黑龙江农垦种养业生产系统温室气体排放与土壤固碳的核算

楚天舒 赖世宣 杨增玲

(中国农业大学 工学院，北京 100083)

人类活动产生的温室气体(Greenhouse gas, GHG)与全球气候变暖存在密切联系[1]。农业对温室气体排放的贡献率占14%，仅次于工业[2]。在种养业生产系统中，农作物种植和畜禽养殖过程中均产生温室气体[3-5]。所以，核算与分析区域种养业生产系统的温室气体排放量[6]，找出制约其低碳化发展的因素，并提出相关建议，具有重要意义。

现有研究主要依据《2006年IPCC国家温室气体清单指南》[7]等基础资料对种养业生产系统的温室气体排放进行核算与分析。在种植业研究中，张丹[8]根据11个省3 240位农户样本数据，核算获得玉米、小麦和水稻的碳足迹分别为0.48、0.75、1.60 kg/kg。王钰乔等[9]研究发现2005—2015年我国小麦和玉米的碳足迹均呈现增长趋势。此外，油菜、燕麦、棉花的碳足迹分别为1.40[10]、0.38[11]、1.04 kg/kg[12]，而设施蔬菜为9 073.95 kg/hm2[13]。在养殖业研究中，张哲瑜等[14]对北京市24家规模猪场调研发现，每1 kg生猪的温室气体排放量为2.19 kg。其中，肠道CH4排放量、粪便管理过程中CH4排放量、粪便管理过程中N2O排放量和能源消耗CO2排放量分别为0.16、0.12、0.97和0.95 kg/kg。白玫等[15]和黄文强[16]分别对北京市和东营市规模化奶牛场进行调研发现，每生产1 kg标准奶的温室气体排放量为0.95和1.34 kg。

2020年2月，联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change，简称IPCC)发布了《2006年IPCC国家温室气体清单指南2019修订版》[17]，对《2006年IPCC国家温室气体清单指南》[7]进行补充与修订。经文献检索，尚未有研究报道采用《IPCC2019指南》(《2006年IPCC国家温室气体清单指南2019修订版》，简称《IPCC2019指南》)对区域种养业生产系统进行温室气体排放计算与分析。黑龙江农垦是我国机械化大农业的代表，对其种养业生产系统历年的温室气体排放的分析与评价显得尤为重要。本研究拟采用最新温室气体清单指南，以黑龙江农垦种养业生产系统为研究对象，计算分析与评价该系统2009—2018年温室气体排放量与土壤固碳量，以期为区域种养业绿色发展提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 数据与计算方法来源

区域种养业温室气体排放计算方法主要参考《2006年IPCC国家温室气体清单指南2019修订版》[17]、《2006年IPCC国家温室气体清单指南》[7]；化肥用量、农作物产量、畜禽养殖量等数据来自于《黑龙江垦区统计年鉴 2010—2019》[18]。

1.2 温室气体排放计算与评价

1.2.1系统边界

结合生命周期评价方法、最新温室气体清单指南和黑龙江农垦种养业实际生产现状，确定本研究系统边界，绘制黑龙江农垦种养业生产系统温室气体排放与土壤固碳示意图(图1)，便于分析系统温室气体排放与土壤固碳的各个途径。其中，温室气体种类主要为CO2、CH4和N2O，将3种气体统一转化为CO2当量进行计算。种养业生产系统温室气体排放的主要来源为：主要物资碳排放、土壤N2O排放、稻田CH4排放、秸秆焚烧碳排放、肠道CH4排放、粪便管理过程中CH4排放和粪便管理过程中N2O排放。根据《IPCC2019指南》，养殖业所需的青贮饲料、能量饲料和蛋白饲料主要考虑来自于当地种植业，为了避免重复计算，暂不纳入计算。由于饲料添加剂、兽药和畜禽舍的数据无法获得，本研究暂且不计。土壤固碳主要来自于种养业有机物料的输入，包括农作物秸秆和根系、畜禽粪便有机肥。

