不同土地經(jīng)營模式的稻魚共生系統(tǒng)環(huán)境影響評價*

崔文超, 焦雯珺, 閔慶文

(1.中國科學院地理科學與資源研究所 北京 100101; 2.浙江省環(huán)境科技有限公司 杭州 311121)

全球氣候變化已成為21世紀人類共同面臨的重大嚴峻挑戰(zhàn)。中國將提高國家自主貢獻力度, 采取更加有力的政策和措施, 二氧化碳排放力爭于2030年前到達峰值, 努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。截至2021年5月上旬, 全球已有超過130個國家及地區(qū)提出“碳中和”目標。全球低碳綠色轉型已經(jīng)成為世界各國解決環(huán)境問題、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。針對碳排放的環(huán)境影響評價可以為地區(qū)和行業(yè)低碳轉型、實現(xiàn)碳中和目標的路徑與決策提供支持, 因此成為當下研究熱點。

政府間氣候變化專門委員會(IPCC)評估報告顯示, 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和土地利用變化產(chǎn)生碳排放已占到人類活動產(chǎn)生碳排放總量的25%, 影響較大。在全球氣候變化背景下, 水稻(Oryza sativa)已經(jīng)成為農(nóng)作物中溫室氣體排放的典型代表, 而中國水稻產(chǎn)量占世界水稻產(chǎn)量的28.6%, 中國稻田排放的甲烷約占世界總量的29%。農(nóng)業(yè)碳排放是全球碳排放的重要組成部分, 農(nóng)業(yè)的綠色轉型發(fā)展是構建綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟體系的重要基礎, 也是實現(xiàn)碳中和目標需要探索的重要領域。因此, 研究農(nóng)業(yè)碳排放特別是水稻碳排放問題, 對于我國探索農(nóng)業(yè)綠色轉型發(fā)展具有重要意義, 而針對碳排放的環(huán)境影響評價則能夠為減少農(nóng)業(yè)碳排放、促進農(nóng)業(yè)綠色轉型發(fā)展提供重要參考。

稻魚共生系統(tǒng)是我國亞熱帶山區(qū)勞動人民在長期稻作栽培經(jīng)驗中形成的, 是我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的典型代表。稻魚共生系統(tǒng)利用水稻與魚之間的生態(tài)互惠效應, 不僅收獲了水稻與魚, 實現(xiàn)了穩(wěn)糧提質(zhì)增收的經(jīng)濟功能, 而且還具有土壤改良、溫室氣體減排、病蟲害防控等多種生態(tài)功能。2005年, 位于浙江省的青田稻魚共生系統(tǒng)被聯(lián)合國糧農(nóng)組織認定為首批全球重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)。2013年,被中國農(nóng)業(yè)部(現(xiàn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部)認定為第一批中國重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)。

稻魚共生系統(tǒng)在溫室氣體減排方面的作用, 對于應對氣候變化、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色轉型發(fā)展具有重要意義, 為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)碳中和提供了一個有效的解決方案。然而, 在快速工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的沖擊下, 稻魚共生系統(tǒng)面臨土地拋荒、勞動力大量外流等諸多威脅和挑戰(zhàn)。為了應對這些威脅與挑戰(zhàn), 不同地區(qū)采取了不同的發(fā)展策略, 進而形成了不同的土地經(jīng)營模式, 這使得稻魚共生系統(tǒng)的環(huán)境影響變化面臨極大的不確定性。不同發(fā)展策略下的不同土地經(jīng)營模式對稻魚共生系統(tǒng)的溫室氣體減排能力會產(chǎn)生怎樣的影響？稻魚共生系統(tǒng)的環(huán)境影響會發(fā)生怎樣的變化？是否會影響其綠色可持續(xù)發(fā)展？這些都是值得關注的問題。

本研究以我國第一個全球重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)——青田稻魚共生系統(tǒng)為研究對象, 選擇土地經(jīng)營模式不同的遺產(chǎn)地核心區(qū)方山鄉(xiāng)龍現(xiàn)村、輻射區(qū)仁莊鎮(zhèn)新彭村和小舟山鄉(xiāng)小舟山村為研究區(qū), 開展不同土地經(jīng)營模式下的稻魚共生系統(tǒng)環(huán)境影響評價。研究利用全生命周期法對不同土地經(jīng)營模式的稻魚共生系統(tǒng)碳足跡進行了核算, 揭示了不同土地經(jīng)營模式對稻魚共生系統(tǒng)溫室氣體減排能力的影響, 為利用稻魚共生系統(tǒng)實現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色轉型發(fā)展策略的制定提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

青田縣位于浙江省東南部, 甌江流域中下游, 屬亞熱帶季風氣候,年均日照時間1664 h,年降水量達1698 mm,年均溫度18.6 ℃。良好的自然條件為稻田養(yǎng)魚提供了天然優(yōu)勢。這種傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式在當?shù)匾延?300多年的歷史并傳承至今。稻田養(yǎng)魚即稻魚共生, 通過利用水稻與田魚間的共生互惠關系, 既使水稻豐產(chǎn)、田魚豐收, 又保護了農(nóng)田生態(tài)環(huán)境和生物多樣性, 實現(xiàn)了經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益的統(tǒng)一。鑒于其悠久的歷史和顯著的生態(tài)經(jīng)濟效益, 聯(lián)合國糧農(nóng)組織于2005年將青田稻魚共生系統(tǒng)認定為首批全球重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)。遺產(chǎn)地范圍劃定為青田縣東南部的方山鄉(xiāng), 仁莊鎮(zhèn)、小舟山鄉(xiāng)等其他進行稻田養(yǎng)魚的鄉(xiāng)鎮(zhèn)被劃定為輻射區(qū)域。

