“雙碳”目標下農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)作用與影響機制

于 博，劉雪晴，趙曉杰，孫 華

（1. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院，江蘇 南京 210095； 2. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)中國資源環(huán)境與發(fā)展研究院，江蘇 南京 210095；3. 根特大學(xué)地理學(xué)院，比利時 根特 B-9000）

碳排放引發(fā)的氣候變化已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)最為嚴重的環(huán)境問題之一。作為負責任的大國，中國宣布力爭在2030 年前實現(xiàn)碳達峰以及2060 年前實現(xiàn)碳中和（“雙碳”目標）以共同應(yīng)對全球氣候危機。增加碳固存和減少碳排放成為實現(xiàn)中國“雙碳”目標的重要路徑。國務(wù)院連續(xù)頒布農(nóng)業(yè)固碳減排的相關(guān)政策文件，與此同時中國政府在聯(lián)合國氣候變化框架公約第26 次締約方大會（COP26）上強調(diào)將重視非二氧化碳溫室氣體的減排問題。中國作為全球重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)國，農(nóng)業(yè)部門排放源中的甲烷（CH4）和氧化亞氮（N2O）等非二氧化碳氣體對氣候變化的影響尤為重要，甲烷和氧化亞氮的全球升溫潛力（GWP100）分別為二氧化碳（CO2）的28倍和265倍［1］。此外，農(nóng)業(yè)兼具“匯”和“源”的雙重屬性，同溫室氣體之間存在復(fù)雜作用與反饋關(guān)系，因此在促進中國“雙碳”目標實現(xiàn)的過程中發(fā)揮重要作用［2］。農(nóng)業(yè)部門中的土地、能源、糧食和廢棄物資源與溫室氣體排放活動緊密相關(guān)，如何管理有限的土地、能源等資源，滿足農(nóng)業(yè)供給和需求的同時增加碳固存、減少碳排放是當前中國農(nóng)業(yè)綠色低碳發(fā)展面臨的主要沖突和矛盾。

1 文獻綜述

關(guān)聯(lián)（Nexus）分析是評估自然和社會要素之間相互聯(lián)系以及改進其管理和使用的綜合方法，關(guān)聯(lián)概念自2011年德國波恩會議提出后，相關(guān)研究發(fā)展迅速，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于環(huán)境、氣候、水文、土地科學(xué)、地理學(xué)及可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域［3-4］。關(guān)聯(lián)分析可定義為將系統(tǒng)范圍內(nèi)的土地、水、能源、糧食、廢棄物等資源視為服務(wù)人類生活的基本投入，并通過紐帶進行聯(lián)結(jié)［5］。政策壓力下農(nóng)業(yè)資源相互影響的復(fù)雜性被認為是關(guān)聯(lián)研究的核心問題，其理想分析框架取決于區(qū)域和領(lǐng)域的特殊背景，并滿足在相對確定的系統(tǒng)邊界內(nèi)開展。近年來，生態(tài)系統(tǒng)理論、資源利用理論、行為決策理論以及可持續(xù)發(fā)展理論等已被廣泛應(yīng)用于關(guān)聯(lián)研究的理論框架中［6-8］。在理論分析中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟活動對自然和社會資源的依賴性更加強烈，這導(dǎo)致了資源要素在開發(fā)利用和政策壓力下與環(huán)境和經(jīng)濟之間不可避免地存在沖突和權(quán)衡現(xiàn)象?！半p碳”目標下農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)作用機制研究有助于解決資源利用、環(huán)境保護和經(jīng)濟發(fā)展之間的協(xié)調(diào)問題。

長期以來，國內(nèi)外已對農(nóng)業(yè)的土地、能源、糧食和廢棄物中單一要素與溫室氣體排放或固存關(guān)系進行了充分探索，如農(nóng)業(yè)土地轉(zhuǎn)用碳排放［9］、農(nóng)田土壤固碳機制［10］、農(nóng)業(yè)能源消耗碳排放［11］、糧食系統(tǒng)碳排放［12］及農(nóng)廢資源化利用碳減排效益等［13］。隨著系統(tǒng)化研究思路的逐步完善，區(qū)域性“水-能-糧”［14］、“土-水-能-糧”［15］、“水-土-能-碳”［16］等研究已逐步展開，闡明了資源關(guān)聯(lián)與“社會-經(jīng)濟-環(huán)境”之間的內(nèi)在邏輯和響應(yīng)路徑。研究表明，各類資源在開發(fā)利用過程中不以“孤島”形式存在，而存在著復(fù)雜的交叉和映射關(guān)系［17］。系統(tǒng)關(guān)聯(lián)理論的運用為當前嚴峻環(huán)境下的固碳減排路徑探索帶來了研究契機。目前來看，現(xiàn)有研究大多聚焦于宏觀層面對“水-能-糧”研究框架的擴展，而隨著“千分之四全球土壤增碳計劃”的提出，農(nóng)業(yè)廢棄物循環(huán)利用影響土壤固碳的研究也逐漸受到關(guān)注，這促進了關(guān)聯(lián)作用研究中的單向要素關(guān)系向循環(huán)閉合的轉(zhuǎn)變，凸顯出構(gòu)建農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”要素關(guān)聯(lián)（LEFW Nexus）研究框架的必要性。該框架下的資源協(xié)同管理、利用效率提升和要素配置優(yōu)化等固碳減排路徑是亟須探索的關(guān)鍵內(nèi)容。

