湖北省农作物秸秆焚烧释放碳量的估算

龚世飞 郭元平 叶青松

摘要：为明确湖北省主要农作物秸秆露天燃烧碳排放强度，根据2009—2017年湖北省的主要农作物产量、草谷比，估算了主要农作物的秸秆产量，结合秸秆露天焚烧比例计算了湖北省2009—2017年主要农作物秸秆露天焚烧量，进一步依据相关排放因子得出CO和CO2的排放量及碳排放总量。结果表明，湖北省农作物年平均秸秆产量达到32.65×106 t;农作物秸秆露天焚烧量平均为7.01×106 t，约占作物秸秆总量的21.47%，其中水稻秸秆露天焚烧量占到农作物秸秆露天焚烧量的49.37%;农作物秸秆露天焚烧排放的CO和CO2总量平均每年分别为0.72×106 t和9.74×106 t;排放的总碳量平均每年为2.96×106 t，其中水稻、小麦、玉米和油菜秸秆露天焚烧释放的总碳量分别为1.47×106、0.50×106、0.52×106和0.48×106 t。

关键词：秸秆;农作物;露天焚烧;碳排放

中图分类号：X511         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2020）06-0060-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.06.011           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Estimation of carbon emission from burning of agricultural crop straw in Hubei province

GONG Shi-fei，GUO Yuan-ping，YE Qing-song，LAN Yu-mei，WANG Wei，XIAO Neng-wu

（Danjiangkou Reservoir of Shiyan Ecological Agriculture Institute/Shiyan Academy of Agricultural Sciences，Shiyan 442000，Hubei，China）

Abstract： In order to determine the carbon emission intensity from crop residue by open burning in field in Hubei province， based on date of crop yield from 2009 to 2017 in Hubei province， the major crop residues output were calculated according to the ratio of residue/grain. Combined with the proportion of straw open burning， the amount of straw open burning of main crops in Hubei province from 2009 to 2017 was calculated， and the total amount of CO and CO2 emissions and carbon emissions were further obtained according to relevant emission factors. The results showed that annually production of crop straw in Hubei province was about 32.65×106 t/a; The amount of openly burned straw in the field was about 7.01×106 t/a， which accounted 21.47% of the total production of crop straw， among them， the open burning amount of rice straw accounts for 49.37% of the open buring amount of crop straw. The total amount of CO and CO2 emitted by the open burning of crop straw was 0.72×106 t/a and 9.74×106 t/a， respectively; The total carbon emission was 2.96×106 t/a on average， and the total carbon emission from the open burning of rice， wheat， corn and rape straw was 1.47×106 t/a， 0.50×106 t/a，0.52×106 t/a，0.48×106 t/a， respectively.

Key words： straw; crops; open burning; carbon emission

生物質是全球最主要的可再生资源，每年植物经光合作用可固56 Gt CO2，产生170～200 Gt生物质[1，2]。农作物秸秆是十分常见的生物质类型，且数量巨大。作为世界第一秸秆大国，中国秸秆资源量约为9亿t[3]，占世界总量的20%～30%[4]。合理利用秸秆资源，是保障中国农业和农村社会经济实现可持续发展的必然要求[5]。然而，随着农业现代化进程和农村能源结构改变，秸秆逐渐出现了区域性、季节性和结构性过剩，随意废弃和露天焚烧现象日益严重[6，7]。秸秆露天燃烧排放的大量CO、CO2、颗粒物和多环芳烃等有害气体，不仅严重影响人体健康、导致区域性大气污染[8，9]，而且会造成农业碳库的刚性损失，对全球变暖产生直接作用。

湖北省地处华中，是中国重要的粮油生产区。随着农作物产量的持续增加，秸秆产量同步提升，作物收获季秸秆露天焚烧伴随的一系列消极影响正引起社会越来越多的关注。前人关于湖北省农作物秸秆的研究主要集中在资源空间分布特征分析[10]、秸秆还田技术研究[11]、资源量化及定向利用潜力探讨[12，13]等方面，针对农作物秸秆露天焚烧释放碳量的研究鲜见报道。基于此，本研究根据全省主要农作物产量、草谷比、秸秆露天焚烧比例和碳排放因子，估算2009—2017年全省农作物秸秆资源量、露天焚烧量及释放的CO、CO2量和碳释放量，为明确年际间秸秆焚烧碳源变化规律提供数据支撑，为精准制定相关碳减排政策提供科学依据。

