低碳經濟與農業發展思考
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低碳經濟是黨中央堅持可持續發展四大戰略措施之一。所謂低碳經濟是指依靠太陽能、風能、水能等可再生能源為主要能源，以低能耗、低排放、低污染為特征的新型經濟發展方式[2]。關于“低碳經濟”概念最早源于2003年英國能源白皮書《我們能源的未來：創建低碳經濟》。其總體目標是到2020年CO2的排放量比1990年減少20％，2050年減少60%左右，建立低碳經濟的發展模式[1]26。
目前，在全球氣候變化的背景下，低碳經濟日益受到世界各國的關注。當前，國際上有關低碳經濟研究的主要內容有[3]：（1）能源消費與碳排放：包括與碳減排有關的能源消費結構的轉換和低碳排放能源系統的建立；（2）經濟發展與碳排放：主要探討不同經濟發展模式、階段、速度與碳排放的關系；（3）農業生產與碳排放：包括土地利用變化、農業土地整治、農業生產水平與結構的變化等；（4）碳減排的經濟風險分析與減排對策研究。人類的農業生產活動與全球氣候變化相互聯系與相互影響，政府間氣候變化專業委員會第4次評估報告表明，農業是溫室氣體的第二大重要來源，排放量介于電熱生產和尾氣之間。農業作為國民經濟的基礎產業，是一個重要的溫室氣體來源，同時又受到氣候變化的嚴重影響。正如總書記所說，氣候變化問題歸根結底是一個發展問題。農業除了解決全球日益膨脹人口的糧食問題之外，也能夠為氣候變化問題提供解決方案。
2農業生產與全球氣候變化
2.1農業用碳的根本途徑
目前農業生產用碳的根本途徑主要有以下幾個方面。（1）農業投入品，既有農業自身活動產出的投入品，如種子、有機肥等，也有工業生產產出的投入品，如化肥、農藥、農用薄膜等。（2）農業機械的制造與使用，都離不開電力、石油等能源的使用。（3）農產品的加工、流通，能源的使用是必不可少的。產品銷售，不論是否包裝，都要使用一定的耗用物，如農貿市場、超市的包裝袋。（4）農業的廢棄物的處理和利用，同時獲得整個社會最大收益的經濟。
2.2農業生態系統與溫室氣體排放
在人類活動所放出的溫室氣體中，農業生態系統的貢獻約占1/15～1/5，主要有CO2，CH4、N2O和NOX等[4]。土壤中的有機物質經微生物分解，以CO2的形式釋放入大氣，CH4可在長期淹水的農田中經發酵作用產生，全球一半以上的N2O和NOX來自土壤的硝化和反硝化過程[5]。耕地釋放出大量的溫室氣體，主要包括以下幾個方面：因農業和畜牧業導致的森林減少；飼養反芻動物，如牛、羊、駱駝等，飼料在其腸內發酵引起CH4排放，種植水稻，因土壤長時間用水淹沒，形成厭氧條件，產生并排放CH4；農田過量施用氮肥，造成土壤中的N2O的排放；家畜糞肥處理過程也會引起CH4和N2O的排放以及生物質燃燒等。
2.2.1CH4和CO2的排放對于農業生態系統，最大的碳庫是土壤，土壤圈是碳素的重要貯存庫和轉換器，它含有的有機碳量占整個生物圈總碳量的3/4[6-7]，是生物圈中最大的碳庫。土壤有機碳的儲量是進入土壤的植物殘體量及其在土壤微生物作用下分解損失量二者之間平衡的結果，其因素受到農業用地面積、農業施肥、耕作方式等因素的影響。土地利用變化是目前大氣中碳含量增加的第二大來源，其作用僅次于化石燃料的燃燒[8]。
