南昌市農田生態系統碳源/匯及碳足跡分析

楊蕊菲

（江西財經大學，江西 南昌　330013）

南昌市農田生態系統碳源/匯及碳足跡分析

楊蕊菲

（江西財經大學，江西 南昌330013）

運用南昌市2003～2013年主要農業經濟作物、農業投入等統計數據，對該市的農田生態系統進行碳源/匯估算，并將各類具體因素與碳排放量及碳吸收量用SPSS17.0做相關性分析，得到以下結論：近年南昌市的碳排放量總體呈上升趨勢，從2003年的713萬t增加至2013年的909萬t，播種面積及化肥使用量是其主要影響因素并與其呈顯著正相關關系。南昌市碳吸收量總體呈現穩步增加狀態，從2003年的118萬t增加至2013年的226萬t，稻谷、花生和豆類等農作物產量是碳吸收量的主要影響因素。碳足跡呈現平穩下降趨勢，可見南昌市農田系統種植結構是有利于增強農田系統談吸收功能穩定增長趨勢的。

碳排放；碳吸收；碳足跡

當前，氣候變化以全球變暖為主要特征已成為公認的事實，而人類活動是引發溫室氣體中大氣排放從而導致氣候變暖的重要因素。這些因素中與人類活動關連最密切的農田生態系統就是陸地生態系統的主要形成成分。其中，一方面在溫室氣體排放源中，許多氣體都是從農業活動及其相關過程中演化而來的；另一方面，全世界的農田亦是極大的碳庫，農田的碳儲量為170Pg，占比為全球陸地碳儲量總量的10%以上。這說明農田生態系統具有很大的固碳能力，在此基礎上，國內外都陸續開展了關于農田系統碳源匯問題的探究，但在國內，鉆研農田土壤碳方面較多而鉆研農田生態系統碳源匯功能的評估及綜合估算則較少。本研究通過對2003～2013年南昌的農田生態系統中主要農作物的碳吸收量以及農業生產活動中碳排放量的估計，得出結果后用以分析南昌農田生態系統碳源匯的影響因素，以期以更小地誤差提供農業源碳排放的清單，為南昌農業生產固碳減排及農業產業結構調整提供合理科學的依據。

1　材料與方法

1.1數據來源

2003～2013年的農業機械總動力、柴油用量、化肥農藥使用量、地膜使用量、有效灌溉面積等農業網統計數據均分別來自各年份的《江西省統計年鑒》。

1.2研究方法

（1）農田系統碳源/匯判定。在聯合國氣候變化框架公約中，碳源指的是向大氣排放溫室氣體、氣溶膠或者有排放溫室氣體征兆的過程或活動；碳匯指的是將溫室氣體從大氣這個整體中移開除去的任一一個進程、活動或者是機制。農田體系是一個開放性的系統，在農田生態系統碳源/匯的探究中，不單要考慮其碳排放和消化能力，也要剖析核算農田生態系統的碳足跡效應。人們通過勞動使得農田系統向有利于人類發展的方向前進，為了使得農田生態系統保持平衡并能維持可觀的生產力水平，人類必須通過各種途徑投入生產力及化石燃料等能源及物質。因此，對碳循環方面而言，農田生產過程其實是碳輸入輸出過程。文章將主要的碳源定為認為農田生產過程中投入的主要導致碳排放類型，如農業柴油的投入、農膜的使用等等；并且將主要碳匯的類型定為在主要農作物的生長期期間中對碳的吸收。

（2）農田系統碳排放量估算。農業用地的碳排放主要來源于農業生產活動，如農業投入、化肥、農藥使用等項目帶來的碳排放量，其計算公式如下：

式中：E為農田系統碳排放量；Ef、Ep、Em、Ee、Ei、Ee分別指的是化肥的生產和使用、農藥的生產和使用、農膜的生產和使用、翻耕時破壞的土壤有機碳庫、灌溉時造成的損失，柴油在生產和使用過程中所有的碳排放量。具體的各項碳排放量的計算公式見下列公式：