1  研究方法

1.1  农作物秸秆资源数量

目前，农作物秸秆資源量并未列入专项统计，其总量通常根据作物产量换算而来。根据2009—2017年《湖北省统计年鉴》获得作物产量数据，然后利用草谷比计算得出秸秆总产量。由于水稻、小麦、玉米和油菜秸秆占湖北省秸秆总量的94%[10]，因此本研究以上述4种农作物为研究对象。草谷比则选用侯亚丹[13]的研究结果。

1.2  农作物秸秆露天焚烧量

影响作物秸秆露天焚烧的因素众多，但最主要是农民的自发行为。本研究采用彭立群等[12]基于湖北省94个入户调查的样本结果，根据不同作物秸秆露天焚烧比例，确定湖北省农作物秸秆露天焚烧量。

1.3  碳释放总量的确定

本研究秸秆焚烧中碳释放只考虑CO和CO2气体排放，不考虑其他形式的碳排放。CO和CO2气体排放量通过秸秆焚烧CO、CO2排放因子（CO排放因子102.2 g/kg，CO2排放因子1 390.4 g/kg）[4，6]与秸秆焚烧量相乘获得。碳释放总量根据作物秸秆露天焚烧释放CO和CO2的量进行计算，计算方法如下：

CE=0.27Eco+0.43Eco2

式中，CE为碳释放总量（t）;Eco和Eco2分别表示秸秆焚烧释放CO和CO2的量（t）;0.27和0.43分别为CO和CO2的含碳比例。

2  结果与分析

2.1  2009—2017年湖北省农作物秸秆产量

从表1可以看出，湖北省主要农作物秸秆总量随着作物产量的变化基本保持上升趋势，仅在2016年出现小幅回落。全省农作物秸秆资源总量从2009年的30.00×106 t增加到2017年的36.37×106 t，年平均产量约为32.65×106 t。水稻秸秆是湖北省农作物秸秆的最主要来源，其产量长期保持在全省农作物秸秆总产生量的55%左右。从作物秸秆产量变幅来看，玉米秸秆产量的增幅最为明显，达到46.14%;其次是小麦，增幅为28.71%。水稻秸秆的产量在2009—2017年增加量最大，达到3 587.07 t，而油菜秸秆资源量在年际间的波动最为明显，这反映了湖北省粮食作物产业的稳步提升。

2.2  2009—2017年湖北省农作物秸秆露天焚烧量

根据湖北省主要农作物秸秆产量和秸秆露天焚烧比例获得2009—2017年全省农作物秸秆露天焚烧量（表2）。由表2可以看出，自2009年以来，湖北省农作物秸秆露天焚烧量增加了20.81%。每年秸秆露天焚烧量平均为7.01×106 t，约占农作物秸秆总量的21.47%，其中，水稻秸秆3.46×106 t、小麦秸秆1.18×106 t、玉米秸秆1.22×106 t、油菜秸秆1.14×106 t，分别约占农作物秸秆每年平均露天焚烧量的49.37%、16.83%、17.40%和16.26%。可以发现秸秆露天焚烧量与作物产量和秸秆产量变化趋势一致，由于年际间作物产量、经济发展水平、资源条件、气候条件和农户行为选择的差异，导致秸秆露天焚烧的量各有不同。在4种主要农作物中，水稻秸秆的露天焚烧量与其他农作物秸秆露天焚烧总量相当，成为湖北省露天焚烧量最多的秸秆种类。

2.3  2009—2017年湖北省农作物秸秆露天焚烧排放CO、CO2量

根据2009—2017年湖北省农作物秸秆露天焚烧量，结合CO和CO2排放因子，估算出全省农作物秸秆露天焚烧释放CO和CO2的排放总量（表3、表4）。2009—2017年湖北省农作物秸秆露天焚烧排放的CO和CO2总量平均每年分别为0.72×106 t和9.74×106 t，其中水稻秸秆露天焚烧排放的CO和CO2总量平均分别为0.35×106 t和4.82×106 t，分别约占总排放量的48.61%和49.49%;小麦秸秆露天焚烧排放的CO和CO2总量平均分别为0.12×106 t和1.64×106 t，分别约占总排放量的16.67%和16.84%;玉米秸秆露天焚烧排放的CO和CO2总量平均分别为0.13×106 t和1.70×106 t，分别约占总排放量的18.06%和17.45%;油菜秸秆露天焚烧排放的CO和CO2总量平均分别为0.12×106 t和1.58×106 t，分别约占总排放量的16.67%和16.22%。

