基于營養(yǎng)-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)耦合模型的從江稻魚鴨復(fù)合系統(tǒng)碳足跡研究

中圖分類號(hào)S181文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào) 0517-6611（2025）11-0067-05

doi： 10.3969/j. issn. 0517-6611. 2025. 11. 015

ResearchonCarbonFotprintof YangtzeRiver RiceFishDuck Composite System BasedonNutrition Economy EcologyCoupling Model

LUO Mei- ，LIANG Long1，2（1.Instituteof Rural Revitalization Strategy，Guizhou Universityof FinanceandEconomics，Guiyang， Guizhou50025；2.SchoolofManagementScienceandEnginering，GuizhouUniversityofFinanceandEconomics，Guiyang，Guizhou 550025）

AbstractIn this paper， the carbon footprint per unit area （ CF_A ），carbon footprint per unit value （ CF_v ）and carbon footprint per unit nutrient density （ CF_NDU ）oftherice-fish-duck compositesystem in the Dong Townshipof CongjiangCounty，a Globaly Important Agricultural Cultural Heritage（GAHC），were measuredbasedontheresearchdataofthefarers，ndthelifecycleassessmentmethodwasusedtoopare CF_A ， CF_v and CF_NDU ofthe composite system with thatofthetraditional rice-fish symbiosisand the conventional ricecropping.Theresults showed that the CF_A ， CF_v and CF NDU of the rice-fish-duck composite system were 8338.31kg（CO₂eq）/hm² ， 0.05kg（CO₂eq ）/yuan and 8.32kg（CO₂eq）/NDU ，respectively，and that of the rice-fish symbiosis model， CF_A，CF_v and CF_NDU were 8057.02kg（CO₂eq）/hm² ， （204號(hào) 0.10kg（CO₂eq）/yuan ，and 9.85kg（CO₂eq）/NDU ，respectively；and in the conventional rice-fish cropping system，the CF_A ， CF_v ，and CF_NDU were 9908.22kg（CO₂eq）/hm² ， 0.30kg（CO₂eq）/yuan ， 14.49kg（CO₂eq）/NDU .The Rice-fish-duck complex system has the highestnutrientdensityoutput（DU），providsavarietyoffodsources，ndelpstoeichtedietarystructueofpeople’sdieructueo reover，ithasthalstcabonfoprpnitfutputvaue，ichsaghotetaforpularzationdisnualpodc tion model that balances economic benefits and environmental sustainability.

KeywordsAgi-fshryomplexsst;Carbnfoprint;Lifeleessntmethod;Rice-fsuckcomplexsyst;Suaableevel opment

隨著全球氣候變化問題的日益嚴(yán)峻，研究農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的碳足跡，探求固碳減排路徑及可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式成為科學(xué)研究和國際政策制定的重要議題。我國西南喀斯特地區(qū)因其獨(dú)特的地質(zhì)地貌和生態(tài)條件，面臨生態(tài)脆弱和資源限制的雙重挑戰(zhàn)，必須因地制宜采取適應(yīng)的生產(chǎn)方式，以實(shí)現(xiàn)在維護(hù)生態(tài)環(huán)境和促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，滿足當(dāng)?shù)厝嗣竦纳钚枨蟆?/p>

黔東南州各縣（市）通過千百年摸索，創(chuàng)建了稻魚共作和稻魚鴨共作2種農(nóng)漁復(fù)合系統(tǒng)，其中以從江縣稻魚鴨復(fù)合系統(tǒng)最為典型，聯(lián)合國糧農(nóng)組織將其列為全球重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)之一。稻魚鴨復(fù)合系統(tǒng)是將水稻種植、魚鴨養(yǎng)殖相結(jié)合，形成的一個(gè)互利共生的循環(huán)農(nóng)業(yè)模式。在該系統(tǒng)中，水稻為魚鴨提供適宜的生長環(huán)境，而魚鴨活動(dòng)有助于水體的循環(huán)和氧化、促進(jìn)水稻授粉，同時(shí)也能夠控制害蟲和雜草的生長，減少對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的依賴。鴨類在稻田中覓食時(shí)，其排泄物可以作為肥料促進(jìn)水稻的生長。稻魚共作模式能有效利用有限的地表水資源，同時(shí)通過稻田養(yǎng)魚，增加了水體的循環(huán)利用率。通過稻魚共作及稻魚鴨共作，農(nóng)民不僅可以收獲稻米，還可以養(yǎng)殖魚鴨，滿足了當(dāng)?shù)鼐用袷澄锒嘣枨蟆?/p>

