貴州糧食作物生產(chǎn)綜合效益及減排增值潛力分析:以錦屏縣為例

梁龍，鄭雪艷，李仲佰

(1 貴州財經(jīng)大學鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略研究所，貴陽 550025；2 盤州市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，貴州盤州 553537)

水稻、小麥和玉米是中國三大糧食作物。雖然中國糧食生產(chǎn)“十七連豐”，總產(chǎn)量穩(wěn)定在6.5 億t以上，人均糧食擁有量超過470 kg，但糧食安全，始終是中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的“重中之重”，因此，未來糧食生產(chǎn)的支持力度和各項投入必將加大[1]。但包括糧食生產(chǎn)在內的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨經(jīng)濟、能耗和生態(tài)多重壓力，一方面，糧食生產(chǎn)經(jīng)濟效益遠不如經(jīng)濟作物，因此，如何增加經(jīng)濟效益，提高農(nóng)民種糧積極性，是糧食生產(chǎn)首先要解決的問題。另一方面，農(nóng)業(yè)及食品產(chǎn)業(yè)引發(fā)的溫室氣體排放占人類活動總排放的25%左右[2]，在“碳達峰”“碳中和”壓力下，如何降低能耗、實現(xiàn)綠色低碳生產(chǎn)，是必須解決的又一個重要問題。

就貴州糧食生產(chǎn)情況來看，雖然貴州省糧食生產(chǎn)能力不斷提升，自給率曾經(jīng)一度高達90%，但當前僅為70%左右，區(qū)域性糧食安全不容樂觀[3]。從2011—2019 年糧食播種面積和糧食產(chǎn)量來看，播種面積最高峰是2014 年，達到313.8 萬hm2，此后逐年走低，2019 年僅為270.9 萬hm2。從產(chǎn)量來看，2011 年糧食產(chǎn)量877 萬t，此后緩慢上升，2016 年達最高值1 264 萬t，2018 和2019 年迅速回落到1 000萬t 左右。從三大糧食作物的播種面積和產(chǎn)量來看，近十年來，稻谷的播種面積最穩(wěn)定，占總播種面積的22%～25%，2014 年后產(chǎn)量一直穩(wěn)定在400 萬t以上。小麥的播種面積在2014 年前穩(wěn)定在8%，其后保持在5%，產(chǎn)量在2015 年達到65 萬t的峰值后，呈下降趨勢，2019 年為33 萬t，僅為最高值的一半。玉米的播種面積和產(chǎn)量均呈倒U 字形，2011—2016 年，播種面積從79 萬hm2提升到104 萬hm2，產(chǎn)量從244 萬t 到456 萬t。此后，由于農(nóng)業(yè)部統(tǒng)一對“鐮刀灣”地區(qū)進行種植結構調整，貴州省開始實施特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，大力壓縮玉米種植面積，發(fā)展經(jīng)濟作物，到2019 年，玉米播種面積和產(chǎn)量回落到53 萬hm2和232 萬t。從發(fā)展趨勢來看，經(jīng)濟作物的規(guī)模等進一步增大，但從維護糧食安全出發(fā)，糧食生產(chǎn)不容忽視。因此，必須提高糧食生產(chǎn)經(jīng)濟效益，激發(fā)農(nóng)業(yè)主體的種糧積極性。

從貴州省三大糧食作物近10 年的數(shù)據(jù)分析，由于貴州以水稻消費為主，因此，小麥播種面積和產(chǎn)量在貴州均不占主導地位。在國家和地方農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構調整大方向下，玉米的播種面積和產(chǎn)量還將進一步下滑。就貴州農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構調整而言，2015 年，貴州開始發(fā)展現(xiàn)代山地特色高效農(nóng)業(yè)，2018 年開始，大量壓縮玉米種植面積改種精品蔬菜、水果。因此，要實現(xiàn)糧食作物的綠色低碳、增效增值，水稻生產(chǎn)是關鍵。

表1 2011—2019 年貴州省主要糧食作物生產(chǎn)情況Table 1 The situation of cereal crop production in Guizhou Province from 2011 to 2019

