低碳農(nóng)業(yè)的發(fā)展模式研究

廖 媛 紅

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) ,北京 100083)

2003年英國(guó)政府發(fā)表了《能源白皮書》首次提出了“低碳經(jīng)濟(jì)”(Low-carbon Economy)概念,引起了國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注?！暗吞冀?jīng)濟(jì)”是以低能耗和低污染為基礎(chǔ)的綠色經(jīng)濟(jì),是應(yīng)對(duì)氣候變暖的必然選擇。其實(shí)質(zhì)是能源效率和清潔能源結(jié)構(gòu)問(wèn)題,目標(biāo)是減緩氣候變化和促進(jìn)人類的可持續(xù)發(fā)展。

農(nóng)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ),低碳農(nóng)業(yè)是我國(guó)實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)的根本保證和重要領(lǐng)域。當(dāng)前,我國(guó)農(nóng)業(yè)面臨高投入、低產(chǎn)出、低效益、資源高消耗和過(guò)度利用、生態(tài)退化、環(huán)境惡化、農(nóng)村生活條件差等一系列問(wèn)題[1]。低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展模式本質(zhì)上是低碳經(jīng)濟(jì)理念在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用,其基本思路是在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中盡可能地減少能源消耗,減少碳排放,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)雙贏,是一種生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)原理指導(dǎo)下的可持續(xù)發(fā)展類型或模式。

1 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)與溫室氣體排放

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)與全球氣候變化相互聯(lián)系又相互影響。農(nóng)業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),在全球溫室氣體(包括 CO2,CH4和 N2O)循環(huán)中占有重要地位,是主要的溫室氣體來(lái)源之一。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)也越來(lái)越多地受到溫室效應(yīng)的影響。

1.1 農(nóng)業(yè)系統(tǒng)對(duì)溫室氣體排放的影響

農(nóng)業(yè)系統(tǒng)是全球溫室氣體的主要排放源,該系統(tǒng)的輸入即耕種到食物的分配、消費(fèi)直到廢物的處理等每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生 CO2,CH4,N2O和 NOX等溫室氣體。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)的最新報(bào)告估計(jì),農(nóng)業(yè)系統(tǒng)排放的溫室氣體占總排放量的10%～ 12%,而且預(yù)計(jì)到 2030年該系統(tǒng)的排放量還將上升50%。農(nóng)業(yè)系統(tǒng)產(chǎn)生的溫室氣體主要包括以下幾個(gè)來(lái)源。

1.1.1 土壤和耕地

土壤和耕地釋放大量溫室氣體。一方面,土壤圈是碳素的重要貯存庫(kù)和轉(zhuǎn)化器。儲(chǔ)存的大量有機(jī)碳是土壤質(zhì)量和功能的核心,有利于作物的生長(zhǎng);但由于大量施用化肥,加速了農(nóng)田土壤中有機(jī)碳的礦化,進(jìn)而向大氣中排放了大量的CO2和CH4等溫室氣體。另一方面,土壤呼吸使大量的有機(jī)碳以 CO2形式釋放到大氣中。因此,土壤呼吸的微量變化將導(dǎo)致大氣中 CO2濃度的顯著變化,從而影響由于 CO2濃度升高所伴隨的氣候因素的變化。

1.1.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)引起大量溫室氣體排放。主要包括:

首先,耕種過(guò)程產(chǎn)生的排放。包括耕種過(guò)程中牲畜排放的一氧化氮和甲烷、改變耕地用途(尤其是對(duì)森林的過(guò)度砍伐)產(chǎn)生的二氧化碳、耕地和牧場(chǎng)產(chǎn)生的一氧化氮和牛、羊等反芻動(dòng)物消化過(guò)程中排放的甲烷等溫室氣體,占農(nóng)業(yè)系統(tǒng)溫室氣體排放總量的 80%。

其次,土地使用方式變化引起的氣體排放。如采伐森林、過(guò)度放牧以及種植經(jīng)濟(jì)收益高的作物、棄牧毀草開(kāi)墾、農(nóng)田侵蝕性退化、土地沙化等森林和草場(chǎng)破壞等行為還產(chǎn)生了 6%～17%的溫室氣體的排放。