图1 温室气体排放与土壤固碳示意图Fig.1 Schematic diagram of GHG emissions and soil carbon sequestration

1.2.2种养业温室气体排放计算方法

本研究中黑龙江农垦种养业生产系统的温室气体排放为：

C=Cinput+CN2O+Cpaddy-CH4+Cstraw-burning+
LAM-N2O+LAM-CH4+LEN

(1)

式中：C为种养业生产系统的温室气体排放量，kg；Cinput为主要物资碳排放量，kg；CN2O为土壤N2O排放量，kg；Cpaddy-CH4为稻田CH4排放量，kg；Cstraw-burning为秸秆焚烧碳排放量，kg；LAM-N2O为粪便管理过程中N2O排放量，kg；LAM-CH4为粪便管理过程中CH4排放量，kg；LEN为肠道CH4排放量，kg。

1)主要物资碳排放为：

(2)

式中：Ni为第i种主要物资用量[18]；Ei为第i种主要物资的碳排放系数，i=1, 2,…,n。其中，种子由农作物单位面积播种量[19-32]、种植面积[18]和碳排放系数[33-37]计算获得，其他系数详见表1。

表1 主要物资的碳排放系数(Ei)Table 1 Carbon emission factors for major material inputs (Ei)

2)土壤N2O排放分为直接排放与间接排放为：

CN2O=DN2O+IN2O

(3)

式中：DN2O为土壤N2O直接排放量，kg；IN2O为土壤N2O间接排放量，kg。

土壤N2O直接排放主要有4个途径，采用式(4)计算：

DN2O=DN2O-SN+DN2O-ON+DN2O-CR+DN2O-SOM

(4)

式中：DN2O-SN、DN2O-ON、DN2O-CR和DN2O-SOM分别为化肥(包括氮肥和复合肥)、有机肥、农作物秸秆还田和土壤有机碳损失引起的N2O排放量，kg。

化肥引起的N2O排放为：

DN2O-SN=NSN×E12-SN×44/28×265

(5)

NSN=NNF+NCF×wc

(6)

式中：NSN为化肥氮输入量，kg；E12-SN为化肥氮输入土壤N2O直接排放系数，参考文献[47]，本研究取E12-SN=0.011 kg/kg；44/28为N与N2O转换系数；265为N2O的100 a全球增温潜势[48]；NNF、NCF分别为氮肥、复合肥施用量[18]，kg；wc为复合肥的氮质量分数，wc=28.41%[49]。

有机肥引起的N2O排放为：

DN2O-ON=NON×E12-ON×44/28×265

(7)

NON=NOF×wo

(8)

式中：NON为有机肥氮输入量，kg；E12-ON为有机肥氮输入土壤N2O直接排放系数，取E12-ON=0.01 kg/kg[47]；NOF为有机肥施用量[18]，kg；wo为有机肥的氮质量分数，实地调研获得wo=1.78%。

农作物秸秆还田引起的N2O排放为：

DN2O-CR=NCR×E12-CR×44/28×265

(9)

NCR=Na×wa×
(1-Rremove-Rburn×Cf)+Nb×wb

(10)

Na=Y×Rg×RAG

(11)

Nb=Y×Rg×(1+RAG)×Rs

(12)

式中：NCR为农作物秸秆和地下根的氮输入量，kg；E12-CR为农作物秸秆还田氮输入土壤N2O直接排放系数，参考文献[17]取E12-CR=5×10-3kg/kg；Na为农作物的地上部残余物量，kg；wa为农作物地上部残余物的氮质量分数，g/kg；Rremove、Rburn分别为秸秆离田率、秸秆焚烧率，参考文献[50]，2008年Rremove=6%，Rburn=40%，2012年Rremove=9%，Rburn=28%；Cf为燃烧系数[17]；wb为农作物地下部残余物的氮质量分数，g/kg；Nb为农作物的地下部残余物量，kg；Y为农作物籽粒产量[18]，kg；Rg为农作物籽粒干物质比例，%；RAG为农作物地上部残余物与产量之比，%；Rs为农作物地下根与地上生物量(地上生物量包括农作物籽粒产量与农作物地上部残余物)之比，%。

