广西秸秆露天焚烧碳排放量特征分析

摘 要：采用排放因子法估算因秸秆焚烧产生的温室气体CO、CO2和CH4的排放量及碳排放量，并基于火点数据将碳排量进行网格化分配。结果表明，2022年广西秸秆露天焚烧总量为550.45万t，生物质燃烧源CO、CO2和CH4的排放量分别为31.46万t、722.70万t和1.44万t，其中，甘蔗秸秆焚烧对排放影响最大，贡献占比55.8%；秸秆露天焚烧释放的总碳量为211.87万t。生物质燃烧源排放的大气污染物分布不均衡，CO、CO2和CH4三项污染物排放量和碳排放总量高值区主要集中在桂中的来宾和南宁以及桂西南的崇左。崇左市秸秆露天焚烧碳排放量占广西19.5%，来宾占17.2%，南宁占15.9%，其他城市碳排放量占比均在10%以下。受农作物耕作和收割季节性影响，广西秸秆露天焚烧呈季节性变化，主要集中在1—4月和11—12月，甘蔗榨季是秸秆露天焚烧高发期。

关键词：秸秆露天焚烧；甘蔗焚烧；温室气体；碳排放量；排放因子

中图分类号：X51 文献标志码：A 文章编号：1673-9655（2024）05-00-05

0 引言

秸秆焚烧是大气污染的主要来源之一，其产生大量的细颗粒物和气态污染物等，对当地和周边地区的环境质量和公众健康带来显著的负面影响[1-4]。广西作为全国蔗糖的主产区及世界上第三大食糖主产区，每年甘蔗产量7千多万t，全国占比超65%。大面积种植甘蔗，会产生大量的甘蔗秸秆。然而目前广西秸秆综合利用率不高，甘蔗秸秆主要还是以焚烧的方式处理，对广西冬季环境空气质量影响显著。国内学者对农作物秸秆焚烧造成的空气污染问题[2-4]、焚烧特征及污染物排放清单[5-11]、秸秆焚烧碳释放量估算[12-15]等进行较多研究，且多以全国大区域尺度为例或者多集中在北方地区。刘慧琳等[11]测算了2019年广西秸秆露天焚烧大气污染排放清单，罗意然等[16]实测了广西典型生物质燃烧所产生的气态污染物的排放特征，陶敏华[17]分析了2015年广西主要农作物秸秆露天焚烧污染物排放情况。以上文献均未研究广西秸秆露天焚烧的碳排放情况。因此，本研究以估算广西2022年秸秆露天焚烧气态污染物CO、CO2、CH4的排放量和总碳释放量为例，分析污染物浓度分布和焚烧火点空间分布特征，以期为广西针对性的开展秸秆禁烧管控及减污降碳工作提供参考依据。

1 研究方法

1.1 数据来源

主要农作物产量数据来自广西14个地级城市2022年国民经济和社会发展统计公报及《广西统计年鉴》；秸秆焚烧火点数据采用TERRA、AQUA、Suomi NPP、NOAA20等极轨卫星和HIMAWARI-8、HIMAWARI-9、GK2A等静止卫星的监测数据。

1.2 方法

本研究以2022年为基准年，对广西14个地级市秸秆露天焚烧污染物排放情况进行研究，估算CO、CO2和CH4污染物排放量及总碳排放量。根据广西农作物产量数据，同时结合本地种植概况，确定以水稻、玉米和甘蔗等作为主要农作物进行研究分析。

1.2.1 秸秆产量

计算农作物秸秆产量公式如下：

（1）

式中：W—农作物的秸秆产量，t；P—农作物年产量，t；N—草谷比。

结合《公报》数据获得14个地级市2022年主要农作物产量，并计算农作物秸秆资源量，见表1。

1.2.2 秸秆露天焚烧排放量

秸秆焚烧会产生大量CO、CO2和CH4等大气污染物。污染物排放量主要基于排放因子法进行估算，根据《生物质燃烧源大气污染物排放清单编制技术指南（试行）》（以下简称《指南》），秸秆露天焚烧排放量采用以下公式计算：

（2）

（3）

式中：E—污染物排放量，t；A—秸秆露天焚烧量，t；EF—排放因子，g/kg；W—农作物秸秆产量，t；R—秸秆露天焚烧比例，%；η—燃烧率。

其中，水稻、玉米和甘蔗的草谷比选取2019年

农业农村部办公厅《关于做好农作物秸秆资源台账建设工作的通知》（农办科〔2019〕3号）中草谷比数据，分别为1.06、1.32和0.10；燃烧率选取《指南》中的0.9；水稻和玉米秸秆焚烧比例选取《指南》中的20%，甘蔗的参考刘慧琳等的研究数据[11]。具体见表2。