青田縣是著名的華僑之鄉(xiāng)。自清朝以來, 青田人就將海外移民作為緩解人地矛盾和減輕貧困壓力的一種途徑。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展, 青田縣海外移民的規(guī)模不斷擴大, 在省內(nèi)、省外務工的勞動力人數(shù)也在增加, 從而導致青壯年勞動力銳減, 土地拋荒現(xiàn)象日益嚴重, 影響了青田稻魚共生系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。為了促進青田稻魚共生系統(tǒng)的保護與傳承,青田縣在全國率先建立起每年300萬元的農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)保護基金, 重點在核心區(qū)方山鄉(xiāng)實施種糧大戶補貼政策和稻魚共生生態(tài)補貼政策。同時, 在輻射區(qū)其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)積極推動不同的稻魚共生發(fā)展模式。例如, 為仁莊鎮(zhèn)新彭村提供現(xiàn)代技術支持, 通過擴大田魚養(yǎng)殖規(guī)模, 以提高稻魚共生系統(tǒng)的經(jīng)濟產(chǎn)出; 利用小舟山鄉(xiāng)小舟山村的梯田景觀等特色旅游資源, 大力發(fā)展觀光旅游, 以促進農(nóng)旅融合發(fā)展。這一系列政策與措施的實行在青田稻魚共生系統(tǒng)的保護與發(fā)展中均發(fā)揮了重要作用。

本研究選取位于核心區(qū)的龍現(xiàn)村、位于輻射區(qū)的新彭村和小舟山村為研究區(qū)。龍現(xiàn)村由于位于核心區(qū), 得到大量資金和政策的支持, 其發(fā)展策略以遺產(chǎn)保護為核心, 在保護的前提下探索適度利用與發(fā)展。新彭村和小舟山村由于位于輻射區(qū), 與龍現(xiàn)村采取的發(fā)展策略完全不同, 形成了不同的土地經(jīng)營模式。新彭村以現(xiàn)代科技為支撐, 突出田魚養(yǎng)殖的重要性, 田魚養(yǎng)殖密度和規(guī)模不斷增加, 目標是“百斤魚千斤稻萬元錢”。小舟山村擁有大面積的連片梯田, 具備打造特色農(nóng)業(yè)景觀、發(fā)展農(nóng)旅融合的資源優(yōu)勢, 水稻種植的重要性得到強化, 并在相關政策的支持下開展綠色有機生產(chǎn)。盡管3個區(qū)域面臨相似的威脅與挑戰(zhàn), 但是采取的是不同的稻魚共生發(fā)展策略, 形成了不同的土地經(jīng)營模式(表1)。

表1 青田稻魚共生系統(tǒng)不同區(qū)域的不同土地經(jīng)營模式及其特點Table 1 Land management models and their characteristics in different areas of Qingtian Rice-Fish Culture System

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

碳足跡是對某一活動引起的或某一產(chǎn)品生命周期內(nèi)積累的直接和間接的溫室氣體排放總量, 以CO排放當量(CO-eq)表示。本研究構建基于生命周期評價法的碳足跡模型, 對青田稻魚共生系統(tǒng)不同土地經(jīng)營模式下環(huán)境影響差異進行評價(圖1)。

圖1 青田稻魚共生系統(tǒng)不同土地經(jīng)營模式的碳足跡核算框架Fig.1 Accounting framework of carbon footprints of different land management models in Qingtian Rice-Fish Culture System

在空間邊界上, 稻魚共生系統(tǒng)碳足跡模型關注發(fā)生在稻田范圍內(nèi)的與碳排放相關的過程。在時間邊界上, 當?shù)剞r(nóng)戶大都在立春后開始整地, 加施底肥,以此為起點, 插秧、放魚苗后, 經(jīng)歷大約5個月的田間管理過程, 包括日?；省⑥r(nóng)藥、飼料的投入, 秋分前后農(nóng)戶收獲田魚, 直到10月下旬, 農(nóng)戶在稻田里收割打谷, 以此為終點。收割后的秸稈多被當?shù)剞r(nóng)戶移出稻田, 用作種植其他作物或蔬菜的肥料, 故不在本研究范圍之內(nèi)。隨著農(nóng)業(yè)機械的推廣和經(jīng)營規(guī)模的擴大, 農(nóng)戶會使用機械完成整地及稻谷的收割,汽油、柴油的使用也是需要考慮的一部分。

2.1.1 農(nóng)資投入溫室氣體排放量計算

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料投入產(chǎn)生的溫室氣體排放量計算公式為:

式中: CF是農(nóng)資投入產(chǎn)生的溫室氣體排放量[kg(CO-eq)·hm], n為生產(chǎn)資料投入的種類, δ表示第i種生產(chǎn)資料的投入量(kg·hm), m表示第i種生產(chǎn)資料的溫室氣體排放因子[kg(CO-eq)·kg]。