式中：Gf為化肥施用量；a=0.8956kg/kg

式中：Gp為農藥使用量；b=4.9341kg/kg

式中：Gm為農膜使用量；c=5.18kg/kg

式中：Ar為農作物種植面積；We為農業機械總動力；d=16.47kg/hm2；f=0.18kg/kW

式中：Ai為灌溉面積；g=266.48kg/hm2

式中：Gs為農業柴油用量；j=0.5927kg/kg

（3）農田系統碳吸收量估算。文章設定農田系統中所有農作物在其生育期間內對碳的吸收量為Ct，那么公式如下：

式中：Cf為i類農作物在光合作用中吸收的碳；YW為i類農作物的經濟產量；H為i類農作物所對應的具體的經濟系數。南昌市主要農作物的碳吸收率及其經濟系數如表1所示。

表1　南昌市主要農作物的碳吸收率（Cf）以及經濟系數（H）

（4）農田系統碳足跡核算。碳足跡是在生態足跡的概念這一基礎上產生的，是指某一種活動在其生命周期內全部的碳排放總量，碳足跡作為人類生活活動對環境影響大小的衡量尺度，近幾年來已成為國內外進行生態研究的新興熱點領域，其公式如下：

CF=E×（S/Ct）NEPa=Ct/S

式中：CF表示碳足跡；E表示的是農田生態系統范圍中的碳排放量；S表示耕地面積；Ct是指農田生態系統中所有農作物在其生育期間內對碳的吸收量；NEPa是指每種農作物所對應的固碳能力。

2　結果與分析

（1）南昌市農田系統碳排放量變化分析。由統計年鑒數據可知，南昌市的碳排放量總體呈上升趨勢，從2003年的759萬t增加至2013年的1055萬t，累計增加近300 萬t，增幅達到39.51%，年均遞增3.59%。其中2004～2007年上升較平緩，2009～2010年碳排放量略微下降。播種面積總體變化平緩，2003～2008年呈平緩增加狀態，2008～2012年呈現“V”型變化；機械總動力上升趨勢明顯，從2003年的22萬kW增加值2013年的98萬kW，說明南昌市近十年對農業機械動力的投入力度較大；柴油用量在2003～2006年呈凸型變化，與2006年跌入最低值23 萬kW后一直呈現平緩上升趨勢?；视昧吭?003～2006年之間增加相對較快，從9萬t增加至近13萬t，2006年之后并無明顯變化，一直保持在13萬t左右，農藥用量一直無明顯變化；地膜用量在2005年之間均保持平穩，而2006年增加一倍以上用量，之后無明顯變化。

表2　南昌市生態系統各類影響因素與碳排放量的相關性

從表2中可以看出，南昌市農田生態系統的碳排放量與播種面積、化肥使用量、地膜用量、機械總動力及農藥用量具有顯著正相關關系，其中與播種面積的相關系數為1.000，與機械總動力、化肥用量及地膜用量的相關系數均為0.7以上，與農藥用量的相關系數為0.609，而與柴油用量的相關關系并不顯著。由此可見，播種面積、化肥用量、地膜用量、機械總動力及農藥用量是影響碳排放的主要因素。

（2）南昌市農田系統碳吸收量變化的分析。圖1可知，南昌市碳吸收量總體呈現穩步增加狀態，從2003年的118萬t增加至2013年的226萬t，累計增加108萬t碳吸收量，增幅達到91.53%，年均增加8.32%，其中，在2007～2010年無明顯變化，在2007年之前及2010年之后上升趨勢相對較明顯。

圖1　南昌市農田系統碳吸收量變

稻谷的碳吸收量是增加速度最快同時也是南昌市生態系統碳吸收量的主力軍，十一年中單股的碳吸收量總體呈現上升狀態，累計增加13萬t左右；與此相反，小麥的碳吸收量卻呈逐年下降趨勢，2003年小麥的碳吸收量為1495t，而在2013年小麥的碳吸收量為283t；玉米在2003～2008年的碳吸收量逐年減少至247t，在2009年之后迅猛增加到10265t；花生的碳吸收量在2012年之前平均每年增加0.3萬t左右，而在2013年突然下降至1.4萬t左右；棉花的碳吸收量在08年之前保持在0.45t左右，之后驟然增加直到2013年的2.5萬t左右；甘蔗、豆類及薯類的碳吸收量增加幅度小且表現平穩；最后，其他經濟作物的碳吸收量相對比較少。

表3　南昌市主要經濟作物農產量與碳吸收量的相關性

從表3中可以看出，碳吸收量與稻谷、玉米、花生、棉花、甘蔗、豆類及薯類經濟作物的產量呈顯著正相關性，其中與稻谷、甘蔗、豆類及薯類的相關系數均在0.9以上，與玉米、花生和棉花的相關系數在0.7以上，從固碳的角度出發，應增加這些農作物的耕種面積；南昌市碳吸收量與小麥及其他糧食作物的產量呈顯著負相關性，其中與小麥的相關系數為-0.910，與其他糧食作物的相關系數為-0.665，碳吸收量與麻類經濟作物的產量并無顯著相關性，主要是因為這些農作物在南昌市耕作面積較小，農產量低導致了碳吸收量相對較弱。由此可知，優化農產品耕作結構提高農產品單位面積產量，同時提高化肥農藥等的使用效率，加強植樹造林多種植有機食品，是提高區域固碳能力的有效方法。

