“双碳”目标下农业“土-能-粮-废”关联作用与影响机制

于 博，刘雪晴，赵晓杰，孙 华

（1. 南京农业大学公共管理学院，江苏 南京 210095； 2. 南京农业大学中国资源环境与发展研究院，江苏 南京 210095；3. 根特大学地理学院，比利时 根特 B-9000）

碳排放引发的气候变化已经成为全球范围内最为严重的环境问题之一。作为负责任的大国，中国宣布力争在2030 年前实现碳达峰以及2060 年前实现碳中和（“双碳”目标）以共同应对全球气候危机。增加碳固存和减少碳排放成为实现中国“双碳”目标的重要路径。国务院连续颁布农业固碳减排的相关政策文件，与此同时中国政府在联合国气候变化框架公约第26 次缔约方大会（COP26）上强调将重视非二氧化碳温室气体的减排问题。中国作为全球重要的农业生产国，农业部门排放源中的甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）等非二氧化碳气体对气候变化的影响尤为重要，甲烷和氧化亚氮的全球升温潜力（GWP100）分别为二氧化碳（CO2）的28倍和265倍［1］。此外，农业兼具“汇”和“源”的双重属性，同温室气体之间存在复杂作用与反馈关系，因此在促进中国“双碳”目标实现的过程中发挥重要作用［2］。农业部门中的土地、能源、粮食和废弃物资源与温室气体排放活动紧密相关，如何管理有限的土地、能源等资源，满足农业供给和需求的同时增加碳固存、减少碳排放是当前中国农业绿色低碳发展面临的主要冲突和矛盾。

1 文献综述

关联（Nexus）分析是评估自然和社会要素之间相互联系以及改进其管理和使用的综合方法，关联概念自2011年德国波恩会议提出后，相关研究发展迅速，已经广泛应用于环境、气候、水文、土地科学、地理学及可持续发展领域［3-4］。关联分析可定义为将系统范围内的土地、水、能源、粮食、废弃物等资源视为服务人类生活的基本投入，并通过纽带进行联结［5］。政策压力下农业资源相互影响的复杂性被认为是关联研究的核心问题，其理想分析框架取决于区域和领域的特殊背景，并满足在相对确定的系统边界内开展。近年来，生态系统理论、资源利用理论、行为决策理论以及可持续发展理论等已被广泛应用于关联研究的理论框架中［6-8］。在理论分析中，农业生产和经济活动对自然和社会资源的依赖性更加强烈，这导致了资源要素在开发利用和政策压力下与环境和经济之间不可避免地存在冲突和权衡现象。“双碳”目标下农业“土-能-粮-废”关联作用机制研究有助于解决资源利用、环境保护和经济发展之间的协调问题。

长期以来，国内外已对农业的土地、能源、粮食和废弃物中单一要素与温室气体排放或固存关系进行了充分探索，如农业土地转用碳排放［9］、农田土壤固碳机制［10］、农业能源消耗碳排放［11］、粮食系统碳排放［12］及农废资源化利用碳减排效益等［13］。随着系统化研究思路的逐步完善，区域性“水-能-粮”［14］、“土-水-能-粮”［15］、“水-土-能-碳”［16］等研究已逐步展开，阐明了资源关联与“社会-经济-环境”之间的内在逻辑和响应路径。研究表明，各类资源在开发利用过程中不以“孤岛”形式存在，而存在着复杂的交叉和映射关系［17］。系统关联理论的运用为当前严峻环境下的固碳减排路径探索带来了研究契机。目前来看，现有研究大多聚焦于宏观层面对“水-能-粮”研究框架的扩展，而随着“千分之四全球土壤增碳计划”的提出，农业废弃物循环利用影响土壤固碳的研究也逐渐受到关注，这促进了关联作用研究中的单向要素关系向循环闭合的转变，凸显出构建农业“土-能-粮-废”要素关联（LEFW Nexus）研究框架的必要性。该框架下的资源协同管理、利用效率提升和要素配置优化等固碳减排路径是亟须探索的关键内容。

综上，该研究通过多层次检索、逐条筛选和精读泛读相结合的方法对国内外相关文献进行归纳和总结提炼，从理论角度上阐述了农业的“土-能-粮-废”关联作用与影响机制，并展望未来的研究趋势。

