来源:Frontiers of Agricultural Science & Engineering 发布时间:2023/6/30 15:08:05
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FASE | 前沿研究:中国食物系统低碳化策略

论文标题:STRATEGIES FOR A LOW-CARBON FOOD SYSTEM IN CHINA(中国食物系统低碳化策略)

期刊:Frontiers of Agricultural Science & Engineering

作者:Xinpeng JIN, Xiangwen FAN, Yuanchao HU, Zhaohai BAI, Lin MA

发表时间:15 Jun 2023

DOI: 10.15302/J-FASE-2023494

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农业碳中和与低碳经济

Carbon Neutrality and a Low Carbon Economy for Agriculture

专 辑 文 章 介 绍

· 第二篇 ·

▎论文ID

Strategies for a low-carbon food system in China

中国食物系统低碳化策略

发表年份:2023年

第一作者:金欣鹏

通讯作者:马林

 malin1979@sjziam.ac.cn

作者单位:中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心

Cite this article :

Xinpeng JIN, Xiangwen FAN, Yuanchao HU, Zhaohai BAI, Lin MA. STRATEGIES FOR A LOW-CARBON FOOD SYSTEM IN CHINA. Front. Agr. Sci. Eng., 2023, 10(2): 167–182 https://doi.org/10.15302/J-FASE-2023494

· 文 章 摘 要 ·

我国对食物系统温室气体排放和减排增汇潜力仍缺乏理解,可能会阻碍“双碳”目标的实现。为此,本文构建了一个从土地利用及其变化到农业生产、食物供应和消费的食物系统温室气体核算框架,定量了中国食物系统温室气体排放时空变化和减排固碳潜力。结果表明,1992–2017年,我国食物系统温室气体净排放从7.85亿吨(CO2当量,后同)增长至10.8亿吨。其中,农业活动一直占排放量的一半以上,而农业能源是排放增长最快的部分。2017年,食物系统排放最高的地区包括中南地区(广东和湖南),华北平原(山东、河南和江苏),以及东北地区(黑龙江和内蒙古),合计占比超过总量的50%,而新疆、青海和西藏则为碳汇状态。低排放情景下,中国食物系统温室气体排放可降低至3.55亿吨,其中加强末端减排技术、促进社会经济和食物消费转变、提高农业生产力分别可贡献减排量的60%,25%和15%,三者在农业活动减排中还具有协同效应。

· 文 章 亮 点 ·

1. 本文构建了环节明晰的中国省级尺度食物系统温室气体核算模型。

2. 1992–2017年,中国食物系统净温室气体排放增长了38%,从7.85亿吨增长至10.8亿吨。

3. 2017年,食物系统排放较高的区域集中在中南地区、华北平原和东北地区,处于食物系统碳汇的省级行政区则包括西藏、青海和新疆。

4. 低碳情景下,中国食物系统温室气体排放可降低至3.55亿吨,其中减排技术提升、社会经济和饮食转变,以及农业生产力提升对减排的贡献分别为60%,25%和15%。

· Graphical abstract ·

· 研 究 内 容 ·

▎引言

全球地表平均温度已较工业革命前提高1.09 ℃,减少温室气体排放、实现碳中和正日益迫切。要实现相关减排目标,食物系统的贡献不可或缺。研究表明,全球食物系统排放量已达180亿吨,若其继续保持现有排放趋势,仅该系统的排放增量就将突破1.5 ℃的温升控制目标。而另一方面,若与食物系统密切相关的土地部门管理得当,则能贡献80–106亿吨的减排潜力。然而在“双碳”目标设立的背景下,我国食物系统排放和缓解潜力仍缺乏全面、综合的评估,这可能阻碍缓解措施的实施、进一步加剧全球变暖。基于此,本文定量了我国食物系统温室气体排放时空变化状况和减排潜力,以期为利益攸关方提供减排策略参考。

▎中国食物系统温室气体排放的时间变化

中国食物系统温室气体排放在过去25年间先升高后趋稳。1992–2012年,温室气体排放量从7.85亿吨增长至10.94亿吨,其中农业活动和农业能源利用的排放增长占排放总增量的80%(图1a)。而后五年,随着上述两类排放的稳定或微跌,到2017年食物系统总排放略微下降至10.8亿吨(图1a)。从排放环节看,化肥生产和施用、有机肥施用(包括畜禽粪尿和秸秆)和粪尿管理环节不仅排放量大,增速也快(48%–108%)。农业能源相关的排放环节也值得关注,尽管排放占比较低,但增速较快(95%–258%,图1b)。土地利用碳汇和产后排放保持稳定,前者是由于我国土地利用类型的稳定,而后者则得益于相关工业部门排放效率的提升(图1b)。

图1 (a) 1992–2017年中国食物系统温室气体排放变化;(b) 2017年温室气体排放结构(图中括号内百分数代表相对于1992年的变化)。

▎中国食物系统温室气体排放的空间分布

中国食物系统温室气体排放热点区域集中在中南地区、华北平原和东北地区,这些区域的合计排放占总排放量的一半以上(图2e)。农业活动和农业能源利用的排放格局具有相似性,不同之处在于,由于更多的水稻生产,农业活动排放最高的区域位于中南地区,而农业能源利用排放最高的区域位于华北平原(图2a, 2b)。产后排放则由食物消费主导,因此排放较高的地区既包括经济较为发达的江苏和广东,也包括由于农村炊事能效低的四川和陕西(图2d)。土地利用及其变化呈碳汇状态,其中西藏、新疆和青海等地由于草地土壤碳的积累,具有最大的碳汇量。然而,内蒙古由于草地土壤碳损失显示为碳源。传统农业区中,东北由于耕地土壤碳的损失而呈碳源状态,其他地区基本为弱碳汇状态(图2c)。

图2 2017年中国食物系统温室气体分部门排放空间格局,包括:(a) 农业活动排放;(b) 农业能源排放;(c) 土地利用和土地利用变化排放;(d) 产后排放;(e) 食物系统总排放。

中国食物系统仍有较大减排增汇潜力。低碳情景下 (Low Carbon, LC),中国食物系统温室气体有望降至3.55亿吨,较照常情景 (Business As Usual, BAU) 降低72%(图3)。农业活动具有最大的减排潜力(4.8亿吨)和协同减排效应,其中促进社会经济和食物消费转变、提高农业生产力及末端减排技术在农业活动中减排贡献分别为39%、28%和33%。而从总减排量来看(包括土地利用、农业活动、农业能源利用和产后减排),三类缓解措施的减排贡献分别为25%,15%和60%(图3)。

图3 中国食物系统减排潜力。

▎结论与讨论

中国食物系统温室气体排放增长已开始趋缓、稳定,未来排放增量将主要由畜禽和农业能源排放驱动。从区域上看,中南地区、华北平原和东北地区是排放热点区域,而净碳汇区域位于西南和西北。食物系统减排增汇潜力仍然较大,可使整个系统排放量降低72%(相对于照常情景)。本研究仍然具有较大的不确定性,主要原因在于:(1)我们收集的减排参数来源于不同文献,而不同文献间对减排力度的表述并非完全一致;(2)模型参数和数据变化可能不能够完全体现各缓解措施间的协同或权衡效应。但本文选取的减排措施及其参数均按照可持续原则选取(在许多文献中参照可持续共享社会经济路径SSP1选取,并非最激进减排措施),模型也通过与FABLE-calculator耦合体现了食物消费变化对食物生产的影响,因此文章结论具有稳健性。未来研究将进一步致力于完善模型的综合性和一致性。

美编 | 冯晨晨

编辑 | 唐静月 李云舟

审稿 | 许建香

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