土壤有机碳损失引起的N2O排放为：

DN2O-SOM=NSOM×E12-SOM×44/28×265

(13)

(14)

ΔC=CSOC×α

(15)

CSOC=wSOM×D×S×ρb

(16)

式中：NSOM为土壤有机碳损失导致的矿化氮量，kg；E12-SOM为土壤有机碳损失引起的N2O直接排放系数，参考文献[17]取E12-SOM=5×10-3kg/kg；ΔC为土壤有机碳年损失量，kg；RCN为土壤有机质的碳氮比，RCN=12.06[51]；CSOC为土壤有机碳量，kg；α为土壤有机碳年下降速率，α=5‰[52]；wSOM为土壤有机碳质量分数，wSOM=2.646%[51]；D为农田耕层厚度，D=0.25 m[53]；S为农作物种植面积，hm2；ρb为农田耕层土壤容重，ρb=1.25×103kg/m3[53]。

土壤N2O间接排放主要有2个途径，采用式(17)计算：

IN2O=IN2O-ATD+IN2O-L

(17)

IN2O-ATD=(RATD-SN×NSN+RATD-ON×NON)×
E13×44/28×265

(18)

IN2O-L=(NSN+NON+NCR+NSOM)×
Rleach×E14×44/28×265

(19)

式中：IN2O-ATD为氨挥发经过大气氮沉降引起的N2O排放量，kg；IN2O-L为土壤氮淋溶和径流损失引起的N2O排放量，kg；RATD-SN为化肥以NH3形式挥发的比例，RATD-SN=21.3%[54]；RATD-ON为有机肥以NH3形式挥发的比例，RATD-ON=23.0%[54]；E13为大气氮沉降引起的N2O排放系数，E13=5×10-3kg/kg[17]；Rleach为氮淋溶和径流损失比例，Rleach=12.6%[54]；E14为氮淋溶和径流损失引起的N2O排放系数，E14=1.1×10-2kg/kg[54]。

3)稻田甲烷排放为：

Cpaddy-CH4=Spaddy×Rreturn×E15×28×t+
Spaddy×(1-Rreturn)×E16×28×t

(20)

E15=Ec×Fw×Fp×Fo

(21)

E16=Ec×Fw×Fp

(22)

Fo=(1+NROA×RCFOA)0.59

(23)

NROA=Yrice×Rg,rice×RAG,rice

(24)

式中：Spaddy为水稻种植面积，hm2；Rreturn为秸秆还田率，参考文献[50]，2008年Rreturn=54%，2012年Rreturn=63%；28为CH4的100 a全球增温潜势[48]；t为水稻生育天数，t=130 d[55]；E15为稻田日CH4排放系数(秸秆还田)；E16为稻田日CH4排放系数(秸秆不还田)；Ec为稻田基准排放系数，Ec=1.32 kg/(hm2·d)[17]；Fw为水稻种植期内水淹状况的换算系数，Fw=0.55[17](黑龙江农垦水稻种植期内灌溉主要采用浅、湿、干间歇灌溉技术)；Fp为水稻种植期前水淹状况的换算系数，Fp=0.89[17](黑龙江农垦水稻种植期前不淹水)；Fo为秸秆种类和量的换算系数；NROA为单位面积水稻秸秆量，t/hm2；RCFOA为秸秆的转换系数，RCFOA=0.19[17]；Yrice为水稻单位面积产量，t/hm2；Rg,rice为水稻的干物质比例，Rg,rice=0.89[17]；RAG,rice为水稻地上部残余物与产量之比，RAG,rice=1.40[17]。

4)秸秆露天焚烧碳排放为：

Cstraw-burning=Cstraw-burning-CO2+Cstraw-burning-CH4+
Cstraw-burning-N2O

(25)

