国家粮食安全与农业双碳目标的双赢策略

张卫建，严圣吉，张俊，江瑜，邓艾兴

1中国农业科学院作物科学研究所，北京 100081；2南京农业大学应用生态研究所，南京 210095

0 引言

在不足全球9%的耕地和6%的淡水等资源紧缺条件下，我国不仅保障了占世界20%人口的粮食等重要农产品基本供给，而且实现了全面脱贫和全面小康的宏伟目标。这不仅是中国也是全球性的伟大成绩，而且这个成绩的取得主要归功于国内农业生产。但是随着全球环境变化及资源短缺形势加剧，我国粮食增产将趋缓而世界食物供应趋紧，“谁来养活中国”和“中国粮食威胁”等言论[1]，经常被一些心怀叵测的西方政客所鼓噪[2]。民以食为天，国以农为本，粮食安全关系着国家安全和国际稳定。为此，我国制定了“谷物基本自给、口粮绝对安全”的粮食安全战略目标，这不仅是我国为实现第二个百年奋斗目标而做出的长远决策，也是体现大国担当、击破国际谣言、促进世界安定的国际承诺。尽管现代科技日益先进，但是粮食等主要农产品仍然要靠常规农业生产。所以，农业的第一要务仍将是保障粮食等农产品有效供给，国家粮食安全必须立足国内农业生产[3]。

据联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）最新评估，如果人类不能采取有效措施尽快实现二氧化碳（CO2）等温室气体净零排放，全球气候变化将进一步加速，世界粮食安全乃至人类生存将面临有史以来最严峻的挑战[4]。因此，为了适应并减缓气候变化，固碳减排行动正被国际主流社会广泛关注、认可并积极推进。我国由于人口基数大，且仍处于快速发展阶段，碳排放总量将接近全球人为碳排放的1/3，减排压力与日俱增。为了体现负责任的大国担当，2020年9月我国向世界庄重承诺“2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和”[5]。双碳目标的提出，不仅是中华民族永续发展的国家需求，也是共筑人类命运共同体的国际担当。截至2021年5月，全球约有130个国家承诺在2050年实现碳中和，碳达峰、碳中和这个双碳目标已经成为世界发展的共同目标。为了迎战双碳目标这场硬战，我国各行各业均在积极谋划，科学制定本行业的行动方案。农业既是碳排放的主要贡献者，也是重要的固碳场所[6]。所以，农业不能置身事外，必须在保障粮食等农产品有效供给的同时，考虑农业农村领域的固碳减排潜力，助力国家“双碳”目标的尽早实现。

可见，保障粮食安全是农业生产的首要任务，积极助力“双碳”目标也是现代农业必须考虑的新担当。那么，实现农业双碳目标是否影响国家粮食安全，两者能否双赢以及如何双赢？这是政府决策、企业行动和公众参与等急需了解的科学依据，更是农业科研工作者急需回答的重大科学问题。为此，本文在阐述粮食安全与双碳目标实现双赢的重要意义基础上，系统解析了粮食安全与双碳目标之间的可能冲突及其潜在的协同关系；并结合现有研究成果及我国农业发展趋势，构思了农业碳达峰及碳中和的行动策略；从固碳减排科技创新、政策及机构创设、监测评价方法创建等方面，提出了一些助力粮食安全与双碳目标双赢的创新建议。本文旨在为粮食安全背景下，国家及地方制定农业农村碳达峰与碳中和目标及其行动方案提供决策参考，为农业农村固碳减排科技创新和政策创设提供新思路和新路径。

1 粮食安全与双碳目标双赢的重大现实意义

粮食安全是国家安全的基石，而粮食等重要农产品的生产主要靠国内农业。我国已经是碳排放大国，而农业又是主要的碳排放源之一。因此，在确保国家粮食安全的前提下，农业领域尽早实现碳达峰与碳中和的意义重大。

