邱丫丫

（云南農(nóng)業(yè)大學經(jīng)濟管理學院，云南昆明 650500）

隨著全球氣候變暖和極端天氣的頻繁出現(xiàn)，世界各國越來越重視生態(tài)環(huán)境問題。CO2是導致全球氣候變暖和極端天氣頻繁出現(xiàn)的關鍵因素，為了減少CO2的釋放、增強國民的環(huán)保意識，我國提出了碳達峰和碳中和目標。要減少CO2等溫室氣體的排放，既要增加碳的吸收量（碳匯），也要減少碳排放量（碳源），而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動所排放的CO2具有很大縮減空間[1]。農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中存在碳源的同時也存在碳匯，農(nóng)作物通過光合作用吸收和固定空氣中的CO2，并將CO2以生物能的形式貯存在農(nóng)作物中[2-3]，土壤中釋放的CO260%～70%可通過農(nóng)作物耕作和土地的合理利用重新固定[4]。因此，對農(nóng)業(yè)碳匯和碳源進行綜合研究具有重要意義。

近年來，相關研究主要圍繞農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中土壤和農(nóng)作物的碳源和碳匯，研究區(qū)域多為全球、全國及省級大城市。相關研究多圍繞濱海城市或小塊區(qū)域進行[5]，對農(nóng)業(yè)生態(tài)中的碳匯和碳源的綜合研究較少。研究發(fā)現(xiàn)我國西南地區(qū)碳排放呈增長趨勢，而經(jīng)濟發(fā)展水平是碳增排的最主要因素[6-7]。林秀群等[8]對我國西南地區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源及碳匯的時空研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收能力強于碳排放能力。為了豐富及更新我國西南地區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源及碳匯的研究數(shù)據(jù)，本文在已有的研究基礎上帶入最新數(shù)據(jù)，以分析最近幾年的碳源和碳匯變化情況。

1 數(shù)據(jù)來源及研究方法

1.1 研究區(qū)域概況和數(shù)據(jù)來源

我國西南地區(qū)地形地貌復雜，多以高原、山地為主，位于97°21'～110°11'E、21°08'～33°41'N 之間，總面積達250 萬km2，生態(tài)資源豐富，該區(qū)域農(nóng)業(yè)呈現(xiàn)如下特點：①農(nóng)業(yè)機械化程度低。我國西南地區(qū)山地丘陵眾多，農(nóng)作物的生產(chǎn)活動大都集中在山間，機械難以發(fā)揮作用，仍以傳統(tǒng)手工勞作居多。②旱地較多。我國西南地區(qū)因海拔較高，喀斯特地貌豐富，農(nóng)業(yè)土地水土流失較嚴重，YN、GZ、CQ、SC旱地在耕地面積中的占比分別為79.37%、74.42%、62.29%和55.6%。③土壤類型多樣，氣候變化明顯，以糧食作物種植為主。

研究數(shù)據(jù)主要來源于2011—2022 年西南地區(qū)各省市自治區(qū)的統(tǒng)計年鑒、《2011—2022 年中國統(tǒng)計年鑒》《2011—2022 年中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》，以及XZ政府官網(wǎng)。

1.2 估算方法

碳源和碳匯是兩個相對的概念，前者表示個體向大自然中釋放出CO2的能力，后者表示個體從大自然中吸收CO2的能力。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中，農(nóng)業(yè)化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、農(nóng)業(yè)柴油等投入要素會增加農(nóng)業(yè)中的碳排放量，被視作碳源；農(nóng)作物在生長發(fā)育過程會進行光合作用吸收CO2，可被視為碳匯。化肥農(nóng)藥等投入要素可提高農(nóng)作物產(chǎn)量，從而增加農(nóng)作物碳吸收量，因此對農(nóng)業(yè)生態(tài)的研究應從碳源和碳匯2個方面開展。

