安徽省沿江平原双季稻3种栽培体系碳足迹

王光宇 朱丽君 张扬

摘要：基于安徽省沿江平原粮食丰产科技工程示范区农户调研数据，运用农业碳足迹理论及方法，分析课题研究集成的2种双季稻栽培体系创新模式与当地传统对照模式的碳足迹。结果表明，创新模式1单位面积碳足迹（早+晚双机播）为2 376.32 kg（CO2-eq）/hm2，创新模式2（早+晚双抛）为2 505.58 kg（CO2-eq）/hm2，对照模式（早直播+晚抛）为3 398.29 kg（CO2-eq）/hm2;3种模式内晚稻单位面积碳足迹高于早稻，化肥和电力对总单位面积碳足迹贡献排前位，农药对单位面积碳足迹贡献最小;在单位面积产量碳足迹方面，2种创新模式低于对照模式，创新模式1（早+晚双机播）单位产量碳足迹为201.26×10-3 kg（CO2-eq）/kg，创新模式2（早+晚双抛）单位产量碳足迹为211.90×10-3 kg（CO2-eq）/kg，对照模式（早直播+晚抛）单位产量碳足迹为317.22×10-3 kg（CO2-eq）/kg。

关键词：碳足迹;双季稻;温室气体;安徽省;沿江平原;栽培体系

温室气体包括二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）等，它们的排放会引起气候变化。如何减少温室气体的排放是科学家研究的方向，也是政府关注的热点。农业生产是重要温室气体排放源之一[1]，生产过程的排放量、影响农业生产排放的因素，一直是农业科研者探究的方向，定量評价和测算各因素排放量，对减缓温室气体的排放具有非常重要的理论和现实意义。碳足迹（carbon footprint，简称CF）是指某项活动或某产品的生命阶段直接和间接的温室气体排放总量[2]。农业碳足迹能够系统地评价耕作、施肥和收获等农业生产活动过程中，由人为因素引起直接和间接的碳排放总量，定量测算农业生产活动对温室效应的影响[3]。发展低碳农业，在农业领域推行温室气体减排成为现阶段应对气候变化的重要措施[4]。定量研究作物生产碳足迹，可为发展低碳绿色农业提供参考[5]。

安徽省沿江双季稻区是我国适宜双季稻种植的北缘地区，也是长江中下游双季稻主产区之一[6]。近年来安徽省沿江双季稻面积有所下降，每年至少有10万hm2播种面积，对安徽省粮食总产量发挥重要的作用。近10年来，沿江双季稻栽插基本摆脱过去人工栽插的方式，转为以机插、直播、抛栽方式为栽培主体方式，形成了多种组合的栽培体系，促使栽培体系逐步完善。2019年7、11月，本研究团队2次深入沿江平原的庐江县和无为市（县级市），调查粮食丰产工程项目示范区约900 hm2，重点围绕双季稻连作模式开展生产资料投入调查，运用国际通行的生命周期法（life cycle assessment，简称LCA）定量测算作物生产对温室效应的影响，旨在为探讨低碳农业模式提供理论依据。

1 材料与方法

本研究以“十三五”国家重点研发计划“安徽粮食多元种植规模化丰产增效技术集成与示范”在沿江平原集成的创新模式为研究对象，对照传统模式，基于实地调研的农户生产数据，利用农业碳足迹理论及研究方法，参考前人相关研究的碳排放参数，分析模式碳足迹。

1.1 碳足迹界定

以早稻播种至晚稻收获的一个完整生命周期为研究时限，采用生命周期评价方法，分别计算早稻和晚稻各自生产过程的碳足迹，从而得到双季稻的碳足迹。理论上，生命周期法计算碳足迹应包括直接碳排放，即稻田生态系统直接排放的温室气体，主要为CH4、N2O、CO2;农资投入及耗能引起的间接碳排放，即水稻生产投入的化肥、种子、农药、电力、农膜在生产、加工及运输过程造成碳的排放，以及生产中各环节农事操作造成的能源消耗（耕作、植保、收获、灌溉消耗柴油）造成的碳排放。但有实证研究报道，水稻生长过程中光合作用所固定的CO2要大于呼吸作用产生的CO2，在水稻生育期内CO2净排放通量为负值，因此CO2一般不列入稻田温室气体排放清单中予以计算[7]。另据《2006年IPCC国家温室气体清单指南》，稻田产生的CH4排放影响条件有土壤类型、复种作物、水稻品种、灌水方式。考虑本研究只比较创新模式与对照模式碳足迹，模式间产生CH4条件基本一致，所以CH4排放也不列入本研究中。至于N2O，考虑受监测精度和可靠数据获取限制，本论文也不作研究。综上，大田温室气体（CH4、N2O、和CO2）直接排放本研究不作计算。所以，本研究只考虑间接排放，即农田生产投入（如化肥、农药、灌溉、用电等）碳足迹。