第三,畜牧業(yè)和漁業(yè)產(chǎn)生的氣體排放。飼養(yǎng)牛、羊、駱駝等反芻動(dòng)物,飼料在其腸內(nèi)發(fā)酵引起CH4排放,家畜糞肥處理過(guò)程也會(huì)引起 CH4和N2O的排放以及生物質(zhì)燃燒等。漁業(yè)生產(chǎn)中主要是水產(chǎn)養(yǎng)殖和海洋捕撈業(yè)排放污染物。捕撈生產(chǎn)的污染主要是柴油機(jī)燃燒的廢氣、廢油排放和船上生活污水排放[2]。

最后,施肥不當(dāng)加劇溫室效應(yīng)。向土壤中施用石灰能夠降低土壤的酸性,促進(jìn)作物生長(zhǎng),但也會(huì)產(chǎn)生大量的 CO2。尿素施用過(guò)程中碳素的易揮發(fā)性也導(dǎo)致大量CO2的損失。因此施用石灰和尿素也成為 CO2的排放源。除作物吸收利用和土壤殘留外,約有50%以上的氮沒(méi)有被作物吸收而流失到農(nóng)田外,引發(fā)了土壤板結(jié)、溫室效應(yīng)以及農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降等一系列問(wèn)題。

1.2 溫室氣體排放對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

溫室氣體會(huì)引起氣候變暖,而氣候變暖對(duì)農(nóng)業(yè)的影響是利弊共存的。盡管溫室氣體排放對(duì)某些區(qū)域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也有積極的一面,如氣候變暖有利于延長(zhǎng)一些作物的生長(zhǎng)期、縮短霜凍期,增加的二氧化碳有助于作物進(jìn)行光合作用,因而會(huì)提高某些作物的產(chǎn)量。但是從總體上看,氣候變化使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不穩(wěn)定性增加,產(chǎn)量波動(dòng)幅度增大;氣候變化導(dǎo)致很多極端氣候?yàn)?zāi)害的出現(xiàn),使農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害發(fā)生規(guī)律和農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害發(fā)生規(guī)律產(chǎn)生了變化。為適應(yīng)生產(chǎn)條件的變化,農(nóng)業(yè)成本和投資需求將大幅度增加[3],對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)弊大于利。

1.2.1 對(duì)農(nóng)作物種植制度的影響

隨著氣候變暖,全年積溫的增加,土壤濕度減少,同一區(qū)域的種植制度也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。目前,氣候變暖導(dǎo)致我國(guó)中部地區(qū)冬小麥全生育期縮短,夏季總降水量減少,造成夏玉米生育期延遲,全生育期天數(shù)顯著增加的趨勢(shì)。華南、華北和西南等一些地區(qū)由于當(dāng)?shù)貧夂蛞呀?jīng)接近農(nóng)作物生長(zhǎng)適宜溫度上限,氣候變暖使作物生長(zhǎng)發(fā)育加快,生育期相應(yīng)縮短,致使產(chǎn)量逐步減少。另一方面,隨著氣候變暖,年積溫總量增加,農(nóng)作物品種選擇、播種期、收獲期以及茬口安排等方面也受到一定影響,若不做相應(yīng)調(diào)整,不僅會(huì)造成光熱資源的大量浪費(fèi),而且會(huì)對(duì)某些農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生危害,造成減產(chǎn)[4]。

1.2.2 對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

首先,氣候變暖降低土壤有機(jī)質(zhì)含量。土壤有機(jī)質(zhì)不僅是養(yǎng)分的重要來(lái)源,而且對(duì)土壤理化性狀以及各肥力因素,都具有全面深刻的影響。而隨著全球氣候變暖,地溫升高,土壤中的各類微生物活性增強(qiáng),加快了土壤中有機(jī)質(zhì)的分解與養(yǎng)分的釋放,若不及時(shí)對(duì)土壤補(bǔ)充有機(jī)質(zhì),將會(huì)加大土壤中有機(jī)質(zhì)含量下降速度,土壤貧瘠化將呈加快趨勢(shì)。