碳足跡是一種衡量人類活動(dòng)中產(chǎn)生或釋放的，用以評(píng)估國家、組織及個(gè)人的產(chǎn)品或服務(wù)的，并以二氧化碳當(dāng)量（ CO₂eq ）為單位來衡量對(duì)氣候環(huán)境變化貢獻(xiàn)程度的溫室氣體排放量的方法[1]。其計(jì)算方法主要有投入產(chǎn)出法（input-output analysis，IOA）生命周期評(píng)價(jià)法（life cycle assessment，LCA）IPCC方法。已有研究主要集中于以下方向： ① 研究不同行業(yè)的碳足跡，例如能源、旅游業(yè)、農(nóng)業(yè)等，以及如何通過技術(shù)創(chuàng)新和管理措施減少行業(yè)碳排放[2-5]。 ② 研究消費(fèi)者行為對(duì)碳足跡的影響，以及如何通過教育和政策引導(dǎo)消費(fèi)者選擇低碳產(chǎn)品和服務(wù)，例如，朱強(qiáng)等通過對(duì)全國30省30所高校的實(shí)地調(diào)研，基于9660份調(diào)查問卷對(duì)高校學(xué)生食堂的打包餐盒的碳足跡進(jìn)行計(jì)算發(fā)現(xiàn)，排骨套餐的碳排放量為1.6758kg（CO₂eq）/kg ，認(rèn)為高校餐飲食物消費(fèi)的碳足跡較高，需要在節(jié)能減碳方面作出更多的努力。 ③ 研究如何通過植樹造林、可再生能源項(xiàng)目等方式實(shí)現(xiàn)碳中和，以及如何通過碳信用和碳補(bǔ)償機(jī)制來平衡碳排放[7-9]。 ④ 使用生命周期評(píng)估來分析產(chǎn)品從原材料采集、生產(chǎn)、使用到廢棄全過程中的碳排放等[10-12] 。

關(guān)于農(nóng)漁復(fù)合系統(tǒng)，學(xué)者們從各個(gè)角度進(jìn)行了研究。Yuan等[13對(duì)稻麥輪作、稻蝦共作及龍蝦單養(yǎng)模式的相對(duì)經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了評(píng)估，發(fā)現(xiàn)稻蝦共作的效益成本比高于稻麥輪作及龍蝦單養(yǎng)模式。Li等[4]分析了水稻單作與稻魚共作的水質(zhì)、底棲動(dòng)物和浮游生物群落組成，研究表明，與水稻單作相比，稻魚共作稻田的總氮含量顯著增加，提高了水稻生長所需的土壤和水分肥力。而稻魚鴨模式被譽(yù)為全球重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)，需要進(jìn)行多視角環(huán)境影響的研究，基于此，該研究從環(huán)境和營養(yǎng)視角出發(fā)，評(píng)估在常規(guī)稻作模式與稻魚共生、稻魚鴨共生2種農(nóng)漁復(fù)合系統(tǒng)的碳足跡。其系統(tǒng)邊界選擇“從搖籃到農(nóng)田”，即從肥水藥等農(nóng)資生產(chǎn)到稻田種植和收獲，功能單位選擇單位面積、單位產(chǎn)值和營養(yǎng)密度單位，以此比較不同模式下的單位面積碳足跡、單位產(chǎn)值碳足跡及單位營養(yǎng)密度碳足跡，以期為黔東南州的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供指導(dǎo)性的碳減排策略，并為其他喀斯特地區(qū)實(shí)施類似農(nóng)漁復(fù)合系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)保措施和長期持續(xù)發(fā)展提供積極的參考價(jià)值。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況從江縣位于貴州省東南部（ 108^°05^′～ 109^°12^′E，25^°16^′～26^°05^′N） ，地形以山地為主，平均海拔1310m ，年均氣溫和年降水量分別為 18.5^°C 和 1185.9mm 土地面積32.25萬 hm² ，耕地面積僅2.68萬 hm² ，主要土壤類型包括紅壤、黃紅壤、黃壤等，是典型的喀斯特地貌區(qū)。稻-魚-鴨體系距今已有1400多年的歷史，是當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶沿用至今的一種生態(tài)農(nóng)業(yè)模式。截至2024年，從江縣共有稻田1.17萬 hm² ，稻-魚-鴨體系推廣面積達(dá)到0.77萬 hm² 。2011年，聯(lián)合國糧農(nóng)組織將從江稻-魚-鴨復(fù)合系統(tǒng)認(rèn)定為“全球重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)\"（GIAHS）保護(hù)試點(diǎn)；2013年，農(nóng)業(yè)部將其列入首批“中國重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)\"（China-NIAHS）保護(hù)試點(diǎn)。此外，從江縣將19個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)列入全球重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)保護(hù)范圍，劃定了9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)25個(gè)行政村共 2 000hm² 為核心保護(hù)區(qū)域，并把“稻-魚-鴨\"共作模式列入全縣“ 1+3+N^′′ 產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。

