濱海灘涂墾區(qū)主要大田作物生產(chǎn)碳足跡研究*
——以江蘇省鹽城市為例

李 強，楊文慧，鄒晨昕，徐新悅，李建國※，張忠啟

(1.江蘇師范大學地理測繪與城鄉(xiāng)規(guī)劃學院，徐州 221116；2.中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081)

0 引言

氣候變化是當今人類面臨最嚴峻的全球環(huán)境問題，受到國際社會廣泛關(guān)注。氣候變化主要原因已經(jīng)被證實為人類向大氣中排放過量的溫室氣體，如二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)等[1]。據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)第五次評估報告，2010年全球農(nóng)業(yè)溫室氣體排放量為12.0 Gt(CO2當量)，占人類活動排放總量的24%[2]。我國是世界主要農(nóng)業(yè)大國之一，以稻麥、麥玉輪作為主的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式對全球碳排放總量的影響不容小覷[3]。我國海岸帶地區(qū)圍墾面積超過7 500km2，占我國鹽漬土面積的2.1%，占全國農(nóng)地面積的0.56%[4-5]。我國東部沿海地區(qū)經(jīng)濟最為發(fā)達，人口最為集中，人地矛盾最為突出。該區(qū)域的農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)和管理在保障區(qū)域社會經(jīng)濟平穩(wěn)發(fā)展、緩解人地矛盾過程中起到重要作用[6]。東部濱海灘涂墾區(qū)作為后備土地資源開發(fā)的主要對象，是調(diào)和土地資源供需矛盾、提升糧食產(chǎn)量、緩解經(jīng)濟發(fā)展壓力的重要舉措[7-8]。根據(jù)最新IPCC報告，作為海陸生態(tài)系統(tǒng)重要的碳庫，海岸帶由于區(qū)位特殊、交互帶的復(fù)雜性等原因，同時又受人類活動干擾嚴重，一直未能將海岸帶灘涂作為獨立生態(tài)單元納入國際碳排放清單當中[9]。由于我國海岸帶鹽漬土農(nóng)業(yè)具有不同于傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)的耕作制度和耕作方式，圍墾后農(nóng)業(yè)活動會對區(qū)域的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生何種影響，當前對這一領(lǐng)域的關(guān)注還有待提高[10]。農(nóng)業(yè)活動是重要的人為源碳排放因子。不同于傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)的農(nóng)業(yè)活動，灘涂鹽土農(nóng)業(yè)具有其獨特的耕作習慣和制度。因此，針對東部灘涂農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放的研究有助于完善我國農(nóng)業(yè)人為源碳排放和國際碳收支平衡體系目錄。江蘇濱海灘涂作為我國最大的濱海農(nóng)業(yè)墾區(qū)，開發(fā)歷史早，農(nóng)業(yè)規(guī)模大且具有相對成熟的農(nóng)業(yè)圍墾技術(shù)與耕作體系，以江蘇濱海墾區(qū)作為研究區(qū)具有典型代表性[11]。

源于“生態(tài)足跡”的概念，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程當中由生產(chǎn)資料投入引起的碳排放強度被稱為碳足跡(Carbon Footprint，CF)。碳足跡方法是近年來出現(xiàn)的研究人類活動強度和優(yōu)化資源配置的優(yōu)秀方法，已經(jīng)成為氣候變化領(lǐng)域新的研究熱點[12]。農(nóng)業(yè)碳足跡的研究方法是在生命周期評價方法基礎(chǔ)上，分析單位質(zhì)量農(nóng)作物從播種、生長、收獲和廢棄物處理的全生命周期內(nèi)直接或間接溫室氣體排放總和，通常使用生產(chǎn)單位產(chǎn)品的CO2當量表示[13-14]。國內(nèi)外已有許多學者開展了農(nóng)業(yè)碳足跡的研究。West等[15]綜合考慮農(nóng)業(yè)生命周期中各個排碳因素，測算美國農(nóng)業(yè)碳足跡，Gan等[16]研究加拿大半干旱地區(qū)小麥碳足跡，并討論了降低碳足跡的耕作方法，Dubey等[17]對比分析了美國俄亥俄州和印度旁遮普邦碳足跡碳足跡分布特點和差異，王占彪等[18]就華北平原農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀況揭示華北平原碳足跡空間分布規(guī)律，劉松等[19]分析關(guān)中平原大麥、玉米、苜蓿等飼料作物碳足跡，劉巽浩等[20]討論了國內(nèi)碳足跡研究方法誤區(qū)以及改進與應(yīng)用。綜上來看，國內(nèi)外學者從不同角度對農(nóng)業(yè)碳足跡進行了研究，取得了一定的成果。但大部分的研究多注重傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的碳足跡[18-22]，針對某一特殊生態(tài)區(qū)的研究案例較為鮮見，關(guān)于濱海地區(qū)特別是發(fā)展中國家濱海地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的碳足跡更是鮮有報道。文章以江蘇省濱海墾區(qū)最為集中的鹽城市為例，通過實地農(nóng)戶調(diào)研，摸清濱海地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中生產(chǎn)資料及其相關(guān)資源投入的結(jié)構(gòu)與規(guī)律，借助農(nóng)業(yè)碳足跡理論以及生命周期法，對濱海灘涂常見的大田作物(大麥、小麥、玉米、水稻)生產(chǎn)的碳足跡進行研究，評估濱海灘涂地區(qū)碳足跡，分析其影響因素并提出相應(yīng)減排措施，為優(yōu)化濱海地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的配置，構(gòu)建濱海地區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展模式，促進區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)來源

