碳排放量在生产资料投入因子影响下的计算探究——以云南红河州枇杷和石榴种植为例*

刘宏波

(1.西南林业大学园林园艺学院,云南 昆明 650224;2.国家林业和草原局西南调查规划院,云南 昆明 650031 )

碳排放在果树种植中属于一个特定时间和区域范围内通过果树生产活动排放出温室气体的过程,这个排放过程比较复杂,主要排放量为在果树种植过程中,投入的农药、化肥、杀虫剂和果树灌溉等生产资料因子后产生的温室气体的总和.果农为了提高果树的生产能力及农产品产量,在生产资料投入过程中还需要使用机械辅助来提高生产效率,这些生产资料消耗的柴油燃料同样会间接性的造成CO2排放.因此在果树种植过程中的碳排放是人为因素引起的直接排放和间接排放,排放的温室气体主要为CH4、CO2和N2O,旱地生态系统甲烷排放量很少,被土壤吸收后可以忽略[1],N2O主要是土壤中产生的N2O排放[2],这些氮合物是土壤中氮肥的输入而引起的.本文以云南红河州枇杷和石榴为例,实地调查采集数据,再对果树生产资料投入因子产生的温室气体和碳排放量进行计算,分析温室气体及碳排放规律,讨论在果树生产过程中生产资料的投入影响,以期提出的建议对农田生态系统的固碳减排起到促进意义.

1 生产资料投入产生碳排放计算方法

1.1 CO2排放计算方法

当前,测算农用物资的投入以及辅助机械产生的消耗造成的二氧化碳排放计算方法主要是碳排放系数法,此方法与生产资料的投入量和该物资对应的碳排放系数有着直接关系,也就是用物资投入量与该物资对应的碳排放系数相乘,累积所有碳排放源量,得出最终碳排放总量[3],尽管在计算方法上与国内学者的计算公式有所差异,但基本原理相似,计算公式如下:

∑CO2=∑Ui×βi

(1)

式(1)中,∑CO2表示为生产资料投入二氧化碳排放总量,单位为吨;i表示第i中物资碳排放源;Ui表示各生产资料投入量,单位为吨,包括氮肥使用量、钾肥使用量、磷肥使用量、农药使用量、灌溉和机械柴油使用量等;βi表示第i种生产资料投入所对应的碳排放系数.碳排放系数[4-6]见表1.

表1 各项投入生产资料的碳排放系数

1.2 N2O排放计算方法

参照《省级温室气体清单指南》的相关内容,果树种植过程中N2O的排放大致分为直接排放和间接排放,直接排放是由氮分子的输入量引起的排放,间接排放则包括氮淋溶和氮径流沉降引起的N2O排放[7].果树N2O排放量就是直接排放和间接排放中,氮的输入量与相应排放因子相乘,由此确定估算公式如下:

∑N2O=∑(N直接+N沉降+N淋溶)

(2)

N直接=N氮肥输入×EF直接

(3)

式(2)中,∑N2O代表氧化亚氮的总排放量,单位为吨;N直接代表氧化亚氮的直接排放量,单位为吨.式(3)中,N氮肥输入代表果树中输入的氮总量,单位为吨;EF直接代表生产资料的温室气体排放因子.

N沉降=N氮肥输入×10%×0.01

(4)

N淋溶=N氮肥输入×20%×0.007 5

(5)

式(4)中,N沉降代表氧化亚氮挥发经过大气氮沉降引起的排放量,单位为吨;0.01为挥发损失率.式(5)中,N淋溶代表径流和淋溶引起的排放量,单位为吨;0.007 5为淋溶径流损失率.各项投入生产资料采用的温室气体排放因子[8-11]见表2.

表2 各项投入生产资料的温室气体排放因子

1.3 温室气体排放总量计算方法

果树种植业中排放的温室气体主要为CH4、CO2和N2O,这些温室气体的产生分别来自于生产投入环节中所产生的直接排放和间接排放之和,果树种植的农田多为旱地土壤,CH4被旱田土壤吸收后可以忽略不计,因此温室气体排放总量的计算公式如下:

E=∑CO2+∑N2O

(6)

式(6)中,E代表温室气体排放总量,单位为吨.

2 果树碳排放的计算与分析

2.1 数据来源概况

此次数据来源于云南省红河州石榴、枇杷种植户的真实调研,数据来源地被称为云南的“石榴之乡”,地理位置属于低纬度高原,气候属于亚热带季风类型,当地平均气温为18 ℃,冬无严寒、夏无酷暑,每年11月至来年4月为干季,5月至10月为雨季.数据收集以实地问卷调查的方式,在当地农业技术推广机构的帮助下,通过对种植户中作物种类、化肥数量、燃油消耗、杀虫剂及除草剂等生产资料投入情况的多处走访,选出有代表性的实际用量进行统计,数值区域内比较集中的投入量列表如下(见表3、表4).

