农业生产及贸易对碳排放的影响及研究展望.pdf
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1、农业展望袁2023袁19渊7冤院134-143.Agricultural Outlook收稿日期院基金项目院联系方式院2023-02-17吉林省教育厅人文社科研究项目 渊JJKH20220969KJ冤青仕嘉袁 E-mail院 遥 通信作者李红袁 E-mail院 h_农业生产及贸易对碳排放的影响及研究展望青仕嘉袁 李红渊吉林大学地球科学学院 吉林 长春 130026冤摘要院 农业碳排放 渊ACE冤 是全球碳排放 渊CE冤 的主要贡献者袁 农业减排固碳存在巨大潜力遥 为助力农业低碳绿色发展袁 对农业从生产到消费全过程中对 CE 的影响进行系统梳理袁 从耕作尧 作物类型尧 施肥尧 灌溉尧 农业生产力
2、尧 作物收割方式等方面分析土地利用微观行为对 CE 的影响曰 从农业发展的集约化与专业化程度尧 农业商品化程度尧 贸易结构及其运输方式等方面阐述大尺度农业贸易对 CE 的影响曰 基于全球及中国农产品贸易与 CE 空间转移现状袁 厘清宏观尺度农业贸易与 CE 空间转移机理遥 最后袁 提出了相应的对策建议袁 即转变农业生产方式尧 优化农业生产结构尧 构建现代化农业经营体系袁 协同实现农业绿色转型曰 建立健全 CE 影响机理相关理论体系袁 构建规范统一的 CE 统计核算体系曰 制订更公平合理的 CE 责任分配方案袁 稳妥有序推进碳交易市场建设遥关键词院 农业碳排放曰 农业生产过程曰 农产品贸易曰 碳
3、转移曰 碳减排开放科学 渊资源服务冤 标识码 渊OSID冤院Impact of Agricultural Production and Trade on CarbonEmissions and Research ProspectsQing Shijia,Li Hong渊College of Earth Sciences,Jilin University,Changchun 130026,Jilin冤Agricultural carbon emission(ACE)is a major contributor to global carbon emissions(CE),and there is
4、 enormous potential for carbon reduction and sequestration in agriculture.In order to helpthe low carbon and green development of agriculture,a systematic review of the impact of agriculture onCE throughout the whole process from production to consumption was made,the impact of land usemicro-behavio
5、r on CE was analyzed in terms of tillage,crop type,fertilizer application,irrigation,agricultural productivity and crop harvesting methods;the impact of large-scale agricultural trade on CEwas illustrated in terms of the degree of agricultural intensification and specialization,the degree ofagricult
6、ural commercialization,trade structure and transport modes;based on the current situation of globaland Chinese agricultural trade and spatial transfer of CE,the mechanism of agricultural trade and CEspatial transfer in macro-scale was clarified.Finally,some countermeasures and suggestions were putfo
