云南省花葉用工業大麻種植的經濟效益與碳足跡分析

張琳，杜光輝，楊陽，歐陽文靜，牛江龍，李濤，劉飛虎，湯開磊*

(1.云南大學，云南 昆明 650500；2.云南漢晟豐工業大麻種植有限公司，云南 昆明 650200)

工業大麻是四氫大麻酚(THC)含量低于0.3%，不具備毒品利用價值的大麻品種類型。 工業大麻花葉中含有多種不具精神活性的大麻素，其中大麻二酚(CBD)具有調節免疫力、治療癲癇和焦慮、鎮痛等功能[1-2]。 近年來，隨著人們對CBD 等大麻素醫療和保健功效的認識加深，國際市場對工業大麻花葉提取物的需求快速增加。 在此背景下，漢康(云南)生物科技有限公司于2014 年建成了全球第一條高純度CBD 工業化生產線[3]，此后以收獲花葉提取CBD 為目的的工業大麻種植和加工產業在云南迅速發展。 據云南省統計年鑒數據顯示，2018—2021 年云南省工業大麻種植面積累計約2.4 萬hm2，實現工農業產值超過13 億元，工業大麻已成為云南省的特色經濟作物之一。

農業種植既是全球重要的溫室氣體排放源，又是一個巨大的碳匯系統。 在我國提出2030 年前實現碳達峰、2060 年前實現碳中和的“雙碳”目標背景下，以“高效率、低能耗、低排放、高碳匯”為特征的低碳農業成為我國現代農業發展的方向[4]。 因此，詳細評估云南省花葉用工業大麻種植的經濟效益和種植過程中的碳足跡，探究減排增效要素，對我省花葉用工業大麻產業的可持續發展具有重要的指導意義。

種植農產品的經濟效益和碳足跡評估通常采用生命周期評價(Life Cycle Assessment，LCA)的方法。 例如:王上等[5]基于田間試驗數據，利用生命周期評價方法，計算了華北平原春綠豆—夏玉米種植模式的年凈收益和碳排放量；何浩等[6]基于統計資料，比較分析了南方雙季稻區一熟、二熟、三熟種植模式的經濟收益和碳足跡，得出三熟模式的產值最高，平均單位凈利潤碳足跡最低。國外一些研究者也運用LCA 方法對工業大麻種植過程中的碳足跡進行了評估:Werf[7]評估得出法國種植纖維用工業大麻產生的碳排放量為2330.0 kgCO2eq/hm2；Scrucca 等[8]對法國以稈芯利用為目標的工業大麻種植進行評估，得出每生產1 kg 稈芯的碳排放量為0.98 kgCO2eq，碳吸收量為-1.29 kgCO2eq；Zampori 等[9]通過Ecoinvent 數據庫獲取全部數據，評估得出生產1 kg 工業大麻莖稈(麻皮和木質稈芯)的碳吸收量為-1.82～-1.64 kgCO2eq。 但以往研究因區域不同導致碳排放強度差異較大，尤其缺乏針對花葉用工業大麻碳排放特征的研究。

本研究采用LCA 方法，對云南省花葉用工業大麻種植的經濟效益及碳足跡進行分析，旨在為優化云南省工業大麻種植提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 云南省花葉用工業大麻種植過程

圖1 云南省花葉用工業大麻種植流程Fig.1 Process of industrial hemp cultivation for flowers and leaves in Yunnan Province

1.2 數據來源

花葉用工業大麻種植環節的生產投入和產出數據來源于云南省內具有代表性的工業大麻種植公司(云南漢晟豐工業大麻種植有限公司)及其協議種植戶。 投入數據主要包括:種子、肥料(復合肥、尿素、有機肥)、人工、農機作業(深耕、耙地、運輸)所需柴油的消耗量及價格。 產出數據主要包括:花葉、莖稈和籽粒的產量及價格。

1.3 核算方法

參照國際標準《環境管理生命周期評價原則與框架》(GB/T 24040—2008)，將花葉用工業大麻種植過程中的經濟效益及碳足跡分為目標定義與范圍界定、清單分析、影響評價、結果解釋4 個部分。