目前由于土地利用變化每年向大氣中排放116PgC·a-1，約占人類活動總排放量的20%[9]。隨著農業集約化程度的提高，化肥的大量使用將會促進農田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，在整個觀察期，兩種田CO2平均排放量分別是262mg·m-2·h-1和177mg·m-2·h-1[10]。而農業活動甲烷排放量為1719.6×104t，占中國甲烷排放總量的50.15％，其中動物飼養過程中的甲烷排放為1104.9×104t，稻田甲烷排放量為614.7×104t[11]。
2.2.2N2O和NOX的排放化肥施入土壤，有相當一部分以有機或無機氮形態的硝酸鹽進入土壤，在土壤反硝化微生物作用下，會使難溶態、吸附態和水溶態的氮化合物還原成亞硝酸鹽，同時轉化生成N2O和NOX進入大氣，使空氣質量惡化[12]。根據Veldkamp和Keller估計，大約有施N肥的0.5%是以NOx的形式損失[13]。1994年因施肥造成的N2O排放量為62.8×104t，動物糞便和放牧管理過程排放的N2O15.5×104t，農業源N2O排放量估算為78.6×104t，占中國N2O排放總量的92.43％[14]。
2.3氣候變化威脅農業生產
氣候變化對糧食生產的影響主要來自CO2濃度的升高、UV-B輻射增強、溫度升高、病蟲害增加等直接或間接的作用[1]16，以負面影響為主[15]。但由于各地變暖程度不同，且各地農民和生產的管理者均會針對氣候變化采取一些適應的措施，因而全球氣候變化對各地區造成的后果也有所不同。目前關于氣候變化對糧食生產的影響研究報道較[16-20]，總體來說，氣候變化使得農業生產的不穩定性增加，產量波動幅度增大。從區域分布上看，我國北方地區氣候對糧食生產的影響程度強于南方。全球的氣候變暖導致了我國北部一些地區水稻及大豆增產，而我國中部等大部分地區2－5月平均氣溫的上升和3月日照時數的增加，導致冬小麥全生育期縮短，夏季總降水量減少造成夏玉米生育期延遲而使全生育期天數呈現出顯著增加的趨勢。我國華南、華北和西南等一些地區由于當地氣候已經接近農作物生長適宜溫度上限，氣候變暖使作物生長發育加快，生育期相應縮短，致使產量逐步減少。如果不采取任何措施，到2030年，中國種植業生產能力在總體上可能會下降5%至10%。受全球變化的影響，在保持人民消費水平持續增長的條件下我國未來糧食生產有可能不能滿足增長的需求，存在7%~8%的糧食缺口[21]。
氣候變化將嚴重影響我國長期的糧食安全。全球的氣候變化導致很多極端氣候災害的出現，也使農業結構、農業病蟲害發生規律和農業氣象災害發生規律產生了變化，加劇了氣候災害對農業生產的影響。氣候變化導致全球降水趨向極端化，高緯度地區氣候變得干熱，沙漠化程度擴大，冰川雪線進一步縮小，暴雨洪水發生頻繁，氣候異常變化加劇全球水資源的不均勻性。由于氣候變暖，降水減少，會使農業需水量加大，而供水的地方差異也會加大，水資源短缺將成為農業生產的重要影響因素。降水減少1%，農田灌溉面積必將減少1%。為適應生產條件的變化，農業成本和投資需求將大幅度增加。
2.4農業發展本身面臨的問題與挑戰
面向未來，我國的農業將存在著巨大的發展機遇。經濟與社會的快速發展以及人口的不斷增加，不僅拉升了對食物和纖維的需求總量，而且也促進了食物消費結構的改變、農業經營范圍和農產品市場的擴張、農業產業結構的變革和農業生產效益的提高。然而，這種難得的發展機遇將面臨著諸多方面的嚴峻挑戰。
