“双碳”目标下我国农业碳排现状与趋势研究

2024-03-20袁世一

安徽农业科学 2024年4期

摘要在全球农业碳排现状基础上，从产业结构的视角对全球农业碳排划分为4个阶段，分析了发达国家、发展中国家农业碳排现状、技术与发展趋势。根据相关数据，将我国农业碳排状态分为3个阶段，分析了我国农业减排的现状与发展趋势。最后，根据“双碳”目标提出我国农业碳排结构性调整策略。

关键词 “双碳”目标；农业碳排；结构化

中图分类号 S-058 文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2024）04-0229-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.04.050

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Research on the Current Situation and Trend of Agricultural Carbon Emission in China Under Dual Carbon Target

YUAN Shi.yi

（Institute of Agricultural Information， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100081）

Abstract On the basis of the current status of global agricultural carbon emissions， global agricultural carbon emission was divided into four stages from the perspective of industrial structure. We analyzed the agricultural carbon emission status， technology and development trend of developed and developing countries. According to relevant data， agricultural carbon emission status of China were divided into three stages， status and development trend of agricultural emission reduction in China were analyzed. Finally， structural adjustment strategy of agricultural carbon emission of China was put forward according to the dual carbon target.

Key words Dual carbon target;Agricultural carbon emission;Structuration

基金项目国家自然科学基金项目“基于大数据技术的粮食安全监测预警研究”（62103418）；中国农业科学院农业信息研究所基本科研业务费项目（JBYW-AII-2022-38）。

作者简介袁世一（1988—），女，辽宁阜新人，助理研究员，博士，从事农业经济、粮食安全监测预警研究。

收稿日期 2023-03-04

农业减排的问题一直备受专家学者的广泛关注，特别是《巴黎协定》通过后，对农业减排的内容和结构研究更是成为世界各国研究的重点。在2021年5月的《生物多样性公约》缔约方大会上，习近平主席首次提出碳达峰、碳中和，并确立了中长期发展规划，预计在2021—2030年完成碳排放、碳中和的转型过度，2030—2040年完成碳排放的结构性转变［1］。以“双碳”为发展目标意味着我国将面临结构性变化，特别是生产结构、能源結构、消费结构以及生活方式等。在人们生活越来越受自然环境约束的情形下，降低农业领域的碳排放量和蓬勃发展低碳种植业是促进农业可持续发展的途径。近年来，全球已有100多个国家出台支持“双碳”目标实现的法律法规、行政制度等，范围规模覆盖全球78%的排放，经济规模占全球80%［2］。按照世界粮农组织（FAO）的保守预期，到2050年世界总人口将超过90亿，并由此预测所有粮食作物起码要增产70%以上才能养活全人类。在农业增产减排的双重压力下，未来30年内合理降低农业部门的碳排放量将是全球农业面临的最主要挑战之一。

从产业结构来看，农业的独特性决定其对气候环境的影响程度区别于工业和服务业。农业既是造成气候变迁的主要碳污染源，又是影响气候变迁主要原因。中国作为农业强国同时又是人口强国，用仅占全球7％的农业国土面积养活着全球22％的人口，使得我国农业生产任务重、压力大，客观环境的复杂性还

增加了减排难度。由此可见，“双碳”目标既是实现可持续发展的内在要求，也是我国主动做出的战略选择。促进农业生产领域碳达峰、碳中和，是推进社会主义农业生态文明建设的主要内容，是实施社会主义农业复兴战略的重大措施，是全面应对气候变化的重要途径。实现农业领域“双碳”目标首先必须明确农村温室气的污染源头、排污总量和结构。鉴于此，笔者在搜集近年来农业碳减排数据基础上，对国内外农业碳排发展阶段进行梳理，重点分析未来发展趋势，总结可借鉴的先进经验，结合我国发展现状和重点提出农业碳排结构性调整策略，为实现“双碳”目标提供参考建议。

