农业碳减排的技术与政策作者：金书秦 李颖 胡浚哲钙粉生产线设备
来源：《开放导报》2021年第06期 [摘要] 农业是重要的碳排放来源，同时也是巨大的碳汇系统，农业减排固碳是实现碳达峰的重要途径。农业碳减排与推进绿发展具有一致性，一方面，要推广各项农业清洁生产技术，通过减少和合理使用化学投入品，秸秆、粪便等农业废弃物资源化利用，增强土壤碳 汇功能等，实现治污减排协同;另一方面，要发挥政策的引导作用，增加农业碳约束指标，将农业纳入碳交易市场，为农业持续减排提供政策和市场激励。
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[关键词] 农业减碳 碳达峰 技术 政策柔性触觉传感器
[中图分类号] F323 [文献标识码] A [文章编号] 1004-6623（2021） 0097-08
[作者简介] 金书秦，农业农村部农村经济研究中心研究员，博士，研究方向：农业资源环境保护政策;李颖，大自然保护协会，博士，研究方向：土壤健康与农业可持续发展;胡浚哲，哥本哈根大学食品与资源经济学系，研究方向：农业经济学。
中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，并努力争取在2060年前实现碳中和的目标，不仅体现了中国应对全球气候危机的雄心，也为农业的低碳发展提出了新的要求。农业既是重要的温室气体排放源，又是一个巨大的碳汇系统。据联合国粮食与农业组织（FAO）的统计，农业用地释放出的温室气体超过全球人为温室气体排放总量的30%，相当于每年产生150亿吨的二氧化碳。然而，健康的农业生态系统可以抵消掉80%因农业导致的全球温室气体排放量。因此，实现碳达峰，农业减排固碳既是重要手段，也有巨大潜力。 一、中国农业温室气体排放现状和趋势
从已有数据①可以看出，自1961年有统计以来，中国农业碳排放总体呈上升趋势，1961年农业碳排放总量为2.49亿吨二氧化碳当量（CO2e），到2016年达到8.85亿吨后略有下降，2018年为8.7亿吨。按此趋势来看，中国农业一定程度上已经趋近碳排放达峰，但农业能源消耗持续增长所产生的碳排放仍将带来较大不确定性。
从成分上看，我国农业碳排放以甲烷和氧化亚氮两类非二氧化碳温室气体为主。2018年甲烷、氧化亚氮、二氧化碳比例为3︰4︰3。近年来甲烷占比逐渐减少，而氧化亚氮的比例则平稳上升，二氧化碳占比越来越大。农业排放的“非二氧化碳”占比较高，在全球也是如此。IPCC第四次評估报告显示，全球范围内农业领域温室气体排放中，甲烷占总量的50%，氧化亚氮占60%。从来源看，在1979年能源消耗进入统计之前，种植业和养殖业基本各占“半壁江山”，近年来逐步发展为种植、养殖、能源消耗“三分天下”。细分来看，能源消耗、化肥、动物肠道发酵、水稻种植是四个最主要来源，2018年占据全球农业总排放量的76.9%。
二、农业碳减排的可用技术
从中国农业温室气体的排放来源看，实现农业减排的途径主要有两个：一是投入品减量，特别是化肥的减量增效;二是废弃物资源化利用。此外，通过改善土壤，也可以增强农业的固碳能力。
（一）减少化肥的温室气体排放
农田施肥是N2O主要的排放源，占我国N2O排放总量的74%。同时，肥料是资源依赖型产品，每生产1吨合成氨约需要1000立方米的天然气或1.5吨的原煤。据测算，如果氮肥利用率提升10个百分点，则可以节约2.5亿立方米的天然气或375万吨原煤。因此，提升化肥利用率、减少化肥的施用对于实现农业低碳发展至关重要。
1. 合理选择氮肥种类
不同的理化条件对不同氮肥种类造成温室气体排放的影响不同。在有氧条件下，尿素中的N2O排放量大于其他氮肥，而在较高的水分含量下，N2O的排放量差异较小。添加抑制剂或控制肥料释放对农田施肥的温室气体排放也有所影响。这类新型肥料可以分为物理包膜的缓释肥，以及添加硝化抑制剂和脲酶抑制剂的肥料。抑制剂通过影响特定类型的微
