廣西秸稈露天焚燒碳排放量特征分析

摘 要：采用排放因子法估算因秸稈焚燒產生的溫室氣體CO、CO2和CH4的排放量及碳排放量，并基于火點數(shù)據(jù)將碳排量進行網格化分配。結果表明，2022年廣西秸稈露天焚燒總量為550.45萬t，生物質燃燒源CO、CO2和CH4的排放量分別為31.46萬t、722.70萬t和1.44萬t，其中，甘蔗秸稈焚燒對排放影響最大，貢獻占比55.8%；秸稈露天焚燒釋放的總碳量為211.87萬t。生物質燃燒源排放的大氣污染物分布不均衡，CO、CO2和CH4三項污染物排放量和碳排放總量高值區(qū)主要集中在桂中的來賓和南寧以及桂西南的崇左。崇左市秸稈露天焚燒碳排放量占廣西19.5%，來賓占17.2%，南寧占15.9%，其他城市碳排放量占比均在10%以下。受農作物耕作和收割季節(jié)性影響，廣西秸稈露天焚燒呈季節(jié)性變化，主要集中在1—4月和11—12月，甘蔗榨季是秸稈露天焚燒高發(fā)期。

關鍵詞：秸稈露天焚燒；甘蔗焚燒；溫室氣體；碳排放量；排放因子

中圖分類號：X51 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9655（2024）05-00-05

0 引言

秸稈焚燒是大氣污染的主要來源之一，其產生大量的細顆粒物和氣態(tài)污染物等，對當?shù)睾椭苓叺貐^(qū)的環(huán)境質量和公眾健康帶來顯著的負面影響[1-4]。廣西作為全國蔗糖的主產區(qū)及世界上第三大食糖主產區(qū)，每年甘蔗產量7千多萬t，全國占比超65%。大面積種植甘蔗，會產生大量的甘蔗秸稈。然而目前廣西秸稈綜合利用率不高，甘蔗秸稈主要還是以焚燒的方式處理，對廣西冬季環(huán)境空氣質量影響顯著。國內學者對農作物秸稈焚燒造成的空氣污染問題[2-4]、焚燒特征及污染物排放清單[5-11]、秸稈焚燒碳釋放量估算[12-15]等進行較多研究，且多以全國大區(qū)域尺度為例或者多集中在北方地區(qū)。劉慧琳等[11]測算了2019年廣西秸稈露天焚燒大氣污染排放清單，羅意然等[16]實測了廣西典型生物質燃燒所產生的氣態(tài)污染物的排放特征，陶敏華[17]分析了2015年廣西主要農作物秸稈露天焚燒污染物排放情況。以上文獻均未研究廣西秸稈露天焚燒的碳排放情況。因此，本研究以估算廣西2022年秸稈露天焚燒氣態(tài)污染物CO、CO2、CH4的排放量和總碳釋放量為例，分析污染物濃度分布和焚燒火點空間分布特征，以期為廣西針對性的開展秸稈禁燒管控及減污降碳工作提供參考依據(jù)。

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

主要農作物產量數(shù)據(jù)來自廣西14個地級城市2022年國民經濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報及《廣西統(tǒng)計年鑒》；秸稈焚燒火點數(shù)據(jù)采用TERRA、AQUA、Suomi NPP、NOAA20等極軌衛(wèi)星和HIMAWARI-8、HIMAWARI-9、GK2A等靜止衛(wèi)星的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

1.2 方法

本研究以2022年為基準年，對廣西14個地級市秸稈露天焚燒污染物排放情況進行研究，估算CO、CO2和CH4污染物排放量及總碳排放量。根據(jù)廣西農作物產量數(shù)據(jù)，同時結合本地種植概況，確定以水稻、玉米和甘蔗等作為主要農作物進行研究分析。

1.2.1 秸稈產量

計算農作物秸稈產量公式如下：

（1）

式中：W—農作物的秸稈產量，t；P—農作物年產量，t；N—草谷比。

結合《公報》數(shù)據(jù)獲得14個地級市2022年主要農作物產量，并計算農作物秸稈資源量，見表1。

1.2.2 秸稈露天焚燒排放量

秸稈焚燒會產生大量CO、CO2和CH4等大氣污染物。污染物排放量主要基于排放因子法進行估算，根據(jù)《生物質燃燒源大氣污染物排放清單編制技術指南（試行）》（以下簡稱《指南》），秸稈露天焚燒排放量采用以下公式計算：

（2）

（3）

式中：E—污染物排放量，t；A—秸稈露天焚燒量，t；EF—排放因子，g/kg；W—農作物秸稈產量，t；R—秸稈露天焚燒比例，%；η—燃燒率。

其中，水稻、玉米和甘蔗的草谷比選取2019年

農業(yè)農村部辦公廳《關于做好農作物秸稈資源臺賬建設工作的通知》（農辦科〔2019〕3號）中草谷比數(shù)據(jù)，分別為1.06、1.32和0.10；燃燒率選取《指南》中的0.9；水稻和玉米秸稈焚燒比例選取《指南》中的20%，甘蔗的參考劉慧琳等的研究數(shù)據(jù)[11]。具體見表2。