Cstraw-burning-CO2=Na×Rburn×G×E17

(26)

Cstraw-burning-CH4=Na×Rburn×G×E18×28

(27)

Cstraw-burning-N2O=Na×Rburn×G×E19×265

(28)

式中：Cstraw-burning-CO2为秸秆焚烧产生CO2排放量，kg；Cstraw-burning-CH4为秸秆焚烧产生CH4排放量，kg；Cstraw-burning-N2O为秸秆焚烧产生N2O排放量，kg；G为农作物秸秆的燃烧系数[17]；E17为秸秆焚烧CO2的排放系数，E17=1.39 kg/kg[56]；E18为秸秆焚烧CH4的排放系数，E18=2.19×10-3kg/kg[56]；E19为秸秆焚烧N2O的排放系数，E19=7×10-5kg/kg[56]。

5)肠道CH4排放为：

(29)

式中：nj代表规模或非规模养殖模式下动物年养殖量[18]，头；E22,j为规模或非规模养殖模式下每头动物年肠道CH4排放系数[17]，kg/头，j=1和2分别代表规模和非规模养殖模式。此外，非反刍动物的E22,j采用相应的排放系数[17]，而反刍动物的E22,j为：

E22,j=Mj×365×EDM×Ym,j/55.65

(30)

式中：Mj为规模或非规模养殖模式下干物质采食量，kg/(头·d)，根据不同生长阶段奶牛、肉牛和肉羊的体重和日增重，查阅NY/T 34—2004《奶牛饲养标准》[57]、NY/T 815—2004《肉牛饲养标准》[58]、NY/T 816—2004《肉羊饲养标准》[59]获取Mj；365为365 d；EDM为单位干物质的能量，EDM=18.45 MJ/kg[17]；Ym,j为规模或非规模养殖模式下CH4转换率[17]，%；55.65为CH4热值，55.65 MJ/kg[17]。

6)粪便管理过程中N2O的排放为：

LAM-N2O=LAM-N2O-use+LAM-N2O-nuse

(31)

LAM-N2O-use=LN2O,use+LN2O-ATD,use+LN2O-L,use

(32)

LAM-N2O-nuse=LN2O,nuse+LN2O-ATD,nuse+LN2O-L,nuse

(33)

(34)

(35)

(36)

(37)

(38)

(39)

Nex=Nrate×TAM/1 000×tanimal

(40)

7)粪便管理过程中CH4的排放为：

LAM-CH4=LAM-CH4,use+LAM-CH4,nuse

(41)

(42)

表2 畜禽粪便管理过程中N2O和CH4排放的部分计算参数Table 2 Selected calculated parameters for N2O and CH4 emissions from manure management

(43)

VS,j=VS-rate,j×TAM/1 000×tanimal

(44)

貂、貉、兔、鸵鸟和鹿的粪便管理过程中CH4的排放为：

(45)

式中：E27为5种动物的粪便管理过程中CH4排放系数[17]，kg/头。

1.2.3土壤固碳计算方法

在本研究范畴中，土壤固碳主要来自于种养业废弃物(秸秆和根系、畜禽粪便有机肥)。根据《IPCC2019指南》中最新方法推荐，改编自CENTURY生态系统模型的“静稳态方法”可用于土壤有机碳的变化量的计算。CENTURY生态系统模型[61]由美国科罗拉多州立大学研发与推广应用。IPCC研究团队根据该分析模型，开发了基于Excel平台的计算软件[17]，便于相关科研人员操作。

农田土壤有机碳变化量为：

ΔCOG=CSOC,y-CSOC,y-1

(46)

式中：ΔCOG为土壤有机碳变化量，kg；CSOC,y为第y年的土壤有机碳量，kg；CSOC,y-1为第(y-1)年的土壤有机碳量，kg；CSOC,y和CSOC,y-1采用式(47)计算：

CSOC,y=CActive,y+CSlow,y+CPassive,y

(47)

