研究區(qū)域農(nóng)作物化肥施用的碳排放趨勢演進規(guī)律與減排潛力對于合理制定農(nóng)業(yè)碳減排政策具有重要意義。文章基于“全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編”、“中國統(tǒng)計年鑒”和農(nóng)業(yè)部“小麥、玉米、水稻三大糧食作物區(qū)域大配方與施肥建議”中各地區(qū)的三大糧食作物產(chǎn)量、化肥投入類型及其數(shù)量等數(shù)據(jù)，采用碳排放系數(shù)法，測算并分析2005-2013 年中國三大糧食作物化肥施用碳排放時空演變與碳減排潛力。最后，結(jié)合實地調(diào)查，本文提出應(yīng)在糧食作物化肥施用碳減排潛力大的區(qū)域，通過政策激勵和市場化運作，提高測土配方施肥技術(shù)推廣的效應(yīng)。
1 、引言
農(nóng)業(yè)碳排放僅占中國溫室氣體排放總量的16%~17%，但其所擁有的減排潛力以及由此帶來的正外部效應(yīng)卻不應(yīng)低估。農(nóng)業(yè)碳排放源有農(nóng)業(yè)投入品使用、農(nóng)業(yè)能源耗費、農(nóng)業(yè)廢棄物處理、稻田甲烷排放、土壤氧化亞氮的直接排放、動物尤其是反芻動物養(yǎng)殖帶來的碳排放。世界糧農(nóng)組織（FAO）的相關(guān)研究表明，傳統(tǒng)集約農(nóng)業(yè)中75% 的二氧化碳（CO2）來自化肥、飼料及燃料。黃祖輝等采用分層投入產(chǎn)出—生命周期評價法研究浙江省農(nóng)業(yè)系統(tǒng)碳足跡，發(fā)現(xiàn)隱含在農(nóng)用能源和農(nóng)業(yè)工業(yè)投入品生產(chǎn)過程中的碳排放不容忽視，化肥（氮肥）生產(chǎn)、運輸、施用過程中引致的碳排放在整個農(nóng)業(yè)系統(tǒng)碳排放中所占比重最大。史磊剛等在系統(tǒng)評價了華北平原冬小麥-夏玉米兩熟種植模式的碳足跡，發(fā)現(xiàn)在其碳足跡構(gòu)成中的化肥、電能、柴油、種子和農(nóng)藥分別占總量的61.76%、25.03%、7.44%、4.75%和1.02%，氮肥使用量和電能消耗量均與碳足跡呈正相關(guān)。王才軍等研究表明，近15 年，重慶農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥使用導致的碳排放在整個農(nóng)業(yè)投入的碳排放中始終占據(jù)絕對大的比重。堯波等的研究表明，江西省農(nóng)業(yè)碳排放總量從2000 年的230.85 萬 t 增長到2010 年的290.51 萬 t，不同年份農(nóng)業(yè)碳排放均主要源于化肥施用與農(nóng)業(yè)機械使用。張廣勝等分析了中國農(nóng)業(yè)碳排放總量、結(jié)構(gòu)和效率的變動特征，結(jié)果表明，氮肥在化肥中的比重與農(nóng)業(yè)碳排放強度呈長期穩(wěn)定的正向關(guān)系，且其影響程度明顯高于其他的變量因素。
鑒于化肥施用對農(nóng)業(yè)碳排放的影響，農(nóng)業(yè)碳減排應(yīng)在控制氮肥施用和降低能源消耗上采取措施，在控制氮肥施用方面，可考慮以測土配方施肥技術(shù)的推廣應(yīng)用為核心，繼續(xù)推廣氮肥減施、精準施肥、水肥一體化和緩釋肥、長效肥、硝化抑制劑等減排技術(shù)和新型肥料。實際上，中國從2005年就開始推廣該技術(shù)，農(nóng)業(yè)部發(fā)布了一系列測土配方施肥技術(shù)推廣通知和扶持政策，如“測土配方施肥技術(shù)規(guī)范（2011 年修訂版）”和“小麥、玉米、水稻三大糧食作物區(qū)域大配方與施肥建議（以下簡稱三大糧食作物施肥建議）”。