基于碳排放核算的农业主导型乡村“零碳”建设策略浅析——以红畈村为例

李善风，张 爽，张 莹，黄 辉，瞿子涵，崔晚晴，殷 媛，王佩佩

（1.国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，湖北 武汉 430077；2.湖北方源东力电力科学研究有限公司，湖北 武汉 430077）

0 引言

零碳乡村是指在乡村范围内通过实施农业低碳循环、可再生能源发展、植树造林等减排措施对乡村产生的温室气体排放量进行抵消，最终使乡村实现碳中和［1］。碳中和一词最早是在1997 年由英国伦敦碳中和公司提出，2018 年IPCC 发布《全球温升1.5 ℃特别报告》将碳中和概念进一步明确，碳中和即净零排放，主要是指一段时间内核算边界产生的温室气体排放未造成大气中的温室气体产生净增量［2］。

为了实现乡村零碳发展，国内外众多学者进行了广泛研究。曹明霞等人以江苏省为例，研究发现能源消费是乡村碳排放主要来源之一［3］。商颖认为乡村背负着“碳达峰，碳中和”目标和乡村振兴战略两大历史责任，能源转型是当下重中之重［4］。杨旭东调查发现我国农村能源消费以散煤和生物质直接燃烧为主，亟需建立低碳清洁能源体系［5］。叶红等人认为乡村碳排放逐年增长，应从乡村能源消费方面探索乡村低碳发展新模式［6］。

现有研究主要集中在乡村能源消费方面，尚未结合乡村碳排放特征，提出系统性碳排放核算方法和减排策略。因此，本文以零碳乡村建设入手，选取零碳乡村建设试点孝感市大悟县红畈村，对红畈村碳排放和碳减排现状进行核算分析，并提出相应的碳减排对策。

1 乡村碳排放核算方法

1.1 乡村碳排放核算框架

乡村碳排放核算可以衡量乡村实现碳中和的程度，当乡村核算边界中碳排放量小于碳减排量时，表示节能减排措施产生的减排量足以替代乡村产生的碳排放量，标志着实现零碳乡村。因此，乡村碳排放量和碳减排量的计算结果可以直接反应零碳乡村建设进程。本文基于碳排放核算理论，从碳排放和碳减排两个维度构建了乡村碳排放核算框架，核算框架如图1所示。

图1 乡村碳排放核算框架Fig.1 Rural carbon emission accounting framework

1.2 核算边界确定

在碳排放侧，农业主导型乡村生产活动以农田种植、畜禽养殖为主，产生的碳排放分为四个方面：一是农作物种植生长发育过程中产生甲烷排放，其中水稻是主要排放源；二是农作物种植过程使用化肥、农药等产生的氧化亚氮排放；三是畜禽养殖过程中，尤其是反刍动物肠道发酵产生的甲烷排放；四是畜禽养殖过程中粪便被细菌分解产生甲烷和氧化亚氮排放。在乡村生活方面，村民炊事、取暖、交通使用煤炭、薪柴、汽油等能源燃料产生直接碳排放，家用、办公、农用等电器产品使用的外购电力造成间接碳排放。因此，本文识别出的碳排放源为农业活动、燃料消耗和使用电力三类，由于村民生活消费的其他服务，如购买的日常用品、生活垃圾处理等属于其他间接碳排放，不在本文考虑范围内。

在碳减排侧，乡村实施植被抚育、可再生能源利用等减排措施来促进乡村零碳发展，本文通过获取乡村林业碳汇、可再生能源利用等数据，实现乡村碳减排量核算。

1.3 乡村碳排放核算

乡村碳排放核算采取排放因子法，排放因子参考《省级温室气体清单编制指南（试行）》以及相关文献研究［7-9］来进行核算。温室气体全球变暖潜势值甲烷取25，氧化亚氮取298。

1）农业活动碳排放

农田种植水稻后，土壤中有机物在水淹条件下产生甲烷排向大气。随着农田化肥、粪肥等施用，农用地输入氮极易产生氧化亚氮排放。在养殖畜禽过程中，畜禽消化道内的饲料被微生物发酵产生甲烷排放，排泄的粪便被细菌分解产生甲烷和氧化亚氮。故乡村农业活动温室气体排放主要为稻田排放、农用地当季氮输入引起的排放、动物肠道发酵排放和动物粪便管理排放，碳排放量计算公式如式（1）所示。

