低碳经济与农业发展思考

生态环境学报2009,18(5):[e-mail]基金项目：国家“十一五”科技支撑项目（2007BAB23C00）；江西省科技支撑项目（2009BNA09300）作者简介：赵其国（1930年生），男，中国科学院院士，研究员，博士生导师，著名土壤学家、农学家、生态学家。*通讯作者：E-mail:[e-mail]收稿日期：2009-08-18低碳经济与农业发展思考赵其国1，钱海燕2*1.中国科学院南京土壤研究所，江苏南京210008；2.江西省遥感信息系统中心，江西南昌330046摘要：大气中碳浓度的升高是导致全球气候变化的主要原因。以低能耗、低排放、低污染为特征的低碳经济是目前人类应对全球气候变化，减缓温室气体排放的根本出路。农业生产与全球气候变化息息相关，农业是温室气体的第二大重要来源，如何减少农业温室气体排放量并探寻减排方法已经成为当务之急。从低碳经济这一热点问题谈起，论述了农业生产与全球气候变化的关系，以及当前农业面临的问题和挑战，提出了发展低碳农业的对策以及具体措施，旨在为呼应低碳经济，应对全球气候变化提供科学决策，促进现代农业由高碳经济向低碳经济转型，实现农业的可持续发展。关键词：低碳经济；温室气体；生态高值农业；低碳农业中图分类号：F062.2文献标识码：A文章编号：1674-5906（2009）05-1609-06目前生态环境的恶化已经为人类社会的发展敲响了警钟。气候变暖已经成为世界生态恶化的首要原因。气候变暖的罪魁祸首源于化石燃料的作用导致的人为温室气体排放，建立在依靠化石能源基础上的高碳经济是CO2等温室气体过量排放的根本原因，又是造成不可再生能源日益枯竭的根本原因。到2007年底，化石能源仍是世界的主要能源，在世界一次能源消费总量和结构中石油占35.6%、煤炭占28.6%、天然气占23.8%，非化石能源和可再生能源只占12.0%；其中中国在地区能源消费总量中占第二位，仅次于美国，能源结构中煤炭占70.4%，石油占19.7%，天然气占3.3%，除水电外，中国可再生能源仅为1.5%[1]111-112。这意味着在现有的高碳经济能源结构基础上的节能减排不可能成为遏制生态恶化资源短缺的治本之策，中国必须积极采取相应措施，找出一条应对气候变化的根本出路，从而摆脱对化石燃料的过分依赖，实现经济转型，实现中国经济社会的可持续发展。1应对气候变化的根本出路——低碳经济低碳经济是党中央坚持可持续发展四大战略措施之一。所谓低碳经济是指依靠太阳能、风能、水能等可再生能源为主要能源，以低能耗、低排放、低污染为特征的新型经济发展方式[2]。关于“低碳经济”概念昀早源于2003年英国能源白皮书《我们能源的未来：创建低碳经济》。其总体目标是到2020年CO2的排放量比1990年减少20％，2050年减少60%左右，建立低碳经济的发展模式[1]26。目前，在全球气候变化的背景下，低碳经济日益受到世界各国的关注。当前，国际上有关低碳经济研究的主要内容有[3]：（1）能源消费与碳排放：包括与碳减排有关的能源消费结构的转换和低碳排放能源系统的建立；（2）经济发展与碳排放：主要探讨不同经济发展模式、阶段、速度与碳排放的关系；（3）农业生产与碳排放：包括土地利用变化、农业土地整治、农业生产水平与结构的变化等；（4）碳减排的经济风险分析与减排对策研究。人类的农业生产活动与全球气候变化相互联系与相互影响，政府间气候变化专业委员会第4次评估报告表明，农业是温室气体的第二大重要来源，排放量介于电热生产和尾气之间。农业作为国民经济的基础产业，是一个重要的温室气体来源，同时又受到气候变化的严重影响。正如胡锦涛总书记所说，气候变化问题归根结底是一个发展问题。农业除了解决全球日益膨胀人口的粮食问题之外，也能够为气候变化问题提供解决方案。2农业生产与全球气候变化2.1农业用碳的根本途径目前农业生产用碳的根本途径主要有以下几个方面。