2022年通往农业碳中和之路.pdf

通往农业碳中和之路科技如何助力农业减少温室气体排放，实现净零转型2022年7月波士顿咨询公司与极飞科技联合研究波士顿咨询公司（BCG）与商界以及社会领袖携手并肩，帮助他们在应对最严峻挑战的同时，把握千载难逢的绝佳机遇。自1963年成立伊始，BCG便成为商业战略的开拓者和引领者。如今，BCG致力于帮助客户启动和落实整体转型，使所有利益相关方受益赋能组织增长、打造可持续的竞争优势、发挥积极的社会影响力。BCG复合多样的国际化团队能够为客户提供深厚的行业知识、职能专长和深刻洞察，激发组织变革。BCG基于最前沿的技术和构思，结合企业数字化创新实践，为客户量身打造符合其商业目标的解决方案。BCG创立的独特合作模式，与客户组织的各个层面紧密协作，帮助客户实现卓越发展，打造更美好的明天。广州极飞科技股份有限公司创立于 2007 年，以“提升农业生产效率”为使命，致力于用机器人、人工智能和新能源技术为农业赋能。极飞科技以智慧农业为发展方向，不断将前沿技术带入农业生产管理，以科技平民化、成果产业化、产品普惠化的形式，搭建起农民与科技之间的桥梁。极飞科技的主营业务包括研发、制造并销售农业无人机、农业无人车、农机自驾仪、农业物联网设备等在内的智能农业装备和智慧农业管理系统。通过构建完整的产品矩阵和数据闭环，极飞科技为广大农业工作者提供精准、高效、灵活、经济的无人化技术解决方案，以解决农业生产中劳动力不足、管理粗放和环境污染等问题。目录02|应对气候变化，农业需立即行动10|解密农业碳排放16|科技助力农业净零转型33|农业科技未来发展的挑战和影响36|关于作者应对气候变化，农业需立即行动 波士顿咨询公司 X 极飞科技 3迫在眉睫：农业减排刻不容缓气候变化并非人类可以用躲避或拖延来应对的未来威胁，而是需要立即采取果敢行动加以应对的危机。受不断增加的人类生活生产的影响，过去一百年来全球平均二氧化碳浓度迅速上升，并推动地球温度达到历史最高水平（参阅图1）。伴随着全球平均气温的上升，极端天气事件发生的频率、强度和破坏严重性也不断增加，同时对人类社会造成了数千亿美元的损失。据统计，在2017至2020年期间，共有约3,350次各种强度的极端天气事件被记录，造成了约8,850亿美元的损失（参阅图2）。1 相比于能源、交通及工业品制造等行业，农业更容易受到气候变化的影响。气候变化对农业的负1 数据由慕尼黑再保险旗下专业统计分析自然灾害影响的NatCatSERVICE数据库统计。2 数据来自IPCC报告Impacts of 1.5 global warming on natural and human systems第三章。3 联合国粮农组织，国家温室气体排放数据库（CAIT Climate Data Explorer）。面影响可分为直接和间接两种形式。温度的突然变化、降雨量变化、热浪和飓风等天气现象都将直接对全球农作物生产系统造成巨大压力，并进一步威胁人类的粮食安全。根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的研究，全球平均气温每升高1都将造成主要农作物产量的大幅下降，例如小麦（下降6.02.9%）、稻米（下降3.23.7%）、玉米（下降7.44.5%）和大豆（下降3.1%）等。2 还有一个经常被忽略的事实是，农作物的营养含量也会受到大气中二氧化碳浓度升高的负面影响。例如，研究显示，当二氧化碳浓度升高至568590 ppm的范围（相当于升温2.33.3），18种东南亚广泛种植的水稻中蛋白质、B族维生素及其他微量元素的含量均有显著下降，对超过6亿人的营养健康造成威胁。3 气候变化造成的间接危害包括作物病虫害的传播，同样会对农业生产系统产生不利影响。