式（1）中，E农业为农业活动产生的碳排放量，ADi为农业活动中第i种排放源活动数据，EFi为第i种排放源对应的排放因子。

2）燃料消耗碳排放

燃料燃烧产生的温室气体排放主要为日常生活炊事、取暖以及私家车、农用车等消耗燃料产生的CO2排放，碳排放量计算公式如式（2）所示。

式（2）中，E燃料为燃料消耗产生的碳排放量，ADj为第j种燃料使用量，EFj为第j种燃料对应的排放因子。

3）外购电力使用排放

外购电力使用排放是指照明、制冷等电器产品使用电力引起的间接碳排放，碳排放量计算公式如式（3）所示。

式（3）中，E用电为外购电力使用产生的碳排放量，AD用电为使用电量（不含自发自用电量），EF电网为电网排放因子。

1.4 乡村碳减排核算

1）林地吸收碳减排

林地作为乡村主要碳汇，通过森林植被光合作用吸收大气中的CO2。林地吸收CO2减排量计算公式如式（4）所示。

式（4）中，ER林地为林地减排量，AD林地为林地减排项目活动数据，EF林地为林地碳减排因子。

2）可再生能源利用碳减排

乡村可再生能源丰富，以太阳能、风能和生物质能为主，受地域和季节等因素影响小，是乡村碳减排的主要途径。可再生能源利用减排量计算公式如式（5）所示。

ER可再生能源=AD可再生能源×EF可再在能源（5）式（5）中，ER可再生能源为可再生能源利用减排量，EG可再生能源为可再生能源减排项目活动数据，EF可再在能源为可再生能源减排因子。

2 碳排放特征分析——以红畈村为例

2.1 红畈村基本概况

选取位于湖北省孝感市大悟县新城镇北部的红畈村作为研究对象，红畈村紧临G346 距镇区9 km、孝感北站15 km、县城区24 km，地处大悟县中部，现有电源为10 kV 新府线，与10 kV 河店线单联络，耕地面积1 600.5 亩（其中水田997.5 亩，旱地603 亩），山场林地3 500亩。

2.2 调查方法及数据来源

本文采取问卷调查获取碳排放活动数据，问卷内容涉及家庭基本情况、农作物种植及化肥使用量、畜禽养殖情况、燃料消耗情况和外购电力使用共五方面。针对金岭小学、村委会办公楼、现代农业科技示范园、光伏电站等典型园区楼宇，采取实地调研方式获取燃料燃烧、用电量、屋顶光伏面积、光伏年发电量等数据。对于尹千红猪场、雷道义养牛厂等规模化饲养场所，实地调研掌握饲养动物品种、动物数量、粪便处理方式等情况，用于对红畈村碳排放情况进一步核算与分析。

2.3 碳排放情况

根据问卷调查和数据处理结果得到了红畈村碳排放情况。在碳排放方面，红畈村2021年度 CO2排放量共计1 018.39 t。其中：农业活动产生CO2539.51 t，占比52.98%；燃料消耗产生CO2117.42 t，占比11.53%；外购电力使用产生CO2361.46 t，占比35.49%。

1）农业活动碳排放

在农田种植方面，红畈村耕地大面积为水田，种植的农作物基本为水稻，农田施肥有化肥、粪肥和秸秆还田，农户目前以施用粪肥和化肥为主。在畜禽养殖方面，红畈村既有农户散养还有规模化养殖，动物数量较多。经计算，红畈村2021 年度农业活动过程产生的CO2共计539.51 t。其中：稻田种植产生的CO2为164.03 t，占比30.41%；农用地氧化亚氮排放过程产生的CO2为86.87 t，占比16.10%；动物肠道发酵过程产生的CO2为115.63吨，占比21.43%；动物粪便管理过程产生的CO2为172.98 t，占比32.06%。农业活动具体数据见表1。

表1 农业活动碳排放数据Table1 Carbon emission data of agricultural activities

2）燃料消耗碳排放

在炊事方面，村民大多使用的是传统炉灶，薪柴依然是村民主要生活能源，随着户用传统炉灶升级改造，部分村民已经使用液化石油气等化石燃料来替代薪柴。在交通方面，村里移动源主要有村民私家车和农业机械车两种，私家车6台，农业机械车1台。经计算，红畈村2021 年度燃料消耗产生CO2共计117.42 t。其中：消耗液化石油气产生的CO22.79 t，占比2.38%；消耗薪柴产生的CO296.44 t，占比82.13%；消耗汽油产生的CO210.26 t，占比8.74%；消耗柴油产生的CO27.93 t，占比6.75%。燃料消耗具体数据见表2。

表2 燃料消耗碳排放数据Table 2 Carbon emission data of fuel consumption

3）外购电力使用排放

红畈村外购电力使用主要集中在红畈村村民日常生活、金岭小学、村委会办公楼、现代农业科技示范园、农业灌溉等场所用电，用电设备类型包括电脑、电视、空调、冰箱、电动车、照明、打印机、电炊具、水泵等。随着村里电气化改造完成，金岭小学目前已实现校园全面电气化，村里使用电磁炉、电饭煲等电器炊具的家庭也越来越多。通过调查，2021年红畈村外购电力使用电量累计687.58 MW 时，因外购电产生的间接CO2排放共计361.46 t。