當?shù)剞r(nóng)民在稻田中投放的飼料既有成品飼料,也有小麥、玉米、米糠、稻谷、油菜餅等農(nóng)家飼料,施用的化肥以氮肥、復合肥為主, 耕地、收割、打谷過程中使用機器以消耗汽油為主。因此, 對于稻魚共生系統(tǒng), 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料投入主要考慮了氮肥、復合肥、農(nóng)藥、小麥飼料、玉米飼料、油菜餅飼料、成品飼料和汽油8種。由于有機肥難以進行相關排放因子的量化, 故在本研究中暫未考慮。

油菜餅主要由油菜籽榨油后的廢棄物經(jīng)過加工、發(fā)酵形成, 其蛋白質(zhì)含量達35%～38%, 是優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)飼料來源之一, 被廣泛用作家畜家禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖的飼料成分, 但目前缺乏針對油菜餅生產(chǎn)碳足跡的研究。所以本研究以油菜單位產(chǎn)量碳足跡近似作為油菜餅的碳排放因子。陳中督等運用生命周期法較為全面地對2004-2015年長江中下游地區(qū)冬油菜(Brassica napus)單位產(chǎn)量、單位面積生產(chǎn)碳足跡進行了定量分析。根據(jù)該研究結果, 本研究選取浙江省油菜年均單位產(chǎn)量碳足跡1.33 kg(CO-eq)·kg作為油菜餅的溫室氣體排放因子。

水產(chǎn)顆粒飼料生產(chǎn)電耗約為45～50 kWh·t, 能耗水平為0.14 t (標準煤)·(10￥), 消耗1 kg標準煤排放2.493 kg CO。2018年我國水產(chǎn)飼料產(chǎn)量為2211萬t, 產(chǎn)值647.1億元, 折合電耗約為10.5億kWh,折合標準煤約為91萬t, 折合CO為226.863萬t, 由此可以得到水產(chǎn)飼料溫室氣體排放因子為0.103 kg(CO-eq)·kg。

其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料投入的溫室氣體排放因子見表2。

表2 稻魚共生系統(tǒng)的各項農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的溫室氣體排放因子Table 2 Greenhouse gas emission factors of various agricultural production inputs of the rice-fish culture system

2.1.2 生產(chǎn)過程溫室氣體排放量計算

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程溫室氣體排放量計算公式為:

式中: CF是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程溫室氣體排放量[kg(CO-eq)·hm], C F是稻田積累的NO的CO排放當量[kg(CO-eq)·hm], C F是稻田積累的CH的CO排放當量[kg(CO-eq)·hm]。

IPCC報告顯示, NO是影響全球氣候的主要溫室氣體之一, 單位質(zhì)量的NO的全球增溫趨勢是CO的265倍。本研究僅考慮了由于施用氮肥造成的NO排放, 其他原因造成的NO排放暫未考慮。因此, 稻田積累的NO的CO排放當量的計算公式可表示為:

袁偉玲等在2006-2007年進行了連續(xù)兩年的對照試驗, 研究表明稻魚共生能有效抑制稻田CH排放并顯著降低其溫室效應。根據(jù)該研究結論, 本研究選取2年試驗結果的平均值作為稻田積累的CH的CO排放當量, 稻魚共生系統(tǒng)為4024.5 kg(CO-eq)·hm。

2.1.3 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳足跡計算

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳足跡計算公式可表示為:

式中: CF為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳足跡[kg(CO-eq)·hm],CF為農(nóng)資投入溫室氣體排放量[kg(CO-eq)·hm],CF為生產(chǎn)過程溫室氣體排放量[kg(CO-eq)·hm]。

2.1.4 單位產(chǎn)值碳足跡計算

本研究從經(jīng)濟價值的角度, 對稻魚共生系統(tǒng)單位產(chǎn)值碳足跡進行了計算, 從而對經(jīng)濟效益和環(huán)境效益進行綜合評價, 計算公式可表示為:

式中: CF為單位產(chǎn)值碳足跡[kg(CO-eq)· ￥],CF為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳足跡[kg(CO-eq)·hm], P為單位面積的農(nóng)業(yè)產(chǎn)值(￥·hm)。

2.2 數(shù)據(jù)來源

2019年7月和2020年8月, 研究團隊通過農(nóng)戶問卷調(diào)查、關鍵人物訪談、部門座談等方式, 在浙江省青田縣方山鄉(xiāng)龍現(xiàn)村、仁莊鎮(zhèn)新彭村、小舟山鄉(xiāng)小舟山村開展實地調(diào)研。