式中：CActive,y、CSlow,y、CPassive,y为第y年主动、慢速和被动3个亚碳库的有机碳量，kg。CActive,y、CSlow,y、CPassive,y由第y年的碳输入(有机物料的有机碳输入量、木质素质量分数、氮质量分数)、有机碳分解参数(耕层砂粒质量分数、月平均气温、平均月降水量、平均月潜在蒸发蒸腾量)等参数计算获得。

有机物料的木质素质量分数、氮质量分数取自于《IPCC2019指南》；耕层砂粒质量分数取自于FAO的世界土壤数据库[62]；月平均气温、平均月降水量取自于中国气象数据网[63]；平均月潜在蒸发蒸腾量取自于FAO的CropWat8.0软件[64]和CLIMWAT软件[65]计算结果。有机物料的有机碳输入量采用式(48)计算：

Ninput=NOG×wCR

(48)

式中：Ninput为有机物料的有机碳输入量，kg；NOG为有机物料的干物质量，kg；wCR为有机物料的碳质量分数[17]，kg/kg。

此外，由于应用范围限制，CENTURY模型仅适用于旱地作物种植情况下农田土壤有机碳的变化量的研究，不适用于水稻种植情况。

1.2.4种养业温室气体净排放评价指标

为研究黑龙江种养业生产系统的温室气体排放的现状，本研究选取以下2个指标对系统进行评价：

1)温室气体净排放量。温室气体净排放量为种养业生产系统的温室气体排放量减去土壤固碳量，表征种养业生产过程中温室气体净排放情况，采用式(49)计算：

NG=C-ΔCOG×44/12

(49)

式中：NG为温室气体净排放量，kg。

2)单位产值温室气体净排放量。单位产值温室气体净排放量为种养业生产系统创造单位产值的温室气体净排放情况，即在经济角度衡量温室气体排放量大小，采用式(50)计算：

Cpv=NG/V

(50)

式中：Cpv为单位产值温室气体净排放量，kg/万元；V为种养业的总产值，万元。

2 结果与分析

2.1 种养业生产系统温室气体排放分析

本研究选取2009—2018年黑龙江农垦种养业生产系统的相关数据，按照温室气体排放计算方法，计算得到黑龙江农垦种养业生产系统的温室气体排放情况。2009—2018年黑龙江农垦种养业生产系统的温室气体排放量呈现“增长—下降后平稳”的趋势(图2)。2009年黑龙江农垦种养业温室气体排放量为2.27×1010kg；2009—2012年温室气体排放量快速增长，平均年增长率达到4.72%，至2012年达到最高值2.61×1010kg；2012年后，温室气体排放量下降后趋于平稳，2018年碳排放量为2.48×1010kg，主要物资碳排放、土壤N2O排放、稻田CH4排放、秸秆焚烧碳排放、粪便管理过程中N2O排放、粪便管理过程中CH4排放和肠道CH4排放分别为7.15×109、2.14×109、5.92×109、8.76×109、1.93×108、3.44×107和5.75×108kg。整体而言，秸秆焚烧碳排放、主要物资碳排放和稻田CH4排放为黑龙江农垦种养业生产系统温室气体排放的主要来源，占总排放量的84.87%。而肠道CH4排放、粪便管理过程中N2O排放和粪便管理过程中CH4排放，仅占总排放量的6.36%。但是畜禽粪便未利用所产生的N2O和CH4排放量分别占粪便管理过程中N2O和CH4排放量的57.30%和46.84%。因此，建议黑龙江农垦加大农作物秸秆和畜禽粪便资源综合利用，减少秸秆焚烧和畜禽粪便未利用，调控主要物资用量，优化稻田水肥管理措施。

图2 2009—2018年黑龙江农垦种养业生产系统温室气体排放量Fig.2 GHG emissions for crop-farm animal production system of HLRA from 2009 to 2018

