保护生态环境 发展低碳农业

李兆伟，王 燕，甘爱国

（1.楚雄州农业环境保护监测站，云南楚雄675000；2.楚雄市农业环境保护监测站，云南楚雄675000；3.楚雄州茶桑站，云南楚雄675000）

低碳农业是一种现代农业发展模式，是农业转变发展方式的一个发展方向，是现阶段概念要义的更新与高新技术的介入而使其得以深化，是在过去的生态农业、立体农业、循环农业、观光农业的基础上加以凝练与提升，是生态农业、绿色农业的进一步发展。低碳农业不仅像生态农业那样提倡少用化肥农药、进行高效的农业生产，而且在农业的能源消耗越来越多，种植、运输、加工等过程中，电力、石油和煤气等能源的使用都增加的情况下，更注重整体农业能耗和碳排放的降低。走低碳之路，在农业领域推行温室气体减排，采取措施适应和减缓气候变化，提高农业应对气候变化能力，是促进农业可持续发展的一个重要途径，也是农业持续发展的必然选择。

1992年5月，联合国缔约国在纽约通过了 《联合国气候变化框架公约》。1997年12月， 《联合国气候变化框架公约》大会在日本京都召开，通过了旨在限制温室气体排放以抑制全球变暖的 《京都议定书》。《京都议定书》规定，到2010年，所有发达国家CO2等6种温室气体排放量要比1990年减少5.2%，从2008年到2012年必须完成削减目标。2个发达国家之间可以进行排放额度买卖的 “排放权交易”，即难以完成削减任务的国家，可以花钱从超额完成任务的国家买进超出的额度。应对全球气候变化，减少农业温室气体排放量并探寻减排方法，以低能耗、低排放、低污染为特征的低碳经济是目前人类应对全球气候变化，减缓温室气体排放的根本出路和当务之急。

1 低碳农业的内涵

低碳（Low Carbon）是指较低的以CO2为主的温室气体排放。低碳经济（LCE）是以低能耗、低排放、低污染为基础的经济模式，核心是技术创新、制度创新和发展观的转变。碳足迹（Carbon Footprint）是指个人或机构的碳用量，用于测量个人或机构因每日消耗能源而产生的CO2排放对环境影响的指标。低碳农业是指以减少大气温室气体含量为目标，以减少碳排放、增加碳汇和适应变化技术为手段，通过加强基础设施建设、产业结构调整、提高土壤有机质、做好病虫害防治、发展农村可再生能源等农业生产和农民生活方式转变，实现高效率、低能耗、低排放、高碳汇的农业。碳汇是指从空气中清除CO2的过程、活动、机制，主要指森林、农作物等绿色植物、土壤等吸收并储存CO2的多少，所取得的成效抵消相关国家的碳减排份额。低碳理念的本质就是降能节约，通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发利用等多种手段，尽可能地减少能源消耗，减少碳排放，实现农业生产发展与生态环境保护双赢。低碳农业追求一个整体目标，也是一个复合的技术体系，其基础是现代生态农业和农业循环经济。

