摘要：江蘇作為農(nóng)業(yè)大省和糧食主產(chǎn)區(qū),全面核算其主要農(nóng)作物生產(chǎn)碳足跡時(shí)序動態(tài)變化與構(gòu)成,可為江蘇省主要作物生產(chǎn)體系全過程環(huán)境管理及農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展提供決策依據(jù).本文采用生命周期評價(jià)法(LCA)核算江蘇省1990—2019年水稻､小麥､玉米､大豆和油菜5種作物生產(chǎn)過程各環(huán)節(jié)碳排放強(qiáng)度,研究分析不同作物生產(chǎn)碳足跡時(shí)序動態(tài)變化､構(gòu)成及影響因素.結(jié)果表明,近30年江蘇省主要作物生產(chǎn)單位產(chǎn)量碳足跡呈下降趨勢,單位面積碳足跡呈上升趨勢.不同作物單位產(chǎn)量碳足跡大小分別表現(xiàn)為油菜(1.74kg(CO2-eq)·kg-1)>水稻(1.36kg(CO2-eq)·kg-1)>小麥(0.99kg(CO2-eq)·kg-1)>玉米(0.81kg(CO2-eq)·kg-1)>大豆(0.64kg(CO2-eq)·kg-1).在作物碳足跡構(gòu)成中,稻田CH4排放(54.43%)和化肥投入(20.65%)是水稻生產(chǎn)碳足跡主要來源,其他組分貢獻(xiàn)較低.對小麥､玉米､大豆和油菜而言,不同農(nóng)資投入碳足跡貢獻(xiàn)較為突出的組分均為化肥生產(chǎn)和土壤N2O排放,其他組分貢獻(xiàn)比重較小.隨機(jī)森林分析表明,種子､氮肥及農(nóng)機(jī)投入的變化是不同作物碳足跡年際變化的主要驅(qū)動因素.因此,對不同作物生產(chǎn)需采取針對性的減排措施,從農(nóng)資投入､過程管理等多方面進(jìn)行調(diào)節(jié),以促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色高效發(fā)展.

　　關(guān)鍵詞:碳足跡;時(shí)序變化;主要農(nóng)作物;生命周期評價(jià);構(gòu)成分析

　　0引言

　　為應(yīng)對全球氣候變化,國務(wù)院常務(wù)會議于2009年11月25日確定了到2020年全國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放量要比2005年下降40%~45%的目標(biāo).到2019年,中國碳排放強(qiáng)度較2005年降低48.1%,非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)15.3%,提前一年完成我國對外承諾的2020年目標(biāo),成為世界上減排力度最大､減排貢獻(xiàn)最多的國家,碳減排成效顯著.2020年9月22日,習(xí)近平同志在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上發(fā)表重要講話，指出“中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度,采取更加有力的政策和措施,CO2排放力爭2030年前達(dá)到峰值,努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”.

　　這一重要宣示為我國應(yīng)對氣候變化､綠色低碳發(fā)展提供了方向指引､擘畫了宏偉藍(lán)圖,也標(biāo)志著我國對綠色發(fā)展提出了新的､更高的要求.在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的征程中,農(nóng)業(yè)的作用舉足輕重.IPCC第五次評估報(bào)告表明農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放占全球溫室氣體排放總量的24%[1],農(nóng)業(yè)甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)排放量分別占全球人為CH4和N2O排放量的52%和84%[2].與傳統(tǒng)碳排放行業(yè)有所不同,農(nóng)業(yè)本身具有碳源和碳匯雙重屬性,在未來減排工作中大有可為[3].

　　目前,農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨著自然資源約束趨緊與氣候變暖雙重挑戰(zhàn),低碳農(nóng)業(yè)是未來發(fā)展的必然趨勢.碳足跡作為一種以全面直觀視角評估人類活動對環(huán)境產(chǎn)生影響的方法在多個(gè)行業(yè)具有廣泛應(yīng)用,其中生命周期評價(jià)法(LCA)和投入產(chǎn)出法是計(jì)算碳足跡的常用方法[4].