图1|由于人类活动的增加，全球二氧化碳浓度不断上升，目前地球平均温度已达历史最高水平来源：Hadley Center-CO2 and Greenhouse Gas Emissions；Hannah Ritchie and Max Roser；Our World in Data（2019）。188019000.5192019401960198020002020-0.50.01.0回归平滑曲线年平均气温19201860184018201880196019001940450198020002020400250300350全球平均二氧化碳浓度（ppm）280 ppm1820年水平415 ppm目前水平2020年全球平均气温已达14.9，较18501900年平均气温高1.2近年来，大气层中的二氧化碳浓度水平不断上升，已达历史高位随着全球平均气温持续攀升，地球将变得更加暖和4 通往农业碳中和之路：科技如何助力农业减少温室气体排放，实现净零转型图2|自然灾害发生的频率和强度不断上升，造成的经济损失总额也在增加来源：慕尼黑再保险旗下专业统计分析自然灾害影响的NatCatSERVICE数据库；BCG分析。19802020年间极端天气发生数量（次）26828738747550543255271698005001,0002015201019951990198519802000 20052020756912022494282239350210010020030040019852010199019801995200520002015 202019802020间极端天气事件造成的损失（十亿美元）+3%在过去40年中，极端天气事件的发生频次处于稳步上升的趋势对人类社会造成的损失总额也不断上升然而农业活动与全球温室效应的联系却较少受到人类重视。农业既是全球变暖的主要受害者，也是温室气体的主要排放源之一。事实上，由于农业和林业活动以及土地利用的变化而产生的温室气体约占全球温室气体排放总量的17%。4 如果考虑到食品生产价值链中储存、运输、包装、加工、销售和消费等环节产生的温室气体排放，则该比例会进一步上升至21%37%。此外，农业生产活动也会对生态环境造成破坏，导致全球温室效应进一步恶化。有研究显示，全球80%的森林砍伐活动与农业生产相关。5 另外，农业生产活动也可能导致土壤侵蚀和退化，从而破坏土壤本身的固碳能力，促使更多的碳被释放到空气当中（参阅图3）。4 联合国粮农组织，国家温室气体排放数据库（CAIT Climate Data Explorer）。5 Kissinger、Herold和Veronique De Sy，研究文献 Drivers of Deforestation and Forest Degradation。6 世界银行数据，同时参考欧洲委员会EDGAR温室气体排放数据库及climatewatch数据库。7 联合国政府间气候变化专门委员会，气候变化第三次评估报告。更加严峻的是，农业温室气体排放的构成严重偏向于非碳排放，即甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）。据统计，农业活动排放的甲烷占全球甲烷排放总量的45%，排放的氧化亚氮占全球排放总量的77%。6 相较于二氧化碳，这些气体在推动全球温度上升方面效力更加强大。甲烷吸收热量的效率是二氧化碳的20倍，氧化亚氮吸热效率更是二氧化碳的300倍。7 如果不积极进行干预，世界人口及粮食需求的增长将进一步推动农业温室气体排放量不断上升。根据联合国预测，到2050年世界人口将增长30%以上，达到97亿，随之而来的是对食物和资源需 波士顿咨询公司 X 极飞科技 5求的大幅上涨。8 据联合国粮食及农业组织（FAO）的估计，到2050年世界每年需多生产约50%的粮食，才能养活不断增长的世界人口。9 这无疑将对农业生产系统造成巨大压力（参阅图4）。