1.2.1 農(nóng)作物碳排放估算方法我國西南地區(qū)的碳排放總量為GZ、SC、YN、CQ 和XZ 的碳排放量之和，即各項碳源的碳排放總量等于西南地區(qū)各省市自治區(qū)對應的各項碳源的碳排放量之和。碳源主要包括7 個指標，具體為農(nóng)藥使用量、化肥折純使用量、農(nóng)業(yè)塑料薄膜（農(nóng)膜）使用量、農(nóng)業(yè)柴油使用量、農(nóng)業(yè)機械總動力、有效灌溉面積和農(nóng)地翻耕面積。其中，農(nóng)業(yè)機械使用和農(nóng)業(yè)灌溉的碳排放主要來自機械使用和灌溉的過程中電能消耗產(chǎn)生的碳；農(nóng)業(yè)翻耕的碳排放主要來自土壤翻耕后有機物質(zhì)分解所產(chǎn)生的碳，用農(nóng)地翻耕面積作為計算指標。農(nóng)業(yè)碳排放強度為單位播種面積的農(nóng)作物碳排放量，可分為我國西南地區(qū)整體碳排放強度和西南地區(qū)各省市自治區(qū)的碳排放強度。農(nóng)業(yè)碳排放量和碳排放強度的估算公式如下：

其中：C為農(nóng)業(yè)碳排放總量；Ci為第i個碳源的碳排放量；Ti為第i個碳源的使用量，主要有農(nóng)藥使用量、農(nóng)膜使用量、化肥折純使用量以及柴油使用量、有效灌溉面積和農(nóng)地翻耕面積、農(nóng)業(yè)機械總動力；μi為第i個碳源的碳排放系數(shù)，如表1所示；Uc為碳排放強度；S為農(nóng)作物的播種面積。

表1 碳排放系數(shù)

1.2.2 農(nóng)作物碳吸收估算方法我國西南地區(qū)的碳吸收總量等于GZ、SC、YN、CQ 和XZ 的碳吸收量之和。農(nóng)作物通過光合作用吸收CO2，不同農(nóng)作物碳吸收能力存在差異，故碳吸收率β也會有所差異；含水量也因農(nóng)作物種類的不同而存在區(qū)別，由此引入含水系數(shù)ω；因為碳吸收是農(nóng)作物整體進行的，于是引入經(jīng)濟系數(shù)ε。我國不同農(nóng)作物的β、ω、ε如表2[11-14]所示。西南地區(qū)主要種植的農(nóng)作物有稻谷、玉米、小麥、蔬菜、花生、油菜、煙葉、豆類、薯類以及其他糧食作物，僅有SC、GZ 和YN 在部分年份種植棉花。農(nóng)作物碳吸收強度為農(nóng)作物單位播種面積的碳吸收量，本文對我國西南地區(qū)整體的碳吸收強度和西南地區(qū)各省市地區(qū)的碳吸收強度分別進行的估算。碳吸收量和碳吸收強度的估算公式如下：

表2 不同農(nóng)作物的β、ω、ε指標

其中：A為農(nóng)作物碳吸收總量；Ai為第i種農(nóng)作物的碳吸收量；Yi為第i種農(nóng)作物的產(chǎn)量；βi為第i種農(nóng)作物的碳吸收率；ωi為第i種農(nóng)作物的含水系數(shù)；εi為第i中農(nóng)作物的經(jīng)濟系數(shù)；Ua為碳吸收強度；S為農(nóng)作物播種面積。

2 結果與分析

2.1 農(nóng)業(yè)碳排放的時空差異

從表3 可知，近12 年農(nóng)業(yè)碳排放總量變化趨勢為先逐年增加再逐年降低，在2016 年達到最大值2 083.32×104t。此外，2010 年農(nóng)業(yè)碳排放總量為1 860.76×104t，2021年農(nóng)業(yè)碳排放總量為1 888.67×104t，2016 年較2010 年碳排放總量增幅接近12%，2021 年較2010 年碳排放總量增幅接近2%，即我國西南地區(qū)農(nóng)業(yè)碳排放量總體上呈上升趨勢，但是2021 年的增幅極大地減少了；同樣地，碳排放強度的變化為先波動性增加再逐年降低，碳排放強度在2015 年達到最大值0.82 t/hm2。而2010 年的碳排放強度為0.79 t/hm2，2021年該數(shù)據(jù)為0.72 t/hm2，2015年較2010年碳排放強度增幅接近4%，2021年較2010年碳排放強度則出現(xiàn)了下降，降幅接近9%，2021 年的碳排放強度低于2010 年。西南地區(qū)碳排放量增幅極大減少以及碳排放強度減少，原因在于近年來我國在大力發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的同時也注重農(nóng)業(yè)綠色化發(fā)展，追求低碳生產(chǎn)、保護生態(tài)環(huán)境。從表3 可得，我國西南地區(qū)2010—2021 年的農(nóng)業(yè)碳排放總量中，占比最高的投入要素為翻耕，占比41%～44%，其次是化肥，占比為31%～34%，農(nóng)膜和灌溉占比分別為8%～9%和9%～10%。