　　國內(nèi)外學(xué)者從不同角度對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放和碳足跡問題開展了相關(guān)研究.Sanz-Cobena[5]比較分析了不同管理措施下農(nóng)業(yè)溫室氣體排放潛力,結(jié)果表明節(jié)水灌溉配合氮肥優(yōu)化施用可減少50%的N2O排放;有機(jī)肥替代化肥不僅可以減少20%的N2O排放,還可以提高作物產(chǎn)量.近年來,國內(nèi)學(xué)者對農(nóng)業(yè)碳足跡的研究也日漸增多.Cheng等[6]運(yùn)用國家統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)評估了我國1993—2007年間農(nóng)作物生長的碳足跡,發(fā)現(xiàn)14年時(shí)間里我國農(nóng)作物生產(chǎn)碳排放量高達(dá)119.5Mt,作物單位面積碳足跡為0.78±0.08t(CO2-eq)·hm-2,單位產(chǎn)量碳足跡為0.11±0.01t(CO2-eq)·kg-1.

　　Yan等[7]以東部代表地區(qū)為研究對象,通過農(nóng)戶問卷調(diào)查方式核算了我國主要糧食作物的碳足跡,水稻、小麥及玉米三大糧食作物單位面積碳足跡分別為6.0±0.1､3.0±0.2和2.3±0.1t(CO2-eq)·hm-2;單位產(chǎn)量碳足跡分別為0.8±0.02､0.66±0.03和0.33±0.02kg(CO2-eq)·kg-1.然而,關(guān)于長時(shí)序的農(nóng)業(yè)碳足跡動態(tài)變化及其構(gòu)成評估的研究還很少.本文采用LCA方法構(gòu)建農(nóng)作物生產(chǎn)碳足跡評估模型,以農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)水平位列全國第三的江蘇省為研究區(qū)域[8],選擇省內(nèi)種植面積和產(chǎn)量貢獻(xiàn)最大的水稻、小麥、玉米、大豆和油菜5種作物開展研究.基于LCA構(gòu)建的碳足跡評價(jià)模型對江蘇省1990—2019年5種作物全生命周期過程中碳排放情況進(jìn)行分析.研究目的主要有:

　　1)利用LCA法全面核算江蘇水稻、小麥、玉米、大豆和油菜5種作物生產(chǎn)的碳足跡及其構(gòu)成,精確識別作物生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)碳排放情況,以尋求減少江蘇農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源消耗及產(chǎn)生環(huán)境影響的重要舉措;2)利用LCA方法計(jì)算江蘇省1990—2019年碳足跡時(shí)序動態(tài)變化,針對國家出臺的強(qiáng)農(nóng)惠農(nóng)和節(jié)能減排措施,結(jié)合不同農(nóng)業(yè)政策以及管理措施的減排潛力,旨在為江蘇省主要作物生產(chǎn)體系全過程環(huán)境管理及農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展提供決策依據(jù).

　　1研究區(qū)域概況

　　江蘇省地處我國大陸東部沿海地區(qū)(30°45'~35°08'N,116°21'~121°56'E),全省占地面積10.72萬km2.1990—2019年全省年均降水量為1036.7(736.6~1398.5)mm,屬于暖溫帶向亞熱帶的過度性氣候.江蘇主要包括低山丘陵土壤､平原旱耕土壤和水田土壤三大類土壤資源共計(jì)9224.1km2[9],其中潮土面積最大,占總土壤面積的40.72%,水稻土次之,占總土壤面積的36.03%.潮土表層土壤有機(jī)質(zhì)平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10(5~15)g·kg-1,全氮平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1(0.6~5)g·kg-1;水稻土表層土壤有機(jī)質(zhì)平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18(15.2~28.4)g·kg-1,全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8(0.8~1.65)g·kg-1.

　　全省耕地面積由1990年的6836.79×103hm2降低至2019年的4205.40×103hm2[10].1990年江蘇全省糧食總產(chǎn)量為3230.8萬t(占全國7.24%),2019年全省糧食總產(chǎn)達(dá)到3706.2萬t(占全國5.58%);全省農(nóng)用化肥施用量由1990年的221.8萬t增加到2019年的286.2萬t;2019年全省主要作物綜合機(jī)械化率達(dá)86%,農(nóng)業(yè)機(jī)械總動力由1990年的2005萬kW上升到2019年的5114萬kW[10].

