遼寧省種植業實現雙碳目標的挑戰與途徑

徐嘉翼 ，陳 玥，隋世江 ，安景文 ，宮 亮 *，樸太用

（1.遼寧省農業科學院植物營養與環境資源研究所，遼寧沈陽 110161；2.吉林省通化縣金斗朝鮮族滿族鄉林業站，吉林通化 134117）

“雙碳行動”是全世界應對全球氣候變暖的重要任務，2020年9月在聯合國大會上中國提出了“2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和”的目標和承諾，彰顯了我國應對氣候變暖的決心及負責任的大國擔當。國家積極投入于雙碳行動這場硬仗，將碳達峰碳中和列為2021年中央八項重點任務之一，并相繼發布了《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》和《2030年前碳達峰行動方案》等文件，各行各業也在積極謀劃，迎接這個前所未有的大挑戰。種植業既是碳排放的主要貢獻者，也是不可忽視的固碳場所[1]。因此，積極挖掘種植業固碳減排潛力，是實現我國碳達峰碳中和目標的必然趨勢。

遼寧省是我國糧食主產區之一，承擔著國家糧食安全的重任，同時也是我國農業碳排放關注的重點區域。張振家[2]對遼寧省農業碳排放進行測算發現，2014年總碳排放量達到峰值后開始連年下降，但減排幅度并不顯著，且通過分析碳源結構特征發現化肥和農膜的使用是遼寧省農業碳排放的兩大來源。國內外諸多研究者就農田碳排放減排固碳途徑開展了相關研究，主要集中于稻田CH4減排、旱地N2O 減排及農田土壤增碳等[3-5]。然而，在雙碳行動背景下有關遼寧省本土種植業碳排放特征及其減排固碳的研究相對較少，為此，該文在估算遼寧省種植業碳排放現狀的基礎上，系統分析了當前面臨的挑戰與問題，并基于我國農田減排固碳的核心技術路線，提出了遼寧省種植業實現雙碳目標的核心思路和具體的實施技術途徑，以期為遼寧省早日實現雙碳目標提供一定參考。

1 遼寧省種植業碳排放現狀

該文對2018年遼寧省種植業碳排放進行了估算，包括稻田CH4排放、農田N2O 排放和農用柴油CO2排放。為量化種植業碳排放對農業碳排放總量的貢獻，還估算了包括動物腸道發酵的CH4排放和動物糞便管理中CH4和N2O 排放在內的畜牧業碳排放。計算方法依據《省級溫室氣體清單編制指南》，數據來源為《2019年遼寧省統計年鑒》和《2019年中國統計年鑒》。其中，農田N2O 排放估算時僅考慮當季化肥氮（包括氮肥和復合肥）輸入引起的N2O 排放，暫未考慮由糞肥和秸稈還田、以及大氣氮沉降和氮淋溶徑流損失等引起的N2O 排放。

遼寧省2018年農業碳排放估算結果如表1 所示，其碳排放總量約為1 834.28 萬t。2018年遼寧省種植業生產碳排放為801.62 萬t，占全省農業碳排放總量的43.7%，其中稻田CH4排放、農田N2O 排放和農用柴油CO2排放對農業碳排放的貢獻分別為12.5%、20.7%和10.5%。在種植業生產碳排放中，農田N2O 排放所引起的碳排放量最高，其次為稻田CH4排放，最低的為農用柴油CO2排放；而嚴圣吉等[6]研究發現，稻田CH4是我國種植業生產碳排放的減排重點，其對碳排放的貢獻大于農田N2O 排放，尤其在華中、華東和華南地區。這可能是因為上述地區多數省份水稻種植面積多于遼寧省，且地域氣候及施肥等因素也更利于稻田CH4排放。即使在東北地區，省份之間種植業碳排放構成特征也不盡相同，以黑龍江為例，其2019年稻田CH4碳排放量為1 601.5 萬t，超過農田N2O 碳排放量（786.1 萬t）的1 倍以上[7]。鑒于遼寧省種植業結構及農地利用方式的特點，根據本文的碳排放估算結果，初步得出：農田N2O 排放對遼寧省種植業碳排放的貢獻最大，其次為稻田CH4排放。

