基于低碳農業的清潔生產與生態補償*——以山東桓臺為例

梁 龍，王大鵬，吳文良，孟凡喬

(中國農業大學資源與環境學院，北京 100193)

冬小麥-夏玉米輪作是華北平原最常見的農田生產方式。據統計，我國每年農作物秸稈產量達7億t之多，但每年只有20%～30%被利用，大部分被燒掉，不但造成資源的極大浪費，而且嚴重污染環境［1］。對于北方糧食主產區而言，如何有效地處理作物秸稈，是實現農田清潔生產的重要環節。該文以山東高產糧區桓臺縣14年的農業面源污染綜合治理經歷為例，探索農業清潔生產與生態補償的問題。

1 對象與方法

1.1 桓臺縣概況

山東省桓臺縣位于泰沂山脈北麓，黃河下游，魯北平原南緣，是華北平原的一部分，全國百強縣之一。桓臺縣唐山鎮自1989年建成“噸糧鎮”后，該縣又于1990年建成了江北第一個“噸糧縣”，此后農業一直穩步增長，通過20年的發展，已實現了糧食的高產、穩產。秸稈還田本是桓臺農業生產的一項傳統，但隨著生產力提高，玉米秸稈產量劇增，同時當地養殖業的萎縮，使得大量農戶無法將巨量秸稈全部還田或者綜合利用，玉米秸稈還田比例一直在30%～50%之間，其余大部分都是焚燒，造成環境污染。

2007年開始，當地政府采用行政強制和經濟補償相結合的辦法，全面推行秸稈禁燒:一方面通過行政手段強制推行玉米秸稈還田和綜合利用;另一方面對玉米秸稈還田由縣鄉鎮兩級補貼，平均30～50元/667m2，同時加大農機具購置補貼，保障機械配備到位，連續3年實施主產區秸稈全量還田和還田補償，取得較好生態和社會效益。

1.2 研究方法

1.2.1 農業清潔生產、低碳農業與生態補償

一般來說，農業清潔生產是指通過生產和使用對環境友好的農用化學品，在清潔肥沃的土地利用節水、節肥、節藥、節地、節能以及資源綜合利用等農業生產技術，在農業生產的全過程，使用清潔化的農藝措施，減少農業污染的產生，降低農業生產及其產品和服務過程對環境和人類可能造成的風險。而廣義的低碳農業是通過技術改進、制度創新、產業轉型、鏈條整合、新能源開發利用等多種手段，降低農業系統碳源影響，擴大碳匯效應，最終實現以溫室氣體減排為核心的農業生產發展和生態環境共贏的現代農業。從清潔農業和低碳農業的概念和內涵來看，農業清潔生產是發展低碳農業的一種重要的方式和手段。

農業區別于工業的一個最大特點是，農業既是碳源也是碳匯，可以實現碳排放的“以農補工”。以美國為例，2009年美國環境保護署 (EPA)報告顯示:2007年美國溫室氣體排放總量為7150.1TgCO2eq，其中農業排放為413.1 TgCO2eq，但整個農業系統固碳達到1062.6 TgCO2eq，不但完全抵消了農業自身排放，而且使美國溫室氣體凈排放降低為6087.5TgCO2eq［2］。由于農業的生態效應，通過生態補償來激勵和引導農民發展清潔農業和低碳農業，已經成為世界各國通行做法。當前，國際上包括碳匯補償在內的生態補償的通行做法是:(1)確定基線排放量;(2)確定項目排放量;(3)確定減排量，減排量=基線排放-項目排放;(4)對符合標準生態減排給予經濟補償。

1.2.2 LCA是進行碳排放評價的有效方法

生命周期評價 (Life Cycle Assessment，簡稱LCA)源于20世紀60年代，聯合國環境規劃署 (UNEP)將其定義為:“評價一個產品系統生命周期整個階段——從原材料的提取和加工，到產品生產、包裝、市場營銷、使用、再使用和產品維護，直至再循環和最終廢物處置——的環境影響的工具［3-4］。”