本文秸秆露天焚烧碳排放过程中只考虑CO、CO2和CH4的排放，不考虑其他形式的碳排放。其中，碳排放量根据秸秆露天焚烧排放的CO、CO2和CH4的量中含碳量比例进行估算。

1.2.3 排放因子

本研究中主要农作物秸秆露天焚烧排放CO、CO2和CH4的排放因子是通过搜集各学者的排放实测数据[16，18-29]及权威期刊文献数据[5-7]，取平均值作为本研究秸秆露天焚烧的排放因子，如表3所示。

1.2.4 空间分配

本研究采用多源卫星火点及基于土地利用的方法对广西秸秆露天焚烧进行网格化分配。根据公式（4）获得各网格的空间权重。

（4）

式中：i—耕地区域内第i个网格；Ei—i网格的分配权重；FCi—i网格的火点数；FCk—k城市总火点数。根据各城市秸秆露天焚烧排放总量，结合上述权重比例得到基于火点碳释放量网格化清单。

2 结果与分析

2.1 秸秆露天焚烧温室气体和碳释放量

2022年广西全区秸秆露天焚烧总量为550.45万t

（见表4），14个地级市中秸秆焚烧量相对较大排名前三的为崇左市101.47万t，来宾市90.31万t，

南宁市86.73万t，主要集中在桂中到桂西南一带，而该地区也是甘蔗主产区，每年甘蔗叶秸秆生产大户，与2022年公报公布甘蔗产量数据相吻合。广西秸秆露天焚烧排放的CO、CO2和CH4分别为31.46万t、722.70万t、1.44万t，排放的碳总量为211.87万t。其中崇左的秸秆露天焚烧碳排放量最高，其次是来宾、南宁、柳州、贵港等市。崇左市秸秆露天焚烧碳排放量占全广西的19.5%，来宾占17.2%，南宁占15.9%，其他城市碳排放量占比均在10%以下。

在水稻、玉米和甘蔗这三类农作物中，甘蔗秸秆露天焚烧污染物总排放贡献最大，占比55.8%，水稻秸秆焚烧贡献占比30.7%。这与刘慧琳等人[11]的研究结论较一致。然而大量秸秆焚烧会直接排放大量的大气污染物，导致中到重度污染天发生[30， 31]，说明大量甘蔗叶秸秆露天焚烧将会严重制约广西环境空气质量进一步改善，因此在甘蔗收割榨季，加强秸秆露天焚烧管控力度尤为重要。

2.2 秸秆露天焚烧源排放空间分布特征

由图1可知，CO、CO2和CH4三项污染物排放量和碳排放总量高值区主要都集中在桂中的来宾和南宁以及桂西南的崇左这三个区域。为了验证排放因子法估算可靠性，利用卫星遥感监测到的秸秆焚烧火点和估算的排放空间分布进行比对（图2），可以发现甘蔗秸秆焚烧火点较严重的区域与排放量较大的城市分布基本吻合。2022年崇左、来宾、北海、河池、南宁火点较多，分别占全区总火点数的21.3%、14.3%、11.7%、9.4%和8.9%；2021年11月—2022年3月榨季期间，崇左、北海、来宾、南宁和河池火点较多，分别占全区总火点数的28.2%、17.6%、15.3%、6.7%和6.4%。2022年1—4月火点数为2627个，占全年火点数的71.4%；2021/2022年榨季（11月—次年3月）

火点数占全区总火点数的52.2%。可以发现甘蔗秸秆焚烧火点较严重的区域与排放量较大的城市分布基本吻合。榨季和春耕期是广西秸秆露天焚烧高发期，秸秆露天焚烧与农作生产有关，具有较强的季节性（图3），每年的11月—次年3月为甘蔗榨季，在此期间会产生大量的甘蔗叶秸秆，大多数秸秆因收储困难，政府或企业综合利用设施跟不上，利用率不高，导致大多数农户直接在耕地中一烧了之。因此，秸秆焚烧是每年榨季广西大气污染较重的主要原因。

