碳排放量在生產(chǎn)資料投入因子影響下的計算探究
——以云南紅河州枇杷和石榴種植為例*

劉宏波

(1.西南林業(yè)大學(xué)園林園藝學(xué)院,云南 昆明 650224;2.國家林業(yè)和草原局西南調(diào)查規(guī)劃院,云南 昆明 650031 )

碳排放在果樹種植中屬于一個特定時間和區(qū)域范圍內(nèi)通過果樹生產(chǎn)活動排放出溫室氣體的過程,這個排放過程比較復(fù)雜,主要排放量為在果樹種植過程中,投入的農(nóng)藥、化肥、殺蟲劑和果樹灌溉等生產(chǎn)資料因子后產(chǎn)生的溫室氣體的總和.果農(nóng)為了提高果樹的生產(chǎn)能力及農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量,在生產(chǎn)資料投入過程中還需要使用機械輔助來提高生產(chǎn)效率,這些生產(chǎn)資料消耗的柴油燃料同樣會間接性的造成CO2排放.因此在果樹種植過程中的碳排放是人為因素引起的直接排放和間接排放,排放的溫室氣體主要為CH4、CO2和N2O,旱地生態(tài)系統(tǒng)甲烷排放量很少,被土壤吸收后可以忽略[1],N2O主要是土壤中產(chǎn)生的N2O排放[2],這些氮合物是土壤中氮肥的輸入而引起的.本文以云南紅河州枇杷和石榴為例,實地調(diào)查采集數(shù)據(jù),再對果樹生產(chǎn)資料投入因子產(chǎn)生的溫室氣體和碳排放量進行計算,分析溫室氣體及碳排放規(guī)律,討論在果樹生產(chǎn)過程中生產(chǎn)資料的投入影響,以期提出的建議對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的固碳減排起到促進意義.

1 生產(chǎn)資料投入產(chǎn)生碳排放計算方法

1.1 CO2排放計算方法

當(dāng)前,測算農(nóng)用物資的投入以及輔助機械產(chǎn)生的消耗造成的二氧化碳排放計算方法主要是碳排放系數(shù)法,此方法與生產(chǎn)資料的投入量和該物資對應(yīng)的碳排放系數(shù)有著直接關(guān)系,也就是用物資投入量與該物資對應(yīng)的碳排放系數(shù)相乘,累積所有碳排放源量,得出最終碳排放總量[3],盡管在計算方法上與國內(nèi)學(xué)者的計算公式有所差異,但基本原理相似,計算公式如下:

∑CO2=∑Ui×βi

(1)

式(1)中,∑CO2表示為生產(chǎn)資料投入二氧化碳排放總量,單位為噸;i表示第i中物資碳排放源;Ui表示各生產(chǎn)資料投入量,單位為噸,包括氮肥使用量、鉀肥使用量、磷肥使用量、農(nóng)藥使用量、灌溉和機械柴油使用量等;βi表示第i種生產(chǎn)資料投入所對應(yīng)的碳排放系數(shù).碳排放系數(shù)[4-6]見表1.

表1 各項投入生產(chǎn)資料的碳排放系數(shù)

1.2 N2O排放計算方法

參照《省級溫室氣體清單指南》的相關(guān)內(nèi)容,果樹種植過程中N2O的排放大致分為直接排放和間接排放,直接排放是由氮分子的輸入量引起的排放,間接排放則包括氮淋溶和氮徑流沉降引起的N2O排放[7].果樹N2O排放量就是直接排放和間接排放中,氮的輸入量與相應(yīng)排放因子相乘,由此確定估算公式如下:

∑N2O=∑(N直接+N沉降+N淋溶)

(2)

N直接=N氮肥輸入×EF直接

(3)

式(2)中,∑N2O代表氧化亞氮的總排放量,單位為噸;N直接代表氧化亞氮的直接排放量,單位為噸.式(3)中,N氮肥輸入代表果樹中輸入的氮總量,單位為噸;EF直接代表生產(chǎn)資料的溫室氣體排放因子.

