农业碳足迹研究_以浙江省为例_黄祖辉

的管理策略。从产业层面看， 目前产业碳足迹核算 ， 没有追踪整个供应链 只核算工业部门的直接碳排 放和所购买能源导致的间接排放 （ Matthews H. S. 2008 ） ， 等， 还未见投入品隐含碳的核算。 综上所 述， 目前碳足迹研究主要集中在国家和地区尺度或 微观产品的研究， 而针对产业的尤其是将农业系统 作为一个整体进行全过程碳足迹核算尚不多见 。
一、 引
气候变化是当今人类面临的最严峻的全球环 境问题。农业生产与气候变化耦合关系明显 ， 一方 面， 气候变化将导致生产潜力与农业资源有效供给 的矛盾， 给农业生产带来很大的不确定性； 另一方 “机械化 + 化学化 = 农业现代化 ” 面， 在 的发展模 农业已成为温室气体的第二大重要来源， 农 式下，
＊ 。 电力消耗量＊
（ 三） 层次分解和计算公式 确定边界后， 本文将投入产出法嵌入上述生命 周期评价法的过程分析中， 以便分析农业能源消耗 导致的隐含碳和上游投入品生产过程导致的隐含 碳排放， 从而全面反映农业系统直接和间接碳排
（ 2）
f e 表示煤电的碳排放系数， E i 表示农业生产 其中，
全国温室气体排放总量的 17% ， 其中甲烷和氧化 50. 15% 亚氮分别占全国总量的 和 92. 47% （ 董红 2008 ） 。在这种背景下， 敏等， 以“高效率、 低能耗、 低排放、 高碳汇” 为特征的低碳农业成为一种全新 2010 ） 。 的现代农业发展模式而备受关注 （ 杜受祜，
“中国碳减排效率与发达国家的比较评价研究 ” （ 编号： 10CJY030 ） 、 浙江省哲学社会科学规 ＊ 项目来源： 本文是国家社会科学基金项目 “浙江省生态补偿机制和实施途径研究 ” （ 编号： 10CGYD57YBQ ） 、 “浙江低碳农业发展研究 ” （ 编号： 201006 ） 划项目 浙江省农业软科学课题 的阶段性研究成果 甲烷（ CH4 ） 、 氧化亚氮（ N2 O） ＊ ＊ 农业源温室气体主要包括二氧化碳（ CO2 ） 、 还包括氢氟碳化物（ HFCs） 、 全氟碳化物（ PFCs） 、 六氟化硫（ SF6 ） ＊ ＊ ＊ 主要温室气体除上述三种，
*
品直接和间接碳排放的核算， 将不能真实反映农业 系统温室气体数量和结构特征。 本文的研究目的 是通过系统核算农业碳足迹， 识别重要的农业碳排 放源以及各种农业管理措施对农业低碳发展的贡 从而为国家和区域尺度从源头上制定针对性的 献， 低碳农业发展策略和技术政策提供参考依据 。
二、 碳足迹研究方法概述和研究进展
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黄祖辉等：农业碳足迹研究
致的直接和间接碳排放 是我国农业低碳发展过程 中不容轻视的一个重要来源； 另一方面， 随着化肥、 农药、 农膜等工业投入品使用持续增加， 它们在生 运输、 使用以及废弃物处置的全生命周期都涉 产、 及大量的隐含碳排放。 因此， 仅按照 IPCC 方法核 算农业温室气体， 忽视对农用能源和农业工业投入
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《农业经济问题》 （ 月刊）
2011 年第 11 期
用该框架计算了 2002 年中国各部门最终消费与使 用中的隐含碳排放情况。从城市或地区层面， 郭运 功（ 2010 ） 等计算了 1995 —2006 年上海市能源利用 各能源类型和产业类型的碳足迹、 碳 的总碳足迹、 足迹的产值和生态压力值， 并以此为基础， 利用岭 回归函数进行 STIRPAT 模型拟合， 进一步研究经 济发展与碳排放足迹之间的关系， 最后提出适应性