2 碳源产生与温室效应

工农业生产和人们日常生活行为每时每刻都在产生碳源。经碳汇公式计算，每消耗1 L柴油，排放CO22.70 kg；每消耗1 L汽油，排放CO22.25 kg；每消耗1 kg煤炭，排放CO21.97 kg；每消耗1 m3液化石油气，排放CO22.95 kg；每消耗1 m3煤气，排放CO20.70 kg；每消耗1 m3天然气，排放CO22.16 kg；每消耗1度电，排放CO20.90 kg；乘坐公交车每人每公里排放CO20.01 kg；乘坐轮船每人每公里排放CO20.01 kg；乘坐飞机经济舱，每人每公里排放CO20.09 kg。研究表明，碳燃烧形成CO2，碳排放能产生温室效应，工农业生产和人类活动所产生的CO2等温室气体的大量排放，是造成地球气候变暖的主要根源之一。气候变化对全球环境和生态系统已经且正在产生着重要影响，气候变暖已经成为世界生态恶化的首要原因，而这种变暖主要源于石化燃料所致的人为温室气体排放。人类在近1个世纪以来大量使用化石燃料煤、石油等，排放出大量的CO2等多种温室气体，产生温室效应。温室气体（GHG）主要是二氧化碳（CO2）， 其次还含有甲烷（CH4）、 氧化亚氮（N2O）、氢氟碳化物（HFCS）、 全氟化碳（PFCS）、 六氟化硫（SFS）等。由于这些温室气体对来自太阳辐射的可见光具有高度的透过性，而对地球反射出来的长波辐射具有高度的吸收性，也就是常说的 “温室效应”，导致全球气候变暖。全球气候变暖，会使全球降水量重新分布、分配，气候格局改变，极端天气事件频发，两极冰川融化和冻土消融，造成新的冰河期，导致海洋酸化，海平面上升，淡水资源流失，沿海土地盐渍化，耕地沙化蔓延，物种灭绝，农作物减产，疾病肆虐等，既危害自然生态系统的平衡，更威胁人类的食物供应和居住环境安全。

3 农业生产与温室气体排放

农业既是温室气体的排放源，又是温室气体的吸收汇，是温室气体的第二大重要来源。农业温室气体主要包括农田氧化亚氮排放、稻田甲烷排放、动物饲养的甲烷和氧化亚氮排放。联合国粮农组织新近指出，耕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150亿t的CO2。化肥的大量使用将会促进农田CO2的排放。化肥施入土壤，有相当一部分以有机或无机氮形态的硝酸盐进入土壤，在土壤反硝化微生物作用下，会使难溶态、吸附态和水溶态的氮化合物还原成亚硝酸盐，同时转化生成N2O和NOx进入大气，使空气质量恶化。全国土肥总站1994年统计，因施肥造成的N2O排放量为62.8×104t，动物粪便和放牧管理过程排放的N2O数量为15.5×104t， 农业源 N2O 排放量估算为 78.6×104t， 占中国N2O排放总量的92.43%。良好的农业生产系统可以大大减少农业温室气体的排放，全球如用生态农业系统从事农业生产，可以抵消掉80%的农业温室气体排放。

4 气候变暖对农业生产的影响

农业是最易遭受气候变化影响的产业，农业生产与全球气候变化息息相关，气候变化会给农业生产带来影响，造成极端气候事件发生频率加大，农业生产不稳定性增加和产量波动。气候变暖使作物生长发育加快，生育期相应缩短，农业结构及作物品种的布局将发生变化，特别是品种类型的变化。气候变暖后，农业病虫害发生规律和农业气象灾害发生规律产生了变化，加剧了气候灾害对农业生产的影响。土壤有机质的微生物分解将加快，造成土壤地力下降，需要施用更多的肥料以满足作物的需要。气候变化将大大加剧缺水形势，尤其是降水减少和蒸发增加。由于气候变暖，降水减少，农业需水量加大，水资源短缺将成为农业生产的重要影响因素，降水减少1%，农田灌溉面积必将减少1%，致使作物产量逐步减少，必将严重影响长期的粮食安全。

5 低碳农业面临的问题及碳汇发展前景

农业是一个巨大的碳汇系统，土壤是一个巨大的碳库，农作物通过光合作用固定大量的碳。但农业又是个复杂的系统，不同的生产方法和利用方式，尤其是土地利用方式的不同，对碳吸收与排放之间的动态平衡影响甚大。当前，在农业生产方式中，一些生产习惯已不符合低碳的要求，既不节约又污染环境。如农业生产不注重地力培肥；耕地资源不合理利用、过度开发；作物种植过程中大量使用农药和化肥；农作物秸秆资源再利用方式不当；农业节水技术发展相对滞后，用水方式不合理，农业耗水量大，漫水灌溉，既浪费水资源又消耗电能；大量畜禽排泄物引起了农业面源污染，使得地表水及地下水污染严重，使得农业碳排放增加，农业可持续发展面临严峻的考验。变革农业生产方式，寻求新的出路，为发展低碳农业提供了良好机遇和广阔天地。

