云南省花叶用工业大麻种植的经济效益与碳足迹分析

张琳，杜光辉，杨阳，欧阳文静，牛江龙，李涛，刘飞虎，汤开磊*

(1.云南大学，云南 昆明 650500；2.云南汉晟丰工业大麻种植有限公司，云南 昆明 650200)

工业大麻是四氢大麻酚(THC)含量低于0.3%，不具备毒品利用价值的大麻品种类型。 工业大麻花叶中含有多种不具精神活性的大麻素，其中大麻二酚(CBD)具有调节免疫力、治疗癫痫和焦虑、镇痛等功能[1-2]。 近年来，随着人们对CBD 等大麻素医疗和保健功效的认识加深，国际市场对工业大麻花叶提取物的需求快速增加。 在此背景下，汉康(云南)生物科技有限公司于2014 年建成了全球第一条高纯度CBD 工业化生产线[3]，此后以收获花叶提取CBD 为目的的工业大麻种植和加工产业在云南迅速发展。 据云南省统计年鉴数据显示，2018—2021 年云南省工业大麻种植面积累计约2.4 万hm2，实现工农业产值超过13 亿元，工业大麻已成为云南省的特色经济作物之一。

农业种植既是全球重要的温室气体排放源，又是一个巨大的碳汇系统。 在我国提出2030 年前实现碳达峰、2060 年前实现碳中和的“双碳”目标背景下，以“高效率、低能耗、低排放、高碳汇”为特征的低碳农业成为我国现代农业发展的方向[4]。 因此，详细评估云南省花叶用工业大麻种植的经济效益和种植过程中的碳足迹，探究减排增效要素，对我省花叶用工业大麻产业的可持续发展具有重要的指导意义。

种植农产品的经济效益和碳足迹评估通常采用生命周期评价(Life Cycle Assessment，LCA)的方法。 例如:王上等[5]基于田间试验数据，利用生命周期评价方法，计算了华北平原春绿豆—夏玉米种植模式的年净收益和碳排放量；何浩等[6]基于统计资料，比较分析了南方双季稻区一熟、二熟、三熟种植模式的经济收益和碳足迹，得出三熟模式的产值最高，平均单位净利润碳足迹最低。国外一些研究者也运用LCA 方法对工业大麻种植过程中的碳足迹进行了评估:Werf[7]评估得出法国种植纤维用工业大麻产生的碳排放量为2330.0 kgCO2eq/hm2；Scrucca 等[8]对法国以秆芯利用为目标的工业大麻种植进行评估，得出每生产1 kg 秆芯的碳排放量为0.98 kgCO2eq，碳吸收量为-1.29 kgCO2eq；Zampori 等[9]通过Ecoinvent 数据库获取全部数据，评估得出生产1 kg 工业大麻茎秆(麻皮和木质秆芯)的碳吸收量为-1.82～-1.64 kgCO2eq。 但以往研究因区域不同导致碳排放强度差异较大，尤其缺乏针对花叶用工业大麻碳排放特征的研究。

本研究采用LCA 方法，对云南省花叶用工业大麻种植的经济效益及碳足迹进行分析，旨在为优化云南省工业大麻种植提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 云南省花叶用工业大麻种植过程

图1 云南省花叶用工业大麻种植流程Fig.1 Process of industrial hemp cultivation for flowers and leaves in Yunnan Province

1.2 数据来源

花叶用工业大麻种植环节的生产投入和产出数据来源于云南省内具有代表性的工业大麻种植公司(云南汉晟丰工业大麻种植有限公司)及其协议种植户。 投入数据主要包括:种子、肥料(复合肥、尿素、有机肥)、人工、农机作业(深耕、耙地、运输)所需柴油的消耗量及价格。 产出数据主要包括:花叶、茎秆和籽粒的产量及价格。

1.3 核算方法

参照国际标准《环境管理生命周期评价原则与框架》(GB/T 24040—2008)，将花叶用工业大麻种植过程中的经济效益及碳足迹分为目标定义与范围界定、清单分析、影响评价、结果解释4 个部分。

