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        四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡和碳生態(tài)效率時空變化

        2023-07-10 00:46:21李華袁鵬飛王潔李曉英王文玉
        江蘇農(nóng)業(yè)科學 2023年11期
        關(guān)鍵詞:碳足跡碳排放四川省

        李華 袁鵬飛 王潔 李曉英 王文玉

        摘要:農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)具有碳源和碳匯功能,是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,探究農(nóng)田碳足跡進而為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供參考。基于2000—2020年四川省以及21個市(州)的農(nóng)田生產(chǎn)投入和農(nóng)作物產(chǎn)量等數(shù)據(jù),構(gòu)建農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡模型,對碳足跡、碳生態(tài)效率的時空變化特征和影響因素進行探討。結(jié)果表明,2000—2020年四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放量呈先波動上升后下降的趨勢,拐點發(fā)生在2016年,其中土壤翻耕、化肥使用為碳排放量的主要貢獻因素,占比分別為44.74%、30.22%。碳吸收量呈先減后增的趨勢,2006年碳吸收量減至最低值,氣象災害是主要影響因素。水稻、玉米、小麥對碳吸收量的貢獻較大。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡呈先波動增長后持續(xù)下降的變化,2006年為最大值。2000—2020年四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)均為碳生態(tài)盈余狀態(tài),碳生態(tài)效率年均為5.150 kg C/kg CE。從空間上看,四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放、碳吸收、碳足跡、碳生態(tài)效率均呈現(xiàn)西北低、東南高的分布格局;單位面積碳足跡卻呈現(xiàn)西北高、東南低的分布,空間差異和變化幅度差異均較大,主要是因為各地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和發(fā)展水平不同。應因地制宜,從農(nóng)資投入、田間管理、種植結(jié)構(gòu)等進行優(yōu)化調(diào)節(jié),進而促進農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)綠色發(fā)展。

        關(guān)鍵詞:農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng);碳足跡;碳排放;碳吸收;碳生態(tài)效率;時空變化特征;四川省

        中圖分類號:S181文獻標志碼:A文章編號:1002-1302(2023)11-0192-10

        近年來,溫室氣體排放導致氣候變暖已成為全球關(guān)注的焦點問題,其中減源增匯成為研究熱點[1]。應對氣候變化,中國提出“雙碳”目標[2]。根據(jù)2018年《中華人民共和國氣候變化第三次國家信息通報》,甲烷、氧化亞氮排放總量成為位居我國第二和第三的溫室氣體,而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動產(chǎn)生的甲烷占我國甲烷排放量的40.5%,而氧化亞氮占總量的65.4%,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動成為重要的溫室氣體排放源。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是半自然的生態(tài)系統(tǒng),兼具碳源和碳匯作用,是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[3-5]。分析農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡以及影響因素對區(qū)域農(nóng)業(yè)低碳發(fā)展具有重要意義[1]。Rees提出生態(tài)足跡,并由此而產(chǎn)生包括生態(tài)足跡、碳足跡和水足跡的足跡家族,為全面評價區(qū)域資源環(huán)境壓力提供了理論基礎[6-7]。碳足跡是指在一定時間和空間內(nèi),某種活動引起的直接或間接的二氧化碳排放量的度量[5]。農(nóng)田碳足跡是指農(nóng)田生產(chǎn)活動中,吸收農(nóng)田生產(chǎn)性投入而引起的碳排放所需的生產(chǎn)性的土地面積[5,8]。國內(nèi)學者從多尺度對農(nóng)田碳足跡進行探究,田云等對中國農(nóng)業(yè)碳排放以及農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡進行分析[9-10];郭永奇等對河南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡時空變化進行探討[11-12];張精等分別對安徽、吉林、江蘇、湖南、新疆、云南、海南等省域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡進行研究[8,13-17],各區(qū)域生態(tài)足跡差異明顯;市域尺度下,楊皓然等分別研究安徽省濰坊市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡變化以及碳足跡動態(tài)影響效應[18-19];縣域尺度下,唐廉等研究重慶市酉陽縣農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡特征[20],邵技新對貴州省畢節(jié)地區(qū)巖溶山區(qū)縣域農(nóng)業(yè)碳足跡進行分析[21]。當前國內(nèi)學者對碳源、碳匯以及碳足跡進行較多研究,而碳足跡與碳效率的聯(lián)合分析較少。田志會等對北京市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡以及碳生態(tài)效率進行研究[22],史磊剛等對華北平原主要作物生產(chǎn)的碳效率進行研究[23]。四川省是我國中西部地區(qū)最具代表性的農(nóng)業(yè)大省,是全國優(yōu)質(zhì)糧、油、畜、禽、菜、果、茶等農(nóng)產(chǎn)品重要基地,是全國重要糧食主產(chǎn)區(qū)和重要農(nóng)產(chǎn)品供給區(qū)[24-25],隨著農(nóng)業(yè)化肥和農(nóng)業(yè)機械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的廣泛應用,農(nóng)業(yè)碳排放所造成的環(huán)境問題也日益突出,已成為造成農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境惡化的重要原因之一[25-26]。目前對于四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡以及碳效率的時空變化研究尚未見報道。本研究分析四川省近20年來的碳源/匯、碳足跡、碳效率時空變化特征以及主要影響因素,以期為四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)管理以及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。

