湖北省粮食生产低碳发展策略研究

李 伟

（武汉轻工大学,湖北 武汉 430048）

2020年9月22日，国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话时指出：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”农业是第二大温室气体排放源，也是碳排放的重要来源之一[1]。目前，农业生产活动产生的温室气体排放占全国总量20%左右，碳排放占全国碳排放总量13%左右。目前化肥是我国农业生产中最大的碳排放源。面对“双碳”目标，高碳排放的传统农业发展模式面临挑战，农业绿色低碳转型迫切需要得到推进。本文基于湖北省粮食生产现状，对其粮食主产区碳排放量进行测度，根据碳排放来源及其原因提出碳减排措施。

1 湖北省粮食生产现状

湖北省内三面环山，中间低平，主要分为鄂西山地、江汉平原、鄂东北低山丘陵和鄂东南低山丘陵四类。湖北省属亚热带湿润季风气候，年平均气温15～17 ℃，年平均降水量为800～1 600 mm，自东南向西北递减[2]。这样的气候条件对粮食作物（尤其是水稻和小麦）的生长十分有利。此外，湖北省境内除长江、汉江干流外，省内各级河流河长5 km以上的有4 228条，河流总长5.92万 km，其中河长在100 km以上的河流41条。湖北素有“千湖之省”之称。境内湖泊主要分布在江汉平原上。现有湖泊755个，湖泊水面面积合计2 706.851 km2。这为农业灌溉提供了充足的水源[3]。湖北省的粮食作物以水稻、小麦为主，同时也种植玉米、油菜等作物。湖北省是农业大省，也是13个粮食主产省之一，守好“湖北粮仓”，提升粮食安全保障能力，就是为“确保中国碗装中国粮”作出湖北贡献。

2 湖北省粮食主产区的碳排放量测度

2.1 测度模型

在进行湖北省粮食主产区生产的碳排放量测度时，可以参考IPCC清单估算法。IPCC清单估算法是由联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC）提出的一种用于估算温室气体排放和吸收的方法。这种方法旨在为各国提供一个标准化的框架，以便统一计算和报告温室气体排放和吸收数据，从而支持全球气候变化的监测和政策制定。IPCC清单估算法的应用范围非常广泛，涵盖了从能源、工业过程和产品使用、农业、土地使用、土地使用变化等多个领域的温室气体排放和吸收[4]。本文构建如下粮食生产碳排放估算模型：

其中，C为湖北省粮食主产区的碳排放量总额，单位：吨；C农资为湖北省粮食主产区的农业生产资料投入时产生的碳排放量；C土壤为湖北省粮食主产区生产过程中土壤的碳排放量；C秸秆为湖北省粮食主产区因焚烧秸秆而产生的碳排放量。

2.2 测度指标

C农资主要估算的是由化肥、农药、农膜、柴油、灌溉等农业资料投入而产生的碳排放量。参考蔡慧敏的《中国农业碳排放地区差距的结构分解》，取化肥的碳排放系数为0.896 kgce/kg；取农药的碳排放系数为4.934 kgce/kg；取农膜的碳排放系数为5.18 kgce/kg；取柴油的碳排放系数为0.593 kgce/kg；取灌溉的碳排放系数为20.476 kgce/hm2[5]。

C土壤主要估算的是由湖北地区主要粮食作物种植时，土壤产出的碳排放量，主要包括水稻、小麦、豆类、玉米和薯类。将粮食作物种植时，需要将CH4和N2O换算为碳源因子进行核算，参考吕迎的《甘肃省农业碳排放综合测算及驱动力分析》，取CH4的转换系数为6.82，参考韦娜娜的《OH自由基与烷烃反应动力学研究》，取N2O的转换系数为81.27，转化后的碳排放系数单位为kg/hm2。换算后，水稻种植的土壤碳排放系数为3 116.81 kgce/（hm2·a）；小麦种植的土壤碳排放系数为166.603 kgce/（hm2·a）；豆类种植的土壤碳排放系数为62.578 kgce/（hm2·a）；玉米种植的土壤碳排放系数为205.776 kgce/（hm2·a）；薯类种植的土壤碳排放系数为172.2 kgce/（hm2·a）[6]。

