来源:Frontiers of Agricultural Science & Engineering 发布时间:2024/9/29 14:04:27
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FASE  亮文解读:新冠疫情下中国农业温室气体排放研究

论文标题:Greenhouse gas emissions during the COVID-19 pandemic from agriculture in China

期刊:Frontiers of Agricultural Science & Engineering

作者:Jianing TIAN, Chuanhui GU, Yanchao BAI

发表时间:15 Sep 2024

DOI:10.15302/J-FASE-2024558

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Sep 2024, Volume 11 Issue 3

· 第五篇 ·

▎论文ID

Greenhouse gas emissions during the COVID-19 pandemic from agriculture in China

新冠疫情下中国农业温室气体排放研究

发表年份:2024年

第一作者:田佳宁1

通讯作者:顾传辉1,2

邮箱:cg294@duke.edu

作者单位:1. 昆山杜克大学自然与应用科学系;2. 昆山杜克大学环境研究中心。

Cite this article :

Jianing TIAN, Chuanhui GU, Yanchao BAI. Greenhouse gas emissions during the COVID-19 pandemic from agriculture in China. Front. Agr. Sci. Eng., 2024, 11(3): 409–427 https://doi.org/10.15302/J-FASE-2024558

· 文 章 摘 要 ·

为了研究新冠疫情对中国农业碳排放的影响,本研究系统地核算了2019至2021年间中国农业活动所产生的温室气体排放,包括作物和畜牧业生产以及农业物资和能源投入。研究发现,中国农业的净温室气体排放量 (NGHGE) 在这三年内呈现增长趋势。其中,CH4排放在总排放中占比最高,超过65%,并且年度增长明显,主要由家畜肠道发酵和水稻种植引起。N2O排放约占总排放的22%,主要来源于氮肥施用和粪便管理,其排放量在研究期间有所下降。CO2排放约占18%,柴油使用和农业电力消耗是其主要来源,占了超过60%的份额。土壤碳固存对温室气体排放有约6.1%的抵消作用。家畜肠道发酵和水稻种植的 CH4排放合计占总温室气体排放量的50%以上。疫情期间畜牧业的变动是导致净温室气体排放变化的主要原因。

· 文 章 亮 点 ·

1. CH4排放在中国疫情期间的净温室气体排放增长中起主导作用。

2. N2O的排放主要与肥料使用和废物处理有关。

3. CO2排放因地区不同而异,需要因地制宜的减排措施。

4. 新冠疫情导致的养猪业中断,促进了CH4排放的增加。

· 研 究 内 容 ·

▎引言

全球变暖趋势加剧,IPCC数据显示农业活动产生的温室气体排放占人类活动总排放的23%至30%。预计到2070年,农业源的CH4和N2O排放量将分别比2010年增加47%和50%。中国作为农业大国,其作物种植和畜牧业种类繁多,加之农业投入品和能源使用近年来显著增加,导致区域间温室气体排放差异显著。因此,掌握中国农业温室气体排放的总量、结构和区域特点对于制定有效的减排政策至关重要。

现有研究多集中于农业碳排放,对碳固存研究较少,且少有研究将两者结合。此外,研究多局限于作物生产,对畜牧业生产关注不足。因此,全面评估农业碳足迹显得尤为迫切。

联合国报告指出,新冠疫情期间主要温室气体浓度持续上升,但关于该时期中国农业碳排放变化的报告尚缺。本研究旨在填补这一空白,依据2011年《省级温室气体清单指南》,核算2019至2021年中国各地区农业系统的净温室气体排放,分析疫情期间的变化趋势,并探讨土壤碳固存的潜力,为制定低碳农业政策提供科学依据。

▎结果

1. 2019–2021年中国农业NGHGE的特征 (图1):2019年,中国农业的NGHGE为7.29×108吨,而2020年和2021年分别为7.30×108和7.40×108吨。2020年年度增长率为0.14%,2021年为1.34%,显示出逐渐上升的趋势。

图1 2019–2021年中国农业净温室气体排放量。

2. 农业系统内GHG排放的结构:在这三年中,CH4排放在中国农业NGHGE中所占比例最大,分别为65.7%,66.3%和66.8%,呈现持续增长。N2O排放的比例在2019年为22.1%,2020年略增至22.2%,2021年降至21.7%,呈现波动趋势。CO2排放比例最小,2019年为18.4%,2020年降至17.5%,2021年略增至17.7%。土壤碳储存的变化导致的温室效应潜力变化范围在–6.11%至–6.22%之间。显然,CO2、N2O和CH4排放的联合影响是中国农业NGHGE波动的主要原因。