首先，確保食物安全的任務日趨艱巨。根據預測，未來40年，除了大米和小麥需求在今后10年出現緩慢增長后將出現下降的趨勢外，奶制品需求將增長6倍以上，水產品需求將增長近3倍，畜產品、飼料糧、水果、食油和纖維總量需求將增長1.5~1.6倍，蔬菜和食糖需求將分別增長75%和1倍。
其次，提高農業比較效益的難度不斷加大。隨著工業化與城鎮化的不斷推進，以及受資源短缺、成本上漲、市場競爭、勞動力外流等多重因素的約束，農業的比較效益不斷下降。如果不能實現農業的高值化生產，“三農”問題將不能得到根本解決。
第三，日益嚴重的生態環境壓力。由于農業集約化程度的不斷提高，我國農業正面臨著耕地質量下降、污染加劇、災害頻繁等嚴峻的資源環境問題。要進一步加大農業發展力度，生態環境的壓力將日益增加。
第四，全球不確定性因素對農業發展的影響日益明顯。經濟全球化將進一步加劇農業的國際貿易競爭，全球能源緊缺與食物安全的矛盾日益突出，加大了我國農產品貿易難度。全球氣候變化引發的極端災害，以及近期爆發的全球金融危機等，對我國農業及食物發展均帶來諸多不確定性影響，風險明顯增加。
第五，為了應對氣候變化，農業本身也面臨減排溫室氣體的壓力。農業投入品、生物質等合理處理及利用，農業生產中直接能源消耗問題；應對全球氣候變化既需要政策，也需要技術要求，這些都是現代農業發展急需解決的問題。
可見，如何實現現代農業的可持續發展，減少農業生產的溫室氣體排放，找到應對氣候變化的根本出路，是我們當務之急。
3農業由高碳經濟向低碳經濟的轉變
3.1低碳農業
農業的可持續發展必須實現由高碳經濟向低碳經濟的轉變。必須通過農業科學技術的創新和突破，發展“生態高值農業”，增加科技對農業發展的貢獻率和比較效益，來應對未來我國農業發展所面臨的巨大挑戰。
發展生態高值農業是應對未來農業巨大挑戰、實現農業持續發展的一項最重要的創新舉措，其宗旨是在保護生態環境的前提下通過農業的高值化，大幅度提高農業生產能力、產業化水平、競爭力和比較效益。發展“生態高值農業”，必須實現由目前高碳經濟向低碳經濟的根本轉變，過渡就是低碳農業經濟。這是低碳經濟的一個重要領域，指在農業生產、經營中排放最少的溫室氣體，同時獲得整個社會最大效益的技術。具體來說[22]，低碳農業技術具有以下的特征：首先，它是低能耗、低污染、低排放的“三低”技術；其次，它是節約型的技術，盡可能節約各種資源的消耗，盡可能減少人力、物力、財力的投入；第三，它是安全型的技術，采取多種措施，將農業產前、產中、產后全過程中可能對社會帶來的不良影響降到最低限度。
3.2發展低碳農業的措施
3.2.1壟作免耕技術
過度耕作使土壤中的C素釋放，是農業排放C的主要途徑。壟作免耕可以從很多方面減少溫室氣體的排放。首先，摒棄傳統的犁鏵翻耕的耕作方式而采用免耕，可以保存土壤中的碳含量，有利于土壤對碳的固定。其次，采取免耕可以減少農業機械的使用，這也就減少了化石燃料的燃燒，相應減少CO2的排放。再次，隨著土壤肥力的增加，在耕作中化肥的使用也相應減少。N2O是氮肥中的主要成分，也是溫室效力相當于CO2約300倍的一種溫室氣體。減少化肥的使用，也就減少了N2O的排放。因此，土壤碳匯，減少化石燃料燃燒和減少化肥的使用都是有利于控制全球變暖的因素。除了可以減少溫室氣體的排放，免耕對環境的有益之處還包括，免耕可以保持水土，改善地表水水質，減少沙塵的發生，提高生物多樣性。同時，通過溫室氣體減排并進行交易又可以進一步增加農民的收入，最終起到幫助當地農民脫貧致富的目的。
