基于碳排放核算的農業主導型鄉村“零碳”建設策略淺析
——以紅畈村為例

李善風，張 爽，張 瑩，黃 輝，瞿子涵，崔晚晴，殷 媛，王佩佩

（1.國網湖北省電力有限公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077；2.湖北方源東力電力科學研究有限公司，湖北 武漢 430077）

0 引言

零碳鄉村是指在鄉村范圍內通過實施農業低碳循環、可再生能源發展、植樹造林等減排措施對鄉村產生的溫室氣體排放量進行抵消，最終使鄉村實現碳中和［1］。碳中和一詞最早是在1997 年由英國倫敦碳中和公司提出，2018 年IPCC 發布《全球溫升1.5 ℃特別報告》將碳中和概念進一步明確，碳中和即凈零排放，主要是指一段時間內核算邊界產生的溫室氣體排放未造成大氣中的溫室氣體產生凈增量［2］。

為了實現鄉村零碳發展，國內外眾多學者進行了廣泛研究。曹明霞等人以江蘇省為例，研究發現能源消費是鄉村碳排放主要來源之一［3］。商穎認為鄉村背負著“碳達峰，碳中和”目標和鄉村振興戰略兩大歷史責任，能源轉型是當下重中之重［4］。楊旭東調查發現我國農村能源消費以散煤和生物質直接燃燒為主，亟需建立低碳清潔能源體系［5］。葉紅等人認為鄉村碳排放逐年增長，應從鄉村能源消費方面探索鄉村低碳發展新模式［6］。

現有研究主要集中在鄉村能源消費方面，尚未結合鄉村碳排放特征，提出系統性碳排放核算方法和減排策略。因此，本文以零碳鄉村建設入手，選取零碳鄉村建設試點孝感市大悟縣紅畈村，對紅畈村碳排放和碳減排現狀進行核算分析，并提出相應的碳減排對策。

1 鄉村碳排放核算方法

1.1 鄉村碳排放核算框架

鄉村碳排放核算可以衡量鄉村實現碳中和的程度，當鄉村核算邊界中碳排放量小于碳減排量時，表示節能減排措施產生的減排量足以替代鄉村產生的碳排放量，標志著實現零碳鄉村。因此，鄉村碳排放量和碳減排量的計算結果可以直接反應零碳鄉村建設進程。本文基于碳排放核算理論，從碳排放和碳減排兩個維度構建了鄉村碳排放核算框架，核算框架如圖1所示。

圖1 鄉村碳排放核算框架Fig.1 Rural carbon emission accounting framework

1.2 核算邊界確定

在碳排放側，農業主導型鄉村生產活動以農田種植、畜禽養殖為主，產生的碳排放分為四個方面：一是農作物種植生長發育過程中產生甲烷排放，其中水稻是主要排放源；二是農作物種植過程使用化肥、農藥等產生的氧化亞氮排放；三是畜禽養殖過程中，尤其是反芻動物腸道發酵產生的甲烷排放；四是畜禽養殖過程中糞便被細菌分解產生甲烷和氧化亞氮排放。在鄉村生活方面，村民炊事、取暖、交通使用煤炭、薪柴、汽油等能源燃料產生直接碳排放，家用、辦公、農用等電器產品使用的外購電力造成間接碳排放。因此，本文識別出的碳排放源為農業活動、燃料消耗和使用電力三類，由于村民生活消費的其他服務，如購買的日常用品、生活垃圾處理等屬于其他間接碳排放，不在本文考慮范圍內。

在碳減排側，鄉村實施植被撫育、可再生能源利用等減排措施來促進鄉村零碳發展，本文通過獲取鄉村林業碳匯、可再生能源利用等數據，實現鄉村碳減排量核算。

1.3 鄉村碳排放核算

鄉村碳排放核算采取排放因子法，排放因子參考《省級溫室氣體清單編制指南（試行）》以及相關文獻研究［7-9］來進行核算。溫室氣體全球變暖潛勢值甲烷取25，氧化亞氮取298。

1）農業活動碳排放

農田種植水稻后，土壤中有機物在水淹條件下產生甲烷排向大氣。隨著農田化肥、糞肥等施用，農用地輸入氮極易產生氧化亞氮排放。在養殖畜禽過程中，畜禽消化道內的飼料被微生物發酵產生甲烷排放，排泄的糞便被細菌分解產生甲烷和氧化亞氮。故鄉村農業活動溫室氣體排放主要為稻田排放、農用地當季氮輸入引起的排放、動物腸道發酵排放和動物糞便管理排放，碳排放量計算公式如式（1）所示。