20世紀80年代，LCA主要用于工業領域，隨著對低碳農業研究的深入，國內外眾多專家意識到，現代農業是與工業、加工、服務業緊密聯系的復合體，因此，低碳農業不僅僅是農田低碳，而是農業產業的低碳［5］。現代農業碳排放不僅僅要考慮農田系統本身的碳排放，其上游化肥、農藥、機械的生產和運輸，由此消耗的原料及煤、石油、天然氣等，以及下游農產品加工的碳排放都屬于農業產業碳排放范疇，而LCA就是對整個產業全面評價。因此，LCA可以成為農業碳排放計量和生態補償的重要方法之一。該研究借鑒該方法來計算桓臺地區14年來小麥-玉米輪作系統的溫室氣體排放量變化，進而探討低碳排放與生態補償的關系，關于農業LCA的模式和方法可以參照相關研究［6］。

2 結果與分析

2.1 相關參數

以1t作物籽粒為功能單位，山東桓臺1996～2009年不同年份農田生態系統的投入產出數據見表1。其中1996年、2003年、2006年數據來源于中國農業大學實驗站的調研統計，2007～2009年數據來源于桓臺縣農業推廣站3年推廣實踐。其中，小麥秸稈還田為100%，1996年、2005年和2006年玉米秸稈還田分別為30%、50%和70%，其余部分成為燃料、飼料或者在田間燃燒，2007～2009年玉米秸稈在全縣主產區粉碎全量還田，少量作為青貯飼料，該文以全量還田計算，各年投入見表1。

該研究的系統邊界從煤、石油、天然氣開采開始，到小麥、玉米離開農田為止，其中農田的整地、施肥、病蟲害防治、收獲過程作為農作系統，化肥、農藥、機械、燃油生產及運輸作為農資系統。化肥、農藥、電力等溫室氣體根據相關研究成果計算，由于資料缺乏，農業機械僅僅考慮機械燃油生產和燃燒的溫室氣體排放［7-10］。

農作系統溫室氣體排放的另一主要來源就是硝化-反硝化過程中產生的N2O，1996年IPCC報告中，建議農田系統N2O排放參數為進入農田氮肥總量的1.25%，2006年IPCC第四次報告調整到1%，但中國農業大學和中國科學院在桓臺實驗站的研究表明，0.7%更接近當地常規模式的實際水平，該文取這一數值［11］。關于農田碳匯該文考慮土壤固碳和秸稈還田固碳，劉光棟、包永紅分析桓臺12年秸稈還田后土壤有機質變化，發現桓臺農田土壤平均吸收CO2為1984.88 kg·hm-2a-1，即每生產1t玉米和小麥土壤吸收262.31kg CO2［12-13］。研究表明［14］，秸稈還田當年，30%的植物碳殘留在土壤中，其余仍以CO2等形式進入環境，成為碳泄漏部分，因此，秸稈還田需要考慮其源與匯的雙重性。

2.2 結果分析

綜合上述參數，桓臺農田生態系統的溫室氣體排放結果如表2所示。

表1 山東桓臺1996～2009年農田系統投入產出

表2 1996～2009桓臺農田生態系統溫室氣體排放量 單位:CO2eqkg/t

從表1～2統計數據和研究結果表明:桓臺縣冬小麥-夏玉米輪作系統朝著清潔生產方向不斷發展，表現在農業投入在2003年達到峰值后逐步降低，同時，玉米秸稈的還田比例不斷提高，而整個輪作系統全生命周期溫室氣體排放呈下降趨勢。每噸小麥溫室氣體排放1996年為1537.7CO2eqkg，2003年高達1680.7 CO2eqkg，2009年下降到1408.5CO2eqkg，若以1996年為基線值，則下降了8.4%;每噸玉米從1868.2CO2eqkg下降到2009年的1092.3CO2eqkg，下降了41.5%，玉米的減排表現尤為明顯。小麥下降的關鍵在于化肥等投入的降低，玉米的關鍵因素首先在于秸稈的還田，減少燃燒排放同時增加了秸稈固碳;其次是推行測土配方施肥，使氮肥投入降低;另外由于灌溉水的減量化，使消耗電力的排放降低。