表1 問卷調(diào)查基本狀況

該研究的濱海墾區(qū)位于江蘇省鹽城市亭湖區(qū)，東臨黃海，為圍墾80年的老墾區(qū)(圖1)。該地是圍墾歷史較為悠久的墾區(qū)，土壤雖經(jīng)數(shù)十年的洗鹽增肥，土壤質(zhì)量依然不高，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)依然有很大的差異，具有鮮明鹽漬土農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點[23]。研究區(qū)大田作物輪作方式主要為典型的春小麥—夏玉米輪作，當?shù)剞r(nóng)戶在春季選擇種植大麥或小麥等麥類作物，于夏季種植玉米。因為圍墾區(qū)土壤含鹽量大、水源不充足等原因制約，當?shù)剞r(nóng)戶不選擇種植水稻。但隨著近些年土地流轉(zhuǎn)政策的推進，許多土地承包商來到墾區(qū)承包大面積的土地進行水稻生產(chǎn)，改變了該地大田作物種植以麥玉輪作為主的格局。

課題組于2017年7月使用農(nóng)情調(diào)查問卷的方式，走訪了當?shù)?66戶農(nóng)戶，土地承包商10戶，入戶調(diào)研了濱海墾區(qū)亭湖區(qū)內(nèi)8個村鎮(zhèn)的大田作物的化肥、農(nóng)藥、農(nóng)機使用、產(chǎn)量、灌溉等作物種植管理以及產(chǎn)出情況，獲取大麥種植樣本84個，小麥181個，玉米213個，水稻10個。因為當?shù)仄胀ㄞr(nóng)戶不種植水稻，土地承包商數(shù)量又遠不及農(nóng)戶數(shù)量，故該研究水稻樣本數(shù)量相較大麥、小麥、玉米樣本小，10個水稻樣本均來自當?shù)卮蟮耐恋爻邪?。但這10個水稻樣本數(shù)據(jù)涉及耕作土地面積大，種植管理模式一致性好，能代表該區(qū)域一般水稻種植情況。調(diào)研數(shù)據(jù)的基本情況如表1所示，文中數(shù)據(jù)使用SPSS22.0、Excel2010處理分析。

圖1 研究區(qū)位置

圖2 作物碳足跡的邊界與清單

1.2 評價方法

農(nóng)業(yè)碳足跡根據(jù)生命周期評價標準方法(GB/T24040)，可分為目的和范圍的確定、清單分析、影響評價、解釋[24]。

1.2.1 目的和范圍的確定

該文研究對象為濱海墾區(qū)大田作物碳足跡，即生產(chǎn)1kg糧食作物(干重)整個生命周期過程中所消耗的溫室氣體排放量(以CO2當量)。系統(tǒng)邊界劃分是碳足跡評價中極為重要環(huán)節(jié)，邊界范圍直接影響最終研究結(jié)果的不確定性[25]。與農(nóng)業(yè)種植相關(guān)的溫室氣體排放可分為“從種植到農(nóng)場大門”和“從農(nóng)場大門到市場”兩部分。但因“從農(nóng)場大門到市場”環(huán)節(jié)涉及到農(nóng)產(chǎn)品的加工、銷售過程，類目繁雜、難以追溯，通過調(diào)查問卷的數(shù)據(jù)獲取方式難以定量化獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。故該研究將邊界范圍定義為“從種植到農(nóng)場大門”，即只考慮作物從種植、生長、管理、收獲過程中碳排放量，不考慮農(nóng)作物收獲后進入市場后加工、銷售等環(huán)節(jié)。