发展低碳农业应突出资源高效利用、绿色产品开发、发展生态经济，依靠科技进步促进产业升级、固碳减排，提高农业生态系统对气候变化的适应性并降低农业发展对生态系统碳循环的影响，维持生物圈的碳平衡，使人为排放的CO2与通过人为措施吸收的CO2实现动态平衡。依靠科技进步支撑农业生产低碳化，支撑农业可持续发展，加强技术应用，发展低碳农业，在农业多领域推行低碳技术，应从不同的层次来介入，因地制宜地建立不同的模式，科学规划，合理设计，项目带动，转型提升。不同问题具体探讨，不同区域详尽研究，不同层次分别建模，不同优势顺势发挥，切不可一哄而上，更不可拼凑而就。例如对于水田，要设法降低甲烷排放；对于旱地，要着力减少氧化亚氮释放；对于种植业，要推广立体农业模式，提高光能利用效率；对于养殖业，要推广循环农业模式，提高综合利用效率；对于加工业，要推广绿色农业模式，提高整合集成效率，优化农业系统结构与合理调整生产方式，使之有利于实现高产、优质、高效、安全、生态的目标。依靠科技进步，应着重突破减量化技术运用，实现资源节约、再循环技术拓展运用，突破可控化技术运用，强化综合开发，配套技术集成，防治农业污染，提升生态农业，实现现代农业的低碳化。

6 减排CO2的农业碳汇措施

6.1 培肥地力

土壤是碳素的重要贮存库和转化器。土壤贮存的有机碳量约占整个生物圈总碳量的3/4，主要以土壤有机质形式贮存于土壤内。土壤有机质含量不仅是土壤肥力的重要指标，也是土壤碳汇的重要指标。有机质含量高的肥沃土壤，在减少农业CO2排放方面发挥着巨大作用。有机质含量低的贫瘠土壤，农业生产在追求最大生物产量增施化肥的同时，造成大量碳排放。良好的耕作方式可以增加土壤有机质含量，从而增加土壤碳汇容量。据专家估算，如果将中国的1.2亿hm2耕地的耕作层土壤有机质含量提高1%，则相当于土壤固定了27亿t有机碳。土壤和肥料是作物生长发育所需营养的惟一来源，土壤和肥料中含有有害物质，作物在吸收营养的同时，不可避免地吸收一些有害物质。土壤肥力的提高，可以把化肥的使用量控制在科学合理的范围之内，避免过量的化肥对农产品质量安全的影响和对环境的破坏。

6.1.1 增施有机肥

用厩肥、堆肥、沤肥等有机农家肥替代化肥，能改善土壤环境，疏松质地，增加土壤透气性，改善土壤结构，提高土壤生物活性强度，利于微生物繁殖，增强生物固氮能力，改良土壤酸碱平衡，提高土壤有机质含量。

6.1.2 秸秆还田

在作物收获过程中利用机械将秸秆粉碎撒于地表耕翻入土，使之腐烂分解。秸秆中除含有氮、磷、钾、镁、钙及硫等作物生长所必需的营养元素外，还含有15%左右的有机质。如按每公顷还田秸秆7 500 kg计算，每公顷则可增加有机质1 125 kg。此外，秸秆覆盖具有抑制土壤水分蒸发、储存降水和提高地温，抗旱保墒等诸多优点。据测定，连续6年秸秆直接还田，土壤的保水、透气和保温能力增强，吸水率可提高10倍左右，地温提高1～2℃。秸秆还田可避免因秸秆焚烧过程中产生的CO2排放。

