降低無效碳排放的重要環節:水稻產后減損的模擬效應分析

趙 霞,陶梓秋,韓經緯

(南京財經大學 糧食和物資學院,江蘇 南京 210003)

一、引 言

中國不僅是糧食生產和消費大國,也是世界最大的碳排放國之一。[1]“雙碳”目標是中國基于推動構建人類命運共同體的責任擔當和實現可持續發展的內在要求而做出的重大戰略決策。長期以來,推動工業、電力、建筑和交通等四大行業的碳減排是環境研究的關切,糧食供應鏈的碳排放問題并未受到足夠重視。事實上,糧食供應鏈既易受氣候變化嚴重影響,也是影響氣候變化的重要推手。[2]2022年10月召開的聯合國《氣候變化框架公約》第27次締約方大會(COP27)發起了“促進糧食與農業可持續發展轉型倡議”(FAST),倡導推動糧食供應鏈的低碳轉型。然而,推動糧食供應鏈低碳轉型不能以犧牲糧食安全為代價。糧食供應鏈涵蓋糧食的生產系統、產后系統和消費系統等全部環節,既是主要的糧食損失浪費節點,[3]也是重要的溫室氣體排放源。[4]

糧食產后系統作為糧食供應鏈的核心子系統,糧食產后損失不容忽視。從經濟學角度來說,糧食在產后損失掉,意味著糧食在損失發生前產生的碳排放會失去經濟意義,成為無效碳排放。那么,我國的糧食產后損失水平如何?糧食產后損失與碳排放間存在怎樣的關系?如何通過推動糧食產后減損更好地助力節能減排?為解答上述問題,本文以水稻為研究對象,從水稻產后損失與碳排放的關聯關系入手,探究推動水稻產后減損對消減無效碳排放、提升資源利用率的影響,并據此提出推動糧食供應鏈低碳轉型的政策建議。

二、文獻綜述

(一)關于糧食損失評估的研究

聯合國糧食和農業組織(FAO)很早就關注到糧食損失問題,并對糧食損失給出了比較客觀的解釋。FAO將任何改變糧食的可食性、可用性及有益健康的特性或質量,從而減少糧食的價值的現象統稱為糧食損失。[5]也有學者認為糧食損失不等于糧食浪費,不能將糧食浪費納入到糧食損失的統計中。張健等指出糧食損失是在生產和分配過程中丟失的部分,而將消費過程中被丟棄的那部分糧食稱為糧食浪費,認為糧食浪費是屬于道德范疇的問題,是消費者“有意而為”的行動。[6]高利偉等也認同糧食浪費是發生在糧食的零售和最終消費階段,包括在零售市場、超市、批發市場以及家庭、食堂、餐館內發生的糧食數量的損耗都應被稱作糧食浪費。[7]錢龍等具體分析了農村居民食物浪費情況及其影響因素。[8]HLPE等強調明確區分糧食損失和糧食浪費對提出有針對性的節糧減損方案有重要意義,指出糧食損失和浪費是糧食供應鏈中從糧食的收割到消費之間所有環節上可供人類食用的糧食減少的現象;糧食損失指的是收獲到消費前供應鏈所有環節上的損失;糧食浪費則特指在糧食供應鏈消費環節被丟掉的供人類食用的糧食。[9]

定量評估一直是食物損失和浪費研究的重點,也是難點。這主要是因為,影響損失結果的因素非常復雜,表現形式也多種多樣,很難用一個統一的標準或者方法進行計算和分析[10]。當前多數的研究仍然關注糧食數量的變化,但也有部分研究開始注重糧食品質、營養以及價值量的改變。從糧食數量的研究來看,目前評估方法大體可以分為直接和間接兩類,其中直接法還可以細分為稱重法、廚余垃圾收集法、調查法、日記法、記錄法、觀察法等,而間接法則主要是模型分析、食物平衡表、代替指標和文獻資料等。國際食物政策研究所(International Food Policy Research Institute, IFPRI)2017年進一步將現有的方法按照數據來源和方法的不同,分為宏觀和微觀兩種路徑(Macro and micro approaches),其中宏觀路徑主要是指依賴于宏觀統計數據和食物平衡表計算得到。張其春等構建了公眾糧食浪費行為誘發機制的理論模型,揭示了公眾糧食浪費行為的發生機理。[11]趙霞系統界定了我國主要糧食損失浪費評價對象,在此基礎上科學構建了糧食損失浪費評價體系,厘清了不同環節損失率和綜合損失率指標的權重設置依據和計算原理。[12]高利偉等結合了物質流分析法和農作物流通特征給出了針對主要糧食作物產后損失的計算公式,并結合已有數據評估了水稻、小麥和玉米產后綜合損失情況[13]。實際上,現有的多數研究都是從食物平衡表或者相關文獻推導得出的結果,一手的測量數據仍然只占較少的比例,約20%左右,表明全球食物損失和浪費數據嚴重不足[14]。