1.2數(shù)據(jù)來源與處理數(shù)據(jù)主要來源于實(shí)地調(diào)查、訪談資料。通過對(duì)黔東南州從江縣主要4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)30余戶養(yǎng)殖大戶和專業(yè)合作社的3種模式進(jìn)行調(diào)研，調(diào)查內(nèi)容主要涉及種子、農(nóng)藥、機(jī)械等農(nóng)資投入情況及3種模式的產(chǎn)量，借助Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理。

1.3研究邊界研究的系統(tǒng)邊界為水稻播種到水稻收獲期內(nèi)的溫室氣體排放，包括農(nóng)資投入（種子、魚苗、鴨苗、農(nóng)藥、農(nóng)膜、復(fù)合肥等）引起的間接溫室氣體排放和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)引起的直接溫室氣體排放。

1.4 研究方法

1.4.1碳足跡計(jì)算。碳足跡計(jì)算公式如下：

式中： CF_A 為單位面積碳足跡； Q_i 為單位面積內(nèi)第 i 種農(nóng)資的投入量； ω_i 為第 i 種農(nóng)資的碳排放系數(shù)（表1）； E_CH4 為 CH₄ 對(duì)應(yīng)的 CO₂ 當(dāng)量 [kg（CO₂eq）/hm²] ，常規(guī)稻作模式為5035.80kg （ CO₂eq）/hm² ，稻魚共作模式為4024.50kg（CO₂eq）/hm^2[17] ，稻魚鴨共作模式因缺乏相關(guān)數(shù)據(jù)，參考袁偉玲等[21]于 2006、2007 年所做的對(duì)照試驗(yàn)，以稻鴨共作模式的 CH₄ 對(duì)應(yīng)的 CO₂ 當(dāng)量代替，取平均值為4635.15kg（CO₂eq）/hm²;E_N? E_N2O 為 N₂O 的累積排放量，298 為100年尺度 N₂O 的增溫趨勢(shì);N為使用N肥帶入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的純氮量（ kg/hm² ）； α 為N引起的 N₂O 排放的排放系數(shù)，為0.003[15]，44 0 是將 N₂ 轉(zhuǎn)換為 N₂O 的系數(shù)。

單位產(chǎn)值碳足跡、單位營養(yǎng)密度碳足跡的計(jì)算公式如下：

式中， 分別為單位產(chǎn)值碳足跡 /元]和

單位營養(yǎng)密度碳足跡 [kg（CO₂eq）/NDU] ，NDU 為一個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的系統(tǒng)營養(yǎng)密度產(chǎn)出， P 為單位面積農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總產(chǎn)值（元）。

1.4.2 營養(yǎng)密度單元（nutritiondensityunit，NDU）。計(jì)算公式如下：

ND=100g 食物中所含有的營養(yǎng)素含量/該營養(yǎng)素參考攝入量標(biāo)準(zhǔn)

式中： ?P_i 為一個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng) 1hm² 土地第 i 種產(chǎn)品的產(chǎn)量（kg/hm² ）； NEU_i 為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中第 χ_i 種產(chǎn)品的營養(yǎng)當(dāng)量（nutritionequivalentunit，NEU），即營養(yǎng)相當(dāng)?shù)牧?，反映食物中所含營養(yǎng)素的總體情況，本質(zhì)上是食物的平均營養(yǎng)素密度[22] ?_：βi 為第 i 種產(chǎn)品的可食用率，稻谷取 70% ，稻田魚取76% ，稻田鴨取 60% ： ND_i 為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中第 i 種產(chǎn)品的營養(yǎng)素密度;n為營養(yǎng)指標(biāo)數(shù)，取值21[23]