        1材料與方法

        1.1研究區(qū)概況

        四川省位于中國西南地區(qū)內(nèi)陸,轄區(qū)面積48.6萬km2,地處長江上游,素有“天府之國”的美譽。地貌東西差異大,地形復雜,氣候多樣。四川省作為我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大省,是全國13個糧食主產(chǎn)區(qū)之一,四川省農(nóng)業(yè)發(fā)展取得重大成效。在全省由農(nóng)業(yè)大省向農(nóng)業(yè)強省跨越的同時,農(nóng)業(yè)環(huán)境被污染,農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)被破壞,農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展面臨嚴重威脅。

        1.2數(shù)據(jù)來源

        本研究數(shù)據(jù)主要來源于《四川統(tǒng)計年鑒》《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》《四川農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》以及21個市(州)的統(tǒng)計年鑒、統(tǒng)計公報,包括2000—2020年四川省以及各市(州)的化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、農(nóng)用柴油用量,農(nóng)作物播種面積、灌溉面積、耕地面積以及各類農(nóng)作物經(jīng)濟產(chǎn)量。

        1.3研究方法

        1.3.1農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放量估算農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程所投入的化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜所引起的碳排放;農(nóng)業(yè)機械使用所消耗化石燃料(如柴油)所產(chǎn)生的碳排放;農(nóng)業(yè)翻耕引起土壤有機碳庫的碳排放;農(nóng)業(yè)灌溉過程中間接消耗化石燃料所形成的碳釋放[3,11],其計算公式[8]為

        1.3.2農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收量估算

        1.3.3農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡估算碳足跡為消納碳排放所需要的生產(chǎn)性土地的面積,即 CEF(hm2)。其計算公式[15-16]為

        1.3.4農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳生態(tài)效率計算參考田志會等的研究結(jié)論[22],碳生態(tài)效率的計算公式為

        2結(jié)果與分析

        2.1四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放特征

        2.1.1碳排放的時間變化特征2000—2020年四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放量總體呈現(xiàn)為先波動上升再下降的趨勢(圖1)。2000—2016年碳排放量波動增加,自2000年的621.63萬t增加至2016年的690.02萬t,年均增長率為0.654%,主要原因為農(nóng)膜、柴油和農(nóng)業(yè)灌溉碳排放量的持續(xù)增加,分別自2000年的25.17 萬、17.60萬、65.79萬t增加至2016年的47.75萬、27.80萬、75.01萬t,年均增長率分別為4.08%、2.90%、0.82%;2017—2020年碳排放量呈現(xiàn)下降趨勢,從2017年的686.20萬t下降到2020年667.40萬t,其中化肥、農(nóng)膜、農(nóng)藥引起的碳排放量減少趨勢較明顯,從2017年的208.02萬、47.11萬、27.51萬t分別下降到2020年的190.04萬、41.04萬、20.79萬t。2000—2020年在碳排放的驅(qū)動因素中,農(nóng)業(yè)翻耕和化肥使用導致的碳排放量所占比例最高,平均分別為44.74%、30.22%,其他驅(qū)動因素如農(nóng)膜、農(nóng)藥、柴油所占百分比較小,平均占比分別為5.85%、4.28%、3.72%。