生物来影响土壤中氮元素的转化。硝化抑制剂抑制NH4+向N2O以及随后的NO3-转化。脲酶抑制剂则抑制了尿素的酶解作用，可使土壤中的氮元素以NH4+的形式存在更长的时间，有利于作物的吸收，从而实现减排。有研究认为，施加常规氮肥和缓释肥对土壤CH4和N2O的积累排放无显著影响，施加硝化抑制剂和脲酶抑制剂则能够显著降低土壤温室气体排放（姚凡云 等，2019）。
2. 合理掌握施肥时间
施肥时间影响农田温室气体排放量。种植后期施肥（种植时施加总量的33%，种植6周后施加67%），能在保证粮食产量的同时，降低氮肥使用量：比起传统的施肥方式，可有效减少50%的N2O和NO排放的研究表明，春季施用氮肥比秋季施用氮肥的排放量更低。在作物开始吸收氮的时候施加可溶性氮肥，如尿素，由N2O排放造成损失的可能性会更小。
3. 加强用水管理
优化农业用水能直接或间接影响土壤理化性质，进而影响土壤温室气体排放。滴灌系
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统可在节水的同时减少N2O排放。相比常规漫灌施肥，滴灌施肥可以显著减少蔬菜种植模式19%的N2O排放量，减少冬小麦—夏玉米轮作种植系统35%的N2O排放量。此外，当两种系统施氮量分别降低50%和30%后，在保证作物产量不变的前提下，其减排贡献可分别扩大到30.2%和45.8%。
4. 减少化肥用量
自2005年起，我国启动“测土配方施肥”项目，“测土配方施肥”项目涵盖土壤养分测定、施肥方案制定和正确施用肥料三大环节。测土配方技术可以有效节约氮肥20～35kgN·hm-2。在满足当前粮食产量的水平下，在全国范围内采用测土配方施肥的方法，小麦、玉米、水稻三大粮食作物主产区的化肥投入每年可消减814.1万吨，占这些地区三大粮食作物化肥使用总量的27.6%，且每年可以减少碳排放1045.9万吨。
（二）农业废弃物资源化利用
我国是农业废弃物产量最大的国家，且随着现代农业技术的发展，农业废弃物的产量呈现不断增多的趋势。其中，农作物秸秆和禽畜粪便占比最大，这两种废弃物的资源化利用对于农业废弃物管理最为重要。
鞋套 1. 农作物秸秆资源化利用
我国农作物秸秆每年的产量达8亿吨以上，且呈现逐年上升的趋势。焚烧秸秆是很多农户用来快速处理秸秆“占地”问题的解决方法，但是秸秆焚烧会直接导致空气中总悬浮颗粒数量的增加，并释放CO、CO2、SO2等气体。大量文献表明，秸秆资源化利用能够有效节能减排，但秸秆资源化利用存在秸秆生产分散、季节性强、易腐烂、收集和存储成本大等问题。目前还没有针对将分散的秸秆收集、运输、集中、再加工的过程中产生碳排放的核算研究，但是在计算通过秸秆资源化利用能避免或抵消温室气体排放的贡献时，应当考虑离田利用过程中产生的碳排放。
秸秆资源化利用有五种方式。
一是秸秆饲料化。农作物秸秆粗纤维、矿物质含量高，蛋白、油脂等含量低，反刍动物直接利用率低，如果只饲喂秸秆难以满足反刍动物的营养需求。因此，这类农业废弃物首先需要通过物理、化学或青贮等方法进行加工处理，提高粗蛋白的消化能力和牲畜喂养效果，进而提升牲畜的经济效益。
二是秸秆能源化。秸秆是一种很好的清洁可再生能源，平均含硫量只有0.38%，而煤的平均含硫量约达1%。使用农作物秸秆等农业废弃物作为发电替代物的成本比常规燃煤发电或直燃发电成本大幅减少，还可带来良好的环境效益。秸秆能源化节能率为4.6 x108J t-1，温室气体减排率为319.66 kg C02eq t-1。