2 农业“土-能-粮-废”关联研究进展

2.1 农业“土-能-粮”关联研究进展

农业土地、能源和粮食关联研究主要包括两个方面：一是土地利用与能源作物的生产潜力研究。能源作物生产被认为是发展可再生能源、减缓气候变化的有效手段之一，对替代化石燃料及保障能源安全具有重要意义，边际土地或者撂荒耕地开展能源作物种植是提高资源利用并改善能源危机的有效措施之一［18］。近年来国内外不少学者从土地利用方式角度出发，运用GIS（Geographic Information System）［19］、CF（Carbon Footprint）［18］、GCLUC（Global Calculator Land Use Change）［20］等方法对全球或区域尺度的能源作物种植以减缓能源碳排放进行广泛研究（表1）。二是对土地能源投入产生碳排放的研究。水能消耗、农机能耗，以及化肥、农药、农膜等农产品的间接能源消耗是农业能源碳排放的主要来源，约占农业总排放的12.21%~14.21%［21］。土地和能源之间的作用关系还可能受到农业社会行为影响，如通过规模化生产提高农业机械效率，规划水资源灌溉周期和规模，化肥农药减量化投入等措施来避免更多的生产能源消耗碳排放［22］。

表1 农业领域的土地、能源、粮食和废弃物关联研究文献梳理

2.2 农业“土-粮-废” 关联研究进展

农业土地具有多重功能，不仅提供了植物生长和粮食生产的场所，还可以用于畜禽饲养。然而，随着农业活动的开展，不可避免地产生了作物秸秆以及畜禽粪尿等代谢产物。从“土-废”关联的角度解读废弃物资源化利用的固碳减排研究，发现秸秆还田和有机肥施用可能有助于增加土壤有机质含量并增加碳固存能力［10］。若采取有效农田管理措施估计中国未来耕地土壤年固碳潜力在596 万~8 840 万t/年，单位面积耕地土壤固碳潜力为0.05~0.68 t/（hm×年）［23］。从“土-粮”关联分析稻田甲烷与土壤氮排放，稻田因大量水分和土壤中甲烷氧化菌产生发酵作用，在甲烷单加氧酶催化反应过程中产生大量的甲烷气体排放［24］，约占据农业总排放的22.74%~25.95%［21］。通过设计实验测试发现水稻品种、粪肥种类、粪肥含氮量、土壤条件、温度湿度条件和交替灌溉模式是影响稻田甲烷排放速率的有效因素［25-26］。氮肥施用促进了土壤中硝化和反硝化作用生成N2O，同时NH3和NOx气体的挥发沉降以及氮淋溶也是农地N2O 的主要排放源。另外粪肥和生物炭配合、有机肥和化肥混合的方案可以显著提高土壤有机碳储存含量，既提高粮食产量又减少了氮氧化物排放［13］。“粮-废”关联的禽畜养殖碳排放包括，畜禽养殖可能需要耕地转化为农业设施用地，可能会带来局部系统性碳通量的改变［27］。养殖过程中反刍动物的肠道CH4和粪便管理N2O 分别约占农业领域的23.14%和7.71%［28］，而养殖加工、用水、运输、包装等与能源子系统相关联的碳排放尚未包含在内。

2.3 农业“能-粮-废” 关联研究进展

农业能源、粮食和废弃物关联研究一直是国际热点问题，特别是探索燃料乙醇、生物柴油和沼气等生物质能源的发展潜力对缓解全球能源危机的关键作用。生物能源是蕴含在生物质中的能量，是一种广泛的可再生能源，目前全球生物质能源的潜力范围大约在每年200~600 EJ［29］，其巨大的发展潜力也是实现农业低碳转型、循环经济发展、清洁能源生产的重要举措［30］。能源作物、作物秸秆和畜禽粪尿构成的供应链是“能-粮-废”关联的主要表现形式，如国内外重点关注的生物质能源潜力估算、原料供给、影响因素分析、生物质经济和环境效益等方面［31-32］。受中国“双碳”目标、“无废城市”建设、“农作物秸秆综合利用”等政策的影响，国内农业废弃物资源化利用研究持续升温，从秸秆全量化利用方式、粪污发酵、沼气工程建设、家庭沼气发展等角度对生物能源利用潜力开展系统分析，提出能源保障优化方案［33-34］。但是，生物能源的原料供应、处置效率、覆盖范围仍然存在资源浪费、部署不合理和经济成本高等问题，未来应关注清洁能源发展实践，充分发挥农业废弃物的环境公共品特征，探索生物能源、作物生产和废弃物利用之间有序循环的新道路。