（1）农业投入品，既有农业自身活动产出的投入品，如种子、有机肥等，也有工业生产产出的投入品，如化肥、农药、农用薄膜等。（2）农业机械的制造与使用，都离不开电力、石油等能源的使用。（3）农产品的加工、流通，能源的使用是必不可少的。产品销售，不论是否包装，都要使用一定的耗用物，如农贸市场、超市的包装袋。（4）农业的废弃物的处理和利用，同时获得整1610生态环境学报第18卷第5期（2009年9月）个社会昀大收益的经济。2.2农业生态系统与温室气体排放在人类活动所放出的温室气体中，农业生态系统的贡献约占1/15～1/5，主要有CO2，CH4、N2O和NOX等[4]。土壤中的有机物质经微生物分解，以CO2的形式释放入大气，CH4可在长期淹水的农田中经发酵作用产生，全球一半以上的N2O和NOX来自土壤的硝化和反硝化过程[5]。耕地释放出大量的温室气体，主要包括以下几个方面：因农业和畜牧业导致的森林减少；饲养反刍动物，如牛、羊、骆驼等，饲料在其肠内发酵引起CH4排放，种植水稻，因土壤长时间用水淹没，形成厌氧条件，产生并排放CH4；农田过量施用氮肥，造成土壤中的N2O的排放；家畜粪肥处理过程也会引起CH4和N2O的排放以及生物质燃烧等。2.2.1CH4和CO2的排放对于农业生态系统，昀大的碳库是土壤，土壤圈是碳素的重要贮存库和转换器，它含有的有机碳量占整个生物圈总碳量的3/4[6-7]，是生物圈中昀大的碳库。土壤有机碳的储量是进入土壤的植物残体量及其在土壤微生物作用下分解损失量二者之间平衡的结果，其因素受到农业用地面积、农业施肥、耕作方式等因素的影响。土地利用变化是目前大气中碳含量增加的第二大来源，其作用仅次于化石燃料的燃烧[8]。目前由于土地利用变化每年向大气中排放116PgC·a-1，约占人类活动总排放量的20%[9]。随着农业集约化程度的提高，化肥的大量使用将会促进农田CO2的排放，如施尿素地CO2排放通量值大于不施尿素地CO2排放通量值，在整个观察期，两种田CO2平均排放量分别是262mg·m-2·h-1和177mg·m-2·h-1[10]。而农业活动甲烷排放量为1719.6×104t，占中国甲烷排放总量的50.15％，其中动物饲养过程中的甲烷排放为1104.9×104t，稻田甲烷排放量为614.7×104t[11]。2.2.2N2O和NOX的排放化肥施入土壤，有相当一部分以有机或无机氮形态的硝酸盐进入土壤，在土壤反硝化微生物作用下，会使难溶态、吸附态和水溶态的氮化合物还原成亚硝酸盐，同时转化生成N2O和NOX进入大气，使空气质量恶化[12]。根据Veldkamp和Keller估计，大约有施N肥的0.5%是以NOx的形式损失[13]。1994年因施肥造成的N2O排放量为62.8×104t，动物粪便和放牧管理过程排放的N2O15.5×104t，农业源N2O排放量估算为78.6×104t，占中国N2O排放总量的92.43％[14]。2.3气候变化威胁农业生产气候变化对粮食生产的影响主要来自CO2浓度的升高、UV-B辐射增强、温度升高、病虫害增加等直接或间接的作用[1]16，以负面影响为主[15]。但由于各地变暖程度不同，且各地农民和生产的管理者均会针对气候变化采取一些适应的措施，因而全球气候变化对各地区造成的后果也有所不同。目前关于气候变化对粮食生产的影响研究报道较多[16-20]，总体来说，气候变化使得农业生产的不稳定性增加，产量波动幅度增大。从区域分布上看，我国北方地区气候对粮食生产的影响程度强于南方。全球的气候变暖导致了我国北部一些地区水稻及大豆增产，而我国中部等大部分地区2－5月平均气温的上升和3月日照时数的增加，导致冬小麦全生育期缩短，夏季总降水量减少造成夏玉米生育期延迟而使全生育期天数呈现出显著增加的趋势。我国华南、华北和西南等一些地区由于当地气候已经接近农作物生长适宜温度上限，气候变暖使作物生长发育加快，生育期相应缩短，致使产量逐步减少。