(二)關于糧食供應鏈碳排放的研究

隨著農業的生產和消費的變化,農業產業鏈不斷延長,國際上通常采用農業與食物系統(農食系統)的概念,涵蓋農林牧漁業、農產品加工業以及與農業和農產品加工業相關的中間投入品生產相關的運輸倉儲業、批發零售業和住宿、餐飲等行業構成的系統。盡管農業直接消耗能源帶來的碳排量有限,但整個農食系統的能源消耗及產生的碳排量不斷增加,不容樂觀。[15]“糧食供應鏈是農食系統最核心子系統之一”[16],指的是在糧食生產和流通中,從糧食生產資料的采購到糧食的生產、加工,最后到將糧食和服務提供給最終消費者的上、下游所有組織形成的網鏈結構。[17]因此,糧食供應鏈的碳源涵蓋的范疇要更廣泛、排放體系也更復雜。[18]

圍繞糧食供應鏈的碳排放的討論更多地聚焦于糧食供應鏈的生產環節,認為碳排放主要源于糧食作物種植生長中的資源消耗,[19]主要從農藥和化肥的使用、灌溉和種植過程中消耗的資源等幾方面來對糧食生產環節的碳排放進行評估。[20]國內學者立足于中國糧食生產的實際,將中國糧食供應鏈生產環節的碳源歸為化肥、農藥、農膜、農用柴油、翻耕和農業灌溉等六類。[21]對糧食生產環節的碳排放核算,多采用IPCC指南的方法,用主要糧食作物及其種植過程中所消耗的資源數量及其對應的碳排放系數來進行評估。[22]譚秋成、閔繼勝和胡浩先后使用中國宏觀統計數據,對糧食作物生長所產生的碳排放、糧食生產中化肥和資源的投入所產生的碳排放進行研究,明確了糧食生產對碳排放的影響。[23-24]

就對糧食供應鏈其他環節的碳排放問題的研究而言,彭威等將國有糧食倉儲企業的碳排放路徑歸結為直接排放和間接排放,[25]認為直接排放主要包括使用化石燃料的糧機設備作業時產生的排放和企業公務出行及糧食轉運業務所用的車輛消耗化石能源所產生的排放;間接排放則包括在整個糧食存儲周期中,為確保糧食數量和質量使用的各類設施設備所消耗的電力引起的排放和維持企業正常運行所必須消耗的電力、熱力導致的排放。隨著消費者對多樣化食品需求的不斷增長,運輸成為糧食供應鏈的一個關鍵環節。李木子報道了對食品行業全球碳足跡的首次全面評估,顯示運輸配料和食品產生的碳排量占農食系統總碳排量的近1/5。[26]通過利用全球多區域核算框架對食物里程碳足跡的核算,Li等發現全球糧食里程會產生約30億噸二氧化碳排放當量,[27]約占糧食系統(運輸、生產和土地使用)總排放量的19%。張向陽等(2022)發現,1978年以來,糧食加工業消耗的能源從3918萬噸標準煤增長到7510萬噸標準煤,增長91.7%,能源消費類型以電力和天然氣為主。[15]糧食供應鏈的消費環節也是重要的碳源,Vermeulen等通過測算指出糧食消費產生的溫室氣體在全部人類活動的溫室氣體排放總量中占比達19%～29%。[28]Xu等的研究表明,2017年中國糧食消費的碳排放達4.52億噸,較2002年增長了兩倍,排放量前五位省分別是山東、湖北、廣東、浙江和江蘇。[29]

(三)研究述評

本文旨在通過對我國水稻產后損失和碳排放特征的調查研究,解析水稻產后損失與碳排放間的關聯關系,以此探究水稻產后減損的碳減排效應,討論推動碳減排的可行性水稻產后減損路徑,以為我國糧食供應鏈低碳轉型發展提供政策參考。通過對與本文研究主旨相關文獻的梳理發現,以下幾方面仍有待完善:

第一,糧食產后系統的碳源體系不完備,缺少健全的糧食產后碳排放核算方案。從現有的研究看,糧食供應鏈碳源的研究主要集中在糧食的生產環節,而對糧食產后系統的碳源研究不充分。雖然也有少量研究對糧食的儲存、運輸以及消費環節的碳排放進行了討論,但總的來說,關于糧食產后系統的碳排放源、排放規模、核算方法以及排放機理的研究嚴重不足。

第二,糧食產后損失內涵的界定爭議較大,調查評估方案尚不完善。糧食產后損失內涵的界定是研究節糧減損問題的關鍵,而學界在糧食產后損失內涵的界定方面存在著很多的爭議,尚未形成統一的認識。糧食產后損失現狀的把握依托于合理的評估方案,學者們采用不同的方案所得到的結論往往會存在較大差異,嚴重影響節糧減損問題的研究效力。

第三,糧食產后損失與碳排放關聯關系的討論尚不充分,對糧食產后減損的碳減排效應關注不足。糧食產后減損不等于零損耗,碳減排也不是零排放。一味追求低碳減排而限制必要的資源投入,不僅無法保障糧食穩產增收,還會加劇糧食損失;一味推動糧食減損增產,又極有可能會加劇能源資源的消耗,而產生更多的碳排放。然而,目前學界就糧食產后損失與碳排放關系的理解依舊停留在理論認知層面(糧食損失意味著更多的資源消耗,進而會產生更多的碳排放),對于兩者間的深層次關聯機理的討論并不充分。

本文旨在對糧食產后減損的碳減排效果進行評估,主要的研究貢獻可以概括為:①以水稻為具體研究對象,明晰水稻產后損失的內涵,并設計水稻產后損失的測算系統;②明確水稻產后損失的無效碳排放概念,識別構建水稻產后碳排放源體系,確定水稻產后碳排放核算方案;③通過調查研究,對水稻產后損失和碳排放現狀進行評估,梳理水稻產后損失與碳排放間的關聯關系,構建水稻產后損失的碳排放關聯體系;④采用仿真模擬,討論水稻產后減損的碳減排效應,以此為推動糧食供應鏈低碳轉型提供政策建議。

三、理論界定與研究設計

(一)水稻產后損失概念界定與損失測算

1.水稻產后損失界定

水稻產后環節指水稻生產后到進入消費前流經的所有環節,包括收獲、運輸、干燥、儲存、加工,儲存環節又分為農戶儲存和儲藏。水稻產后損失指水稻在生產后的流轉中,因各種因素導致未能進入口糧消費端的水稻數量的減少。本文的水稻產后損失具體指在收獲、運輸、干燥、儲存、加工等五個環節的水稻數量的減少。

①收獲環節損失主要受收獲時間、勞動力、收割機械效率、異常天氣和蟲害等影響,在水稻收割、脫粒、清糧等過程中的水稻破碎和撒漏及脫粒時的脫離殘留等。

②運輸環節損失指在水稻搬運和裝卸中的撒漏損失。

③干燥環節損失包括農戶晾曬和機械烘干兩種流程的損失。農戶晾曬損失包含在曝曬和收集中水稻的拋灑、遺落等引起的損失以及延遲干燥和缺少通風引起水稻堆燒等;機械烘干損失主要是水稻飛濺、拋灑和破裂;水稻水分的正常損耗不屬于干燥損失。

④儲存損失也分農戶儲存損失和儲藏損失。農戶儲存損失指由于微生物危害、蟲霉鼠害、水稻散落、儲存條件技術等引起的水稻損失。儲藏損失指受倉房性能、自然損耗、控溫控濕和通風技術限制等導致的水稻損失。

⑤加工損失指對水稻進行處理和深加工以達到市場要求過程中的水稻損耗,加工損失多源于過度加工導致的大米碎米率上升和出米率下降。

2.水稻產后損失結構分析

水稻產后會經過分流會形成不同的流轉路徑,參考《水稻產后損失浪費調查及評估技術研究報告》,分為收獲→干燥→農戶儲存→加工和收獲→干燥→儲藏→加工→運輸兩種,即農村水稻產后模式和城市水稻產后模式,如圖1所示,分別對兩種水稻產后模式進行權重賦值(1)趙霞等(2022)研究發現,農村水稻產后模式占比約為35.51%,因此,將權重設置為s=0.3551。。