然而，從圖 1可以看出：1993-2013 年，中國糧食作物播種面積基本維持在11000 萬hm2 左右，糧食種植的化肥施用量增速是糧食產(chǎn)量增速的2.29 倍，單位產(chǎn)出的化肥投入邊際效益以年均1.75% 的速度降低。那么，多年的測土配方施肥技術(shù)推廣是否顯著降低了中國各地區(qū)三大糧食作物化肥施用的單位產(chǎn)品碳排放量？各地區(qū)三大糧食作物科學施肥的碳減排潛力還有多大？這些問題都非常值得學界研究。
國內(nèi)多數(shù)農(nóng)業(yè)碳排放研究或單獨考慮國家層面，或國家、省級行政區(qū)域兼顧，對中國農(nóng)業(yè)碳排放現(xiàn)狀、時空特征的把握也隨著研究的深入而不斷趨于準確。但是，在進行區(qū)域比較時，集中于單純的農(nóng)業(yè)碳排放絕對量（如總量、強度）比較，雖可操作性強，卻易受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模或農(nóng)作物復種指數(shù)的影響。目前，反映農(nóng)業(yè)碳排放效率的指標有農(nóng)業(yè)碳排放強度和農(nóng)業(yè)碳排放密度，其中農(nóng)業(yè)碳排放強度指平均每萬元農(nóng)業(yè)GDP 所產(chǎn)生的碳排放量，農(nóng)業(yè)碳排放密度指平均每公頃播種面積上所產(chǎn)生的碳排放量。以上這些指標難以比較中國各地區(qū)農(nóng)作物化肥施用的單位產(chǎn)品碳排放量的差異。為此，本文提出核算分析中國三大糧食作物化肥施用的單位產(chǎn)品碳排放量時空演變，并以科學施肥為標準進一步測算中國各地區(qū)三大糧食作物化肥施用的碳減排潛力，為中國進一步推廣測土配方施肥技術(shù)提供參考依據(jù)。
2、 研究方法及數(shù)據(jù)來源
2.1 糧食作物化肥施用的單位產(chǎn)品碳排放量測算方法
本文采用排放系數(shù)法，在參考李波等學者的碳排放公式構(gòu)建方法基礎(chǔ)上，本文構(gòu)建了糧食作物實際化肥施用單位產(chǎn)品碳排放量測算公式（1）：
EAijh =(Nijh·Cn +Pijh·Cp +Kijh·Ck)/Yijh （1）
式中EAijh 為第i 年j 地區(qū)每公斤h 類糧食作物實際化肥施用的碳排放量（kgCE/kg）；Nijh 、Pijh和Kijh 分別為第i 年j 地區(qū)h 類糧食作物種植的每畝氮、磷和鉀化肥實際折純施用數(shù)量；Cn 、Cp 和Ck 分別為氮、磷和鉀化肥的碳排放系數(shù)；Yijh 為第i 年j 地區(qū)h 類糧食作物的平均畝產(chǎn)量。
2.2 糧食作物化肥施用的碳減排潛力測算方法
碳減排潛力測算分兩步實現(xiàn)：
第一步測算出2013 年實際畝產(chǎn)量的各地區(qū)各類糧食作物科學施肥的單位產(chǎn)品碳排放量，測算方法見公式（2）：
EGjh =(NGjh·Cn +PGjh·Cp +KGjh·Ck)/YGjh （2）
式中EGjh 為科學施肥情形下，j 地區(qū)每公斤h 類糧食作物化肥施肥的碳排放量（kgCE/kg）；NGjh、PGjh 和KGjh 分別為科學施肥情形下，第j 地區(qū)h 類糧食種植的每畝氮、磷和鉀肥建議施肥量；YGjh 為j 地區(qū)h 類糧食為科學施肥情形下的區(qū)間畝產(chǎn)量平均值。
第二步，依據(jù)科學施肥單位產(chǎn)品碳排放量相對實際施肥單位產(chǎn)品碳排放量的減少量，以及各地區(qū)各類糧食的總產(chǎn)量，測算各地區(qū)各類糧食作物化肥施用的碳減排潛力，測算方法見公式（3）：
