基于營養-經濟-生態耦合模型的從江稻魚鴨復合系統碳足跡研究

中圖分類號S181文獻標識碼A

文章編號 0517-6611（2025）11-0067-05

doi： 10.3969/j. issn. 0517-6611. 2025. 11. 015

ResearchonCarbonFotprintof YangtzeRiver RiceFishDuck Composite System BasedonNutrition Economy EcologyCoupling Model

LUO Mei- ，LIANG Long1，2（1.Instituteof Rural Revitalization Strategy，Guizhou Universityof FinanceandEconomics，Guiyang， Guizhou50025；2.SchoolofManagementScienceandEnginering，GuizhouUniversityofFinanceandEconomics，Guiyang，Guizhou 550025）

AbstractIn this paper， the carbon footprint per unit area （ CF_A ），carbon footprint per unit value （ CF_v ）and carbon footprint per unit nutrient density （ CF_NDU ）oftherice-fish-duck compositesystem in the Dong Townshipof CongjiangCounty，a Globaly Important Agricultural Cultural Heritage（GAHC），were measuredbasedontheresearchdataofthefarers，ndthelifecycleassessmentmethodwasusedtoopare CF_A ， CF_v and CF_NDU ofthe composite system with thatofthetraditional rice-fish symbiosisand the conventional ricecropping.Theresults showed that the CF_A ， CF_v and CF NDU of the rice-fish-duck composite system were 8338.31kg（CO₂eq）/hm² ， 0.05kg（CO₂eq ）/yuan and 8.32kg（CO₂eq）/NDU ，respectively，and that of the rice-fish symbiosis model， CF_A，CF_v and CF_NDU were 8057.02kg（CO₂eq）/hm² ， （204號 0.10kg（CO₂eq）/yuan ，and 9.85kg（CO₂eq）/NDU ，respectively；and in the conventional rice-fish cropping system，the CF_A ， CF_v ，and CF_NDU were 9908.22kg（CO₂eq）/hm² ， 0.30kg（CO₂eq）/yuan ， 14.49kg（CO₂eq）/NDU .The Rice-fish-duck complex system has the highestnutrientdensityoutput（DU），providsavarietyoffodsources，ndelpstoeichtedietarystructueofpeople’sdieructueo reover，ithasthalstcabonfoprpnitfutputvaue，ichsaghotetaforpularzationdisnualpodc tion model that balances economic benefits and environmental sustainability.

KeywordsAgi-fshryomplexsst;Carbnfoprint;Lifeleessntmethod;Rice-fsuckcomplexsyst;Suaableevel opment

隨著全球氣候變化問題的日益嚴峻，研究農業生產活動的碳足跡，探求固碳減排路徑及可持續農業發展模式成為科學研究和國際政策制定的重要議題。我國西南喀斯特地區因其獨特的地質地貌和生態條件，面臨生態脆弱和資源限制的雙重挑戰，必須因地制宜采取適應的生產方式，以實現在維護生態環境和促進地區經濟發展的同時，滿足當地人民的生活需求。

黔東南州各縣（市）通過千百年摸索，創建了稻魚共作和稻魚鴨共作2種農漁復合系統，其中以從江縣稻魚鴨復合系統最為典型，聯合國糧農組織將其列為全球重要農業文化遺產之一。稻魚鴨復合系統是將水稻種植、魚鴨養殖相結合，形成的一個互利共生的循環農業模式。在該系統中，水稻為魚鴨提供適宜的生長環境，而魚鴨活動有助于水體的循環和氧化、促進水稻授粉，同時也能夠控制害蟲和雜草的生長，減少對化學農藥的依賴。鴨類在稻田中覓食時，其排泄物可以作為肥料促進水稻的生長。稻魚共作模式能有效利用有限的地表水資源，同時通過稻田養魚，增加了水體的循環利用率。通過稻魚共作及稻魚鴨共作，農民不僅可以收獲稻米，還可以養殖魚鴨，滿足了當地居民食物多元需求。