關于貴州的糧食生產(chǎn)，眾多學者主要是從政策、科技、投入，自然災害、土地、肥料等探討貴州糧食生產(chǎn)效率及影響因素[4-8]，對生態(tài)及經(jīng)濟效益的量化評估較少涉及[9]。本研究以黔東南州錦屏縣水稻生產(chǎn)為例，從經(jīng)濟、能量和生態(tài)三個角度來探討貴州糧食生產(chǎn)的綜合效益及減排增值潛力，同時，根據(jù)貴州農(nóng)田土壤普遍富硒，假定在優(yōu)化施肥條件下生產(chǎn)富硒大米，以綠色富硒水稻作為優(yōu)化模式，比較兩種模式下的減排增值潛力，探索貴州糧食作物高質量發(fā)展的新路徑。

1 研究對象與方法

1.1 調查區(qū)基本情況

錦屏縣是貴州省黔東南州下轄縣(108°48′～109°24′E，26°23′～26°46′N)，土地總面積1 596 km2，下轄15 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總人口23.7 萬。該縣屬于中亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，年均溫度和降雨量分別為16.4 ℃和1 370 mm，水熱同季。錦屏縣土壤以潮砂泥為主，富鋁化特征明顯。

1.2 數(shù)據(jù)獲取和研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)獲取

2020 年10 月，貴州財經(jīng)大學鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略研究所師生對錦屏縣6 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)(敦寨、新化、鐘靈、固本、河口、彥洞)進行問卷調查，共調查68 戶農(nóng)戶和11 個合作社糧食生產(chǎn)情況，重點調查物質和經(jīng)濟投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)，以及不同生產(chǎn)模式農(nóng)資投入、農(nóng)作物產(chǎn)出的數(shù)量和價格等，以此作為農(nóng)戶習慣模式的基礎數(shù)據(jù)。至于優(yōu)化模式，則綜合相關文獻確定氮磷鉀和硒肥的施用量[10-12]。龍勝碧等在錦屏縣的水稻平衡施肥實驗結果表明，與農(nóng)民習慣施肥方式相比，平衡施肥氮磷鉀的投入降低10%～26%，產(chǎn)量反而略有增幅[10]。具體硒肥投入，根據(jù)梁偉在東北海倫和江西南昌縣的富硒水稻實驗確定納米硒肥用量[11]，其他投入要素及產(chǎn)出假定不變。所有數(shù)據(jù)采用Excel 進行整理分析，結果見表2。

表2 錦屏縣水稻生產(chǎn)單位面積(hm2)投入產(chǎn)出Table 2 Input－output per unit of paddy production in Jinpin County

1.2.2 研究方法

(1)投入產(chǎn)出法

本研究中采用投入產(chǎn)出法計算不同模式的經(jīng)濟效益，其計算公式如(1)所示:

式中:Ie是不同生產(chǎn)模式的經(jīng)濟的產(chǎn)投比；Ii和Io是不同模式的經(jīng)濟投入和經(jīng)濟產(chǎn)出。

本研究使用SPSS20.0作為數(shù)據(jù)統(tǒng)計工具。以t檢驗或卡方檢驗判斷組間差異,P<0.05表示具有統(tǒng)計學意義。

(2)能量分析法

計算所有投入產(chǎn)出物質所蘊藏或消耗的能量，選擇能量產(chǎn)投比、單位產(chǎn)品能量比、單位能量生產(chǎn)率等指標計算不同生產(chǎn)模式的能量效率。計算公式如(2)～(4)所示。

式中:Ee為不同生產(chǎn)模式的能量產(chǎn)投比；Ei為生產(chǎn)過程中投入的各類能量；Eo為不同模式產(chǎn)出能量；Es為不同生產(chǎn)模式單位產(chǎn)品的能量比；Ep為不同生產(chǎn)模式的單位能量生產(chǎn)率；Yi為不同生產(chǎn)模式的經(jīng)濟產(chǎn)量。作物從生產(chǎn)到收獲過程中所涉及到的能量輸入和輸出當量轉換如表3。

表3 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入產(chǎn)出要素能量當量和碳足跡當量Table 3 Energy and carbon footprint equivalent of various agricultural materials