表3 碳排放情況

從區(qū)域角度看，2010—2021 年我國西南地區(qū)各省市自治區(qū)的碳排放總量和碳排放強度存在顯著差異，且均呈先增加再降低的變化趨勢（圖1～2）。分析農(nóng)業(yè)碳排放量可知，排放量最大的是SC，其農(nóng)業(yè)碳排放量從2010年的405.51×104t先增加2016年的423.73×104t，最大增幅接近5%，再下降到2021年的374.05×104t，降幅接近8%；碳排放量僅次于SC的是YN，其農(nóng)業(yè)碳排放量從2010 年的313.96×104t先增加到2017 年的399.34×104t，最大增幅為27%，再下降到2021 年的320×104t，增幅接近2%；碳排放量低于YN 的是GZ 和CQ，兩區(qū)域農(nóng)業(yè)碳排放量很接近，2010 年分別為138.87×104和139.61×104t，農(nóng)業(yè)碳排放量分別于2016 和2015 年達到最大值，最大增幅分別接近26%和8%，2021 年GZ 降幅接近5%，CQ 增幅接近0.3%；農(nóng)業(yè)碳排放量最少的是XZ，從2010 年的13.45×104t 先增加到2016 年的17.25×104t，最大增幅為28%，再下降到2021 年的15×104t，增幅接近12%，XZ由于農(nóng)業(yè)碳排放量基數(shù)較小，農(nóng)業(yè)碳排放增幅也最大。2021 年，SC 農(nóng)業(yè)碳排放量是XZ的25倍，這是因為XZ農(nóng)作物種植面積和產(chǎn)量都遠低于SC，2021年SC農(nóng)作物產(chǎn)量為XZ 的45倍，因而XZ 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入要素低于SC。分析農(nóng)業(yè)碳排放強度可知，2010—2021 年農(nóng)業(yè)碳排放強度最高的為XZ，其次是YN，SC 和CQ 碳排放強度相近排在第三梯隊，碳排放強度最低的是GZ。XZ 的碳排放強度從2010 年的0.61 t/hm2增加到2015 年的0.73 t/hm2，最大增幅接近20%，再下降到2021 年的0.55 t/hm2，降幅接近10%。同樣地，YN、SC、CQ和GZ的碳排放強度分別在2016、2016、2015 和2015 年達到最大值，較2010 年碳排放強度最大增幅分別為18%、2%、2%和11%，2021 年YN、SC、CQ、GZ 碳排放強度降幅分別為10%、16%、9%和14%。

圖1 碳排放量變化情況

圖2 碳排放強度變化情況

2.2 農(nóng)作物碳匯的時空差異

農(nóng)作物碳吸收總量總體上呈上升趨勢，碳吸收強度呈波動性增長（表4）。農(nóng)作物碳吸收總量從2010年的7 858.32×104t增加到2021 年的9 169.3×104t，增幅接近17%；碳吸收強度從2010 年的3.32 t/hm2增加到2021 年的3.5 t/hm2，增幅為5%。甘蔗的碳吸收總量先增加后下降，小麥、稻谷、煙葉和棉花的碳吸收總量呈下降趨勢，蔬菜、豆類、油菜農(nóng)作物碳吸收總量都呈增長趨勢。2010—2021 年我國西南地區(qū)農(nóng)作物碳吸收總量中，占比最高的為玉米和稻谷，占比分別從2010 年的27%、31%增加和下降到2021 年的29%、26%，其次是甘蔗、蔬菜和油菜，占比分別從2010 年的11%、7%、7%下降和增加到2021年的8%、11%、10%。