其次,氣候變暖降低化肥利用率。生產(chǎn)中化肥的大量投入,造成土壤板結(jié),理化性狀惡化,通透性不良,引起土壤中反硝化作用的加強(qiáng),使土壤中有效氮素含量下降。隨著溫度的升高,還會(huì)加大土壤中的氨態(tài)氮的揮發(fā),使化肥利用率降低。而隨著土壤有機(jī)質(zhì)含量的下降,土壤中 pH值的升高,不僅影響了土壤中磷、鉀等大量元素的釋放,而且還影響了鈣、鎂等元素的釋放,導(dǎo)致土壤中各類營(yíng)養(yǎng)元素有效態(tài)含量的降低。

第三,氣候變暖加重病蟲(chóng)危害。一方面由于春季氣溫回升較早,秋季氣溫下降緩慢,造成病蟲(chóng)草害發(fā)生提前,結(jié)束延遲,使整個(gè)危害周期延長(zhǎng)。另一方面隨著氣候變暖,特別是冬季溫度的升高,使農(nóng)田土壤中蟲(chóng)源、菌源越冬死亡率下降,病蟲(chóng)越冬基數(shù)相應(yīng)增加,造成來(lái)年農(nóng)作物病蟲(chóng)害發(fā)生加重。

由此可見(jiàn),農(nóng)業(yè)系統(tǒng)是重要的溫室氣體來(lái)源,同時(shí)又受到溫室效應(yīng)的嚴(yán)重影響。制定低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展政策,降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放,越來(lái)越成為社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展中重點(diǎn)考慮的領(lǐng)域之一。盡快轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式,發(fā)展低碳高效農(nóng)業(yè)已成當(dāng)務(wù)之急。

2 低碳農(nóng)業(yè)的發(fā)展模式

“碳減排”不僅涉及到傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)的問(wèn)題,而且涉及人類傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式和生活方式,從本質(zhì)上觸動(dòng)了人類經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式變革的問(wèn)題[5]。本文構(gòu)建了較為全面的低碳農(nóng)業(yè)的發(fā)展模式,如圖 1所示。

該模式由以下幾部分組成:第一,低碳農(nóng)業(yè)的總目標(biāo):實(shí)現(xiàn)低排放、低污染和高效率的農(nóng)業(yè);第二,這個(gè)總目標(biāo)可以分解為投入低碳化和產(chǎn)出低碳化兩個(gè)分目標(biāo);第三,上述兩個(gè)分目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)路徑分別為低碳生產(chǎn)方式和低碳生活方式,每個(gè)路徑又有很多具體的實(shí)現(xiàn)方式,后文將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。第四,整個(gè)低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展模式的理論基礎(chǔ)包括可持續(xù)發(fā)展理論、循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論和生態(tài)文明理論等。

2.1 低碳農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式

低碳農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式就是降低對(duì)化石能源的依賴,走有機(jī)、生態(tài)、高效農(nóng)業(yè)的新路子。在“低碳”理念的指導(dǎo)性,農(nóng)民可以利用聯(lián)合耕作、有機(jī)農(nóng)業(yè)、土壤改良等新型的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式來(lái)應(yīng)對(duì)氣候變化,提高農(nóng)民利潤(rùn)率和農(nóng)業(yè)能源效率并改進(jìn)大氣和土壤的質(zhì)量。

圖1 低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展模式

2.1.1 施肥管理

通過(guò)有效的施肥管理,降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)化石能源的依賴,大幅度減少化肥和農(nóng)藥使用量,走有機(jī)生態(tài)農(nóng)業(yè)之路。如用糞肥和堆肥作為化肥的替代品,提高土壤有機(jī)質(zhì)含量;采用深耕作物與中耕作物輪作,引入蚯蚓、微生物共同熟化深層土壤,擴(kuò)大作物根系營(yíng)養(yǎng)能力;通過(guò) DPS追蹤系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)耕作可以提高化肥的使用效率,減少一氧化氮的排放。其它可行的措施還包括作物和肥料(綠色和動(dòng)物肥料)的覆蓋;固氮作物的輪作以及綜合病蟲(chóng)害管理等。