三是秸秆原料化。现阶段我国农业废弃物的主要利用方向是制备生物质炭。生物质炭是指以生物质或生物有机材料为原料，在低氧或缺氧条件下，经过相对低温热裂解炭化产生的一类高度芳香烃难熔性固态物质，其炭化过程中，能量向热量转化较少，从而避免了大量的碳遗失。生物质炭中有超过60%的碳保留，被认为是一种高度稳定、难降解的碳形式，可减缓碳和氮的释放。生物质炭属于多孔碳材料，较大的表面积使其具有较强的吸附能力以及一定的持水性，可以有效改良土壤的理化性质、提高土壤肥力。大量研究证明，生物质炭的施用可以有效减少NO2的排放。但是，生物质炭处理的土壤对CH4的排放影响的研究结果差异很大。有的研究认为CH4排放减少（Rondon et al.，2005），有的则认为CH4排放增加（Zhang et al.，2010），还有的研究认为施用生物质炭对土壤CH4的排放没有显著影响（Knoblauch et al.，2008）。由此来看，生物质炭对于主要温室气体排放的影响，可能取决于土壤类型、生物质炭的化学性质与输入量等多方面因素。孙建飞 等（2018）
对2014年江苏省秸秆资源量及利用潜力的分析认为，如果将未被利用的秸秆进行热裂解炭化，可减少381.16万吨二氧化碳当量的排放，相当于全江苏省温室气体排放量的1.88%。
四是秸秆肥料化。秸秆肥料化利用的节能率为1.15x109J t-1，温室气体减排率为582.64 kg CO2et-1。利用生物质炭与传统化肥复合物制备的生物炭基缓释肥料是兼具惰性和活性的有机质。生物质炭中的固态有机碳骨架能作为载体，促进炭质、矿物质和化肥养分形成团聚体，减缓化肥快速的溶解释放速率，从而有效减少化肥的使用量。相比普通化肥，施用炭基肥能够降低小麦生长季N2O释放量的56.01%～63.53%;降低水稻生长季CH4排放量的25.45%～50.58%。此外，炭基肥被大量研究证明能够有效吸附土壤中的营养元素、改善土壤的微环境、提高根系和土壤的活性、提高作物品质。
一叶荻 五是秸秆基料化。农作物秸秆主要由纤维素、木质素等大分子有机物组成，通过科学搭配可以制成培养食用菌所必需的培养基原料。秸秆基料化利用技术主要分为秸秆栽培草腐菌类技术（鸡腿菇、草菇、双胞蘑菇、大球盖菇等）和秸秆栽培木腐菌类技术（金针菇、香菇、茶树菇、平菇等）。该技术的应用，不仅可以降低食用菌生产的成本、满足消费者的使用需求，还能创造良好的经济效益和社会效益;同时使秸秆得到有效利用，并且保
护了环境，建立了良好的生态效益。另外，在培养食用菌的过程中还会产生诸如菌丝体、蘑菇糠等副产品。这些副产品具有较高的饲用价值，将其加工成蛋白饲料实现秸秆的过腹还田，可以形成“农作物秸秆→食用菌→饲料→粪便→还田”的绿、高效的循环农业模式。
2. 畜禽粪污资源化利用
我国每年畜禽粪便产生量超过10亿吨，而温室气体CH4排放的主要来源之一就是养殖业粪污管理。因此，有效减少粪便CH4排放是实现低碳农业的重要途径。
一是粪便堆肥。堆肥是一种较为传统的畜禽粪便处理方式。现代化堆肥工艺多为好氧堆肥。堆肥过程中多种因素会对堆肥效果产生影响，包括堆肥的物料性质、添加剂性质、含水率、氧气浓度、温度、碳氮比、pH值等。温度和pH值显著影响NH3的排放，堆肥高温期、pH值幅度较大时，NH3排放显著增加。而N2O的排放主要在堆肥的前期和后腐熟期發生，通过添加不同性质的添加剂能有效改善NH3和N2O的排放。有研究证明，添加改性赤泥堆体或改性镁橄榄石堆体能够有效减少堆肥过程中的氮素流失，同时减少温室气体（N2O）的排放。堆肥过程中，氧气含量高，则CO2的排放量大，而CH4需要在厌氧条件
下产生。因而，控制适量的氧气含量，不仅能保持氧微生物的活性，也可调节CH4和CO2等温室气体的排放。生物质炭的施用对畜禽粪便堆体的改良作用也很明显。施加生物质炭能够延长堆体高温保持时间、提高保水效果，有效保持氮素、减少N2O、CO2等温室气体的排放。
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