表4 碳吸收情況

從區(qū)域角度看，五省市自治區(qū)的農(nóng)作物碳吸收量和碳吸收強度差異較大。各區(qū)域農(nóng)作物碳吸收量均呈上升趨勢，除SC 和YN 碳吸收強度呈上升趨勢外，GZ、CQ 以及XZ 碳吸收強度呈下降趨勢（圖3～4）。分析農(nóng)作物碳吸收量可知，吸收量最大的是SC，從2010 年的3 311.91×104t 增長到2021 年的4 012.76×104t，增幅為21%；碳吸收量僅次于SC的是YN，從2010年的2 293.01×104t 增長到2021年的2 778.34×104t，增幅為21%；碳吸收量低于YN 的是GZ 和CQ，分別從2010 年的1 141.71×104、1 005.55×104t 增長到2021 年的1 208.27×104、1 049.22×104t，增幅分別接近6%、4%；XZ 碳吸收量最少，從2010 年的106.15×104t 增長到2021 年的120.71×104t，增幅接近14%。分析碳吸收強度可知，SC 和YN 碳吸收強度呈上升趨勢，而GZ、CQ、XZ 總體呈下降趨勢。2010—2021 年，碳吸收強度最高的是XZ，該地區(qū)碳吸收強度從2010 年的4.85 t/hm2下降到2021 年的4.40 t/hm2，降幅為9%；其次是YN、SC 和CQ，2010 年的碳吸收強度分別為3.66、3.62 和3.21 t/hm2，2021 年分別為3.94、4.01 和3.08 t/hm2，增幅分別接近8%、11%和-4%。碳吸收強度最低的是GZ，該地區(qū)2021 年碳吸收強度為2.23 t/hm2，較2010年減少了4%。

圖3 碳吸收量變化情況

圖4 碳吸收強度變化情況

3 結論與討論

農(nóng)業(yè)碳排放總量先逐年增加再逐年下降，并于2016 年達到了峰值，變化范圍為1 860.76×104～2 083.32×104t。碳排放強度先波動性上升再逐年下降，并于2015 年達到峰值，變化范圍為0.72～0.82 t/hm2。碳排放總量占比前三的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素投入依次為翻耕、化肥、農(nóng)膜。2010—2021 年我國西南地區(qū)五省市自治區(qū)碳排放量和碳排放強度有很大差異，碳排放量由高到低依次為SC、YN、GZ、CQ、XZ，碳排放強度由高到低依次為XZ、YN、CQ、SC、GZ。

我國西南地區(qū)2010—2021 年間農(nóng)作物碳吸收總量和碳吸收強度均呈上升趨勢，碳吸收總量范圍為7 858.32×104～9 169.3×104t，碳吸收強度范圍為3.19～3.5 t/hm2。在碳吸收總量中占比前三的農(nóng)作物依次為玉米、稻谷、甘蔗。我國西南地區(qū)五省市自治區(qū)碳吸收量和碳排放強度有很大不同，2010—2021 年碳吸收量由高到低依次為SC、YN、GZ、CQ、XZ，碳吸收強度由高到低依次為XZ、YN、SC、CQ、GZ。

通過分別對比分析2010—2021 年我國西南地區(qū)碳吸收總量和碳排放總量，碳吸收強度和碳排放強度可知，碳吸收總量與碳吸收強度都遠大于碳排放總量與碳排放強度，表明我國西南地區(qū)的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境正朝著向好方向發(fā)展，具有較強的農(nóng)業(yè)碳匯能力。以2010 年作為比較基期，2010—2021 年間碳排放總量最大增幅接近12%，碳吸收總量最大增幅17%，后者是前者的1.4 倍，碳排放強度最大增幅接近4%，碳吸收強度最大增幅5%，后者是前者的1.25 倍。與林秀群等[8]的研究結果相比，倍數(shù)關系有所下降，原因在于農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化戰(zhàn)略的推進和農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的注重。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護并重下，西南地區(qū)的農(nóng)業(yè)碳源和碳匯在逐漸往積極方向發(fā)展。