式（1）中，E農業為農業活動產生的碳排放量，ADi為農業活動中第i種排放源活動數據，EFi為第i種排放源對應的排放因子。

2）燃料消耗碳排放

燃料燃燒產生的溫室氣體排放主要為日常生活炊事、取暖以及私家車、農用車等消耗燃料產生的CO2排放，碳排放量計算公式如式（2）所示。

式（2）中，E燃料為燃料消耗產生的碳排放量，ADj為第j種燃料使用量，EFj為第j種燃料對應的排放因子。

3）外購電力使用排放

外購電力使用排放是指照明、制冷等電器產品使用電力引起的間接碳排放，碳排放量計算公式如式（3）所示。

式（3）中，E用電為外購電力使用產生的碳排放量，AD用電為使用電量（不含自發自用電量），EF電網為電網排放因子。

1.4 鄉村碳減排核算

1）林地吸收碳減排

林地作為鄉村主要碳匯，通過森林植被光合作用吸收大氣中的CO2。林地吸收CO2減排量計算公式如式（4）所示。

式（4）中，ER林地為林地減排量，AD林地為林地減排項目活動數據，EF林地為林地碳減排因子。

2）可再生能源利用碳減排

鄉村可再生能源豐富，以太陽能、風能和生物質能為主，受地域和季節等因素影響小，是鄉村碳減排的主要途徑。可再生能源利用減排量計算公式如式（5）所示。

ER可再生能源=AD可再生能源×EF可再在能源（5）式（5）中，ER可再生能源為可再生能源利用減排量，EG可再生能源為可再生能源減排項目活動數據，EF可再在能源為可再生能源減排因子。

2 碳排放特征分析——以紅畈村為例

2.1 紅畈村基本概況

選取位于湖北省孝感市大悟縣新城鎮北部的紅畈村作為研究對象，紅畈村緊臨G346 距鎮區9 km、孝感北站15 km、縣城區24 km，地處大悟縣中部，現有電源為10 kV 新府線，與10 kV 河店線單聯絡，耕地面積1 600.5 畝（其中水田997.5 畝，旱地603 畝），山場林地3 500畝。

2.2 調查方法及數據來源

本文采取問卷調查獲取碳排放活動數據，問卷內容涉及家庭基本情況、農作物種植及化肥使用量、畜禽養殖情況、燃料消耗情況和外購電力使用共五方面。針對金嶺小學、村委會辦公樓、現代農業科技示范園、光伏電站等典型園區樓宇，采取實地調研方式獲取燃料燃燒、用電量、屋頂光伏面積、光伏年發電量等數據。對于尹千紅豬場、雷道義養牛廠等規?；曫B場所，實地調研掌握飼養動物品種、動物數量、糞便處理方式等情況，用于對紅畈村碳排放情況進一步核算與分析。

2.3 碳排放情況

根據問卷調查和數據處理結果得到了紅畈村碳排放情況。在碳排放方面，紅畈村2021年度 CO2排放量共計1 018.39 t。其中：農業活動產生CO2539.51 t，占比52.98%；燃料消耗產生CO2117.42 t，占比11.53%；外購電力使用產生CO2361.46 t，占比35.49%。

1）農業活動碳排放

在農田種植方面，紅畈村耕地大面積為水田，種植的農作物基本為水稻，農田施肥有化肥、糞肥和秸稈還田，農戶目前以施用糞肥和化肥為主。在畜禽養殖方面，紅畈村既有農戶散養還有規模化養殖，動物數量較多。經計算，紅畈村2021 年度農業活動過程產生的CO2共計539.51 t。其中：稻田種植產生的CO2為164.03 t，占比30.41%；農用地氧化亞氮排放過程產生的CO2為86.87 t，占比16.10%；動物腸道發酵過程產生的CO2為115.63噸，占比21.43%；動物糞便管理過程產生的CO2為172.98 t，占比32.06%。農業活動具體數據見表1。

表1 農業活動碳排放數據Table1 Carbon emission data of agricultural activities

2）燃料消耗碳排放

在炊事方面，村民大多使用的是傳統爐灶，薪柴依然是村民主要生活能源，隨著戶用傳統爐灶升級改造，部分村民已經使用液化石油氣等化石燃料來替代薪柴。在交通方面，村里移動源主要有村民私家車和農業機械車兩種，私家車6臺，農業機械車1臺。經計算，紅畈村2021 年度燃料消耗產生CO2共計117.42 t。其中：消耗液化石油氣產生的CO22.79 t，占比2.38%；消耗薪柴產生的CO296.44 t，占比82.13%；消耗汽油產生的CO210.26 t，占比8.74%；消耗柴油產生的CO27.93 t，占比6.75%。燃料消耗具體數據見表2。

表2 燃料消耗碳排放數據Table 2 Carbon emission data of fuel consumption

3）外購電力使用排放

紅畈村外購電力使用主要集中在紅畈村村民日常生活、金嶺小學、村委會辦公樓、現代農業科技示范園、農業灌溉等場所用電，用電設備類型包括電腦、電視、空調、冰箱、電動車、照明、打印機、電炊具、水泵等。隨著村里電氣化改造完成，金嶺小學目前已實現校園全面電氣化，村里使用電磁爐、電飯煲等電器炊具的家庭也越來越多。通過調查，2021年紅畈村外購電力使用電量累計687.58 MW 時，因外購電產生的間接CO2排放共計361.46 t。