農(nóng)戶問卷調(diào)查以2018年3-10月稻魚生長周期為時間邊界, 涉及到農(nóng)戶基本信息、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入與產(chǎn)出情況等多個方面, 用于收集水稻種植面積、田魚養(yǎng)殖規(guī)模、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料投入、水稻和田魚產(chǎn)量及產(chǎn)值等數(shù)據(jù)。在龍現(xiàn)村共調(diào)研農(nóng)戶35戶, 其中有33戶進行稻田養(yǎng)魚; 調(diào)研水稻種植面積13.5 hm, 其中稻田養(yǎng)魚面積為11.2 hm。新彭村共調(diào)研農(nóng)戶23戶, 其中有21戶從事稻田養(yǎng)魚; 調(diào)研水稻種植面積8.13 hm, 其中稻田養(yǎng)魚面積為6.23 hm。小舟山村共調(diào)研農(nóng)戶21戶, 其中有19戶農(nóng)戶從事稻田養(yǎng)魚; 水稻種植面積22.13 hm, 其中稻田養(yǎng)魚面積為22.07 hm。調(diào)研最大程度上覆蓋了研究區(qū)從事稻魚共生的農(nóng)戶, 調(diào)研農(nóng)戶數(shù)量均占當?shù)貜氖罗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)農(nóng)戶數(shù)量的85%以上, 調(diào)研水稻種植面積均占當?shù)厮痉N植總面積的70%以上。

研究團隊對鄉(xiāng)鎮(zhèn)干部、村干部、技術人員、種植大戶、示范基地負責人等10余人進行了關鍵人物訪談, 詳細了解與稻魚共生相關的種植制度、操作流程、技術要點以及對稻魚共生面臨的威脅與挑戰(zhàn)的看法; 對縣農(nóng)業(yè)局、農(nóng)技站等部門進行走訪并開展座談, 收集研究區(qū)近5年政府工作報告、村項目統(tǒng)計、稻魚共生補貼標準、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展等相關資料。

3 結果與分析

3.1 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料投入分析

對2018年不同區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料投入情況進行了統(tǒng)計分析, 結果如表3所示。從表3可以看出, 在未考慮施用有機肥的情況下, 新彭村和小舟山村氮肥和復合肥的施用量均低于龍現(xiàn)村, 其中小舟山村施用量最低, 其氮肥和復合肥施用量僅為龍現(xiàn)村的14.0%和56.4%。小舟山村肥料施用量較低, 主要是因為小舟山村在大力推廣綠色和有機生產(chǎn); 而新彭村肥料施用量較低, 則與飼料投入量較高有關。研究表明, 在稻魚共生系統(tǒng)中, 水稻會利用飼料中未被田魚利用的氮。從表3可以看出, 新彭村不僅使用小麥、玉米、油菜籽等農(nóng)家飼料, 還大量使用成品飼料。大量的飼料氮為水稻提供了營養(yǎng), 從而在一定程度上減少了化肥的施用量。從化肥施用比例來看, 3個區(qū)域中復合肥的施用量均高于氮肥, 其中小舟山村二者施用比例差異最大, 復合肥施用量是氮肥的13.8倍。

表3 不同區(qū)域青田稻魚共生系統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料投入情況Table 3 Agricultural production inputs in different areas of Qingtian Rice-Fish Culture System kg·hm-2

在飼料投入中, 小麥飼料在3個區(qū)域的使用最為普遍, 小麥飼料小舟山村使用量最高, 玉米飼料僅在龍現(xiàn)村和新彭村使用, 龍現(xiàn)村玉米飼料使用量是新彭村的5.1倍。油菜餅因其在充當飼料的同時具有殺蟲功效, 新彭村和小舟山村農(nóng)戶傾向于使用油菜餅作為稻魚系統(tǒng)的重要飼料, 新彭村使用量最高。成品飼料優(yōu)點在于營養(yǎng)成分豐富均衡、有效促進魚的生產(chǎn)等, 成為新彭村農(nóng)戶稻魚生產(chǎn)過程中主要使用的飼料。在新彭村調(diào)查的21戶稻田養(yǎng)魚農(nóng)戶中有19戶使用成品飼料, 使用量為2259.4 kg·hm。

除了大量使用油菜餅和成品飼料, 新彭村農(nóng)戶的農(nóng)藥和汽油使用量也明顯高于龍現(xiàn)村和小舟山村。在新彭村調(diào)查的21戶稻田養(yǎng)魚農(nóng)戶中僅有1戶不用農(nóng)藥, 農(nóng)藥投入量是龍現(xiàn)村的19.8倍。汽油使用量達89.3 kg·hm, 是龍現(xiàn)村的2.1倍。不難看出, 在新彭村以擴大田魚養(yǎng)殖為重點的土地經(jīng)營模式中, 盡管飼料的大量投入在一定程度上減少了化肥的投入,但是其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的投入都不可避免地增加。

3.2 農(nóng)資投入溫室氣體排放分析

利用公式(1)計算得到2018年不同區(qū)域稻魚共生系統(tǒng)農(nóng)資投入溫室氣體排放量(表4)。從表4可以看出, 新彭村稻魚共生系統(tǒng)農(nóng)資投入溫室氣體排放量為3761.0 kg(CO-eq)·hm, 高于龍現(xiàn)村[2058.9 kg(CO-eq)·hm], 甚至為小舟山村[1695.4 kg(CO-eq)·hm]的2.2倍。具體而言, 化肥投入溫室氣體排放中, 龍現(xiàn)村最高[1394.4 kg(CO-eq)·hm], 其次為新彭村, 小舟山村最低, 僅為龍現(xiàn)村的48.0%。農(nóng)藥、飼料、汽油投入溫室氣體排放中, 新彭村均明顯高于龍現(xiàn)村和小舟山村, 龍現(xiàn)村均為最低。其中, 新彭村飼料投入溫室氣體排放量達到1357.9 kg(CO-eq)·hm, 是龍現(xiàn)村的2.2倍。這與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料投入分析結果是一致的。