(3)碳足跡評價

農(nóng)作物生產(chǎn)碳足跡為農(nóng)田生產(chǎn)過程中各種農(nóng)資投入(肥料、農(nóng)藥等)的碳排放量之和，因此碳足跡計算公式為(5)～(6)。

式中:C為作物生產(chǎn)碳排放總量；Ci為生產(chǎn)過程中農(nóng)藥、肥料、灌溉、機械等各類農(nóng)資投入所產(chǎn)生的碳排放量；Gi為不同碳源投入量；δi為各碳源排放相關系數(shù)。單位經(jīng)濟產(chǎn)值碳足跡的計算公式為式(6)。

2 結果與分析

2.1 經(jīng)濟效益情況

從表4 可看出，錦屏縣平均每公頃水稻生產(chǎn)的投入是12 225 元，產(chǎn)值是18 720 元，按照當?shù)亟?年稻谷平均價格2.40 元/kg，單位面積稻谷凈利潤是6 495 元/hm2，產(chǎn)投比為1.50，即產(chǎn)出是投入的150%。在所有投入中，機械投入費用最高，占總投入的43.60%，其次是人工投入，占比為24.50%，化肥和種子投入分別占總投入的16%和12.30%。可見，提高機械生產(chǎn)效率、降低人工費用是提高習慣模式水稻生產(chǎn)經(jīng)濟效益的關鍵。在優(yōu)化模式中，由于每公頃增加了450 元納米硒肥成本，但氮磷鉀等宏量肥的減少，肥料總投入反而減少。優(yōu)化模式單位面積成本降低了2.50%，為11 925 元/hm2。根據(jù)梁偉富硒水稻實驗及調查，富硒稻谷的銷售價格為3.80 元/kg，如果農(nóng)戶將稻谷出售給加工廠，則其產(chǎn)出和凈利潤分別是29 640 元/hm2和17 715 元/hm2。與習慣模式相比，優(yōu)化模式凈利潤提高2.73 倍，產(chǎn)投比從習慣模式的1.53 提高到2.49，提高了62.70%。

表4 錦屏縣水稻生產(chǎn)單位面積(hm2)投入產(chǎn)出經(jīng)濟狀況Table 4 Economic situation per unit of paddy production in Jinpin County

通過檢索普通大米和富硒大米的網(wǎng)絡價格發(fā)現(xiàn)，功能型大米的價格是普通大米的2.4～3.3 倍(表5)。以錦屏縣數(shù)據(jù)為參照，如果將貴州水稻生產(chǎn)逐步向綠色功能食品轉型，每公頃生產(chǎn)面積的投入將從12 225 元降到到11 925 元，成本降低2.5%，假定產(chǎn)量不變，稻谷出米率為70%，普通大米和富硒大米均取價格幅度的中間值(11.80 和30.30 元/kg)，稻谷加工成大米后的凈利潤將從52 203 元/hm2提升到152 763 元/hm2，理論上凈利潤將提高2.93 倍(表6)，這同時意味著其產(chǎn)值的能量消耗和碳足跡將降低近3 倍。

表5 普通大米和功能大米價格Table 5 Price of common and functional paddy

表6 普通大米和功能化大米成本利潤分析Table 6 Benefit Analysis of the common and functional paddy

如貴州省66.50 萬hm2水稻生產(chǎn)有30%、50%和80%實現(xiàn)功能性生產(chǎn)，其產(chǎn)值將分別達到330 億、550 億和880 億元，其凈利潤將分別超過300 億、500 億和800 億元。