1 全球农业碳排现状

从产业结构角度分析，在农业领域所产生的碳污染贯穿于全部农业生产流程，大致上可分成以下四大环节：一是在饲养环节中占比31%，主要是指在饲养过程中产生的CH4、处理畜禽粪便过程产生的CH4和N2O。二是在农业的生产环节中占27％，大部分来自作物生产、饲料生产、化学肥料、有机肥料和杀虫剂生产，以及在使用过程中所释放的N2O等气体［3］。此外，水稻等这些利用浸水法栽培的粮食作物在灌水模式下［4］，土壤中残留的腐败植物分解后也会形成大量的CH4。三是土壤再利用环节占比24%，主要是指由农耕生产活动所引起的土壤功能改变、草原燃烧和土壤翻耕等人类社会活动的总和，这一过程将加大CO2的排放。四是运销环节占比18%，主要是指由农业加工、搬运、包装、损耗过程中产生的CO2以及浪费掉的农产品所产生的碳排放。从容量视角来看，CH4占农业碳排总量的50%左右，CO2占农业碳排总量的14%（表1）。此外，农业还具备强大的碳汇功能，能吸收大气中的CO2，从而降低温室气体在大气中的浓度。农业也是唯一一个既是碳排放来源又具有碳汇功能的领域［5］。

1.1 全球农业碳排阶段分析

根据全球农业碳排总量、来源、成分等相关数据，可以将全球的农业碳排放分为4个阶段。相关参考资料来自《联合国全球气候框架协定》（United Nations Framework Convention on Climate Change）简称（UNFCCC）［6］、《京都议定书》《巴黎协定》等。

1.1.1 第1阶段。工业革命之前，农业产生的碳排放几乎为0。这一时期，人类尚处于原始耕作阶段，活动范围小，主要依靠环境资源，利用资源环境的能力十分有限，对气候的影响力非常弱。虽然也砍伐森林，无深加工环节，耕地使用面积有限，开垦有限，人口数量相对稀少，大气环境可自行调节。

1.1.2 第2阶段。1750—1990年，碳排放量出现指数型增长。随着欧洲进入了工业革命时期，煤炭、石油的开采与应用，标志着人类进入工业化时代。随着工业化程度不断加深，CO2排放量迅速增加，排放量由1 Gt增加到990 Gt，主要是由完成工业化的英国、法国、德国及美国排放，但二战后日本、韩国、澳大利亚等国的碳排量也迅速增加。

1.1.3 第3阶段。1990—2010年，农业碳排主体发生改变。1990—2000年间，英国、法国、比利时、荷兰等14国率先完成了碳达峰；2000—2010年间，美国、加拿大、澳大利亚等16个国家也相继完成碳达峰。由于发展中国家采取刺激经济增长等策略，这一时期发展中国家逐渐成为农业碳排放的主体国。

1.1.4 第4阶段。2010年至今，农业碳排逐渐得到控制。在世界各国共同努力下农业碳减排取得一定成效，特别是美、德、英、法等国在作物种植和牲畜养殖方面在技术上取得了突破性进展。但由于各地对农业减排科技的发展水平、注重程度不尽相同，对全球减排工作仍然存在着巨大挑战。