本文秸稈露天焚燒碳排放過程中只考慮CO、CO2和CH4的排放，不考慮其他形式的碳排放。其中，碳排放量根據(jù)秸稈露天焚燒排放的CO、CO2和CH4的量中含碳量比例進行估算。

1.2.3 排放因子

本研究中主要農作物秸稈露天焚燒排放CO、CO2和CH4的排放因子是通過搜集各學者的排放實測數(shù)據(jù)[16，18-29]及權威期刊文獻數(shù)據(jù)[5-7]，取平均值作為本研究秸稈露天焚燒的排放因子，如表3所示。

1.2.4 空間分配

本研究采用多源衛(wèi)星火點及基于土地利用的方法對廣西秸稈露天焚燒進行網格化分配。根據(jù)公式（4）獲得各網格的空間權重。

（4）

式中：i—耕地區(qū)域內第i個網格；Ei—i網格的分配權重；FCi—i網格的火點數(shù)；FCk—k城市總火點數(shù)。根據(jù)各城市秸稈露天焚燒排放總量，結合上述權重比例得到基于火點碳釋放量網格化清單。

2 結果與分析

2.1 秸稈露天焚燒溫室氣體和碳釋放量

2022年廣西全區(qū)秸稈露天焚燒總量為550.45萬t

（見表4），14個地級市中秸稈焚燒量相對較大排名前三的為崇左市101.47萬t，來賓市90.31萬t，

南寧市86.73萬t，主要集中在桂中到桂西南一帶，而該地區(qū)也是甘蔗主產區(qū)，每年甘蔗葉秸稈生產大戶，與2022年公報公布甘蔗產量數(shù)據(jù)相吻合。廣西秸稈露天焚燒排放的CO、CO2和CH4分別為31.46萬t、722.70萬t、1.44萬t，排放的碳總量為211.87萬t。其中崇左的秸稈露天焚燒碳排放量最高，其次是來賓、南寧、柳州、貴港等市。崇左市秸稈露天焚燒碳排放量占全廣西的19.5%，來賓占17.2%，南寧占15.9%，其他城市碳排放量占比均在10%以下。

在水稻、玉米和甘蔗這三類農作物中，甘蔗秸稈露天焚燒污染物總排放貢獻最大，占比55.8%，水稻秸稈焚燒貢獻占比30.7%。這與劉慧琳等人[11]的研究結論較一致。然而大量秸稈焚燒會直接排放大量的大氣污染物，導致中到重度污染天發(fā)生[30， 31]，說明大量甘蔗葉秸稈露天焚燒將會嚴重制約廣西環(huán)境空氣質量進一步改善，因此在甘蔗收割榨季，加強秸稈露天焚燒管控力度尤為重要。

2.2 秸稈露天焚燒源排放空間分布特征

由圖1可知，CO、CO2和CH4三項污染物排放量和碳排放總量高值區(qū)主要都集中在桂中的來賓和南寧以及桂西南的崇左這三個區(qū)域。為了驗證排放因子法估算可靠性，利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測到的秸稈焚燒火點和估算的排放空間分布進行比對（圖2），可以發(fā)現(xiàn)甘蔗秸稈焚燒火點較嚴重的區(qū)域與排放量較大的城市分布基本吻合。2022年崇左、來賓、北海、河池、南寧火點較多，分別占全區(qū)總火點數(shù)的21.3%、14.3%、11.7%、9.4%和8.9%；2021年11月—2022年3月榨季期間，崇左、北海、來賓、南寧和河池火點較多，分別占全區(qū)總火點數(shù)的28.2%、17.6%、15.3%、6.7%和6.4%。2022年1—4月火點數(shù)為2627個，占全年火點數(shù)的71.4%；2021/2022年榨季（11月—次年3月）

火點數(shù)占全區(qū)總火點數(shù)的52.2%?？梢园l(fā)現(xiàn)甘蔗秸稈焚燒火點較嚴重的區(qū)域與排放量較大的城市分布基本吻合。榨季和春耕期是廣西秸稈露天焚燒高發(fā)期，秸稈露天焚燒與農作生產有關，具有較強的季節(jié)性（圖3），每年的11月—次年3月為甘蔗榨季，在此期間會產生大量的甘蔗葉秸稈，大多數(shù)秸稈因收儲困難，政府或企業(yè)綜合利用設施跟不上，利用率不高，導致大多數(shù)農戶直接在耕地中一燒了之。因此，秸稈焚燒是每年榨季廣西大氣污染較重的主要原因。

為進一步分析秸稈露天焚燒對碳排放分布的影響，利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測的火點數(shù)據(jù)進行9 km*9 km