1.1 粮食安全是国家安全的基础，国内农业生产的责任重大

作为一个粮食消费大国，中长期内我国粮食安全仍将维持紧平衡，粮食安全保障任重道远。我国是世界第一人口大国，预计到2030年才达到14.5亿人口峰值。与此同时，我国国民经济仍将持续稳定增长，人民生活水平还将显著提升。虽然2020年我国人均粮食占有量已达474 kg[7]，连续多年超过了国际公认的人均400 kg的粮食安全标准线，但仍远低于发达国家的粮食占有水平。尽管到2030年之后我国人口总数将稳定下降，人均口粮消费也将减少。但是，人民的营养及膳食结构将持续改善，畜禽产品消费将增加，动物饲料及工业转化等用粮将显著提高[2,8]。可见，我国粮食总需求仍将增长，但是粮食增产的压力却越来越大。首先是因为粮食生产和需求结构发生了变化，要求生产提质增效，在品质提升和投入品减量及环境成本下降等多重需求下，粮食单产大幅度提升的难度与日俱增。其次，在生态保护优先和绿色高质量发展等新理念下，粮食播种面积难以扩大，甚至可能缩小。加上全球气候等环境变化，自然灾害将加剧，自然资源可能进一步紧缺[9]。因此，如果没有新的科技和政策突破，以实现品质和单产的同步提升，我国粮食总产将很难再上新台阶。要实现第二个百年奋斗目标，把我国建成社会主义现代化强国，国家粮食安全将始终是头大大事，任重道远，需要全社会的高度重视[2]。

作为世界第一大粮食生产大国，我国粮食等主要农产品供给仍然要依靠农田和牧场等常规生产方式，常规农业始终是粮食安全的根基。近几十年来，在非常有限的淡水和耕作资源以及多变的气候等环境变化下，我国粮食生产仍然实现了“十七连丰”，连续 6年保持在6.5×108t之上[7]。近两年由于新冠和非洲猪瘟等疫情，我国畜产品等其他重要农产品产量受到一定影响，但全国猪牛羊禽肉产量仍保持在8×107t左右，国内农业确保了国家粮食和主要农产品的基本自给[7]。由于常规农业受资源和环境等影响大，农产品工厂化生产正日益受到社会青睐，但是直到2019年国内才在实验室诞生了第一块人造培养肉[10]，目前工厂化和城市化温室生产的农产品在全国农产品总产中的份额微乎其微。因此，中长期内粮食等主要农产品仍需立足农田和牧场等生产，工业化生产难以替代常规农业生产。最近，基于自然解决方案（nature-based solutions，Nbs）的农业生产理念正被国内外广泛关注[11]，农业生产的休闲旅游、生态服务、文化传承等功能正逐步受重视，但是粮食等农产品生产将始终是农业的第一要务，常规农业在粮食安全保障中的地位难以撼动，农业永远是粮食安全的基石。

1.2 双碳目标是国家长期战略，农业应该勇于担当

“碳达峰、碳中和”已成国家长期战略，尽管我们侧重CO2，中长期内甲烷等非CO2温室气体的减排要求必将日益突出。碳排放是指包括甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）等非CO2温室气体（greenhouse gas，GHG）在内的总碳排放，是根据GHG的全球增温潜势（global warming potential，GWP），以CO2为参照，统一折算为 CO2排放当量（CO2-eq）[9]。尽管相对于CO2排放及其在大气中的浓度，CH4和N2O的排放量和浓度要低得多，但是 CH4和 N2O的 GWP分别是CO2的25和298倍，对全球变暖的贡献分别占16%和7%以上[9]，因此，在碳排放与碳减排方面，CH4和N2O难以避开。目前我国年碳排放总量已经超过 1.0×1010t，占世界人为碳排放总量的30%左右。为了共同应对全球气候变化，体现负责任大国的国际担当，我国在承诺2020年碳排放强度比2005累计下降40%—45%、2030年下降60%—65%基础上，于2020年提出2030年前实现碳达峰、2060年前实现净零排放的碳中和目标[5]。尽管近期我国的“净零排放”可能侧重CO2，但是在气候变化等国际谈判上，世界普遍认可的是总碳排放，即包括CH4等非CO2温室气体。随着我们积极参与甚至主导全球应对气候变化行动，就不可能完全撇开国际对碳排放的共识于不顾，只监测、报告和核查CO2的情况[9]。因此，随着CO2减排行动深入，我国CH4等非CO2温室气体减排问题迟早会被提上国际谈判桌。事实上，我国的CH4等非CO2排放一直被国际社会所广泛关注，比如2021年中美应对气候危机联合声明中，就将CH4等非CO2温室气体减排纳入八大行动之中[13]。所以，国际上的碳排放及其减排不是仅指CO2，在制定农业双碳目标行动方案时，我们必须未雨绸缪，将CH4和N2O这两大温室气体也纳入综合规划之中。

