贵州粮食作物生产综合效益及减排增值潜力分析:以锦屏县为例

梁龙，郑雪艳，李仲佰

(1 贵州财经大学乡村振兴战略研究所，贵阳 550025；2 盘州市农业农村局，贵州盘州 553537)

水稻、小麦和玉米是中国三大粮食作物。虽然中国粮食生产“十七连丰”，总产量稳定在6.5 亿t以上，人均粮食拥有量超过470 kg，但粮食安全，始终是中国农业生产的“重中之重”，因此，未来粮食生产的支持力度和各项投入必将加大[1]。但包括粮食生产在内的农业生产面临经济、能耗和生态多重压力，一方面，粮食生产经济效益远不如经济作物，因此，如何增加经济效益，提高农民种粮积极性，是粮食生产首先要解决的问题。另一方面，农业及食品产业引发的温室气体排放占人类活动总排放的25%左右[2]，在“碳达峰”“碳中和”压力下，如何降低能耗、实现绿色低碳生产，是必须解决的又一个重要问题。

就贵州粮食生产情况来看，虽然贵州省粮食生产能力不断提升，自给率曾经一度高达90%，但当前仅为70%左右，区域性粮食安全不容乐观[3]。从2011—2019 年粮食播种面积和粮食产量来看，播种面积最高峰是2014 年，达到313.8 万hm2，此后逐年走低，2019 年仅为270.9 万hm2。从产量来看，2011 年粮食产量877 万t，此后缓慢上升，2016 年达最高值1 264 万t，2018 和2019 年迅速回落到1 000万t 左右。从三大粮食作物的播种面积和产量来看，近十年来，稻谷的播种面积最稳定，占总播种面积的22%～25%，2014 年后产量一直稳定在400 万t以上。小麦的播种面积在2014 年前稳定在8%，其后保持在5%，产量在2015 年达到65 万t的峰值后，呈下降趋势，2019 年为33 万t，仅为最高值的一半。玉米的播种面积和产量均呈倒U 字形，2011—2016 年，播种面积从79 万hm2提升到104 万hm2，产量从244 万t 到456 万t。此后，由于农业部统一对“镰刀湾”地区进行种植结构调整，贵州省开始实施特色农业产业，大力压缩玉米种植面积，发展经济作物，到2019 年，玉米播种面积和产量回落到53 万hm2和232 万t。从发展趋势来看，经济作物的规模等进一步增大，但从维护粮食安全出发，粮食生产不容忽视。因此，必须提高粮食生产经济效益，激发农业主体的种粮积极性。

从贵州省三大粮食作物近10 年的数据分析，由于贵州以水稻消费为主，因此，小麦播种面积和产量在贵州均不占主导地位。在国家和地方农业产业结构调整大方向下，玉米的播种面积和产量还将进一步下滑。就贵州农业产业结构调整而言，2015 年，贵州开始发展现代山地特色高效农业，2018 年开始，大量压缩玉米种植面积改种精品蔬菜、水果。因此，要实现粮食作物的绿色低碳、增效增值，水稻生产是关键。

表1 2011—2019 年贵州省主要粮食作物生产情况Table 1 The situation of cereal crop production in Guizhou Province from 2011 to 2019

关于贵州的粮食生产，众多学者主要是从政策、科技、投入，自然灾害、土地、肥料等探讨贵州粮食生产效率及影响因素[4-8]，对生态及经济效益的量化评估较少涉及[9]。本研究以黔东南州锦屏县水稻生产为例，从经济、能量和生态三个角度来探讨贵州粮食生产的综合效益及减排增值潜力，同时，根据贵州农田土壤普遍富硒，假定在优化施肥条件下生产富硒大米，以绿色富硒水稻作为优化模式，比较两种模式下的减排增值潜力，探索贵州粮食作物高质量发展的新路径。

1 研究对象与方法

1.1 调查区基本情况

锦屏县是贵州省黔东南州下辖县(108°48′～109°24′E，26°23′～26°46′N)，土地总面积1 596 km2，下辖15 个乡镇，总人口23.7 万。该县属于中亚热带湿润季风气候区，年均温度和降雨量分别为16.4 ℃和1 370 mm，水热同季。锦屏县土壤以潮砂泥为主，富铝化特征明显。