　　2材料與方法

　　2.1數(shù)據(jù)來源

　　近年江蘇農(nóng)作物播種面積年均值為7756×103hm2其中水稻､小麥､玉米､大豆和油菜種作物總播種面積年均值為5543×103hm2占農(nóng)作物總播種面積的71%,因此本文以水稻、小麥、玉米、大豆和油菜種作物為研究對象探究其碳足跡時(shí)序動態(tài)變化及構(gòu)成作物農(nóng)資投入數(shù)據(jù)主要包括化肥、種子、農(nóng)藥、燃料、農(nóng)機(jī)具、灌溉耗電單位面積投入量其中江蘇省化肥、種子單位面積用量來自《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》[11]農(nóng)藥、燃料和單位面積灌溉耗電量通過《全國農(nóng)產(chǎn)品成本資料收益匯編》[11]和《中國物價(jià)年鑒》[12]間接計(jì)算而來作物單產(chǎn)由《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》[10]播種面積和產(chǎn)量計(jì)算而來農(nóng)機(jī)具相關(guān)參數(shù)引自農(nóng)機(jī)網(wǎng)(https:/toutiao.nongjitong.com/)水稻、小麥、玉米、大豆和油菜種作物農(nóng)資投入排放因子數(shù)據(jù)主要來源于Ecoinvent數(shù)據(jù)庫[13]及相關(guān)參考文獻(xiàn)。

　　2.2LCA分析

　　本文在Crop.LCA模型[15]的基礎(chǔ)上構(gòu)建江蘇省主要作物生產(chǎn)碳足跡模型,分別以1kg作物產(chǎn)量和1hm2作物播種面積為功能單位.系統(tǒng)邊界的界定從農(nóng)作物的播種到收割完成全過程,通過量化不同農(nóng)資(化肥、種子、農(nóng)藥、燃料、農(nóng)機(jī)具等)投入、農(nóng)事操作(耕作、播種、施肥、灌溉、收獲等)活動溫室氣體排放情況,以尋求減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源消耗及產(chǎn)生環(huán)境影響的重要舉措.

　　2.3碳足跡計(jì)算

　　農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中溫室氣體核算邊界包括直接排放和間接排放.直接排放包括耕地、播種、施肥等農(nóng)事作業(yè)過程中燃料消耗、灌溉耗電等溫室氣體排放,施用氮肥引起的農(nóng)田N2O排放和稻田甲烷排放.間接排放包括農(nóng)資投入品(化肥、種子、農(nóng)藥等)農(nóng)資生產(chǎn)、運(yùn)輸過程造成的溫室氣體排放,電力資源的獲取引起的溫室氣體排放.本研究采用Crop.LCA模型中碳足跡計(jì)算公式,其中土壤N2O排放和稻田CH4排放所需排放因子采用《省級溫室氣體清單編制指南》[16]中江蘇所在區(qū)域的推薦值。

　　3結(jié)果與分析

　　3.1江蘇省主要農(nóng)作物單位產(chǎn)量碳足跡變化

　　從作物單位產(chǎn)量碳足跡看,碳足跡由高到低分別表現(xiàn)為油菜>水稻>小麥>玉米>大豆,每生產(chǎn)1kg油菜、水稻、小麥、玉米和大豆年均碳足跡分別為1.74(1.4~2.11)、1.36(1.07~1.56)、0.99(0.8~1.2)、0.81(0.63~1.01)、和0.64(0.52~0.88)kg(CO2-eq)·kg-1.