表4 不同區(qū)域青田稻魚共生系統(tǒng)農(nóng)資投入溫室氣體排放量Table 4 Greenhouse gases emissions from agricultural production inputs in different areas of Qingtian Rice-Fish Culture System

對農(nóng)資投入溫室氣體排放各部分組成的分析表明, 化肥投入溫室氣體排放在農(nóng)資投入溫室氣體排放中所占比例最高, 在3個區(qū)域中均超過30%, 龍現(xiàn)村最高, 為67.7%。農(nóng)藥投入溫室氣體排放在新彭村不僅絕對值最高, 而且占比也最高, 為22.7%, 龍現(xiàn)村和小舟山村則分別為2.1%和11.7%。相比之下, 飼料投入溫室氣體排放雖然在新彭村的絕對值最高,但占比卻為36.1%, 而小舟山達39.0%。其中, 油菜餅飼料投入溫室氣體排放在新彭村和小舟山村占比均超過20%, 小麥飼料投入溫室氣體排放在龍現(xiàn)村和小舟山村占比均超過10%, 玉米飼料投入溫室氣體排放在龍現(xiàn)村占比超過10%。汽油投入溫室氣體排放在3村中占比均未超過10%。

3.3 生產(chǎn)過程溫室氣體排放分析

利用公式(2)和(3)計算得到2018年不同區(qū)域稻魚共生系統(tǒng)生產(chǎn)過程溫室氣體排放量(表5)。盡管龍現(xiàn)村稻魚共生系統(tǒng)生產(chǎn)過程溫室氣體排放量最高, 但與新彭村和小舟山村的差別不大。龍現(xiàn)村稻魚共生系統(tǒng)生產(chǎn)過程溫室氣體排放量較高的原因主要是NO的CO排放當量較高, NO的排放主要是由施用氮肥造成, 這與龍現(xiàn)村稻魚共生系統(tǒng)較高的化肥投入量密切相關。因缺乏有效、準確的CH的CO排放當量實地試驗數(shù)據(jù), 所以本研究參考袁偉玲等的試驗結果, 默認3個區(qū)域CH排放量均為4024.5 kg(CO-eq)·hm。從構成來看, CH排放量是生產(chǎn)過程溫室氣體排放量的主要部分, 在龍現(xiàn)村、新彭村和小舟山村中分別占比95.6%、96.6%和98.6%;而NO的CO排放當量占比較小, 其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程溫室氣體排放影響較小。

表5 不同區(qū)域青田稻魚共生系統(tǒng)的溫室氣體排放量及碳足跡Table 5 Greenhouse gases emissions and carbon footprints in different areas of Qingtian Rice-Fish Culture System

3.4 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳足跡分析

由公式(4)計算得到不同區(qū)域稻魚共生系統(tǒng)碳足跡。從表5可以看出, 龍現(xiàn)村、新彭村和小舟山村稻魚共生系統(tǒng)碳足跡分別為6266.7 kg(CO-eq)·hm、7928.6 kg(CO-eq)·hm和5779.1 kg(CO-eq)·hm。由于生產(chǎn)過程溫室氣體排放量的差異并不大, 農(nóng)資投入溫室氣體排放是不同區(qū)域稻魚共生系統(tǒng)碳足跡差異的主要原因。

從圖2可以看出, CH的排放量在3個區(qū)域稻魚共生系統(tǒng)碳足跡中占比最高, 均超過50%。復合肥投入產(chǎn)生的溫室氣體是僅次于CH的第二大溫室氣體排放來源, 在3個區(qū)域稻魚共生系統(tǒng)碳足跡占比均超過10%。除此之外, 龍現(xiàn)村其他各項所占比例較為平均, 均在5%以下。農(nóng)藥和油菜餅飼料投入產(chǎn)生的溫室氣體排放是新彭村稻魚共生系統(tǒng)碳足跡的重要組成。油菜餅飼料投入產(chǎn)生的溫室氣體排放在小舟山村稻魚共生系統(tǒng)碳足跡中占比超過5%, 其余各項占比均未超過5%。

圖2 不同區(qū)域青田稻魚共生系統(tǒng)碳足跡組成Fig.2 Composition of carbon footprints in different areas of Qingtian Rice-Fish Culture System

3.5 單位產(chǎn)值碳足跡分析

2018年3個區(qū)域的水稻及田魚價格并無明顯差異, 按照水稻3.0 ￥·kg、田魚100.0 ￥·kg計算, 得到3個區(qū)域稻魚共生系統(tǒng)的單位產(chǎn)值(表6)。新彭村水稻產(chǎn)量為7241.6 kg·hm, 略高于龍現(xiàn)村, 比小舟山村高46.2%。新彭村田魚產(chǎn)量高達1237.6 kg·hm, 是龍現(xiàn)村和小舟山村的3.9倍和6.6倍。當?shù)靥雉~的高經(jīng)濟價值提高了稻魚共生系統(tǒng)的總產(chǎn)值, 而新彭村在田魚產(chǎn)量上的優(yōu)勢將3個區(qū)域產(chǎn)值差距進一步拉大。最終, 新彭村稻魚共生系統(tǒng)單位產(chǎn)值為145 484.8 ￥·hm,是龍現(xiàn)村和小舟山村的2.8倍和4.3倍。

