低碳经济与农业发展思考
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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”概念最早源于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，同时获得整个社会最大收益的经济。
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，最大的碳库是土壤，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]，是生物圈中最大的碳库。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[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最重要的创新举措，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、经营中排放最少的温室气体，同时获得整个社会最大效益的技术。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最低限度。
3.2发展低碳农业的措施
3.2.1垄作免耕技术
过度耕作使土壤中的C素释放，是农业排放C的主要途径。垄作免耕可以从很多方面减少温室气体的排放。首先，摒弃传统的犁铧翻耕的耕作方式而采用免耕，可以保存土壤中的碳含量，有利于土壤对碳的固定。其次，采取免耕可以减少农业机械的使用，这也就减少了化石燃料的燃烧，相应减少CO2的排放。再次，随着土壤肥力的增加，在耕作中化肥的使用也相应减少。N2O是氮肥中的主要成分，也是温室效力相当于CO2约300倍的一种温室气体。减少化肥的使用，也就减少了N2O的排放。因此，土壤碳汇，减少化石燃料燃烧和减少化肥的使用都是有利于控制全球变暖的因素。除了可以减少温室气体的排放，免耕对环境的有益之处还包括，免耕可以保持水土，改善地表水水质，减少沙尘的发生，提高生物多样性。同时，通过温室气体减排并进行交易又可以进一步增加农民的收入，最终起到帮助当地农民脱贫致富的目的。
3.2.2灌溉节水技术
目前，农田灌溉节水技术方法较多，而地面灌溉是最古老的，也是最普遍的农田灌溉技术。根据经济发展，灌区基础设施状况及管理水平，地面灌溉在今后相当长的时期仍然是主要的灌溉方式。传统的地面灌水方法能充分满足作物的需水要求，对灌水技术要求不高，很容易掌握运用，不需特殊的设备，投资最低，费用最低，耗水量大，所以，改进地面灌溉技术也是节水的最好方式，可采用以下方式：一是进行土地平整和条田建设，平整度较好的土地比较差的土地平均节水10%~20%，这是改进地面灌溉技术的基本条件；二是高度重视农艺节水技术，根据作物生长周期，需求饱和度进行适时、适量供水，实现节水、增产和增效，打破部分农民只要有水就浇，浇的越多越好的片面认识。此外，大力推广喷灌、滴灌等高效节水农业技术，较大限度的提高水资源的利用率，可大大减少农业生产成本。
3.2.3施肥技术
农业施肥不但会通过影响地上植被的生物量来影响土壤碳源的供应量，而且还会影响土壤微生物活性，决定土壤呼吸强度，因此，农业施肥必然会引起土壤碳库的变化。通过对土壤增施有机肥，减缓土壤有机质腐烂，缩短有机粪肥的田间暴露时间，减少土地耕作活动，改善土壤水分管理。可以减少CO2向大气的排放量。改善有机肥料库的通风透气条件，降低空气温度；将液体有机肥料变为固体施用并施入土壤深层；收集和利用CH4作为燃料；避免将有机肥料像垃圾一样进行堆放和处理，可以减排CH4。此外，通过测土配方施肥，根据作物需求施肥，减少化肥的使用数量，避免农田土壤中氮肥过剩；增加有机肥使用数量，改善农田土壤的通气条件和酸碱度；尽量减少农田土壤耕作，大力栽培地面覆盖植物；使用氮肥硝化还原抑制剂等，可以减少N2O排放量。
3.2.4病虫害防治技术
实施农作物病虫害的综合防治措施。充分发挥自然因素的控害作用，全面普及生物防治和物理防治病虫害技术，积极推广农药增效剂和农药替代品，加强农业清洁生产技术的研究，以恢复和保持农田生态平衡，达到控害、保产、保益、保环境、保安全、增效益的目的。
3.2.5新型农作物育种技术
