碳索第13期 | 农田中的碳足迹有哪些呢？

日期:02-21-2022

编者按：世界农化网『碳索』系列文章，对“双碳”背景下跟可持续发展相关的政策法规，产业环境，企业先进实践等话题开展专题讨论，以期从全球视野带来更广泛的观察和思考，助力中国农业健康持续发展。农田生态系统循环是土壤、作物以及外界环境之间的相互作用、相互影响的一个过程，这个过程相对比较复杂，那么农田中的碳足迹有哪些呢？本期内容，小编根据历史资料及研究为大家总结一下农田生产过程中的碳足迹来源，并探讨其相关问题。

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近些年来，温室气体排放导致的全球变暖现象，是目前全球领域研究的热点和国际谈判焦点。IPCC的第六次评估报告表明，目前全球地表平均温度较工业化前高出约1℃。从未来20年的平均温度变化预估来看，全球温升预计将达到或超过1.5℃。在考虑所有排放情景下，至少到本世纪中叶，全球地表温度将继续升高。除非在未来几十年内大幅减少二氧化碳和其他温室气体排放，否则21世纪将超过1.5℃和2℃。，其中北半球中纬度地区升温幅度最大。引起气候变暖最主要的原因是由人类活动所引起的温室气体排放。农业作为主要的生产活动，受气候变化的影响最明显，同时也是导致温室气体排放增加的关键。

 

中国作为一个人口大国，随着社会的进步，对粮食的需求也在增加，因此产量成为了人们所追求的目标，为了达到这个目的，采取了一系列不合理的措施，例如化肥的大量施用，过度耕作以及栽培作物等，从而使土壤被过度开发利用，温室气体排放增加。农业不同于其他的产业部门，在增加或减少温室气体排放的同时也伴随着土壤结构的改善。

 

农田生态系统循环是土壤、作物以及外界环境之间的相互作用、相互影响的一个过程，这个过程相对比较复杂，会受到气候条件、种植制度、耕作措施、土壤性质以及农田管理等各种因素的影响和制约，而这其中的任何一个因素都会使农田的碳排放发生变化，产生“碳源”和“碳汇”的连锁效应。

 

碳足迹作为一种新型的评价方法，成为了近年来关注的重点。某种活动所引起的或某种产品生命周期内积累的直接、间接度量二氧化碳等温室气体的排放方法，称为碳足迹(Carbon Footprint,CF)。农田碳足迹主要分为两种，一类是直接导致碳排放增加的直接碳足迹，主要包括在农业生产过程中，由于使用农业机械所产生的柴油消耗和施用化肥所产生的碳排放量；另一类是间接导致碳排放增加的间接碳足迹，主要是指农药、种子等在生产运输以及灌溉的过程中所产生的碳排放。大气中来源于农业活动的的CO₂、CH₄和N₂O的比例分别为20%、70%和90%。

 

1.化肥施用对农田碳足迹的影响

化肥是影响农田碳足迹的主要因素，且呈现逐年上升的趋势。2001-2016年我国化肥施用量出现了一定的下降趋势，但化肥使用仍然是农业生产中最大的碳排放源，且我国化肥的使用强度也要远高于发达国家公认的安全红线。农药及化肥的大量使用，跟农作物转化率有关，因为农作物吸收农药及化肥约为10%~20%，所以80%~90%的农药及化肥实际上是被土地所吸收了，不仅破坏了土地的营养，同时造成土地污染及水质污染。使用化肥虽然能够快速使粮食产量增加，但由此产生的碳问题也十分严重，因此化肥的合理施用是减少碳排放和碳足迹的关键问题所在。

 

2.作物类型对农田碳足迹的影响

众多研究表明，农作物类型也会对农田碳足迹产生一定的影响。不同作物类型会造成光合速率的差异，从而影响到作物的碳吸收效率，园艺作物对碳吸收的贡献最大，其余依次为粮食作物和经济作物；例如，在东北地区的三大主要粮食作物中，大豆的单位面积碳足迹要显著低于水稻，而生产碳效率方面为玉米要高于这两种作物。水稻的碳足迹最高，玉米次之，小麦的碳足迹最低。

 

作物生长过程中，对氮肥的需求量较大，不同作物所需要的氮肥供应量也是不同的，与豆科类作物相比，禾本科作物所需的氮肥量较大，豆科类作物由于自身的生物学特性，可以自我提供一部分氮素，因此氮肥的施用量就相对减少，过度施用化肥，不仅会降低肥料的利用效率，增加化肥流失量，还会对农作物以及土壤环境造成不利的影响，导致土壤和环境污染，而氮肥的施用量又是与农田生态系统的碳排放量密切相关的。

 

不同种类农作物对光能的吸收利用效率也不同，造成农作物的碳吸收量存在不同程度的差异，产量是最能直接反映出来的。玉米属于C4植物（碳四植物），花生和大豆是C3植物，C4植物与C3植物的区别主要体现在作物的光合速率上，C4植物的光合利用效率高，能够更好的吸收和固定二氧化碳。因此，选择合适的作物可以降低农田碳足迹。

 

3.灌溉对农田碳足迹的影响

灌溉在农作物生长发育过程中起着关键作用，在农作物碳排放的各个途径中，除化肥以外，灌溉占碳足迹的比例在全国达到了21.6%，包括青海在内的12个省也已超过全国平均水平。在农田碳足迹中，合理的灌溉可以满足作物对水分的需求，过量的水分，还会增加土壤的呼吸作用，使土壤的碳排放量增加，因此选择合理的灌溉不仅能够直接减少水资源的浪费，还可以降低农田碳足迹。

 

4.农业机械对农田碳足迹的影响

随着机械化程度的提高，农业生产活动中机械的使用也大大普及，提高了农业生产效率，但是农业机械在田间工作时消耗燃油所产生的碳排放，也会对碳足迹造成影响。农田引起的碳排放总量正呈现出逐年增加的趋势。农业机械造成环境污染的来源主要包括以下两个方面：一是农用机械的使用油料的泄漏，造成土壤和地下水污染；二是农业机械（柴油机、汽油机）在工作过程中产生的废气排放对空气的污染，并对人体健康造成潜在危害。

 

农机废油污染是油料泄露的重要部分。废油是指农机维修保养时，清洗零配件的废柴油，更换的废机油、废齿轮油等。调查显示，农机维护保养过程中用于清洗零配件的柴油用量和机油用量分别占主燃油的1.5%和0.5%。然而，维修过程中仅有部分废油可被集中回收利用，多数则处于乱倒或乱排的局面，废油可直接污染土壤和地下水。

 

农业机械使用过程中所产生的碳排放占比虽然相对来说不大，但也是不可忽视的重要排放，通过少耕/免耕或提高农机效率能够减少使用过程中的碳排放，达到降低碳足迹的目的。

 

5.不同耕作措施对农田生态系统碳足迹的影响

不同的耕作措施对农田碳足迹的影响也不同。在农业生产活动中，离不开农业机械的使用，而对于农业机械的使用，不同耕作措施下的碳足迹差异主要与农业生产过程中的农业机械使用量有关，免耕因为减少耕作过程中的机械使用，从而与传统耕作措施相比减少了机械的碳排放量。不同耕作措施下机械油耗产生的碳排放80%以上是由整地、播种和收获产生的。免耕与传统耕作措施相比，能够增加土壤有机碳库，提高固碳能力，减少温室气体的排放。

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