如果不采取任何措施，到2030年，中国种植业生产能力在总体上可能会下降5%至10%。受全球变化的影响，在保持人民消费水平持续增长的条件下我国未来粮食生产有可能不能满足增长的需求，存在7%~8%的粮食缺口[21]。气候变化将严重影响我国长期的粮食安全。全球的气候变化导致很多极端气候灾害的出现，也使农业结构、农业病虫害发生规律和农业气象灾害发生规律产生了变化，加剧了气候灾害对农业生产的影响。气候变化导致全球降水趋向极端化，高纬度地区气候变得干热，沙漠化程度扩大，冰川雪线进一步缩小，暴雨洪水发生频繁，气候异常变化加剧全球水资源的不均匀性。由于气候变暖，降水减少，会使农业需水量加大，而供水的地方差异也会加大，水资源短缺将成为农业生产的重要影响因素。降水减少1%，农田灌溉面积必将减少1%。为适应生产条件的变化，农业成本和投资需求将大幅度增加。2.4农业发展本身面临的问题与挑战面向未来，我国的农业将存在着巨大的发展机遇。经济与社会的快速发展以及人口的不断增加，不仅拉升了对食物和纤维的需求总量，而且也促进了食物消费结构的改变、农业经营范围和农产品市场的扩张、农业产业结构的变革和农业生产效益的提高。然而，这种难得的发展机遇将面临着诸多方面的严峻挑战。首先，确保食物安全的任务日趋艰巨。根据预测，未来40年，除了大米和小麦需求在今后10年出现缓慢增长后将出现下降的趋势外，奶制品需求赵其国等：低碳经济与农业发展思考1611将增长6倍以上，水产品需求将增长近3倍，畜产品、饲料粮、水果、食油和纤维总量需求将增长1.5~1.6倍，蔬菜和食糖需求将分别增长75%和1倍。其次，提高农业比较效益的难度不断加大。随着工业化与城镇化的不断推进，以及受资源短缺、成本上涨、市场竞争、劳动力外流等多重因素的约束，农业的比较效益不断下降。如果不能实现农业的高值化生产，“三农”问题将不能得到根本解决。第三，日益严重的生态环境压力。由于农业集约化程度的不断提高，我国农业正面临着耕地质量下降、污染加剧、灾害频繁等严峻的资源环境问题。要进一步加大农业发展力度，生态环境的压力将日益增加。第四，全球不确定性因素对农业发展的影响日益明显。经济全球化将进一步加剧农业的国际贸易竞争，全球能源紧缺与食物安全的矛盾日益突出，加大了我国农产品贸易难度。全球气候变化引发的极端灾害，以及近期爆发的全球金融危机等，对我国农业及食物发展均带来诸多不确定性影响，风险明显增加。第五，为了应对气候变化，农业本身也面临减排温室气体的压力。农业投入品、生物质等合理处理及利用，农业生产中直接能源消耗问题；应对全球气候变化既需要政策，也需要技术要求，这些都是现代农业发展急需解决的问题。可见，如何实现现代农业的可持续发展，减少农业生产的温室气体排放，找到应对气候变化的根本出路，是我们当务之急。3农业由高碳经济向低碳经济的转变3.1低碳农业农业的可持续发展必须实现由高碳经济向低碳经济的转变。必须通过农业科学技术的创新和突破，发展“生态高值农业”，增加科技对农业发展的贡献率和比较效益，来应对未来我国农业发展所面临的巨大挑战。发展生态高值农业是应对未来农业巨大挑战、实现农业持续发展的一项昀重要的创新举措，其宗旨是在保护生态环境的前提下通过农业的高值化，大幅度提高农业生产能力、产业化水平、竞争力和比较效益。发展“生态高值农业”，必须实现由目前高碳经济向低碳经济的根本转变，过渡就是低碳农业经济。这是低碳经济的一个重要领域，指在农业生产、经营中排放昀少的温室气体，同时获得整个社会昀大效益的技术。具体来说[22]，低碳农业技术具有以下的特征：首先，它是低能耗、低污染、低排放的“三低”技术；其次，它是节约型的技术，尽可能节约各种资源的消耗，尽可能减少人力、物力、财力的投入；第三，它是安全型的技术，采取多种措施，将农业产前、产中、产后全过程中可能对社会带来的不良影响降到昀低限度。3.2发展低碳农业的措施3.2.1垄作免耕技术过度耕