农业是CH4等非CO2温室气体的主要排放源，应该勇于担当，积极为国家双碳目标做贡献。在全球人为碳排放中，农业的贡献约为 15%，与工业相当（17%），仅明显低于能源行业（26%）[9]。如果把与农业或者食物生产直接相关的土地利用碳排放贡献（17%）也计算在内，农业或食物生产则是第一大排放行业，约占全球人为总排放的 1/3。尤其是 CH4和N2O，农业源排放分别占人为 CH4和 N2O总排放的40%和60%以上[9,14]。而且，随着农业生产扩展以及人们生活水平的进一步提高，农业源碳排放将进一步上升。另外，农产品生产、储运和加工过程中，也要消耗大量化肥和机械装备及化石能源等产品，这些产品在生产和贮运过程中也要消耗化石能源而排放大量碳。尽管国际上没有将这些间接排放纳入农业排放，但是，如果农业能够在投入品上进行减量增效，尤其是化肥，则可以为非农产业的碳减排做出重大贡献[15]。另外，随着非农产业碳减排逐步推进，农用化学品和机械装备等生产的碳成本也将显著提高，进而抬高农业生产成本，影响农业收益，这将倒逼农业进行减量增效减排。所以，无论从农业碳排放本身，还是积极为非农产业碳减排做贡献来讲，农业都应该考虑设立双碳目标，积极开展应对气候变化的固碳减排行动。

农业是公益性产业，农业碳排放属于“生存性”排放，碳交易市场难以解决农业领域碳中和问题，必须依靠农业自身的综合努力。农业是立国之本，是一项公益性产业，其根本任务是保障人类生存所需的粮食及农产品供应。而且，我国仍是发展中国家，2020年农业总产值只占全国国内生产总值的7.7%，西方发达国家的农业产值占比更低。所以，农业不可能像工业和能源及交通等行业一样，自己可以拿出大量资金来购买林业等固碳产业的固碳指标，以换取本行业的碳排放配额。而且，农业碳排放是一种“生存性”碳排放，社会也不会给农业生产设定“碳排放配额”。另外，农业碳排放是面源性排放，受气候、土壤等生态环境影响显著，定量监测、报告、核查难度大。农业领域的生物质能源替代、农田固碳和甲烷减排等措施，是部分或者全部抵消了农业自身的碳排放，没有直接服务于其他产业碳中和，从碳交易原则上讲，农业固碳也不便交易。尽管我们已经建立全国碳排放权交易市场，启动了碳交易机制，但是银行等投资机构很难对农业固碳减排等进行投资。所以，农业双碳目标还得靠农业自身努力，在政府的主导和扶持及企业参与下，开展固碳减排行动。

2 粮食安全与双碳目标之间的冲突关系和协同效应并存

农业生产必须兼顾粮食安全与双碳目标，而粮食安全与双碳目标之间并非完全同向的，相互之间既存在冲突甚至矛盾关系，也存在较强的协同效应。解析粮食安全与双碳目标之间的这些相互联系，对粮食安全背景下制定农业双碳目标至关重要。

2.1 粮食安全与双碳目标之间存在冲突

大量研究证明，粮食安全与双碳目标之间存在一些冲突或者需要权衡的方面，它们主要体现在增产与减排、固碳与减排、主管部门的政策等之间。这些冲突关系还将随着气候等全球变化而进一步加剧，不利于两大目标的兼顾。