1.2.2 清單分析

清單分析是生命周期評價中最重要的步驟[24-25]，主要列舉出范圍邊界中所產(chǎn)生碳排放的全部環(huán)節(jié)，如圖2所示?？v觀作物生長過程，“從種植到農(nóng)場大門”整個生產(chǎn)過程中的碳排放包括如下幾點：(1)犁地、播種作物使用農(nóng)機時碳排放；(2)生產(chǎn)農(nóng)藥、化肥過程中碳排放；(3)化肥施用時田間直接或間接的碳排放；(4)灌溉時電機抽水耗能的碳排放；(5)作物收割時農(nóng)機使用時碳排放；(6)殘留秸稈帶來的碳排放。在對農(nóng)戶進行調(diào)查時，有些數(shù)據(jù)并不能直接獲取，需要通過一系列間接換算得到。化肥用量在碳足跡的計算中通常以有效成分計，當?shù)厥褂玫哪蛩赜行С煞譃?6.4%，磷肥38%；秸稈殘余量的計算采用國內(nèi)畢于運[26]草谷比的相關(guān)研究，大麥、小麥、玉米、水稻的草谷比分別為1.3：1，1.36：1，1.1：1，1：1；農(nóng)機柴油667m2耗油量來自當?shù)剞r(nóng)機租賃商，并結(jié)合各農(nóng)戶田地大小和實際租賃情況進行折算；其他化肥、農(nóng)藥、電能、作物產(chǎn)量等數(shù)據(jù)可從農(nóng)戶處直接獲取。投入和產(chǎn)出量詳見表2。

表2 單位公頃作物投入與產(chǎn)出

1.2.3 評價方法

大麥、小麥、玉米、水稻碳足跡涉及的溫室氣體有CO2、N2O和CH4，為便于匯總排放量，用CO2當量計量不同種類溫室氣體的排放量，根據(jù)N2O和CH4的溫室效應(yīng)貢獻度(增溫潛勢值)換算為CO2的溫室效應(yīng)貢獻度。計算公式為：

CFSi=(eco2i×WCO2+eNo2i×WN2O+eCH4i×WCH4)/Gi

(1)

式(1)中，CFSi為第i種作物的碳足跡(kg/kg)；eco2i為第i種作物生命周期內(nèi)CO2的排放量(kg/hm2)；eNo2i為第i種作物生命周期內(nèi)N2O的排放量(kg/hm2)；eCH4i為第i種作物生命周期內(nèi)CH4的排放量(kg/hm2)；WCO2、WN2O、WCH4分別為CO2、N2O和CH4增溫潛勢值，根據(jù)2007年IPCC報告，取值分別為1，298，25；Gi為第i種干物質(zhì)產(chǎn)量(kg/hm2)。

(2)

式(2)中，CFij為生產(chǎn)第i種作物使用第j種肥料量(kg/hm2)，WCFj為生產(chǎn)第j種肥料的CO2排放系數(shù)(kg/kg)；PEi為第i種作物的農(nóng)藥施用量(kg/hm2，以有效成分為準)，WPE為生產(chǎn)農(nóng)藥的排放系數(shù)(kg/kg)；MAi為第i種作物農(nóng)機消耗柴油量(L/hm2)，WMA為柴油燃燒CO2排放系數(shù)(kg/L；ELi為耗電總量(kW·h/hm2)，WEL為生產(chǎn)電的CO2排放系數(shù)(kg/kWh)；URi為第i種作物尿素施用量(kg/hm2)，WUR為尿素排放因子(kg/kg)。

eNo2i=(FNi+GRi×WGR)×(DN+GASi×WNH+L×NL)

(3)

式(3)中，F(xiàn)Ni為第i種作物施氮量(kg/hm2)；GRi為第i種作物田間殘余量，WGR為作物殘余中含氮量(kg/kg)；DN為氮肥直接排放系數(shù)(kg/kg)；GASi為第i種作物氨揮發(fā)系數(shù)，WNH為大氣氮沉降排放N2O系數(shù)；L為氮肥淋溶損失系數(shù)；NL為滲透或徑流損失N的N2O排放系數(shù)。

eCH4i=d×E(CH4)diff×A

(4)