3.2.2灌溉節水技術
目前，農田灌溉節水技術方法較多，而地面灌溉是最古老的，也是最普遍的農田灌溉技術。根據經濟發展，灌區基礎設施狀況及管理水平，地面灌溉在今后相當長的時期仍然是主要的灌溉方式。傳統的地面灌水方法能充分滿足作物的需水要求，對灌水技術要求不高，很容易掌握運用，不需特殊的設備，投資最低，費用最低，耗水量大，所以，改進地面灌溉技術也是節水的最好方式，可采用以下方式：一是進行土地平整和條田建設，平整度較好的土地比較差的土地平均節水10%~20%，這是改進地面灌溉技術的基本條件；二是高度重視農藝節水技術，根據作物生長周期，需求飽和度進行適時、適量供水，實現節水、增產和增效，打破部分農民只要有水就澆，澆的越多越好的片面認識。此外，大力推廣噴灌、滴灌等高效節水農業技術，較大限度的提高水資源的利用率，可大大減少農業生產成本。
3.2.3施肥技術
農業施肥不但會通過影響地上植被的生物量來影響土壤碳源的供應量，而且還會影響土壤微生物活性，決定土壤呼吸強度，因此，農業施肥必然會引起土壤碳庫的變化。通過對土壤增施有機肥，減緩土壤有機質腐爛，縮短有機糞肥的田間暴露時間，減少土地耕作活動，改善土壤水分管理。可以減少CO2向大氣的排放量。改善有機肥料庫的通風透氣條件，降低空氣溫度；將液體有機肥料變為固體施用并施入土壤深層；收集和利用CH4作為燃料；避免將有機肥料像垃圾一樣進行堆放和處理，可以減排CH4。此外，通過測土配方施肥，根據作物需求施肥，減少化肥的使用數量，避免農田土壤中氮肥過剩；增加有機肥使用數量，改善農田土壤的通氣條件和酸堿度；盡量減少農田土壤耕作，大力栽培地面覆蓋植物；使用氮肥硝化還原抑制劑等，可以減少N2O排放量。
3.2.4病蟲害防治技術
實施農作物病蟲害的綜合防治措施。充分發揮自然因素的控害作用，全面普及生物防治和物理防治病蟲害技術，積極推廣農藥增效劑和農藥替代品，加強農業清潔生產技術的研究，以恢復和保持農田生態平衡，達到控害、保產、保益、保環境、保安全、增效益的目的。
3.2.5新型農作物育種技術
未來新品種的發展，如培育抗高溫、耐干旱、作物生長發育期長的品種，推廣高產作物品種，增加多年生牧草種植，大力栽培木本植物，改進牲畜放牧管理等，以提高耕作土地中的碳素儲備水平。培育新型氮素高效利用農作物的農業新品種，是農業生產適應氣候變化的一個重要措施。開發培育氮素高效利用水稻品種，減少N2O排放對環境的破壞，有助于全球溫室氣體排放的控制。
3.2.6畜禽健康養殖技術
畜禽養殖不僅排放大量廢水，還是導致全球變暖的六種溫室氣體中的CO2、N2O和CH4的主要來源。根據國家的政策、法規、標準，畜禽養殖業通過改變養殖方式，由傳統的養殖方式向清潔養殖轉變，嚴格按照《畜禽養殖場污染物排放標準》，建設畜禽養殖場，對集約化養殖場畜禽糞便和污水進行無害化處理與肥料化利用等措施，使得規模化畜禽養殖場糞便綜合利用率超過90%，為本地區適應氣候變化及降低氣候變化影響作出貢獻。
畜禽養殖場改造。主要是改水沖糞為干清糞、雨污分流管道改造等。在進行畜禽養殖場改造時，提倡推廣干法清糞工藝，并將產生的糞渣及時運至貯存或處理場所，實現日產日清，降低糞便流失率。糞尿分離，及時清糞，既利于糞污處理，又可減輕對豬體本身的污染和臭氣散發。建設內容包括采取有效的防滲措施，建設處理場所，防止畜禽糞便污染地下水，同時進行雨污分流管道改造，建設沉淀池、調節池、原料分配以及土石方工程池。