碳足跡是一種衡量人類活動中產生或釋放的，用以評估國家、組織及個人的產品或服務的，并以二氧化碳當量（ CO₂eq ）為單位來衡量對氣候環境變化貢獻程度的溫室氣體排放量的方法[1]。其計算方法主要有投入產出法（input-output analysis，IOA）生命周期評價法（life cycle assessment，LCA）IPCC方法。已有研究主要集中于以下方向： ① 研究不同行業的碳足跡，例如能源、旅游業、農業等，以及如何通過技術創新和管理措施減少行業碳排放[2-5]。 ② 研究消費者行為對碳足跡的影響，以及如何通過教育和政策引導消費者選擇低碳產品和服務，例如，朱強等通過對全國30省30所高校的實地調研，基于9660份調查問卷對高校學生食堂的打包餐盒的碳足跡進行計算發現，排骨套餐的碳排放量為1.6758kg（CO₂eq）/kg ，認為高校餐飲食物消費的碳足跡較高，需要在節能減碳方面作出更多的努力。 ③ 研究如何通過植樹造林、可再生能源項目等方式實現碳中和，以及如何通過碳信用和碳補償機制來平衡碳排放[7-9]。 ④ 使用生命周期評估來分析產品從原材料采集、生產、使用到廢棄全過程中的碳排放等[10-12] 。

關于農漁復合系統，學者們從各個角度進行了研究。Yuan等[13對稻麥輪作、稻蝦共作及龍蝦單養模式的相對經濟效益進行了評估，發現稻蝦共作的效益成本比高于稻麥輪作及龍蝦單養模式。Li等[4]分析了水稻單作與稻魚共作的水質、底棲動物和浮游生物群落組成，研究表明，與水稻單作相比，稻魚共作稻田的總氮含量顯著增加，提高了水稻生長所需的土壤和水分肥力。而稻魚鴨模式被譽為全球重要農業文化遺產，需要進行多視角環境影響的研究，基于此，該研究從環境和營養視角出發，評估在常規稻作模式與稻魚共生、稻魚鴨共生2種農漁復合系統的碳足跡。其系統邊界選擇“從搖籃到農田”，即從肥水藥等農資生產到稻田種植和收獲，功能單位選擇單位面積、單位產值和營養密度單位，以此比較不同模式下的單位面積碳足跡、單位產值碳足跡及單位營養密度碳足跡，以期為黔東南州的農業生產提供指導性的碳減排策略，并為其他喀斯特地區實施類似農漁復合系統的生態環保措施和長期持續發展提供積極的參考價值。

1材料與方法

1.1研究區概況從江縣位于貴州省東南部（ 108^°05^′～ 109^°12^′E，25^°16^′～26^°05^′N） ，地形以山地為主，平均海拔1310m ，年均氣溫和年降水量分別為 18.5^°C 和 1185.9mm 土地面積32.25萬 hm² ，耕地面積僅2.68萬 hm² ，主要土壤類型包括紅壤、黃紅壤、黃壤等，是典型的喀斯特地貌區。稻-魚-鴨體系距今已有1400多年的歷史，是當地農戶沿用至今的一種生態農業模式。截至2024年，從江縣共有稻田1.17萬 hm² ，稻-魚-鴨體系推廣面積達到0.77萬 hm² 。2011年，聯合國糧農組織將從江稻-魚-鴨復合系統認定為“全球重要農業文化遺產\"（GIAHS）保護試點；2013年，農業部將其列入首批“中國重要農業文化遺產\"（China-NIAHS）保護試點。此外，從江縣將19個鄉鎮列入全球重要農業文化遺產保護范圍，劃定了9個鄉鎮25個行政村共 2 000hm² 為核心保護區域，并把“稻-魚-鴨\"共作模式列入全縣“ 1+3+N^′′ 產業發展規劃。

1.2數據來源與處理數據主要來源于實地調查、訪談資料。通過對黔東南州從江縣主要4個鄉鎮30余戶養殖大戶和專業合作社的3種模式進行調研，調查內容主要涉及種子、農藥、機械等農資投入情況及3種模式的產量，借助Excel軟件進行數據整理。

1.3研究邊界研究的系統邊界為水稻播種到水稻收獲期內的溫室氣體排放，包括農資投入（種子、魚苗、鴨苗、農藥、農膜、復合肥等）引起的間接溫室氣體排放和農業生產活動引起的直接溫室氣體排放。