        由于四川省的耕地面積以及不同農(nóng)作物的種植面積在2000—2020年均發(fā)生改變,碳排放總量不能充分反映碳排放特征,單位面積碳排放量的研究尤為必要。四川省農(nóng)田單位面積碳排放總量呈先上升再下降的趨勢:2000—2011年單位面積碳排放量總體呈現(xiàn)上升的趨勢,從2000年的646.92 kg/hm2增加到2011年的730.81 kg/hm2,年均增長率為1.11%。2012—2020年呈現(xiàn)下降趨勢,從2012年的729.00 kg/hm2下降為2020年的677.63 kg/hm2,年均下降速率為0.91%,原因是化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜用量持續(xù)減少。

        2.1.2碳排放的空間變化四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放量總體呈現(xiàn)“西北低、東南高”的格局(圖2)。2000—2020年平均碳排放量較大的地區(qū)有川東經(jīng)濟區(qū)的南充市、達州市和成都平原經(jīng)濟區(qū)的成都市,為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)達地區(qū),年平均碳排放量均超過55萬t,其貢獻比分別為8.64%、8.08%、8.20%。年平均碳排放總量低于10萬t的有川西北的甘孜州、阿壩州和攀西經(jīng)濟區(qū)的攀枝花市,其碳排放量占比分別為0.82%、0.79%、1.05%,甘孜州的碳排放量最低,僅為5.91萬t。甘孜州、阿壩州以畜牧業(yè)發(fā)展為主,農(nóng)田種植較少,各地區(qū)碳排放量最大值與最小值之間相差近15倍。從時間上看,多地的碳排放量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。涼山州的碳排放量持續(xù)增長,自2000年的30.29萬t增加到2020年60.73萬t,增幅為100.5%,年均增長率為3.54%。成都市碳排放量呈現(xiàn)下降趨勢,自2000年的69.25萬t下降到2020年55.71萬t,年均降幅為1.1%。由此可見,四川省農(nóng)田碳排放量在空間分布上不均勻,時間變化幅度也存在較大差異。

        四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)單位面積碳排放量空間分布不均勻(圖3),單位面積碳排放量年均最大的為攀枝花市, 達1 171.39 kg/hm2。 2015年攀枝花市單位面積碳排放量達到最高值,為1 354.07 kg/hm2,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍以農(nóng)資高投入為主,資源利用率不高;最低值為資陽市,僅為603.94 kg/hm2。2000—2015年多地單位面積碳排放量呈現(xiàn)增加趨勢,農(nóng)業(yè)資源的投入水平仍為持續(xù)增加狀態(tài);2015—2020年單位面積碳排放量呈現(xiàn)下降趨勢,與碳排放總量的變化趨勢一致,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向可持續(xù)狀態(tài)發(fā)展。

        2.2四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收特征

        2.2.1碳吸收的時間變化特征2000—2020年四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收總量呈先減后增的趨勢

        變化(圖4)。2000—2006年碳吸收總量和單位面積碳吸收量均呈波動下降趨勢;2007—2020年碳吸收總量和單位面積碳吸收量均持續(xù)上升,年均增幅為分別為1.58%、1.09%。碳吸收總量和單位面積碳吸收量的最低值均出現(xiàn)在2006年,因為2006年川渝地區(qū)遭遇自有氣象記錄以來最嚴重的干旱,導致主要糧食作物水稻、玉米、小麥產(chǎn)量大幅下降。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳庫構(gòu)成中水稻、玉米、小麥、油菜為主要碳吸收的農(nóng)作物,碳吸收總量分別為1 202.75萬、813.25萬、406.44萬、362.22萬t,貢獻比為水稻(35.59%)>玉米占(24.06%)>小麥(12.03%)>油菜(10.72%)。2000—2020年玉米、油菜、蔬菜、豆類等的碳吸收量均持續(xù)增長,其中玉米的碳吸收量從2000年的631.53萬t增至2020年的1 090.78萬t,年均增幅為2.77%;小麥的碳吸收量持續(xù)下降,從2000年的655.86萬t降至2020年的263.39萬t,年均降幅為4.46%;2000—2006年水稻的碳吸收量波動下降,2007—2020年保持穩(wěn)定,變化較小。不同作物碳吸收量的時間變化差異較大,是因為種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、種植面積以及產(chǎn)量變化而導致。