圖1 水稻產后分流圖

3.水稻產后損失測算

本文采用的數據是國家糧食公益性行業科研專項項目“糧食產后損失浪費調查及評估技術研究”所建立的省級糧食產后損失調查數據庫(2)糧食在加工過程中,會出現從原糧到成品糧的形態變化,同時,不同環節糧食所含水分也會存在差異。為了能夠使的不同環節的損失率能夠相互比較和運算,通過轉換系數,數據庫中損失率數值均通過轉換系數,轉換為以原糧為測算單位。。全國層次的水稻產后各環節損失率如表1所示。這里的損失率是指1單位水稻通過該環節后損失的數量。

表1 水稻產后各環節損失率

數據來源:國家糧食公益性行業科研專項項目“糧食產后損失浪費調查及評估技術研究”所建立的糧食產后損失調查數據庫

(二)水稻產后損失無效碳排放界定與核算

1.水稻生產和產后環節的碳源識別

生產環節的碳源包括水稻種植、農業生產資料使用、能源消耗和廢棄物處理等;產后環節的碳源主要是能源消耗等。IPCC(2007)將水稻生產和產后環節的溫室氣體界定為CO2、CH4、N2O,具體而言:

①水稻種植的碳排放,指的是水稻泡田產生的CH4排放。

②農業生產資料的碳排放,包括農田土壤排放、農用機械耗電間接排放以及化肥、農藥、農膜等農業化學品使用排放的N2O、CO2等。

③農業廢棄物處理的碳排放,主要指水稻秸稈焚燒產生的CO、CH4、CO2排放。

④能源消耗的碳排放,包括水稻生產、收獲、運輸、加工等環節的能源消耗產生的CO2排放。按照IPCC的核算方法,利用全球增溫潛勢(GWP)對各溫室氣體進行折算加總得碳排放量:

Ci= ∑i(Eij*θij*GWP)

(1)

其中,Ci為第i類溫室氣體折算的碳排放量,Eij為第i類溫室氣體消耗的第j種碳源量,θij為碳源的排放系數,i和j分別為溫室氣體和碳源類別。

2.水稻產后損失無效碳排放界定與核算

本文將水稻產后損失的無效碳排放定義為水稻產后損失導致部分稻米未進入消費端,被損失掉的水稻在損失前的各環節產生的碳排放。那么,水稻產后損失的無效碳排放核算便是對水稻損失發生前各環節的碳排放的加總,即需要包含生產環節和產后環節的碳排放。

(1)水稻生產環節的碳排放核算,包括水稻泡田的碳排放、農業生產資料使用的碳排放、農業廢棄物處理的碳排放和能源消耗產生的碳排放四部分。

①水稻泡田的碳排放,以水稻種植面積與碳排放系數的乘積而得,水稻種植面積源于《中國統計年鑒》。

②農業生產資料使用的碳排放,以農業生產資料使用量與對應的碳排放系數的乘積加總而得。由于統計資料均為谷物類總消耗數據,根據糧食作物種植結構,按水稻在總產量中占比32.5%進行折算,數據源于《中國農村統計年鑒》。

③農業廢棄物處理的碳排放,主要是秸稈焚燒產生的碳排放,即焚燒量與碳排放系數的乘積。水稻秸稈產量為水稻產量乘以水稻草谷比。根據中國農村能源協會數據,將水稻草谷比設為0.623;根據按照曹國良等(2005)提供的各省級行政區的秸稈露天燃燒比,將水稻秸稈的焚燒量設為秸稈產量的23.15%。由于國務院2013年頒布《大氣污染防治行動計劃》后,各地加大對秸稈焚燒的整治力度,秸稈焚燒現象大幅下降,因此,結合發改委2014年發布的《全國秸稈綜合利用和焚燒情況表》中對秸稈焚燒點的統計以及徐奔奔等(2020)基于MODIS熱異常數據對因秸稈焚燒情況的綜合分析,將水稻秸稈焚燒比率定為10%。且秸稈焚燒產生的CO和CH4較少,碳排放量可忽略不計,本文僅考慮秸稈焚燒產生的CO2排放。表2匯報了水稻生產環節的種植、農業生產資料和廢棄物處理的碳排放系數。