式(4)中，d為每年田中淹水天數(shù)(day/年1)；E(CH4)diff為日每公頃CH4揮發(fā)量(kg/kg/d)；A為覆水面積(hm2)。有關(guān)計算參數(shù)見表3。

表3 碳足跡計算相關(guān)參數(shù)

圖3 不同作物二氧化碳、氧化亞氮排放量

2 結(jié)果與分析

2.1 溫室氣體排放強度測算

從不同的溫室氣體來看(圖3)，不同作物不同溫室氣體排放量差異顯著(由于該地旱田作物為雨養(yǎng)作物，甲烷排放量為0，故不參與顯著性檢驗)。作物CO2排放量(eco2i)由大到小順序為：水稻(3 896.01kg/hm2)>玉米(2 505.55kg/hm2)>小麥(2 093.05kg/hm2)>大麥(1 886.44kg/hm2)。其中，水稻與玉米生產(chǎn)過程的CO2排放量顯著高于小麥和大麥(P<0.05)，而大麥與小麥之間不具有顯著性差異。從氧化亞氮排放量(eN2Oi)來看，排放強度由大到小依次為玉米(9.53kg/hm2)>小麥(8.79kg/hm2)>水稻(8.39kg/hm2)>大麥(7.05kg/hm2)。其中，玉米和小麥的N2O排放強度顯著高于大麥(P<0.05)；甲烷由于其特殊的排放環(huán)境，在4種作物中僅有水稻具有較大的排放量(eCH4i)，約為15.05kg/hm2，其余作物生產(chǎn)無甲烷釋放(表4)。從圖3中可以看出，不同農(nóng)作物之間的調(diào)研數(shù)據(jù)變異性較為一致，反映出研究區(qū)不同農(nóng)戶的生產(chǎn)投入偏好趨于一致，具有較為可靠一致的農(nóng)業(yè)行為。以增溫潛勢參數(shù)(表3)將不同溫室氣體換算成CO2當量發(fā)現(xiàn)，不同溫室氣體的貢獻度也各不相同。從表3可以看出，N2O貢獻度均大于CO2，CO2釋放在4種大田作物碳足跡的貢獻分別達到47.32%(大麥)、44.41%(小麥)、46.88%(玉米)和49.43%(水稻)，而氧化亞氮碳足跡貢獻度分別達到52.68%(大麥)、55.59%(小麥)、53.12%(玉米)和50.57%(水稻)。

表4 不同溫室氣體對碳足跡貢獻度

表5 濱海灘涂大田作物碳足跡

2.2 濱海墾區(qū)主要大田作物生產(chǎn)碳足跡

濱海灘涂大田作物碳足跡計算結(jié)果見表5，生產(chǎn)1kg大田作物的溫室氣體排放量(以CO2當量)由大到小依次為：玉米0.769±0.224kg/kg、水稻0.739±0.241kg/kg、小麥0.636±0.183kg/kg和大麥0.630±0.184kg/kg。玉米作為需肥量大的作物，其碳足跡顯著高于大麥、小麥和水稻。玉米氮肥量施用量為439.281±144.852kg/hm2，是大麥259.910±107.207kg/hm2的1.69倍，是小麥299.487±114.782kg/hm2的1.47倍，是水稻362.693±149.339kg/hm2的1.21倍。在入戶調(diào)研中也發(fā)現(xiàn)，玉米肥料施用量差異最大，施用最多氮肥的農(nóng)戶達到1 148.4 kg/hm2，施用氮肥最少的農(nóng)戶不施肥。當?shù)剞r(nóng)戶有“玉米肥施越多，產(chǎn)量就越高”的說法，但并不是一味盲從，這取決于當?shù)剞r(nóng)戶對于農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量以及成本效益的認識差異。