如果仍然保持当前的生产模式，那么农业温室气体的排放将显著增加，对生态环境的伤害也将越发严重，比如导致生物多样性减少。因此，找到能够在提升生产效率的同时抑制温室气体排放增长的可持续农业生产方式对农业参与者来说至关重要。全球行动：各国加快净零转型步伐面对日益增长的气候变化威胁，国际社会也在8 联合国“世界人口展望（World Population Prospects 2019）”数据库。9 联合国粮农组织报告，How to Feed the World in 2050。联合国的主导下团结起来，携手推动全球净零转型。在此背景下建立了 联合国气候变化框架公约（UNFCCC），用于推动政府间关于气候变化的谈判与合作，促进对气候变化威胁的全球应对。自1995年以来，UNFCCC每年举办缔结方会议（COP）（也称为联合国气候变化大会），用于促进政府间就共同应对全球气候变化达成行动协议。于2015年12月第21届联合国气候变化大会（COP21）中达成的巴黎协定是全球净零转型之路上最重要的历程碑。巴黎协定作为具有法律约束力的国际条约，包括了所有签约国家对减排和共同努力适应气候变化的承诺，并呼吁各国逐步加强承诺。同时，该协定设立了三大长远目标：图3|农业是地球温室气体排放的主要来源之一，直接和间接地影响了全球温室气体的排放来源：CAIT数据库；国际能源署；世界能源展望；GHG 温室气体排放核算标准；BCG分析。1 土地变化是指由于农业生产活动造成的土地性质发生变化，包括林地开荒等。2 包括其他相关的建筑排放，比如家电使用、照明和空间制冷等。3 逸散排放是指在生产过程中由挥发性气体等造成的排放，以及由于一些气体泄漏造成的排放等。森林砍伐 全球80%的森林砍伐活动与农业生产相关土壤侵蚀与退化 土地退化约占全球土地总面积的30%每年可造成约10万平方公里的土地损失栖息地和生物多样性损失 到2050年，为满足对食物的需求，约50万平方公里的自然栖息地将被改造为农田土地变化1轻载化工品水泥交通工业品18%燃气煤炭17%其他重载6%17%农业生产空运航运燃油电力农业炼铁&炼钢铁路空间加热水加热烹饪建筑30%12%其他逸散排放3其他废物处理其他2全球约17%的温室气体排放直接由农业、林业活动和土地利用变化（仅限初级生产）造成农业活动也间接地从三方面推高温室气体排放2019年全球温室气体排放总量：530亿吨二氧化碳当量（t CO2e）6 通往农业碳中和之路：科技如何助力农业减少温室气体排放，实现净零转型 将本世纪全球气温升幅限制在比工业化前水平高2以内，并寻求将气温升幅进一步限制在1.5以内的措施。每五年审查一次各国对减排的贡献。通过提供气候融资，帮助发展中国家适应气候变化并改用可再生能源。截止到2021年底，已有195个缔约方签署了 巴黎协定，192个缔约方批准了巴黎协定。2021年11月，中美两国在第26届联合国气候变化大会（COP26）上发布了中美关于在21世纪20年代强化气候行动的格拉斯哥联合宣言，承诺加强应对气候变化合作，包括减少甲烷排放、逐步淘汰煤炭消费和保护森林。联合宣言中提到中国将在2026到2030年五年内开始逐步减少煤炭消费，并首次提出要制定强化甲烷国家行动计划。作为年度排放量最高的两大经济体，中美新的联合宣言向世界释放了两国加强气候行动与合作的积极信号。本次大会上，中美还与全球100多个国家一起签署联合声明，承诺在2030年中止并扭转森林砍伐与土地退化进程，以保护和恢复地球上的森林。同时，大会也敦促全球所有领导人共同努力实现可持续的土地利用，捍卫巴黎协定的1.5温控目标（参阅专题“各国迈向碳中和之路”）。当前各国/地区政府仍主要致力于能源、交通以及工业行业的温室气体减排举措。相较农业，这些行业排放量占比更大且温室气体的排放和抑制机制更为直接。因此，尽管农业减排被很多国家列为实现碳中和战略的关键抓手之一，目前尚未有主要排放国家发布专门针对农业减排的具体法律或政策指导文件。