表2 各類排放源及碳排系數

④能源消耗的碳排放,為各種能源消耗量與相應碳排放系數的乘積加總而獲得。根據《綜合能耗計算通則GBT2589-2020》和《省際溫室氣體清單編制指南(2011)》,本文對各能源消耗的碳排放系數進行計算,公式如下:

EFi=Hi*ki*Ci*Oi*3.67*10-9*103

(2)

其中,EFi為第i種能源的碳排放系數,Hi為平均低位發熱量,ki為折標準煤系數,Ci為單位熱值含碳量,Oi為碳氧化率。10-9·103為單位轉化添加的系數,3.67為碳的轉換系數,表3報告了各類能源的排放系數。

表3 各類能源碳排系數

(2)水稻產后損失的碳排放核算,主要包括加工和運輸環節的碳排放,由于收獲環節的能源消耗已包含在生產環節的測算中,因此不重復計算。

①加工環節的碳排放核算,以加工機械單位耗電量碳排放與水稻耗損量的乘積而得。參考《中國農業機械工業年鑒》的研究,以中型碾米機(主要參數為4.5t/h,功率為41kW)的應用為考察對象,加工環節損失的水稻的碳排放計算公式為:

CFp= ∑i=1Wi*Eleip*0.80

(3)

其中,CFp為加工環節損失的水稻的碳排放量,Wi為第i類水稻的損耗量,Eleip為單位水稻加工的耗電量(kW·h/t),電力碳排放系數為0.80kg CO2-e/kg。

②運輸環節的碳排放核算,采用水稻的貨物周轉量(Mt·km)、單位運輸量綜合能耗系數(tce/Mt·km)以及折標煤碳排放系數的乘積計算。鐵路運輸單位運量的能耗來自《2021年鐵道統計公報》,鐵路運輸水稻的貨物周轉量來自《中國統計年鑒》,運輸環節損失的水稻的碳排放計算公式為:

CFt= ∑i=1Wi*Eneit*3.67

(4)

CFt為運輸環節損失的水稻的碳排放量,Wi為水稻的貨物周轉量,Eneit為單位運輸量綜合能耗系數,3.67為折標煤碳排放系數。

(三)碳減排效應分析

1.系統邊界界定

水稻在產后環節損失而沒能進入消費環節,損失發生前的生產和產后環節產生的碳排放會失去價值,成為無效碳排放。在水稻生產和產后環節均會產生碳排放,水稻產后損失會導致無效碳排放增加。本文采用系統動力學模型,對水稻產后損失及其引起的無效碳排放關系的梳理,構建水稻產后減損的碳減排效應模型,通過仿真模擬,探究水稻產后減損對碳減排的作用效果。

水稻產后減損的碳減排效應模型涵蓋水稻生產、水稻產后損失、碳排放等子系統。時間邊界為2005～2030年(3)能源消耗、農業生產資料使用數據在2005年前缺失較多,2005年后才有相對完整的統計資料,因此,將系統邊界起點設為2005年。,步長為1年,2005～2020年為模型檢驗階段,基準年為2009年,2021～2030年為仿真階段。研究對象為水稻在生產、收獲、干燥、運輸、儲存和加工等環節的損失及碳排放。

2.因果關系圖和存量流量圖構建

水稻產后減損的碳減排效應模型通過將各環節的碳排放按損失比例迭代,推算各環節損失所產生的無效碳排放量,構建水稻產后各環節的損失與碳排放關聯脈絡系統。系統結構按環節分生產和產后環節兩部分,按碳源分水稻種植、農業用電、能源消費、農業生產資料使用和廢棄物處理等五部分?；谙到y內各要素的因果關系,利用Vensim軟件構建水稻產后減損碳減排效應的因果關系圖,如圖2所示。