1.2 数据来源

除参数参照相关文献外，其他数据来源于实际农户生产调查，调查内容包括生产资料或耗能。生产资料中氮肥、磷肥、钾肥折成纯氮、五氧化二磷、氧化钾，农药折成有效成分，但杀虫剂、杀菌剂、除草剂调查户无法区分，经与植保专家座谈，认为当年除草剂占农药的20%，杀虫剂、杀菌剂各占40%;耗能（电力）调查时只得到投入金额（人民币数量），笔者将人民币的投入数按当年的《物价年鉴》灌溉用电0.5元/（kW·h）转化为电力的投入量（kW·h）。

1.3 碳足迹计算方法及参数设定

间接碳排放主要指农田生产投入（如化肥、农药、灌溉用电等）和农机耗能导致的碳排放，并将其转化为CO2当量（CO2-eq）。其单位面积计算公式为

式中：i指某一种作物在生产过程中投入的化肥、种子、农药、电力、柴油等农资产品;Costi指某种农资产品的投入量（kg/hm2或kW·h/hm2）;EFi指某种农资产品排放因子。本研究排放因子间接从中国本土化生命周期数据库（chinese life cycle database，简称CLCD）中获取（表1）。CLCD是国内目前唯一可公开获得的中国本土生命周期评价基础数据库，其数据代表我国生产技术及市场平均水平[8]。

2 结果与分析

2.1 单位面积碳足迹

2.1.1 模式间碳足迹 本研究调查的模式有3种，2种为国家重点研发计划项目“安徽粮食多元种植规模化丰产增效技术集成与示范”在示范区集成的创新模式，1种为当地常年的对照模式。3种模式的技术要点本研究不作叙述。“早稻机插+晚稻机插”双季稻周年绿色丰产增效技术集成模式[以下简称创新模式1（早+晚双机播）]，调查主体为规模经营户，包括农业企业、种植合作社、家庭农场，总共经营主体30户，最小种植规模为5.44 hm2，最大为66.67 hm2，总种植面积为533.73 hm2。创新模式2为“早稻抛栽+晚稻抛栽”双季稻周年绿色丰产增效技术集成模式[以下简称创新模式2（早+晚双抛）]，调查了20户，调查面积为56 hm2。对照模式为“早稻直播+晚稻抛栽”周年轻简化栽培技术集成模式[以下简称对照模式（早直播+晚抛）]，总调查30户，总面积为290 hm2。调查内容有生产资料投入，包括种子、农药、化肥、灌溉用水耗电、不同生产阶段机械耗油、单位面积产量，按碳足迹计算公式分别计算早稻和晚稻各因素的碳足迹，由此得出不同模式下的单位面积碳足迹。由表2可知，2种创新模式单位面积总碳足迹基本相近，明显低于对照模式。创新模式1低于对照模式30.07%，创新模式2低于对照模式26.27%。尤其是化肥、农药、电力，创新模式1和创新模式2分别低于对照模式14.70%、1307%、52.54%和9.61%、25.50%、40.68%。创新模式1电耗对碳足迹“贡献”低于创新模式2的20%，但能耗（柴油）对碳足迹“贡献”高于5028%，说明农业现代化指标的柴油、电力十分关联，在实现农业现代化过程中非此即彼。

2.1.2 模式内碳足迹 3种模式内晚稻的碳足迹高于早稻，但模式内各要素碳足迹贡献序稍有不同，创新模式1单位面积碳足迹贡献序由高到低为化肥>电力>柴油>种子>农药，且早、晚稻碳足迹贡献序也为这一序列;创新模式2与对照模式单位面积碳足迹贡献序一致，均为电力>化肥>种子>柴油>农药，且早、晚稻碳足迹贡献序基本上也为这一序列，除创新模式2中早稻贡献序稍有差别，为化肥>电力>种子>柴油>农药。创新模式1化肥、电力、柴油、种子、农药对总单位面积碳足迹贡献分别占38.62%、34.78%、14.55%、10.34%、1.71%。创新模式2电力、化肥、种子、柴油、农药对单位面积碳足迹贡献占比分别为4124%、3881%、12.12%、6.44%、1.39%;对照模式电力、化肥、种子、柴油、农药对单位面积碳足迹贡献占比分别为5125%、31.66%、10.88%、4.83%、1.38%。

