農業碳匯及低碳農業技術運用對策

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嘉興市地處長三角城市群中心地帶，是著名的“魚米之鄉”。農業生產的穩定發展為全市經濟、社會快速發展奠定了堅實的基礎。經濟發展的規律顯示，當一地區的經濟發展進入工業化中期階段以后，農業增長方式基本具備轉變的必要性和可能性［1］。當前，我國正處于工業化中期，且嘉興市工業化程度和統籌城鄉發展處于全國前列，該地區正面臨著改造傳統農業，加快轉變生產發展方式，實現農業產業轉型升級的必然選擇。要實現農業增長方式的轉變，關鍵是要努力推行低碳、節能環保的生態高值農業模式［2］。作者通過近年嘉興市農業實際產量、土壤含碳量以及林業碳匯測算方法［3］，研究了嘉興市主要農業產業的碳匯功能及其生態價值，并提出了改造當地傳統農業，實現低碳的現代都市型生態農業技術對策。農業既是碳源，又是碳匯，但總體屬于碳匯［4］。即農業在排放溫室氣體同時，又在吸收溫室氣體。農業系統的固碳效應不僅可以抵消其自身的排放，還可以部分抵消工業及其他領域的溫室氣體排放，即農業在創造經濟效益的同時，還在創造生態效益和社會效益。因此，低碳農業即增加碳匯、減少碳源、控制由匯向源的轉化過程。

1嘉興市主要農業碳匯及其數量測算

碳匯經濟主要是林業、種植業，通過植物的光合作用和土壤有機質積累，實現固碳(固定空氣中的二氧化碳)制氧(釋放氧氣)所獲取的生態效益。根據2009年單位面積作物產量及含碳量(或光合作用形成的有機物數量)和土壤有機質含量測算:嘉興全市主要農作物(稻、麥、菜、豆、菜、瓜等)和森林(包括林木、桑園、果園)年吸收二氧化碳分別為496.8萬t和176.0萬t，合計672.8萬t;分別釋放氧氣361.3萬t和128.0萬t，合計489.3萬t;每年僅吸碳制氧的生態效益就達102.36億元，遠超過當年度農林業產品價值60.19億元，而歐陽志云等［5］研究也表明生態系統的各種調節功能總生態經濟價值是其產品價值的8倍以上。另外，土壤也是一個巨大的碳匯庫，全市土壤儲碳量達860.7萬t，折算碳匯價值85.2億元(表1～表3)。固碳制氧具體測算方法［3，6］:根據各種農作物地上部分的干物質重和它們碳吸收率進行估算。作物生育期間碳吸收的估算公式為:W=(F•T)×C式中，W為作物吸收固定的碳量(t);F為作物合成單位有機干物質的碳的吸收率;T為作物的單位面積干物質重(t•hm－2);C為作物的種植面積(hm2)。作物固碳全部來自吸收空氣中CO2，通過光合作用形成光合產物并釋放氧氣，參照一般植物光合作用化學平衡式:6CO2+12H2O→C6H12O6+6H2O+6O2由以上平衡式，可推算植物體通過光合作用吸收CO2、釋放O2之間的關系，即每固定72gC，可吸收CO2264g，釋放O2192g。據此，可按單位面積農作物收成的干物重大致估算出單位面積農用地年吸碳量與年制氧量。其中，主要農作物按照平均產量和谷草比，以及該作物實測籽粒和秸稈含碳量計算;蔬菜根據每667m2平均產量，含水量以95%計算干物質;果樹按照單位面積(667m2)平均產量，水果含水量85%，計算果實部分;桑園按照實測桑葉和枝條干物質產量計算;林木按照中國碳匯網每hm2吸收CO220～40t，按平均30t計算。土壤固碳量，以表層土15cm厚，每667m2土壤重150t計，乘以實測土壤有機碳平均含量得到。固碳制氧價值計算:固碳價格:實例運用碳稅法計算年吸碳價格，按國際較為公認的瑞典碳稅0.15美元•kg－1為標準，按最新平均匯率1美元兌6.57元人民幣，折合人民幣0.99元•kg－1碳稅率。制氧價格:運用工業制氧法計算年制氧價格，采用工業氧氣批發價700元•t－1，換算成0．7元•kg－1。從表1可以看出，全市30.23萬hm2主要農作物每年可固定CO2496.8萬t，釋放氧氣361.3萬t，年固碳制氧價值達75.96億元。其中水稻生態效益最為明顯，每年通過水稻固定CO2304.5萬t，釋放氧氣221.4萬t，固碳制氧合計價值46.65億元。全市森林總覆蓋面積為7.5萬hm2，每年可吸收CO2176.0萬t，產生氧氣128.0萬t，固碳制氧總價值為26.4億元，平均每hm2每年創造價值為3.52萬元。其中林木地效益最為明顯，平均每hm2每年創造價值為4.50萬元(表2)。表3顯示，嘉興市土壤固碳數量巨大，土壤是一個巨大的碳匯，合計達到860.7萬t，土壤固碳價值大約為85.2億元，其中約80%貯存在水稻土中，主要原因是當地約3/4地域為稻田?？梢?，農田土壤在生態系統中的作用不可替代。國內外研究也表明，我國固碳潛力最大的分別是耕地、草地和森林資源，其中僅農田土壤固碳就可以抵銷13.1%的溫室氣體［7］。