2.4 碳減排情況

紅畈村四面環山、樹木覆蓋密度大，已有山場林地3 500畝，2021年林地吸收CO2量310.33 t。

紅畈村位于湖北東北部，光照比較充分，太陽能資源相對豐富，2021 年村里已建設投運100 kW 光伏電站、81 kW屋頂光伏、以及金嶺小學100 kW屋頂光伏，光伏發電凈上網電量為229.442 MW 時，折合減排164.14 t CO2當量。

在碳減排方面，紅畈村2021年度 CO2減排量共計474.47 t，其中林地吸收CO2量310.33 t，占比65.41%；可再生能源利用項目碳減排量164.14 t，占比34.59%。

3 零碳鄉村建設策略分析

紅畈村2021年度 CO2總排放量為1 018.39 t，減排項目CO2減排量為474.47 t，凈CO2排放量為543.92 t，碳排放情況見圖2。

圖2 2021年度紅畈村碳排放情況Fig.2 Carbon emissions in Hongfan Village in 2021

通過紅畈村碳排放核算結果，可以發現影響鄉村碳排放量的主要因素是農業活動、燃料消耗和外購電力，其中，農業活動和外購電力占比超過85%，對碳排放量影響顯著。根據分析得出鄉村碳排放的主要影響因素，本文提出如下減排策略。

1）加強畜禽廢棄物利用

在紅畈村農業活動中，畜禽腸道發酵碳排放占比21.43%，糞便管理碳排放占比32.06%，畜禽養殖碳排放總計占比53.49%，畜禽養殖已經成為紅畈村農業活動中的第一大碳排放源。隨著經濟發展，鄉村養殖業規模正在逐步擴大，畜禽養殖產生的廢氣和糞便如不加以利用，不僅污染環境還會增加碳排放。為加快零碳鄉村建設，應當優化養殖管理，推廣養殖新技術新理念，調整養殖畜禽的飲食結構。推進養殖場生態化改造，建設配套的廢棄物處理裝置，利用糞污發酵形成沼氣清潔能源、利用堆肥發酵生產有機肥料。運用生物處理技術、碳捕集技術吸收處理畜禽廢氣，提高畜禽污染廢棄物資源化利用水平。

2）推廣種植業低碳生產

在紅畈村農業活動中，稻田甲烷產生碳排放占比30.41%，農用地氧化亞氮產生碳排放占比16.10%，農田種植總計占比46.51%。紅畈村農田種植以農戶分散化經營為主，種植方式較為粗放，種植作物單一，農戶對農業低碳技術認知薄弱導致使用化肥、農藥量大，造成農田種植產生碳排放量多。在實現零碳鄉村的過程中，應當大力推廣種植業低碳生產，加強農田水肥管理，持續推行化肥減量深施、稻田減耕少耕、有機肥替代、間歇灌溉等保護性措施。完善秸稈收儲體系，因地制宜推進秸稈綜合利用，提升秸稈綜合利用水平。運用網絡、廣播、宣講等多媒體手段向農戶普及低碳種植的科學知識，提供技術支撐和專業指導，鼓勵種植大戶開展農業低碳生產試點，引導農民發展低碳農業。

3）大力發展可再生能源

在紅畈村碳排放中，外購電力使用碳排放占比35.49%，是紅畈村主要碳排放源之一。外購電力碳排放占比大主要在于紅畈村現階段新能源開發少，使用比例低。鄉村作為可再生能源發展的主要陣地，應大力推進鄉村可再生能源開發利用，因地制宜推廣應用太陽能、風能、生物質能等多元用能方式。目前，紅畈村依托風能和太陽能資源優勢，建設3臺總裝機15 kW的垂直軸風力發電機和裝機容量1 MW 的荒坡光伏，將進一步增加鄉村清潔能源供應比例，推動鄉村炊事取暖、電力使用等方面的可再生能源替代。

4）倡導綠色低碳出行

隨著鄉村生活水平的提高和交通情況的改善，柴油車、汽油車等交通工具在農村逐漸普及，在紅畈村燃料燃燒中，交通產生碳排放占比15.49%，鄉村交通碳排放正在與日俱增。為加快零碳鄉村建設，應大力推廣和實行綠色交通，開發清潔能源為動力的交通工具，減少高碳排放交通工具的使用，短距離的出行鼓勵采用自行車或者步行，以降低農村交通系統的碳排放。紅畈村目前已建設一座“風、光、儲、充一體化”新能源汽車充電站，能夠供應3 臺60 kW 直流充電樁和3 臺7 kW交流充電樁，并可儲存200 kW時電力，將進一步降低交通碳排放，助力實現農村交通系統低碳化發展。

4 結語

本文基于農業主導型鄉村的活動特點，提出鄉村碳排放核算框架和核算方法。選取零碳鄉村建設試點孝感市大悟縣紅畈村為典型案例，通過對紅畈村進行碳排放基礎數據調研，核算出紅畈村2021年度碳排放量和碳減排量，分析影響鄉村碳排放的主要因素和減排關鍵點，提出了加強畜禽廢棄物利用、推廣種植業低碳生產、大力發展可再生能源和倡導綠色低碳出行的鄉村減排策略。