圖2 水稻產后減損的“碳減排”效應因果關系圖

在因果關系圖的基礎上,圍繞水稻產后損失和產后損失無效碳排放兩個體系,引入狀態變量、速率變量、輔助變量和常量構建存量流量圖,如圖3所示。水稻產后損失體系包括收獲損失、干燥損失、農戶儲存損失、糧庫儲存損失、加工損失和運輸損失,均按各環節的絕對損失率計算。水稻產后損失無效碳排放體系包含生產和產后碳排放兩部分。生產碳排放包括農業機械用電排放、水稻種植排放、農業生產資料使用排放、能源消耗排放等;產后碳排放包括加工和運輸環節的排放。核算某產后環節的水稻減損的碳減排效應需要將該環節以及該環節之前所有環節發生的碳排放量進行加總,例如,收獲環節水稻減損的碳減排效應要考慮收獲中的水稻損失在收獲環節和生產環節產生的無效碳排放,而加工環節水稻減損的碳減排效應要考慮加工環節水稻損失在加工環節和加工前(包括生產、收獲、干燥、農戶儲存、運輸、糧庫儲存)環節發生的無效碳排放。

3.主要系統變量設定

模型中,狀態變量包括水稻種植面積、農業生產電力投入量、氮肥施用量等;速率變量包括農藥使用增加量、農膜使用增加量、水稻生產增加量等;輔助變量包括化肥使用碳排放、水稻碳排放、收獲損失、收獲損失無效排放等;常量包括各類碳排系數等。

4.模型驗證(4)篇幅所限,變量關系描述的方程計算公式未在論文中匯報,如有需要,可聯系作者。

模型驗證采用與歷史數據的吻合度對比進行誤差檢驗,變量的相對誤差不大于15%,則認為模型的仿真性能和預測精度較好,檢驗分析的誤差公式如下:

(5)

其中,ε為模擬值和真實值的誤差,Y′為參數的模擬值,Y為參數真實值。表4報告的是采用水稻種植面積、氮肥施用量、柴油使用量和水稻產量四個參數的誤差檢驗結果。實際誤差滿足15%的要求,說明模擬結果能反應真實情境。

圖3 水稻產后減損的“碳減排”效應存量流量圖

表4 模型驗證的誤差檢驗結果

四、研究結果分析

(一)水稻產后損失分析

圖4 水稻產后各環節損失曲線圖(10kt)

圖4展示了水稻產后各環節損失的變化曲線。從水稻產后各環節損失曲線的變化可知,產后各環節損失都呈增加趨勢,水稻產后損失增加的原因主要歸結為水稻產量的上升。水稻產后各環節中損失量最多的是加工環節,預計2030年,水稻的加工環節損失將高達4471.71萬噸,較2005年約增長了63%,其次是干燥、收獲和農戶儲存環節,運輸和糧庫儲存環節的水稻損失相對較少。

圖5 水稻產后各環節損失對比圖

圖5匯報的是水稻產后各環節損失對比。水稻加工損失始終處于高位,加工環節損失在產后損失中的占比超過50%,城市模式的加工損失明顯高于農村模式,原因在于水稻的產后流轉中大部分流入城市,且城市加工模式更加追求精加工,導致水稻在城市模式中過度加工更加嚴重。農戶儲存的損失明顯高于糧庫儲存損失,由于糧庫儲存更為科學,合理的儲存模式、精準的溫度把控和完善的儲存設備條件都能減少儲存過程中因霉變、蛇蟲鼠害等原因導致的損失。

(二)水稻產后損失的無效碳排放分析

水稻產后各環節損失的無效碳排放如圖6所示,2005年,水稻在加工環節損失產生的無效碳排放為24798.5萬噸,其余環節總計產生無效碳排放為3511.5萬噸,可得因在產后產后損失產生的無效碳排放為28310萬噸,而產后碳排放總計在2018年達到了33510.8萬噸,預計2020～2030年水稻產后損失的無效碳排放量會不斷增加。水稻在加工環節損失的無效碳排放占比最高,約占產后損失無效碳排放總量的87%。水稻在加工環節的損失率最高,意味著水稻在加工環節損失會消耗更多的能源,也就產生更多的無效碳排放;加工環節位于產后體系的末端,前置環節較多,根據“無效碳排放”的界定,前置環節越多,1單位水稻損失產生的無效碳排放也越多。因此,水稻產后減損的碳減排效應研究,應更重視產后的末端環節,重點推動末端環節的水稻減損,水稻產后越末端的減損活動產生的碳減排效應越高。

圖6 水稻產后各環節損失無效碳排放對比圖

圖7 水稻產后損失無效碳排放趨勢圖(10kt)