綜上，該研究通過多層次檢索、逐條篩選和精讀泛讀相結(jié)合的方法對國內(nèi)外相關(guān)文獻進行歸納和總結(jié)提煉，從理論角度上闡述了農(nóng)業(yè)的“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)作用與影響機制，并展望未來的研究趨勢。

2 農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)研究進展

2.1 農(nóng)業(yè)“土-能-糧”關(guān)聯(lián)研究進展

農(nóng)業(yè)土地、能源和糧食關(guān)聯(lián)研究主要包括兩個方面：一是土地利用與能源作物的生產(chǎn)潛力研究。能源作物生產(chǎn)被認為是發(fā)展可再生能源、減緩氣候變化的有效手段之一，對替代化石燃料及保障能源安全具有重要意義，邊際土地或者撂荒耕地開展能源作物種植是提高資源利用并改善能源危機的有效措施之一［18］。近年來國內(nèi)外不少學(xué)者從土地利用方式角度出發(fā)，運用GIS（Geographic Information System）［19］、CF（Carbon Footprint）［18］、GCLUC（Global Calculator Land Use Change）［20］等方法對全球或區(qū)域尺度的能源作物種植以減緩能源碳排放進行廣泛研究（表1）。二是對土地能源投入產(chǎn)生碳排放的研究。水能消耗、農(nóng)機能耗，以及化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等農(nóng)產(chǎn)品的間接能源消耗是農(nóng)業(yè)能源碳排放的主要來源，約占農(nóng)業(yè)總排放的12.21%~14.21%［21］。土地和能源之間的作用關(guān)系還可能受到農(nóng)業(yè)社會行為影響，如通過規(guī)模化生產(chǎn)提高農(nóng)業(yè)機械效率，規(guī)劃水資源灌溉周期和規(guī)模，化肥農(nóng)藥減量化投入等措施來避免更多的生產(chǎn)能源消耗碳排放［22］。

表1 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的土地、能源、糧食和廢棄物關(guān)聯(lián)研究文獻梳理

2.2 農(nóng)業(yè)“土-糧-廢” 關(guān)聯(lián)研究進展

農(nóng)業(yè)土地具有多重功能，不僅提供了植物生長和糧食生產(chǎn)的場所，還可以用于畜禽飼養(yǎng)。然而，隨著農(nóng)業(yè)活動的開展，不可避免地產(chǎn)生了作物秸稈以及畜禽糞尿等代謝產(chǎn)物。從“土-廢”關(guān)聯(lián)的角度解讀廢棄物資源化利用的固碳減排研究，發(fā)現(xiàn)秸稈還田和有機肥施用可能有助于增加土壤有機質(zhì)含量并增加碳固存能力［10］。若采取有效農(nóng)田管理措施估計中國未來耕地土壤年固碳潛力在596 萬~8 840 萬t/年，單位面積耕地土壤固碳潛力為0.05~0.68 t/（hm×年）［23］。從“土-糧”關(guān)聯(lián)分析稻田甲烷與土壤氮排放，稻田因大量水分和土壤中甲烷氧化菌產(chǎn)生發(fā)酵作用，在甲烷單加氧酶催化反應(yīng)過程中產(chǎn)生大量的甲烷氣體排放［24］，約占據(jù)農(nóng)業(yè)總排放的22.74%~25.95%［21］。通過設(shè)計實驗測試發(fā)現(xiàn)水稻品種、糞肥種類、糞肥含氮量、土壤條件、溫度濕度條件和交替灌溉模式是影響稻田甲烷排放速率的有效因素［25-26］。氮肥施用促進了土壤中硝化和反硝化作用生成N2O，同時NH3和NOx氣體的揮發(fā)沉降以及氮淋溶也是農(nóng)地N2O 的主要排放源。另外糞肥和生物炭配合、有機肥和化肥混合的方案可以顯著提高土壤有機碳儲存含量，既提高糧食產(chǎn)量又減少了氮氧化物排放［13］?！凹Z-廢”關(guān)聯(lián)的禽畜養(yǎng)殖碳排放包括，畜禽養(yǎng)殖可能需要耕地轉(zhuǎn)化為農(nóng)業(yè)設(shè)施用地，可能會帶來局部系統(tǒng)性碳通量的改變［27］。養(yǎng)殖過程中反芻動物的腸道CH4和糞便管理N2O 分別約占農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的23.14%和7.71%［28］，而養(yǎng)殖加工、用水、運輸、包裝等與能源子系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的碳排放尚未包含在內(nèi)。