首先，在粮食增产与温室气体减排上，两者存在负向关系。增产措施可能会导致温室气体排放增加，而减排措施可能会带来粮食的减产。根据联合国粮食及农业组织（FAO）预测，为了保障世界粮食安全，在 2000s的基础上，2050年全球粮食总产还需增加70%。由于作物品种增产空间日益变窄，水土资源日趋紧张，未来粮食大幅度增产可能需要通过增加投入提高单产和开垦新耕地扩大面积来实现。但投入品的增加和耕地面积的扩大，将直接导致农业温室气体排放显著增加[16]。因为，粮食增产的两条基本路径是提升单产和扩大面积，这可能导致化肥等农用化学品投入增加，以及开垦更多的自然林地、草地、湿地等，进而大幅提高温室气体排放。以我国粮食增产为例，近 30年粮食总产提高了 50%多，农用化肥总用量也增加了近90%，尽管播种面积没有明显扩大，但氮肥施用导致的农田N2O直接排放以及投入品消费所引起的间接碳排放显著增加。又如水稻生产，近70年我国水稻总产提高了3.4倍，播种面积扩大了近20%；牛羊肉总产提高了近20倍[7]，农业非CO2温室气体排放总量显著增加。在减排方面，除了品种改良和农艺改进等科技创新减排之外，投入品减量和播种面积调减及轻简化种植，比如水稻直播种植等，也是农业碳减排的有效途径，但这有可能导致粮食大幅度减产。例如1990s我国粮食持续增产情形下，开展大幅度调减播种面积，结果粮食总产在 1998—2003年间下降了15%以上，粮食安全出现新危机[7]。在多熟种植大背景下，在现有品种条件下，虽然水稻直播增效增收减排，但与传统育秧栽插相比单产明显下降[3]。

其次，在农业固碳与温室气体减排上，两者也存在一定冲突。农业碳中和目标并非是零碳排放，是指通过固碳措施将农业生产过程中排放的碳长期固定储存在自然生态系统中，实现净零排放，即固碳量等于排放量。农业固碳包括土壤固碳、生物质产品固碳和农林复合固碳等措施。其中土壤固碳主要是通过作物光合作用，将大气中的CO2转化为有机碳水化合物，即作物产量和秸秆等生物质。这些光合产物通过根茬还田，或者秸秆还田、堆肥还田、饲料转化过腹还田等措施，进入农田土壤并转化为土壤有机质而长期储存起来。作物光合产物也可以转化为生物质产品，例如生物炭、板材、生物质能源或燃料等，而被长期固存或部分替代化石能，这就是农业的生物质产品固碳。在农田生态系统中，进行农林复合种植或者农田林网以及乡村景观林带建设等，种植的乔木或灌木所固定的碳就是农林复合固碳。如果作物秸秆没有进行上述利用，其所含的光合产物在当季或当年就会分解并释放到自然环境中，因此，作物光合产物不能直接计算为固碳。可见，土壤固碳就是提高有机质含量，也是“藏粮于地”的关键措施。长期施肥试验监测发现，高有机质含量的土壤，其N2O和CH4排放也趋高[17]。因此，提升土壤有机质含量，可能增加旱地土壤N2O排放，以及稻田CH4排放，固碳与减排存在一定冲突。另外，农田林网建设，尤其是在林木选择和种植密度不合理下，可能因为遮荫和水肥竞争而影响作物生长，不利于粮食高产。而且农田林网和景观林带建设，要占据一定耕地面积，也可能导致产量下降。稻田CH4减排的最有效措施是干湿交替灌溉或控水增氧，这可能导致土壤N2O排放增加，并加速土壤有机质分解，不利于土壤固碳和肥力提升[18]。又比如，稻田CH4减排需尽量减少秸秆等新鲜有机肥物料还田，这也不利于土壤有机质增加和产能提升及土壤固碳。所以，农业固碳与减排之间需要在技术层面进行权衡，两者净效应需要综合评估，以缓解两者的冲突关系。

另外，增产与减排在部门及其政策之间也存在一些冲突。由于各自的管理范围和岗位职责及工作目标不同，负责农业生产和牵头碳减排的部门与机构及其出台的政策之间存在一些相互冲突或者不协调。比如负责农业农村工作的主管部门及其出台的相关政策，首要任务是确保粮食安全和重要农副产品有效供给，防止大规模返贫，即重点是稳粮保供、增收防返贫，是增产增收。而与碳减排相关的生态环境保护工作的主管部门及其出台的相关政策，则是坚持生态保护优先，降碳减排为主，以双碳目标为重[19]。例如在草原生态治理与草原畜牧业发展上，生产部门及其政策鼓励发展，以保障畜产品自给，但可能加重草原退化、加速土壤有机质分解、增加温室气体[20]。而生态环境部门及政策则鼓励退牧还草或轮牧禁牧，以促进草原恢复、提升草原固碳能力，但可能影响草原畜牧业发展[21]。比如草原生态奖补政策与牧区畜牧业发展政策，一个要求减畜促保护，一个是鼓励增畜促发展。又比如水稻生产政策方面，压缩双季稻面积、发展轻简化旱直播、减少秸秆还田，利于CH4减排，但不利于稻田固碳和水稻高产；反之，可以增加有机质含量、提高粮食产量，但也增加稻田CH4排放[22]。而且，一些政策也可能由于需求变化而调整，使政策的长期效应出现反复甚至冲突。比如粮食安全不紧张下，轮作休耕利于生态修复和地力提升，促进固碳减排；但是，粮食供需一旦紧张，轮作休耕政策即终止，政府为了增粮、农民为了增收，又回到高强度土地利用模式，导致土壤退化、生态环境问题突显，农田碳排放增加[23]。因此，不同部门及其出台的政策之间也需要系统梳理，以促进粮食安全和双碳目标的双赢。