2嘉興構建低碳農業的主要模式

嘉興是馬家浜文化的發祥地，農耕歷史悠久，傳統農業具有農牧結合、種養結合生態循環優良傳統。在新的歷史條件下，嘉興市重視繼承和創新發展農業循環經濟，或體現了資源高效利用、減少浪費，或在生產過程中實現降低溫室氣體排放，或通過光合作用強化吸收固碳，具有社會發展與生態環境保護雙贏可持續性的顯著特點，其主要模式按其特點歸納為如下幾種。

2．1立體種養、資源高效利用模式

充分利用土地、水域和陽光、空氣(CO2)、水等自然資源，采取立體種植、養殖或種養結合，是嘉興市農業的一大特色。最常見的立體種植模式是兩種以上農作物實行合理間作、套種。如番茄+甜瓜—晚稻;瓠瓜/絲瓜/長豇豆—晚稻;萵筍/西瓜/絲瓜—晚稻等。還有在桑園和果園秋冬季套種蔬菜、綠肥;園林和綠道都采用喬木、灌木、花草等組合配置立體種植模式。立體養殖模式，如魚塘實行分水層合理搭配多品種魚、鱉混養;魚塘邊搭棚，實行水上養鴨、水下養魚等種養結合模式，如利用桑園和果園地養雞、稻田實行稻、鴨共育，或冬春種黑麥草養鵝后接茬種稻、稻田養魚(蟹、蝦)、菱蟹共生、藕魚共生等多種模式。

2．2農牧結合“四位一體”生態循環農業模式

畜牧業是嘉興農業支柱產業。2010年，全市生豬出欄量480萬頭，約占全省的1/4，家禽出欄量4200多萬羽，畜牧業產值占農業總產值的37.36%。綜合治理畜禽養殖污染，成為農業生態環境建設和節能減排的重點領域［8］。經過多年探索，當地著重發展“生豬養殖—沼氣清潔能源—沼液、有機肥—作物種植”生態產業鏈“四位一體”循環農業模式。目前，全市生豬存欄50頭以上規模養殖場(戶)已實現沼氣工程全覆蓋，擁有大中小型沼氣工程19018處，總容積43.6萬m3，年產沼氣1910萬m3，減少了煤、天然氣等燃料使用，降低了碳的無效排放。同時經過畜糞肥收集處理中心生物有機肥廠，規模養殖場(戶)糞便利用率達到90%以上。該模式已成為當地綜合治理畜禽養殖污染最有效的途徑。

2．3作物秸稈廢棄物資源再利用模式

嘉興市農業廢棄物資源十分豐富，開發利用潛力巨大。據估算，全市每年產出農作物秸稈165萬t，桑、果枝條20多萬t，蘑菇渣泥超過40萬t，河道、湖蕩淤泥儲量約3億m3。近年來，對秸稈等農業廢棄物資源再利用方面積極探索創新模式，取得了良好成效。如平湖、嘉善等地利用稻草、谷殼、河泥等廢棄物制作基質料種植蘑菇，再利用蘑菇渣泥廢棄物作為蘆筍、西瓜、蔬菜、黃桃等基質肥料。目前全市蘑菇種植面積已達833萬m3，每年可利用稻草30萬t、谷殼3.79萬t，河泥45萬m3;利用蘑菇渣泥種植大棚蘆筍面積133.3hm2，蘆筍使用蘑菇渣泥前2年每667m2為2t，以后每年每667m2為1t。這一模式有效解決了秸稈丟棄或焚燒對大氣與環境的污染。又如蠶桑產區利用桑枝條粉碎后制成菌棒，作為培養黑木耳、香菇、金針菇等食用菌基質料，每666.7m2可置放菌棒8000個，既獲凈利1.5萬元，同時消納桑枝條3.5～4.0t，食用菌采收后菌棒作水稻肥料。再如桐鄉市利用杭白菊采收后的老莖葉，經粉碎加工并配以少量精飼料養湖羊，湖羊增重快，屠宰率高，羊肉風味獨特。