PEjh =Tjh(EAjh -EGjh) （3）
式中PEjh 為科學施肥情形下，第j 地區(qū)h 類糧食種植化肥施用的碳減排潛力（萬tCE）；Tjh 為2013 年第j 地區(qū)h 類糧食作物的總產(chǎn)量，EAjh 為2013 年j 地區(qū)每公斤h 類糧食作物實際化肥施用的碳排放量。基于三大糧食作物施肥建議的施肥標準，如果地區(qū)相關(guān)糧食作物化肥施用的碳減排潛力結(jié)果如果為負數(shù)，則應(yīng)用該地區(qū)的作物區(qū)域配方與施肥建議或農(nóng)業(yè)部的“2015 年春季主要作物科學施肥技術(shù)指導意見”的施肥標準進行測算，由于只有個別省份發(fā)布了省級三大糧食作物區(qū)域配方與施肥建議，對于沒有省級建議的，該地區(qū)相關(guān)糧食作物化肥施用的碳減排潛力以零計算。
2.3 數(shù)據(jù)來源及處理
本文的所有數(shù)據(jù)來源為：
（1）氮磷鉀肥碳排放因子。其中，氮、磷和鉀化肥制造過程的碳排放系數(shù)借鑒陳舜等最近完成的中國氮磷鉀肥制造溫室氣體排放系數(shù)估算。關(guān)于氮肥施用的N2O 排放，IPCC 已設(shè)定N 應(yīng)用的排放因子為0.0125 kgN2O-N/kgN；胡小康等研究氮肥管理對夏玉米土壤CH4和N2O 排放影響的結(jié)果表明：氮肥施用量300 kgN/hm2、250 kgN/hm2 和185 kgN/hm2 情況下N2O-N 排放導致的溫室效應(yīng)分別為1621.29 kgCO2/hm2、1095.82 kgCO2/hm2 和786.72 kgCO2/hm2。農(nóng)田N 應(yīng)用包括氮肥和有機肥施用，因此，胡小康等的研究結(jié)果更適合中國三大糧食作物種植氮肥施用的N2O 排放，取其研究的平均值，氮肥施用釋放N2O 導致的碳排放因子為1.276 kgCE/kg。最終，各種化肥的碳排放系數(shù)確定為：氮肥3.392 kgCE/kg（2.116 + 1.276），磷肥0.636 kgCE/kg，鉀肥0.180 kgCE/kg。
（2）2005-2013 年中國各地區(qū)三大糧食作物的每畝產(chǎn)量和每畝的化肥投入種類及數(shù)量來源于《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編（2006-2014）》。
（3）2005-2013 年中國各地區(qū)三大糧食作物的總產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒（2006-2014）》。
（4）依據(jù)化肥折純量計算參考，本文將復混肥中的磷酸二銨、三元復合肥和混配肥折算成氮、磷、鉀肥（折算系數(shù)見表 1）。
（5）科學施肥情形下，各地區(qū)三種糧食作物種植的每畝氮磷鉀建議施肥數(shù)量來源于農(nóng)業(yè)部辦公廳印發(fā)的三大糧食作物施肥建議或者部分省份公開的“作物配方肥配方推薦與施肥指導意見”，其中，玉米分為東北春玉米區(qū)、華北夏玉米區(qū)、西北春玉米區(qū)和西南玉米區(qū)，小麥分為東北春麥區(qū)、西北麥區(qū)、華北冬麥區(qū)、長江中下游冬麥區(qū)和西南麥區(qū)，水稻分為東北單季稻區(qū)、長江流域單雙季稻區(qū)、江南華南單雙季稻區(qū)、西南高原山地單季稻區(qū)和其它稻區(qū)。各省份與對應(yīng)的種植區(qū)如表 2所示。
3 、結(jié)果與分析
3.1 中國三大糧食作物化肥施用的單位產(chǎn)品碳排放量時空演變