而且，上述冲突关系还将随着全球气候、疫情、国际关系等变化而进一步加剧。最新研究表明，随着气候变暖和南方双季稻调减，到2050年我国水稻总产可能下降15%以上[24]。为了确保“口粮绝对安全”，未来需要扩大水稻种植面积，进而可能增加温室气体排放。而且，气候变暖也将直接导致稻田CH4排放，以及旱地N2O排放增加[25-26]。全球疫情和国际关系的恶化，将影响国际国内两个市场和两种资源的统筹利用，导致粮食进口受阻，需要扩大国内粮食播种面积或农作物耕种面积。这虽然可以增加国内粮食产量，保障粮食安全，但也增加碳排放。因此，社会和自然环境变化，不仅加重粮食安全危机，还将不利于粮食安全与双碳目标的兼顾，必须进行多层面权衡，以尽量减少冲突，增强协同，促进双赢。

移动客户端通过针对不同人群进行量身定位，打造出具有互动性与个性化的移动平台，在方言传播方面增强用户黏性，发挥出深度传播的优势。

2.2 粮食安全与双碳目标之间存在协同

尽管粮食安全与双碳目标之间存在一些需要权衡的冲突关系，但事实上，两者之间存在更多更强的协同效应，主要体现在增产与固碳、增产与减排、固碳与减排等方面。

粮食增产与农田固碳在效应上是互利的。“藏粮于地、藏粮于技”是国家粮食安全战略主要举措，其宗旨是通过提高土壤生产力和作物生产力，来保障粮食单产和总产的提升。多数情况下，尤其是中低产田，土壤肥力和作物单产同土壤有机质含量呈显著正相关。“藏粮于地”不仅可以增加土壤有机质含量即土壤固碳，也利于作物增产。反之，农田固碳利于作物增产及粮食安全。比如通过品种改良和农艺技术改进，可以提高作物单产及秸秆与根茬生物量，从而可以通过作物残茬或秸秆还田，促进土壤固碳[16]。可见，固碳促进增产、增产利于固碳，两者的协同可以促进粮食安全和双碳目标的双赢[27-28]。

粮食增产与农田减排在技术上也存在协同。在作物生产上，以小麦和水稻品种改良为例，现代水稻和小麦新品种不仅高产，而且CH4和N2O排放显著低于以前的老品种[29-30]。在耕作栽培技术层面，促进光合产物向籽粒转运，提高收获指数，可以显著提高产量，同时也能明显降低温室气体排放[31-32]。稻田施用增氧剂，不仅可以增强水稻根系活力，促进高产稳产，而且能促进CH4氧化，显著降低CH4排放。旱地施用硝化或脲酶抑制剂，不仅可以促进小麦玉米丰产和水肥增效，而且也能明显减少土壤N2O排放[33]。在科学节水下，不仅水稻高产稳产，而且稻田CH4显著减排[34]。在畜牧业方面，健康高产的畜禽品种，不仅饲料转化率高、高产高效，而且CH4等温室气体排放低。优质饲料和好的饲养技术，不仅可以减少单位畜禽产品的温室气体排放，而且还可以减少废弃物处理中的碳排放[35]。因此，可以通过品种、技术及产品创新，助力粮食安全和双碳目标的双赢。