2.2 单位产量碳足迹

单位产量碳足迹别称碳成本，即每生产1单位产品产生的碳排放量。有专家提出，随着农业现代化与集约化的进展，碳耗总量增加是必然的。农业提倡“低碳”不等于减少碳耗总量的所谓“低碳农业”，而是要努力追求单位产品以较低的耗碳率换取较高的固碳率[10]。为此，笔者计算出单位产量的碳足跡（表3）。

由表3可知，就模式间单位产量碳足迹相比而言，与单位面积碳足迹相似，2种创新模式单位产量碳足迹相近，低于对照模式。即采用创新模式1方式生产，每生产1 kg稻谷，产生的CO2排放低于传统模式36.56%;创新模式2低于传统模式3320%。就模式内而言，3种模式内晚稻单位产量碳足迹大于早稻，即生产1 kg晚稻造成的碳排放大于生产1 kg早稻产生的碳排放。创新模式1晚稻单位面积碳排放高于早稻43.39%，创新模式2和对照模式晚稻分别高于早稻43.80%、19.44%。

3 讨论

3.1 探寻双季稻种植新模式，减少模式的间接碳排放

本研究数据来源于调研所得，碳排放系数借鉴前人的研究结果，只计算双季稻碳足迹中的间接碳排放，因此所得模式的碳足迹与真实值可能存在一定差异，低于一些学者研究的结论[9]。但研究结果表明，模式间种植体系、技术接点不同，引起模式间无论是单位面积碳足迹还是单位产量碳足迹均有所不同，创新模式低于对照模式，即说明模式有减排空间。因此，从全生命周期的角度，减少稻田温室气体的排放，迫切需要探讨新的种植模式。

3.2 强化政策扶持，增加早稻面积

在本研究中，无论是单位面积碳足迹还是单位产量碳足迹，也无论是创新模式还是对照模式，模式内早稻的碳足迹低于晚稻。因此，应从减少碳排放的角度，鼓励农户扩大早稻种植面积。但相比中晚稻，早稻品质一般，不太好卖，效益不高，政府应该出台具体的务实激励政策来扶持农户，保证早稻面积的扩大。

3.3 减少农业化学品使用，降低农业生产碳排放

减少农业化学品施用、提高农业投入品利用率是实现低碳农业和降低农业温室气体排放、缓解气候变化的一条重要的农业措施。这就要求一方面要加大农业科研经费投入，扎实做好基础及应用基础研究，为低碳型化肥、农药、农膜、农业机械的研发提供条件;另一方面创新农业科技成果转化激励机制，完善农业科技成果推广体系，使清洁型农业技术得到示范、推广和应用[10]。

4 结论

4.1 模式间碳足迹有差别

早+晚双机播技术集成模式单位面积碳足迹为2 376.32 kg（CO2-eq）/hm2，其中早稻为 1 049.96 kg（CO2-eq）/hm2，晚稻为1 326.35 kg（CO2-eq）/hm2;早+晚双抛技术集成模式单位面积碳足迹为2 505.58 kg（CO2-eq）/hm2，其中早稻为1 049.24 kg（CO2-eq）/hm2，晚稻为 1 457.59 kg（CO2-eq）/hm2;早直播+晚抛轻简化模式单位面积碳足迹为3 398.29 kg（CO2-eq）/hm2，其中早稻为1 429.29 kg（CO2-eq）/hm2，晚稻为1 968.27 kg（CO2-eq）/hm2。前2种模式为项目研究集成的创新模式，后者为当地常规对照模式。总体上，创新模式单位面积碳足迹低于常规模式，即模式的创新有利于温室气体的减排。

4.2 模式内早、晚稻碳足迹有差别

3种模式内晚稻单位面积碳足迹高于早稻，化肥和电力对总单位面积碳足迹贡献排前位，农药对单位面积碳足迹贡献最小。

4.3 2种碳足迹（单位面积碳足迹、单位产量碳足迹）趋势无差别

单位产量碳足迹与单位面积碳足迹趋势一致，2种创新模式单位产量碳足迹相近，低于常规模式。

早+晚双机播技术集成模式单位产量碳足迹为201.26×10-3 kg（CO2-eq）/kg;早+晚双抛技术集成模式单位产量碳足迹为211.90×10-3 kg（CO2-eq）/kg;早直播+晚抛轻简化模式单位产量碳足迹为317.22×10-3 kg（CO2-eq）/kg。

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