2.2 土壤固碳分析

根据式(46)～(48)计算出以2009年作为起始，2种农作物秸秆和根系输入引起的土壤有机碳的变化量。玉米和大豆秸秆和根系输入引起的土壤有机碳的变化量分别呈现“增长”和“下降—增长”趋势(图3)，2010—2018年累计增长了2.15×109和1.53×108kg。

根据式(46)～(48)计算出以2009年作为起始，5种畜禽粪便有机肥输入引起的土壤有机碳的变化量(图4)。其中，奶牛、肉牛、蛋鸡和生猪有机肥输入引起的土壤有机碳的变化量主要呈现“下降”趋势，2010—2018年累计为-1.43×108、-5.46×107、-2.67×106和-9.68×107kg。主要原因是，从2009年起4种畜禽养殖量快速下降，进而畜禽粪便有机肥输入量也快速下降，导至畜禽粪便有机肥的有机碳输入量小于土壤有机碳分解量。而肉鸡有机肥输入引起的土壤有机碳的变化量呈现“下降—增长”趋势，由于2016年起肉鸡养殖量快速增长，2010—2018年累计为2.26×106kg。

绿色柱和红色柱代表土壤有机碳的变化量分别为正值和负值，图4同。The green bar and the red bar represent cumulative change of SOC stocks, which are positive and negative respectively. Same as Fig.4.图3 玉米和大豆的秸秆、根系输入引起土壤有机碳的变化量(ΔCOG)Fig.3 Cumulative change of SOC stocks by maize and soybean straw and roots input (ΔCOG)

图4 畜禽粪便有机肥输入引起土壤有机碳的变化量(ΔCOG)Fig.4 Cumulative change of SOC stocks by manure input (ΔCOG)

本研究分析历年秸秆和根系输入、畜禽粪便有机肥输入引起土壤有机碳的变化情况发现，其分别呈现“增长”和“下降”趋势。但从中长期面上观测数据来看，随着开垦时间的增加，东北黑土区土壤有机碳呈现“下降”趋势[52]。这是因为IPCC推荐的“静稳态方法”仅考虑到秸秆和根系、畜禽粪便有机肥的输入对土壤有机碳的贡献，尚未考虑到风蚀水蚀等因素对土壤有机碳的负面影响。因此，为了缓解土壤有机碳“下降”的长期趋势，建议增大种养业废弃物的输入，使其有机碳输入量大于土壤有机碳分解量，促进土壤有机碳固定。

2.3 种养业生产系统温室气体净排放评价

2010年黑龙江农垦种养业生产系统温室气体净排放量为2.24×1010kg，2010—2014年主要由于温室气体排放量变化而变化，2014年及以后主要由于秸秆和根系、畜禽粪便有机肥输入量减少，土壤有机碳变化量快速下降，导致温室气体净排放量增长，2018年为2.49×1010kg。而单位产值温室气体净排放量呈现“下降—波动—增长”的趋势，2010年单位产值温室气体净排放量为3.15×103kg/万元，2018年为3.25×103kg/万元。这表明近年来黑龙江农垦种养业生产系统温室气体净排放量有所增长、经济效益有所下降。

图5 温室气体净排放量和单位产值温室气体净排放量Fig.5 Net GHG emissions and net GHG emissions per value

3 讨 论

根据研究结果，本研究从以下3方面进行分析，并提出助力系统减排增效的建议。

1)种养业废弃物方面。作为低效且粗放的种养业废弃物处理方式，秸秆焚烧和畜禽粪便未利用所带来的温室气体排放量较大，其资源化利用能助力系统减排。而种养业废弃物资源化利用一直是黑龙江农垦的重点工作。经实地调研与访谈，各个农场种养业生产规模与结构存在一定的差异，导至各个农场的废弃物资源化利用水平与难易程度不一。因此，建议从各个管理局层面出发，分析下属农场种养业废弃物资源量与利用率情况，着重面向废弃物资源量大而资源利用率低的地区，建设区域种养业废弃物第三方集中处理中心，收集本区域内秸秆和畜禽粪便进行好氧堆肥或厌氧发酵等集中处理，将废弃物转化成有机肥或沼肥，并就近还田利用。这样既提升种养业废弃物资源化利用水平，也减少秸秆焚烧和畜禽粪便未利用所带来的温室气体排放。