6.1.3 种植绿肥

用含氮量高的绿色植物作肥料，以其新鲜植物体就地翻压，或沤、堆制后异地施用，能较快地将有机质、矿物质返还给土壤，平衡补充营养。特别是豆科类绿肥作物具有固氮能力，可以利用生物固氮作用增加土壤氮素含量，从而减少化肥投入。一般每公顷产鲜草30 t左右，每公顷可得纯氮135 kg，相当于300 kg尿素的含量，不仅节省了化肥的直接投入，还减少了化肥生产和施用的CO2间接排放。

6.2 测土配方科学合理施肥

农业施肥不但会通过影响地上植被的生物量来影响土壤碳源的供应量，而且还会影响土壤微生物活性，决定土壤呼吸强度，引起土壤碳库的变化。化肥利用率低是化肥引起环境面源污染的主要原因，除作物吸收利用和土壤残留外，约有50%以上的氮没有被作物吸收而流失到农田外，引发水体富营养化、土壤板结、温室效应、农产品品质下降等一系列环境及食品安全问题。暴雨淹没农田，传统的施肥方法使肥料流失，既加大了成本，大量碳排放，又污染环境。根据作物目标产量需肥量和土壤中的营养元素肥料含量，测土配方施肥，以土壤测试和肥料田间试验为基础，按土壤供肥性能和肥料效应，在合理施用有机肥料的基础上，提出氮、磷、钾及中、微量元素等肥料的施用数量、施肥时期和施用方法，调节和解决作物需肥与土壤供肥之间的矛盾，有针对性地补充作物所需的营养元素，作物缺什么元素就补充什么元素，需要多少补多少，实现各种养分平衡供应，满足作物生长的需要，大幅度减少化肥用量，提高作物产量，改善农产品品质，节支增收，减轻农业面源污染和农业发展中的碳含量排放。与此同时，推广缓控释肥料，根据作物养分需求控制养分释放速度，改变化肥因溶解过快、养分流失而难以满足作物各生育阶段对养分的不同需求，可以大大提高肥料的利用率，保护环境，节约能源，简化农作物生产技术，帮助农民节本增收。使用氮肥硝化还原抑制剂，减少化肥的使用数量，避免农田土壤中氮肥过剩，减少N2O向大气排放量。

6.3 改造中低产田

据云南省统计局云统发 [2009]31号文件发布的2008年土地变更调查数据显示，楚雄州常用耕地25.33万hm2，其中高产耕地6.18万hm2，仅占总耕地的24.4%。按当季粮食单产4 500 kg/hm2为低产耕地、6 000 kg/hm2为中产耕地，楚雄州粮食单产 4 800～6 000 kg/hm2的中低产田地占总耕地的52%。这些中低产田地主要是坡耕地，约占旱耕地面积的70%，坡耕地产量水平仅为高产地的60%，这类耕地大小春两季比高产田平均每年每公顷少产粮食约2 700 kg。低产的主要原因是干旱缺水、灌溉渠系不配套、土壤贫瘠、肥力不足、机耕道路不畅等。旱地应采用中间堆土法坡改梯，保持田宽10 m、埂高0.4 m、埂宽0.3 m、每公顷平均田埂长1 000.5 m，每公顷平均配水池150 m3，单个水池窖容积20 m3灌溉（0.13 hm2旱地有个水池窖），水池窖高差用8 mPE塑管连接，田间机耕道间距500 m，路网密度每公顷19.95 m。梯田采用田宽10 m、每公顷田埂长1 167 m，田间沟渠间距80 m，渠网密度每公顷124.5 m进行中低产田地改造，提高高产耕地比例。通过改造，在氮肥施用水平相当、农业N2O和NOx排放不变的条件下，可以获得更多的粮食产出，降低单位粮食产出碳排放水平，保障农产品有效产出和粮食安全。