C秸秆主要估算的是上述五类主要粮食作物秸秆露天焚烧时的碳排放量，其中Zi为第i项作物的产量，单位为kg；Ni为第i项作物的谷草比，谷草比是指反映禾谷类植物种植时谷粒与秸秆重量比值的一种生物学指标参数[7]，本文参考王书肖的《中国秸秆露天焚烧大气污染物排放时空分布》一文，取上述5种粮食作物的谷草比分别为2、1、1、1.5、1；B为粮食作物秸秆露天焚烧的比例，已知公布的最新数据，2015年粮食作物秸秆露天焚烧比例约为9.0%，作为湖北省粮食作物秸秆露天焚烧的比例；F为粮食作物秸秆露天燃烧的效率，为80%；EFi为粮食作物秸秆露天燃烧的排放因子，其中玉米的秸秆露天燃烧排放因子为0.770，小麦秸秆露天燃烧排放因子为0.592，稻谷秸秆露天燃烧排放因子为0.574，豆类秸秆露天燃烧排放因子为0.612，薯类秸秆露天燃烧排放因子为0.627[8]。

2.3 测度数据来源

调查数据源于2013—2021年《湖北统计年鉴》《中国农村统计年鉴》。

2.4 调查结果分析

由表1和图1可知，湖北省粮食生产因农业资料投入产生的碳排放量C农资在2012—2020年呈现出缓慢下降的趋势，从2012年的564.16万吨降至2020年的431.59万吨，整体排放量占比较高，约为33.96%。其中，在2014年时出现了一次激增，达到了615.20万吨，相较于2013年的增幅达16.34%。

图1 2012—2020年湖北省粮食生产碳排放量统计图

表1 2012—2020年湖北省粮食生产碳排放量统计表 单位：万吨

湖北省因粮食作物土壤种植产生的NH4和N2O，换算为碳排放量，C土壤在2012—2020年呈现出整体的下降趋势，同时土壤碳排放的占比较高，达到了36.41%。

湖北省因粮食作物种植产生的秸秆焚烧制造的碳排放，C秸秆在2012—2020年呈现出整体下降趋势，仅在2018—2019年出现了10.47万吨的碳排放量上升，整体排放量占比最低，约为29.63%。

整体来看，在2012—2020年，湖北省粮食种植产生的碳排放量呈现出整体下降趋势，然而在2013—2014年，呈现出了73.05万吨的土壤碳排放量上升现象，主要是因为农资投入量激增。

3 湖北省粮食生产的碳排放来源及其原因分析

3.1 农业生产资料投入带来的污染

在湖北省粮食生产中，农业生产资料的投入是主要的碳排放源之一。根据2012至2020年的研究数据，由于农资投入产生的碳排放量（C农资）虽然呈现缓慢下降趋势，但在总碳排放量中所占比例仍然高达33.96%。这一现象主要源于农作物生产过程中对化学肥料、农药和农膜等的广泛使用。化肥和农药的生产及使用过程中不仅消耗大量能源，还释放出大量的二氧化碳和其他温室气体。例如，氮肥的生产和使用过程中会产生一氧化二氮（N2O），这是一种强效温室气体，其全球变暖潜能是二氧化碳的约298倍。此外，农业机械的使用，尤其是在耕地和收割作物时，也是碳排放的重要来源。农业机械多依赖柴油作为动力源，其燃烧过程中会直接排放二氧化碳。同时，机械化作业还可能导致土壤结构被破坏，影响土壤的碳储存能力。秸秆的露天焚烧也是一个不容忽视的碳排放源。尽管其在总碳排放中的比例相对较低，但秸秆焚烧不仅直接释放二氧化碳，还会产生大量的颗粒物和其他有害气体，进而危害环境。此外，秸秆焚烧还意味着错失了将其作为有机肥料或生物质能源利用的机会，从而降低了农业生态系统的整体功能[9]。