表6 不同區(qū)域青田稻魚共生系統(tǒng)產(chǎn)量、產(chǎn)值及單位產(chǎn)值碳足跡Table 6 Yields, output values and carbon footprints per unit output in different areas of Qingtian Rice-Fish Culture System

結合碳足跡和單位面積產(chǎn)值, 利用公式(5)計算得到2018年不同區(qū)域稻魚共生系統(tǒng)單位產(chǎn)值碳足跡。從表6可以看出, 龍現(xiàn)村、新彭村和小舟山村稻魚共生系統(tǒng)單位產(chǎn)值碳足跡分別為0.12 kg(CO-eq)· ￥、0.05 kg(CO-eq)· ￥和0.17 kg(CO-eq)· ￥。這表明,新彭村稻魚共生系統(tǒng)獲得單位產(chǎn)值要比龍現(xiàn)村和小舟山村少排放0.07 kg CO-eq和0.12 kg CO-eq。盡管新彭村稻魚共生系統(tǒng)碳足跡及其環(huán)境影響高于龍現(xiàn)村和小舟山村, 但是單位面積產(chǎn)值遠遠高于龍現(xiàn)村和小舟山村, 使得其獲得單位產(chǎn)值的環(huán)境影響小于龍現(xiàn)村和小舟山村。

4 討論

4.1 龍現(xiàn)村: 遺產(chǎn)保護需要經(jīng)濟與環(huán)境效益雙贏

龍現(xiàn)村位于遺產(chǎn)保護的核心區(qū), 其土地經(jīng)營模式以維持傳統(tǒng)生產(chǎn)為重點。然而, 近年來受青壯年勞動力流失、土地拋荒、白鷺捕食田魚造成減產(chǎn)等的影響, 龍現(xiàn)村稻魚共生系統(tǒng)的保護與傳承面臨巨大挑戰(zhàn)。為此, 青田縣自2015年以來采取種植大戶補貼政策, 并從2018年開始在龍現(xiàn)村實施稻魚共生生態(tài)補貼政策。受此影響, 龍現(xiàn)村不少農(nóng)戶通過土地流轉和土地復墾開展適度規(guī)模經(jīng)營, 全村稻魚共生面積有所增加。研究表明, 適度規(guī)模經(jīng)營不僅能夠解決土地拋荒問題, 而且兼具經(jīng)濟效益和環(huán)境效益, 促進了稻魚共生系統(tǒng)的保護傳承與綠色發(fā)展。

然而, 與新彭村相比, 龍現(xiàn)村稻魚共生系統(tǒng)的經(jīng)濟效益仍然較低, 主要受田魚產(chǎn)量較低的影響。由于位于遺產(chǎn)保護核心區(qū), 龍現(xiàn)村的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較高, 在此棲息的白鷺數(shù)量連年增加, 對田魚的捕食也不斷增加, 造成田魚產(chǎn)量下降、農(nóng)戶收益受損。由于產(chǎn)出預期明顯低于可接受范圍, 農(nóng)戶不得不減少投入甚至不投入以此來減少損失, 又進一步加劇了田魚產(chǎn)量的下降。除了對經(jīng)濟產(chǎn)出造成影響, 田魚產(chǎn)量減少也導致稻魚共生系統(tǒng)的生態(tài)互惠機制受到干擾, 使得農(nóng)戶不得不增加肥料投入以促進水稻生長。這是因為田魚數(shù)量的減少導致飼料投入減少、魚的排泄物減少, 而研究表明飼料和排泄物中的氮對于水稻生長具有重要作用。這在一定程度上也解釋了本研究中龍現(xiàn)村的肥料投入顯著高于新彭村和小舟山村的原因。田魚產(chǎn)量下降導致單位產(chǎn)值減少, 而肥料投入增加又導致碳足跡增加, 這使得龍現(xiàn)村稻魚共生系統(tǒng)單位產(chǎn)值碳足跡較高, 說明其獲得單位產(chǎn)值的環(huán)境影響較大。

龍現(xiàn)村稻魚共生系統(tǒng)的維系在一定程度上受到補貼政策的影響, 但是因經(jīng)濟效益不穩(wěn)定, 這種輸血型的保護方式并不利于長久的可持續(xù)發(fā)展。參照新彭村的經(jīng)驗, 適度增加田魚的養(yǎng)殖規(guī)模, 對于提升經(jīng)濟產(chǎn)出是具有顯著作用的。與此同時, 一定規(guī)模的田魚數(shù)量也有助于維護水稻與田魚的生態(tài)互惠機制,從而促進稻魚共生系統(tǒng)的保護傳承與綠色發(fā)展。另一方面, 現(xiàn)行補貼政策也應不斷優(yōu)化調(diào)整, 向能夠推動低碳綠色生產(chǎn)的相關方面傾斜, 如鼓勵和推進農(nóng)戶開展綠色和有機生產(chǎn), 通過提升產(chǎn)品價值實現(xiàn)經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的雙贏。