2 結(jié)果與分析

2.1不同生產(chǎn)模式的產(chǎn)量與系統(tǒng)NDU由表3可知，常規(guī)稻作模式稻谷產(chǎn)量為 8250.00kg/hm² ，分別比稻魚共作模式和稻魚鴨共作模式低 8.64% 和 12.70% 。稻魚共作模式中稻田魚的產(chǎn)量為 825. 00kg/hm² ，比稻魚鴨共作模式低57.69% 。稻魚鴨共作模式的系統(tǒng)NDU為1001.75，比稻魚共作模式和常規(guī)稻作模式分別高 22.43% 和 46.51% 。綜合來看，稻魚鴨共作模式下稻谷產(chǎn)量最高，且稻魚鴨共作模式通過將水稻種植與水產(chǎn)養(yǎng)殖（魚和鴨）相結(jié)合，提高了稻田魚的產(chǎn)量以及系統(tǒng)整體營養(yǎng)密度產(chǎn)出。

2.2不同生產(chǎn)模式碳足跡分析

2.2.1單位面積碳足跡分析。由表4可知，不同生產(chǎn)模式單位面積碳足跡從高到低依次為常規(guī)稻作、稻魚鴨共作、稻魚共作，分別為9908.22、8338.31和 8057.02kg（CO₂eq）/hm² ，常規(guī)稻作模式溫室氣體排放總量分別比稻魚共作模式和稻魚鴨共作模式高 22.98% 和 18.83% ，說明在不同的稻田生產(chǎn)模式下，單位面積碳足跡有明顯差異，且將稻田與水產(chǎn)養(yǎng)殖（魚和鴨）結(jié)合的綜合種養(yǎng)模式可以有效降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的碳足跡。單位面積碳足跡構(gòu)成成分中，常規(guī)稻作模式碳足跡來源中占比最高的是 CH₄ ，排放量為 5035.80kg（CO₂eq）/hm² ，占比 50.82% ;其次為N肥，占比 27.05% ；第三大來源為機(jī)械，占比 6.87% 。稻魚共作模式碳足跡主要來源為 CH₄ ，排放量4 024.50，占比 49.95% ;第二大來源為N肥，占比 19.51% ;其次是電力，占比 15.27% 。在稻魚鴨共作模式中，其碳足跡來源最多的是 CH₄，4635.15kg（CO₂eq）/hm² ，占總碳足跡的55.59% ;其次是N肥，占比 13.60% ；第三大來源為電力，占比 13.41% 。由此可見，3種模式中 CH₄ 的排放占比都是第一位，而 CH₄ 是一種強(qiáng)效的溫室氣體，比 CO₂ 的全球變暖潛能還要高。同時(shí)，氮肥的施用直接或間接地貢獻(xiàn)了相當(dāng)一部分的溫室氣體排放。

2.2.2單位產(chǎn)值碳足跡及單位營養(yǎng)密度碳足跡分析。利用市場價(jià)格法計(jì)算不同生產(chǎn)模式的單位面積農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總產(chǎn)值。在當(dāng)?shù)?，稻谷價(jià)格為4元 'kg ，稻田魚價(jià)格為50元/kg，稻田鴨價(jià)格為60元/kg。常規(guī)稻作、稻魚共作、稻魚鴨共作模式單位面積農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總產(chǎn)值分別為33000、77370、175800元，表明稻魚鴨共作模式可以取得更高的農(nóng)業(yè)產(chǎn)值。根據(jù)公式（3）＼～（7），計(jì)算結(jié)果見表5。由表5可知，常規(guī)稻作、稻魚共作、稻魚鴨共作模式的單位產(chǎn)值碳足跡依次為0.30、0.10、0.05kg（CO₂eq） /元，常規(guī)稻作模式是稻魚共作、稻魚鴨共作模式的3＼～6倍，這意味著在產(chǎn)值相同的情況下，稻魚鴨共作模式的碳足跡最低，表明多元化的生產(chǎn)模式能更有效地減少碳排放。常規(guī)稻作、稻魚共作、稻魚鴨共作模式的單位營養(yǎng)密度碳足跡分別為 14.49、9.85、8.32kg（CO₂eq）/l NDU，常規(guī)稻作是另外2種模式的 1.5～1.7 倍，說明常規(guī)稻作模式相比于稻魚共作和稻魚鴨共作模式，在生產(chǎn)同等營養(yǎng)價(jià)值的產(chǎn)品時(shí)，產(chǎn)生的碳足跡更高。綜合來看，通過采用稻魚共作和稻魚鴨共作等多元化生產(chǎn)模式，不僅可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的總產(chǎn)值，還可以有效降低單位產(chǎn)值和單位營養(yǎng)密度的碳足跡，從而實(shí)現(xiàn)更加環(huán)保和可持續(xù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