2.3 農(nóng)業(yè)“能-糧-廢” 關(guān)聯(lián)研究進展

農(nóng)業(yè)能源、糧食和廢棄物關(guān)聯(lián)研究一直是國際熱點問題，特別是探索燃料乙醇、生物柴油和沼氣等生物質(zhì)能源的發(fā)展?jié)摿徑馊蚰茉次C的關(guān)鍵作用。生物能源是蘊含在生物質(zhì)中的能量，是一種廣泛的可再生能源，目前全球生物質(zhì)能源的潛力范圍大約在每年200~600 EJ［29］，其巨大的發(fā)展?jié)摿σ彩菍崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)低碳轉(zhuǎn)型、循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展、清潔能源生產(chǎn)的重要舉措［30］。能源作物、作物秸稈和畜禽糞尿構(gòu)成的供應(yīng)鏈是“能-糧-廢”關(guān)聯(lián)的主要表現(xiàn)形式，如國內(nèi)外重點關(guān)注的生物質(zhì)能源潛力估算、原料供給、影響因素分析、生物質(zhì)經(jīng)濟和環(huán)境效益等方面［31-32］。受中國“雙碳”目標、“無廢城市”建設(shè)、“農(nóng)作物秸稈綜合利用”等政策的影響，國內(nèi)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用研究持續(xù)升溫，從秸稈全量化利用方式、糞污發(fā)酵、沼氣工程建設(shè)、家庭沼氣發(fā)展等角度對生物能源利用潛力開展系統(tǒng)分析，提出能源保障優(yōu)化方案［33-34］。但是，生物能源的原料供應(yīng)、處置效率、覆蓋范圍仍然存在資源浪費、部署不合理和經(jīng)濟成本高等問題，未來應(yīng)關(guān)注清潔能源發(fā)展實踐，充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)廢棄物的環(huán)境公共品特征，探索生物能源、作物生產(chǎn)和廢棄物利用之間有序循環(huán)的新道路。

2.4 農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)研究進展

國內(nèi)外農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)研究目前未形成系統(tǒng)成熟的研究范式，相關(guān)要素框架常常包含在土地、水、能源、廢棄物和氣候變化的研究框架內(nèi)，或以生物質(zhì)能源生產(chǎn)潛力的形式與可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展目標相結(jié)合［14-15］。例如Li 等［35］以牲畜糞便的可持續(xù)能源優(yōu)化特征為研究目標，將土地、糧食、水和能源要素在系統(tǒng)中進行關(guān)聯(lián)作用分析獲得最優(yōu)的資源匹配方案。Yu 等［36］對農(nóng)業(yè)廢棄物溫室氣體減緩潛力系統(tǒng)化評估發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)廢棄物系統(tǒng)化協(xié)同處置的固碳減排能力更為突出，結(jié)論也符合當下中國農(nóng)業(yè)廢棄物協(xié)同推進政策。綜上，該研究將進一步從生物能源替代、土壤有機質(zhì)提升、有機肥替代、廢棄物利用等角度，探索農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)對耕地質(zhì)量提升、農(nóng)業(yè)能源替代、糧食保障和廢棄物協(xié)同資源化利用的促進作用，解析關(guān)聯(lián)研究對中國“雙碳”目標的貢獻。

3 農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”要素解析與框架構(gòu)建

3.1 農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”要素解析

土地、能源、糧食和廢棄物不僅是農(nóng)業(yè)活動中的重要組成要素，也是自然、社會、經(jīng)濟和環(huán)境的資源基礎(chǔ)［37］。土地既為人類生產(chǎn)生活提供空間場所，也是糧食作物生長的載體；能源強有力地將人類社會從狩獵時代推進至文明社會，是農(nóng)業(yè)發(fā)展的不竭動力；糧食是人類社會蓬勃發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和可持續(xù)發(fā)展的重要保障；廢棄物既是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的代謝產(chǎn)物，也是具備開發(fā)潛力的可再生資源。土地、糧食、能源和廢棄物長期處于相互聯(lián)系和作用的狀態(tài)，資源的管理模式也因政策的影響和限制變得更為困難，綜合化展開多要素和關(guān)聯(lián)機制解析對緩解當前資源匹配沖突和外部壓力尤為重要。另外由于資源的空間分布、利用模式、基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)水平的差異，可在人為規(guī)劃和參與下避免或減少部分碳排放，這為農(nóng)業(yè)的固碳減排研究帶來了契機。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中碳排放和固存過程包括土地利用、土壤固碳、水能消耗、農(nóng)機耗能、電能消耗、交通運輸、糧食生產(chǎn)、廢棄物利用等，資源要素配置同自然、社會、經(jīng)濟和環(huán)境系統(tǒng)共同構(gòu)成了農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)巨系統(tǒng)（圖1）?！巴?能-糧-廢”關(guān)聯(lián)是農(nóng)業(yè)永續(xù)發(fā)展的核心，隨著系統(tǒng)化發(fā)展逐漸轉(zhuǎn)向多元關(guān)聯(lián)研究，農(nóng)業(yè)多要素的參與增加了關(guān)聯(lián)研究的不確定性，物質(zhì)能量在流動過程對系統(tǒng)碳平衡產(chǎn)生了動態(tài)影響。農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)也同樣受到經(jīng)濟社會系統(tǒng)的反饋作用，如政策方案、生產(chǎn)需求和人類活動強度等迫使關(guān)聯(lián)系統(tǒng)表現(xiàn)出相應(yīng)的目標性特征，進而導(dǎo)致資源要素調(diào)控方案變得更加復(fù)雜和差異化。該研究旨在通過資源協(xié)同調(diào)控和優(yōu)化要素配置等方式，同時滿足耕地保護、能源節(jié)約、糧食保障、廢棄物利用、環(huán)境降污等現(xiàn)實可持續(xù)需求，并探討關(guān)聯(lián)系統(tǒng)減少碳排放和固碳的潛力。