1.3.1 目標定義與范圍界定

本研究以整地作為起始邊界，以花葉交售作為終點邊界，核算花葉用工業大麻種植的經濟效益和碳足跡。 種植管理過程中的碳足跡包括直接碳排放和間接碳排放兩部分。 由于缺乏因土壤呼吸產生CO2的直接碳排放數據，參考何浩等[6]和Zampori 等[9]的方法，本研究僅考慮肥料、地膜、人工等生產或使用過程中產生的間接碳排放，以及農機使用直接溫室氣體排放。

1.3.2 清單分析

整個種植管理過程分為整地、育苗移栽、田間管理和收獲4 個階段(圖1)。 其中，整地階段的翻耕和起壟使用小型農機完成，施基肥、覆蓋地膜由人工完成；育苗移栽階段的播種、育苗、移栽由人工完成；田間管理階段的間苗和定苗、追肥由人工完成；收獲時的砍麻、晾曬、花枝分離、除雜均由人工完成，運輸由農機完成。

1.3.3 經濟效益核算

河套灌區耕作方式與秸稈還田對玉米光合物質生產及產量的影響……………………………………………………………… 趙曉宇，于曉芳，高聚林，胡樹平，孫繼穎，王志剛，王富貴，張鶴宇（26）

交售工業大麻花葉的凈收益(E)通過公式(1)計算。

式中:E—凈收益，元/hm2；YL—花葉產量，kg/hm2；PL—售出單價，元/kg；?i—第i種農資的投入量，kg/hm2或L/hm2；Pi—第i種農資的單價，元/kg 或元/L；L—人工投入總量，工日/hm2；Pl—人工投入成本，元/工日。

1.3.4 碳足跡核算

種植過程中的碳排放主要為各種農資投入的碳排放量之和，單位面積碳排放(Ce)及單位產量碳排放(Cf)分別通過公式(2)和公式(3)計算:

式中:Ce—單位面積碳排放，kgCO2eq/hm2；Cf—單位產量碳排放，kgCO2eq/kg；mi—第i種農資生產資料的CO2排放參數，kgCO2eq/kg 或kgCO2eq/L；ml—人工投入的CO2排放參數，kgCO2eq/工日；YB—地上部生物產量(花葉、籽粒和莖稈產量之和)，kg/hm2。

本研究中使用的碳排放參數主要包括種子、肥料(復合肥、尿素、有機肥)、人工、地膜等，其中種子、有機肥、人工的碳排放參數來源于已發表的研究文獻[11-13]；復合肥、尿素、農機的碳排放參數來源于政府間氣候變化專門委員會(IPCC)網站(https:/ /www.ipcc.ch/)(表1)。

表1 碳排放參數Table 1 Carbon emission parameters

光合作用碳匯(Cs)的計算參照胡志華等[14]的方法，按公式(4)計算。

式中:Cs—光合作用碳匯，kgCO2eq/hm2；S—碳吸收率(以國際上常用的轉換系數0.5 計算[15])，kgCO2eq/kg。

凈碳排放量(Ces)按公式(5)計算。

式中:Ces—凈碳排放量，kgCO2eq/hm2。

種植生產過程中的生態效益可用碳生態效率來衡量，碳生態效率(Ee)按公式(6)計算。

式中:Ee—碳生態效率。

如Ee大于1，表示碳匯大于碳排放，對生態環境具有正向作用，反之則有反向作用。

1.4 數據處理

所有原始數據采用Microsoft Office Excel (v.2019)軟件進行數據處理，運用Origin (v.2022)軟件進行作圖。

2 結果

2.1 工業大麻種植經濟效益分析

花葉用工業大麻種植過程中的投入清單見表2，主要包括種子、肥料(復合肥、尿素、有機肥)、人工、農機(深耕、耙地、運輸)等。 在不考慮地租的情況下，花葉用工業大麻的種植成本為10 371.3 元/hm2。 種植成本中的人工費占比最大，為6150.0 元/hm2，占總成本的59.3%；使用農機的支出為1603.8 元，占總成本的15.5%；種子、復合肥、尿素、地膜、有機肥的使用成本占比較小，僅為總成本的25.2%(圖2)。

圖2 花葉用工業大麻種植過程中各項投入占總成本的比例Fig.2 Proportion of inputs to total cost in the cultivation of industrial hemp for flowers and leaves

表2 每公頃花葉用工業大麻種植的投入清單Table 2 List of inputs industrial hemp cultivation for flowers and leaves per hectare