未来新品种的发展，如培育抗高温、耐干旱、作物生长发育期长的品种，推广高产作物品种，增加多年生牧草种植，大力栽培木本植物，改进牲畜放牧管理等，以提高耕作土地中的碳素储备水平。培育新型氮素高效利用农作物的农业新品种，是农业生产适应气候变化的一个重要措施。开发培育氮素高效利用水稻品种，减少N2O排放对环境的破坏，有助于全球温室气体排放的控制。
3.2.6畜禽健康养殖技术
畜禽养殖不仅排放大量废水，还是导致全球变暖的六种温室气体中的CO2、N2O和CH4的主要来源。根据国家的政策、法规、标准，畜禽养殖业通过改变养殖方式，由传统的养殖方式向清洁养殖转变，严格按照《畜禽养殖场污染物排放标准》，建设畜禽养殖场，对集约化养殖场畜禽粪便和污水进行无害化处理与肥料化利用等措施，使得规模化畜禽养殖场粪便综合利用率超过90%，为本地区适应气候变化及降低气候变化影响作出贡献。
畜禽养殖场改造。主要是改水冲粪为干清粪、雨污分流管道改造等。在进行畜禽养殖场改造时，提倡推广干法清粪工艺，并将产生的粪渣及时运至贮存或处理场所，实现日产日清，降低粪便流失率。粪尿分离，及时清粪，既利于粪污处理，又可减轻对猪体本身的污染和臭气散发。建设内容包括采取有效的防渗措施，建设处理场所，防止畜禽粪便污染地下水，同时进行雨污分流管道改造，建设沉淀池、调节池、原料分配以及土石方工程池。
建设固体粪便有机肥厂。对规模化畜禽养殖场（如万头猪以上）采用好氧发酵技术处理固体畜禽粪便，进行无害化处理并制成有机肥，反哺生态农业，生产有机食品、绿色食品。养殖业畜禽粪便生产有机肥料可采用不同的技术路线，其中工艺为：收集—安全性处理（腐熟）—商品肥原料或功能性肥料。建设液体粪污大中型沼气工程。根据生态学“整体、协调、循环、再生”的原则，对未采用干清粪方式的畜禽养殖场采取厌氧生物处理技术和物理处理技术相结合的治理办法，建设液体粪污大中型沼气工程。
3.2.7沼气工程节能减排技术
农村沼气工程的实施可以节约能源，减少温室气体排放，减少污染保护环境，并且可以通过交易减排的温室气体而增加农民的收入。沼气是可再生新能源，它是利用农业固体废弃物（作物秸秆和畜禽粪便）进行发酵，产生沼气，用于生活燃料和发电，是一种节约能耗、防治污染、变废为宝的有效形式。农村沼气工程不但能解决农村燃料能源问题，节约大量薪柴、煤炭资源，也减少温室气体的排放量。沼渣还可作为有机肥在农田中施用，减少农村面源污染。
沼气项目的温室气体减排来自两个方面。首先，使用沼气可以减少对薪柴及化石燃料和电能的消耗，减少温室气体的排放。另外，发酵产生的沼渣可以代替常规化肥，减少化肥中温室效力相当于CO2约300倍的N2O的排放。实践经验显示，作为一种高效有机肥，沼渣不但能提高农作物产量，而且能有效杀灭害虫和病菌，效果比专用叶面肥还要好。同时，农村利用沼气除了省柴、省煤、省电、省时之外，还能减少烟雾和粪便污染，有利于环境保护。另外，使用沼气还可以节省农民对能源和肥料等的支出，实践显示，一户农民全年使用沼气可直接节省各种费用约1100元。除此之外，通过交易温室气体减排量，还可以为农民带来更多的经济效益。
3.2.8秸秆资源化利用
农作物秸秆是一种廉价、清洁的可再生能源，平均含硫量只有0.38%，约为煤的33%，而热值则达标准煤的50%。我国农作物秸秆年产量约7亿t。在农村，多数秸秆仍是被“付之一炬”，既污染环境，又浪费资源。就作物残留物的管理方式而言，焚烧秸秆不仅直接释放碳，还加快土壤有机碳的分解损失；而秸秆还田则可以缓解土壤有机碳的下降。减少农田CO2排放的最直接有效措施是提高地面秸秆还田的比例美国秸秆还田率近90%，中国秸秆还田率仅约15%，其结果是，美国农业土壤中有机碳量逐年增加，而中国土壤有机碳量逐年减少如果地面秸秆还田比率由当前的15%增加到80%，中国农田的C平衡将会由亏转盈[23]。此外，在治理污染、作物秸秆综合利用过程中，秸秆饲用、秸秆发电、秸秆碳化等是继秸秆还田处理后，适合我国国情的高效资源化利用方式。
4结语
随着我国农业向现代化、规模化、产业化迈进，建立生态高值农业和生物产业体系不仅能推动农业向生态环保、高效多元化发展，而且能促进农业产业链的不断延伸，同时能带动农业产业科学技术和生产能力的升级，以不断满足我国日益增长的农产品总量需求和质量需求，全面实现农产品优质化、营养化、功能化，以及农业生态系统的持续良性循环。低碳农业是在应对全球气候变化中应运而生的新生事物，是一种生态高值农业模式。而这种全新的模式所带动的则是“低碳农业经济”的发展，是一种全新的以低能耗和低污染为基础的绿色农业经济。迄今世界上还没有一个国家的农业现代化是建立在低碳经济的发展模式上的，中国正在走出一条低碳农业的发展之路，将是国家农业发展方式的重大创新。