表1 遼寧省2018年農業碳排放估算清單 萬t

2 遼寧省種植業實現雙碳目標的挑戰

2.1 耕地數量與質量急需保護與提升

受自然環境和社會經濟等綜合因素影響，遼寧省耕地面積自2000年后不斷下降，數據分析發現，2000—2010年，城鎮化和工業的快速發展促使部分耕地向城鎮和工業用地轉變，遼寧省耕地總面積年均下降30.4 千hm2[8]；盡管2008年以后遼寧省響應國家號召相繼出臺了耕地保護的相關政策，但在2010—2020年期間，遼寧省耕地總面積仍處于年均減少24.1 千hm2的趨勢[8]。2020年底，遼寧省政府制定公布了《遼寧省防止耕地“非糧化”穩定糧食生產工作方案》，為加強遼寧省耕地面積保護提出了具體目標和指導方案。同時，遼寧省的耕地質量也不容樂觀。根據《2019年全國耕地質量登記情況公報》數據[9]，遼西低山丘陵和遼東山地周邊的中下部耕地質量等級被評價為4～6等，基礎地力中等但部分耕地存在一定障礙因素；而遼西低山丘陵和遼東山地的坡中坡上耕地質量等級為7～10等，基礎地力較低存在多種障礙因素。數據分析發現，遼寧省耕地25°以上的坡耕地面積為12.5 萬hm2，水土流失現象嚴重，而遼西和遼北地區的沙化耕地面積也已達28.0 萬hm2[10]。除自然因素外，長期淺耕旋耕、過量施肥及重用輕養等人為原因，也使得耕層逐漸變得“淺薄硬”，土壤固碳能力嚴重下降。

2.2 農用生產要素急需減量增效

化肥、農藥等農用化學品的使用是保障種植業作物增產的重要手段，同時也是引發面源污染和溫室氣體排放的重要來源之一。近年來，我國相繼出臺了《到2020年化肥使用量零增長行動方案》、《到2020年農藥使用量零增長行動方案》等有關農用投入品減量的文件，根據《遼寧省統計年鑒》數據顯示，自2015年以來，農用化學投入品用量持續下降，然而單位面積用量仍處于較高水平。以化肥施用量為例，2009—2018年遼寧省單位耕地面積化肥施用量平均為354 kg/hm2，超出國際劃定的化肥施用量警戒值（225 kg/hm2）50%以上[2，11]。遼寧省種植業中農膜的使用也愈發常見，張振家[2]研究發現，農膜是遼寧省農業生產中的第二大碳排放源。此外，農業機械的使用在顯著提高種植業生產效率的同時，也增加了碳排放和能源消耗。

2.3 人力、技術、標準急需強化規范

現有農業科技人才專業背景相對單一，可能無法滿足雙碳時代對相關知識和技術的人才需求，同時也缺乏系統研究碳達峰碳中和理論、方法與技術的專業機構和平臺，缺少對農業科技人才的相關培訓及跨學科領域的人員交流。另外，遼寧省作為工業大省，其對工業發展的資金支持遠超于農業，缺乏充足的資金投入也是限制農業碳中和技術研發的原因之一。另一方面，雖然已經出臺了農業固碳減排相關的政策文件，但仍然缺少農業雙碳相關的技術規范、標準和規程，導致農業固碳減排技術措施在實際生產中推廣及應用受到限制。

3 遼寧省種植業實現雙碳目標的核心思路

降低農田碳排放和增加土壤固碳是國內外公認的實現農業碳中和的主要對策。其中，2015年由法國農業部提出的“千分之四全球土壤增碳計劃”得到了國際廣泛關注，該計劃是基于對全球土壤有機碳儲量與碳排放量之間的推算，即若全球2 m 深土壤有機碳固儲量每年增加4‰，則可抵消當年全球礦質燃料燃燒產生的碳排放；若全球1 m 深土壤有機碳固儲量每年增加4‰，則可抵消全球CO2凈排放量。該計劃的提出突顯了土壤碳庫對于改善全球變暖的重要性，但由于不同國家和地區的土壤碳儲量和碳排放總量存在不同程度的差異，且該計劃并未明確具體的固碳評估標準和固碳行動指南，因此在實施上阻力重重[12]。就中國而言，由于現有土壤有機碳儲量較低，而碳排放遠高于全球平均水平，且我國旱地和水田土壤有機碳含量分別達到3%和5%以后，基本達到飽和，難于進一步提升[13]。因此，僅靠土壤固碳，尤其是僅依靠人為活動可調控的農田耕層土壤固碳，無法實現雙碳目標?；谖覈r田有機碳儲量與碳排放的實際情況，實現雙碳目標必須走以減排優先，兼顧農田固碳的技術路線[13]，即在雙碳背景下優先減少稻田CH4和農田N2O 排放，同時兼顧農田土壤碳匯功能提升，促進農田固碳。