6.4 转变农业发展方式

优化区域布局和农产品种植结构，转变农业生产发展模式，实现农业生长从粗放型向低碳精细化发展。培育低碳农业管理理念，推动农业生产制度创新，实行涉农生产节能减排管理考核责任制，完善农业能源效率标准。加强对低碳农业减排与碳汇技术的集成应用研究，创新生产模式，推广一批稳粮高效、农牧循环、水旱轮作等低碳农业发展模式，提升粮食核心产区的低碳农业基础建设，整合投资项目，重点加强现代农业示范园区、粮食蔬菜核心功能区、生态畜牧业区设施建设。推进农业机械节能，降低石化能源消耗。加强农业环境保护，建设生态循环农业，保护性耕作，减少农田和畜禽养殖的甲烷和氧化亚氮排放。实施禁牧、休牧、退牧还草等措施，增加农田土壤和草地碳汇。加强病虫害监测预警和防治，控制高毒、高残留农药的使用。加大以农田水利为重点的农业基础设施建设，增强农业防灾抗灾减灾和综合生产能力。

6.5 培育新型高光效农作物品种

选育抗高温、耐干旱、高光效、作物生长发育期长、适应低碳环境的优良高产品种，延长绿叶生长周期，增加多年生牧草种植，大力栽培木本植物，以提高耕作土地中的碳素储备水平，减少N2O排放对环境的破坏，适应气候变化，有助于全球温室气体排放的控制。

6.6 推广高效低碳种植技术

6.6.1 垄作免耕

过度耕作使土壤中的碳素释放，是农业排放碳的主要途径。垄作免耕可以通过保存土壤中的碳含量、减少耕作动力投入、提高土壤肥力等多方面减少温室气体的排放。

6.6.2 节水灌溉

节水灌溉是获得稳定高产的技术保障，根据作物生长周期、需求饱和度进行适时、适量供水，推广喷灌、滴灌等高效节水农业技术，实现节水、增产和增效，提高水资源的利用率，减少农业生产成本。

6.6.3 病虫害综合防治

充分发挥自然因素的控害作用，全面普及生物防治和物理防治等病虫害防治技术，推广农药增效剂和农药替代品，加强农业清洁生产技术的研究，推广以恢复和保持农田生态平衡，达到控害、保产、保益、保环境、保安全、增效益为目的的农作物病虫害综合防治措施。

6.7 农作物秸秆综合高效利用

充分利用农副业剩余物，提高秸秆低碳化利用率。中国每年农作物秸秆产量约7亿t，其中一半可作为能源使用，折合1.5亿t标准煤。楚雄州农作物秸秆直接还田量仅占资源总量的24%；过腹还田量占资源总量的25%；焚烧占资源总量的15%；弃置堆放占资源总量的4%；弃置堆放和焚烧的农作物秸秆占秸秆资源总量19%。焚烧和弃置的农作物秸秆，既污染环境，又浪费资源，焚烧秸秆不仅直接释放碳，还可加快土壤有机碳的分解损失。而秸秆还田则可以缓解土壤有机碳的下降，培肥地力。此外，在作物秸秆综合利用过程中，秸秆饲用、秸秆发电、秸秆碳化气化利用，是继秸秆还田处理后的一种高效资源化利用方式。

6.8 推广农村能源沼气工程

发展乡村新能源，实现农村用能结构多元化，综合利用秸秆、畜禽粪便、太阳能等多种可再生能源资源，满足农村生活炊事用能、村镇生活用电及生活用热水需要。加快省柴灶、节能炕和节煤炉的升级换代。推广太阳能灶，减少因燃柴（草、木）、燃气、燃煤而产生的CO2等温室气体。开发太阳能、风能、微水电等可再生能源，替代化石燃料减少CO2排放。推广沼气技术开发和应用，利用秸秆、畜禽粪便开发生物质能，解决农村燃料能源，节约薪柴、煤炭资源，减少能源消耗，减少污染，保护生态，净化农村生活环境，减少温室气体的排放量， 沼渣作有机肥在农田中施用，代替常规化肥，节省农民对能源和肥料等的支出，增加农民收入，实现人与自然环境的和谐。

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