        2.2.2碳吸收的空間變化特征四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收量呈現(xiàn)西北低、東南高的格局(圖5)。2000—2020年平均碳吸收量最大的地區(qū)為南充市、成都市和達州市,碳吸收量均在300萬t左右,貢獻比分別為9.38%、8.76%、8.20%。碳吸收量低于50萬t的地區(qū)為攀枝花市、阿壩州、甘孜州、分別占碳排放總量的0.94%、0.45%、0.35%,甘孜州的碳吸收量僅為11.96萬t。碳吸收量最大值與最小值的地區(qū)相差28倍,地區(qū)差異較大。從時間上看,2000—2005年除甘孜州的碳吸收量微弱增加外,其他20個地區(qū)的碳吸收量均在減少,多個地區(qū)持續(xù)減至2010年。2010—2020年除雅安市和廣安市的碳吸收量減少外,其他19個地區(qū)的碳吸收量均持續(xù)增加。2000—2020年甘孜州和廣元市的碳吸收量均有較大增幅,甘孜州自2000年的8.93 萬t持續(xù)增加至2020年的16.70 萬t,增幅為87.01%;廣元市自2000年的149.14萬t持續(xù)增加至2020年的202.76 萬t,增幅為35.95%。

        四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)單位面積碳吸收量呈現(xiàn)西北低、東南高的空間格局(圖6)。單位面積碳吸收量均值最大的地區(qū)為攀枝花市,達到5.25 t/hm2,最小的地區(qū)為甘孜州,僅為1.43 t/hm2。2000—2020年共有10個地區(qū)(成都市、德陽市、廣安市、廣元市、內(nèi)江市、綿陽市、樂山市、眉山市、阿壩州、甘孜州)的單位面積碳吸收量出現(xiàn)增長,其中增幅最大的為甘孜州,達65.74%,其余10個地區(qū)呈現(xiàn)不同程度的下降,降幅最大的為攀枝花市,達26.76%。各地單位面積碳吸收量雖呈現(xiàn)波動,但四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)單位面積碳吸收量總體呈現(xiàn)上升趨勢,碳匯功能在增強。

        2.3四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡特征

        2.3.1碳足跡的時間變化2000—2006年四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡呈波動增長,且在2006年達到最大值;2007—2020年碳足跡持續(xù)下降,年均降幅為0.84%。單位面積碳足跡與碳足跡總量的變化趨勢一致。2000—2020年農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)均為生態(tài)盈余狀態(tài),2000—2010年碳生態(tài)盈余出現(xiàn)波動下降,2011—2020年后碳盈余持續(xù)增加,均處于其生態(tài)系統(tǒng)承載范圍內(nèi),能夠?qū)ζ渌袠I(yè)的生產(chǎn)、生活所引起的碳生態(tài)赤字進行補償。參照韓召迎等的研究結(jié)論[32],碳足跡效率為農(nóng)田碳吸收總量與碳足跡的比值,該值越大,則碳足跡效率越大。四川省農(nóng)田碳足跡效率主要受碳吸收量的影響,先下降后持續(xù)增加(表2)。

        2.3.2碳足跡的空間變化四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡呈現(xiàn)西北低、東部高的格局(圖7)。2000—2020年平均碳足跡較大的地區(qū)為涼山州、南充市,均達16萬hm2以上,分別占碳足跡總量的8.48%、8.46%;碳足跡最小的地區(qū)為攀枝花市,僅為 1.50 萬hm2,占碳足跡總量的0.76%。2000—2020