　　油菜單位產(chǎn)量碳足跡明顯高于其他幾種作物,主要是由于油菜作為經(jīng)濟(jì)作物其氮肥施用量較高但產(chǎn)量較低.近30年來江蘇油菜單位產(chǎn)量氮肥施用強(qiáng)度高達(dá)0.063kg·kg-1,而水稻、小麥、玉米和大豆的單位產(chǎn)量氮肥施用強(qiáng)度分別為0.023、0.044、0.031、0.019kg·kg-1,因此油菜單位產(chǎn)量碳足跡最高.江蘇5種作物單位產(chǎn)量碳足跡年際變化趨勢較為相近.1991年因遇洪水全省作物受災(zāi)嚴(yán)重作物產(chǎn)量降低,導(dǎo)致單位產(chǎn)量碳足跡有所升高.1992—1997年作物單產(chǎn)增高的同時(shí),化肥施用量也在逐年升高,故其單位產(chǎn)量碳足跡趨于平穩(wěn).1998年小麥和油菜單位產(chǎn)量碳足跡升高主要是由于其單產(chǎn)遠(yuǎn)低于前面年份但氮肥施用量已達(dá)到最大值.

　　1999—2002年單位產(chǎn)量碳足跡基本維持穩(wěn)定,2003年高溫、干旱天氣頻繁導(dǎo)致作物產(chǎn)量大幅減產(chǎn),5種作物碳足跡呈現(xiàn)上升趨勢.2004—2005年全省糧食生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)恢復(fù)性增長,農(nóng)民收入增幅創(chuàng)1997年以來最高[19].2006—2009年因江蘇省委省政府開始鼓勵實(shí)施農(nóng)民種糧惠農(nóng)政策,全省堅(jiān)持“多予少取放活”的方針以穩(wěn)定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、減少受災(zāi)損失和增加農(nóng)民收入為最終目標(biāo)通過加大對全省糧食的扶持力度和提高糧食價(jià)格等途徑使得農(nóng)民種植作物積極性上升化肥種子農(nóng)機(jī)等農(nóng)業(yè)投入水平不斷加大使我省作物生產(chǎn)克服自然災(zāi)害的不利影響作物生產(chǎn)條件、作物品種以及栽培技術(shù)日漸改善,故其單位產(chǎn)量碳足跡趨于平緩.

　　2010—2014年碳足跡呈緩慢下降趨勢,原因在于這期間我省深入推進(jìn)糧食高產(chǎn)增效,開展糧食綠色增產(chǎn)模式攻關(guān)行動,作物單產(chǎn)穩(wěn)中有增,此外農(nóng)業(yè)技術(shù)水平也得到了新的提升.2015—2019年幾種作物碳足跡下降趨勢較為明顯,主要原因是“十三五”期間全省化肥減量增效工作取得顯著成效,實(shí)現(xiàn)化肥使用總量和強(qiáng)度持續(xù)“雙減”.據(jù)統(tǒng)計(jì)[10]2019江蘇省化肥施用總量降至286.21萬t,較2015年的320萬t削減10.56%;單位播種面積化肥施用量降至25.64kg/畝,較2015年削減6.92%;全省化肥利用率由2015年的平均35%提高到40.56%.

　　3.2江蘇省主要農(nóng)作物單位面積碳足跡變化

　　從作物單位面積碳足跡看,江蘇主要作物單位面積碳足跡由高到低分別表現(xiàn)為水稻>小麥>玉米>油菜>大豆,每1hm2土地水稻、小麥、玉米、油菜和大豆單位面積年均碳足跡分別為11149(9958~11726)、4922(4167~5328)、4506(3944~4767)、3816(3401~4018)和2579(2203~2806)kg(CO2-eq)·hm-2.

　　與單位產(chǎn)量碳足跡不同,水稻單位面積碳足跡最高,大豆單位面積碳足跡最低,糧食作物單位面積碳足跡普遍高于經(jīng)濟(jì)作物.相比其他四種旱地作物,稻田CH4排放是水稻單位面積碳足跡最大貢獻(xiàn)者.水稻是5種作物施肥量最高的作物,單位面積施肥量平均為343.83kg·hm-2.相比水稻,大豆單位面積施肥量和施氮量僅為118.7kg·hm-2和45.58kg·hm-2.此外在灌溉耗電方面,水稻單位面積灌溉耗電高于其他幾種作物也是導(dǎo)致水稻碳足跡較高的重要因素.