1.3.1 目标定义与范围界定

本研究以整地作为起始边界，以花叶交售作为终点边界，核算花叶用工业大麻种植的经济效益和碳足迹。 种植管理过程中的碳足迹包括直接碳排放和间接碳排放两部分。 由于缺乏因土壤呼吸产生CO2的直接碳排放数据，参考何浩等[6]和Zampori 等[9]的方法，本研究仅考虑肥料、地膜、人工等生产或使用过程中产生的间接碳排放，以及农机使用直接温室气体排放。

1.3.2 清单分析

整个种植管理过程分为整地、育苗移栽、田间管理和收获4 个阶段(图1)。 其中，整地阶段的翻耕和起垄使用小型农机完成，施基肥、覆盖地膜由人工完成；育苗移栽阶段的播种、育苗、移栽由人工完成；田间管理阶段的间苗和定苗、追肥由人工完成；收获时的砍麻、晾晒、花枝分离、除杂均由人工完成，运输由农机完成。

1.3.3 经济效益核算

河套灌区耕作方式与秸秆还田对玉米光合物质生产及产量的影响……………………………………………………………… 赵晓宇，于晓芳，高聚林，胡树平，孙继颖，王志刚，王富贵，张鹤宇（26）

交售工业大麻花叶的净收益(E)通过公式(1)计算。

式中:E—净收益，元/hm2；YL—花叶产量，kg/hm2；PL—售出单价，元/kg；∂i—第i种农资的投入量，kg/hm2或L/hm2；Pi—第i种农资的单价，元/kg 或元/L；L—人工投入总量，工日/hm2；Pl—人工投入成本，元/工日。

1.3.4 碳足迹核算

种植过程中的碳排放主要为各种农资投入的碳排放量之和，单位面积碳排放(Ce)及单位产量碳排放(Cf)分别通过公式(2)和公式(3)计算:

式中:Ce—单位面积碳排放，kgCO2eq/hm2；Cf—单位产量碳排放，kgCO2eq/kg；mi—第i种农资生产资料的CO2排放参数，kgCO2eq/kg 或kgCO2eq/L；ml—人工投入的CO2排放参数，kgCO2eq/工日；YB—地上部生物产量(花叶、籽粒和茎秆产量之和)，kg/hm2。

本研究中使用的碳排放参数主要包括种子、肥料(复合肥、尿素、有机肥)、人工、地膜等，其中种子、有机肥、人工的碳排放参数来源于已发表的研究文献[11-13]；复合肥、尿素、农机的碳排放参数来源于政府间气候变化专门委员会(IPCC)网站(https:/ /www.ipcc.ch/)(表1)。

表1 碳排放参数Table 1 Carbon emission parameters

光合作用碳汇(Cs)的计算参照胡志华等[14]的方法，按公式(4)计算。

式中:Cs—光合作用碳汇，kgCO2eq/hm2；S—碳吸收率(以国际上常用的转换系数0.5 计算[15])，kgCO2eq/kg。

净碳排放量(Ces)按公式(5)计算。

式中:Ces—净碳排放量，kgCO2eq/hm2。

种植生产过程中的生态效益可用碳生态效率来衡量，碳生态效率(Ee)按公式(6)计算。

式中:Ee—碳生态效率。

如Ee大于1，表示碳汇大于碳排放，对生态环境具有正向作用，反之则有反向作用。

1.4 数据处理

所有原始数据采用Microsoft Office Excel (v.2019)软件进行数据处理，运用Origin (v.2022)软件进行作图。

2 结果

2.1 工业大麻种植经济效益分析

花叶用工业大麻种植过程中的投入清单见表2，主要包括种子、肥料(复合肥、尿素、有机肥)、人工、农机(深耕、耙地、运输)等。 在不考虑地租的情况下，花叶用工业大麻的种植成本为10 371.3 元/hm2。 种植成本中的人工费占比最大，为6150.0 元/hm2，占总成本的59.3%；使用农机的支出为1603.8 元，占总成本的15.5%；种子、复合肥、尿素、地膜、有机肥的使用成本占比较小，仅为总成本的25.2%(图2)。

图2 花叶用工业大麻种植过程中各项投入占总成本的比例Fig.2 Proportion of inputs to total cost in the cultivation of industrial hemp for flowers and leaves

表2 每公顷花叶用工业大麻种植的投入清单Table 2 List of inputs industrial hemp cultivation for flowers and leaves per hectare