        年除了涼山州、成都市、甘孜州,其余18個市(州)的變化趨勢均為2000—2015年呈現(xiàn)增加的趨勢,而后至2020年均在減少。涼山州的碳足跡持續(xù)增加,自2000年的9.73萬hm2增至2020年的21.51萬hm2,增幅為194.7%;而甘孜州的碳足跡卻持續(xù)減少,自2000年的5.54萬hm2減至2020年的3.41萬hm2,降幅為38.45%。

        單位面積碳足跡呈西北高、東南低的分布態(tài)勢(圖8)。單位面積碳足跡最大的地區(qū)是甘孜州,為0.520 hm2/hm2;單位面積碳足跡最小的地區(qū)是瀘州市,僅為0.176 hm2/hm2。2000—2020年甘孜州的碳足跡持續(xù)減少, 年均降幅為2.93%;其余20個市(州)的單位面積碳足跡變化趨勢均為2000—2015年呈現(xiàn)增加,而后至2020年均在減少。2000—2020年各地區(qū)均為生態(tài)盈余狀態(tài),其中14個地區(qū)的碳盈余均呈現(xiàn)持續(xù)增加的態(tài)勢。

        2.4四川農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳效率變化

        2000—2020年四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳生態(tài)效率均大于1(表2),說明農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的固碳量大于碳投入量,農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為碳匯,且碳匯能力較強,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)性高。其變化趨勢為2000—2006年呈現(xiàn)先波動下降,以2006年最低,而后持續(xù)增加,2020年達到5.724 kg C/kg CE。各市(州)碳生態(tài)效率均大于1(圖9),其中較小的地區(qū)為甘孜州和阿壩州,分別為2.01、2.85 kg C/kg CE,較大的地區(qū)為瀘州市和資陽市,分別為5.78、5.66 kg C/kg CE。甘孜州碳生態(tài)效率雖然較低,但2000—2020年卻保持增加態(tài)勢;2000—2020年涼山州碳生態(tài)效率持續(xù)降低,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)性下降;除了甘孜州和涼山州外的其他地區(qū),2000—2015年碳生態(tài)效率均為下降,而后到2020年增加。

        3結(jié)論、討論與建議

        3.1結(jié)論

        基于2000—2020年四川省以各市(州)農(nóng)業(yè)資源投入以及農(nóng)作物產(chǎn)量等數(shù)據(jù),研究四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放、碳吸收、碳足跡、碳生態(tài)效率的時空特征,并分析其影響因素,結(jié)果表明,(1)2000—2020年四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放量變化為先波動上升,2016年達到最大值后又持續(xù)下降,其主要影響因素為化肥、農(nóng)膜、農(nóng)藥、柴油等農(nóng)業(yè)資源用量的變化。2015年四川省全面實施化“零增長”行動,通過“轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理及資源利用方式”,使得農(nóng)業(yè)資源用量自2016年后持續(xù)減少,進而影響到碳排放量。碳排放量在空間上呈現(xiàn)西北低、東南高的格局,碳排放量最大的是南充市,最小的為甘孜州,碳排放量相差近15倍,地區(qū)差異明顯。川西北經(jīng)濟區(qū)的甘孜州和阿壩州以畜牧業(yè)發(fā)展為主,農(nóng)田種植相對較少,碳排放量較低。單位面積碳排放量最大的地區(qū)為攀枝花市,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍以農(nóng)資的高投入為主,資源利用率不高。(2)2000—2020年四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收量變化呈先減后增的趨勢,2006年碳吸收量下降為2000—2020年以來的最低值,原因是2006年川渝地區(qū)嚴重干旱的影響,導致主要糧食作物水稻、玉米、小麥產(chǎn)量大幅下降。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收量的貢獻主要來自水稻、玉米、小麥和油菜。碳吸收量在空間上為西北低、東南高的格局,碳吸收量最大的是南充市,最小的是甘孜州,相差約28倍,地區(qū)差異較明顯。2000—2020年各市(州)碳吸收量和單位面積碳吸收量雖呈現(xiàn)波動變化,但總體呈現(xiàn)上升趨勢,碳匯功能在不斷增強,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向可持續(xù)狀態(tài)發(fā)展。(3)2000—2020年四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡和單位面積碳足跡均呈現(xiàn)先波動增長后再持續(xù)下降的趨勢。2000—2020年農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)均為生態(tài)盈余狀態(tài),并呈現(xiàn)增加的態(tài)勢。碳足跡在空間上呈現(xiàn)西北低、東部高的格局,碳足跡較大的地區(qū)是涼山州、達州市和南充市。涼山州的碳足跡持續(xù)增加,年均增幅為4.05%,2000—2015年其余20個市(州)的碳足跡呈現(xiàn)增加趨勢,而后至2020年呈現(xiàn)減少的變化態(tài)勢。單位面積碳足跡與之相反,呈西高東低的分布。(4)2000—2020年四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳生態(tài)效率均大于1,均值為5.150 kg C/kg CE,農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)為碳匯,且碳匯能力較強。其變化趨勢為2000—2006年呈現(xiàn)先波動下降,以2006年最低,而后持續(xù)增加。除涼山州的碳生態(tài)效率為下降、甘孜州呈持續(xù)增加的趨勢外,其余19個地區(qū)雖在2000—2015年下降,但2016—2020年卻增加,總體向可持續(xù)方向發(fā)展。