2．4節能、節水現代設施農業模式

通過建造溫室、大棚等一批生態種養現代設施，利用太陽光能為動植物生產創造優良環境;采用水肥一體化微滴灌技術、調整農業生產周期，大大提高農業生產效率和土地產出率。例如推廣集約、高效、生態特種水產養殖技術，利用太陽能資源調節養殖場舍溫度，降低飼料和能源消耗;以及推廣定位欄、自動喂料給水和生物發酵床治污等生態養殖技術，不僅減少飼料和用水消耗，而且有效控制養殖污染。目前，全市已建成一批發展蔬菜、瓜果、花卉苗木等現代設施栽培面積1.73萬hm2，約占全市農田面積的16%。同時建成特種水產養殖溫室約120萬m3，蟹、鱉生態養殖池超過2666.8hm2，以及一批生豬生態養殖現代設施裝備。

2．5農業投入品使用減量與替代生態農業模式

化肥、農藥、農用薄膜的推廣使用，極大地提高了農業生產能力，也帶來了諸如環境和生態平衡失調、農產品質量安全隱患等問題。多年來，嘉興市積極探索發展化肥、農藥、農用薄膜等農用化學品減量與替代生態農業模式，特別是在大力推進無公害農產品、綠色食品、有機食品基地建設中，認真組織實施“肥、藥減量增效工程”。全面推廣測土配方施肥，并大力倡導施用畜糞、秸稈還田等有機農家肥替代部分化肥。2009年，全市推廣測土配方施肥24.3萬hm2，推廣秸稈還田13.0萬hm2，使用商品有機肥4.5萬hm2，節約化肥1.38萬t，增產糧食11.96萬t，使農民實現節支增收2.46億元。同時大力推廣植保生物、物理防治和水稻專業化統防統治，減少農藥施用量和次數，全面推廣高效、低毒、低殘留農藥和可降解農膜。

2．6省工、省力農業輕型栽培管理模式

為適應農業和農村發展新趨勢、新要求，嘉興市各地積極探索建立高產高效的新型農作制度，普遍實行翻耕與免耕、少耕相結合的保護性耕作方式，降低了能源消耗和溫室氣體排放。目前嘉興已普及了稻板播麥、水稻直播等省工、省力輕型栽培模式，緩解了人工彎腰插秧難題。再如大力推廣農業節水灌溉，加強灌溉基礎設施建設改造，提高農業用水有效利用率，農田有效灌溉面積19.8萬hm2，其中地下低壓管道灌溉4.2萬hm2。桐鄉市積極推廣“自控變頻節能節水灌溉系統”，顯著提高灌溉泵站自動化管理程度，地下渠系水利用系數達到96%～98%，比混凝土明渠提高21個百分點，節水20.2%，節電達22.3%。

2．7一、二、三產業融合的生態休閑農業(漁業)模式

依托當地農業特色產業、自然生態景觀、歷史人文遺址、農業高新園區、特色專業市場等資源，進行整合建設，使其成為融旅游、觀光、休閑和農業(漁業)于一體的生態休閑農業(漁業)基地。為廣大游客營造良好生態低碳農業生產景觀和提供特色優質綠色農產品消費，形成一、二、三產業融合的生態休閑農業(漁業)模式。目前，全市各類休閑觀光農業景區(基地)已達到100家。

3嘉興碳匯資源培育與低碳農業技術應用對策

當前，貫徹落實在工業化、城鎮化深入發展中同步推進農業現代化的戰略部署，結合嘉興實際，加快發展現代都市型生態農業，充分發揮現代農業在建設網絡型田園城市中的重要作用，需要著力抓好兩個方面建設和投入。一方面，要大力加強農林碳匯資源培育，增加“固碳釋氧”能力，營造優美環境;另一方面，要大力發展低碳農業，推進節能減排，有效減少農業生產對生態環境的負面影響，促進經濟社會可持續發展。