如表3 所示，每公顷的花叶产量为1875.0 ～3375.0 kg，以2022 年平均13.0 元/kg的收购价计算，销售花叶的收益为24 375.0～43 875.0 元/hm2。 因此，在不考虑地租的情况下，销售花叶的净收益为14 003.7～33 503.7 元/hm2。

表3 花叶用工业大麻种植的产出清单Table 3 List of output of industrial hemp cultivation for flowers and leaves

2.2 工业大麻种植碳足迹分析

如表 4 所示，在育苗移栽种植模式下，花叶用工业大麻种植的碳排放量为1485.3 kgCO2eq/hm2，主要贡献来源为施用复合肥和尿素，分别占总碳排放的35.8%和29.3%。 覆盖地膜的碳排放为 311. 0 kgCO2eq/hm2，占总碳排放的 20. 9%。 柴油的碳排放为176.2 kgCO2eq/hm2，占总碳排放的11.9%。 排放量较少的为种子、人工和有机肥，分别占总碳排放的0.1%、1.0%、1.0%。

表4 花叶用工业大麻种植的碳排放量Table 4 Carbon emissions of hemp cultivation for flowers and leaves

由表5 可知，花叶用工业大麻的碳汇值为2514.0 ～4536.8 kgCO2eq/hm2，单位花叶产量的碳排放为0.2 ～0.3 kgCO2eq/kg，远大于其种植过程中产生的碳排放量，净碳排放量为-1028.7 ～-3051.4 kgCO2eq/hm2，碳生态效率为1.7～3.1。

表5 云南省花叶用工业大麻种植的碳核算指标Table 5 Carbon accounting index for the cultivation of flowers and leaves with industrial hemp in Yunnan Province

3 讨论

3.1 云南省花叶用工业大麻种植的经济效益

在不考虑地租成本的情况下，云南省种植花叶用工业大麻的成本为10 371.3 元/hm2，产值为24 375.0～43 875.0 元/hm2，净收益为14 003.7～33 503.7 元/hm2。 这一种植成本与当地同期竞争性农作物玉米(9000.0～10 500.0 元/hm2)相当，但每公顷产值(玉米为18 000.0 ～30 000.0 元/hm2)较玉米高约35%～46%。 与种植烤烟相比，花叶用工业大麻的产值低(24 000.0～45 000.0 元/hm2)，但由于其种植过程中不需要打农药，收获及初加工使用人工少，净收益与烤烟较为接近。 此外，胡新洲等[16]研究报道云南省玉溪市油菜种植的成本为9772.5～13 672.5 元/hm2，净收益为6676.2～11 828.3 元/hm2；王梅霞等[17]报道云南种植甘蔗的成本为48 700.0～50 000.0 元/hm2，净收益在5600.0～15 200.0 元/hm2。 花叶用工业大麻种植的成本与油菜的相当，但远低于甘蔗的，因为甘蔗种植中需要使用大量的人工及农机。 就净收益来说，花叶用工业大麻种植比甘蔗和油菜分别高7327.5～21 675.4 元/hm2和8403.7～18 303.7 元/hm2。

除了交售花叶的收益，花叶用工业大麻种植户还可收获一些成熟较早的籽粒及麻秆。 籽粒可用作饲料或者制作食品，产量为738.0～1384.5 kg/hm2，以2022 年当地市场价格7.0 元/kg 计算，销售籽粒可获得5166.0～9691.5 元/hm2的收益。 麻秆可以用于生产活性炭、造纸及制作板材等，产量为2415.0～4314.0 kg/hm2，以0.6 元/kg 的价格计算，销售麻秆可得1449.0 ～2588.4 元/hm2的收益。 若将销售麻籽和麻秆的收益计算在内，每公顷花叶用工业大麻的种植总收益为30 990.0 ～56 154.9 元，净收益可达20 618.7～45 783.6 元。 云南工业大麻主要种植区的地租约为12 000.0 ～15 000.0 元/hm2，扣除地租，种植花叶用工业大麻的净收益也可达5618.7～30 783.6 元/hm2。