1.2 发达国家农业碳排现状与发展趋势

在“双碳”目标的背景下，世界各国都在研究农业减排技术。美国是世界上农业最为发达的国家。美国的农业已经进入全面机械化时代，农业生产已经实现了标准化机械作业，不仅效率高，而且有效节省工人的劳动强度，减排效果非常明显。例如，在改善作物品质与增产方面，美国率将现代化生物技术融入作物的培植与栽种过程；在降低农药使用方面，将无人机技术与高空作业相结合，可以有效控制农药的使用量，使得施药过程更加均衡；在抵御虫害放面，充分利用基因技术，从源头遏制解决了虫害问题。另外，在传统农产品管理方面，发达国家也有完善的管理方式，把比较成熟的现代企业管理模式引进到了农业生产中，把制造、生产、营销管理做到了三位一体，在把传统农产品管理转换为农业产业化方式实施现代企业管理模式，在提升农民农业产出效益的同时，使得在农业领域的碳排放得到有效控制。在畜牧业方面，美国作为肉类的出口大国，截至2021年12月31日出口牛肉1 549 000 t，约是欧盟、加拿大等国的2.5倍。美国已经实施了奶牛场沼气工程，把在母牛粪便堆肥处理过程中形成的CH4等温室气体封存起来，实现了能源的再利用［7］。美国农业机械和计算机技术、卫星遥感等现代信息技术融合，使美国具有了世界最强的农产品信息系统能力，不但遍及美国本土全境，还涵盖了全国的6个州及其他7个国家，并连通了美国农业部及其15个州的农产品署、美国36所高校以及大量的美国农产品公司，利用3S信息技术（农业遥感信息技术（RS）、地理信息系统（GIS）和全球卫星定位控制系统（GPS））［8］完成了美国农产品的精细化种植，能够随着田间因素的改变精确调节各种土地与作物管理措施，节省成本同时还能实现精控碳排。

荷兰作为主要的农业现代化国家，也是全球第二大农产品出口国。2021年，荷兰农产品出口额首次突破1 000亿欧元，为1 047亿欧元，折合约为7 620亿人民币。而同期中国的出口额为843.5亿美元，折合约为5 365亿人民币。荷兰的现代化农业主要具有以下4个特征：一是采用政府、学校、企业三合一模式打造成熟的产业链和人才体系。二是采用温室农业模式，凭借加温系统、CO2补充装置等高度的自动化设施，在提高作物产量的同时也有效减少温室气体的排放。三是采用无土栽培技术，植物根部直接悬浮在营养液中，减少对土地的依赖，结合岩棉栽培等介质，无土栽培在荷兰的种植比例高达80%，有效提高了作物产量。四是创新物理消杀方法，如“杀虫灯”等，利用害虫趋光的特性，通过特定光谱范围的光线吸引害虫，然后进行物理消杀，减少了化学农药的用量。

德国作为世界上第三大农产品出口国，农业出口量占总产量的33.3%，农业领域仅为全德国碳排放量的4.4%。德国农产品主要以畜牧和粮食等为主，畜牧产值占农业总产值的占比达到60%，由于德国一直是以发展生态农业、有机农业为主，使得农业碳排一直处于低位，但是农产品的收益却远高于平均值。在肥料减排方面主要是通过提高施肥效率，将氮肥投放量减少到70 kg/hm2后已实现每年可减少350万tCO2排放当量。

澳大利亚、新西兰等国在土壤平衡方面取得了显著成绩，特别是近年来加强放牧地保护、草地修复、退牧还草的同时对永久性草地、耕地给予财政支持，减少土壤碳排同时提升了土地的碳汇能力，保障了生态、绿色、有机农业的可持续性发展。

1.3 发展中国家农业碳排现状

与当前发达国家相对稳定的低碳排现状不同的是，发展中国家由于经济起步晚，且科技发展比较滞后［9］，特别是近10年农业领域碳排增速较快，减排情况并不理想。但发展中国家也在积极响应减排号召，部分发展中国家取得了不错的成绩。

巴西成为世界上肉牛饲养的养殖大国，养殖家畜所排放的温室气体量非常大，当地政府透过供应低息贷款鼓励畜牧经营户改进出产要求、提升产量效益，以减少肉牛在出产过程中温室气体的排放量。秘鲁等7个南美国家政府部门签订了“灾难反应网络协议”，以加強对雨林卫星监控，并限制采伐和恢复造林。墨西哥政府决定在2030年前实现全国林木零砍伐的总体目标，并将此作为国家战略［10］。新西兰、阿根廷也都以立法形式，明确提出了增强本地碳汇和碳封存力量的总体目标。