2.3 不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)對碳足跡的貢獻

如圖4所示，各作物碳足跡組成結(jié)構(gòu)可分為氮磷肥生產(chǎn)、農(nóng)藥生產(chǎn)、作物殘?zhí)?、農(nóng)機使用、氮肥田間排放和灌溉六大部分組成。其中，農(nóng)藥生產(chǎn)對碳足跡貢獻最小，僅為0.44%～0.48%，保持在0.5%以下；農(nóng)機使用貢獻度為3.67%～5.79%，貢獻度在6%以下，且大麥和小麥農(nóng)機使用貢獻度比玉米、水稻稍大，主要原因是在播種時，麥種較重，機器負載大，耗油多；作物殘余的貢獻度在4.73%～7.75%之間，小麥占比最大，水稻最??；磷肥生產(chǎn)貢獻度在3.11%～7.81%之間，大麥占比最大，玉米最小[34]；氮肥生產(chǎn)貢獻度在26.46%～37.12%之間，玉米占比最大，水稻最小；氮肥田間排放貢獻度在29.06%～51.94%之間，小麥占比最大，水稻最?。凰竟喔忍寂帕空?3.83%，而大麥、小麥、玉米在濱海灘涂地區(qū)灌溉主要靠降水，不單獨引水灌溉，故旱作灌溉碳排放占比為0%[35]。

圖4 濱海墾區(qū)主要大田作物生產(chǎn)碳足跡組成

可見，濱海圍墾地區(qū)大田作物生產(chǎn)過程中，氮肥生產(chǎn)和氮肥田間排放這兩個環(huán)節(jié)在碳足跡中占重要組分。由施用氮肥直接或間接帶來的碳排放量占總排放量的55.52%～87.40%。且在調(diào)研中了解到，氮肥的施用量處于逐年增加的趨勢。是因該地區(qū)缺乏有機肥的施用、合理輪耕制度，一味追求作物高產(chǎn)帶來更高的經(jīng)濟收益，而忽視土壤肥力保護，連年土壤肥力降低只能通過增施氮肥來補足。短期內(nèi)大量氮肥施入土中，僅有一小部分被作物利用，其余大部分在田間分解釋放N2O，而N2O增溫潛勢很高(298)[27]，即N2O溫室效應(yīng)貢獻度是CO2的298倍，這是造成氮肥添加過程碳足跡較大的主要原因。

表6 國內(nèi)外碳足跡相關(guān)研究 kg/kg

3 討論

3.1 與同類研究結(jié)果的比較

國內(nèi)外同類碳足跡研究如表6、表7所示，由于自然環(huán)境條件，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，耕作制度以及經(jīng)濟發(fā)展狀況不同，是造成同種作物碳足跡在不同地區(qū)差異性大最主要的原因。該研究玉米碳足跡與韓國[37]接近，但顯著高于美國[36]和澳大利亞[39]，主要是因為美國和澳大利亞多為大規(guī)模集約化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，使用的肥料、化石能源和機械投入要低于濱海灘涂農(nóng)業(yè)。由此可知，集約化和機械化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，可顯著降低碳足跡，這給降低鹽土農(nóng)業(yè)碳足跡提供了新的思路。日本[38]水稻的碳足跡是該研究的13倍，這是由于其研究邊界大，研究的生命周期長，將果實的加工、廢物處理環(huán)節(jié)包含在碳足跡內(nèi)；在美國[36]和澳大利亞[39]，評估框架內(nèi)包括微量營養(yǎng)素(硫，硼和石灰等)的投入；在韓國[37]，使用有機肥代替無機肥料，并且存在農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施引起的物質(zhì)投入；而在規(guī)?；r(nóng)場生產(chǎn)中，會將化肥、農(nóng)藥等農(nóng)資的交通運輸消耗囊入評估框架中[36-39]。因耕作方式差異的原因，使家庭式、小規(guī)模的鹽土農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中不存在上述投入，造成同一種作物在不同地區(qū)碳足跡的差異，體現(xiàn)出特定區(qū)域碳足跡數(shù)值和結(jié)構(gòu)上獨有的特點。

與我國其他地區(qū)研究相比，小麥、玉米碳足跡與山東省[34]的研究最為接近，主要原因是山東氮肥施用量、碳足跡結(jié)構(gòu)比與該研究情況相似；而該研究水稻碳足跡較上海[35]的低，主要原因是研究邊界差異較大，上海的研究多了稻谷加工環(huán)節(jié)，將稻谷晾曬、脫殼、碾米、拋光、包裝等加工過程中碳排量也計算在水稻生命周期內(nèi)；玉米研究結(jié)果較關(guān)中平原高[19]，主要原因是施氮量差異顯著，關(guān)中平原施氮量為179.9±91.7kg/hm2，而濱海灘涂玉米施氮量為439.281±144.851kg/hm2，是其2.44倍；濱海灘涂碳足跡相較華北、東北地區(qū)高[21-22]，因為華北、東北地區(qū)環(huán)境干燥，灌溉造成的更多能源投入，尤其是后者屬于大規(guī)模生產(chǎn)，重型機械使用也是造成碳足跡高的原因。