　　5種作物單位面積碳足跡總體變化趨勢可以分為以下幾個(gè)階段來看,1990—1998年幾種作物單位面積碳足跡總體呈較明顯的上升趨勢.主要原因在于這幾年中為追求作物產(chǎn)量的提高,化肥農(nóng)藥等物資單位面積施用量在逐年升高.1998年單位播種面積化肥施用強(qiáng)度為413.61kg·hm-2,單位播種面積化肥施用強(qiáng)度較1990年增長54.02%,同時(shí)1998年全省化肥施用總量為333.3萬t(折純,下同),較1990年增長50.28%.1998年農(nóng)藥單位播種面積施用強(qiáng)度為12.26kg·hm-2,較1990年增長41.90%[10]。

　　因此1990—1998年5種作物單位面積碳足跡上升趨勢較明顯.1999—2009年水稻和小麥單位面積碳足跡呈現(xiàn)平穩(wěn)上升趨勢,玉米、大豆和油菜單位面積碳足跡變化基本維持穩(wěn)定.2010—2019年水稻單位面積碳足跡呈現(xiàn)平緩下降趨勢,其他4種旱地作物單位面積碳足跡基本維持穩(wěn)定,原因在于施肥量和農(nóng)藥用量相比前面年份在不斷減少,農(nóng)機(jī)化水平在不斷增高.據(jù)統(tǒng)計(jì)[10],2019年江蘇單位播種面積化肥使用量為384.68kg·hm2,較2010年下降14.10%;2019年江蘇單位播種面積農(nóng)藥施用量為9.83kg·hm-2,較2010年下降16.92%;2019年江蘇耕種收綜合機(jī)械化水平為53.21%,較2010年上升14.93%[20].

　　3.3江蘇省農(nóng)作物生產(chǎn)碳足跡主要構(gòu)成

　　江蘇省農(nóng)作物生產(chǎn)各項(xiàng)投入單位產(chǎn)量碳足跡構(gòu)成.5種主要作物單位產(chǎn)量碳足跡構(gòu)成主要包括化肥投入、氮肥施用田間N2O排放、稻田CH4排放、農(nóng)機(jī)具投入、灌溉耗電能耗、農(nóng)藥和種子投入7個(gè)組成部分.對水稻而言,稻田CH4排放和化肥生產(chǎn)運(yùn)輸是主要碳排放貢獻(xiàn)源,稻田CH4排放貢獻(xiàn)所占比重為54.43%(48.95%~57.59%)。

　　化肥投入貢獻(xiàn)所占比重為20.65%(17.74~24.64%),土壤N2O排放年均貢獻(xiàn)比重為11.67%(9.99%~15.56%).其他組分年均碳足跡貢獻(xiàn)比重均不足10%,如灌溉耗電年均貢獻(xiàn)所占比重為4.41%(2.42%~5.94%)、農(nóng)藥投入年均貢獻(xiàn)所占比重為3.68%(1.78%~5.30%)、機(jī)械使用年均貢獻(xiàn)所占比重為3.28%(1.55%~5.07%)、種子投入年均貢獻(xiàn)所占比重為1.86%(1.27%~3.24%).對四種旱地作物而言,化肥投入和土壤N2O排放是其單位產(chǎn)量碳足跡主要貢獻(xiàn)源,不同作物化肥投入年均貢獻(xiàn)所占比重分別為:小麥54.50%(47.52%~62.60%)、油菜49.15%(41.37%~56.90%)、玉米47.12%(42.68%~50.49%)和大豆44.29%(33.26%~48.96%)。

　　不同作物氮肥施用土壤N2O排放年均貢獻(xiàn)所占比重分別為:大豆26.92%(23.70%~38.17%)、小麥25.54%(21.62%~31.28%)、油菜25.42%(22.69%~30.28%)和玉米24.53%(21.38%~27.27%).除了化肥投入和土壤N2O排放外其他組分貢獻(xiàn)比重較小,小麥和玉米其他組分貢獻(xiàn)所占比重表現(xiàn)為農(nóng)機(jī)使用>農(nóng)藥投入>灌溉耗電>種子投入;大豆和油菜其他組分貢獻(xiàn)所占比重表現(xiàn)為農(nóng)藥投入>農(nóng)機(jī)使用>種子投入>灌溉耗電.