2.1.2 水土保持耕作和覆蓋作物

水土保持耕作主要指在保留作物殘茬或秸稈覆蓋的耕地上進(jìn)行作物耕作,以保護(hù)地面,增加土壤有機(jī)質(zhì),改變土壤理化性質(zhì),增強(qiáng)土壤抗蝕能力,防治水蝕、風(fēng)蝕,提高糧食產(chǎn)量。水土保持農(nóng)業(yè)耕作有顯著減少?gòu)搅鳑_刷,改良土壤,并減少土壤中的碳流失到大氣中的效果;同時(shí)還可以增加土壤的碳匯。有利于水資源保護(hù),減少土壤侵蝕,靈活地提高耕種和收割,并且能夠減少勞動(dòng)力的需求。

2.1.3 灌溉和水資源管理

使用先進(jìn)的節(jié)水灌溉系統(tǒng)可以提高水資源的利用效率,改進(jìn)地面灌溉技術(shù)也是節(jié)水的最好方式。可采用以下方式:一是進(jìn)行土地平整和條田建設(shè)。平整度較好的土地比較差的土地平均節(jié)水 10%～ 20%,這是改進(jìn)地面灌溉技術(shù)的基本條件;二是高度重視農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)。根據(jù)作物生長(zhǎng)周期,需求飽和度進(jìn)行適時(shí)、適量供水,實(shí)現(xiàn)節(jié)水、增產(chǎn)和增效,打破部分農(nóng)民只要有水就澆,澆的越多越好的片面認(rèn)識(shí)。此外,大力推廣噴灌、滴灌等高效節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù),較大限度的提高水資源的利用率,可大大減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。

2.1.4 土壤改良和土地功能的改變

該項(xiàng)措施鼓勵(lì)土壤、水分和空氣質(zhì)量的保持和改善,以減少溫室氣體的排放。目前,最簡(jiǎn)易、最有效的辦法是植樹(shù)造林,通過(guò)地表的光合作用吸收大氣中的二氧化碳。還有一些無(wú)需用人工合成肥料提高土壤肥力的辦法,如保持可持續(xù)的放養(yǎng)率、循環(huán)放牧以及季節(jié)性地使用木柴等措施,減少畜牧業(yè)帶來(lái)的溫室氣體排放;通過(guò)間作和淡季耕種豆科植物,利用其固氮作用來(lái)促進(jìn)土壤肥力;退耕還林、還草、延長(zhǎng)輪伐時(shí)間等都能有效增加土壤中的碳匯;常年的混農(nóng)林種植也能夠保持土壤里的生物數(shù)量以及相當(dāng)大的碳儲(chǔ)量,但這種做法還不普遍。

2.1.5 發(fā)展有機(jī)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)

推廣有機(jī)農(nóng)業(yè)不僅能從根本上解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中大量消耗化石燃料的問(wèn)題,大量減少溫室氣體排放,還可以在生產(chǎn)過(guò)程中強(qiáng)化固碳,帶來(lái)了生物多樣性的益處。一方面,有機(jī)生產(chǎn)系統(tǒng)無(wú)需人工合成肥料來(lái)提高土壤的肥力,利用復(fù)合畜肥和作物覆蓋來(lái)增加土壤的有機(jī)物質(zhì),以此優(yōu)化可再生資源以及農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的養(yǎng)分和能流。另一方面,該系統(tǒng)也能減少人工肥料生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中的排放,同時(shí)避免耕地或干泥炭地中氧化亞氮和沼氣的排放。在相同的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)內(nèi),有機(jī)體系的排放量往往低于工業(yè)化農(nóng)業(yè)體系的排放量。如果全世界都發(fā)展有機(jī)農(nóng)業(yè),在全球的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域就幾乎能夠達(dá)到碳中和狀態(tài)。

2.2 農(nóng)村低碳生活方式

低碳方式不僅僅在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上大有可為,在農(nóng)村生活中發(fā)展低碳的條件也逐漸趨于成熟。要實(shí)現(xiàn)農(nóng)村低碳生活方式,必須要發(fā)展鄉(xiāng)村新能源,實(shí)現(xiàn)農(nóng)村用能結(jié)構(gòu)多元化。