云南省种植花叶用工业大麻的耕地多为山坡地，地块小而分散，不利于实现大规模机械化操作[18]，因而种植过程中的机械化水平低，人工成为最主要的成本，占总成本的59.3%。 因此，研发推广适用于山坡地的农机及配套栽培技术，提高育苗移栽、收获等关键生产环节的农机化水平，是提高劳动效率、减少劳动力投入、增加种植收益的有效途径。 此外，花叶用工业大麻种植的收益与花叶产量和花叶中的大麻素含量有关，通过选育新品种、研发高效栽培技术以提高花叶产量和花叶中的大麻素含量也是提高种植效益的有效途径。 云南省农业科学院经济作物研究所近期选育了全雌工业大麻品种“云麻雌1 号”及高大麻素含量品种“云麻高酚1 号”，这些品种的推广应用有望增加花叶产量及大麻素含量，减少砍雄麻的成本。

3.2 云南省花叶用工业大麻种植的碳足迹

本研究核算得出云南省花叶用工业大麻种植的碳排放量为1485.3 kgCO2eq/hm2，单位花叶产量碳排放量为0.2～0.3 kgCO2eq/kg。 这一碳排放量稍高于何浩等[6]研究报道的南方水稻一熟种植(947.8 kgCO2eq/hm2)，因为水稻种植过程中不需要使用地膜，因而碳排放总量偏低。 本研究中的碳排放总量较Werf[7]和Zampori 等[9]研究报道的值低。 不同研究中碳排放总量的差异可能来源于两个方面:一是种植管理模式的差异，Werf[7]和Zampori 等[9]研究中的工业大麻种植以收获茎秆为主，机械和化肥的使用量均高于本研究中的花叶用工业大麻种植；二是核算边界的差异，Zampori等[9]的研究除了考虑工业大麻种植过程中的碳排放，还计算了从收获到加工成建筑用隔热材料所排放的碳量。

工业大麻叶片光合能力强，生长速度快[19]，每公顷的生物量达到5028.0 ～9073.5 kg，碳汇可达2514.0～4536.8 kgCO2eq/hm2。 工业大麻的碳汇值与单季水稻(2015.0 ～4415.0 kgCO2eq/hm2)接近，但较烤烟(1941.9 ～2206.5 kgCO2eq/hm2)[14，20]的高。 较高的碳汇能力说明其符合低碳农业的发展要求，发展工业大麻种植有利于我国“双碳”目标的实现。

云南省种植花叶用工业大麻的施肥量为每公顷300 kg 复合肥和150 kg 尿素，其碳排放量为966.0 kgCO2eq/hm2，占总碳排放的65.1%，是增加碳排放的主要来源。 因此，控制工业大麻种植过程中的肥料用量，可以有效降低碳排放总量。 近年来，一些学者从不同的角度探索了工业大麻的需肥规律及减肥增效栽培技术原理[21-22]。 在不影响产量的情况下控制施肥量有两个途径:一是根据土壤肥力情况调整施肥量，低肥力土壤增施，高肥力土壤少施；二是根据工业大麻生长过程中的需肥规律施用，苗期多施氮肥，生长后期多施钾肥。 但相关研究成果在花叶用工业大麻种植中的推广应用还需要加强。

覆盖塑料地膜可以有效抑制杂草，提高土壤温度和湿度，进而显著提高工业大麻的产量[23]。但本研究结果表明，覆盖塑料地膜引起的碳排放为311.0 kgCO2eq/hm2，占总碳排放的20.9%，是增加碳排放的主要来源之一。 因此，研发推广低碳排放的地膜材料是减少工业大麻种植过程中碳排放的重要途径。 近年来，可生物降解地膜的研究取得重要进展，覆盖栽培效果接近或是优于塑料地膜[24]，在工业大麻种植中潜力巨大。

4 结论

本研究综合分析了云南省花叶用工业大麻种植过程中的经济和环境表现。 结果表明，在不考虑地租的情况下，每公顷花叶用工业大麻的种植成本为10 371.3 元，销售花叶的净收益为14 003.7～33 503.7 元/hm2，经济效益较可观。 从环境表现来看，种植过程中的碳排放为1485.3 kgCO2eq/hm2，净碳排放为-1028.7～-3051.4 kgCO2eq/hm2，总碳排放小于光合作用碳汇，碳生态效率大于1。 研究表明，工业大麻种植可获得可观的经济效益，同时还能增加碳汇，改善农业生态环境，促进农业的可持续发展。