2.2 能量投入產(chǎn)出情況

從表7 可以看出，習慣模式下水稻生產(chǎn)總能量投入為37 661.8 MJ/hm2，在各種能量投入中，氮、磷、鉀肥分別占總能量投入比的46.20 %，9.4 %和6.30%，三項合計61.90%，其次是機械和柴油投入，分別占總投入的17%和10.8%。總產(chǎn)出為229 676 MJ/hm2，其中籽粒和秸稈分別占總產(chǎn)出的51.3%和48.7%。能量使用效率，即能量產(chǎn)投比為6.10?？紤]到秸稈基本作飼料和還田，沒有直接創(chuàng)造效益，以產(chǎn)出籽粒的能量計算水稻生產(chǎn)經(jīng)濟產(chǎn)出能耗和能量生產(chǎn)效率，分別為4.83 MJ/kg 和0.21 kg/MJ，即每千克籽粒產(chǎn)出需要消耗4.83 MJ 能量，每兆焦能量能生產(chǎn)0.21 kg 籽粒。單位面積水稻生產(chǎn)的凈能量為192 014.30 MJ/hm2。在優(yōu)化模式中，農(nóng)田的納米硒肥僅為45 g，故其能耗忽略不計。但由于化肥投入的減少，故總能量投入減少到31 801.40 MJ/hm2，較習慣模式降低了15.60%。能量利用效率從6.10提升到7.22，提高了18.40%。在產(chǎn)出不變的情況下，經(jīng)濟產(chǎn)出能耗和能量生產(chǎn)效率分別為4.08 MJ/kg和0.25 kg/MJ，前者較習慣模式降低了15.60%，后者提升了18.40%，單位面積凈能量提升了3.10%。

表7 錦屏縣水稻生產(chǎn)單位面積(hm2)能量投入產(chǎn)出及效率分析Table 7 Energy and efficient analysis per unit paddy production in Jinpin County

2.3 碳足跡情況分析

從表8 可以看出，錦屏縣水稻生產(chǎn)農(nóng)民習慣模式下總碳投入是5 536.30 kgCO2eq/hm2，其中，氮、磷和鉀碳足跡分別是1568.70、254.30 和177.90 kgCO2eq/hm2，分別占總碳投入的27.90%，4.50%和3.20%，三者共計35.60%，其次是水稻生產(chǎn)過程中氧化亞氮(N2O)和甲烷(CH4)排放，分別占總排放的16.9%和31.2%，再次是機械和柴油排放，占總排放的6.00%和5.40%。如將籽粒和秸稈中碳折算成碳當量，則總碳產(chǎn)出為17 084 kgCO2eq/hm2，產(chǎn)出投入的碳足跡比為3.09。同樣，考慮到秸稈直接還田或過腹還田，以經(jīng)濟產(chǎn)品即籽粒為單位來計算碳足跡，則單位產(chǎn)品和產(chǎn)值的碳足跡分別是0.71 kgCO2eq/kg 和0.85 kgCO2eq/元，即每生產(chǎn)1 kg 籽粒的碳排放為0.71 kgCO2eq，每創(chuàng)造1 元經(jīng)濟效益的碳排放為0.85 kgCO2eq。在優(yōu)化模式中，由于化肥投入的減少，單位面積的總排放降低到4 966.1 kgCO2eq/hm2，較習慣模式降低了10.30%。經(jīng)濟產(chǎn)品和產(chǎn)值的碳足跡分別為0.64 kgCO2eq/kg 和0.28 kgCO2eq/元，分別比習慣模式降低了10.30% 和67.10%?？梢?，降低化肥投入和功能化生產(chǎn)，能夠大幅度降低產(chǎn)品談足跡。

表8 錦屏縣水稻生產(chǎn)單位面積(hm2)投入產(chǎn)出碳足跡kgCO2eqTable 8 The carbon footprint per unit paddy production in Jinpin county

3 結論與討論

本研究以錦屏縣水稻生產(chǎn)為例，對貴州水稻的經(jīng)濟效益、能量效率和以碳足跡為指數(shù)的生態(tài)效益進行初步估算。結果表明，每公頃水稻生產(chǎn)單位面積的經(jīng)濟效益為6 495 元，其成本主要是機械、人工、化肥和種子的投入。如實現(xiàn)綠色功能化生產(chǎn)，通過減少肥料投入，實現(xiàn)富硒水稻生產(chǎn)和加工，富硒稻谷的經(jīng)濟利潤將增加2.73 倍。加工后的富硒大米，與普通大米相比，凈利潤將從5.20 萬元/hm2提升到15.30 萬元/hm2，增加2.93 倍，其相應經(jīng)濟單位能量投入和碳足跡將降低3 倍。如果貴州66.50 萬hm2水稻生產(chǎn)面積不同程度的功能化，其產(chǎn)值將在300 億～900 億之間，凈利潤將在300 億～800 億之間。習慣模式水稻生產(chǎn)的能量效率為3.13，與上世紀中國水稻生產(chǎn)不同模式相比，能量效率提高了29%～119%。習慣模式的碳足跡為5 632.60 kgCO2eq/hm2，與國內類似研究相比，數(shù)值較高，但單位產(chǎn)品的碳足跡與同類研究接近，如采用優(yōu)化模式，面積和產(chǎn)量碳足跡還有優(yōu)化空間。