1.2 数据获取和研究方法

1.2.1 数据获取

2020 年10 月，贵州财经大学乡村振兴战略研究所师生对锦屏县6 个乡镇(敦寨、新化、钟灵、固本、河口、彦洞)进行问卷调查，共调查68 户农户和11 个合作社粮食生产情况，重点调查物质和经济投入产出数据，以及不同生产模式农资投入、农作物产出的数量和价格等，以此作为农户习惯模式的基础数据。至于优化模式，则综合相关文献确定氮磷钾和硒肥的施用量[10-12]。龙胜碧等在锦屏县的水稻平衡施肥实验结果表明，与农民习惯施肥方式相比，平衡施肥氮磷钾的投入降低10%～26%，产量反而略有增幅[10]。具体硒肥投入，根据梁伟在东北海伦和江西南昌县的富硒水稻实验确定纳米硒肥用量[11]，其他投入要素及产出假定不变。所有数据采用Excel 进行整理分析，结果见表2。

表2 锦屏县水稻生产单位面积(hm2)投入产出Table 2 Input－output per unit of paddy production in Jinpin County

1.2.2 研究方法

(1)投入产出法

本研究中采用投入产出法计算不同模式的经济效益，其计算公式如(1)所示:

式中:Ie是不同生产模式的经济的产投比；Ii和Io是不同模式的经济投入和经济产出。

本研究使用SPSS20.0作为数据统计工具。以t检验或卡方检验判断组间差异,P<0.05表示具有统计学意义。

(2)能量分析法

计算所有投入产出物质所蕴藏或消耗的能量，选择能量产投比、单位产品能量比、单位能量生产率等指标计算不同生产模式的能量效率。计算公式如(2)～(4)所示。

式中:Ee为不同生产模式的能量产投比；Ei为生产过程中投入的各类能量；Eo为不同模式产出能量；Es为不同生产模式单位产品的能量比；Ep为不同生产模式的单位能量生产率；Yi为不同生产模式的经济产量。作物从生产到收获过程中所涉及到的能量输入和输出当量转换如表3。

表3 农业生产投入产出要素能量当量和碳足迹当量Table 3 Energy and carbon footprint equivalent of various agricultural materials

(3)碳足迹评价

农作物生产碳足迹为农田生产过程中各种农资投入(肥料、农药等)的碳排放量之和，因此碳足迹计算公式为(5)～(6)。

式中:C为作物生产碳排放总量；Ci为生产过程中农药、肥料、灌溉、机械等各类农资投入所产生的碳排放量；Gi为不同碳源投入量；δi为各碳源排放相关系数。单位经济产值碳足迹的计算公式为式(6)。

2 结果与分析

2.1 经济效益情况

从表4 可看出，锦屏县平均每公顷水稻生产的投入是12 225 元，产值是18 720 元，按照当地近3年稻谷平均价格2.40 元/kg，单位面积稻谷净利润是6 495 元/hm2，产投比为1.50，即产出是投入的150%。在所有投入中，机械投入费用最高，占总投入的43.60%，其次是人工投入，占比为24.50%，化肥和种子投入分别占总投入的16%和12.30%。可见，提高机械生产效率、降低人工费用是提高习惯模式水稻生产经济效益的关键。在优化模式中，由于每公顷增加了450 元纳米硒肥成本，但氮磷钾等宏量肥的减少，肥料总投入反而减少。优化模式单位面积成本降低了2.50%，为11 925 元/hm2。根据梁伟富硒水稻实验及调查，富硒稻谷的销售价格为3.80 元/kg，如果农户将稻谷出售给加工厂，则其产出和净利润分别是29 640 元/hm2和17 715 元/hm2。与习惯模式相比，优化模式净利润提高2.73 倍，产投比从习惯模式的1.53 提高到2.49，提高了62.70%。

表4 锦屏县水稻生产单位面积(hm2)投入产出经济状况Table 4 Economic situation per unit of paddy production in Jinpin County