2.4 农业“土-能-粮-废”关联研究进展

国内外农业“土-能-粮-废”关联研究目前未形成系统成熟的研究范式，相关要素框架常常包含在土地、水、能源、废弃物和气候变化的研究框架内，或以生物质能源生产潜力的形式与可持续农业发展目标相结合［14-15］。例如Li 等［35］以牲畜粪便的可持续能源优化特征为研究目标，将土地、粮食、水和能源要素在系统中进行关联作用分析获得最优的资源匹配方案。Yu 等［36］对农业废弃物温室气体减缓潜力系统化评估发现，农业废弃物系统化协同处置的固碳减排能力更为突出，结论也符合当下中国农业废弃物协同推进政策。综上，该研究将进一步从生物能源替代、土壤有机质提升、有机肥替代、废弃物利用等角度，探索农业“土-能-粮-废”关联对耕地质量提升、农业能源替代、粮食保障和废弃物协同资源化利用的促进作用，解析关联研究对中国“双碳”目标的贡献。

3 农业“土-能-粮-废”要素解析与框架构建

3.1 农业“土-能-粮-废”要素解析

土地、能源、粮食和废弃物不仅是农业活动中的重要组成要素，也是自然、社会、经济和环境的资源基础［37］。土地既为人类生产生活提供空间场所，也是粮食作物生长的载体；能源强有力地将人类社会从狩猎时代推进至文明社会，是农业发展的不竭动力；粮食是人类社会蓬勃发展的物质基础和可持续发展的重要保障；废弃物既是农业生产的代谢产物，也是具备开发潜力的可再生资源。土地、粮食、能源和废弃物长期处于相互联系和作用的状态，资源的管理模式也因政策的影响和限制变得更为困难，综合化展开多要素和关联机制解析对缓解当前资源匹配冲突和外部压力尤为重要。另外由于资源的空间分布、利用模式、基础设施和技术水平的差异，可在人为规划和参与下避免或减少部分碳排放，这为农业的固碳减排研究带来了契机。

农业生产活动中碳排放和固存过程包括土地利用、土壤固碳、水能消耗、农机耗能、电能消耗、交通运输、粮食生产、废弃物利用等，资源要素配置同自然、社会、经济和环境系统共同构成了农业“土-能-粮-废”关联巨系统（图1）。“土-能-粮-废”关联是农业永续发展的核心，随着系统化发展逐渐转向多元关联研究，农业多要素的参与增加了关联研究的不确定性，物质能量在流动过程对系统碳平衡产生了动态影响。农业“土-能-粮-废”关联也同样受到经济社会系统的反馈作用，如政策方案、生产需求和人类活动强度等迫使关联系统表现出相应的目标性特征，进而导致资源要素调控方案变得更加复杂和差异化。该研究旨在通过资源协同调控和优化要素配置等方式，同时满足耕地保护、能源节约、粮食保障、废弃物利用、环境降污等现实可持续需求，并探讨关联系统减少碳排放和固碳的潜力。

蒋介石在国民党执政的二十余年间，随着个人权势及外在环境的变化，不同时期对于党义阐述的重点和指向会有不同，其宣导的对象亦在不断扩大，但随着国民党在大陆失败的临近，其宣导的效果及实际影响的范围不断衰微。

图1 “双碳”目标下的农业“土-能-粮-废”关联研究

3.2 农业“土-能-粮-废”关联研究探索

关联研究依据要素种类将农业领域的土地、能源、粮食和废弃物划分为子系统，各子系统的内部作用和外部联系与固碳减排之间的响应方式需进一步明晰。土地子系统包括耕地、养殖业用地以及废弃物处置场地等不同利用方式，同时也包括利用秸秆、堆肥和沼液沼渣进行还田，以及施用堆肥和沼液沼渣对农田土壤有机碳含量的影响［13，38］；能源子系统涵盖了农业生产消耗、农产品加工、水能消耗和生物质能生产等多个环节［35，39］；粮食子系统既是土地和废弃物之间的关键连接，也是商品主粮、禽畜产品和农业废弃物的主要来源［14，37］；废弃物子系统则着重关注秸秆和粪污的资源化利用方式，有机肥和生物能源的输出分别供应土地和能源子系统。