2 我国农业碳排现状

2.1 我国农业碳排阶段性分析

根据相关统计资料的分析整理，我国农业领域的碳排可以分为以下3个阶段：

2.1.1 第1阶段。1961—1978年平稳增长期。当时我国农业处于粗放型发展阶段，农业领域碳排放量的增加主要是由于大量的荒地开垦，农业碳排放主的要是成分CH4和N2O。1961—1978年期间，随着耕地面积的不断扩大，化肥用量也持续上升，农业排放的CO2当量从2.49亿t增长到4.07亿t。

2.1.2 第2阶段。1978—2010年快速增长期。随着改革开放政策的实施，中国经济步入高速增长期［11］，机械化、化学化、电气化等成为当时我国农业发展的主要特点。农机工业总产值从1986年的126.60亿元，增加至1996年的616.48亿元，增长近5倍，农业机械化的快速发展使得农业领域的碳排放迅速增加。1996年农业温室气体排放量也增长至8.26亿t。2001年加入WTO以后，我国农业碳排更是进入快速增长周期，根据CAIT数据显示，2000—2010年间我国温室气体的排放量增长均速高达8%。

2.1.3 第3阶段。2010以来，我国经济快速增长所带来的气候、生态、环境等问题日益突出，两者之间的矛盾也逐步凸显。因此，相关的环保政策法规陆续颁布［12］，特别是高强度的化学投入边际效益开始下降，农业面源污染防治逐渐被重视。根据CAIT数据显示，农业的温室气体排放量在2000—2013和2013—2019年间分别保持在1%和2%左右的增长率，相较于工业、交通、建筑和能源领域一直处于增长期。“化肥农药零增长”等推动了农村经济绿色发展的措施，有效控制了农业化学投入品的上升趋势，明显提升了农民秸秆、家畜排泄物以及农村垃圾的综合利用水平［11］。虽然中国在农村碳减排领域已获得阶段性进展，但鉴于中国农村仍处在高速成长阶段且碳排放量基数巨大，未来实现“双碳”目标仍面临巨大挑战。

2.2 我国农业碳排现状

根据《第三次国家信息通报》显示，截至2010年我国碳污染源主要来自能源活动，包括工业生产过程、农业活动、土地利用、土地利用变化和林业、废弃物处理5方面。2010年我国农村活动总温室气体排放量约为828亿t CO2当量，其中来自动物肠道发酵排放量占比26.2%，动物粪便管理排放量占比16.6%；水稻种植排放量占比22.1%；农用地排放量占比34.1%；农业废弃物田间燃烧排成量为占比1.0%。

2005—2010 年间，在包括与不包括土地利用、土地利用变化和林业的2种情况下，我国温室气体排放年均增长率分别为 5.7%和 5.6%，CO2排放年均增长率分别为 6.7%和6.5%。工业生产过程排放量年均增长幅度最高，达到 8.4%，农业部门最低，仅为1.3%。

2.3 “双碳”目标下我国农业碳排发展趋势

首先，经济发展速度与农业碳排量密切相关。我国作为发展中国家，近10年里经济增长率一直保持在8%左右，虽然新冠疫情的影响得到有效控制，但各主要产业还未完全复苏，未来经济发展速度的不确定性与碳排放量紧密相关。例如，2022—2030年的GDP年均增速增加或减少1百分点，2022和2030年的相应CO2排放总量会相应增加或减少5%和10%左右。如何在经济增速与碳减排关系之间需要找到平衡点是未来农业领域研究碳减排的重点。

其次，农业能源领域的碳排放量快速增加。2018我国农业能源消耗碳排放量占全国农业总碳排放量的27.18%［13］，这也表明了能源已经超过化肥成为我国农村的第一大污染源。随着农业现代化进展，我国土地集约化、机械化生产水平将进一步提升，三产融合速度提高，未来包装、加工、仓储和消费等各环节所形成的总能源消耗及碳排放量都将明显上升。