1.4 研究方法

1.4.1碳足跡計算。碳足跡計算公式如下：

式中： CF_A 為單位面積碳足跡； Q_i 為單位面積內第 i 種農資的投入量； ω_i 為第 i 種農資的碳排放系數（表1）； E_CH4 為 CH₄ 對應的 CO₂ 當量 [kg（CO₂eq）/hm²] ，常規稻作模式為5035.80kg （ CO₂eq）/hm² ，稻魚共作模式為4024.50kg（CO₂eq）/hm^2[17] ，稻魚鴨共作模式因缺乏相關數據，參考袁偉玲等[21]于 2006、2007 年所做的對照試驗，以稻鴨共作模式的 CH₄ 對應的 CO₂ 當量代替，取平均值為4635.15kg（CO₂eq）/hm²;E_N? E_N2O 為 N₂O 的累積排放量，298 為100年尺度 N₂O 的增溫趨勢;N為使用N肥帶入農業生產系統的純氮量（ kg/hm² ）； α 為N引起的 N₂O 排放的排放系數，為0.003[15]，44 0 是將 N₂ 轉換為 N₂O 的系數。

單位產值碳足跡、單位營養密度碳足跡的計算公式如下：

式中， 分別為單位產值碳足跡 /元]和

單位營養密度碳足跡 [kg（CO₂eq）/NDU] ，NDU 為一個農業生產系統的系統營養密度產出， P 為單位面積農業生產總產值（元）。

1.4.2 營養密度單元（nutritiondensityunit，NDU）。計算公式如下：

ND=100g 食物中所含有的營養素含量/該營養素參考攝入量標準

式中： ?P_i 為一個農業生產系統 1hm² 土地第 i 種產品的產量（kg/hm² ）； NEU_i 為農業生產系統中第 χ_i 種產品的營養當量（nutritionequivalentunit，NEU），即營養相當的量，反映食物中所含營養素的總體情況，本質上是食物的平均營養素密度[22] ?_：βi 為第 i 種產品的可食用率，稻谷取 70% ，稻田魚取76% ，稻田鴨取 60% ： ND_i 為農業生產系統中第 i 種產品的營養素密度;n為營養指標數，取值21[23]

2 結果與分析

2.1不同生產模式的產量與系統NDU由表3可知，常規稻作模式稻谷產量為 8250.00kg/hm² ，分別比稻魚共作模式和稻魚鴨共作模式低 8.64% 和 12.70% 。稻魚共作模式中稻田魚的產量為 825. 00kg/hm² ，比稻魚鴨共作模式低57.69% 。稻魚鴨共作模式的系統NDU為1001.75，比稻魚共作模式和常規稻作模式分別高 22.43% 和 46.51% 。綜合來看，稻魚鴨共作模式下稻谷產量最高，且稻魚鴨共作模式通過將水稻種植與水產養殖（魚和鴨）相結合，提高了稻田魚的產量以及系統整體營養密度產出。

2.2不同生產模式碳足跡分析

2.2.1單位面積碳足跡分析。由表4可知，不同生產模式單位面積碳足跡從高到低依次為常規稻作、稻魚鴨共作、稻魚共作，分別為9908.22、8338.31和 8057.02kg（CO₂eq）/hm² ，常規稻作模式溫室氣體排放總量分別比稻魚共作模式和稻魚鴨共作模式高 22.98% 和 18.83% ，說明在不同的稻田生產模式下，單位面積碳足跡有明顯差異，且將稻田與水產養殖（魚和鴨）結合的綜合種養模式可以有效降低農業生產的碳足跡。單位面積碳足跡構成成分中，常規稻作模式碳足跡來源中占比最高的是 CH₄ ，排放量為 5035.80kg（CO₂eq）/hm² ，占比 50.82% ;其次為N肥，占比 27.05% ；第三大來源為機械，占比 6.87% 。稻魚共作模式碳足跡主要來源為 CH₄ ，排放量4 024.50，占比 49.95% ;第二大來源為N肥，占比 19.51% ;其次是電力，占比 15.27% 。在稻魚鴨共作模式中，其碳足跡來源最多的是 CH₄，4635.15kg（CO₂eq）/hm² ，占總碳足跡的55.59% ;其次是N肥，占比 13.60% ；第三大來源為電力，占比 13.41% 。由此可見，3種模式中 CH₄ 的排放占比都是第一位，而 CH₄ 是一種強效的溫室氣體，比 CO₂ 的全球變暖潛能還要高。同時，氮肥的施用直接或間接地貢獻了相當一部分的溫室氣體排放。