從表2可以看出:秸稈還田后其固碳效應和碳泄漏表現得都非常明顯，因此，在農田系統節能減排上，穩定秸稈固碳和降低秸稈碳泄漏是關鍵，而氮肥、灌溉電力、機械柴油、土壤固碳是也制約農田生態系統溫室氣體排放的重要因素。在農資系統中，降低碳排放關鍵是氮肥生產的減排;農作系統除了減少氮肥投入，其次是發展節水農業，減少電力消耗。理論上，秸稈還田土壤的碳排放應該遠遠高于非秸稈還田，但桓臺長期大田實驗表明，秸稈以有機肥形式還田，同時和無機肥合理搭配，是土壤固碳和降低秸稈碳泄漏的有效措施［15］。因此，在堅持配方施肥的基礎上，加大保護性耕作力度，實施合理灌溉，減少氮、電、油的消耗，這是減排的重要措施，也是增加土壤碳匯，穩定秸稈固碳的關鍵。

3 討論

3.1 關于農業清潔生產

長期以來，人們僅僅考慮了農業經濟效益，但事實上農業的生態效益遠遠大于其經濟效益，因此，必須加大投入，實施農業清潔生產，使其從碳源向凈碳匯轉變，實現“以農補工”。桓臺經驗表明，遵循循環農業理念［16］，在集約化基礎上通過化肥等投入的減量化，秸稈的再利用、再循環，農藥的可控化，農業的減排增匯是有可能的。同時，也必須看到，建立農業清潔機制是包括農業、工業、運輸、服務業等整個社會體系的責任。隨著農業產業鏈的延長，如何實現種植、養殖、加工的一體化和清潔生產，實現現代低碳循環農業產業模式，是今后農業清潔生產研究的重點。

3.2 關于生態補償

生態補償在全世界都是一個不斷探索的議題，在我國還處于起步階段，無論從經濟補償額度還是補償機制，都還需不斷摸索。以桓臺為例，2006年的農田生產投入基本代表華北高產糧區平均水平，若以2006年碳排放為基線排放量，2007～2009年測土配方的排放為項目排放量，每噸小麥、玉米的減排量分別是272.2和817 CO2eqkg，按照中國國家發改委規定清潔發展機制項目申請中每噸CO2當量的最低交易價格為8歐元計算，桓臺每公頃農田減排量為9.26tCO2eq，折合人民幣651元左右，當地政府每公頃補償600元，與國家最低標準基本相當。但秸稈本身是光合作用的產物，理論上不論是焚燒還是還田，其所含碳重新進入大氣并沒有對大氣中碳平衡造成影響，國際上關于秸稈的碳排放一般單獨計算，目前包括北京、山東桓臺等地為避免農民焚燒而進行生態補償開全國先河，但這種模式在其他財政支付能力不足的地方能否大面積推廣，一旦政府放棄行政強制和經濟補充，如何使秸稈還田和綜合利用變成農民的自覺行動，這些都值得探索。另外，該文中，秸稈固碳和土壤固碳有重復計算嫌疑，秸稈還田后如何防范碳泄漏也還要加強研究。

3.3 關于低碳農業

溫室氣體排放是全球關注的一個熱點，研究表明，農業在減排的同時，還能降低對水體、土壤的潛在威脅。因此，發展低碳農業實屬必要。但是，農業在某種意義上又是“生存排放”，要維護國家糧食安全，就必然要加大投入，其碳排放總量上肯定是上升，農業的低碳只能在一定程度上提倡。另外，就我國實際情況來看，眾多地區的水資源短缺、土壤酸化、富營養化、重金屬污染問題似乎更嚴重、更突出。因此，農業不僅僅要考慮低碳問題，而且要注意綜合協調，真正實現生產發展和環境友好雙贏的最終目標。

4 結論

1)經驗表明，農業清潔生產是發展低碳農業的重要路徑。

2)發展清潔農業必須建立合理的生態補償機制，從而促進農業的可持續發展。

3)農業生產在考慮低碳的同時，還需注重其他生態指標，實現生產和環境的共贏。

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