        3.2討論

        川西北的甘孜州、阿壩州地處高原山地,受到土壤肥力、氣候、水分等生產(chǎn)條件的影響,農(nóng)作物的產(chǎn)量較低。單位面積碳排放量較高,而單位面積碳吸收量卻很少,農(nóng)田碳匯功能較小,改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件,提高農(nóng)田碳匯功能成為必要。攀枝花市單位面積碳排放量最高,為1 171.39 kg/hm2,單位面積碳吸收量也是最高,為5.25 t/hm2,碳吸收量的增大是以碳的高碳排放和化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等農(nóng)業(yè)資源的高投入為基礎,攀枝花市單位面積化肥施用量均值為583.4 kg/hm2,超出國際化肥施用國際警戒線225 kg/hm2的2倍多,導致碳生態(tài)效率和可持續(xù)性均較低。資陽市單位面積碳排放量最低,為 603.93 kg/hm2,而單位面積碳吸收量卻較高,碳生態(tài)效率位居第2位,單位面積化肥施用量僅為260.01 kg/hm2,較少的農(nóng)業(yè)資源投入獲得了較高的農(nóng)作物產(chǎn)量,生產(chǎn)技術(shù)以及資源利用率的提高是關(guān)鍵。綜上,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件、農(nóng)資投入和利用、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)等多因素影響農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源和碳足跡,應從優(yōu)化農(nóng)業(yè)資源投入、提高利用率、保護農(nóng)田、發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)入手。

        2000—2020年四川省碳吸收量的貢獻比為水稻(35.59%)>玉米(24.06%)>小麥(12.03%)>油菜(10.72%),主要為糧食作物和經(jīng)濟作物油菜。不同農(nóng)作物單位產(chǎn)量的碳吸收量有較大差異,如棉花(4.14 kg/kg)、油菜(1.62 kg/kg)、豆類(1.12 kg/kg)、小麥(1.07 kg/kg)、玉米(1.02 kg/kg)、花生(0.94 kg/kg)、稻谷(0.81 kg/kg),棉花雖然產(chǎn)量碳吸收量較大,但在四川省的種植面積較少。種植結(jié)構(gòu)、種植面積以及農(nóng)作物產(chǎn)量均會影響農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳吸收量,調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、提高農(nóng)作物產(chǎn)量成為必要。甘孜州和阿壩州由于生產(chǎn)條件的限制,只種植了少量水稻,且未種植甘蔗和煙草等經(jīng)濟作物,青稞的種植量沒有統(tǒng)計。不同區(qū)域、不同種植模式下的碳源/匯以及碳足跡差異較大。本研究以經(jīng)濟產(chǎn)量計算碳吸收量,沒有考慮植株生物量,造成一定的誤差。地區(qū)特色農(nóng)作物、地標特色農(nóng)作物,如綿陽市中藥材麥冬、達州市大竹縣的苧麻等,因為相關(guān)系數(shù)缺乏,沒有考慮特色農(nóng)作物,使研究結(jié)果造成一定的誤差。2006年川渝大旱使得四川省糧食作物產(chǎn)量大幅下降,完善水利設施,提高抗旱能力成為必要。