如表3 所示，每公頃的花葉產量為1875.0 ～3375.0 kg，以2022 年平均13.0 元/kg的收購價計算，銷售花葉的收益為24 375.0～43 875.0 元/hm2。 因此，在不考慮地租的情況下，銷售花葉的凈收益為14 003.7～33 503.7 元/hm2。

表3 花葉用工業大麻種植的產出清單Table 3 List of output of industrial hemp cultivation for flowers and leaves

2.2 工業大麻種植碳足跡分析

如表 4 所示，在育苗移栽種植模式下，花葉用工業大麻種植的碳排放量為1485.3 kgCO2eq/hm2，主要貢獻來源為施用復合肥和尿素，分別占總碳排放的35.8%和29.3%。 覆蓋地膜的碳排放為 311. 0 kgCO2eq/hm2，占總碳排放的 20. 9%。 柴油的碳排放為176.2 kgCO2eq/hm2，占總碳排放的11.9%。 排放量較少的為種子、人工和有機肥，分別占總碳排放的0.1%、1.0%、1.0%。

表4 花葉用工業大麻種植的碳排放量Table 4 Carbon emissions of hemp cultivation for flowers and leaves

由表5 可知，花葉用工業大麻的碳匯值為2514.0 ～4536.8 kgCO2eq/hm2，單位花葉產量的碳排放為0.2 ～0.3 kgCO2eq/kg，遠大于其種植過程中產生的碳排放量，凈碳排放量為-1028.7 ～-3051.4 kgCO2eq/hm2，碳生態效率為1.7～3.1。

表5 云南省花葉用工業大麻種植的碳核算指標Table 5 Carbon accounting index for the cultivation of flowers and leaves with industrial hemp in Yunnan Province

3 討論

3.1 云南省花葉用工業大麻種植的經濟效益

在不考慮地租成本的情況下，云南省種植花葉用工業大麻的成本為10 371.3 元/hm2，產值為24 375.0～43 875.0 元/hm2，凈收益為14 003.7～33 503.7 元/hm2。 這一種植成本與當地同期競爭性農作物玉米(9000.0～10 500.0 元/hm2)相當，但每公頃產值(玉米為18 000.0 ～30 000.0 元/hm2)較玉米高約35%～46%。 與種植烤煙相比，花葉用工業大麻的產值低(24 000.0～45 000.0 元/hm2)，但由于其種植過程中不需要打農藥，收獲及初加工使用人工少，凈收益與烤煙較為接近。 此外，胡新洲等[16]研究報道云南省玉溪市油菜種植的成本為9772.5～13 672.5 元/hm2，凈收益為6676.2～11 828.3 元/hm2；王梅霞等[17]報道云南種植甘蔗的成本為48 700.0～50 000.0 元/hm2，凈收益在5600.0～15 200.0 元/hm2。 花葉用工業大麻種植的成本與油菜的相當，但遠低于甘蔗的，因為甘蔗種植中需要使用大量的人工及農機。 就凈收益來說，花葉用工業大麻種植比甘蔗和油菜分別高7327.5～21 675.4 元/hm2和8403.7～18 303.7 元/hm2。

除了交售花葉的收益，花葉用工業大麻種植戶還可收獲一些成熟較早的籽粒及麻稈。 籽粒可用作飼料或者制作食品，產量為738.0～1384.5 kg/hm2，以2022 年當地市場價格7.0 元/kg 計算，銷售籽?？色@得5166.0～9691.5 元/hm2的收益。 麻稈可以用于生產活性炭、造紙及制作板材等，產量為2415.0～4314.0 kg/hm2，以0.6 元/kg 的價格計算，銷售麻稈可得1449.0 ～2588.4 元/hm2的收益。 若將銷售麻籽和麻稈的收益計算在內，每公頃花葉用工業大麻的種植總收益為30 990.0 ～56 154.9 元，凈收益可達20 618.7～45 783.6 元。 云南工業大麻主要種植區的地租約為12 000.0 ～15 000.0 元/hm2，扣除地租，種植花葉用工業大麻的凈收益也可達5618.7～30 783.6 元/hm2。