劉巽浩曾用能量法對中國南方水稻生產(chǎn)的產(chǎn)出效率進行比較分析，以籽粒能量作為產(chǎn)出與全部人工投入進行比較，低產(chǎn)田與高產(chǎn)田的能量效率在1.43～2.43 之間[18]。錦屏縣數(shù)據(jù)顯示，農(nóng)民習慣模式的能量效率為3.13，這意味著在過去的40 年里，我國水稻生產(chǎn)的能量效率較20 世紀80 年代的高產(chǎn)田提高了28%，較低產(chǎn)田提高了119%，而優(yōu)化模式的能量效率為3.70。Liang 等人對北京玉米和冬小麥—夏玉米的能量效率進行了分析，其數(shù)值分別為2.40 和2.00，表明錦屏縣水稻生產(chǎn)的能量效率較中國北方地區(qū)高[14]。

Xia 等研究顯示，中國水稻生產(chǎn)的碳足跡高達1.80 kgCO2eq/kg，顯著高于日本的0.78 kgCO2eq/kg水平[19]。 陳中督等對長江中下游稻麥生產(chǎn)的碳足跡和氮足跡進行了分析[20]，結果表明，單位面積的水稻生產(chǎn)碳足跡為5 018.50±600.1 kgCO2eq/hm2，其中甲烷占水稻生產(chǎn)總碳排放的60%，其次是肥、藥、柴油、機械等農(nóng)資排放，其中氮肥和柴油所占比重較高。 另外，作者還比較了小、中、大等不同規(guī)模水稻生產(chǎn)的碳足跡排放，排放值在0.53~0.72 kg CO2eq/hm2之間，大中小型規(guī)模生產(chǎn)單位籽粒的碳足跡分別是0.53，0.61 和0.72 kgCO2eq/kg，規(guī)模越大，單位產(chǎn)品的碳足跡越低。 從研究結果來看，錦屏縣習慣模式單位面積的碳足跡較陳中督等人的研究成果略高，但單位產(chǎn)品的碳足跡與小規(guī)模生產(chǎn)基本一致。優(yōu)化模式下，單位面積碳排放與陳中督的研究結果相當，單位產(chǎn)品碳足跡與中等規(guī)模生產(chǎn)接近，但與大規(guī)?；a(chǎn)的0.53 kgCO2eq/kg 有較大差距。與國際水平相比，包括貴州在內的我國水稻生產(chǎn)單位產(chǎn)品碳足跡優(yōu)于印度水稻生產(chǎn)的碳足跡，這主要是由于我國水稻生產(chǎn)產(chǎn)量較高[19]。但與發(fā)達國家還有一定差距[21]。

總之，就能量效率和生態(tài)效益而言，優(yōu)化后有較大綠色低碳發(fā)展空間，而就經(jīng)濟效益而言，農(nóng)民習慣生產(chǎn)模式下，每公頃水稻生產(chǎn)能夠獲利6 450 余元，考慮到當?shù)剞r(nóng)業(yè)務工80～120 元/d，顯然，小規(guī)模的水稻生產(chǎn)不能給農(nóng)民和合作社創(chuàng)造預期的經(jīng)濟效益。但如實現(xiàn)功能化生產(chǎn)和加工，理論上，利潤將提升到90 000～120 000 元/hm2，能吸引較多城鄉(xiāng)勞力、資本進入該領域。因此，常規(guī)糧食生產(chǎn)綠色低碳功能化，為貴州糧食生產(chǎn)高質量發(fā)展提供了新的路徑，也為鄉(xiāng)村振興的產(chǎn)業(yè)興旺夯實了基礎。