蔣介石在國民黨執(zhí)政的二十余年間，隨著個人權(quán)勢及外在環(huán)境的變化，不同時期對于黨義闡述的重點和指向會有不同，其宣導(dǎo)的對象亦在不斷擴大，但隨著國民黨在大陸失敗的臨近，其宣導(dǎo)的效果及實際影響的范圍不斷衰微。

圖1 “雙碳”目標下的農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)研究

3.2 農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)研究探索

關(guān)聯(lián)研究依據(jù)要素種類將農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的土地、能源、糧食和廢棄物劃分為子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)的內(nèi)部作用和外部聯(lián)系與固碳減排之間的響應(yīng)方式需進一步明晰。土地子系統(tǒng)包括耕地、養(yǎng)殖業(yè)用地以及廢棄物處置場地等不同利用方式，同時也包括利用秸稈、堆肥和沼液沼渣進行還田，以及施用堆肥和沼液沼渣對農(nóng)田土壤有機碳含量的影響［13，38］；能源子系統(tǒng)涵蓋了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)消耗、農(nóng)產(chǎn)品加工、水能消耗和生物質(zhì)能生產(chǎn)等多個環(huán)節(jié)［35，39］；糧食子系統(tǒng)既是土地和廢棄物之間的關(guān)鍵連接，也是商品主糧、禽畜產(chǎn)品和農(nóng)業(yè)廢棄物的主要來源［14，37］；廢棄物子系統(tǒng)則著重關(guān)注秸稈和糞污的資源化利用方式，有機肥和生物能源的輸出分別供應(yīng)土地和能源子系統(tǒng)。

“雙碳”目標下農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”的關(guān)聯(lián)研究總結(jié)如下，土地子系統(tǒng)為糧食和能源子系統(tǒng)提供生產(chǎn)基礎(chǔ)和場所，糧食子系統(tǒng)是廢棄物子系統(tǒng)的原料供應(yīng)端，也是廢棄物資源化的消納端；能源子系統(tǒng)為糧食和廢棄物子系統(tǒng)提供發(fā)展動力，同時清潔能源生產(chǎn)也起到關(guān)鍵補充作用；廢棄物發(fā)展清潔能源是碳減排的關(guān)鍵路徑，同時廢棄物與土地子系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)是農(nóng)業(yè)固碳領(lǐng)域的主要措施之一。值得注意的是，各子系統(tǒng)的內(nèi)部要素配置或效率的改變，以及同其他子系統(tǒng)交互過程都會引發(fā)整體碳收支變化。此外，中國具有農(nóng)業(yè)資源分布不均勻性的特點，需要在資源管理、協(xié)同調(diào)控、配置優(yōu)化路徑上遵循區(qū)域因地制宜原則。在不同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式下，由于各子系統(tǒng)資源本底規(guī)模的差異，其交互過程也會影響到凈排放量。

3.3 農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢” 關(guān)聯(lián)理論解析與框架構(gòu)建

農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”研究對象是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動與生態(tài)環(huán)境之間的相互作用關(guān)系及其調(diào)控機制?！巴痢卑ㄞr(nóng)業(yè)土地利用情況、土壤有機質(zhì)碳固存能力等；“能”是指能源，包括直接能源消耗、間接能源消耗、可再生能源生產(chǎn)等，以及在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中的供應(yīng)與使用?！凹Z”是指糧食生產(chǎn)、加工、儲運、運輸和消費等環(huán)節(jié)，但是不包含作物生長過程中因光合作用的短暫碳固存階段；“廢”是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)代謝中的秸稈和畜禽糞污產(chǎn)量，以及其資源化利用對固碳減排的影響。

農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)是農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中對自然環(huán)境的影響和作用，因此需要從自然科學(xué)、社會經(jīng)濟科學(xué)等多個學(xué)科的理論中進行分析和整合。關(guān)聯(lián)作用機制研究中涉及了土地、能源、糧食、廢棄物等人類生存資源，從生態(tài)系統(tǒng)理論出發(fā)，需強調(diào)各種資源之間的平衡與協(xié)調(diào)，但這可能忽略資源要素對社會經(jīng)濟的影響［40］，因此亟須加強對生態(tài)與社會經(jīng)濟系統(tǒng)之間的作用關(guān)系探究。資源利用理論可以分析各種資源之間的相互作用與影響關(guān)系，提高資源利用的效果與質(zhì)量［8］，但面臨著如何合理分配資源利益的問題，需進一步加強對資源利益分配方式的研究，從而更好推動資源利用的可持續(xù)性與公平性。為解決可持續(xù)發(fā)展難題，農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展理論通過優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式和結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟發(fā)展、社會進步和環(huán)境改善的協(xié)調(diào)發(fā)展，但該理論受區(qū)域異質(zhì)性影響可能存在評價體系和評價機制區(qū)域協(xié)調(diào)性與地方針對性不夠的問題［6］。另一方面，行為決策理論［41］有助于了解行為主體偏好、風險態(tài)度和行為動機，從而提供有關(guān)農(nóng)業(yè)資源關(guān)聯(lián)的決策指導(dǎo)，通過設(shè)計激勵機制和契約的方式，推動行為主體的可持續(xù)農(nóng)業(yè)實踐。然而，受制于研究方法、環(huán)境背景和非復(fù)雜性等因素，該理論的研究結(jié)果可能存在較大偏差。