2.4 碳减排情况

红畈村四面环山、树木覆盖密度大，已有山场林地3 500亩，2021年林地吸收CO2量310.33 t。

红畈村位于湖北东北部，光照比较充分，太阳能资源相对丰富，2021 年村里已建设投运100 kW 光伏电站、81 kW屋顶光伏、以及金岭小学100 kW屋顶光伏，光伏发电净上网电量为229.442 MW 时，折合减排164.14 t CO2当量。

在碳减排方面，红畈村2021年度 CO2减排量共计474.47 t，其中林地吸收CO2量310.33 t，占比65.41%；可再生能源利用项目碳减排量164.14 t，占比34.59%。

3 零碳乡村建设策略分析

红畈村2021年度 CO2总排放量为1 018.39 t，减排项目CO2减排量为474.47 t，净CO2排放量为543.92 t，碳排放情况见图2。

图2 2021年度红畈村碳排放情况Fig.2 Carbon emissions in Hongfan Village in 2021

通过红畈村碳排放核算结果，可以发现影响乡村碳排放量的主要因素是农业活动、燃料消耗和外购电力，其中，农业活动和外购电力占比超过85%，对碳排放量影响显著。根据分析得出乡村碳排放的主要影响因素，本文提出如下减排策略。

1）加强畜禽废弃物利用

在红畈村农业活动中，畜禽肠道发酵碳排放占比21.43%，粪便管理碳排放占比32.06%，畜禽养殖碳排放总计占比53.49%，畜禽养殖已经成为红畈村农业活动中的第一大碳排放源。随着经济发展，乡村养殖业规模正在逐步扩大，畜禽养殖产生的废气和粪便如不加以利用，不仅污染环境还会增加碳排放。为加快零碳乡村建设，应当优化养殖管理，推广养殖新技术新理念，调整养殖畜禽的饮食结构。推进养殖场生态化改造，建设配套的废弃物处理装置，利用粪污发酵形成沼气清洁能源、利用堆肥发酵生产有机肥料。运用生物处理技术、碳捕集技术吸收处理畜禽废气，提高畜禽污染废弃物资源化利用水平。

2）推广种植业低碳生产

在红畈村农业活动中，稻田甲烷产生碳排放占比30.41%，农用地氧化亚氮产生碳排放占比16.10%，农田种植总计占比46.51%。红畈村农田种植以农户分散化经营为主，种植方式较为粗放，种植作物单一，农户对农业低碳技术认知薄弱导致使用化肥、农药量大，造成农田种植产生碳排放量多。在实现零碳乡村的过程中，应当大力推广种植业低碳生产，加强农田水肥管理，持续推行化肥减量深施、稻田减耕少耕、有机肥替代、间歇灌溉等保护性措施。完善秸秆收储体系，因地制宜推进秸秆综合利用，提升秸秆综合利用水平。运用网络、广播、宣讲等多媒体手段向农户普及低碳种植的科学知识，提供技术支撑和专业指导，鼓励种植大户开展农业低碳生产试点，引导农民发展低碳农业。

3）大力发展可再生能源

在红畈村碳排放中，外购电力使用碳排放占比35.49%，是红畈村主要碳排放源之一。外购电力碳排放占比大主要在于红畈村现阶段新能源开发少，使用比例低。乡村作为可再生能源发展的主要阵地，应大力推进乡村可再生能源开发利用，因地制宜推广应用太阳能、风能、生物质能等多元用能方式。目前，红畈村依托风能和太阳能资源优势，建设3台总装机15 kW的垂直轴风力发电机和装机容量1 MW 的荒坡光伏，将进一步增加乡村清洁能源供应比例，推动乡村炊事取暖、电力使用等方面的可再生能源替代。

4）倡导绿色低碳出行

随着乡村生活水平的提高和交通情况的改善，柴油车、汽油车等交通工具在农村逐渐普及，在红畈村燃料燃烧中，交通产生碳排放占比15.49%，乡村交通碳排放正在与日俱增。为加快零碳乡村建设，应大力推广和实行绿色交通，开发清洁能源为动力的交通工具，减少高碳排放交通工具的使用，短距离的出行鼓励采用自行车或者步行，以降低农村交通系统的碳排放。红畈村目前已建设一座“风、光、储、充一体化”新能源汽车充电站，能够供应3 台60 kW 直流充电桩和3 台7 kW交流充电桩，并可储存200 kW时电力，将进一步降低交通碳排放，助力实现农村交通系统低碳化发展。

4 结语

本文基于农业主导型乡村的活动特点，提出乡村碳排放核算框架和核算方法。选取零碳乡村建设试点孝感市大悟县红畈村为典型案例，通过对红畈村进行碳排放基础数据调研，核算出红畈村2021年度碳排放量和碳减排量，分析影响乡村碳排放的主要因素和减排关键点，提出了加强畜禽废弃物利用、推广种植业低碳生产、大力发展可再生能源和倡导绿色低碳出行的乡村减排策略。