再次，农业技术发展是未来发展的关键［14］。农业减排技术研发是未来10～30年碳减排工作的核心目标。技术是决定未来实现“双碳”目标的重要因素，特别是关键的减排技术。例如，农机的节能降耗、畜禽养殖优化管理、粪便综合利用等都可以有效减少碳排放量，整个农业领域的减排效率会大幅提升，从而有力推动 “双碳”目标的实现。

最后，人们的消费习惯也会影响未来农业领域的碳排趋势。由于消费者对肉蛋奶等畜产品的需求量会持续增长，因此未来一段时间里畜牧与渔业等行业的碳排放量也将保持持续增长态势。

3 “双碳”目标下我国农业碳排结构性调整策略

2007年后，我国相继颁布了适应气候变化和农业绿色发展的有关法规，内容涉及绿色农业、可持续性发展、农田管理、节能降耗、低碳循环养殖、农业面源的污染物排放等多方面内容。这些政策体现了我国积极面对农业减排的态度与决心。但是，限于我国传统农业与小农户占比较多、地形地貌复杂、区域性气候明显等诸多限制因素的影响，农业减排还面临诸多问题。

3.1 政策层面：明确实现“双碳”路径

目前，我国农业领域虽有针对气候变化、减排的政策法规，但在国家明确“双碳”目标后还未有明确的整体规划与相关政策。因此，根据我国的农业领域的具体情况制定针对性的指标与要求势在必行，农业减排量化研究助力 “双碳”目标也是重要方向。

3.2 产业层面：打造节能环保智慧农业

我国科研学者在农业及农村减排固碳领域研究了多年，对农村的温室气体污染和减排固碳关键技术也开展了部分试验，研究和筛选了减排固碳关键技术，但距离实现碳达峰碳中和还有许多关键技术困难。因此，在研究和筛选的减排固碳关键技术中，减排的效益、成本和效果都有待示范检验；节能减排的固碳技术应用复杂、成本高昂，还不适合于迅速大规模生產推广；饲料饲草产品质量不够，每单元牲畜品温室气体排放量较高，短期内进一步提高质保率困难较大;生活垃圾资源化再利用产业附加值较低，还依赖国家补贴，需颠覆性科技支持才能进行并设计区域化整合解决方案等。

3.3 技术层面：加强技术研发与创新

随着近几十年来的研究与发展，我国已经具备低碳农业发展的研究基础与技术储备，但是与发达国家间的差距还很大。尤其是在农用产品方面需要更高技术含量的生产工艺与科技，在提高产品增量的同时又能少使用大量化肥与农药，因此人机、传感器、卫星数据、农业智能化、机器人和AI技术等新科技的合理应用能够大幅度提高农业资源利用率与有效性，从而推动了农产品“环境可测、过程可控、产品质量可溯”等目标的达成。另外，也可以参考国外的垂直耕种模型，使用高空间密度产量的果蔬、药用植物和果品等，比传统的田间耕种用水量降低约90％，如果不使用杀虫剂，还可以节约大约95％的耕地，在节约用水、用药和用地方面综合提效，具有很高的开发、推广价值。

3.4 国际层面：推动国际交流合作

加强农业减排方面的对外合作交流，学习和借鉴适合中国国情的国际先进经验和策略，并介绍与推广。此外，根据UFCC的要求，发达国家在本国应对碳减排的基础上，还需要指导和援助发展中国家，如欧盟等相关做法和技术支撑更适合我国的国情。积极推进农业温室气体研发领域的国际合作和国际交流，是对人类生存环境与农业可持续发展的最高度负责任，同时我国也将逐步拓宽农业国际合作途径，进一步加强与国内外发展农用温室气体技术和应对气候变化政策的对话交往和协作。

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