　　江蘇省農(nóng)作物生產(chǎn)各項(xiàng)投入單位面積碳足跡構(gòu)成,單位面積碳足跡構(gòu)成與單位產(chǎn)量碳足跡構(gòu)成組分相同.水稻碳足跡構(gòu)成主要以稻田CH4排放貢獻(xiàn)最大,單位面積碳足跡貢獻(xiàn)所占比重達(dá)54.22%(51.46%~60.59%),化肥投入為第二大貢獻(xiàn)源所占比重為18.82%(18.38~19.71%),土壤N2O排放年均貢獻(xiàn)比重為11.86%(10.36%~13.6%).

　　其他組分年均貢獻(xiàn)比重不足10%,如灌溉耗電年均貢獻(xiàn)比重為8.21%(3.50%~10.48%)、農(nóng)藥投入年均貢獻(xiàn)比重為2.63%(1.57%~3.18%)、機(jī)械使用年均貢獻(xiàn)比重為2.59%(1.81%~3.36%)、種子投入年均貢獻(xiàn)比重為1.67%(0.77%~3.16%).和單位產(chǎn)量碳足跡構(gòu)成相同,化肥投入和土壤N2O排放是4種旱地作物單位面積碳排放主要貢獻(xiàn)源.4種作物化肥投入年均貢獻(xiàn)比重如下：小麥41.74%(39.57%~43.44%)、玉米44.97%(43.10%~47.09%)、大豆28.05%(26.07%~30.11%)、油菜48.62%(46.67%~52.04%);土壤N2O排放年均貢獻(xiàn)比重分別為小麥28.44%(24.60%~33.66%)、玉米26.73%(23.55%~30.46%)、大豆16.20%(14.56%~18.66%)和油菜27.84%(24.98%~33.03%).除了化肥投入和土壤N2O排放外其他組分貢獻(xiàn)比重相對較低,玉米和油菜其他組分貢獻(xiàn)比例表現(xiàn)為農(nóng)藥投入>農(nóng)機(jī)使用>種子投入>灌溉耗電;小麥和大豆其他組分貢獻(xiàn)比重分別表現(xiàn)為種子投入>農(nóng)藥投入>機(jī)械使用>灌溉耗電.

　　3.4主要作物碳足跡影響因素分析

　　基于隨機(jī)森林模型分析了影響江蘇1990—2019年不同作物碳足跡年際變化的主要因素.選取化肥、氮肥、農(nóng)藥、種子、電力、農(nóng)機(jī)、產(chǎn)量和面積8個(gè)投入因素進(jìn)行分析.結(jié)果表明影響不同作物碳足跡年際變化的農(nóng)資投入中主要為種子投入的變化,雖然種子的生產(chǎn)與運(yùn)輸在作物生產(chǎn)碳足跡構(gòu)成中所占比重較小,但是其年際變化較為明顯.除小麥外其他4種作物單位面積種子用量有明顯下降趨勢.水稻種子用量由1990年的35.10kg·hm-2下降到2019年的9.60kg·hm-2;玉米單位面積種子用量由1990年的45.00kg·hm-2下降到2019年的27.98kg·hm-2;大豆單位面積種子用量由1990年的57.06kg·hm-2下降到2019年的40.50kg·hm-2;油菜單位面積種子用量由1990年的7.35kg·hm-2下降到2019年的2.40kg·hm-2[11].

　　其次,氮肥投入是影響作物碳足跡年際變化的重要因素.據(jù)統(tǒng)計(jì)1998年單位播種面積氮肥施用強(qiáng)度為244.10kg·hm-2,較1990年增長33.87%.1998年全省氮肥施用總量為196.7萬噸,較1990年增長30.61%,隨著氮肥用量的不斷增加,其對作物生產(chǎn)碳足跡貢獻(xiàn)也在不斷提高.1999—2010年全省單位面積氮肥施用量增減幅度不明顯,1999年單位播種面積氮肥施用強(qiáng)度為238.43kg·hm-2,2010年單位播種面積氮肥施用強(qiáng)度為235.70kg·hm-2.2011—2019年全省氮肥單位面積施用量與氮肥施用總量呈現(xiàn)“雙減態(tài)勢”。