水稻產后整體和各環節損失的無效碳排放趨勢如圖7所示。糧庫儲存環節和運輸環節水稻損失的無效碳排放雖然增長趨勢較快,但糧庫儲存環節和運輸環節的相對損失率較低,因此,在糧庫儲存和運輸環節水稻相對損失產生的無效碳排放可忽略不計。收獲、干燥和農戶儲存三個環節水稻相對損失率較糧庫儲存和運輸環節更高,干燥處于收獲和農戶儲存環節之間,但干燥環節的相對損失率要高于收獲環節,因而,干燥環節相對損失產生的無效碳排放相較于收獲環節和農戶儲存環節更高。農戶儲存環節相對損失率雖然相對較高,但受到產后分流的影響,進入農戶儲存環節的稻米量較少,因此,農戶儲存環節相對損失產生的無效碳排放要低于干燥環節,囿于農戶儲存較高的相對損失率作用,農戶儲存相對損失的無效碳排放也較高。水稻產后損失的無效碳排放規模呈現出不斷增長的趨勢,2005年水稻產后損失無效碳排放為28,844.99萬噸,2020年已達32,924.82萬噸,增加約4,000萬噸。預計2020～2030年,產后損失率不變的情況下,水稻產后損失的無效碳排放將會進一步增長,2030年會達44,278.25萬噸。水稻產后損失產生的無效碳排放是糧食供應鏈碳排放的重要組成,推動水稻產后減損有助于促進糧食供應鏈低碳轉型。

(三)不同情境下水稻產后無效排放情景分析

水稻在產后環節發生損耗會引起大量的無效碳排放,降低水稻產后相對損失率能有效減少無效碳排放規模,通過增加同等碳排放規模上順利進入消費端的稻米數量是有效的碳減排措施。運輸和糧庫儲存環節水稻產后相對損失率較低,產生的相對損失無效碳排放也很少。因此,本文在情景模擬中選擇收獲、干燥、農戶儲存和加工四個損失率較高的環節,以四個環節的水稻相對損失率為調控因子,分別比較各環節損失率下降1%水稻產后損失無效碳排放情況。將情景模式分為基準模式、情景A(收獲相對損失率下降1%)、情景B(干燥相對損失率下降1%)、情景C(農戶儲存相對損失率下降1%)、情景D(加工相對損失率下降1%)、情景E(收獲、干燥、農戶儲存、加工相對損失率下降1%)六個情景模式,具體仿真情景設定如表5所示。

表5 不同情景模式下相對損失率選擇

不同情景模式下水稻產后各環節損失的無效碳排放模擬結果如表6所示,對應的不同情景模式下的無效碳排放變化趨勢如圖8和9所示。

表6 不同情景模式下產后各環節損失無效碳排放情況(10kt)

收獲環節:從表6可知,僅有情景A和情景E的無效碳排放大幅下降。收獲環節處于產后環節最前端,因此,只有收獲環節水稻相對損失率發生變化才會對收獲環節水稻損失的無效碳排放規模產生影響。就無效碳排放的減少而言,收獲環節水稻相對損失率下降1%能減少321.89萬噸無效碳排放,推動無效碳排放量下降約34%。

圖8 不同情景模式下水稻產后損失無效碳排放量對比圖(10kt)

干燥環節:與基準情景相比,情景A模式下干燥環節水稻損失產生的無效碳排放有所增加,收獲相對損失率的下降,使得進入干燥環節的水稻增多,干燥環節相對損失率不變的情況下,水稻在干燥環節的絕對損失增多,導致情景A模式無效碳排放的增加。此外,情景B和情景E模式下干燥損失無效碳排放均顯著減少,情景B比情景E減少得更多。就情景B而言,干燥環節相對損失率的下降能夠有效減少干燥環節水稻損失量,有助于促進無效碳排放規模的降低。干燥環節相對損失率的減少,雖然會引起后續環節絕對損失率的上升,但與基準情景相比,情景E的絕對損失率仍有很大幅度的降低,這也就使得情景E的無效碳排放規模高于情景B而低于基準情景。就無效碳排放的減少而言,干燥相對損失率下降1%可減少312.11萬噸無效碳排放。

圖9 不同情景模式下水稻產后各環節無效碳排放量情景模擬圖(10kt)