云南省種植花葉用工業大麻的耕地多為山坡地，地塊小而分散，不利于實現大規模機械化操作[18]，因而種植過程中的機械化水平低，人工成為最主要的成本，占總成本的59.3%。 因此，研發推廣適用于山坡地的農機及配套栽培技術，提高育苗移栽、收獲等關鍵生產環節的農機化水平，是提高勞動效率、減少勞動力投入、增加種植收益的有效途徑。 此外，花葉用工業大麻種植的收益與花葉產量和花葉中的大麻素含量有關，通過選育新品種、研發高效栽培技術以提高花葉產量和花葉中的大麻素含量也是提高種植效益的有效途徑。 云南省農業科學院經濟作物研究所近期選育了全雌工業大麻品種“云麻雌1 號”及高大麻素含量品種“云麻高酚1 號”，這些品種的推廣應用有望增加花葉產量及大麻素含量，減少砍雄麻的成本。

3.2 云南省花葉用工業大麻種植的碳足跡

本研究核算得出云南省花葉用工業大麻種植的碳排放量為1485.3 kgCO2eq/hm2，單位花葉產量碳排放量為0.2～0.3 kgCO2eq/kg。 這一碳排放量稍高于何浩等[6]研究報道的南方水稻一熟種植(947.8 kgCO2eq/hm2)，因為水稻種植過程中不需要使用地膜，因而碳排放總量偏低。 本研究中的碳排放總量較Werf[7]和Zampori 等[9]研究報道的值低。 不同研究中碳排放總量的差異可能來源于兩個方面:一是種植管理模式的差異，Werf[7]和Zampori 等[9]研究中的工業大麻種植以收獲莖稈為主，機械和化肥的使用量均高于本研究中的花葉用工業大麻種植；二是核算邊界的差異，Zampori等[9]的研究除了考慮工業大麻種植過程中的碳排放，還計算了從收獲到加工成建筑用隔熱材料所排放的碳量。

工業大麻葉片光合能力強，生長速度快[19]，每公頃的生物量達到5028.0 ～9073.5 kg，碳匯可達2514.0～4536.8 kgCO2eq/hm2。 工業大麻的碳匯值與單季水稻(2015.0 ～4415.0 kgCO2eq/hm2)接近，但較烤煙(1941.9 ～2206.5 kgCO2eq/hm2)[14，20]的高。 較高的碳匯能力說明其符合低碳農業的發展要求，發展工業大麻種植有利于我國“雙碳”目標的實現。

云南省種植花葉用工業大麻的施肥量為每公頃300 kg 復合肥和150 kg 尿素，其碳排放量為966.0 kgCO2eq/hm2，占總碳排放的65.1%，是增加碳排放的主要來源。 因此，控制工業大麻種植過程中的肥料用量，可以有效降低碳排放總量。 近年來，一些學者從不同的角度探索了工業大麻的需肥規律及減肥增效栽培技術原理[21-22]。 在不影響產量的情況下控制施肥量有兩個途徑:一是根據土壤肥力情況調整施肥量，低肥力土壤增施，高肥力土壤少施；二是根據工業大麻生長過程中的需肥規律施用，苗期多施氮肥，生長后期多施鉀肥。 但相關研究成果在花葉用工業大麻種植中的推廣應用還需要加強。

覆蓋塑料地膜可以有效抑制雜草，提高土壤溫度和濕度，進而顯著提高工業大麻的產量[23]。但本研究結果表明，覆蓋塑料地膜引起的碳排放為311.0 kgCO2eq/hm2，占總碳排放的20.9%，是增加碳排放的主要來源之一。 因此，研發推廣低碳排放的地膜材料是減少工業大麻種植過程中碳排放的重要途徑。 近年來，可生物降解地膜的研究取得重要進展，覆蓋栽培效果接近或是優于塑料地膜[24]，在工業大麻種植中潛力巨大。

4 結論

本研究綜合分析了云南省花葉用工業大麻種植過程中的經濟和環境表現。 結果表明，在不考慮地租的情況下，每公頃花葉用工業大麻的種植成本為10 371.3 元，銷售花葉的凈收益為14 003.7～33 503.7 元/hm2，經濟效益較可觀。 從環境表現來看，種植過程中的碳排放為1485.3 kgCO2eq/hm2，凈碳排放為-1028.7～-3051.4 kgCO2eq/hm2，總碳排放小于光合作用碳匯，碳生態效率大于1。 研究表明，工業大麻種植可獲得可觀的經濟效益，同時還能增加碳匯，改善農業生態環境，促進農業的可持續發展。