N沉降=N氮肥輸入×10%×0.01

(4)

N淋溶=N氮肥輸入×20%×0.007 5

(5)

式(4)中,N沉降代表氧化亞氮揮發(fā)經(jīng)過大氣氮沉降引起的排放量,單位為噸;0.01為揮發(fā)損失率.式(5)中,N淋溶代表徑流和淋溶引起的排放量,單位為噸;0.007 5為淋溶徑流損失率.各項投入生產(chǎn)資料采用的溫室氣體排放因子[8-11]見表2.

表2 各項投入生產(chǎn)資料的溫室氣體排放因子

1.3 溫室氣體排放總量計算方法

果樹種植業(yè)中排放的溫室氣體主要為CH4、CO2和N2O,這些溫室氣體的產(chǎn)生分別來自于生產(chǎn)投入環(huán)節(jié)中所產(chǎn)生的直接排放和間接排放之和,果樹種植的農(nóng)田多為旱地土壤,CH4被旱田土壤吸收后可以忽略不計,因此溫室氣體排放總量的計算公式如下:

E=∑CO2+∑N2O

(6)

式(6)中,E代表溫室氣體排放總量,單位為噸.

2 果樹碳排放的計算與分析

2.1 數(shù)據(jù)來源概況

此次數(shù)據(jù)來源于云南省紅河州石榴、枇杷種植戶的真實調(diào)研,數(shù)據(jù)來源地被稱為云南的“石榴之鄉(xiāng)”,地理位置屬于低緯度高原,氣候?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)類型,當(dāng)?shù)仄骄鶜鉁貫?8 ℃,冬無嚴寒、夏無酷暑,每年11月至來年4月為干季,5月至10月為雨季.數(shù)據(jù)收集以實地問卷調(diào)查的方式,在當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)技術(shù)推廣機構(gòu)的幫助下,通過對種植戶中作物種類、化肥數(shù)量、燃油消耗、殺蟲劑及除草劑等生產(chǎn)資料投入情況的多處走訪,選出有代表性的實際用量進行統(tǒng)計,數(shù)值區(qū)域內(nèi)比較集中的投入量列表如下(見表3、表4).

表3 枇杷種植每年每畝生產(chǎn)資料投入數(shù)量表

表4 石榴種植每年每畝生產(chǎn)資料投入數(shù)量表

2.2 溫室氣體排放量計算

通過對云南紅河州枇杷和石榴每年每畝主要生產(chǎn)資料的投入統(tǒng)計結(jié)果,對果樹種植過程中每年的溫室氣體排放進行計算,得出相關(guān)排放量數(shù)值見表5.

表5 枇杷、石榴每年生產(chǎn)資料投入產(chǎn)出的溫室氣體排放量

2.3 溫室氣體排放量構(gòu)成分析

根據(jù)枇杷、石榴在種植過程中主要生產(chǎn)資料的投入產(chǎn)出的溫室氣體排放量計算結(jié)果,進一步來分析溫室氣體排放量的構(gòu)成結(jié)構(gòu),此次排放量結(jié)構(gòu)中不包含果實套袋及耕作采摘等人工產(chǎn)生的其他碳排放量.

2.3.1 枇杷種植過程中溫室氣體排放量構(gòu)成分析

從各項溫室氣體排放量計算結(jié)果來看,枇杷在每年生產(chǎn)資料投入過程中產(chǎn)生的CO2排放量占總排放量的99.88%,產(chǎn)生的N2O排放量占總排放量的0.12%,其中由氮肥的投入所造成的溫室氣體排放量占總排放量的95.48%,由磷肥的投入所造成的溫室氣體排放量占總排放量的0.10%,由鉀肥的投入所造成的溫室氣體排放量占總排放量的0.04%,由除草劑和殺蟲劑的投入所造成的溫室氣體排放量占總排放量的3.04%,由機械燃料的投入所造成的溫室氣體排放量占總排放量的1.34%.各生產(chǎn)資料投入因子產(chǎn)出的溫室氣體排放量占比如圖1所示.