2.2.2單位產值碳足跡及單位營養密度碳足跡分析。利用市場價格法計算不同生產模式的單位面積農業生產總產值。在當地，稻谷價格為4元 'kg ，稻田魚價格為50元/kg，稻田鴨價格為60元/kg。常規稻作、稻魚共作、稻魚鴨共作模式單位面積農業生產總產值分別為33000、77370、175800元，表明稻魚鴨共作模式可以取得更高的農業產值。根據公式（3）＼～（7），計算結果見表5。由表5可知，常規稻作、稻魚共作、稻魚鴨共作模式的單位產值碳足跡依次為0.30、0.10、0.05kg（CO₂eq） /元，常規稻作模式是稻魚共作、稻魚鴨共作模式的3＼～6倍，這意味著在產值相同的情況下，稻魚鴨共作模式的碳足跡最低，表明多元化的生產模式能更有效地減少碳排放。常規稻作、稻魚共作、稻魚鴨共作模式的單位營養密度碳足跡分別為 14.49、9.85、8.32kg（CO₂eq）/l NDU，常規稻作是另外2種模式的 1.5～1.7 倍，說明常規稻作模式相比于稻魚共作和稻魚鴨共作模式，在生產同等營養價值的產品時，產生的碳足跡更高。綜合來看，通過采用稻魚共作和稻魚鴨共作等多元化生產模式，不僅可以提高農業生產的總產值，還可以有效降低單位產值和單位營養密度的碳足跡，從而實現更加環保和可持續的農業生產。

3討論與結論

現代農業在帶來糧食高產的同時也造成難以治理的農業污染和生態環境破壞，因而現代農業發展開始轉向保護生態環境、可持續的農業形式，同時人們開始重新發現和思考傳統農業文化的功能和價值[24]。在當前全球應對氣候變化的背景下，評估和減少碳足跡已成為各國農業發展的一個重點戰略，對于實現可持續的農業生產和維護地球的生態平衡具有長遠意義。水稻單作無法在不犧牲長期環境可持續的情況下提供可持續的糧食供應[25]，而稻魚鴨復合系統是一種綜合利用自然資源、促進生態平衡、提高經濟效益的農業生產方式，是低碳農業、綠色農業的典型代表。由于稻田養殖生物在稻田生態系統中添加生態位、延長食物鏈的增環作用，通過其持續運動、覓食活動等，不同程度地影響稻田溫室氣體的排放量[26]。該研究采用基于生命周期的碳足跡模型，評估了常規稻作、稻魚共作及稻魚鴨共作3種模式的單位面積碳足跡、單位產值碳足跡及單位營養密度碳足跡。結果表明，常規稻作模式單位面積碳足跡為9368.34kg（CO₂eq）/hm² ，低于蔣榕等[27]在江蘇省所做的研究結果 [14126kg（CO₂eq）/hm²] ，造成這種差異的原因主要是其研究中 CH₄ 排放 10720.20kg（CO₂eq）/hm²? 高于筆者研究;單位產值碳足跡為 0.30kg（CO₂eq）/ 元，小于蔣榕等[27]研究的 0.59kg（CO₂eq） /元，主要由于研究中農資投入的差異造成了稻谷產量存在較大差異；單位營養密度碳足跡為 14.49kg（CO₂eq）/NDU ，高于戴林秀等28]研究的6.15kg（CO₂eq）/NDU ，這是由于該研究營養指標考慮了21種，而戴林秀等[28]的研究僅考慮了3種。而稻魚共作模式的單位面積碳足跡、單位產值碳足跡分別為 ，單位面積碳足跡大于崔文超等[17]對青田稻魚共生所做的研究（20 [6266.70kg（CO₂eq）/hm²] ，這是由于排放系數及農資投入的差異所造成的，而單位產值碳足跡與其所做研究差異不大[0.12kg（CO₂eq） /元]。目前，關于稻魚鴨復合系統碳足跡評價的研究還較少，未來還需要對其進行多維度的研究。

在該研究中，稻魚鴨復合系統NDU為1001.75，CF_A?CF_v 、 CF_NDU 分別為8338. 31kg （ CO₂eq）/hm² 、0.05kg（CO₂eq） /元 .8.32kg（CO₂eq）/NDU 。綜合來看，與常規稻作相比，稻魚共作和稻魚鴨共作模式在3個碳足跡指標都有明顯降低，特別是稻魚鴨共作模式，不僅提供了最高的系統營養密度產出（NDU），而且單位產值碳足跡最小，這意味著稻魚鴨共作模式在產生最多經濟價值的同時對環境的影響最小。因此，稻魚鴨共作模式具有較高的推廣潛力，是一種經濟效益和環境可持續性兼顧的農業生產模式。

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