        “減源增匯”是減少碳足跡、提高碳生態(tài)效率的有效途徑,增匯須要提高農(nóng)作物產(chǎn)量,但產(chǎn)量的提高需要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的完善,農(nóng)業(yè)資源投入的增加,但其導致碳排放量也同時在增加。四川省有效灌溉面積和農(nóng)機總動力都在增加,現(xiàn)代化的機械設備可以提高生產(chǎn)效率,但是化石能源的使用同時導致碳排放量增加,如何在兩者之間尋找平衡點需要深入研究。2000—2020年四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收量遠大于碳排放量,均為碳生態(tài)盈余狀態(tài),2010—2020年碳足跡效率、碳生態(tài)效率都持續(xù)增加,四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)總體向可持續(xù)方向發(fā)展。但是空間差異明顯,川西北經(jīng)濟區(qū)單位面積碳足跡處于較高水平,農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務功能有待改善;成都平原、川東北和川南經(jīng)濟區(qū)單位面積碳足跡處于較低水平,區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件良好,農(nóng)資利用率高,碳生態(tài)效率均較高。

        3.3建議

        通過對四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡進行分析,從3個方面提出建議。第一,從減少農(nóng)業(yè)碳排放角度。加快轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理方式,以“資源節(jié)約、環(huán)境友好”為目標,兼顧經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。加強田間管理,控制和減少化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等農(nóng)用物資的使用量,推進化肥減量增效技術(shù)和測土配方施肥技術(shù),推廣有機肥和緩釋肥料,踐行化肥用量“零增長”行動;減少高殘留農(nóng)藥的使用,使用生物農(nóng)藥、物理和生態(tài)防治方法;加強農(nóng)膜回收,使用環(huán)保可降解農(nóng)膜;推進節(jié)水灌溉技術(shù),完善節(jié)水農(nóng)業(yè)設施;推進農(nóng)村清潔生產(chǎn),使用清潔能源和節(jié)能機械。第二,從增加碳吸收的角度。提高農(nóng)業(yè)科技,培育良種和高產(chǎn)農(nóng)作物;增加復種指數(shù),發(fā)展立體農(nóng)業(yè)和間種套種技術(shù);《四川省“十四五”推進農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化規(guī)劃》提出推進高標準農(nóng)田建設,改造中低產(chǎn)田,加強農(nóng)村水利設施建設,良好的水利條件才能提高農(nóng)田抵御災害和風險的能力;進行種植結(jié)構(gòu)調(diào)整,如小麥、棉花、糖料等不適宜在四川省種植,產(chǎn)量不高的作物播種面積不斷縮減,轉(zhuǎn)為發(fā)展蔬菜、油料等經(jīng)濟作物[33]。發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè),提高碳匯的同時兼顧經(jīng)濟和環(huán)境效益。第三,川西北生態(tài)經(jīng)濟區(qū)甘孜州、阿壩州、攀西經(jīng)濟區(qū)的涼山州為單位面積碳足跡較大地區(qū),為農(nóng)田重點減碳區(qū)域,由于區(qū)位條件的影響,區(qū)域雖擁有豐富的生態(tài)與綠色資源,但“美而不富”,農(nóng)業(yè)基礎薄弱。利用生態(tài)紅利,發(fā)展生態(tài)旅游和休閑觀光農(nóng)業(yè)。通過其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的改善,以此帶動種植業(yè)的發(fā)展。低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展較好的區(qū)域,應輻射引領周邊城市,互助互利,生產(chǎn)協(xié)作。以“川酒”“川豬”“川糧(油)”特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)促進農(nóng)業(yè)種植業(yè)發(fā)展。開展碳平衡研究,并與工業(yè)等其他產(chǎn)業(yè)碳足跡相結(jié)合,進而為其他產(chǎn)業(yè)提供綠色屏障。

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