表7 各個國家碳足跡研究框架

3.2 濱海灘涂墾區(qū)大田作物生產(chǎn)各環(huán)節(jié)碳足跡結(jié)構(gòu)特點

研究區(qū)碳足跡結(jié)構(gòu)組成具有鮮明的特點。在作物灌溉環(huán)節(jié)體現(xiàn)最為明顯。關(guān)中平原玉米灌溉排碳量242.42kg/kg，碳足跡貢獻度39.1%，小麥灌溉排碳量為58.8kg/kg，碳足跡貢獻度24.5%[19]，華北平原小麥灌溉排放量309.01kg/kg，碳足跡貢獻度28.07%[22]。而濱海灘涂大麥、小麥、玉米等旱田作物為雨養(yǎng)作物，無需引水灌溉，節(jié)省了灌溉所需能耗，灌溉環(huán)節(jié)在碳足跡貢獻度為0%。濱海墾區(qū)主要為沙質(zhì)土壤，土壤保水性差，加之土壤脫鹽改良的需要，與傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)相比同種作物生長周期里需要更多的灌溉次數(shù)，水田灌溉耗能大。江蘇內(nèi)陸地區(qū)的水稻種植在生產(chǎn)周期內(nèi)一般灌溉次數(shù)不超過8次，而研究區(qū)灌溉次數(shù)都在20次以上。因此，研究區(qū)水稻灌溉環(huán)節(jié)排碳量達到1 479.91kg/hm2，碳足跡貢獻度23.83%，平均耗電量1 569.364kW·h/hm2，同樣是干濕交替灌溉模式，該值是上海水稻灌溉能耗222.75kW·h/hm2的7.04倍[35]。

氮肥施用環(huán)節(jié)碳足跡貢獻度的特點也非常明顯。研究區(qū)與氮肥施用有關(guān)的碳足跡貢獻占比水稻為55.52%，大麥78.99%，小麥80.27%，玉米更是達到87.40%。而傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)氮肥施用對碳足跡的貢獻度大麥、小麥為38.96%，玉米47.15%，水稻16.5%，遠小于該研究區(qū)，可見濱海地區(qū)施氮環(huán)節(jié)貢獻占比顯著偏大。原因主要有兩方面：一方面，研究區(qū)存在嚴重過量施肥狀況，較其他研究結(jié)果濱海地區(qū)氮肥施用量大；另一方面，研究區(qū)化肥施用種類單一，因該地土壤為濱海鹽漬土，富含鉀離子，故不施鉀肥，氮肥和磷肥(尤其是氮肥)為該地主要施用的化肥，而其他研究區(qū)施肥種類多樣化，氮、磷、鉀肥根據(jù)一定比例施用，故而將濱海地區(qū)氮肥對碳足跡的貢獻度凸顯出來。經(jīng)研究，氮肥施用量對碳足跡的貢獻度存在線性關(guān)系，如圖5所示?；貧w結(jié)果表明，氮肥的施用量和碳足跡呈顯著正相關(guān)，氮肥施用越多，碳足跡值越高。每增施1kg的氮肥，大麥、小麥、玉米和水稻碳足跡分別增加0.001 5，0.001 2，0.001 2和0.000 6kg/kg。

圖5 施氮量與碳足跡的關(guān)系

3.3 未來降低濱海灘涂農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳足跡的措施選擇

根據(jù)研究結(jié)果，與氮肥施用有關(guān)的環(huán)節(jié)對碳足跡的貢獻率均超過55%，生產(chǎn)氮肥碳排放約占26.46%～37.12%，氮肥田間排放約占29.06%～51.94%，是濱海灘涂大田作物溫室氣體排放最主要影響因素。針對氮肥生產(chǎn)時的碳排放，可通過淘汰高耗能的油基型氮肥生產(chǎn)路線，優(yōu)化煤基氮肥生產(chǎn)路線，研發(fā)清潔煤基氮肥技術(shù)[40]，降低氮肥生產(chǎn)時碳排放量。而采取施用緩釋氮肥[41]，脲酶抑制劑[42]等方法，延緩養(yǎng)分釋放，延長尿素擴散時間，是提高氮肥利用率[43]，降低氮肥田間排放的可行之策。