基于我國農田減排固碳的核心技術路線，同時綜合考慮遼寧省種植業生產與碳排放特征，明確遼寧省種植業碳排放減排重點為農田N2O 減排，其次為稻田CH4減排，同時兼顧耕地種養結合，促進農田固碳，依據上述核心思路，制定相應的減排固碳措施。

4 遼寧省種植業實現雙碳目標的途徑措施

4.1 農田N2O 減排途徑

合理施用氮肥是農田N2O 減排的最直接有效的途徑之一。許多研究表明，氮肥投入是農田N2O 排放的主要來源，過量施用氮肥加劇了農田N2O 排放。巨曉棠等[14]研究發現，與常規施氮量相比，減少37%的氮肥投入帶來了N2O 排放量降低42%的效果。統計表明，盡管2015年以后遼寧省氮肥用量逐漸下降，但氮肥利用率仍處于30%左右，為確保作物穩產增產，氮肥用量不可能無限度地減量，因此通過優化氮肥施用管理提高氮肥利用率，是保障糧食安全和實現農田N2O 減排的有效途徑。研究發現，通過優化施氮方式及使用新型高效肥料或硝化抑制劑，利于氮肥利用率提高，可實現農田N2O 減排達50%[15]。除了氮肥管理及配套的栽培管理等技術措施，通過培育氮肥高效利用品種及優化作物布局等種植制度調整，如擴大豆科作物面積和推廣禾豆輪作間套作等，也能夠顯著降低農田 N2O 排放[16-17]。

4.2 稻田CH4 減排途徑

稻田CH4排放與稻田水分狀況密切相關，研究發現[18]稻田淹水時間越長，CH4排放量越高，因此合理的稻田水分管理有利于減少稻田CH4排放。節水灌溉能夠降低稻田CH4排放，但由于稻田CH4與N2O 排放此消彼長的特征，節水灌溉可能會增加稻田N2O 排放量，因此需將間歇淹水與優化施肥措施相結合，才可能降低稻田溫室氣體總碳排放[19]。此外，選育低排放高產水稻品種、使用甲烷抑制劑、適度中期曬田、施用生物質炭等材料，也是降低稻田 CH4排放的有效途徑[3，20]。不過由于稻田 CH4與 N2O 排放的“蹺蹺板”效應，且N2O 的全球增溫潛勢遠高于CH4，在采取措施實現稻田CH4減排的同時不可忽視由此帶來的N2O 的排放增量，因此需協同調控2種溫室氣體碳排放，最終達到減緩碳排放總量的目標。

4.3 農田固碳途徑

農田固碳是指通過作物光合作用將大氣中的CO2固定在體內，經殘根、落葉、秸稈等形式進入土壤后形成土壤有機質，即將大氣CO2固定儲存在農田土壤系統中。農田固碳主要通過增加有機碳輸入和減少土壤碳損失來實現，其能夠達到抵消部分甚至全部碳排放的效果，具體途徑包括土壤固碳、生物質產品固碳和農林復合固碳。保護性耕作是最常見有效的土壤固碳措施，通過農田免耕、少耕、地表微型改造，結合秸稈覆蓋、根茬還田、豆科輪作間作等措施，既可以減少土壤碳庫損失，又能夠增加有機碳輸入和固定，增強農田土壤碳匯生態功能[21-23]。長期秸稈還田能夠增加耕層有機碳含量，提升農田固碳潛力，但有研究發現，水稻秸稈還田可能會促進稻田CH4和N2O 排放[24]，即秸稈還田引起的溫室氣體增排會抵消土壤固碳效益。不過也有田間試驗發現，將秸稈掩埋還田于土壤中能夠降低稻田CH4和N2O 排放[25]。值得一提的是，秸稈離田炭化-生物炭還田不僅能夠削弱秸稈直接還田帶來的溫室氣體增排效應，而且可以促進土壤有機碳的穩定性，對于土壤固碳增匯的效果更佳[26]。2021年，秸稈炭化還田固碳減排技術已被農業農村部列為重大引領性技術。此外，通過農林復合種植或者農田林網建設，也是增加土壤碳匯的有效措施。