農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)研究并不是探討單一獨立的理論體系，而是綜合運用多種理論，在系統(tǒng)上探究多種要素之間的相互作用關(guān)系、維持資源利用平衡，為農(nóng)業(yè)低碳可持續(xù)發(fā)展提供支持和引導(dǎo)。在此假設(shè)下，研究框架構(gòu)建需要關(guān)注自然、社會、經(jīng)濟、環(huán)境子系統(tǒng)之間的相互促進和制約關(guān)系；分析“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)的資源利用效率和可持續(xù)性，包括資源生產(chǎn)、使用、利用、循環(huán)等過程；解析資源關(guān)聯(lián)與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的協(xié)調(diào)發(fā)展與沖突制衡關(guān)系；探索關(guān)聯(lián)研究可能面臨的制度障礙和政策挑戰(zhàn)，包括土地政策、環(huán)境政策、經(jīng)濟政策和資源管理決策方案等因素的影響。結(jié)合表1 中的文獻梳理結(jié)果，農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)研究框架可運用物質(zhì)能量循環(huán)［42］、生命周期評估［43-44］、系統(tǒng)動力學(xué)［37］、決策優(yōu)化分析［35，45］等社會經(jīng)濟、環(huán)境科學(xué)和系統(tǒng)論中的理論模型和方法，深入了解農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)的本質(zhì)，為關(guān)聯(lián)作用機制分析提供了更可靠和準確的理論基礎(chǔ)。

4 農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)影響機制分析

關(guān)聯(lián)機制分析是評估自然和社會要素之間相互聯(lián)系以及改進其管理和使用的綜合方法，因此將分別從自然和社會科學(xué)層面選取多個研究角度展開。自然科學(xué)角度來看，碳和氮元素作為CO2、CH4和N2O 的主要成分，碳氮要素流動已經(jīng)成為未來農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要制約因素?？茖W(xué)合理的關(guān)聯(lián)機制分析應(yīng)從多個層面推動農(nóng)業(yè)固碳減排，如資源協(xié)同、社會決策、經(jīng)濟發(fā)展和配置優(yōu)化。為了探尋農(nóng)業(yè)低碳公平發(fā)展的關(guān)鍵，需要建立健全的資源要素多層協(xié)同管理體制和優(yōu)化農(nóng)業(yè)管理模式、探究農(nóng)業(yè)經(jīng)濟社會行為。社會科學(xué)視角應(yīng)從農(nóng)業(yè)經(jīng)營方式、經(jīng)濟社會行為和資源配置及優(yōu)化三個視角進行選擇（圖2）。在外部聯(lián)系和影響因素方面，農(nóng)業(yè)資源生產(chǎn)和利用時刻受到氣候和環(huán)境等自然條件的限制。此外，農(nóng)業(yè)資源的關(guān)聯(lián)機制還面臨著社會經(jīng)濟發(fā)展和政策法規(guī)的調(diào)節(jié)和限制?？傊?，農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)機制涉及了自然、社會和外部等多個維度的因素，其影響涵蓋了政策、管理、技術(shù)等多種手段。因此，為了實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的低碳可持續(xù)發(fā)展，必須采取綜合、系統(tǒng)和協(xié)同的措施，促進各種要素之間的有效聯(lián)動和資源關(guān)聯(lián)。

圖2 “雙碳”目標下農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)機制響應(yīng)框架

4.1 碳氮生命周期視角

外源性的碳氮元素輸入會改變土壤與大氣界面的碳氮氣體交換，影響土壤有機碳（SOC）儲量和穩(wěn)定性，長期以來碳氮元素循環(huán)和氣候變化之間的反饋難以量化和預(yù)測。碳氮元素一直貫穿于“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動過程。基于物質(zhì)流、碳收支和生命周期視角，土壤有機碳儲存、作物光合作用、秸稈飼料化、農(nóng)業(yè)廢棄物漚肥，有機肥還田中都包含碳氮動態(tài)變化。能源子系統(tǒng)中因碳輸入、碳流動為整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)供應(yīng)鏈帶來活力，如灌溉用能、糧食播種和收割、畜牧業(yè)養(yǎng)殖、秸稈加工、廢棄物運輸、廢棄物沼氣生產(chǎn)等。碳氮生命周期視角下的關(guān)聯(lián)分析應(yīng)注意：①關(guān)注影響土壤有機碳含量的關(guān)鍵因素，例如土壤質(zhì)地、恢復(fù)年份、溫度、降水、土壤粘粒含量和土壤深度等［55-56］。②關(guān)聯(lián)系統(tǒng)中直接和間接能源消耗會產(chǎn)生碳排放，注意將可再生能源的生產(chǎn)排放與并網(wǎng)發(fā)電、熱能轉(zhuǎn)換區(qū)分核算。③關(guān)注區(qū)域農(nóng)業(yè)土地利用和轉(zhuǎn)用開發(fā)周期中的凈碳收支變化。④沼液沼渣施用量和秸稈還田方案對土壤固碳速率的影響?！巴?能-糧-廢”關(guān)聯(lián)研究中的碳氮元素流向復(fù)雜，易導(dǎo)致溯源分析過程混淆，故明確碳氮物質(zhì)能量流向和劃定研究系統(tǒng)邊界尤為重要，另外注意子系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)分析應(yīng)避免采用“黑箱”方式，可能會導(dǎo)致系統(tǒng)碳核算結(jié)果的重復(fù)或遺漏。