“双碳”目标下农业“土-能-粮-废”的关联研究总结如下，土地子系统为粮食和能源子系统提供生产基础和场所，粮食子系统是废弃物子系统的原料供应端，也是废弃物资源化的消纳端；能源子系统为粮食和废弃物子系统提供发展动力，同时清洁能源生产也起到关键补充作用；废弃物发展清洁能源是碳减排的关键路径，同时废弃物与土地子系统的关联是农业固碳领域的主要措施之一。值得注意的是，各子系统的内部要素配置或效率的改变，以及同其他子系统交互过程都会引发整体碳收支变化。此外，中国具有农业资源分布不均匀性的特点，需要在资源管理、协同调控、配置优化路径上遵循区域因地制宜原则。在不同农业生产模式下，由于各子系统资源本底规模的差异，其交互过程也会影响到净排放量。

3.3 农业“土-能-粮-废” 关联理论解析与框架构建

农业“土-能-粮-废”研究对象是指农业生产活动与生态环境之间的相互作用关系及其调控机制。“土”包括农业土地利用情况、土壤有机质碳固存能力等；“能”是指能源，包括直接能源消耗、间接能源消耗、可再生能源生产等，以及在农业生产活动中的供应与使用。“粮”是指粮食生产、加工、储运、运输和消费等环节，但是不包含作物生长过程中因光合作用的短暂碳固存阶段；“废”是指农业生产代谢中的秸秆和畜禽粪污产量，以及其资源化利用对固碳减排的影响。

农业“土-能-粮-废”关联是农业发展过程中对自然环境的影响和作用，因此需要从自然科学、社会经济科学等多个学科的理论中进行分析和整合。关联作用机制研究中涉及了土地、能源、粮食、废弃物等人类生存资源，从生态系统理论出发，需强调各种资源之间的平衡与协调，但这可能忽略资源要素对社会经济的影响［40］，因此亟须加强对生态与社会经济系统之间的作用关系探究。资源利用理论可以分析各种资源之间的相互作用与影响关系，提高资源利用的效果与质量［8］，但面临着如何合理分配资源利益的问题，需进一步加强对资源利益分配方式的研究，从而更好推动资源利用的可持续性与公平性。为解决可持续发展难题，农业可持续发展理论通过优化农业生产方式和结构，实现农业生产、经济发展、社会进步和环境改善的协调发展，但该理论受区域异质性影响可能存在评价体系和评价机制区域协调性与地方针对性不够的问题［6］。另一方面，行为决策理论［41］有助于了解行为主体偏好、风险态度和行为动机，从而提供有关农业资源关联的决策指导，通过设计激励机制和契约的方式，推动行为主体的可持续农业实践。然而，受制于研究方法、环境背景和非复杂性等因素，该理论的研究结果可能存在较大偏差。

农业“土-能-粮-废”关联研究并不是探讨单一独立的理论体系，而是综合运用多种理论，在系统上探究多种要素之间的相互作用关系、维持资源利用平衡，为农业低碳可持续发展提供支持和引导。在此假设下，研究框架构建需要关注自然、社会、经济、环境子系统之间的相互促进和制约关系；分析“土-能-粮-废”关联的资源利用效率和可持续性，包括资源生产、使用、利用、循环等过程；解析资源关联与农业可持续发展的协调发展与冲突制衡关系；探索关联研究可能面临的制度障碍和政策挑战，包括土地政策、环境政策、经济政策和资源管理决策方案等因素的影响。结合表1 中的文献梳理结果，农业“土-能-粮-废”关联研究框架可运用物质能量循环［42］、生命周期评估［43-44］、系统动力学［37］、决策优化分析［35，45］等社会经济、环境科学和系统论中的理论模型和方法，深入了解农业“土-能-粮-废”关联的本质，为关联作用机制分析提供了更可靠和准确的理论基础。

4 农业“土-能-粮-废”关联影响机制分析

关联机制分析是评估自然和社会要素之间相互联系以及改进其管理和使用的综合方法，因此将分别从自然和社会科学层面选取多个研究角度展开。自然科学角度来看，碳和氮元素作为CO2、CH4和N2O 的主要成分，碳氮要素流动已经成为未来农业高质量发展的重要制约因素。科学合理的关联机制分析应从多个层面推动农业固碳减排，如资源协同、社会决策、经济发展和配置优化。为了探寻农业低碳公平发展的关键，需要建立健全的资源要素多层协同管理体制和优化农业管理模式、探究农业经济社会行为。社会科学视角应从农业经营方式、经济社会行为和资源配置及优化三个视角进行选择（图2）。在外部联系和影响因素方面，农业资源生产和利用时刻受到气候和环境等自然条件的限制。此外，农业资源的关联机制还面临着社会经济发展和政策法规的调节和限制。总之，农业“土-能-粮-废”关联机制涉及了自然、社会和外部等多个维度的因素，其影响涵盖了政策、管理、技术等多种手段。因此，为了实现农业的低碳可持续发展，必须采取综合、系统和协同的措施，促进各种要素之间的有效联动和资源关联。