建設固體糞便有機肥廠。對規模化畜禽養殖場（如萬頭豬以上）采用好氧發酵技術處理固體畜禽糞便，進行無害化處理并制成有機肥，反哺生態農業，生產有機食品、綠色食品。養殖業畜禽糞便生產有機肥料可采用不同的技術路線，其中工藝為：收集—安全性處理（腐熟）—商品肥原料或功能性肥料。建設液體糞污大中型沼氣工程。根據生態學“整體、協調、循環、再生”的原則，對未采用干清糞方式的畜禽養殖場采取厭氧生物處理技術和物理處理技術相結合的治理辦法，建設液體糞污大中型沼氣工程。
3.2.7沼氣工程節能減排技術
農村沼氣工程的實施可以節約能源，減少溫室氣體排放，減少污染保護環境，并且可以通過交易減排的溫室氣體而增加農民的收入。沼氣是可再生新能源，它是利用農業固體廢棄物（作物秸稈和畜禽糞便）進行發酵，產生沼氣，用于生活燃料和發電，是一種節約能耗、防治污染、變廢為寶的有效形式。農村沼氣工程不但能解決農村燃料能源問題，節約大量薪柴、煤炭資源，也減少溫室氣體的排放量。沼渣還可作為有機肥在農田中施用，減少農村面源污染。
沼氣項目的溫室氣體減排來自兩個方面。首先，使用沼氣可以減少對薪柴及化石燃料和電能的消耗，減少溫室氣體的排放。另外，發酵產生的沼渣可以代替常規化肥，減少化肥中溫室效力相當于CO2約300倍的N2O的排放。實踐經驗顯示，作為一種高效有機肥，沼渣不但能提高農作物產量，而且能有效殺滅害蟲和病菌，效果比專用葉面肥還要好。同時，農村利用沼氣除了省柴、省煤、省電、省時之外，還能減少煙霧和糞便污染，有利于環境保護。另外，使用沼氣還可以節省農民對能源和肥料等的支出，實踐顯示，一戶農民全年使用沼氣可直接節省各種費用約1100元。除此之外，通過交易溫室氣體減排量，還可以為農民帶來更多的經濟效益。
3.2.8秸稈資源化利用
農作物秸稈是一種廉價、清潔的可再生能源，平均含硫量只有0.38%，約為煤的33%，而熱值則達標準煤的50%。我國農作物秸稈年產量約7億t。在農村，多數秸稈仍是被“付之一炬”，既污染環境，又浪費資源。就作物殘留物的管理方式而言，焚燒秸稈不僅直接釋放碳，還加快土壤有機碳的分解損失；而秸稈還田則可以緩解土壤有機碳的下降。減少農田CO2排放的最直接有效措施是提高地面秸稈還田的比例美國秸稈還田率近90%，中國秸稈還田率僅約15%，其結果是，美國農業土壤中有機碳量逐年增加，而中國土壤有機碳量逐年減少如果地面秸稈還田比率由當前的15%增加到80%，中國農田的C平衡將會由虧轉盈[23]。此外，在治理污染、作物秸稈綜合利用過程中，秸稈飼用、秸稈發電、秸稈碳化等是繼秸稈還田處理后，適合我國國情的高效資源化利用方式。
4結語
隨著我國農業向現代化、規模化、產業化邁進，建立生態高值農業和生物產業體系不僅能推動農業向生態環保、高效多元化發展，而且能促進農業產業鏈的不斷延伸，同時能帶動農業產業科學技術和生產能力的升級，以不斷滿足我國日益增長的農產品總量需求和質量需求，全面實現農產品優質化、營養化、功能化，以及農業生態系統的持續良性循環。低碳農業是在應對全球氣候變化中應運而生的新生事物，是一種生態高值農業模式。而這種全新的模式所帶動的則是“低碳農業經濟”的發展，是一種全新的以低能耗和低污染為基礎的綠色農業經濟。迄今世界上還沒有一個國家的農業現代化是建立在低碳經濟的發展模式上的，中國正在走出一條低碳農業的發展之路，將是國家農業發展方式的重大創新。