4.2 農(nóng)業(yè)經(jīng)營模式視角

“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)研究深受農(nóng)業(yè)經(jīng)營模式及相關(guān)發(fā)展政策影響。中國的農(nóng)業(yè)經(jīng)營模式由私有制的分散經(jīng)營模式逐步向合作經(jīng)營、集體統(tǒng)一經(jīng)營、產(chǎn)業(yè)經(jīng)營及規(guī)?；?jīng)營轉(zhuǎn)變。農(nóng)業(yè)發(fā)展的不同歷史階段中，分別涵蓋了資源開發(fā)、土地利用、肥料投入、能源消耗、廢棄物治理等過程：①農(nóng)村家庭聯(lián)產(chǎn)承包和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化對土地調(diào)整和分配，促進了糧食產(chǎn)量增長，但以經(jīng)濟效益和市場化為導(dǎo)向的經(jīng)營模式導(dǎo)致大量化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜的使用，造成了土壤有機質(zhì)含量降低、板結(jié)、污染和溫室氣體排放［57］。②農(nóng)戶家庭式、分散式的經(jīng)營相比于規(guī)?；?jīng)營，在土地開發(fā)、利用、翻耕、收獲等環(huán)節(jié)浪費了更多的農(nóng)機柴油和水能消耗，造成大量非必要碳排放。③隨著新型農(nóng)業(yè)主體不斷擴大，各地政府明確規(guī)定禁止秸稈焚燒，但全國火點監(jiān)測結(jié)果顯示燒荒現(xiàn)象仍然存在。秸稈露天焚燒過程會產(chǎn)生大量CH4和N2O排放，折合二氧化碳當量排放因子約為802.0 g CO2e/kg［33］。④新型種養(yǎng)循環(huán)模式的推廣有助于減少糞便管理、有機肥生產(chǎn)和畜牧飼料生產(chǎn)的碳足跡，例如在湖北省荊州、荊門和當陽市的案例研究表明，“作物-牲畜-沼氣-作物”的循環(huán)農(nóng)業(yè)模式可以在系統(tǒng)周期內(nèi)減少大約4.26×108kg CO2e/年［45］。結(jié)合到“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)研究中，推進農(nóng)業(yè)用地確權(quán)、加快土地流轉(zhuǎn)，逐步向集約化、規(guī)?；?jīng)營模式轉(zhuǎn)變，將有助于提升耕地有機質(zhì)含量、提高有機肥施用規(guī)模、促進農(nóng)業(yè)“降碳減污”協(xié)同推進。

4.3 行為經(jīng)濟學(xué)人及社會決策視角

行為經(jīng)濟學(xué)人理論在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用表現(xiàn)為行為主體對新知識、技術(shù)和實踐的看法會影響他們的意圖和行為［58］。例如對化肥和有機肥特性的了解不足可能會阻礙農(nóng)民使用復(fù)合肥的意圖，可能會導(dǎo)致土壤重金屬超標、耕地有機質(zhì)含量下降和農(nóng)田面源污染［55］。中國農(nóng)村的地方性共識［59］和農(nóng)民的價值認知［60］對規(guī)模養(yǎng)殖戶參與碳匯市場化交易促進農(nóng)業(yè)碳減排發(fā)揮關(guān)鍵作用，但空間異質(zhì)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平不齊導(dǎo)致對行為主體應(yīng)對氣候變化措施的選擇仍存在特征差異［61］。產(chǎn)生個體差異的原因可能來自于農(nóng)民對待外部壓力的方式，例如如何看待并應(yīng)對來自政府、農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)商、經(jīng)濟利益和環(huán)境效益之間矛盾與壓力?；谛袨闆Q策論的視角，農(nóng)戶需衡量自身和公共主體之間的利益關(guān)系，這將部分決定有機肥增用、化肥減量、農(nóng)業(yè)廢棄物協(xié)同處置、先進農(nóng)機技術(shù)推廣等固碳減排方案能否順利實施。另外，農(nóng)業(yè)增匯減排也需要激勵政策以解決環(huán)境外部性問題，如進一步推進國家核證自愿減排量（CCER）等市場化交易進程，計劃行為理論模型可用來分析農(nóng)戶參與低碳行為的潛力、動機、能力和意愿，并分析其驅(qū)動因素［62］。農(nóng)業(yè)資源關(guān)聯(lián)下固碳減排潛力評估是市場化交易的前提和基礎(chǔ)，經(jīng)濟和政策激勵是農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)的內(nèi)生動力，理性經(jīng)濟人是關(guān)聯(lián)研究中的假設(shè)與前提條件。