　　2019年單位播種面積氮肥施用強(qiáng)度為189.58kg·hm-2,較2011年單位播種面積氮肥施用強(qiáng)度削減16.64%;2019年氮肥施用總量為141.1萬噸,較2011年氮肥施用總量削減32.8萬t.近年來全省積極開展綜合施策工作[21],以精準(zhǔn)施肥減量、優(yōu)化肥料結(jié)構(gòu)減量為目標(biāo),積極推進(jìn)深化測土配方施肥、優(yōu)化調(diào)整肥料結(jié)構(gòu)、改善施肥設(shè)施裝備等工作,堅(jiān)決打贏農(nóng)業(yè)面源污染攻堅(jiān)戰(zhàn).因此氮肥的減量施用是近年來江蘇省主要作物單位產(chǎn)量碳足跡減少的重要因素.

　　4討論與結(jié)論

　　目前基于“雙碳目標(biāo)”的提出,碳足跡評估已成為眾多學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)和前沿領(lǐng)域.控制農(nóng)業(yè)溫室氣體排放在應(yīng)對全球氣候變化、快速實(shí)現(xiàn)綠色低碳農(nóng)業(yè)方面占據(jù)重要地位.本文基于江蘇省1990—2019年省級農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù),利用LCA法對主要作物單位產(chǎn)量、單位面積碳足跡動態(tài)變化與構(gòu)成以及主要農(nóng)資投入影響因素進(jìn)行分析.綜合其他學(xué)者研究成果,可以發(fā)現(xiàn)江蘇單位產(chǎn)量和單位面積碳足跡總體偏高.

　　如陳中督等[23]對長江中下游地區(qū)2004—2015年七省的冬油菜碳足跡時(shí)空動態(tài)變化進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)七個(gè)省份單位面積碳足跡總體呈下降趨勢,不同省份間碳足跡存在明顯差異,碳足跡最高的省份是江蘇,最低的省份是安徽和江西,江蘇比安徽和江西單位面積碳足跡高1564.9kg(CO2-eq)·hm-2.Xu等[24]采用LCA法對我國水稻、小麥、玉米糧食作物碳足跡進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)水稻、小麥和玉米單位產(chǎn)量碳足跡分別為1.06±0.03､0.50±0.04和0.40±0.03kg(CO2-eq)·kg-1;3種作物單位面積碳足跡分別為7285±78、2800±222和2707±151kg(CO2-eq)·hm-2,低于本研究中江蘇水稻、小麥和玉米單位面積和單位產(chǎn)量碳足跡.

　　許萍萍[25]基于估算模型核算了江蘇2001—2016年農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放總量、碳吸收量和碳足跡,結(jié)果顯示自2001—2016年,碳排放總量增加3.4%,單位面積碳吸收量總體呈上升趨勢.趙宇[26]基于江蘇2000—2015年面板數(shù)據(jù)采用農(nóng)業(yè)碳排放估算方式,通過多元回歸模型探究江蘇碳排放影響因素,結(jié)果表明江蘇農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放量呈三段式變化,2000—2003年先增后降、2004—2010不斷增長、2011—2015年緩慢下降趨勢。

　　此外還發(fā)現(xiàn)能源消耗、農(nóng)業(yè)人均GDP等是影響本省農(nóng)業(yè)碳排放的主要因素.本研究中除稻田CH4排放碳足跡貢獻(xiàn)最大外,其他幾種作物生產(chǎn)碳足跡貢獻(xiàn)占比最大的均為化肥投入,包括化肥生產(chǎn)和氮肥施用.對水稻而言,稻田CH4排放和化肥投入在水稻全生命周期過程中貢獻(xiàn)最突出.稻田CH4排放單位產(chǎn)量年均貢獻(xiàn)比重為54.43%(48.95%～57.59%)、單位面積年均貢獻(xiàn)比重為54.22%(51.46%～60.60%);化肥投入單位產(chǎn)量年均貢獻(xiàn)比重為20.65%(17.74%～24.64%)、單位面積年均貢獻(xiàn)比重為18.82%(18.38%～19.71%).