科技创新可以增强固碳与减排之间的协同。比如优化农业系统及其布局，以种养结合为例，可以将养殖业废弃物进行生物质能源转化或肥料转化后用于农田系统，实现农田土壤固碳和地力提升的同时，减少养殖业废弃物处理的碳排放。又比如水旱两熟种植区，通过时空优化，秋季水稻秸秆还田实现土壤固碳，夏季小麦秸秆进行生物质产品或能源及燃料转化利用，实现稻田CH4减排。稻田秸秆还田与旱直播或节水灌溉技术集成，在促进土壤固碳的同时，显著降低CH4排放[36]。因此，科技创新可以增强固碳与减排的协同。

2.3 农业双碳目标与绿色高质量发展方向高度一致

进入新时代，国家提出绿色高质量发展新理念，开创了农业农村发展的新局面。在新发展理念和战略下，涉农行业都把粮食安全和乡村振兴放在首位，并兼顾环境保护，这为粮食安全和双碳目标双赢提供了坚实的政策基础[37]。国家的乡村振兴战略明确要求产业振兴与生态振兴并举。农业主管部门增设了生态、环境、能源相关机构，生态环境保护系统也建立了农业农村相关机构，科技创新主管部门设有生态环境和农业农村相关机构。这些机构创设可以协调粮食安全与双碳目标的关系，减少不必要部门和机构冲突。在政策体系上，各个行业部门均在设计“双碳目标”行动方案，以减少政策间的不协调。农业农村部门出台了“农业绿色发展”等战略规划，规划中的高标准农田建设、有机替代、废弃物综合利用等措施不仅利于粮食丰产，也促进农田固碳减排。科技主管部门启动的中长期科技发展规划及“十四五”重点研发项目，要求所有涉农项目均要考虑“双碳目标”及固碳减排任务。因此，在绿色高质量发展的大格局下，农业将迎来粮食安全与双碳目标双赢的大好机遇[38]。

农业绿色高质量发展要求农用化学品减量增效、农业废弃物资源化综合利用、农产品提质增效，要求在保障粮食等主要农产品有效供给的同时，增强农业的生态服务功能，提升农业的文化传承及休闲旅游等功能[39]。农业生产必须坚持生态保护优先，走产品优质、资源节约、环境友好的生态型生产之路。绿色高质量发展可以提升农业对气候等环境变化的适应能力，增强农田生态的固碳减排功能，提升国家粮食安全的保障水平。农业双碳目标也是要求水肥等自然资源高效利用，提升农田生态系统的固碳能力和生物多样性，实现农业废弃物的资源化利用，减少农业温室气体排放。实施上，农业固碳就是增强农业生态系统的稳定性、多样性和多功能性，减排也就是提高农业资源利用效率。无论在发展方向、技术途径与措施、以及总体目标上，农业双碳目标与绿色高质量发展是高度一致、相辅相成的[40]。

3 粮食安全与双碳目标双赢的实现路径及创新建议

3.1 实践证明粮食安全与双碳目标可以双赢

近年来，我国在作物生产应对气候变化方面开展了许多科技创新和生产实践，取得了不少成功经验。以水稻丰产与稻田甲烷减排为例，通过选用高产低碳排放品种和节能高效一次性耕种机具，集成旱耕旱整、控水增氧、增密调氮等耕作栽培技术，创建了高产低碳排放稻作新模式。该模式不仅实现水稻增产 5%、稻农节本增收15%以上，而且稻田CH4可以减排30%以上[41]。又如，我国推进的沃土工程、保护性耕作、秸秆及畜禽废弃物资源化利用、有机肥替代等行动，在2011—2020年间不仅实现了粮食总产提高13.8%，而且除东北之外的粮食主产区土壤有机质含量增加了1.5—2 g·kg-1，实现了增产与固碳的协同[16]。在农业科技创新方面，我国水稻品种改良和稻作技术改进也是一个增产、增收和减排的协同过程。通过高产低碳排放品种的选育、优质丰产稻作技术创新、水稻产区北移等措施，解放以来我国水稻单产和总产分别提高了2.7倍和3.4倍，单位面积和产量的CH4排放均显著下降[42-43]。又如基于Nbs的禾豆等间套作模式，不仅粮食丰产稳产，而且土壤有机质含量显著增加，农田CH4和N2O等温室气体排放明显下降，实现了稳粮增收和固碳减排的协同[44]。