3.1.1 2005-2013 年中國玉米化肥施用的單位產(chǎn)品碳排放量時空演變
如圖 2 所示：① 四大玉米區(qū)化肥施用的平均單位產(chǎn)品碳排放量，東北春玉米區(qū)的最小，西南玉米區(qū)的最大；② 單位產(chǎn)品碳排放量小于0.09 kgCE的區(qū)域從2005 年的黑龍江、吉林和新疆演變?yōu)?013 年的黑龍江、河北、河南和山西，單位產(chǎn)品碳排放量大于0.15 kgCE的區(qū)域從2005 年的江蘇、云南、廣西、湖北、安徽、陜西和寧夏演變?yōu)?013 年的貴州、云南、廣西和湖北；③ 東北春玉米區(qū)化肥施用的單位產(chǎn)品碳排放量，黑龍江和吉林上升明顯，吉林增長近20%，遼寧經(jīng)歷了波浪式演變，最終比2005 稍有下降；④ 華北夏玉米區(qū)化肥施用的單位產(chǎn)品碳排放量，所有地區(qū)的均有下降，江蘇和安徽下降明顯，但其碳排放量還是過高；⑤ 西北春玉米區(qū)化肥施用的單位產(chǎn)品碳排放量，寧夏、甘肅和山西有較大下降，且山西的碳排放量達到黑龍江的水平，新疆有所上升；⑥ 西南玉米區(qū)化肥施用的單位產(chǎn)品碳排放量，除四川和重慶，其它地區(qū)的碳排放量均過高，而貴州波動幅度大，2013 年成為全國碳排放量最大的省份，四川經(jīng)歷了波浪式演變，最終成為西南玉米區(qū)碳排放量最小的地區(qū)。
3.1.2 2005-2013 年中國小麥化肥施用的單位產(chǎn)品碳排放量時空演變
如圖 3 所示：① 單位產(chǎn)品碳排放量小于0.12 kgCE 的區(qū)域從2005 年的黑龍江和河南演變?yōu)?013 年的黑龍江、湖北、四川和安徽，單位產(chǎn)品碳排放量大于0.18 kgCE 的區(qū)域從2005 年的寧夏、內(nèi)蒙古和陜西演變?yōu)?013 年的內(nèi)蒙古、寧夏、山西和云南；② 所有麥區(qū)中單位產(chǎn)品碳排放量下降明顯的區(qū)域是寧夏、陜西和湖北，上升明顯的區(qū)域是云南和河南；③ 2013 年，單位產(chǎn)品碳排放量最高地區(qū)內(nèi)蒙古（0.238 kgCE）是最低地區(qū)黑龍江（0.088 kgCE）的2.7 倍；④ 2013 年，河南、山東、四川和安徽的單位產(chǎn)品碳排放量趨同，在0.12 kgCE 附近；⑤ 2013 年，西北麥區(qū)，陜西、甘肅和新疆的單位產(chǎn)品碳排放量基本趨同（在0.16kgCE 附近），寧夏和山西趨同（在0.185 kgCE 附近），單位產(chǎn)品碳排放量過高。
3.1.3 2005-2013 年中國水稻化肥施用的單位產(chǎn)品碳排放量時空演變
如圖 4 所示：① 單位產(chǎn)品碳排放量小于0.08 kgCE 的區(qū)域從2005 年的黑龍江、吉林和重慶演變?yōu)?013 年的黑龍江、重慶和陜西，單位產(chǎn)品碳排放量大于0.11kgCE 的區(qū)域從2005 年的山東、江蘇、河南、遼寧、內(nèi)蒙古、海南、廣東、浙江、寧夏和廣西10 個地區(qū)演變?yōu)?013年的江蘇、山東、海南、寧夏和廣西5個地區(qū)；② 單位產(chǎn)品碳排放量下降明顯的區(qū)域是遼寧、山東、江蘇、浙江、陜西和湖南，上升明顯的區(qū)域是吉林、廣西和云南；③ 單位產(chǎn)品碳排放量的變動區(qū)間，東北單季稻區(qū)由“0.068~0.123 kgCE”降到“0.057~0.097 kgCE”，長江流域單雙季稻區(qū)由“0.080~0.177 kgCE”降到“0.077~0.120 kgCE”，江南和華南單雙季稻區(qū)由“0.099~0.129 kgCE”降到“0.088~0.114 kgCE”，西南高原山地單季稻和其它稻區(qū)基本處于“0.082~0.124 kgCE”；④ 單位產(chǎn)品碳排放量波動幅度較大的區(qū)域是內(nèi)蒙古、遼寧、江西、海南和貴州。