3．1大力加強農林碳匯資源培育

3．1．1穩步提升平原生態林業發展水平

樹木森林具有吸收二氧化碳和釋放氧氣巨大功能，可以有效降低溫室效應。據中國碳匯網資料，森林光合作用每hm2年吸收CO220～40t，釋放O215～20t。因而，擴大林木覆蓋發展園林綠化已成為應對全球氣候變暖的最重要途徑。森林生態系統功能價值不僅僅是固碳制氧，而且還具有涵養水源、蓄水調洪、預防和減輕洪澇、暴風等災害、凈化大氣環境、防止和減少水土流失、保護生物多樣性等眾多特殊功能，對于優化人居環境，促進生態文明建設都具有十分重大意義。嘉興以創建森林城市和生態城市為契機，著力加強平原生態林業建設，建設完善以林網林帶相結合的高標準平原大綠化工程?！笆濉逼陂g全市林木覆蓋率從17.9%將提高到20%，城市建成區綠化覆蓋率將達到44%，人均公園綠地達到15m3。林業碳匯也將顯著增長，年吸收CO2228萬t，釋放O2166萬t，林業生態效益達到34.32億元。

3．1．2積極提高農田作物復種指數和生產能力

耕地占嘉興市陸域地表面積的50%以上。根據嘉興各類主要農作物實際產量水平和其有機碳含量估算，每hm2農田種植一季作物平均吸收CO216.4t，釋放O212t。同時，種植作物還蘊含消納污染物、涵養水源，減少土地裸露和輻射，調節溫濕度和土壤養分平衡，減少水土流失，以及孕育四季田園景觀等眾多的生態功能。嘉興長期形成了周年多熟、高產農作制度，農田復種指數較高。當前，應積極采取相應的政策措施，鼓勵農戶提高農田復種指數和生產能力。首先，要突出抓好冬閑田、拋荒田的開發利用，積極增加大小麥、油菜和蔬菜種植面積。其次，要廣泛利用桑園、果園等林地，在冬春季間作套種蔬菜或多種經濟綠肥。再次，要大力推廣實行周年多茬農作制度，尤其要充分發揮溫室、大棚等現代設施農業優良資源條件，發展多種形式間作、套種周年多種多收農作制度。通過千方百計提高農田復種指數和生產能力，積極擴大農作物碳匯容量。如全市農田復種指數再提高20個百分點，將可增加春花作物等種植面積4.0萬hm2，按現有作物產量估算可增加CO2吸收54萬t，釋放O239.4萬t，增加糧食18萬t。

3．1．3全面實施土壤有機質提升工程

土壤有機碳是地球表層系統中最大，且最具有活動性的生態系統碳庫之一，是全球碳循環重要組成部分［9］。實施土壤有機質提升工程，利用土壤固碳庫特性就能將大量碳以有機質形態存儲于土壤中，從而減少對大氣碳排放。嘉興市各類土壤有機質的含量，以水田土壤最高，旱地(包括園地、旱耕地)和山地土壤次之，海涂土壤最低。據第二次土壤普查資料，全市水田耕層土壤有機質平均含量29.7g•kg－1，即15cm土層含有機質66.8t•hm－2，近十年來開展大規模的土地平整，有機質平均含量下降至27.1g•kg－1。全面實施土壤有機質提升工程，主要通過充分利用畜禽糞尿、廄肥全部作農田有機肥施用，采取多種形式擴大秸稈直接還田，同時積極發展多種綠肥和充分利用水生綠肥等多種途徑，使農田有機肥年施用量達到每667m21000～1500kg以上(含干有機物300～500kg左右)。此外，再加上作物殘留田間的根茬(約3.1t•hm－2•a－1)，按有機物腐殖化系數0.25估算，約可形成土壤有機質1.9～3.0t•hm－2•a－1。若持續五年強化培肥，全市土壤有機質可望提升0.3%～0.5%，將增加土壤碳匯96～160萬t。

3．2開展減少化學品投入、資源高效利用的技術模式應用，實現農業低碳

按照循環經濟“減量化、再利用、再循環、再思考”4R原則，深入開展低碳農業技術應用研究與推廣以取代高碳農業，減少CO2排放，已逐漸成為世人共識。

3．2．1切實減少化肥、農藥施用量

近年來，農業化學品投入呈逐漸上升趨勢，而農家肥用量下降，這些農田管理措施的改變，對我國農田土壤碳的儲存和轉化、溫室氣體排放產生具有較大影響［10，11］。嘉興平原農田單位面積化肥農藥施用量略高于浙江省平均水平?！笆晃濉币詠?，全市深入推進“肥、藥減量增效工程”，已取得良好成效，大大減少了溫室氣體排放。當前還要持續加大力度推廣作物健康的栽培、施肥和病蟲害綜合防控新技術，爭取在“十二五”期末，達到氮肥總量減少10%，肥料利用率提高8%。按此指標，全年節省尿素1.77萬t，折合節省2.74萬t標準煤和1.82萬kW•h電能，可減少排放二氧化碳8.89萬t，二氧化硫289t，氮氧化物251t。

