)成本，降低了農(nóng)民種植的積極性[22?25]。

3.1.2 影響河北省農(nóng)作物生產(chǎn)投入品碳排放的因素

碳排放的變化主要受到農(nóng)資投入量和農(nóng)資投入種類變化的影響[26?27]。2010?2015年河北省各項農(nóng)資投入均呈現(xiàn)增加的趨勢，2015年之后隨著國家一系列相關(guān)政策的出臺，農(nóng)業(yè)投入品的使用量開始顯著降低，這也使河北省碳排放量從增加趨勢變?yōu)闇p少趨勢。與最高用量相比化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜和柴油的用量分別降低了6.9%、29.9%、20.9%和27.1%，碳排放量分別降低了13.6%、29.8%、20.6%和27.1%。與2014年相比，2018年化肥的使用量雖然僅降低6.9%，但是碳排放量降低了13.6%。這是因為單質(zhì)肥料，尤其是氮肥的使用量大大減少，復合肥使用量增加，導致化肥的使用量減少幅度較小。由于復合肥的碳排放系數(shù)（1.77kgCO2eq·kg?1）遠低于單質(zhì)氮肥的碳排放系數(shù)（4.96kgCO2eq·kg?1），所以當大量使用復合肥替代單質(zhì)氮肥時，會顯著降低碳排放量。

有研究表明，1993?2007年中國農(nóng)田碳排放量和單位面積碳排放量分別增加了27.5%和19.8%，但單位產(chǎn)量的碳排放量反而降低了5.0%[15]。而針對河北地區(qū)的研究也表現(xiàn)出同樣的變化規(guī)律。王占彪等[17]研究發(fā)現(xiàn)，1993?2012年河北省單位面積碳排放量增加了25.8%，而單位產(chǎn)量的碳排放量減少了28.8%。造成這一現(xiàn)象的主要原因是在作物產(chǎn)量和農(nóng)業(yè)碳排放量增加的同時，耕地面積未發(fā)生明顯變化，作物產(chǎn)量的增加幅度大于碳排放的增幅。本研究發(fā)現(xiàn)，2010?2015年河北省碳排放量呈增長趨勢，自2016年開始碳排放量逐年降低，與最高年相比，2018年降低幅度高達17.0%。2010?2018年在碳排放量由增加到減少變化的同時，作物產(chǎn)量年均增長2%，耕地面積維持平衡，造成了單位面積碳排放量先增加后減少，而單位產(chǎn)量的碳排放量持續(xù)減少。Cheng等針對中國的研究和王占彪等針對華北平原的研究結(jié)果均表明灌溉用電產(chǎn)生的碳排放是第二大碳排放源[15,17]，與本研究得出柴油是河北農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放的第二大碳排放源的結(jié)果有所差異。這種差異主要是由于碳排放系數(shù)選擇不同造成的，本研究采用的柴油排放系數(shù)為3.32kgCO2eq·kg?1，其數(shù)值遠高于其他研究的柴油碳排放系數(shù)(0.72～0.89kgCO2eq·kg?1)。而在氮肥和農(nóng)田碳排放系數(shù)的選擇上，本研究選擇的系數(shù)也高于其研究的數(shù)值。本研究結(jié)果表明未來農(nóng)業(yè)源碳減排重點應(yīng)放在化肥和農(nóng)機的高效利用上，通過改進化肥生產(chǎn)工藝，減少化肥使用量和提高農(nóng)機作業(yè)效率，開發(fā)清潔能源農(nóng)機具，減少化肥和柴油產(chǎn)生的碳排放。

種植結(jié)構(gòu)的變化也影響著河北省農(nóng)作物生產(chǎn)碳排放。種植不同農(nóng)作物由于其施肥量、農(nóng)藥施用量、灌溉量等栽培管理措施不同，碳排放也會產(chǎn)生較大差異，已有研究表明種植蔬菜和果樹的單位面積碳排放高于種植糧食作物[28]。但是由于缺乏河北省農(nóng)作物的農(nóng)資投入數(shù)據(jù)，目前無法單獨計算不同農(nóng)作物的碳排放量。另有研究表明，農(nóng)作物生產(chǎn)碳排放還與農(nóng)戶的年齡、務(wù)農(nóng)年限、年均農(nóng)業(yè)收入比例、耕地面積、土地質(zhì)量、是否參加農(nóng)業(yè)技術(shù)培訓以及農(nóng)田管理措施、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展水平、農(nóng)業(yè)技術(shù)進步水平等因素密切相關(guān)[29?32]。

3.1.3 碳排放估算研究存在的不足

本研究所采用的農(nóng)資投入、農(nóng)作物產(chǎn)量和耕地面積等數(shù)據(jù)均來源于統(tǒng)計年鑒中的數(shù)據(jù)，但是統(tǒng)計年鑒中農(nóng)資投入沒有針對不同作物進行區(qū)分，而不同作物的碳效率差異較大[33]。計算單位面積碳排放量和單位產(chǎn)量碳排放量時，將所有作物一起進行計算會造成結(jié)果模糊化，無法準確發(fā)現(xiàn)不同作物種類各自的排放規(guī)律。按照不同作物類型進行分類計算對于進一步細化碳排放研究具有重要意義。另外，統(tǒng)計年鑒中有些農(nóng)用物資并非全部用于種植業(yè)作物生產(chǎn)，如有些氮肥可能用于畜牧業(yè)的飼料氨化，有些柴油可能用于漁業(yè)的抽水泵等，這對作物生產(chǎn)碳排放的計算可能會造成影響，但從河北省實際情況來看這部分農(nóng)資投入所占比例較小。因此，本研究以統(tǒng)計年鑒中的投入代表作物生產(chǎn)中的投入，但如果研究地區(qū)畜牧業(yè)則應(yīng)注意進行合理調(diào)整，并且不同作物的碳排放量也有差異。但由于目前缺乏具體作物的農(nóng)資投入數(shù)據(jù)，無法針對不同農(nóng)作物計算碳排放。因河北省糧食作物生產(chǎn)所占比例較大，超過70%，所以種植結(jié)構(gòu)對河北省目前的農(nóng)作物生產(chǎn)碳排放影響較小，但是隨著蔬菜種植面積的不斷增大，未來可能會對碳排放的變化造成影響。今后研究中如有條件，可以計算區(qū)分作物計算農(nóng)田碳排放，這樣更有利于準確描述碳排放規(guī)律。