图2 “双碳”目标下农业“土-能-粮-废”关联机制响应框架

4.1 碳氮生命周期视角

外源性的碳氮元素输入会改变土壤与大气界面的碳氮气体交换，影响土壤有机碳（SOC）储量和稳定性，长期以来碳氮元素循环和气候变化之间的反馈难以量化和预测。碳氮元素一直贯穿于“土-能-粮-废”关联的物质循环和能量流动过程。基于物质流、碳收支和生命周期视角，土壤有机碳储存、作物光合作用、秸秆饲料化、农业废弃物沤肥，有机肥还田中都包含碳氮动态变化。能源子系统中因碳输入、碳流动为整个农业生产供应链带来活力，如灌溉用能、粮食播种和收割、畜牧业养殖、秸秆加工、废弃物运输、废弃物沼气生产等。碳氮生命周期视角下的关联分析应注意：①关注影响土壤有机碳含量的关键因素，例如土壤质地、恢复年份、温度、降水、土壤粘粒含量和土壤深度等［55-56］。②关联系统中直接和间接能源消耗会产生碳排放，注意将可再生能源的生产排放与并网发电、热能转换区分核算。③关注区域农业土地利用和转用开发周期中的净碳收支变化。④沼液沼渣施用量和秸秆还田方案对土壤固碳速率的影响。“土-能-粮-废”关联研究中的碳氮元素流向复杂，易导致溯源分析过程混淆，故明确碳氮物质能量流向和划定研究系统边界尤为重要，另外注意子系统之间的关联分析应避免采用“黑箱”方式，可能会导致系统碳核算结果的重复或遗漏。

4.2 农业经营模式视角

“土-能-粮-废”关联研究深受农业经营模式及相关发展政策影响。中国的农业经营模式由私有制的分散经营模式逐步向合作经营、集体统一经营、产业经营及规模化经营转变。农业发展的不同历史阶段中，分别涵盖了资源开发、土地利用、肥料投入、能源消耗、废弃物治理等过程：①农村家庭联产承包和农业产业化对土地调整和分配，促进了粮食产量增长，但以经济效益和市场化为导向的经营模式导致大量化肥、农药、农膜的使用，造成了土壤有机质含量降低、板结、污染和温室气体排放［57］。②农户家庭式、分散式的经营相比于规模化经营，在土地开发、利用、翻耕、收获等环节浪费了更多的农机柴油和水能消耗，造成大量非必要碳排放。③随着新型农业主体不断扩大，各地政府明确规定禁止秸秆焚烧，但全国火点监测结果显示烧荒现象仍然存在。秸秆露天焚烧过程会产生大量CH4和N2O排放，折合二氧化碳当量排放因子约为802.0 g CO2e/kg［33］。④新型种养循环模式的推广有助于减少粪便管理、有机肥生产和畜牧饲料生产的碳足迹，例如在湖北省荆州、荆门和当阳市的案例研究表明，“作物-牲畜-沼气-作物”的循环农业模式可以在系统周期内减少大约4.26×108kg CO2e/年［45］。结合到“土-能-粮-废”关联研究中，推进农业用地确权、加快土地流转，逐步向集约化、规模化经营模式转变，将有助于提升耕地有机质含量、提高有机肥施用规模、促进农业“降碳减污”协同推进。