3．2．2積極擴大農業廢棄物資源循環利用

種養業和農產品加工業中產生的畜禽糞便、作物秸稈、林木枝條、蘑菇渣泥和糟粕、淀粉水等眾多農業廢棄物，分布廣泛，總量豐富，既是污染源，又是寶貴的資源。繼承發揚當地農牧結合、種養結合優良傳統，積極擴大農業廢棄物資源循環利用。而現階段，國家和地方大多數農業廢棄物資源綜合利用工作沒有具體的法規可依［12］。因此，一方面要通過建立法規體系和政策調控與加強監管，全面禁止農作物秸稈、樹枝等有機物田間焚燒，控制碳無效排放，嚴格控制畜禽糞便、農業生產下腳料任意隨處排放等［13］;另一方面采取切實可行措施和多種形式，推廣農業廢棄物資源，特別是畜禽糞便和秸稈的循環利用［14］。

3．2．3充分利用太陽能、沼氣、生物質能等清潔能源

充分利用太陽能、大棚現代設施、沼氣等清潔能源，可大大減少煤、電、石油等能源的消耗，取得節能減排的顯著效益。至2009年底，嘉興市太陽能熱水器用戶達48萬多戶，擁有有效集熱面積超過90萬m2。全市每年可節省標準煤18.1萬t，相當于節電5.4億kW•h，節支1.2億元，而且減少二氧化碳排放1.05萬t。在綜合治理畜禽養殖污染中，全市建成大中小型沼氣工程19018處，沼氣池總容積43.63萬m3，年產沼氣1910.3萬m3，成為農村重要的生活清潔能源。生物質能是典型的低碳燃料［15］，積極探索以秸稈為原料的現代能源新產業，開發秸稈生物能源，嘉興市在建的秸稈發電示范工程建成后，可年消耗秸稈25萬t，節省標準煤11.8萬t。據作者考察，美國加利弗尼亞州的陽光景國際市場公司是一家集科研生產銷售于一體的農業業公司，鮮食葡萄產量居美國第1位，全部分級冷藏長達8～10個月，其倉儲供電全部來自屋面太陽能發電裝置發電，多余電力并入當地電網。先進太陽能發電技術的應用，既環保又大大降低了生產成本。作者認為，嘉興應當積極引進和探索太陽能發電技術應用于當地農業。

3．2．4探索創新河泥資源開發利用

利用河泥資源是嘉興平原傳統農業實現水陸資源循環綜合利用的重要特色，但因鄉鎮企業崛起、需要投入勞動強度大等因素，致使傳統循環鏈斷裂，導致河道嚴重淤積和水體水質惡化。近年來，平湖、嘉善等地積極探索創新利用河泥和稻草等廢棄物制作培養蘑菇基質料，種植蘑菇，再以蘑菇廢渣種植蘆筍，開發農業循環經濟新產業，取得了顯著成效。河泥資源開發利用，要與河道清淤工程緊密結合，開展不同河段淤泥質量監測，根據淤泥質量檢測標準，區別對待。分別利用種植蘑菇、直接肥田改土，平整土地、種植林木花草、加固堤岸、制磚等建筑材料，以及合成燃料等［16］。

3．2．5創建低碳農業生產經營模式

當前，農業發展面臨凸顯的資源、環境雙重制約，按照統籌城鄉“三化同步”發展的要求，加快建設現代都市型生態農業，必須圍繞生態做“低碳”。當地應以生態效益作為現代集約農業考核指標，發展農業專業合作社，以農林種植業為基礎適度發展養殖業，可推廣示范有機農場模式或倡導“綠色文明”的生態觀光型農場模式等。以資源利用節約化，生產過程清潔化，廢棄物利用資源化，環境影響無害化為主線，推進土地適度規模經營，適應農業機械化生產，形成資源節約、環境友好的農業生產經營模式，實現農牧結合、種養結合、優勢凸顯、功能多元、適度規模、經營集約、生態循環、發展持續的現代都市型農業。