3.2 結(jié)論

（1）2010?2018年河北省農(nóng)作物生產(chǎn)投入品碳排放變化以2015年為轉(zhuǎn)折點，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。2018年河北省農(nóng)作物生產(chǎn)投入品碳排放總量、單位產(chǎn)量碳排放和單位耕地面積碳排放分別為2219萬tCO2eq、0.21tCO2eq·t?1和3.40tCO2eq·hm?2，比研究期內(nèi)最高值分別下降了17.0%、30.0%和17.0%。

（2）化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、柴油和灌溉用電碳排放9a平均占比分別為38.6%、2.1%、11.5%、34.7%和13.1%?；屎筒裼褪寝r(nóng)作物生產(chǎn)投入品中最主要的碳排放源，占比均在30%以上。農(nóng)作物生產(chǎn)投入品用量和化肥投入結(jié)構(gòu)的變化顯著影響了碳排放量，減少農(nóng)作物生產(chǎn)投入品用量或減少單質(zhì)氮肥投入，增加復合肥的投入可以有效降低碳排放。

（3）國家政策影響著農(nóng)資投入和種植結(jié)構(gòu)的改變，農(nóng)資投入量和農(nóng)資投入種類變化、種植結(jié)構(gòu)的變化均對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放產(chǎn)生影響。農(nóng)作物生產(chǎn)碳排放應(yīng)堅持以國家政策引導為主，通過執(zhí)行成熟的農(nóng)業(yè)管理制度，加強農(nóng)業(yè)技術(shù)培訓以及推廣應(yīng)用先進的栽培技術(shù)等措施，減少農(nóng)作物生產(chǎn)投入品碳排放，以促進農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。

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Dynamics Change of Carbon Emission from Crops Production Inputs in Hebei Province

SHAN Nan1, XIAO Guang-min2, CHUAN Li-min3, SUN Xiu-jun1

(1. School of New Materials and Chemical Engineering, Tangshan University, Tangshan 063000, China; 2. Institute of Agricultural Resources and Environment, Hebei Academy of Agriculture and Forestry Science/Hebei Fertilizer Technology Innovation Center, Shijiazhuang 050051; 3. Institute of Data Science and Agricultural Economics, Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Beijing 100097)

Carbon emission from crop production is one of the important sources of greenhouse gas emission in China, and it is a hot issue on agricultural ecological environment in recent years. Based on the statistical data of agricultural production input, crop yield, cultivated land area and crop sowing area in Hebei province from 2010 to 2018, this paper studied the dynamic changes of carbon emission of crop production inputs, and analyzed the proportion of carbon emission for each different crop production inputs, so as to provide a theoretical basis for energy conservation and emission reduction in agricultural production, and in the end to realize the low-carbon agriculture. The results showed that from 2010 to 2018, the carbon emission from crop production in Hebei province took 2015 as the turning point, showing a trend of increasing first and then decreasing. From 2010 to 2018, the total carbon emissions from crop production, carbon emissions per unit yield and carbon emissions per unit cultivated land area in Hebei province were 22.19×104?26.74×104tCO2eq, 0.21?0.30tCO2eq·t?1and 3.40?4.10tCO2eq·ha?1, respectively. The total carbon emission of crop production, carbon emission per unit yield and carbon emission per unit cultivated land area in 2018 were the lowest, decreasing by 17.0%, 30.0% and 17.0% respectively compared with the highest value. The 9-year average carbon emission of chemical fertilizer, pesticide, agricultural film, diesel fueland irrigation electricity accounted for 38.6%, 2.1%, 11.5%, 34.7% and 13.1%, respectively. Chemical fertilizer and diesel fuel were the main sources of agricultural carbon emission, accounting for more than 30%. The dynamic change of carbon emission of crop production inputs was obviously affected by the national policies. It is suggested that the carbon emissions from agricultural production should be guided by national policies, and measures such as formulating mature agricultural management system, strengthening agricultural technology training and promoting the application of advanced cultivation techniques should be taken to reduce the carbon emissions from agricultural sources, so as to promote the green development of agriculture.

Crop production; Agricultural production input; Carbon emission; Carbon emission intensity

10.3969/j.issn.1000-6362.2023.02.002

山楠,肖廣敏,串麗敏,等.河北省農(nóng)作物生產(chǎn)投入品碳排放變化特征[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2023,44(2):96-105

收稿日期：2021?11?17

國家重點研發(fā)計劃（2016YFD0200103）；北京市農(nóng)林科學院創(chuàng)新能力建設(shè)專項（KJCX20200403；KJCX20200203；KJCX201913）；唐山學院博創(chuàng)基金（1401903）；河北省農(nóng)林科學院科技創(chuàng)新專項（2022KJCXZX-ZHS-9）

通訊作者：串麗敏，副研究員，研究方向為農(nóng)業(yè)資源高效利用，E-mail: xiaochuan200506@126.com

山楠，E-mail：shannan@tsc.edu.cn