3.2 中國三大糧食作物化肥施用的碳減排潛力測算
首先，在三大糧食作物施肥建議中，查找產(chǎn)量水平能夠達到2013 年各地區(qū)糧食作物實際畝產(chǎn)量的施肥建議和推薦配方，基于公式（2）計算科學施肥情形下各地區(qū)糧食作物化肥施用的單位產(chǎn)品碳排放量。然后，基于公式（3）計算科學施肥情形下中國各地區(qū)糧食作物化肥施用的總碳減排潛力。
3.2.1 中國玉米、小麥化肥施用的碳減排潛力
如圖 5a 所示：① 每公斤玉米化肥施用碳減排潛力大的地區(qū)，有貴州、廣西、云南、湖北、陜西和江蘇；② 2013 年，每公斤玉米化肥實際施用的碳排放量與科學配方施肥指導下化肥施用的碳排放量接近的地區(qū)，有河南、河北和山西；③ 全國玉米化肥施用碳減排潛力大的區(qū)域有黑龍江、遼寧、吉林、山東、內(nèi)蒙古、陜西、云南和貴州，其碳減排潛力總和占全國玉米化肥施用碳減排潛力總量（約574 萬 tCE）的75.57%。
如圖 5b 所示：① 每公斤小麥化肥施用碳減排潛力大的地區(qū)，有內(nèi)蒙古、云南、山西、陜西、寧夏、甘肅、新疆、江蘇、河北和四川；② 2013 年，每公斤小麥化肥實際施用的碳排放量與科學配方施肥指導下化肥施用的碳排放量接近的地區(qū)僅有湖北；③ 全國小麥種植區(qū)碳減排潛力大的區(qū)域有河北、江蘇、山東和河南，其碳減排潛力總和占全國小麥化肥施用碳減排潛力總量（約475 萬 t CE）的61.33%。
3.2.2 中國水稻化肥施用的碳減排潛力
（1）中國早稻化肥施用的碳減排潛力。如圖 6a 所示：① 每公斤早稻化肥施用碳減排潛力大的地區(qū)，有廣西、安徽和廣東；② 2013 年，每公斤早稻化肥實際施用的碳排放量與科學配方施肥指導下化肥施用的碳排放量接近的地區(qū)有江西，不過，除廣西、安徽和廣東以外的地區(qū)差距比較小，反映了早稻化肥施用基本合理；③ 全國早稻種植區(qū)碳減排潛力大的區(qū)域有廣西、廣東和湖南，其總和占全國早稻化肥施用碳減排潛力總量（約47 萬 t CE）的82.57%。
（2）中國中稻化肥施用的碳減排潛力。如圖 6b 所示：① 每公斤中稻化肥施用的碳減排潛力大的地區(qū)，有江蘇、湖南和云南；② 2013 年，每公斤中稻化肥實際施用的碳排放量與科學配方施肥指導下化肥施用的碳排放量接近的地區(qū)有湖北、重慶、四川和陜西；③ 全國中稻種植區(qū)碳減排潛力大的區(qū)域有江蘇、安徽、湖南和云南，其總和占全國中稻化肥施用碳減排潛力總量（約103 萬 t CE）的78.60%；④ 福建地區(qū)中稻種植的化肥施用產(chǎn)出率很高，單位產(chǎn)品化肥施用的碳排放量優(yōu)于農(nóng)業(yè)部區(qū)域大配方下的碳排放量。
（3）中國晚稻化肥施用的碳減排潛力。如圖 6c 所示：① 每公斤晚稻化肥施用碳減排潛力大的地區(qū)，有海南、廣西和廣東；② 2013 年，每公斤晚稻化肥實際施用的碳排放量與科學配方施肥指導下化肥施用的碳排放量接近的地區(qū)有湖南、湖北和浙江；③ 全國晚稻種植區(qū)碳減排潛力大的區(qū)域有廣西、廣東和海南，其總和占全國晚稻化肥施用碳減排潛力總量（約56 萬 t CE）的69.85%。
4 、結(jié)論與討論
4.1 結(jié)論
本文的測算結(jié)果表明：