例如，我国率先在主要粮食作物生产上示范推广了应对气候变化的生产新模式，即气候智慧型农业（climate smart agriculture，CSA）。该农业模式最初于2010年由FAO倡议，包括三大宗旨：粮食增产、农民增收；作物系统的气候韧性和适应能力增强；温室气体减排甚至净零排放[45]。CSA涉及政策与机制创设、技术集成示范、机构能力建设、理念与知识提升等内容，并在一定区域内综合实施。在农业农村部主导，FAO和世界银行等国际机构协助下，我国在安徽小麦-水稻和河南小麦-玉米主产区，开展气候智慧型农业大面积示范应用。项目区粮食增产5%—8%，温室气体减排10%—25%，农田综合固碳量增加15%—17%[46]。可见，农业生产可以实现稳粮增收与固碳减排，实现粮食安全与双碳目标的双赢。

3.2 粮食安全下农业双碳目标需要循序渐进

粮食安全下农业领域碳达峰指日可待，关键在于畜禽养殖业的发展需求，取决于人民日益增长的对美好生活的需要。未来10年内我国人口将达峰，国民经济发展和人民的生活水平将接近中等发达国家水平，食物消费数量和结构也将趋于稳定。为此，我国制定了中长期内粮食总产达6.5×108t以上，以及耕地面积稳定在1.2×108hm2的粮食安全目标，并提倡绿色高质量发展理念，因此，作物生产的碳排放将呈现下降趋势[43]。由于品种和种植技术的创新，以及投入品的减量增效，根据IPCC估算方法估算也发现，我国近5年作物生产领域的碳排放已经开始下降[3,36]。因此，如果目前的农产品进口能稳定，就我国的种植业而言，碳排放总量已经或即将达峰。而养殖业方面，由于我国居民生活水平仍将进一步提升，畜产品需求总量仍将增加。所以，国内养殖业仍需要较大发展，碳排放总量还将增加。数据显示，解放以来我国城乡居民人均肉类消费增长了近16倍，但距中等发达国家的消费水平还有较大距离。同样，根据 IPCC的估算方法估算，“十三五”期间我国畜牧业的碳排放仍在明显增加。因此，我国农业领域碳排放峰值及其达峰进程，将主要看畜禽养殖业的发展，取决于人民生活质量改善和水平提升要求。如果我国现有的农产品进口规模能得到保障，国内种植业领域碳达峰目标将很快实现，但畜牧业的碳排放也是指日可待的。尽管如此，我们仍不可贸然设定农业碳排放峰值和达峰时间表，必须统筹考虑我国居民生活水平和质量提升的要求，要考虑国际农产品市场进出口趋势，在不影响人民对美好生活追求的前提下稳步推进。

粮食安全下农业碳中和任重道远，农田固碳与减排应兼顾，CH4等非 CO2温室气体减排须优先。大量数据证明，陆地生态系统土壤碳库碳储量巨大[47]，1 m厚的土壤碳库分别是大气碳库和陆地生态系统植物碳库的2倍和3倍。因此，国际上曾提出“千分之四全球土壤增碳计划”，即地球 2 m厚土壤中有机碳年增加4‰就可以抵消人为碳排放总量，1 m厚土壤中有机碳年增加4‰可以抵消全球CO2净排放，确保大气CO2浓度不提高[48]，但事实上这是非常困难的。首先土壤有机碳含量取决于气候、土壤质地和用地方式，其含量存在饱和现象，即达到一定水平后就很难再提升。比如秸秆直接还田的固碳效应大概可持续20—30年，腐熟有机肥还田的固碳效应约为 40—50年[49]。集约化种植下，我国旱地和水田土壤有机质含量分别达到3%和5%以后，就很难进一步提升。而碳排放是每年都存在，即使达到峰值，仍将继续排放。以我国东北水稻、华北小麦-玉米和南方双季稻农田为例，其年碳排放量分别约为每公顷2.9、2.3和16.5 t CO2当量。如果靠土壤固碳实现净零排放，耕层土壤有机碳每年需分别增加 1.17、0.90和 6.61 g·kg-1，这是一个非常艰巨的目标。最新的国际估测发现，在全球作物生产领域，稻田CH4排放占该领域碳排放总量的40%以上，而中国稻田CH4排放占全国作物生产碳排放总量60%左右[50]。根据IPCC的方法估测，我国目前农业领域的CH4排放约占全国农业碳排放总量70%，农田CH4和N2O排放占农业碳排放总量的40%左右。因此，在粮食安全背景下，实现农业领域碳中和目标，首先应该通过高产优质低排放的畜禽和作物品种筛选、作物种植和畜禽养殖技术优化、高效饲草料与新型肥料、饲料添加剂和土壤调理剂，以及高效农药和机具改进等减排措施来大幅度降低CH4等非CO2温室气体排放[36]。比如稻田可选用高产低CH4排放的品种，配套旱耕增氧减排种植技术以及增氧剂等CH4减排技术[36]；旱地可选用氮高效品种并配套新型高效肥料与高效施肥技术，以及硝化抑制剂等N2O减排技术[30]。反刍动物饲养可选用高产且料肉比低的品种，并配套禾本科与豆科配比的优质饲草等CH4减排饲养技术[45]。之后，通过农田土壤固碳、农林复合固碳、农业废弃物生物质产品转化固碳等综合固碳措施，抵消剩余的碳排放，可望实现净零排放。农业碳中和必须走减排优先，综合固碳兼顾的技术路线[36,51]。