4.4 系統(tǒng)資源配置及優(yōu)化視角

農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)的固碳減排潛力研究受系統(tǒng)優(yōu)化目標、限制因素和方案措施的影響。本部分重點關(guān)注兩個方面：一是優(yōu)化目標值應(yīng)按照側(cè)重點賦予相應(yīng)權(quán)重。如果將社會的可持續(xù)發(fā)展和人類生活福祉作為優(yōu)化目標，那么糧食和能源安全將獲得更多權(quán)重賦值；若針對區(qū)域環(huán)境治理和氣候政策來考慮，那么農(nóng)業(yè)固碳減排、土壤治理、空氣污染控制以及水資源保護將得到更高的權(quán)重。二是關(guān)聯(lián)分析中的限制因素。在土地利用政策方面，“三區(qū)三線”規(guī)劃限制了土地轉(zhuǎn)變和利用模式?；炯Z食供給當以滿足區(qū)域人均主糧和蛋白質(zhì)營養(yǎng)元素的最低保障為限制因素，并以區(qū)域糧食產(chǎn)量規(guī)劃為目標期望。對廢棄物處置和沼氣原料供應(yīng)而言，應(yīng)提高秸稈回收和糞污利用率，保證農(nóng)業(yè)廢棄物就近就地利用，推進糞污干濕分離減少處置成本，保障沼氣廠原料充足供應(yīng)發(fā)揮產(chǎn)能。此外還應(yīng)考慮在適宜地區(qū)推廣稻田干濕灌溉、淺濕灌溉、非充分灌溉及溝灌、管灌等節(jié)水節(jié)能模式，開展耕地質(zhì)量評估和優(yōu)化施肥方案等。關(guān)聯(lián)研究的優(yōu)化模型以固碳減排潛力為目標函數(shù)，約束條件包含國土空間規(guī)劃、土地利用政策、糧食安全保障、農(nóng)業(yè)廢棄物利用效率等，依據(jù)情景模式設(shè)定獲得最優(yōu)解集合，并選擇管理策略與優(yōu)化方案。

4.5 外部聯(lián)系與影響因素視角

（1）自然與環(huán)境因素。土壤和氣候條件是“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)分析的自然基礎(chǔ)。土壤種類在一定程度上決定了糧食產(chǎn)出、水能需求、土地配置用途及肥料氮元素投入。溫度、降水、風向風速等氣候環(huán)境對土壤氮元素揮發(fā)、淋溶、甲烷菌反應(yīng)速率、沼氣生產(chǎn)效率、碳氮礦化都有直接或間接影響［63-64］，影響農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)整體碳收支變化。

氣候變暖和土壤污染是兩個主要環(huán)境因素。氣候變化引發(fā)的極端天氣會增加農(nóng)業(yè)的脆弱性，導(dǎo)致作物生長條件變化并對糧食安全造成威脅［65］。農(nóng)藥化肥過量投入導(dǎo)致的土壤重金屬污染也是作物糧食和肉蛋奶遭受生態(tài)風險的重要來源之一［66］。這些為“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)的穩(wěn)定性帶來極大的不確定因素，嚴重時會影響系統(tǒng)運轉(zhuǎn)效率和減排能力，降碳減污協(xié)同機制的探索日益重要。

（2）社會經(jīng)濟與政策壓力因素。循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展、成本效益分析、社會決策行為等是推進“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)的決定性動力。關(guān)聯(lián)分析依托有機肥、生物能源、畜禽飼料等循環(huán)產(chǎn)品帶來的經(jīng)濟效益能促進土地、糧食、廢棄物要素形成有效閉路循環(huán)，對農(nóng)民和地方政府來而言增加經(jīng)濟收入、減少處置成本是推進農(nóng)業(yè)低碳可持續(xù)進程的關(guān)鍵［45］。此外，經(jīng)濟引導(dǎo)下的技術(shù)升級也能促進資源要素結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提升農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效率［11］。農(nóng)民、政府、公眾、企業(yè)等多利益相關(guān)主體的社會決策行為，也對推進農(nóng)業(yè)固碳減排發(fā)揮重要作用。

“雙碳”和農(nóng)業(yè)固碳減排等宏觀政策指導(dǎo)了未來農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)的資源配置和優(yōu)化方向。目前環(huán)境治理、廢棄物資源化、耕地保護、糧食安全、能源安全等政策之間的權(quán)衡難以界定，因此多項政策的執(zhí)行優(yōu)先級、重要程度和有序選擇也不能在關(guān)聯(lián)分析中被忽視［37］，目的旨在通過政策權(quán)衡驅(qū)動資源配置結(jié)構(gòu)變化的方式發(fā)揮農(nóng)業(yè)部門的固碳減排潛力以緩解碳中和壓力。另外有效的廢棄物資源化利用激勵手段會促進農(nóng)業(yè)減排效率，如作物秸稈還田、糞污回收和有機肥施用的補貼措施［55］，另外市場化交易制度也是農(nóng)業(yè)固碳減排的重要保障。

5 研究評述與展望

農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)現(xiàn)有研究已經(jīng)圍繞土壤固碳能力、土地利用碳變化、生物能源開發(fā)潛力、農(nóng)業(yè)廢棄物減排潛力、種養(yǎng)循環(huán)模式生態(tài)效益、糧食系統(tǒng)能源消耗、施肥模式差異氮排放等方面展開了豐富的理論與實證探索，但在“雙碳”政策壓力下考慮農(nóng)業(yè)多要素之間關(guān)聯(lián)作用的協(xié)同調(diào)控和優(yōu)化配置仍需在未來的研究中給予重視。