但随着气候变化的威胁日益紧迫，越来越多的国家开始给予农业减排更多关注。特别值得一提的是，很多领先国家在自身的碳中和战略中都强调了运用科技手段提高农业生产效率的同时减少温室气体排放的重要性。图4|世界对粮食及各类资源的需求将进一步上升，农业亟需在减少环境影响的同时提升生产力来源：联合国经济和社会事物部“世界人口展望”；联合国粮农组织报告Global Agriculture Towards 2050；新闻检索；BCG分析。注：由于数据四舍五入，加总后结果可能与总数不符。0.00.00.1世界总人口（十亿人）0.40.61.24.40.720150.40.70.71.74.90.820300.40.72.55.320509.77.38.5大洋洲北美洲非洲拉丁美洲欧洲亚洲+32%谷物产量至2050年谷物（用作食物和动物饲料）的年产量必须再增加近10亿吨肉类产量到2050年，肉类的年产量必须进一步提升74%才能满足需要水资源即使在利用效率提升的情况下，水资源需求量至2050年增长率仍将接近11%土地发展中国家（主要是在撒哈拉以南非洲和拉丁美洲）的可耕地将需要扩大约1.2亿公顷到2050年，全球人口将增加30%以上，人口总数达到97亿人口的快速增长将对世界的粮食及资源供应造成巨大压力 波士顿咨询公司 X 极飞科技 7英国：英国是最早提出农业温室气体减排目标和行动计划的国家之一。2019年，英国全国农民联盟（NFU）提出了到2040年在英格兰和威尔士的农业中实现净零排放的目标。NFU计划通过三大举措来实现这一目标。第一是提升农业生产效率，以更少的投入产出相同甚至更多的食物。第二是改善土壤管理方式和提升植被覆盖率，提升土壤固碳能力。第三是以可再生资源和生物能源代替化石燃料，减少碳排放。NFU特别强调了这三大举措的实现，离不开科技在整个农业价值链上各环节中的使用。日本：日本农林水产省宣布，日本将在2050年前 实现农业的全行业零碳排放，主要通过两大途径。第一，利用生物技术减少农业生产活动中温室气体的排放，例如提高作物的硝化抑制作用。第二是推广氢能的使用，同时提高农业机械的电气化水平。中国：作为世界上最大的农业国家之一，中国多年来一直在探索降低农村地区温室气体排放的方法。例如，国家农业农村部在2007年与2011年分别发布了关于加强农业和农村节能减排工作的意见，着重于在农村推广节能农业机械的使用，加强清洁能源设施的建设以及推广科学的养殖和耕作技术。2021年10月颁布的2030年前碳达峰行动方案强调大力发展绿色低碳循环农业，提升土壤有机碳储量，合理控制化肥、农药和地膜的使用，加强农作物秸秆综合利用。同时，推进农村用能低碳转型，推广电动环保农业机械，加快生物质能、太阳能等可再生资源在农业生产生活中的应用，提升农村用能电气化水平。另外，当前中国正在制定包括农业在内的各重点行业专项碳中和转型详细行动计划，将逐步出台更多细节举措。美国：2020年2月，美国农业部公布了一项名为“农业创新决议”的计划，提出要通过激发农业生产中的创新，在2050年将农产品产量提高40%，同时减少农业生产中一半的“环境足迹”。美国在其净零转型长期战略中也明确表示，将持续投资农业技术并推动行业价值链各环节的创新。四大技术被确认为未来主要创新方向，包括基因工程、数字化与自动化、精准干预技术以及智慧农场管理系统。另外，美国还计划通过提供经济奖励等措施来鼓励大农场主采取环境友好的生产方式，比如轮牧方式。8 通往农业碳中和之路：科技如何助力农业减少温室气体排放，实现净零转型 波士顿咨询公司 X 极飞科技 8为了更快地推动全球碳中和目标的实现，共同缓解全球变暖的影响，各国/地区政府也相继出台了关于净零转型的法律或政策文件。国际能源和气候智库根据所处阶段*，将各国/地区的气候行动分为四大类*：1.已进行碳中和立法的国家；2.