（3）南昌市農田系統碳足跡分析。從圖2中可以了解到，南昌市近十一年的碳足跡從時間上看，最高為2003年的296.17萬hm2，最低為2013年221.67萬hm2，在2009年出現過一次小起伏，雖然耕地面積、化肥農藥等資源的大量投入增加了南昌市的碳排放量，但是稻谷、玉米、棉花等農作物的持續增加大大地提高了南昌市農田系統的碳吸收量，總體上南昌市的碳足跡在近十年來反映出平穩的同時略有下降趨勢。為有效減少碳足跡，在農田系統方面應積極采取措施使得碳排放逐步較少的同時農田固碳能力能逐步提高。

圖2　南昌市農田系統碳足跡變化

3　討論

通過對南昌市近十一年的統計數據可以估算出南昌市的碳排放量、碳吸收量及碳足跡的具體數值，從而可以看出碳吸收量遠遠小于碳排放量，這表明南昌市的碳匯能力不足以補償碳排放，南昌市的農田生態系統固碳能力較弱最終造成了碳赤字?？蓮膬煞矫嬷志徑膺@類現象，一方面，控制南昌市農田生態系統的碳排放量；另一方面，加強南昌市的農田生態系統的碳吸收量刻不容緩。

具體來說，在控制碳排放量這一點上，可優化種植結構減少農田資源的浪費現象，政府企業提供贊助基金以供采購優質機械提高農業耕作活動和工業能源消費的效率，多使用天然肥料適量減少化肥農藥的使用量，降低單位面積碳排放；在加強碳吸收量這一點上，提高單位面積農作物產量，加強植樹造林建設，發展區域特色化農作物種植，提高區域固碳效率、碳匯水平及碳補償能力。通過以上途徑，實現控制溫室氣體排放量，減少霧霾等空氣污染，促進低碳城市的發展。

文章用以判定碳源/匯的系數都是引用國外文獻中的相對應系數，并未根據本國實地情況進行適當地修正，可能導致估算結構有一定誤差，不能很穩妥的貼近南昌市實際水平，這有待在今后進一步加強研究。

［1］于穎.基于InTEC模型東北森林碳源/匯時空分布研究［D］.哈爾濱：東北林業大學，2013.

［2］錢曉雍.上海農田生態系統碳源匯時空格局及其影響因素分析［J］.農業環境科學學報，2011，（7）：1460-1467.

［3］周陶，高明，謝德體，魏朝富.重慶市農田系統碳源/匯特征及碳足跡分析［J］.西南大學學報（自然科學版），2014，（1）：96-102.

［4］張婷，蔡海生，張學玲.基于碳足跡的江西省農田生態系統碳源/匯時空差異［J］.長江流域資源與環境，2014，（6）：767-773.

［5］劉英，趙榮欽，焦士興.河南省土地利用碳源/匯及其變化分析［J］.水土保持研究，2010，（5）：154-157+162.

Analysis of Carbon Source/sink and Carbon Footprint of Farmland Ecological System in Nanchang

YANG Rui-fei
（Jiangxi University of Finance And Economics，Nanchang，Jiangxi 330013，China）

Due to statistical data of agricultural economic crops and agricultural inputs in Nanchang city during 2003～2013，the carbon sources/sinks of farmland ecosystem were estimated，and all kinds of specific factors，carbon emissions and carbon absorption were analyzed with SPSS17.0，the following conclusions were obtained：In recent years，the total amount of carbon emission in Nanchang has increased，from 1 million 180 thousand tons in 2013 to 2 million 260 thousand tons in 2003，and rice，peanuts and beans and other crops yield is the main impact factors of carbon absorption.Carbon footprint showed a steady downward trend，it is seen that the planting structure of farmland system in Nanchang city is conducive to enhancing the stable growth trend of the carbon absorption function of farmland system.

Carbon emissions；Carbon absorption；Carbon footprint

S181

A

2095-980X（2016）04-0133-03

2016-03-06

楊蕊菲（1992-），江西九江人，碩士研究生，主要研究方向：經濟統計專業。