3.2 传统农业生产技术带来的影响

湖北省粮食主产区的农业生产依赖于传统技术，这不仅导致生产效率低下，还加剧了碳排放。根据研究数据，尽管农资投入导致的碳排放量在2012—2020年有所下降，但传统农业技术的低效率仍是碳排放量居高不下的主要原因之一。这种低效率主要体现在能源利用不足、土地管理不当以及农业废物处理不善等方面，这些因素共同导致了农业生产过程中温室气体排放量的增加。

4 基于双碳目标的湖北省粮食生产低碳发展途径

4.1 合理控制农业物质投入

为了降低湖北省农业生产中的碳排放，合理控制农业生产资料的投入至关重要。减少化学肥料的使用并用有机肥替代是一个有效的方法。这不仅可以降低农业生产中的碳输入量，还能减少对土壤的污染，从而促进农业生态系统的可持续发展。此外，秸秆等农业废弃物的再利用也是减少碳排放的关键措施。将秸秆用于生物质发电或气化，不仅能减少露天焚烧带来的碳排放，还能提高资源的循环利用率[10]。

此外，风力和太阳能等清洁能源的利用也是降低农业生产碳排放的有效途径。在湖北省农村地区，可以通过建设风力发电设施和太阳能光伏板，利用这些可再生能源为农业生产提供清洁、低碳的电力。例如，太阳能光伏系统可以用于驱动农业灌溉系统，而风力发电则可为农村地区的仓储和加工设施提供电力。这样不仅能降低对化石燃料的依赖度，还能降低农业生产的整体碳足迹，推动湖北省农业向更加绿色、可持续的方向发展。

4.2 推动农业设备更新换代

从粮食主产区生产过程中的碳源输入进行分析，化肥、农药、薄膜、柴油是造成碳排放量增加的主要原因。因此，湖北省应该在全省范围内着重发展绿色生态农业，减少上述农业资料的投入情况，研发并推广可降解的农膜、新能源生产机械、有机肥料，并减少农药的使用量，向农民推广科学的种植模式，以此来减少碳排放量，实现粮食生产的低碳发展。

4.3 大力发展农业生产科技

将高产优质技术与节约型农业技术相结合，依靠技术转变粗放经营方式，推动农民向产业工人角色的转换。为获得更好的生产和环境效益，湖北省应该更加关注数字农业、绿色农业等新型农业的发展，如在该西部丘陵地区，利用现有的地形地貌条件发展设施农业，种养类别可包括中药材、烟叶、畜禽等方面。合理调整粮食种植模式，推广种养结合的低碳生产模式，在农业种植中消耗牲畜养殖产生的碳排放，既能减少粪便造成的碳排放和污染，也能减少物质资料的投入，抑制现有粮食生产对于耕地整体生态系统的负面影响[11]。

4.4 加强农户低碳意识培养

为了促进湖北省粮食主产区的低碳农业发展，关键在于加强农户的低碳意识培养。首先，政府和相关机构应开展针对性的教育培训项目，向农户普及低碳农业的概念、技术和实践方法。这包括提供关于节能减排、可持续农业技术（如精准灌溉、有机肥料使用、生物质能源利用等）的培训，以及展示这些技术如何帮助农户提高产量的同时减少碳排放。

在当地建立示范基地，展示低碳技术的实际效果，可以有效地提高农户对这些技术的信任和接受度。同时，政府有关部门可以提供一定的财政补贴和技术支持，鼓励农户采纳低碳技术[12]。此外，加强与科研机构和高校的合作，引入最新的低碳农业研究成果和技术，为农户提供更多的学习和应用机会。通过这些措施，农户的低碳意识不仅可以得到增强，还能帮助他们应用低碳技术，从而提高农业的综合效益。

5 结语

“双碳”目标包括碳达峰、碳中和两个目标，其具有明显的阶段性特征，且紧密相关，碳达峰越早，其对经济的负面冲击越大，但可能有利于实现长期碳中和的目标。目前在构建低碳农业的整体趋势下，粮食主产区如何开辟低碳发展新思路已经成为当下的研究热点。因此，本文采用IPCC清单估算法，结合“双碳”理念，对湖北省粮食生产的碳排放现状进行了研究，为粮食主产区基于“双碳”目标的低碳农业发展提出了相应的对策建议，以期为湖北省粮食主产区的低碳农业发展提供参考。