＊ ＊ ＊ 业源温室气体＊ 排放占全球温室气体＊ 排放总量 的比例约为 14. 9% ； 我国农业源温室气体排放占
言
如何实现农业低碳化发展需要对不同区域农 业系统温室气体排放来源、 结构特征进行精确核算 2011 ） ， 和深度分析（ 冉光和等， 这是制定科学的低 碳现代农业发展模式的前提和基础。 目前针对农 业温室气体排放的研究主要集中在水稻、 畜禽、 秸 秆焚烧等按照 IPCC 指南的分类计算直接碳排放 （ 漆雁斌等， 2010 ； Dyer， J. A. et al. ， 2010 ） ， 而将农 用能源排放划入能源消费部分进行核算 ， 这种核算 方式不能充分反映农业系统生产过程的碳排放全 貌。一方面， 中国农村大部分农户存在兼业行为， 导致从事农业生产机会成本不断升高 ， 农户更倾向 依靠各种农业机械以减轻劳动强度 ， 不可避免地增 加对煤炭、 柴油、 电力等能源消耗， 因此能源消耗导
＊ 直接碳排放是指农业生产过程中直接排放或直接消耗能源导致的碳排放； 间接碳排放是指能源消耗导致的隐含碳排放和由工业投
入品生产过程导致的隐含碳排放 是通过该气体的吨数乘以其温室效应值（ GWP） 后得出的（ 这种方法 ＊ ＊ 二氧化碳当量是指一种用作比较不同温室气体排放的量度单位， 1996 ） 。本文所指的碳 可把不同温室气体的效应标准化） 。二氧化碳的 GWP 值为 1 ； 甲烷的 GWP 值为 21 ； 氧化亚氮的 GWP 值为 310 （ IPCC， 排放均为折算后的二氧化碳当量
图1 农业生产碳排放途径示意图
（ 1）
f i 表示能源碳排放系数， E i 表示一次能源使 其中，
间接碳排 放 （ 即 看 不 见 的 碳 排 放 ） 。 电 力 在 使 用过程中虽不产生碳排 放， 但我国的电力主要 来自燃煤的火力发电， 因此在生产过程中会产 生大量碳排放。 tier2 = tier1 + f e E i
三、 农业碳足迹分析框架构建
根据上述生命周期评价法和投入产出分析法 的主要思想和分析步骤， 本文从界定温室气体、 边 层次分解和计算公式三方面构建农业系统 界设置、 碳足迹研究的分析框架。 （ 一） 温室气体界定 在进行碳足迹核算时， 应首先确定系统内主要 2006 年 IPCC 国家温 排放的温室气体类型。基于《 第四卷农业、 林业与其他土地利 室气体清单指南》 用， 农业生态系统排放的温室气体主要是二氧化碳 （ CO2 ） 、 甲烷（ CH4 ） 、 氧化亚氮（ N2 O） 。 （ 二） 边界设置 准确地界定农业生产以及最终废弃物处置全 过程中直接和间接碳排放的活动是核算农业系统 碳排放的关键。从生命周期分析的角度， 农业生产 碳排放途径见图 1 。 放； 同时根据世界资源研究所（ WRI） 和世界可持续 Matthews et. al 发展工商理事会 （ WBCSD ） 、 碳基金、 （ 2008 ） 等机构和学者提出的层级分析思想* ， 应用 分层投入产出—生命周期评价方法 （ Tiered InputOutput Life Cycle Assessment， TIOLCA ） ， 在上述分 层法的基础上进行拓展， 将农业系统碳足迹核算分 成以下五个层次， 以便更清晰地展示农业碳足迹的 各种来源驱动因素， 同时分层的主要功能还体现在 分清采取农业减排行动的优先次序 （ Lenzen M. ， 2001 ） 。 第一层， 边界内能源燃烧的直接排放 （ 即看得 见的碳排放） ， 包括农业生产使用煤炭、 柴油 （ 一次 能源） 直接燃烧的二氧化碳排放； 以及农业系统自 然源排放， 主要是畜禽肠道发酵、 水稻种植的甲烷 排放。 tier1 = f i E i + n i n i 表示农业种植、 用量， 养殖碳排放。 第二层， 在第一层排放量的基础上加上跨 系统边界的外购二次能 源， 主要指电力导致的