3. 不同GHG排放源的结构特征 (图2):从2019年到2021年,农业碳源对GHG排放的贡献从高到低依次为:肠道发酵 > 水稻生产 > 化肥使用 > 粪便管理的N2O排放 > 粪便管理的CH4排放 > 柴油使用 > 农业电力使用 > 塑料覆盖 > 农药使用 ≈ 农田间接排放 > 秸秆还田 > 粪便还田。其中,肠道发酵和水稻生产的CH4排放最高,年均分别占28.2%和22.8%,两者合计贡献在三年期间超过50%。秸秆还田和粪便还田的贡献最低,年均分别为1.5%和0.5%。

图2 2019–2021年中国农业碳排放源占比。

4. 2019–2021年中国农业不同GHG排放的结构特征 (图3):CH4排放从2019年的4.79×108吨增加到2020年的4.85×108吨,并在2021年达到4.95×108吨。年增长率分别为1.1%和2.1%,表明增长速度有所放缓。在排放源方面,肠道发酵和水稻生产的CH4排放显著。2019年,这些源分别占CH4排放的50.4%和39.1%。三年中,肠道发酵的CH4排放比例保持在48%以上。水稻生产的CH4排放比例呈现下降趋势,2020年和2021年分别为38.8%和37.8%,与前一年相比分别下降了0.6%和2.5%。

图3 2019–2021年中国农业不同碳源对温室气体排放的贡献比例。

5. 粪便管理中CH4排放的变化 (图4):粪便管理的CH4排放从2019年的5.05×107吨增加到2020年的6.38×107吨,增长了26.3%。2021年,粪便管理的CH4排放进一步增加到6.92×107吨,年增长率为8.6%。其中,猪粪管理的CH4排放最大,三年内从75.3%增加到81.0%。然而,非牛粪管理的CH4排放比例从2019年的12.1%下降到2021年的10.9%,显示出三年的下降趋势。

图4 2019–2021年中国畜禽粪便管理甲烷排放总量及排放占比。

6. N2O和CO2排放的空间特征 (图5):中国农业的NGHGE存在显著的区域差异,导致不同地区的NGHGE具有不同的区域特征。黑龙江、湖南、广东和四川是农业NGHGE最高的地区。高排放区域主要集中在东北、中部、南部和西南地区的重要农业区。相反,西部和中部欠发达的农业地区净排放相对较低。

图5 2020年中国温室气体排放总量前四大省份农业各类排放源占比。(a) 黑龙江,(b) 广东,(c) 湖南,(d) 四川。

▎讨论

1. CH4排放特征:CH4排放主要由肠道发酵、水稻种植和粪便管理引起,其中肠道发酵和水稻种植占总排放量85%以上。湖南省因水稻种植面积大,CH4排放量居全国之首。猪粪管理对CH4排放贡献显著,受生猪产业规模直接影响。

2. N2O排放特征: 氮肥使用和粪便管理是N2O排放的主要源头。不同省份因农业结构不同,这两大来源在总排放量中所占比例各异。河南省的N2O排放中,氮肥使用和粪便管理各占相当比例,而广西则以氮肥使用为主。优化肥料使用和粪便管理是降低N2O排放的关键。

3. CO2排放特征:CO2排放占农业温室气体排放近20%,各省份因农业投入差异,CO2排放比例不一。现代化农业地区如江苏、广东需特别关注农业电力使用产生的排放。提高柴油机效率、采用清洁能源和控制电力消耗是减少CO2排放的有效策略。

4. NGHGE趋势:2019–2021年,中国农业NGHGE逐年上升,超过7亿吨CO2当量。CH4、N2O和CO2排放均呈增长态势,其中CH4排放量最高,年增长率超过2%。

5. 土壤碳固存作用: 2019–2021年,农业碳排放中超过6%通过土壤固存。土壤碳固存是农业生态系统中重要的碳汇,通过提高土壤有机碳含量,不仅能减少大气CO2浓度,还能提升土壤肥力和作物产量。

6. 疫情对农业的影响: COVID-19对农业生产特别是畜牧业产生显著影响。2020年,猪粪管理的CH4排放量同比增加33%,2021年增长率降至11%。疫情导致的供应链中断和需求减少是排放量增加的主要原因。

· 结 论 ·

本研究显示,中国农业温室气体排放的关键因素包括肠道发酵、水稻种植和猪粪管理,湖南省在排放与区域结构间有紧密联系。家畜业的变动突显了碳足迹差异,指出了针对性措施的迫切性。N2O排放需创新策略,CO2排放则需地区化减排政策和清洁能源转型。2019至2021年间,温室气体排放呈上升趋势,总量超过7亿吨CO2当量。湖南省排放量最高,但土壤碳固存提供了有效抵消。黑龙江省净排放量最大,需制定针对性减排措施。土壤碳固存对减排贡献超过6%,凸显了免耕、休耕和利用秸秆、粪便资源的潜力。疫情对猪粪管理的影响揭示了行业的脆弱性。低碳农业的关键在于节能、减少化肥使用,并建立全面的农业数据库。这些发现为实现更绿色、韧性的农业未来提供了指导。

阅读原文请点击“Greenhouse gas emissions during the COVID-19 pandemic from agriculture in China

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