經(jīng)調(diào)查，該地區(qū)存在嚴重過量施氮現(xiàn)象，且年均施氮量呈逐年增長的趨勢[44]。大量的氮肥投入至田間，只有少量被作物利用，大量殘余氮肥滯留在田中，經(jīng)過土壤硝化、反硝化、分解等作用釋放氧化亞氮至大氣。在保證作物產(chǎn)量的同時，降低氮肥用量，可大大減少氮肥對碳足跡貢獻度。根據(jù)《2017年春季主要農(nóng)作物推薦施肥意見》(下簡稱《意見》)[45]有關(guān)2017年江蘇濱海灘涂推薦施肥量數(shù)據(jù)，大麥、小麥推薦施氮量(N)為233.16kg/hm2，玉米208.8kg/hm2，水稻180.0kg/hm2，皆低于該地實際情況。若使用《意見》提供的施氮量對碳足跡進行評價，大麥、小麥、玉米、水稻排碳量將減少15.63%,14.38%,73.92%,55.58%，碳足跡分別可降低16.58%,18.76%,39.09%,31.75%。

除降低氮肥施用環(huán)節(jié)碳排放之外，水稻灌溉、農(nóng)業(yè)機械使用、秸稈殘留等環(huán)節(jié)碳排放依然不能小覷。在水稻灌溉方面，采用覆地膜等方法改良土壤儲水性，使用滴灌等先進灌溉設(shè)備和灌溉技術(shù)，集約化節(jié)水灌溉，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)是降低水稻生產(chǎn)碳足跡的有效方法；在農(nóng)業(yè)機械使用方面，因農(nóng)機作業(yè)排碳量受人、機器和作業(yè)環(huán)境等多種因素的綜合影響[46]，推行更為有效的操作方法和選擇適合于濱海墾區(qū)耕地特點的機器類型能顯著提高耕作效率[47]，而采取保護性耕作，少耕、免耕，一定程度上也可減少農(nóng)機的使用[19]；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式上，推行種養(yǎng)結(jié)合與生態(tài)農(nóng)業(yè)，大力引入有機肥降低化肥使用量，積極推行秸稈肥料化和秸稈還田工作，因地制宜開展農(nóng)作物秸稈的有效利用[48]。

4 結(jié)論

(1)濱海墾區(qū)地區(qū)主要大田作物的碳足跡(以CO2當量)在0.630～0.769kg/kg之間。由大到小依次為，玉米0.769±0.224kg/kg、水稻0.739±0.241kg/kg、小麥0.636±0.183kg/kg和大麥0.630±0.184kg/kg。玉米作為研究區(qū)廣泛種植的糧食作物，氮肥投入量大，其碳足跡顯著高于其他作物。

(2)濱海墾區(qū)主要大田作物生產(chǎn)的碳足跡組成結(jié)構(gòu)中，氮肥生產(chǎn)、氮肥田間排放主要環(huán)節(jié)，對碳足跡的貢獻率分別為26.46%～37.12%和29.06%～51.94%。占比明顯大于其他地區(qū)。水稻灌溉耗能高，對碳足跡的貢獻率為23.83%。

(3)自然環(huán)境條件，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，耕作制度等差異，使碳足跡研究框架產(chǎn)生巨大差異，是導(dǎo)致同種作物碳足跡在不同地區(qū)差異性大最主要的原因。鹽土農(nóng)業(yè)小規(guī)模、家庭式的生產(chǎn)方式，加之鹽漬土肥力低下、含鹽量大的土壤肥力狀況，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中施肥量較我國其他區(qū)域大，水田灌溉過程中需要更多水壓鹽，使得江蘇濱海灘涂鹽土農(nóng)業(yè)碳足跡在數(shù)值和結(jié)構(gòu)上兼具鮮明特點。

(4)降低鹽土農(nóng)業(yè)碳足跡，重點應(yīng)放在施氮和水稻灌溉兩個方面。施氮方面可采用氮肥減施、提高氮肥利用率、降低產(chǎn)氮肥能耗等措施；水稻灌溉方面應(yīng)結(jié)合當?shù)赝寥佬再|(zhì)改良土壤儲水性，促使犁底層形成，同時采用節(jié)水灌溉設(shè)備和灌溉方法，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)與生態(tài)農(nóng)業(yè)。