通过检索普通大米和富硒大米的网络价格发现，功能型大米的价格是普通大米的2.4～3.3 倍(表5)。以锦屏县数据为参照，如果将贵州水稻生产逐步向绿色功能食品转型，每公顷生产面积的投入将从12 225 元降到到11 925 元，成本降低2.5%，假定产量不变，稻谷出米率为70%，普通大米和富硒大米均取价格幅度的中间值(11.80 和30.30 元/kg)，稻谷加工成大米后的净利润将从52 203 元/hm2提升到152 763 元/hm2，理论上净利润将提高2.93 倍(表6)，这同时意味着其产值的能量消耗和碳足迹将降低近3 倍。

表5 普通大米和功能大米价格Table 5 Price of common and functional paddy

表6 普通大米和功能化大米成本利润分析Table 6 Benefit Analysis of the common and functional paddy

如贵州省66.50 万hm2水稻生产有30%、50%和80%实现功能性生产，其产值将分别达到330 亿、550 亿和880 亿元，其净利润将分别超过300 亿、500 亿和800 亿元。

2.2 能量投入产出情况

从表7 可以看出，习惯模式下水稻生产总能量投入为37 661.8 MJ/hm2，在各种能量投入中，氮、磷、钾肥分别占总能量投入比的46.20 %，9.4 %和6.30%，三项合计61.90%，其次是机械和柴油投入，分别占总投入的17%和10.8%。总产出为229 676 MJ/hm2，其中籽粒和秸秆分别占总产出的51.3%和48.7%。能量使用效率，即能量产投比为6.10。考虑到秸秆基本作饲料和还田，没有直接创造效益，以产出籽粒的能量计算水稻生产经济产出能耗和能量生产效率，分别为4.83 MJ/kg 和0.21 kg/MJ，即每千克籽粒产出需要消耗4.83 MJ 能量，每兆焦能量能生产0.21 kg 籽粒。单位面积水稻生产的净能量为192 014.30 MJ/hm2。在优化模式中，农田的纳米硒肥仅为45 g，故其能耗忽略不计。但由于化肥投入的减少，故总能量投入减少到31 801.40 MJ/hm2，较习惯模式降低了15.60%。能量利用效率从6.10提升到7.22，提高了18.40%。在产出不变的情况下，经济产出能耗和能量生产效率分别为4.08 MJ/kg和0.25 kg/MJ，前者较习惯模式降低了15.60%，后者提升了18.40%，单位面积净能量提升了3.10%。

表7 锦屏县水稻生产单位面积(hm2)能量投入产出及效率分析Table 7 Energy and efficient analysis per unit paddy production in Jinpin County

2.3 碳足迹情况分析

从表8 可以看出，锦屏县水稻生产农民习惯模式下总碳投入是5 536.30 kgCO2eq/hm2，其中，氮、磷和钾碳足迹分别是1568.70、254.30 和177.90 kgCO2eq/hm2，分别占总碳投入的27.90%，4.50%和3.20%，三者共计35.60%，其次是水稻生产过程中氧化亚氮(N2O)和甲烷(CH4)排放，分别占总排放的16.9%和31.2%，再次是机械和柴油排放，占总排放的6.00%和5.40%。如将籽粒和秸秆中碳折算成碳当量，则总碳产出为17 084 kgCO2eq/hm2，产出投入的碳足迹比为3.09。同样，考虑到秸秆直接还田或过腹还田，以经济产品即籽粒为单位来计算碳足迹，则单位产品和产值的碳足迹分别是0.71 kgCO2eq/kg 和0.85 kgCO2eq/元，即每生产1 kg 籽粒的碳排放为0.71 kgCO2eq，每创造1 元经济效益的碳排放为0.85 kgCO2eq。在优化模式中，由于化肥投入的减少，单位面积的总排放降低到4 966.1 kgCO2eq/hm2，较习惯模式降低了10.30%。经济产品和产值的碳足迹分别为0.64 kgCO2eq/kg 和0.28 kgCO2eq/元，分别比习惯模式降低了10.30% 和67.10%。可见，降低化肥投入和功能化生产，能够大幅度降低产品谈足迹。