4.2 新彭村: 尋找經(jīng)濟產(chǎn)出與環(huán)境風險的平衡點

新彭村位于輻射區(qū)仁莊鎮(zhèn), 這里有大面積平坦的稻田且交通便利, 成為青田稻魚共生系統(tǒng)技術創(chuàng)新的主戰(zhàn)場。這里有青田縣與浙江大學、上海海洋大學等高校、科研院所合作建立的研究基地及示范基地, 致力于建立稻魚共生高效生態(tài)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式, 目標是“一畝田、百斤魚、千斤稻、萬元錢”。依托技術優(yōu)勢, 新彭村增加田魚養(yǎng)殖密度和規(guī)模, 這使得田魚產(chǎn)量顯著增加。由于田魚的經(jīng)濟價值較高,新彭村稻魚共生系統(tǒng)的產(chǎn)值遠高于其他兩個村, 促進了當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展和農(nóng)民增收。

有研究指出, 稻魚共生系統(tǒng)中傳統(tǒng)知識與現(xiàn)代技術的有機融合是對現(xiàn)代化的最好適應。然而, 新彭村以擴大田魚養(yǎng)殖為重點土地經(jīng)營模式, 實際上是一種高投入高產(chǎn)出模式, 這就意味著農(nóng)資投入的增加是不可避免的。研究結果顯示, 除了肥料投入,新彭村的飼料投入、農(nóng)藥投入、燃料投入均高于其他兩個村。特別是飼料投入, 新彭村對小麥飼料和玉米飼料的使用量較低, 但是大量使用油菜籽飼料和成品飼料。雖然未被田魚食用的飼料在一定程度上會為水稻提供養(yǎng)料, 減少了肥料的投入, 但這也增加了水環(huán)境污染風險。研究表明, 當田魚產(chǎn)量過高時, 稻田水體總氮和總磷的濃度會顯著增加, 產(chǎn)生面源污染的風險增大。另一方面, 雖然田魚養(yǎng)殖規(guī)模大幅度增加, 產(chǎn)量相當于龍現(xiàn)村的4倍, 但是新彭村水稻產(chǎn)量卻并沒有顯著增加, 僅略高于龍現(xiàn)村。究其原因, 可能是田塊中聚集過多田魚, 造成水中含氧量降低, 從而并不利于水稻與田魚的生態(tài)互惠作用。

由于新彭村農(nóng)資投入顯著增加, 使得農(nóng)資投入溫室氣體排放量顯著增加, 并最終導致稻魚共生系統(tǒng)的碳足跡較高。雖然由于較高的經(jīng)濟產(chǎn)出, 新彭村稻魚共生系統(tǒng)的單位產(chǎn)值碳足跡明顯低于其他兩個村, 但是并不能忽視由于高投入所帶來的環(huán)境風險。因此, 新彭村稻魚共生系統(tǒng)要實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展, 就必須尋找到經(jīng)濟產(chǎn)出與環(huán)境風險的平衡點。一方面, 不能為了增加經(jīng)濟產(chǎn)出而一味地增加田魚養(yǎng)殖規(guī)模, 必須考慮田魚養(yǎng)殖規(guī)模增加所產(chǎn)生的環(huán)境影響, 科學合理地確定田魚養(yǎng)殖規(guī)模; 另一方面,需加大對農(nóng)民的技術培訓, 通過培訓對其投喂飼料、施用農(nóng)藥等行為進行引導, 增強其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境影響的認識, 促進其生產(chǎn)管理綠色化、低碳化。

4.3 小舟山村: 穩(wěn)定的經(jīng)濟效益是綠色發(fā)展的前提

小舟山村位于輻射區(qū)小舟山鄉(xiāng), 這里有規(guī)模宏大、氣勢磅礴的梯田, 從山腳到山頂有500多級, 是浙南地區(qū)現(xiàn)存較好的梯田之一。由于海拔較高、交通不便等原因, 小舟山村面臨著比龍現(xiàn)村、新彭村更為嚴重的勞動力流失和土地拋荒問題。為此, 小舟山村選擇旅游作為鄉(xiāng)村振興的途徑。自2012年開始, 小舟山村著力打造梯田景觀, 春季的油菜花田,夏季的稻田種植圖案, 吸引了大量游客和攝影愛好者。在此基礎上, 小舟山村又開發(fā)了登山步道、特色民宿等。2014年小舟山村共接待游客8萬人次,旅游收入160萬元; 2019年, 游客數(shù)量增加至18萬人次, 旅游收入480萬元。

小舟山村旅游吸引力的關鍵在于梯田的可持續(xù)利用。在縣政府的支持下, 小舟山村成立了農(nóng)業(yè)專業(yè)合作社, 通過土地流轉對拋荒梯田進行復墾, 開展綠色和有機稻魚生產(chǎn)。由于倡導綠色和有機生產(chǎn),小舟山村稻魚共生系統(tǒng)的農(nóng)資投入顯著低于新彭村和龍現(xiàn)村。研究表明, 小舟山村稻魚共生系統(tǒng)農(nóng)資投入溫室氣體排放量少于新彭村和龍現(xiàn)村, 稻魚共生系統(tǒng)碳足跡也小于新彭村和龍現(xiàn)村。這說明綠色和有機生產(chǎn)有效降低了小舟山村稻魚共生系統(tǒng)的環(huán)境影響。