4.3 行为经济学人及社会决策视角

行为经济学人理论在农业领域的应用表现为行为主体对新知识、技术和实践的看法会影响他们的意图和行为［58］。例如对化肥和有机肥特性的了解不足可能会阻碍农民使用复合肥的意图，可能会导致土壤重金属超标、耕地有机质含量下降和农田面源污染［55］。中国农村的地方性共识［59］和农民的价值认知［60］对规模养殖户参与碳汇市场化交易促进农业碳减排发挥关键作用，但空间异质和农业生产水平不齐导致对行为主体应对气候变化措施的选择仍存在特征差异［61］。产生个体差异的原因可能来自于农民对待外部压力的方式，例如如何看待并应对来自政府、农产品供应商、经济利益和环境效益之间矛盾与压力。基于行为决策论的视角，农户需衡量自身和公共主体之间的利益关系，这将部分决定有机肥增用、化肥减量、农业废弃物协同处置、先进农机技术推广等固碳减排方案能否顺利实施。另外，农业增汇减排也需要激励政策以解决环境外部性问题，如进一步推进国家核证自愿减排量（CCER）等市场化交易进程，计划行为理论模型可用来分析农户参与低碳行为的潜力、动机、能力和意愿，并分析其驱动因素［62］。农业资源关联下固碳减排潜力评估是市场化交易的前提和基础，经济和政策激励是农业“土-能-粮-废”关联的内生动力，理性经济人是关联研究中的假设与前提条件。

4.4 系统资源配置及优化视角

农业“土-能-粮-废”关联的固碳减排潜力研究受系统优化目标、限制因素和方案措施的影响。本部分重点关注两个方面：一是优化目标值应按照侧重点赋予相应权重。如果将社会的可持续发展和人类生活福祉作为优化目标，那么粮食和能源安全将获得更多权重赋值；若针对区域环境治理和气候政策来考虑，那么农业固碳减排、土壤治理、空气污染控制以及水资源保护将得到更高的权重。二是关联分析中的限制因素。在土地利用政策方面，“三区三线”规划限制了土地转变和利用模式。基本粮食供给当以满足区域人均主粮和蛋白质营养元素的最低保障为限制因素，并以区域粮食产量规划为目标期望。对废弃物处置和沼气原料供应而言，应提高秸秆回收和粪污利用率，保证农业废弃物就近就地利用，推进粪污干湿分离减少处置成本，保障沼气厂原料充足供应发挥产能。此外还应考虑在适宜地区推广稻田干湿灌溉、浅湿灌溉、非充分灌溉及沟灌、管灌等节水节能模式，开展耕地质量评估和优化施肥方案等。关联研究的优化模型以固碳减排潜力为目标函数，约束条件包含国土空间规划、土地利用政策、粮食安全保障、农业废弃物利用效率等，依据情景模式设定获得最优解集合，并选择管理策略与优化方案。

4.5 外部联系与影响因素视角

（1）自然与环境因素。土壤和气候条件是“土-能-粮-废”关联分析的自然基础。土壤种类在一定程度上决定了粮食产出、水能需求、土地配置用途及肥料氮元素投入。温度、降水、风向风速等气候环境对土壤氮元素挥发、淋溶、甲烷菌反应速率、沼气生产效率、碳氮矿化都有直接或间接影响［63-64］，影响农业“土-能-粮-废”关联整体碳收支变化。

气候变暖和土壤污染是两个主要环境因素。气候变化引发的极端天气会增加农业的脆弱性，导致作物生长条件变化并对粮食安全造成威胁［65］。农药化肥过量投入导致的土壤重金属污染也是作物粮食和肉蛋奶遭受生态风险的重要来源之一［66］。这些为“土-能-粮-废”关联的稳定性带来极大的不确定因素，严重时会影响系统运转效率和减排能力，降碳减污协同机制的探索日益重要。

（2）社会经济与政策压力因素。循环经济发展、成本效益分析、社会决策行为等是推进“土-能-粮-废”关联的决定性动力。关联分析依托有机肥、生物能源、畜禽饲料等循环产品带来的经济效益能促进土地、粮食、废弃物要素形成有效闭路循环，对农民和地方政府来而言增加经济收入、减少处置成本是推进农业低碳可持续进程的关键［45］。此外，经济引导下的技术升级也能促进资源要素结构优化，提升农业经济效率［11］。农民、政府、公众、企业等多利益相关主体的社会决策行为，也对推进农业固碳减排发挥重要作用。

“双碳”和农业固碳减排等宏观政策指导了未来农业“土-能-粮-废”关联的资源配置和优化方向。目前环境治理、废弃物资源化、耕地保护、粮食安全、能源安全等政策之间的权衡难以界定，因此多项政策的执行优先级、重要程度和有序选择也不能在关联分析中被忽视［37］，目的旨在通过政策权衡驱动资源配置结构变化的方式发挥农业部门的固碳减排潜力以缓解碳中和压力。另外有效的废弃物资源化利用激励手段会促进农业减排效率，如作物秸秆还田、粪污回收和有机肥施用的补贴措施［55］，另外市场化交易制度也是农业固碳减排的重要保障。