農戶儲存環節:類似于干燥環節,處于農戶儲存環節前的收獲、干燥環節相對損失率下降,情景A和情景B模式下會導致農戶儲存環節水稻損失產生的無效碳排放更多,主要歸因于農戶儲存絕對損失量的提高。與情景C相比,情景E模式下農戶儲存環節產生的無效碳排放更多。就無效碳排放的減少而言,農戶儲存相對損失率下降1%將使農戶儲存環節水稻損失產生的無效碳排放下降116.02萬噸,下降比例達11.6%。相較于收獲和干燥環節,農戶儲存環節無效碳排放變化波動較小,農戶儲存環節本身水稻相對損失率較高,且在干燥后產生分流,進入農戶儲存環節的水稻量相對較少。

運輸和糧庫儲存環節:運輸和糧庫儲存環節在不同情景模式下水稻損失的無效碳排放情況變化是相似的。由于本身相對損失率極低,因此,在情景A、情景B和情景E模式下,運輸和糧庫儲存環節產生的無效碳排放都有所上升。但因產生的無效碳排放量極少,因此忽略不計。

加工環節:在產后各環節中,加工環節水稻損失產生的無效碳排放量最多。與收獲和干燥環節相似,情景A、情景B、情景C模式下,當加工環節前的其他環節相對損失率下降時,加工環節產生的無效排放反而會有所上升。情景E與情景D相比,僅加工環節水稻相對損失率下降時,加工環節產生的無效碳排放更低。就無效碳排放的減少而言,相對基準情景,情景D中加工環節無效碳排放下降3.7%,加工相對損失率下降1%能減少1448.6萬噸無效碳排放。

產后全部環節:雖然產后各環節都存在不同情景模式下無效碳排放上升的情況,但從產后全部環節來看,五個情景模式下產生的產后整體無效排放都是下降的。五種情景模式下產生的無效碳排放從少到多依次為情景E、情景D、情景B、情景A、情景C。對產后無效碳排放下降做出貢獻最大的環節為加工環節,而收獲、干燥和農戶儲存相對損失率減少1%對整體無效碳排放的影響較小。加工環節本身產生的碳排放量較大,相對損失率降低能有效減少無效碳排放,且加工環節位于產后環節末端,相對損失率下降并不會導致其它環節的絕對損失量上升,不會產生額外的無效碳排放。

五、結論與建議

(一)主要研究結論

本文圍繞對水稻產后損失及其碳排放的核算,構建水稻產后損失的碳排放關聯系統,探究水稻產后減損的碳減排效應,并以此為糧食供應鏈低碳轉型提供政策建議,主要的研究結論如下:①水稻產后各環節損失都呈增加趨勢,加工環節是水稻產后損失最多的環節,其次是干燥、收獲和農戶儲存環節,運輸和糧庫儲存環節的損失較少。②水稻在產后環節損失而沒能進入消費環節,損失發生前的生產和產后環節產生的碳排放會失去價值,成為無效碳排放。水稻產后損失的無效碳排放量會不斷增加,水稻在加工環節損失的無效碳排放占比最高。水稻產后環節中,越靠后環節的水稻損失產生的無效碳排放越多。③水稻在產后環節發生損耗會引起大量的無效碳排放,降低水稻產后損失率能有效減少無效碳排放規模,通過增加同等碳排放規模下順利進入消費端的稻米數量是有效的碳減排措施。④越靠近深加工、精加工和消費端的環節,越應加強對水稻產后減損的重視。加工環節相對損失率較高,產生的碳排放較多,且處在產后環節的后端,在水稻產后減損和消減無效碳排放方面都應受到重視。

(二)政策建議

圍繞上述研究結論,本文提出如下的政策建議:第一,著力推動水稻產后環節減損,降低水稻產后相對損失率能有效減少無效碳排放,通過增加同等碳排放規模下順利進入消費端的稻米數量能形成有效的碳減排機制。推動技術進步,提升機械化水平,著力減少各環節的水稻撒漏、散落問題,創新稻米烘干模式,減少晾曬等原始干燥方式,都是有效地減損舉措。第二,著重強化水稻加工環節的減損能力。過度加工是加工環節水稻致損的主要原因,過高的碎米率、多次拋光和多重工序精加工導致真正能進入消費市場的稻米量不足70%,因此,減少加工環節的水稻損失要重視適度加工、增加水稻加工副產物利用率、創新加工技術。第三,大力促進水稻產前產后的直接碳減排。推廣綠肥種植,促進化肥減量增效;創新秸稈處理技術,嚴格管控秸稈露天焚燒;發展農機設備新技術,優化加工工序,提高能源利用率。