已提议碳中和立法的国家；3.已出台碳中和相关政策文件的国家；4.仍在进行气候问题讨论的国家。1 已进行碳中和立法的国家：共13个，包括英国、新西兰、法国、加拿大、丹麦、瑞典、韩国和日本等。英国：2008年，英国通过2008年气候变化法案，正式立法承诺到2050年碳排放量较1990年水平降低80%。2019年，英国对2008年气候变化法案进行修订，将英国2050年减排目标从“至少比1990年基线降低80%”改为实现“至少降低100%”（2050年目标修正法案）。日本：2020年10月，日本时任首相菅义伟宣布 将在2050前实现日本净零排放的目标。2021年4月，日本公布了新的2030年国内减排目各国迈向碳中和之路*国际能源与气候智库“The Energy and Climate Intelligence Unit”净零转型打分卡，不同分类中国家数量的统计结果截止于2021年11月。*苏里南和不丹两个国家已宣布实现碳中和，这主要得益于两国较高的森林覆盖率和较低的能源需求，因此这两个国家并未被归入分类中。波士顿咨询公司 X 极飞科技 9标，承诺到2030年碳排放水平较2013年降低46%，并有可能采取额外的措施以实现50%的减排。2021年6月，日本通过修订后的全球变暖对策促进法，将减排承诺编入法典。该法还要求日本各级政府制定可再生能源的使用目标和具体实施计划。2 已提议碳中和立法的国家：爱尔兰、智利和 斐济。爱尔兰：2021年3月，爱尔兰联合政府批准了2021年气候行动和低碳发展（修正案）法案，该法案明确了爱尔兰2030年碳排放水平应较2018年降低51%，并在2050年之前实现净零排放。当前政府正在推动该法案作为优先立法通过议会。3 已出台碳中和政策文件的国家：共53个，包括中国、美国、芬兰、印度、瑞士、挪威、巴西和印度尼西亚等。中国：中国国家主席习近平在2020年9月的第75届联合国大会上宣布，中国将力争在2030年之前实现碳达峰，在2060年之前实现碳中和。“十四五”规划进一步响应习近平主席提出的目标，强调中国气候行动将完善能源消费总量和强度的双控制度，重点控制化石能源消费，同时推动清洁能源高效安全利用。中国国务院于2021年10月26日印发了2030年前碳达峰行动方案。根据行动方案，国家将加快煤炭消费替代升级，发展新能源，挖掘水电、核电潜力并加快建设风电和光伏发电基地，逐步降低化石燃料的消费比例。明确到2030年，非化石能源消费比重达到25%左右，单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降65%以上。该行动方案将作为中国碳中和转型的指导原则，并为制定不同行业的具体碳中和转型路线奠定了基础。美国：美国总统拜登上任的第一天即宣布美国重新加入巴黎协定。2021年11月，美国政府发布了完善后的温室气体净零排放长期转型战略，重申该国将在2050年之前实现净零排放的目标。同时明确了美国2030年的温室气体排放量将较2005年水平下降50%52%的目标。该战略同时提出了美国净零转型的五大支柱，包括电力脱碳、使用清洁能源、减少化石能源浪费、减少甲烷及其他非碳温室气体排放以及提升土壤和自然环境固碳效果。4 仍在进行气候问题讨论的国家:超过90个国家当前已进入碳中和国家政策讨论的阶段，预计未来几年将有更多国家针对气候变化采取关键性举措。特别是来自非洲、中东等地区的国家将有望在碳中和领域迎头赶上，提出有关碳中和的法案或政策文件，从而使全球约75%的排放量被纳入严格的减排监管。解密农业碳排放 波士顿咨询公司 X 极飞科技 11由于其复杂的形成机制，了解并干预农业活动中的温室气体排放并非易事。相比于其他行业，跟踪、测量以及计算农业活动中的温室气体排放可能更具挑战性，主要由于两大原因。