網格化空間匹配，根據(jù)權重比例將各市碳排放量進行網格化分配，得到基于秸稈露天焚燒火點的碳排量空間分配結果，如圖4所示。碳排量網格高值區(qū)主要分布在火點較多的來賓和崇左，以及貴港與南寧的交界處，其他桂北和桂東南部城市均有高值點分布，而桂西區(qū)域碳排量相對較低，與上述碳排量計算結果較一致。

2.3 排放量可靠性分析

該研究的清單使用《指南》中估算方法，統(tǒng)計數(shù)據(jù)來自廣西14個地級城市2022年國民經濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報；秸稈露天焚燒量主要計算參數(shù)選取《關于做好農作物秸稈資源臺賬建設工作的通知》《指南》和劉慧琳等人的調研數(shù)據(jù)；排放因子基于國內外學者實測數(shù)據(jù)及權威期刊文獻數(shù)據(jù)的均值。因此，該研究在數(shù)據(jù)來源和方法上具有一定可靠性，研究成果具有一定參考和指導意義。

然而，秸稈露天焚燒污染物排放量清單具有一定的不確定性。主要是由于秸稈焚燒量缺乏統(tǒng)一的統(tǒng)計口徑，所以在測算過程中使用秸稈產量、露天焚燒比例和燃燒率等計算，而露天焚燒比例和燃燒率會因不同區(qū)域、不同作物種類及不同的燃燒方式而存在較大差異；排放因子主要是基于國內外學者的實測數(shù)據(jù)，由于受測試條件等因素的影響，各學者實測結果差異較大；本研究未做本地化測試，在今后研究中需根據(jù)不同區(qū)域和秸稈類型，通過實地調研和測試等方式，提高研究結果的可靠性。

3 結論

（1）2022年廣西秸稈露天焚燒總量為550.45萬t，

14個地級市中秸稈焚燒量排名前三的主要集中在甘蔗主產區(qū)的崇左市（101.47萬t）、來賓市（90.31萬t）

和南寧市（86.73萬t）；秸稈露天焚燒排放的CO、CO2、CH4和碳排放總量，分別為31.46萬t、722.70萬t、1.44萬t和211.87萬t，高值區(qū)主要集中在來賓、南寧和崇左；崇左市秸稈露天焚燒碳排放量占全廣西的19.5%，來賓占17.2%，南寧占15.9%，其他城市碳排放量占比均在10%以下。

（2）采用基于火點權重的空間分配法對全區(qū)碳排放量進行網格化分配，碳釋放量高值點主要分布在來賓和崇左，以及貴港與南寧的交界處，而桂西區(qū)域碳排量相對較低。

（3）受農作物耕作和收割季節(jié)性影響，廣西秸稈露天焚燒呈季節(jié)性變化，主要集中在1—4月和11—12月，甘蔗榨季是秸稈露天焚燒高發(fā)期；在水稻、玉米和甘蔗這三類農作物中，甘蔗秸稈露天焚燒污染物總排放貢獻最大，占比55.8%。

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Analysis of Carbon Emission Characteristics of Open-air Straw Burning in Guangxi

PAN Qiu-ling， PAN Run-xi， XIE Yu-ning， HE Ling-hong， HUANG Nai-zun

（Guangxi Ecological and Environmental Monitoring Center， Nanning Guangxi 530028，China）

Abstract： This paper used the emission factor method to estimate the emissions of greenhouse gases CO， CO2 and CH4 and carbon emissions caused by straw burning， and allocated carbon emissions in a grid based on fire point data. The results showed that the total amount of open-air straw burning in Guangxi in 2022 was 5.5045 million tons， and the emissions of CO， CO2， and CH4 were 0.3146 million tons， 7.227 million tons， and 0.0144 million tons respectively. The total carbon emission was 2.1187 million tons. Among them， the most impact came from sugarcane straw with a contribution of 55.8%. The distribution of air pollutants emitted by biomass combustion sources was uneven. The high value areas of CO， CO2 and CH4 pollutant emissions and total carbon emissions were mainly concentrated in Laibin and Nanning， as well as Chongzuo in southwest Guangxi. The carbon emissions from open-air straw burning in Chongzuo City accounted for 19.5% of Guangxi's， 17.2% for Laibin， and 15.9% for Nanning. The carbon emissions of other cities were all below 10%. Affected by the seasonality of crop farming and harvesting， the open-air straw burning in Guangxi changed seasonally， mainly from January to April and November to December. The sugarcane crushing season was a period of high incidence of open-air straw burning.

Key words： open burning of straw; sugarcane burning; greenhouse gas; carbon emission; emission factor

基金項目：廣西重點研發(fā)計劃項目（No.桂科AB20238015）。

作者簡介：潘秋玲（1989- ），女，廣西柳州人，碩士，工程師，主要從事環(huán)境空氣質量綜合分析工作。

通信作者：潘潤西。