表8 锦屏县水稻生产单位面积(hm2)投入产出碳足迹kgCO2eqTable 8 The carbon footprint per unit paddy production in Jinpin county

3 结论与讨论

本研究以锦屏县水稻生产为例，对贵州水稻的经济效益、能量效率和以碳足迹为指数的生态效益进行初步估算。结果表明，每公顷水稻生产单位面积的经济效益为6 495 元，其成本主要是机械、人工、化肥和种子的投入。如实现绿色功能化生产，通过减少肥料投入，实现富硒水稻生产和加工，富硒稻谷的经济利润将增加2.73 倍。加工后的富硒大米，与普通大米相比，净利润将从5.20 万元/hm2提升到15.30 万元/hm2，增加2.93 倍，其相应经济单位能量投入和碳足迹将降低3 倍。如果贵州66.50 万hm2水稻生产面积不同程度的功能化，其产值将在300 亿～900 亿之间，净利润将在300 亿～800 亿之间。习惯模式水稻生产的能量效率为3.13，与上世纪中国水稻生产不同模式相比，能量效率提高了29%～119%。习惯模式的碳足迹为5 632.60 kgCO2eq/hm2，与国内类似研究相比，数值较高，但单位产品的碳足迹与同类研究接近，如采用优化模式，面积和产量碳足迹还有优化空间。

刘巽浩曾用能量法对中国南方水稻生产的产出效率进行比较分析，以籽粒能量作为产出与全部人工投入进行比较，低产田与高产田的能量效率在1.43～2.43 之间[18]。锦屏县数据显示，农民习惯模式的能量效率为3.13，这意味着在过去的40 年里，我国水稻生产的能量效率较20 世纪80 年代的高产田提高了28%，较低产田提高了119%，而优化模式的能量效率为3.70。Liang 等人对北京玉米和冬小麦—夏玉米的能量效率进行了分析，其数值分别为2.40 和2.00，表明锦屏县水稻生产的能量效率较中国北方地区高[14]。

Xia 等研究显示，中国水稻生产的碳足迹高达1.80 kgCO2eq/kg，显著高于日本的0.78 kgCO2eq/kg水平[19]。 陈中督等对长江中下游稻麦生产的碳足迹和氮足迹进行了分析[20]，结果表明，单位面积的水稻生产碳足迹为5 018.50±600.1 kgCO2eq/hm2，其中甲烷占水稻生产总碳排放的60%，其次是肥、药、柴油、机械等农资排放，其中氮肥和柴油所占比重较高。 另外，作者还比较了小、中、大等不同规模水稻生产的碳足迹排放，排放值在0.53~0.72 kg CO2eq/hm2之间，大中小型规模生产单位籽粒的碳足迹分别是0.53，0.61 和0.72 kgCO2eq/kg，规模越大，单位产品的碳足迹越低。 从研究结果来看，锦屏县习惯模式单位面积的碳足迹较陈中督等人的研究成果略高，但单位产品的碳足迹与小规模生产基本一致。优化模式下，单位面积碳排放与陈中督的研究结果相当，单位产品碳足迹与中等规模生产接近，但与大规模化生产的0.53 kgCO2eq/kg 有较大差距。与国际水平相比，包括贵州在内的我国水稻生产单位产品碳足迹优于印度水稻生产的碳足迹，这主要是由于我国水稻生产产量较高[19]。但与发达国家还有一定差距[21]。

总之，就能量效率和生态效益而言，优化后有较大绿色低碳发展空间，而就经济效益而言，农民习惯生产模式下，每公顷水稻生产能够获利6 450 余元，考虑到当地农业务工80～120 元/d，显然，小规模的水稻生产不能给农民和合作社创造预期的经济效益。但如实现功能化生产和加工，理论上，利润将提升到90 000～120 000 元/hm2，能吸引较多城乡劳力、资本进入该领域。因此，常规粮食生产绿色低碳功能化，为贵州粮食生产高质量发展提供了新的路径，也为乡村振兴的产业兴旺夯实了基础。