3.3 粮食安全下农业双碳目标需要创新驱动

实现农业双碳目标需要创新农业固碳减排理论与技术。在保障国家粮食安全、应对气候变化、实现双碳目标等多重挑战下，我国急需开展农业固碳减排的理论与技术创新。首先，需要进一步揭示农业固碳减排的效应机制，探明我国农业固碳减排的重点领域与区域及其潜力和技术途径；其次，要创制优质多抗低碳排放的作物品种和种畜种禽，提高品种的气候韧性；创新优质丰产低碳排放的种植和养殖技术，提高作物系统的气候韧性；另外，要开展固碳减排的产品和机具研发，创制新型的化学和生物固碳减排产品。在此基础上，在重要典型农区农田景观尺度上，开展技术筛选和集成示范，创建低碳高效农业模式。

实现农业双碳目标需要创建碳监测、报告和核查体系。与工业和能源等产业的排放不同，农业排放属于面源排放，精确定量监测难度大。因此，除了农业固碳减排理论与技术创新外，还急需开展农业碳排放相关的方法学研究。目前农业领域碳排放监测仍缺乏非常稳定的方法和设备，缺乏系统的监测网络，使得农业碳排放难以报告和核查，影响农业固碳减排的政策实施和技术示范推广与综合评价。因此，首先要创新监测方法和网络，将基于田间尺度、区域尺度及模型模拟的方法进行综合，以获得可靠的、稳定的、可定量的监测数据。另外，要建立定期报告制度和体系，及时掌握全国和区域及地方的农业碳排放动态。其次，还需要建立第三方核查标准和方法体系，最终实现农业碳排放可监测、可报告、可核查。基于这个 MRV（measurable，reportable，verifiable）体系，开展农业领域碳排放清单调查，摸清家底，因地制宜的科学确定农业双碳目标及其实现途径与进程，制定行动方案并选用合适的固碳减排技术模式。

实现农业双碳目标需要创设新的扶持政策与激励机制。在新理论和新技术以及MRV体系支撑下，还急需创设农业固碳减排的扶持政策和激励机制。依据我国农业绿色高质量发展的新要求，对农业农村和生态环境保护等主管部门的相关机构组成和出台的政策与激励机制进行系统梳理和查漏补缺，增设一些协调机构，废除或完善一些存在冲突的政策或机制，创设一些新的扶持政策和激励机制。鉴于农业碳排放的特殊性，难以设置排放配额，短期内难以形成成熟的系统的MRV体系，很难通过碳交易市场进行配额交易。因此，可以考虑创建政府主导，企业或利益相关者多方参与投资及融资机制，创建农业固碳减排奖励机制，建立农业固碳减排基金，以鼓励农业生产者等利益相关方，尤其是新型经营主体积极开展农业减排固碳，促进粮食增产与农业减排的双赢。

总之，粮食安全是关系国计民生的国家安全大事，碳达峰与碳中和是国家战略，农业生产不仅应该勇于担当，而且应该积极推进。粮食安全背景下的农业双碳目标，不仅对于农业生产者是一个全新的概念，对于农业科研工作者和农业农村部门来说也是比较陌生的。因此，需要系统了解、科学推进、全产业联合，最终实现粮食安全与双碳目标双赢。