圖1 枇杷投入物資溫室氣體排放量占比圖

2.3.2 石榴種植過程中溫室氣體排放量構(gòu)成分析

從各項溫室氣體排放量計算結(jié)果來看,石榴在每年生產(chǎn)資料投入過程中產(chǎn)生的CO2排放量占總排放量的99.86%,產(chǎn)生的N2O排放量占總排放量的0.14%,其中由氮肥的投入所造成的溫室氣體排放量占總排放量的90.06%,由磷肥的投入所造成的溫室氣體排放量占總排放量的0.05%,由鉀肥的投入所造成的溫室氣體排放量占總排放量的0.07%,由除草劑和殺蟲劑的投入所造成的溫室氣體排放量占總排放量的7.34%,由機械燃料的投入所造成的溫室氣體排放量占總排放量的2.48%.各生產(chǎn)資料投入因子產(chǎn)出的溫室氣體排放量占比如圖2所示.

圖2 石榴投入物資溫室氣體排放量占比圖

3 碳排放當(dāng)量的轉(zhuǎn)化

根據(jù)以上兩種果樹溫室氣體的排放量估算可以看出,不同種類的溫室氣體排放量之間存在著巨大差異,應(yīng)該對每種溫室氣體的排放量轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的碳排放當(dāng)量,這樣便于比較出總的CO2對全球變暖的直接影響效應(yīng),CO2作為參照氣體的原因是其對全球變暖起到主要影響作用.由于單位質(zhì)量CO2和N2O 在100 a 時間尺度上增溫效應(yīng)分別是CO2的1倍和265倍[12],碳排放當(dāng)量是由溫室氣體的排放量乘以相對應(yīng)的全球變暖潛能值(GWP)所得,那么單位區(qū)域內(nèi)的碳排放量強度也就能直觀的成為反映種植面積內(nèi)碳排放能力的一個重要指標,碳排放當(dāng)量和碳排放強度的計算公式如下:

C=∑CO2+∑N2O×265

(7)

Ct=C/S

(8)

式(7)中:C代表總的碳排放當(dāng)量,單位為噸;∑CO2代表二氧化碳的總排放量,單位為噸;∑N2O代表氧化亞氮的總排放量,單位為噸.

式(8)中,Ct代表碳排放強度(噸/hm2);S代表果樹的種植面積(hm2).

由式(7)、式(8)可以計算出紅河州石榴和枇杷的碳排放當(dāng)量及強度見表6.

表6 枇杷、石榴每年生產(chǎn)資料投入產(chǎn)出的碳排當(dāng)量及排放強度表

4 結(jié)論與建議

通過上述果樹種植過程中生產(chǎn)資料投入各項影響因子碳排放量的計算可以看出,在各生產(chǎn)資料投入中化肥的使用是產(chǎn)生CO2的主要來源,其中氮肥的使用直接影響著碳排放量的大小.為了追求果樹產(chǎn)出效益,化肥和農(nóng)藥的投入必不可少,但是如果為追求產(chǎn)量長期過多使用化肥等不當(dāng)?shù)姆N植技術(shù),就會使生產(chǎn)過程中的碳排放量增大,種植業(yè)的碳匯功能會由于碳排放量的增加而大大削弱,從而影響到整個農(nóng)業(yè)碳匯減排固碳的科學(xué)進程.

針對以上結(jié)論,提出以下建議:一是加大新標準農(nóng)田建設(shè)力度,通過對農(nóng)業(yè)水利等基礎(chǔ)建設(shè)的完善,減排低污、科學(xué)有序的提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量;二是充分利用農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù),推廣種質(zhì)新品種,結(jié)合區(qū)域差異的特點,在栽培和種植過程中尋求技術(shù)突破,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)碳匯減排增收的良性發(fā)展;三是在傳統(tǒng)種植方式上應(yīng)該不斷改良,減少工業(yè)化肥的投入,多使用有機顆粒肥料,在提高資源節(jié)約與利用的同時,增大低碳產(chǎn)業(yè)補償政策和措施.