表3 枇杷种植每年每亩生产资料投入数量表

表4 石榴种植每年每亩生产资料投入数量表

2.2 温室气体排放量计算

通过对云南红河州枇杷和石榴每年每亩主要生产资料的投入统计结果,对果树种植过程中每年的温室气体排放进行计算,得出相关排放量数值见表5.

表5 枇杷、石榴每年生产资料投入产出的温室气体排放量

2.3 温室气体排放量构成分析

根据枇杷、石榴在种植过程中主要生产资料的投入产出的温室气体排放量计算结果,进一步来分析温室气体排放量的构成结构,此次排放量结构中不包含果实套袋及耕作采摘等人工产生的其他碳排放量.

2.3.1 枇杷种植过程中温室气体排放量构成分析

从各项温室气体排放量计算结果来看,枇杷在每年生产资料投入过程中产生的CO2排放量占总排放量的99.88%,产生的N2O排放量占总排放量的0.12%,其中由氮肥的投入所造成的温室气体排放量占总排放量的95.48%,由磷肥的投入所造成的温室气体排放量占总排放量的0.10%,由钾肥的投入所造成的温室气体排放量占总排放量的0.04%,由除草剂和杀虫剂的投入所造成的温室气体排放量占总排放量的3.04%,由机械燃料的投入所造成的温室气体排放量占总排放量的1.34%.各生产资料投入因子产出的温室气体排放量占比如图1所示.

图1 枇杷投入物资温室气体排放量占比图

2.3.2 石榴种植过程中温室气体排放量构成分析

从各项温室气体排放量计算结果来看,石榴在每年生产资料投入过程中产生的CO2排放量占总排放量的99.86%,产生的N2O排放量占总排放量的0.14%,其中由氮肥的投入所造成的温室气体排放量占总排放量的90.06%,由磷肥的投入所造成的温室气体排放量占总排放量的0.05%,由钾肥的投入所造成的温室气体排放量占总排放量的0.07%,由除草剂和杀虫剂的投入所造成的温室气体排放量占总排放量的7.34%,由机械燃料的投入所造成的温室气体排放量占总排放量的2.48%.各生产资料投入因子产出的温室气体排放量占比如图2所示.

图2 石榴投入物资温室气体排放量占比图

3 碳排放当量的转化

根据以上两种果树温室气体的排放量估算可以看出,不同种类的温室气体排放量之间存在着巨大差异,应该对每种温室气体的排放量转化为统一的碳排放当量,这样便于比较出总的CO2对全球变暖的直接影响效应,CO2作为参照气体的原因是其对全球变暖起到主要影响作用.由于单位质量CO2和N2O 在100 a 时间尺度上增温效应分别是CO2的1倍和265倍[12],碳排放当量是由温室气体的排放量乘以相对应的全球变暖潜能值(GWP)所得,那么单位区域内的碳排放量强度也就能直观的成为反映种植面积内碳排放能力的一个重要指标,碳排放当量和碳排放强度的计算公式如下:

C=∑CO2+∑N2O×265

(7)

Ct=C/S

(8)

式(7)中:C代表总的碳排放当量,单位为吨;∑CO2代表二氧化碳的总排放量,单位为吨;∑N2O代表氧化亚氮的总排放量,单位为吨.

式(8)中,Ct代表碳排放强度(吨/hm2);S代表果树的种植面积(hm2).

由式(7)、式(8)可以计算出红河州石榴和枇杷的碳排放当量及强度见表6.

表6 枇杷、石榴每年生产资料投入产出的碳排当量及排放强度表

4 结论与建议

通过上述果树种植过程中生产资料投入各项影响因子碳排放量的计算可以看出,在各生产资料投入中化肥的使用是产生CO2的主要来源,其中氮肥的使用直接影响着碳排放量的大小.为了追求果树产出效益,化肥和农药的投入必不可少,但是如果为追求产量长期过多使用化肥等不当的种植技术,就会使生产过程中的碳排放量增大,种植业的碳汇功能会由于碳排放量的增加而大大削弱,从而影响到整个农业碳汇减排固碳的科学进程.

针对以上结论,提出以下建议:一是加大新标准农田建设力度,通过对农业水利等基础建设的完善,减排低污、科学有序的提高农产品质量和产量;二是充分利用农业科学技术,推广种质新品种,结合区域差异的特点,在栽培和种植过程中寻求技术突破,实现农业碳汇减排增收的良性发展;三是在传统种植方式上应该不断改良,减少工业化肥的投入,多使用有机颗粒肥料,在提高资源节约与利用的同时,增大低碳产业补偿政策和措施.