然而, 在以發(fā)展梯田旅游為重點的土地經(jīng)營模式中, 農(nóng)民更加重視水稻的種植, 田魚的地位被弱化。這無疑是一種重大損失, 因為小舟山的田魚特別有名。研究表明, 田魚具有很高的遺傳多樣性, 呈現(xiàn)出不同體色的表型, 而小舟山的田魚以紅色體色為主,占到當?shù)胤N群的90%。另一方面, 小舟山村的梯田海拔高、坡度大, 田間管理更加不易, 因而農(nóng)民對白鷺捕食田魚更加束手無措。在這兩方面原因的作用下, 盡管小舟山村稻魚共生系統(tǒng)的飼料投入量與龍現(xiàn)村相差無幾, 但是田魚產(chǎn)量卻遠遠低于龍現(xiàn)村, 產(chǎn)值自然也較低。同時, 小舟山村的綠色和有機生產(chǎn)尚處于轉換期, 收獲的稻谷主要靠政府收購, 這使得水稻的產(chǎn)值也較低。由于水稻和田魚的經(jīng)濟產(chǎn)出都處于低水平, 小舟山村稻魚共生系統(tǒng)的單位產(chǎn)值碳足跡高于新彭村和龍現(xiàn)村, 說明其獲得單位產(chǎn)值的環(huán)境影響最大。

發(fā)展梯田旅游是對稻魚共生系統(tǒng)保護與發(fā)展的有益創(chuàng)新, 特別是在傳統(tǒng)農(nóng)家樂餐飲旅游正在不斷失去吸引力的情況下。盡管如此, 不能忽視的是目前該土地經(jīng)營模式處于一種低投入低產(chǎn)出狀態(tài)。雖然有政府的政策與資金扶持, 但是從長遠來看, 其可持續(xù)性仍讓人擔憂。需要強調(diào)的是, 農(nóng)旅融合發(fā)展是建立在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎上的, 沒有農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展, 旅游便失去了吸引力。而農(nóng)業(yè)的綠色發(fā)展也不僅僅強調(diào)降低環(huán)境影響, 更需要穩(wěn)定的經(jīng)濟效益作為支撐。

5 結論

本研究利用基于生命周期評價的碳足跡模型對青田稻魚共生系統(tǒng)環(huán)境影響進行了評價, 揭示了不同發(fā)展策略下不同土地經(jīng)營模式在經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的顯著差異。在小舟山村以發(fā)展梯田旅游為重點的土地經(jīng)營模式中, 稻魚共生系統(tǒng)的碳足跡僅為5779.1 kg(CO-eq)·hm, 然而其單位產(chǎn)值碳足跡卻高達0.17 kg(CO-eq)· ￥。雖然小舟山村稻魚共生系統(tǒng)在碳減排方面最具優(yōu)勢, 但其較低的經(jīng)濟效益并不利于長久的可持續(xù)發(fā)展。在新彭村以擴大田魚養(yǎng)殖為重點的土地經(jīng)營模式中, 稻魚共生系統(tǒng)的經(jīng)濟效益十分顯著, 單位產(chǎn)值碳足跡僅為0.05 kg(CO-eq)· ￥,然而伴隨高產(chǎn)出的是較高的農(nóng)資投入, 使得其碳足跡高達7928.6 kg(CO-eq)·hm, 面臨著環(huán)境風險的增加。新彭村稻魚共生系統(tǒng)要實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展, 必須找到經(jīng)濟產(chǎn)出與環(huán)境風險的平衡點。在龍現(xiàn)村以維持傳統(tǒng)生產(chǎn)為重點的土地經(jīng)營模式中, 稻魚共生系統(tǒng)的碳足跡為6266.7 kg(CO-eq)·hm, 單位產(chǎn)值碳足跡為0.12 kg(CO-eq)· ￥。在政府的政策與資金支持下, 龍現(xiàn)村較好地實現(xiàn)了遺產(chǎn)的保護, 然而這種輸血型的保護方式只能是暫時的。從長遠來看, 龍現(xiàn)村必須著力促進稻魚共生系統(tǒng)的綠色可持續(xù)發(fā)展,通過提升產(chǎn)品經(jīng)濟價值、促進農(nóng)旅融合發(fā)展實現(xiàn)經(jīng)濟和環(huán)境效益的雙贏。

本研究利用碳足跡的量化方法, 通過農(nóng)戶實際生產(chǎn)投入產(chǎn)出數(shù)據(jù), 系統(tǒng)評價了不同土地經(jīng)營模式下稻魚共生系統(tǒng)的環(huán)境影響, 并為稻魚共生系統(tǒng)的綠色可持續(xù)發(fā)展供了政策建議, 具有較好的應用價值。同時, 研究也存在一些不足之處, 如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的CH和NO的CO排放當量由于缺乏實地試驗數(shù)據(jù), 只能參考已有研究成果進行簡化計算, 使核算結果產(chǎn)生偏差。未來, 可使用實地試驗數(shù)據(jù)進一步優(yōu)化碳足跡模型, 從而更好地揭示稻魚共生系統(tǒng)溫室氣體減排能力及其環(huán)境影響。