（1）中國歷時9 年的測土配方施肥技術(shù)推廣，對部分區(qū)域三大糧食作物種植化肥施用的單位產(chǎn)品碳排放量下降有一定作用：① 寧夏、甘肅、山西、江蘇和安徽的玉米；② 寧夏、陜西和湖北的小麥；③ 遼寧、山東、江蘇、浙江、陜西和湖南的水稻。
（2）2013 年不少地區(qū)三大糧食作物種植化肥施用的單位產(chǎn)品碳排放量與科學施肥情形下的排放還有一定差距：① 貴州、廣西、云南、湖北、陜西和江蘇的玉米；② 內(nèi)蒙古、云南、山西、陜西、寧夏、甘肅、新疆、江蘇、河北和四川的小麥；③ 廣西、安徽和廣東的早稻，江蘇、湖南和云南的中稻，海南、廣西和廣東的晚稻。
（3）2005-2013 年，也出現(xiàn)了不少地區(qū)三大糧食作物種植化肥施用的單位產(chǎn)品碳排放量異常上升的情況：① 黑龍江、吉林和貴州的玉米；② 云南和河南的小麥；③ 吉林、廣西和云南的水稻。
（4）理論上中國三大糧食作物化肥施用碳減排潛力大的區(qū)域為：① 黑龍江、遼寧、吉林、山東、內(nèi)蒙古、陜西、云南和貴州的玉米；② 河北、江蘇、山東和河南的小麥；③ 廣西、廣東、安徽、湖南和云南的水稻。這些碳減排潛力較大的區(qū)域，將是未來中國在三大糧食作物種植中深入推廣測土配方施肥技術(shù)的區(qū)域選擇依據(jù)。
4.2 討論
（1）依據(jù)“中國統(tǒng)計年鑒2014 年”中歷年來農(nóng)用化肥施用量的事實數(shù)據(jù)，從中國三大糧食作物化肥施用的碳減排潛力測算結(jié)果來看，從某種程度上反映了中國推行的一系列測土配方施肥技術(shù)推廣政策的節(jié)肥減排效果不明顯。Cannell、European Climate Change Programme和Freibauer 的研究表明：農(nóng)業(yè)實際碳減排潛力遠遠低于技術(shù)碳減排潛力，實際減排除受到生化原理和價格影響外，還受到制度、教育、社會和政治等多因素約束。
（2）結(jié)合作者組織的對全國部分地區(qū)農(nóng)戶、土肥站和湘潭地區(qū)化肥生產(chǎn)企業(yè)的調(diào)查，以及分析相關(guān)文獻，發(fā)現(xiàn)：① 中國測土配方施肥技術(shù)推廣的面太廣，重點不明確，導致政府補貼力度小，且補貼對象錯位，補貼經(jīng)費幾乎都給了各級農(nóng)業(yè)局，難以激勵測土配方施肥技術(shù)推廣試點企業(yè)、肥料經(jīng)銷商和農(nóng)民；② 測土配方施肥技術(shù)推廣存在市場瓶頸，因測土配方肥的工藝復雜、配方多、用量少和需定點做包裝袋而導致肥料成本上升，農(nóng)民對測土配方肥的效果心中也存有疑問和不想更新種植技術(shù)而不輕易使用測土配方肥；③ 基層推廣體制不健全，由于體制、經(jīng)費等原因?qū)е禄鶎蛹夹g(shù)服務(wù)人員的工作積極性不強，影響測土配方施肥技術(shù)的推廣普及。
（3）本文建議對當前測土配方施肥技術(shù)推廣機制進行創(chuàng)新，集中資源，以三大糧食作物化肥施用碳減排潛力大的區(qū)域作為測土配方施肥技術(shù)推廣的重點，由政府制定并執(zhí)行科學的政策制度，鼓勵化肥生產(chǎn)企業(yè)主動與重點區(qū)域三種糧食作物農(nóng)民專業(yè)合作社對接，減少中間環(huán)節(jié)，最終通過市場化運作持續(xù)提高測土配方施肥技術(shù)推廣的效應(yīng)。
作者單位：湖南科技大學商學院/兩型社會與生態(tài)文明協(xié)同創(chuàng)新中心
中國鄉(xiāng)村發(fā)現(xiàn)網(wǎng)轉(zhuǎn)自：《資源科學》2016 年第 3 期
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