7、rward,that is,transforming the agricultural production mode,optimizing the agricultural productionstructure,building a modern agricultural management system,and realizing the green transformation ofagriculture;establishing and improving a theoretical system related to the mechanism of CE impact,andb
8、uilding a normative and unified statistical accounting system;formulating a more equitable and reasonable1340引言全球气候变化与严重粮食危机挑战使得缓解碳排放 渊CE冤 愈加急迫与重要1遥 人类活动引发的碳排放是造成全球气候变化的重要原因袁 而在全球碳排放中袁 农业碳排放 渊ACE冤 占比高达13%2袁 停止森林砍伐与加强农业管理是实现碳减排和改善人类福祉的关键组成部分3遥由于土地资源的不可移动性袁 贸易是使消费尧生产和资源在空间上调整匹配的唯一方式袁 基于劳动地域分工的国际贸易可以通过
9、优化产地组合提高土地利用效率遥 但全球劳动分工理论主要考虑劳动力成本和市场竞争力等社会经济因素袁 而没有考虑环境要素及其成本4-5遥 贸易促使国内和国际市场商品和服务大量消费与加速流转袁 导致区域间土地等自然资源置换尧 用户间生活与生计的需求竞争增强袁环境与社会足迹复杂化6-7遥 主要发达国家对实现绿色发展尧 应对气候变化的措施愈发完善袁 而广大发展中国家仍然面临如何在发展经济与保护环境中实现协调平衡的严峻挑战遥 伴随着全球化贸易发展袁隐含在农产品中的土地尧 水尧 碳等资源要素通过贸易进行远距离转移袁CE与消费/生产间的时空影响分离袁 其中作物加工包装与运输的CE核算8尧 生产者和消费者及中间
10、贸易国间的隐性CE核算尧 农业贸易是否减轻陆地生态系统的压力受到质疑9-10遥全球农产品贸易已形成一个紧密而复杂的贸易网络袁 空间关联溢出效应显著袁 网络核心结构边缘清晰袁 区域间隐含CE转移明显11袁 对CE的影响在很大程度上取决于区域内消费模式以及相对于贸易伙伴的碳排放密度 渊CEI冤9遥 大量CE关联的贸易流动是区域间的单向传输袁 主要从土地丰富和欠发达经济体到土地匮乏和较发达经济体袁 即国际贸易将高净初级生产力 渊NPP冤 国家 渊自然禀赋国冤 的NPP重新分配给经济富裕国家10袁 并且每个国家都存在特有贸易供应国袁 通过进口CE密集型农产品来外化资源消耗和环境污染压力12遥 农业生产
11、及全球贸易下亟须更精准的CE核算模型尧 更公平的CE责任分配方案袁 以实现可操作的碳减排遥结合中国知网 渊CNKI冤 与Web of Science数据库袁 以 野农业碳 渊Agricultural Carbon冤冶 为主题检索词袁 结合检索结果可视化分析发现农业经济尧 环境科学与资源利用尧 植物科学尧 宏观经济管理与可持续发展等学科领域袁 对ACE的影响因素13尧 碳足迹14尧 农业全要素生产率 渊ATFP冤15等方面进行了大量研究遥 但从农业生产到消费过程对ACE影响的研究还比较零散袁 尚未形成全面系统的研究体系遥基于大量研究基础袁 本研究试图阐明农业生产中土地利用微观行为以及跨区域大尺度
12、农业贸易过程对CE的影响遥 基于此袁 在劳动地域分工与农产品贸易的必然性前提下袁 梳理全球化贸易与中国省际贸易对CE的影响及其隐含的碳转移袁 以期为优化农业生产资源配置及空间分布袁 确保粮食安全尧 有效促进农业碳减排袁 实现双碳目标提供依据遥1农业生产过程对碳排放的影响1.1耕作方式对碳排放的影响翻耕会改变土壤小气候袁 进而直接影响土壤微生物活性袁 促进土壤表面的好氧分解袁 使土壤呼吸强度增强袁 并由于农具对土壤结构与团聚体的破坏袁使土壤有机碳 渊SOC冤 的流失速度加快16遥 在多种耕作强度方式中袁 如传统耕作 渊CT冤尧 减少耕作渊RT冤尧 免耕 渊NT冤尧CT+秸秆还田 渊TS冤 和免耕