5 研究评述与展望

农业“土-能-粮-废”关联现有研究已经围绕土壤固碳能力、土地利用碳变化、生物能源开发潜力、农业废弃物减排潜力、种养循环模式生态效益、粮食系统能源消耗、施肥模式差异氮排放等方面展开了丰富的理论与实证探索，但在“双碳”政策压力下考虑农业多要素之间关联作用的协同调控和优化配置仍需在未来的研究中给予重视。

5.1 研究评述

（1）研究理论的创新。农业“土-能-粮-废”关联研究跨越多个学科，覆盖土壤学、植物学、管理学、环境科学、经济学等多个专业领域。涵盖理论包括关联性理论、自然资源经济学理论、农业经济学理论、资源稀缺性理论、系统优化理论等。然而众多理论均有其自身的适用范围和研究特性，为处于复杂系统内服务“双碳”目标带来一定阻碍。此外，农业资源要素属性同社会经济发展难以割裂，自然和社会科学理论的交叉融合可能会较为全面地揭示关联作用的内在机制。目前大多研究仍分别沿用监测实验和社会行为研究范式，缺乏社会经济决策与自然要素之间的交互结合。

（2）研究内容的完善。近年针对土地、水、能源、粮食、气候、碳、氮等要素之间的关联研究持续受到关注。已经开展了气候适应、气候变化减缓、粮食安全、耕地保护、水土调配、资源开发、碳排放效率、国土空间优化等背景下的要素时空格局、组合特征和作用机理研究。但以土地、能源、粮食和废弃物构建要素循环动态的关联研究仍然缺乏，尤其是从土壤性质影响粮食生产、农业废弃物利用再反馈回土壤的闭合循环链依然考虑不全面，存在系统边界不清、溯源混乱、物质流向不明等情况，导致理论分析与现实应用存在偏差。

（3）研究对象的转变。农业固碳减排潜力评估不应该只关注在某一行为主体上，例如张俊飚等［67］认为农户对农业减排能力的影响可能收效甚微。政府、企业、公众和农户等多参与主体作为关联分析中经济、社会和环境效益的利益相关者应当受到更多关注。决策和博弈分析对政策目标实现和资源的最优利用具备显著促进效果。此外，政策协同和权衡通过网络化的方法刻画府际关系，比较多主体交互机制，提高关联系统农业减排效率，丰富内在关联机制研究，完善管理方案和决策支持策略。

5.2 研究展望

（1）“土-能-粮-废”关联与现代农业农村发展之间的联系。随着城乡融合和乡村振兴战略的不断推进，“土-能-粮-废”关联不仅反映了农业资源配置与优化，也要据此建立以社会生态包容性和合作发展方式为基础的农业农村新型发展模式。结合未来农村发展模式建立跨学科、多尺度的资源关联和农业代谢研究；制定和推进整县推进治理模式，提高资源效率并加强区域经济循环；开发和发展多层次治理工具，从博弈分析和多主体协同治理角度提升“土-能-粮-废”关联系统效率。

（2）不同背景下的农业“土-能-粮-废”关联研究。关联分析中的资源要素会依据背景目标的设定出现不同的组合和配置形式。虽然气候变化（RCP）、可持续发展（SDGs）、社会经济发展路径（SSPs）等背景已被广泛研究，但多重背景下的农业“土-能-粮-废”关联机理尚未得到全面的阐释。如气候变化背景下的区域资源韧性管理问题考虑的是气候压力下的资源状态及响应能力，但其与经济发展路径中的高效情景之间的协同关系仍未充分考虑。未来需综合权衡不同研究背景之间的可能矛盾，处理资源要素之间的潜在冲突，深化对资源管理与固碳减排效应的全面认知。

（3）农业“土-能-粮-废”关联研究的评估及优化方法更新。关联研究方法日益丰富，如足迹法、系统动力学模型、多目标规划模型等。系统动力学虽广泛应用于要素关联研究，但仍然面临农业数据不足和信息缺乏的难题，这为分析模型阈值和临界状态带来了一定挑战，未来需要加强信息整合，将单一学科的线性“树状”模型向跨学科的网状模型转变。另一方面，优化模型的结果确定很大程度上取决于参数取值，数据来源复杂、空间差异特征显著可能为模型带来不确定性，如何降低参数设置对整体结果的扰动并提高适用性同样值得关注。