　　本結(jié)果與陳中督等[1]對長三角地區(qū)稻麥輪作系統(tǒng)碳足跡評估時(shí)發(fā)現(xiàn)稻田甲烷排放對水稻碳足跡貢獻(xiàn)結(jié)果(65%)相近.閆明[27]研究發(fā)現(xiàn)氮肥施用對水稻生產(chǎn)碳足跡貢獻(xiàn)比重達(dá)到31%~34%.相比稻田CH4排放和化肥投入,灌溉耗電、農(nóng)機(jī)、農(nóng)藥和種子投入碳足跡貢獻(xiàn)比重較小.對小麥、玉米、大豆和油菜四種旱地作物而言,化肥生產(chǎn)與氮肥施用土壤N2O排放碳足跡貢獻(xiàn)最大,貢獻(xiàn)比重多數(shù)在50%以上,由此可見肥料投入的溫室氣體減排潛力是江蘇主要作物生產(chǎn)碳足跡能否降低的關(guān)鍵.早在2007年我國氮肥施用量已占全球氮肥消費(fèi)總量的30%,化肥減量施用成為國家“十二五”､“十三五”和“十四五”重要工作任務(wù),目前減肥減藥、提質(zhì)增效是全國各地區(qū)重點(diǎn)關(guān)注和解決的問題.

　　Wu等[28]基于LCA法評估了我國1998—2016年間7種化肥和9種作物溫室氣體排放總量、單位面積和單位產(chǎn)量碳排放量,結(jié)果表明自1998—2016年碳排放總量增加了35%,在所有化肥投入中,尿素溫室氣體排放量最大,約占溫室氣體排放總量的60%.Chen等[29]指出我國化肥生產(chǎn)碳排放因子是歐美國家的2倍,氮肥生產(chǎn)碳排放因子是歐美國家碳排放因子的3倍,因此優(yōu)化氮素管理、施用高效氮肥是減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增收增效的重要途徑.

　　農(nóng)業(yè)作為重要的溫室氣體排放源,在保證作物產(chǎn)量與安全的前提下應(yīng)從減排和增匯兩個(gè)方向出發(fā),助力國家碳達(dá)峰､碳中和目標(biāo).針對稻田CH4排放、化肥投入、灌溉耗電、農(nóng)機(jī)使用等活動階段的碳排放,可以采取水分管理、秸稈碳化、減肥減藥、優(yōu)化氮素管理(測土配方施肥、氮肥深施、避免不必要的排灌等)、施用高效氮肥(控釋肥、硝化抑制劑、脲酶抑制劑等)等途徑減少碳排放.Li等[30]研究表明加強(qiáng)水肥的高效管控、節(jié)水灌溉配合改性氮肥不僅可以顯著降低稻田CH4和土壤N2O排放,同時(shí)還使水稻產(chǎn)量提高了6%~35%.

　　除了一系列減排技術(shù)外,近年來國家也出臺了相關(guān)增匯技術(shù),主要有秸稈還田(直接還田、過腹還田或炭化還田)、保護(hù)性耕作(免耕、秸稈還田及種植覆蓋作物)、有機(jī)物料高效回田等.Qin等[31]通過長期回田利用研究,發(fā)現(xiàn)生物炭施用可刺激II型濕地甲烷氧化菌的豐度和活性、降低土壤容重、提高土壤pH值、有利于土壤水分聚集,而中高量生物炭質(zhì)使稻田溫室氣體排放當(dāng)量減排29%,水稻產(chǎn)量提升4.6%.我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)本身具有基數(shù)大且增長快的特點(diǎn),“高碳”屬性較為明顯[32],本文全面核算了江蘇省主要作物生產(chǎn)的碳足跡動態(tài)及其構(gòu)成,旨在為江蘇省主要作物生產(chǎn)體系全過程環(huán)境管理及農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展提供決策依據(jù).

　　參考文獻(xiàn)References

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　　作者：張傳紅1，韓露1，謝佳男2，靳浩1，劉翠英3，樊建凌1*