摘要：通过对各地区3种中国主要粮食作物生态系统的物质和管理投入进行数据汇总研究，分析估算了不同粮食作物各个生产环节投入的碳成本以及在不同年份和不同地区的碳足迹变化情况等。结果表明，粮食作物碳排放强度在不同年份的值都不同，通过分析粮食作物生产各环节碳投入比例，发现农药、肥料和氧化亚氮投入的碳占总投入比例很重（其中粳稻有稻田甲烷排放，粳稻中稻田甲烷投入占总投入最大，小麦和玉米不产生稻田甲烷），可见物质投入碳成本在整个生产投入中占极其重要的份额。粮食作物在不同年份的碳排放变化有增有减，在不同地区碳足迹也有明显差异。综上，减少生产过程碳排放尤其是物质投入碳排放、提高施肥效益增加粮食产量、因地制宜选择粮食种植品种是促进粮食生产温室气体减排的重要途径。
目录
摘要 1
关键词 1
Keywords 1
引言 1
1 材料与方法 2
1.1 碳足迹、功能单位和系统边界 2
1.2 碳足迹计算方法 2
1.3 与生产活动相关的碳排放估算及参数选择 3
1.4 数据来源 4
2 结果与分析 4
2.1三大粮食作物生产的碳足迹 4
2.2不同区域的碳足迹变化情况 4
2.3 农作物生产各环节碳投入比例分析 5
3 讨论 6
3.1 粮食作物生产碳足迹 6
3.2 减排途径与潜力 7
3.3 不确定性分析 7
4 结论 7
致谢 9
参考文献 10
20052014年中国主要农作物碳足迹评估与分析
引言
引言
20世纪70年代以来，土地利用温室气体排放及其对全球温室效应的影响越来越受到社会各界的关注，而陆地生态系统固碳减排则被认为是减缓全球气候变化的重要途径[1]。农业是重要的人类源大气温室气体的来源，而农业具有巨大的固碳减排潜力，因此，认识农业生产的碳足迹对于明确农业生产中温室气体排放态势和其减排途径、发展相应减排技术具有重要的科学意义。
已有一些科学家对在美国、英国、加拿大等国家不同管理措施下农业生产碳足迹进行了计量。然而，对发
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展中国家，特别是中国的农业生产碳足迹的认识依然十分有限。粳稻、小麦、玉米是中国三大重要的粮食作物。评价不同区域、不同作物生产的碳足迹，并对不同区域、不同作物碳足迹差异的原因进行分析，将有助于寻找有效的减排途径并对减排技术的开发提供科学支持。着手调查研究农作物生命周期中各环节的相关投入，基于得到的调查数据与相关数据处理分析评估我国主要粮食作物（粳稻、小麦、玉米）的生命周期排放以及预测相应减排措施的潜力。
碳足迹是目前国内外用于分析碳排放过程，定量评价碳排放强度的重要评估方法，通过碳足迹可追溯某一产品在生命周期内直接或间接排放的所有温室气体，并通过二氧化碳当量为单位表示不同气体的综合结果。然而对于农产品的碳足迹评估与分析在国内鲜有报道，本研究通过综合分析三种主要农产品碳足迹的研究方法与结果，得出不同功能单位下农产品的碳足迹大小，不同温室气体和生产环节对于农产品碳足迹的贡献率高低，为科学评估中国农产品的碳足迹，筛选减排技术，降低碳排放强度提供支持[2]。
本研究的技术路线为：主要农作物生产碳氮足迹——年鉴资料——案例调查——作物类型、管理模式、排放特征——整合分析——减排潜力、环境影响评价、减排技术。
本文主要研究的内容是：1、基于生命周期评价和投入与产出的方法，评估我国主要粮食作物生产的碳足迹；2、评估农作物碳足迹从2005年2014年的变化情况；3、基于地域特色，评估不同省份间粮食作物的排放差异；4、提出低碳减排的生产消费模式，并预测其减排潜力。
1 材料与方法
1.1 碳足迹定义和系统边界
作物碳足迹是研究作物从播种到产品收获期间的人类活动引起的碳排放量。研究所涉及的只是特定的作物从播种到收获产品期间产生的直接和间接碳排放，而不涉及收获后产品的去向。
本研究中作物生产碳足迹的系统边界为从播种到收获。通过数据收集与统计分析，评估作物生产碳足迹中直接碳排放与间接碳排放：直接碳排放指在使用农业机械进行耕地、播种和收获等农业生产的过程中，柴油消耗直接在农田上的碳排放，同时也包括由于施用化肥导致的农田氧化亚氮直接排放和在淹水条件下稻田甲烷的直接排放；间接碳排放指在农业上游部门，生产和运输农药、化肥等农业生产资料过程中间接导致的碳排放，以及灌溉消耗的电能所产生的碳排放。
1.2 碳足迹计算方法
作物生产的碳足迹是基于生命周期法（LCA）与投入产出法（IOA）量化农业管理过程中人为导致的温室气体排放数量，包括生产系统中各项物质和能源投入产生的总体碳排放量（CFcrop）。由于氮肥施用所导致的N2O排放和稻田CH4排放也被计入在内。CFcrop计算公式如（1）所示：

(1)
其中，CFfert.prod.代表肥料使用引起的温室气体排放, CFfert.induced代表通过氮肥利用引起的N2O排放, CFCH4, CFirri., CFpest., CFplas.film和CFenergy 分别代表来自稻田淹水的甲烷排放、灌溉、农药生产、农膜制造和能源生产过程的碳排放，单位是kg CO2eq/ha。
1.3 与生产活动相关的碳排放估算及参数选择
各项农业投入所引起的温室气体排放计算方法如下：

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)
式中，i代表肥料类型;；Fi 代表肥料应用量，单位为kg/ha; I, P, PF and E 分别表示灌溉水、农药、塑料膜和能源的应用量，单位为kg/ha. EFfert.prod., EFN2O, EFirri., EFpest., EFplas.film and EFenergy 分别对应相应的排放因子（表1），单位为kg CO2eq/kg; 氮肥的排放因子数据来自Zhang et al., (2013), 复合肥料的排放因子采用的数据来自IFA (2006); 氮肥利用引起的排放因子采用的数据来自IPCC (2006); 28是甲烷的GWP值。
单位产量碳足迹由以下公式计算：

(9)
式中，CFY表示作物生产的单位产量碳足迹 (kg CO2eq/kg)；Y 表示作物总产量 (kg/ha)。
表1各项农业管理投入的温室气体排放因子
Table 1 Emission factors of the individual inputs in this study
各项投入
排放因子
文献
氮肥
6.38 kg CO2eq/kg N
逯非等(2008)[3]
农药
18.0 kg CO2eq/kg
West and Marland (2002a)[4]

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