碳足迹是对某种活动引起的 （ 或某种产品生 命周期内积累的 ） 直接或间接的 CO2 排放量的度 2007 ） 。 相对于其他碳排 量（ Wiedmann and Minx， 碳足迹是从生命周期的角度出发， 可 放研究方法， 以分析从国家、 城市、 产业到微观产品等不同尺度 人类活动导致的直接和间接碳排放过程 ， 从而为各 研究尺度减排行动提供全方位的视角 。 （ 一） 碳足迹主要计算方法评述 碳足迹的计算方法主要包括基于微观产品的 生命周期评价法 （ LCA 法 ） 、 基于大尺度的环境投 入产出法（ EIO 法 ） 以及二者综合的投入产出—生 命周期评价法（ Hybrid model） 。 1. 生命周期评价法。 生命周期评价法是自下 而上的过程分析法。 该方法核算碳足迹包括两个 关键步骤： 一是确定系统边界。 以农业部门为例， 需界定农业生产、 使用以及最终废弃物处置全过程 中直接和间接产生碳排放的活动； 二是收集数据。 其中两类数据是计算碳足迹所必须的 ： 生命周期涵 盖的所有物质或活动的数量或强度数据 ； 碳排放因 ＊ 。 即单位物质或能量所排放的二氧化碳当量＊ 子， 生命周期评价法的缺点是核算边界划定的主观性 ， 容易造成边界的截断； 同时由于所需数据量较大， 在数据收集和处理过程中耗时且成本投入较高 。 2. 投入产出法。投入产出法最早是由瓦 · 里 1941 ） 提出的研究经济系统各 昂惕夫（ W. Leontief， 部门间投入与产出关系的数学模型 ， 是一种自上而 down ） 。 该方法已广泛应用于 下的分析方法 （ topShuyan 农业能源分析和农业能源需求预测 （ Cao， 2010 ） 。该方法核算碳足迹突出的优点是能利 等， 通过计算 用投入产出表反映各产业碳排放的联系 ， 里昂惕夫逆矩阵全面分析农业生产投入品各上游 生产阶段直接与间接能源需求， 进而通过能源碳排 放因子， 推算温室气体排放量。 但从目前应用来 说， 投入产出法还主要停留在农业生产过程中的能 源消费导致的直接和间接碳排放分析上 ， 对于诸如 农业生产中水稻种植和畜禽肠道发酵排放的 CH4 、 农业土壤的 N2 O 排放等直接生产排放一般还是采 用生命周期法； 且投入产出法数据比较陈旧， 一般 我国的投入产出表每 5 年才公布一次。 鉴于生命周期法和投入产出法各自的优缺点 ， Matthews 等（ 2008 ） 提出了一种将两者结合在一起 IOLCA Model ） ， 的混合法 （ Hybrid该方法既具有 生命周期法的详细性， 又不失投入产出法的完整 性。从应用的角度， 国内外主要应用于工业、 交通、 建筑等产业或部门的碳足迹核算， 而将该方法用于 农业方面的研究目前较少见。 （ 二） 碳足迹研究进展 近年来， 国内外基于不同功能单元开展了对碳 Edgar 和 Peters （ 2009 ） 、 足迹的研究。从国家层面， Wiedmann T. （ 2009 ） 等人的研究发现发达国家的 碳足迹超过本国领土内的碳排放量 ， 而在贫穷国家 正好相反， 这主要是由于国际贸易导致的碳泄漏； 孙建卫等 （ 2010 ） 结合 IPCC 的清单方法对中国历 年碳排放进行了核算， 并对碳排放足迹及各部门之 间的碳关联进行了分析； 陈红敏 （ 2010 ） 对利用投 入产出法计算隐含碳排放的框架进行了扩展 ， 并利