5.1 研究評述

（1）研究理論的創(chuàng)新。農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)研究跨越多個學(xué)科，覆蓋土壤學(xué)、植物學(xué)、管理學(xué)、環(huán)境科學(xué)、經(jīng)濟學(xué)等多個專業(yè)領(lǐng)域。涵蓋理論包括關(guān)聯(lián)性理論、自然資源經(jīng)濟學(xué)理論、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟學(xué)理論、資源稀缺性理論、系統(tǒng)優(yōu)化理論等。然而眾多理論均有其自身的適用范圍和研究特性，為處于復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)服務(wù)“雙碳”目標帶來一定阻礙。此外，農(nóng)業(yè)資源要素屬性同社會經(jīng)濟發(fā)展難以割裂，自然和社會科學(xué)理論的交叉融合可能會較為全面地揭示關(guān)聯(lián)作用的內(nèi)在機制。目前大多研究仍分別沿用監(jiān)測實驗和社會行為研究范式，缺乏社會經(jīng)濟決策與自然要素之間的交互結(jié)合。

（2）研究內(nèi)容的完善。近年針對土地、水、能源、糧食、氣候、碳、氮等要素之間的關(guān)聯(lián)研究持續(xù)受到關(guān)注。已經(jīng)開展了氣候適應(yīng)、氣候變化減緩、糧食安全、耕地保護、水土調(diào)配、資源開發(fā)、碳排放效率、國土空間優(yōu)化等背景下的要素時空格局、組合特征和作用機理研究。但以土地、能源、糧食和廢棄物構(gòu)建要素循環(huán)動態(tài)的關(guān)聯(lián)研究仍然缺乏，尤其是從土壤性質(zhì)影響糧食生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)廢棄物利用再反饋回土壤的閉合循環(huán)鏈依然考慮不全面，存在系統(tǒng)邊界不清、溯源混亂、物質(zhì)流向不明等情況，導(dǎo)致理論分析與現(xiàn)實應(yīng)用存在偏差。

（3）研究對象的轉(zhuǎn)變。農(nóng)業(yè)固碳減排潛力評估不應(yīng)該只關(guān)注在某一行為主體上，例如張俊飚等［67］認為農(nóng)戶對農(nóng)業(yè)減排能力的影響可能收效甚微。政府、企業(yè)、公眾和農(nóng)戶等多參與主體作為關(guān)聯(lián)分析中經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益的利益相關(guān)者應(yīng)當受到更多關(guān)注。決策和博弈分析對政策目標實現(xiàn)和資源的最優(yōu)利用具備顯著促進效果。此外，政策協(xié)同和權(quán)衡通過網(wǎng)絡(luò)化的方法刻畫府際關(guān)系，比較多主體交互機制，提高關(guān)聯(lián)系統(tǒng)農(nóng)業(yè)減排效率，豐富內(nèi)在關(guān)聯(lián)機制研究，完善管理方案和決策支持策略。

5.2 研究展望

（1）“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展之間的聯(lián)系。隨著城鄉(xiāng)融合和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的不斷推進，“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)不僅反映了農(nóng)業(yè)資源配置與優(yōu)化，也要據(jù)此建立以社會生態(tài)包容性和合作發(fā)展方式為基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè)農(nóng)村新型發(fā)展模式。結(jié)合未來農(nóng)村發(fā)展模式建立跨學(xué)科、多尺度的資源關(guān)聯(lián)和農(nóng)業(yè)代謝研究；制定和推進整縣推進治理模式，提高資源效率并加強區(qū)域經(jīng)濟循環(huán)；開發(fā)和發(fā)展多層次治理工具，從博弈分析和多主體協(xié)同治理角度提升“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)系統(tǒng)效率。

（2）不同背景下的農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)研究。關(guān)聯(lián)分析中的資源要素會依據(jù)背景目標的設(shè)定出現(xiàn)不同的組合和配置形式。雖然氣候變化（RCP）、可持續(xù)發(fā)展（SDGs）、社會經(jīng)濟發(fā)展路徑（SSPs）等背景已被廣泛研究，但多重背景下的農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)機理尚未得到全面的闡釋。如氣候變化背景下的區(qū)域資源韌性管理問題考慮的是氣候壓力下的資源狀態(tài)及響應(yīng)能力，但其與經(jīng)濟發(fā)展路徑中的高效情景之間的協(xié)同關(guān)系仍未充分考慮。未來需綜合權(quán)衡不同研究背景之間的可能矛盾，處理資源要素之間的潛在沖突，深化對資源管理與固碳減排效應(yīng)的全面認知。

（3）農(nóng)業(yè)“土-能-糧-廢”關(guān)聯(lián)研究的評估及優(yōu)化方法更新。關(guān)聯(lián)研究方法日益豐富，如足跡法、系統(tǒng)動力學(xué)模型、多目標規(guī)劃模型等。系統(tǒng)動力學(xué)雖廣泛應(yīng)用于要素關(guān)聯(lián)研究，但仍然面臨農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)不足和信息缺乏的難題，這為分析模型閾值和臨界狀態(tài)帶來了一定挑戰(zhàn)，未來需要加強信息整合，將單一學(xué)科的線性“樹狀”模型向跨學(xué)科的網(wǎng)狀模型轉(zhuǎn)變。另一方面，優(yōu)化模型的結(jié)果確定很大程度上取決于參數(shù)取值，數(shù)據(jù)來源復(fù)雜、空間差異特征顯著可能為模型帶來不確定性，如何降低參數(shù)設(shè)置對整體結(jié)果的擾動并提高適用性同樣值得關(guān)注。