13、+秸秆覆盖 渊NTS冤 结合等袁CT向NT转变会促进农业碳减排袁 增强土壤碳储量遥 这是因为越偏向NT袁土壤微生物量提高越会促使土壤微生物碳的提高袁并减少由SOC矿化引起的碳流失袁 土壤水分利用效率提高17袁 土壤水分蒸腾作用等减少会降低土壤呼吸袁 同时NT降低了燃料和农机投入袁 从而减少农业的化石能源需求18遥 在秸秆添加模式上袁TS尧NTS处理均在不同程度提升040 cm土层的土壤游离态颗粒有机碳尧 闭蓄态颗粒有机碳尧 颗粒态有机碳的含量和占土壤总有机碳的比例19袁 与轮作结合能有效降低传统种植制度对SOC的衰减效应遥 但在RT与NT的情况下袁 地块平整度尧 种床土壤松scheme for
14、 the allocation of CE responsibilities,and promoting the construction of a carbon trading marketin a steadyand orderly manner.agricultural carbon emission;agricultural production process;agricultural trade;carbontransfer;carbon emission reduction青仕嘉等院农业生产及贸易对碳排放的影响及研究展望J.农业展望袁2023袁19渊7冤院134-143.135软
15、度降低袁 会使播种深浅尧 苗期作物生长受到影响袁可能要增加20%的种子才能获得CT情况下同样的产量17遥 在NTS状况下袁 机械化播种易出现机器堵塞尧 开沟器开沟浅等问题袁 秸秆覆盖的均匀性难以得到保证袁 播种质量降低袁 并使农药尧 除草剂的效果降低20遥 但在现代农业下袁 使用NTS模式等覆盖作物可能会实现更大的净效益袁 包括减少水土流失袁增强SOC尧TN与TP浓度袁 增强土壤微生物活性与碳储量等有利于改善土壤质量与稳定土壤增汇的效应袁 低投入农业 渊如零氮或完全依赖绿肥的有机农业等冤 中的覆盖种植有助于产量提升袁 并因合成肥料氮尧 除草剂等的减少使用袁 促成潜在成本的节约21遥1.2作物类
16、型对碳排放的影响一方面袁 不同作物间存在光合速率差异袁 碳吸收速率不同遥 高等植物光合作用的碳同化可划分为C3途径尧C4途径与景天科酸代谢 渊CAM冤 途径3条生物化学途径袁C3作物主要为典型温带植物袁C4作物主要是典型热带或亚热带植物袁CAM植物则为典型干旱地区植物袁 生物产量通常较低袁 同时C4植物比C3植物有多种光合特征优势袁 在高温尧 强光和干旱条件下袁C4植物的光合特征优势明显袁 但在叶温较低或其他环境时袁 其光合效率不一定高于C3植物22-23遥 农作物主要包括C3作物和C4作物袁 两类作物类型的生理生态过程尧 光合作用速率尧 固定利用二氧化碳 渊CO2冤 的能力有明显差异袁 致使
17、不同作物种类的碳吸收存在差异24遥 另一方面袁 随着生活水平的提高尧 社会需求的变动袁 农林牧渔等各生产部门及其内部生产结构发生调整遥 农业产量需求要能源消耗要温室气体排放之间呈正相关影响关系已被大量研究验证25-26袁 农业生产结构的调整不仅影响农业经济的增长袁 也不可避免地改变农业材料消费投入和ACE袁 关于农业生产结构内部调整对碳循环影响的研究较少袁 对种植业内部结构碳收支情况的研究较多遥 研究表明袁 粮食作物播种面积占比上升很大可能会抑制ACE27-28袁 不同粮食作物间碳排放强度 渊CEI冤 也各有差异袁 如玉米具有更高的粮食产量袁CEI也显著低于小麦29遥 孟成名等发现近20年来广
18、东省粮食作物和经济作物的碳吸收量总体呈现出波动下降趋势袁 而果蔬作物的碳吸收量从173.66万t增加到444.92万t袁 增幅为156.21%24遥按中国ACE占比来看袁 受播种面积变化和农业结构调整影响袁 碳排放排序为院 农业物质投入引起的CE水稻生长过程中CH4排放家畜粪便管理引起的CH4和N2O排放牲畜肠道发酵产生的CH4排放土壤表面受损造成的N2O排放30遥 如何在保持粮食安全的前提下袁 合理调整农业生产结构向低碳倾斜亟须重视31遥1.3施肥对碳排放的影响农业化肥包括生石灰尧 化肥尧 农药尧 氮磷钾肥与有机肥等类型袁 在灌溉水平相同条件下袁 肥料类型的多样性是造成碳投入差异的主要原因3
19、2遥 研究表明袁 施用有机肥可显著提高土壤有机质 渊SOM冤尧 颗粒有机碳 渊POC冤尧 可溶性有机碳 渊DOC冤 的含量33袁主要是通过增加土壤中作物残茬和根等有机质的输入尧 影响土壤微生物量与活性及其土壤呼吸特征两条途径改变SOC动态和碳储量24袁 但施肥对土层深度的影响是有限度的34遥 养分输入会通过增加有机质分解破环碳储存的稳定性袁 间接降低土壤养分的保持袁 同时雨水的淋溶和径流作用造成了养分流失袁致使施肥用量日渐增多袁 远超作物的最大需求量袁过量的肥料也会抑制微生物的生长和功能遥 由施肥诱导的植物组成和生物量变化也会影响土壤的理化性质袁 且在短期及长期内袁 较高的化肥消耗会引发较高的