2)土壤固碳方面。在传统的认知中，有机物料输入农田都能促进土壤有机碳的形成。而从土壤与肥料学角度分析，这种传统认知仅考虑了有机物料的有机碳输入过程，未考虑土壤有机碳的分解过程。土壤有机碳的形成是有机物料的有机碳输入过程和土壤有机碳分解过程双重作用的结果，两个过程都会受到有机物料输入量、区域气候和土壤理化特性等因素影响。近年来，黑龙江农垦畜禽养殖量呈现“下降”趋势，畜禽粪便有机肥农田输入量同步下降，导至有机肥输入引起的有机碳输入量小于土壤有机碳分解量，土壤有机碳的变化量呈现负值。因此，科学合理规划种养业生产规模，确定适宜的有机物料(秸秆和根系、畜禽粪便有机肥)农田输入量显得至关重要。短时间的快速增加或减少有机物料输入量均不利于土壤有机碳的固定，建议采用土壤碳模型模拟分析与实地验证的方法，确定适宜的有机物料输入种类与量，并在一段时间内保持相对缓慢增长，逐步促进农田土壤有机碳固定。

此外，由于CENTURY模型不适用于水田作物，本研究未对水稻秸秆输入引起的土壤有机碳的变化量进行计算与分析。今后可以考虑使用其他土壤有机碳经典过程模型解决此问题。

3)农机应用方面。主要物资碳排放作为黑龙江农垦种养业生产系统中第二大温室气体排放来源。其中，农机碳排放量为主要物资中最大组成部分，约占总量的1/4。农场走访调研了解到，各个农场的农机具配套种类齐全、数量众多。由于涉及到现有农机具选配、不同作物生产的农机作业需求、特殊气候条件下农机作业需求等诸多因素，农机具使用现在主要依赖于农机手的实践经验，农场尚未开展农机具使用效率研究。由于农机具使用效率直接关系到农场整体的生产效率，建议黑龙江农垦联合科研单位，开展农机具使用效率研究，提出农机具种类与数量的优化建议，挖掘黑龙江农垦种养业生产系统减排潜力。

本研究根据最新温室气体清单指南，尝试对区域种养业生产系统温室气体排放与土壤固碳进行核算，更新部分温室气体排放计算方法和参数，但无法与其它的研究成果进行横向对比分析。因此，未来本研究团队还将开展更多地方种养业生产系统评价与实证分析，对研究范围、计算方法和参数选取进一步的优化调整。

4 结 论

本研究核算和分析了2009—2018年黑龙江农垦种养业生产系统的温室气体排放量和土壤固碳量，得到以下结论：

1)在温室气体排放方面，黑龙江农垦种养业生产系统的温室气体排放量均呈现“增长—下降后平稳”的趋势，2018年为2.48×1010kg，秸秆焚烧碳排放、主要物资碳排放、稻田CH4排放为主要来源，约占排放总量的84.87%。

2)在土壤固碳方面，玉米和大豆的秸秆、根系输入引起土壤有机碳的累积变化量分别为2.15×109和1.53×108kg，而奶牛、肉牛、蛋鸡、肉鸡和生猪有机肥输入引起的土壤有机碳的累计变化量分别为-1.43×108、-5.46×107、-2.67×106、2.26×106和-9.68×107kg。

3)近年来黑龙江农垦种养业生产系统温室气体净排放量有所增长、经济效益有所下降。

因此，建议黑龙江农垦加大农作物秸秆和畜禽粪便资源综合利用，建立第三方集中处理中心，减少秸秆焚烧和畜禽粪便未利用；确定适宜的有机物料输入种类与量，促进土壤碳固定；开展农机具使用效率研究，挖掘其减排增效潜力。