为进一步分析秸秆露天焚烧对碳排放分布的影响，利用卫星遥感监测的火点数据进行9 km*9 km

网格化空间匹配，根据权重比例将各市碳排放量进行网格化分配，得到基于秸秆露天焚烧火点的碳排量空间分配结果，如图4所示。碳排量网格高值区主要分布在火点较多的来宾和崇左，以及贵港与南宁的交界处，其他桂北和桂东南部城市均有高值点分布，而桂西区域碳排量相对较低，与上述碳排量计算结果较一致。

2.3 排放量可靠性分析

该研究的清单使用《指南》中估算方法，统计数据来自广西14个地级城市2022年国民经济和社会发展统计公报；秸秆露天焚烧量主要计算参数选取《关于做好农作物秸秆资源台账建设工作的通知》《指南》和刘慧琳等人的调研数据；排放因子基于国内外学者实测数据及权威期刊文献数据的均值。因此，该研究在数据来源和方法上具有一定可靠性，研究成果具有一定参考和指导意义。

然而，秸秆露天焚烧污染物排放量清单具有一定的不确定性。主要是由于秸秆焚烧量缺乏统一的统计口径，所以在测算过程中使用秸秆产量、露天焚烧比例和燃烧率等计算，而露天焚烧比例和燃烧率会因不同区域、不同作物种类及不同的燃烧方式而存在较大差异；排放因子主要是基于国内外学者的实测数据，由于受测试条件等因素的影响，各学者实测结果差异较大；本研究未做本地化测试，在今后研究中需根据不同区域和秸秆类型，通过实地调研和测试等方式，提高研究结果的可靠性。

3 结论

（1）2022年广西秸秆露天焚烧总量为550.45万t，

14个地级市中秸秆焚烧量排名前三的主要集中在甘蔗主产区的崇左市（101.47万t）、来宾市（90.31万t）

和南宁市（86.73万t）；秸秆露天焚烧排放的CO、CO2、CH4和碳排放总量，分别为31.46万t、722.70万t、1.44万t和211.87万t，高值区主要集中在来宾、南宁和崇左；崇左市秸秆露天焚烧碳排放量占全广西的19.5%，来宾占17.2%，南宁占15.9%，其他城市碳排放量占比均在10%以下。

（2）采用基于火点权重的空间分配法对全区碳排放量进行网格化分配，碳释放量高值点主要分布在来宾和崇左，以及贵港与南宁的交界处，而桂西区域碳排量相对较低。

（3）受农作物耕作和收割季节性影响，广西秸秆露天焚烧呈季节性变化，主要集中在1—4月和11—12月，甘蔗榨季是秸秆露天焚烧高发期；在水稻、玉米和甘蔗这三类农作物中，甘蔗秸秆露天焚烧污染物总排放贡献最大，占比55.8%。

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Analysis of Carbon Emission Characteristics of Open-air Straw Burning in Guangxi

PAN Qiu-ling， PAN Run-xi， XIE Yu-ning， HE Ling-hong， HUANG Nai-zun

（Guangxi Ecological and Environmental Monitoring Center， Nanning Guangxi 530028，China）

Abstract： This paper used the emission factor method to estimate the emissions of greenhouse gases CO， CO2 and CH4 and carbon emissions caused by straw burning， and allocated carbon emissions in a grid based on fire point data. The results showed that the total amount of open-air straw burning in Guangxi in 2022 was 5.5045 million tons， and the emissions of CO， CO2， and CH4 were 0.3146 million tons， 7.227 million tons， and 0.0144 million tons respectively. The total carbon emission was 2.1187 million tons. Among them， the most impact came from sugarcane straw with a contribution of 55.8%. The distribution of air pollutants emitted by biomass combustion sources was uneven. The high value areas of CO， CO2 and CH4 pollutant emissions and total carbon emissions were mainly concentrated in Laibin and Nanning， as well as Chongzuo in southwest Guangxi. The carbon emissions from open-air straw burning in Chongzuo City accounted for 19.5% of Guangxi's， 17.2% for Laibin， and 15.9% for Nanning. The carbon emissions of other cities were all below 10%. Affected by the seasonality of crop farming and harvesting， the open-air straw burning in Guangxi changed seasonally， mainly from January to April and November to December. The sugarcane crushing season was a period of high incidence of open-air straw burning.

Key words： open burning of straw; sugarcane burning; greenhouse gas; carbon emission; emission factor

基金项目：广西重点研发计划项目（No.桂科AB20238015）。

作者简介：潘秋玲（1989- ），女，广西柳州人，硕士，工程师，主要从事环境空气质量综合分析工作。

通信作者：潘润西。