2.2.1 沼氣

沼氣是一種前景十分巨大的農(nóng)村可再生能源。在規(guī)?；竽翗I(yè)養(yǎng)殖中,可利用畜禽糞便開(kāi)發(fā)沼氣,獲得生物質(zhì)能,收集的甲烷可以作為各種農(nóng)業(yè)活動(dòng)的燃料,還可以用來(lái)發(fā)電。通過(guò)收集這些甲烷,可以減少其排放到大氣中,減少動(dòng)物糞便當(dāng)作肥料產(chǎn)生的臭味,并減少糞便轉(zhuǎn)移過(guò)程中的勞動(dòng)力消耗。把沼氣建設(shè)與改廚、改廁、改圈結(jié)合起來(lái),生活垃圾、牲畜糞便、作物秸稈發(fā)酵成沼氣,殘留物—沼液可以代替農(nóng)藥,沼渣可以代替化肥,既變廢為寶,又節(jié)省開(kāi)支,增加收入,也是發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)的重要途徑。

2.2.2 太陽(yáng)能

推廣太陽(yáng)能技術(shù),在農(nóng)村普及太陽(yáng)能集熱器是發(fā)展低碳農(nóng)村的有效途徑。在農(nóng)村推廣太陽(yáng)能灶,會(huì)大大減少因燃柴(草、木)、燃?xì)?、燃煤而產(chǎn)生的二氧化碳等溫室氣體。尤其是我國(guó)西部地區(qū)日照時(shí)間長(zhǎng),太陽(yáng)能資源相對(duì)豐富,最適宜大量推廣太陽(yáng)能灶。同時(shí),有關(guān)專家還提出了太陽(yáng)能“南墻計(jì)劃”的提案。其核心理念是利用建筑朝陽(yáng)的南立面,盡可能將收集到的太陽(yáng)輻射能量轉(zhuǎn)換為熱能,進(jìn)而傳遞到室內(nèi)以實(shí)現(xiàn)供熱取暖的目的。

2.2.3 秸稈

農(nóng)作物收割后的秸稈是農(nóng)業(yè)中的剩余能量,也是一種廉價(jià)、清潔的可再生能源,平均含硫量只有0.38%,約為煤的33%,而熱值則達(dá)標(biāo)準(zhǔn)煤的50%。在農(nóng)村,多數(shù)秸稈仍是被“付之一炬”,秸稈焚燒使得其中70%以上的纖維素、木質(zhì)素等得不到利用,而且燃燒釋放出的有害氣體嚴(yán)重污染大氣。把秸稈深翻到土壤里腐爛做基肥,或者將作物殘茬覆蓋在地表可防止風(fēng)蝕和水蝕,提高土壤生產(chǎn)力。通過(guò)秸稈還田,增加土壤養(yǎng)分,減少?gòu)搅?增加入滲,這是減少農(nóng)田 CO2排放的最直接有效措施。

為了充分合理利用作物秸稈資源,防止環(huán)境污染,亟需探索出綜合利用作物秸稈資源的新途徑。秸稈飼用、秸稈發(fā)電、秸稈碳化等是繼秸稈還田處理后,適合我國(guó)國(guó)情的高效資源化利用方式。此外,還可以把秸稈粉碎摻加畜禽糞便發(fā)酵后做生物質(zhì)有機(jī)肥,或者采用秸稈氣化技術(shù),在高溫、高壓、厭氧條件下經(jīng)熱解氣化成可燃性氣體[4]。

3 結(jié) 語(yǔ)

低碳農(nóng)業(yè)是在應(yīng)對(duì)全球氣候變化中應(yīng)運(yùn)而生的新生事物,是一種生態(tài)高值農(nóng)業(yè)模式。其總目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)低排放、低污染和高效率的農(nóng)業(yè),這個(gè)總目標(biāo)可以分解投入低碳化和產(chǎn)出低碳化兩個(gè)分目標(biāo)。上述兩個(gè)分目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)路徑分別為低碳生產(chǎn)方式和低碳生活方式,前者的實(shí)現(xiàn)方式包括施肥管理、水土保持耕作和覆蓋作物以及灌溉和水資源管理等,后者主要依靠農(nóng)村生活中使用沼氣、太陽(yáng)能以及秸稈等可再生能源來(lái)實(shí)現(xiàn)。整個(gè)低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展模式的理論基礎(chǔ)包括可持續(xù)發(fā)展理論、循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論和生態(tài)文明理論等。在低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展模式的指導(dǎo)下,相信我國(guó)農(nóng)業(yè)一定能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)良性循環(huán),以及國(guó)家農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的重大創(chuàng)新。

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