3討論與結(jié)論

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)在帶來糧食高產(chǎn)的同時(shí)也造成難以治理的農(nóng)業(yè)污染和生態(tài)環(huán)境破壞，因而現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展開始轉(zhuǎn)向保護(hù)生態(tài)環(huán)境、可持續(xù)的農(nóng)業(yè)形式，同時(shí)人們開始重新發(fā)現(xiàn)和思考傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)文化的功能和價(jià)值[24]。在當(dāng)前全球應(yīng)對(duì)氣候變化的背景下，評(píng)估和減少碳足跡已成為各國農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)戰(zhàn)略，對(duì)于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和維護(hù)地球的生態(tài)平衡具有長遠(yuǎn)意義。水稻單作無法在不犧牲長期環(huán)境可持續(xù)的情況下提供可持續(xù)的糧食供應(yīng)[25]，而稻魚鴨復(fù)合系統(tǒng)是一種綜合利用自然資源、促進(jìn)生態(tài)平衡、提高經(jīng)濟(jì)效益的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，是低碳農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)的典型代表。由于稻田養(yǎng)殖生物在稻田生態(tài)系統(tǒng)中添加生態(tài)位、延長食物鏈的增環(huán)作用，通過其持續(xù)運(yùn)動(dòng)、覓食活動(dòng)等，不同程度地影響稻田溫室氣體的排放量[26]。該研究采用基于生命周期的碳足跡模型，評(píng)估了常規(guī)稻作、稻魚共作及稻魚鴨共作3種模式的單位面積碳足跡、單位產(chǎn)值碳足跡及單位營養(yǎng)密度碳足跡。結(jié)果表明，常規(guī)稻作模式單位面積碳足跡為9368.34kg（CO₂eq）/hm² ，低于蔣榕等[27]在江蘇省所做的研究結(jié)果 [14126kg（CO₂eq）/hm²] ，造成這種差異的原因主要是其研究中 CH₄ 排放 10720.20kg（CO₂eq）/hm²? 高于筆者研究;單位產(chǎn)值碳足跡為 0.30kg（CO₂eq）/ 元，小于蔣榕等[27]研究的 0.59kg（CO₂eq） /元，主要由于研究中農(nóng)資投入的差異造成了稻谷產(chǎn)量存在較大差異；單位營養(yǎng)密度碳足跡為 14.49kg（CO₂eq）/NDU ，高于戴林秀等28]研究的6.15kg（CO₂eq）/NDU ，這是由于該研究營養(yǎng)指標(biāo)考慮了21種，而戴林秀等[28]的研究僅考慮了3種。而稻魚共作模式的單位面積碳足跡、單位產(chǎn)值碳足跡分別為 ，單位面積碳足跡大于崔文超等[17]對(duì)青田稻魚共生所做的研究（20 [6266.70kg（CO₂eq）/hm²] ，這是由于排放系數(shù)及農(nóng)資投入的差異所造成的，而單位產(chǎn)值碳足跡與其所做研究差異不大[0.12kg（CO₂eq） /元]。目前，關(guān)于稻魚鴨復(fù)合系統(tǒng)碳足跡評(píng)價(jià)的研究還較少，未來還需要對(duì)其進(jìn)行多維度的研究。

在該研究中，稻魚鴨復(fù)合系統(tǒng)NDU為1001.75，CF_A?CF_v 、 CF_NDU 分別為8338. 31kg （ CO₂eq）/hm² 、0.05kg（CO₂eq） /元 .8.32kg（CO₂eq）/NDU 。綜合來看，與常規(guī)稻作相比，稻魚共作和稻魚鴨共作模式在3個(gè)碳足跡指標(biāo)都有明顯降低，特別是稻魚鴨共作模式，不僅提供了最高的系統(tǒng)營養(yǎng)密度產(chǎn)出（NDU），而且單位產(chǎn)值碳足跡最小，這意味著稻魚鴨共作模式在產(chǎn)生最多經(jīng)濟(jì)價(jià)值的同時(shí)對(duì)環(huán)境的影響最小。因此，稻魚鴨共作模式具有較高的推廣潛力，是一種經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境可持續(xù)性兼顧的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式。

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