20、CO2尧N2O排放35袁 故减少化肥消耗尧 促进施行综合营养管理是提高粮食产量的可持续战略36遥1.4灌溉对碳排放的影响灌溉主要与水文和生物地球化学循环有关袁 其对农田水尧 碳尧 氮的捕获与维持平衡能力袁 土壤理化性质与微生物活动袁 不同灌溉强度下的能源需求波动等产生影响37-39遥 灌溉不仅包括垂直方向上的水文和生物地球物理过程袁 也包含水分的侧向流动与侧向相互运动40遥 由灌溉引起的陆地碳循环受多重因素的影响袁 根据土壤湿度尧 温度的时间变化规律袁灌溉产生的碳收支存在显著的季节性变化和年际变化37遥 灌溉水质尧 时间尧 土壤母质尧 成土阶段以及土壤环境条件等决定了灌溉对土壤理化性质的积极或
21、消极影响袁 配合不同耕作强度与施肥种类袁 进而反 映 在 灌 溉 对DOC尧SOC尧 微 生 物 生 物 量 碳渊MBC冤 的影响程度40袁 同时也存在通过维持有利于反硝化的厌氧条件下的潮湿土壤而增加N2O排放袁这种由灌溉引起的土壤N2O和化石燃料CO2排放量超过了灌溉种植系统中显著增加的SOC积累41袁 造成碳收支逆差遥1.5农业生产力对碳排放的影响在碳固存方面袁 随农业生产力的提高袁SOC含量增加及其周转速度加快42遥 本质在于微生物生物青仕嘉等院农业生产及贸易对碳排放的影响及研究展望J.农业展望袁2023袁19渊7冤院134-143.136量通常与SOC水平呈正相关关系43袁 生产力提高
22、增加了植物输入袁 碳输入增加往往会促使土壤微生物群落的大小与活性袁 建立与维持更稳定尧 营养更丰富的土壤有机质水平袁 而微生物群落的增加推动了SOC从碳库快循环更有效地转移到碳库慢循环袁 有效降低了总体周转率44遥 在CE方面袁 在农业生产力和环境质量是否相互影响尧 多大程度上的相互影响尧 所谓双赢缓解战略是否存在等实证问题上存在不同条件下的区域异质性遥 各学者以研究ATFP与CE相关指标的关系来进行拆分验证袁 设定不同的投入变量 渊劳动力尧 土地和资本等要素冤 与产出变量渊期望产出和不期望产出冤袁 多以ATFP2尧 增加对数处理数据袁 以捕捉非线性的潜力遥Edoardo B等认为ATFP-C
23、EI存在相关性尧 非单调性尧 非线性袁 倾向于ATFP2-CEI为负相关袁 但两者关系最终仍然取决于农场的专业化和规模袁 如非专业化的混合农场则出现倒 野U冶 型的EKC假设袁 结果是综合的袁 并不存在碳减排的万能解决方案14遥Alhassan H认为撒哈拉以南非洲地区的ATFP-ACE呈 野U冶 型关系袁表明较高的ATFP与环境退化有关15遥 在农业机械化与ATFP关系上袁Zhu Y等认为存在技术进步尧经营规模扩大尧 要素配置优化尧 技术效率提升和空间溢出等方面的农业机械化促进机制袁 主要体现在能源消耗引起的CE增加效应尧 农药投入优化引起的CE减少效应和产量增加引起的碳汇增加效应袁且碳收支
24、情况为正袁 即机械化虽然消耗更多的能源袁但其积极影响更强45遥1.6作物收割对碳排放的影响作物收割或放牧期间植被破坏的影响袁 与植被类型尧 收割方式与规模及时间选择密切相关遥 一是由于作物自身所处生态系统是复杂的袁 对干扰的响应机制更为复杂袁 不同的收割方式与规模对生境干扰程度与恢复存在差异46遥Schwartz等发现经济物种在亚马逊东部的采伐后再生能力较差袁 被伐物种自然更新率仍然很低47遥 而Carvalho等认为在亚马逊西部选择性采伐系统至少在经济树种的自然再生方面是可持续的48遥 不同收割作业对植被生长密度尧物种多样性尧 土壤物理特性等的影响不可忽视49袁如何保持收获作物的生产可持续性
25、受到关注遥 二是季节性收割对沉积物释放CH4尧CO2尧N2O的影响显著遥 经济作物的CH4排放大部分发生在休耕期 渊覆盖作物生长期冤袁 而水稻大部分的CH4排放发生在其生长期21,50袁 收割时间选择在一定程度上影响CE遥崔洪磊发现湿地植物最佳收割期在9要10月袁 此时能及时阻止冬季尤其初夏时产生严重的二次污染袁秋冬季时植被残茬开始分解袁 释放出营养物质袁 促进土壤碳氮转化袁 同时植物产生根区效应袁 根际周围好氧环境的产生促进了含氮物质的氧化分解和硝化细菌生长袁 且随温度升高袁 植被收割可能引起沉积物CO2尧N2O的释放增加51遥2农产品贸易对碳排放影响农业贸易包括各类农作物商品的贸易尧 基于
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