2.4  2009—2017年湖北省农作物秸秆露天焚烧释放的碳量

根据农作物秸秆露天焚烧释放CO、CO2的量估算其碳释放量（表5）。由表5可以看出，2009—2017年湖北省农作物秸秆露天焚烧释放的总碳量平均每年为2.96×106 t，其中，水稻秸秆露天焚烧释放的总碳量平均为1.47×106 t，约占总排放量的49.66%;小麦秸秆露天焚烧释放的总碳量平均为0.50×106 t，约占总排放量的16.89%;玉米秸秆露天焚烧释放的总碳量平均为0.52×106 t，约占总排放量的17.57%;油菜秸秆露天焚烧释放的总碳量平均为0.48×106 t，约占总排放量的16.22%。

3  小结与讨论

研究结果显示，湖北省农作物秸秆资源量随着农作物产量变化同步波动，至2017年，全省农作物秸秆资源总量约为3 637万t。李继福等[10]采用秸秆系数法得出湖北省2014年秸秆量为3 400万t，侯亚丹[13]采用草谷比法得出湖北省2015年秸秆资源量为3 616万t;本研究结果较其他学者略低，主要是因为本研究仅考虑了湖北省最主要的4种农作物秸秆资源，而忽略了其他作物生产伴随的少量副产品。研究证实，水稻秸秆是湖北省最主要的农业生物质来源，占全省作物秸秆资源总量的49.37%，而小麦、玉米和油菜秸秆量则较为接近，与前人关于湖北省农作物秸秆产量的研究结果[10，13]基本吻合。

随着农作物产量的逐步提升和劳动力的外出转移，大量农作物秸秆被简单处理和露天焚烧，造成巨大资源浪费和生态问题。本研究对湖北省农作物秸秆露天焚烧量以及其伴随的碳排放量进行了估算，结果发现全省农作物秸秆每年露天焚烧量为7.01×106 t，约占作物秸秆总量的21.47%。石祖梁等[6]认为湖北省作物秸秆燃料化比例为16.39%，李飞跃等[14]研究表明湖北省农作物秸秆焚烧比例为20%左右，李继福等[10]发现湖北省采取秸秆田间焚烧的农户比例为22.3%，这些研究中关于湖北省农作物秸秆焚烧比例的论述与本研究结果相近。湖北省农作物秸秆露天焚烧年均CO、CO2的排放量分别为0.72×106 t和9.74×106 t，根据秸秆焚烧排放因子得出湖北省年均总碳排放量约为2.96×106 t，结合每吨标煤CO2排放因子，相当于3.91×106 t标煤释放碳量。

此外，研究结果发现，在4种主要农作物秸秆中，水稻秸秆露天焚烧量、露天焚烧释放的CO和CO2量以及碳释放总量均接近全省的1/2;而小麦、玉米和油菜秸秆在露天焚烧量和碳释放强度方面的表现均较为接近。这说明控制湖北省农作物秸秆露天焚烧的重点是水稻，由于湖北省内水稻种植区主要分布在荆州、襄阳、荆门、孝感和黄冈等地，因此，在上述地区进一步加大作物秸秆资源的合理转化，对有效减少全省农业秸秆焚烧源碳排放具有重要意义。

本研究根据2009—2017年的统计数据和草谷比估算了湖北省作物秸秆量，再结合秸秆露天焚烧比例和秸秆燃烧排放因子估算了湖北省主要农作物秸秆排放的CO、CO2和总碳量，得出结论如下。

1）湖北省每年农作物秸秆产生量高达32.65×106 t，其中水稻秸秆产量最高，占全省农作物秸秆资源量的49.37%。

2）湖北省每年有约7.01×106 t农作物秸秆被露天焚烧，约占粮食作物秸秆总量的21.47%，这些作物秸秆露天焚烧排放到大气中的CO、CO2的量每年分别达到0.72×106 t和9.74×106 t。

3）每年释放的总碳量平均为2.96×106 t，水稻秸秆露天焚烧释放的碳量平均为1.47×106 t，小麦为0.50×106 t，玉米为0.52×106 t，油菜为0.48×106 t。

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