首先，与其他行业不同的是，农业生态系统中的各项活动不仅可能增加温室气体的排放，也有可能导致温室气体的“消除”。例如，当荒地与沙地被开发为耕地并种植了作物后，其土壤吸收和存储碳的能力将得到提升，这些土地将作为一个“池子”存储二氧化碳。其次，农业系统中的排放部分涉及到复杂的生物反应，同时还受到不同因素的影响。天气、地理位置、种植/养殖的品种、土地类型以及土壤管理方式等都会影响农业温室气体的排放。此外，部分地下的温室气体形成和排放是在一段相当长的时间内逐步发生的，这使得追踪和衡量农业领域的碳足迹更加困难。从何处来：主要农业温室气体排放源简而言之，农场内发生的任何一项活动都有可能产生温室气体排放，例如动物的粪便管理、土地耕作以及农业机械的运作等。农业生产活动中主要产生三种温室气体，二氧化碳（CO2）、氧化亚氮（N2O）以及甲烷（CH4）。气候变化专门委员会（IPCC）在其国家温室气体指南报告中使用一张图生动地解释了农场内各类温室气体排放的主要来源（参阅图5）。由世界资源研究所（WRI）和世界可持续发展工商理事会（WBCSD）制定的温室气体排放核算标准（GHG Protocol）将农场内的温室气体排放源分为两大类：非机械类与机械类。非机械类排放通常通过复杂的生物反应过程发生，例如生物质的分解、发酵以及秸秆燃烧。典型的非机械类排放是通过动物肠道发酵和肥料硝化反应等活动排出的甲烷和氧化亚氮。机械类排放则主要来自于运转机械设备所需的化石燃料燃烧、化学原料以及电力的消耗。典型的机械类排放是农场上运行机械装置或设备，比如播种机、收割机和空调等，产生的温室气体。除常见的二氧化碳、甲烷和氧化亚氮外，机械类排放还可能包括其他温室气体，比如氢氟烃（HFC），但排放的温室气体种类主要取决于使用的能源或化学原料。图5|农场内温室气体的主要排放和移除过程来源：气候变化专门委员会（IPCC），国家温室气体指南第四卷第一章。HWPCO2CO2CH4CH4CH4N2OCO2,CO,NMVOCN2O,NO枯枝落叶土壤碳土壤呼吸生物量火灾稻米氮固定肥料净初级生产量（CO2吸收）伐木施肥12 通往农业碳中和之路：科技如何助力农业减少温室气体排放，实现净零转型然而，对于不同农场而言，其主要的排放源以及温室气体排放量将会因为农场的类型、管理模式以及其他相关因素而存在很大差异。其他的影响因素可能包括农场面积、农场地形和水文、土壤微生物/有机质含量、农场种植作物品种、养殖的牲畜类型以及农业废物处理方式等。目前还没有一套统一的方法和标准能够精确衡量不同排放源在农业生态系统中对总排放量的贡献，对不同排放源的排放量级和占比尚存争议。但根据联合国粮农组织（FAO）的统计，农业活动产生的温室气体主要来自七大排放源（参阅图6）。在2019年由农业活动产生的72亿吨二氧化碳当量的温室气体排放中，约26%来自牲畜消化系统中的肠道发酵反应。碳水化合物在食草动物的消化道内被细菌分解，在分解的过程中产生甲烷（CH4）并向外排放。肠道发酵产生的甲烷排放量主要取决于牲畜的种类、年龄、体重大小以及饲料的成分和数量。其中反刍牲畜（例如奶牛和绵羊等）是主要排放源，但部分非反刍动物（例如猪和马）等也会释放一定的甲烷。肥料的施用是第二大排放源，贡献约14%的农业温室气体排放量。施肥包括使用牲畜的粪便（直接排泄在牧草上或制成有机肥撒入地里）以及向土壤中撒入人工合成的化学肥料（如尿素），均会产生氧化亚氮（N2O）的排放。施肥将导致土壤中的氮元素增加，土壤中的氮一部分与有机质相结合，另一部分将通过反硝化作用以N2和N2O的形式向环境释放。N2O的排放可能通过施肥直接发生，也可能通过挥发及淋溶等间接的方式发生。将有机土壤进行排水处理有助于提高植物生长条件，是农业种植和林业中常用的一种举措，然而该举措可能导致大量的二氧化碳（CO2）被释放。在不排水的有机土壤中，厌氧条件下有机质的投入量超过分解的损失量，从而帮助土壤固存更多的碳。而当排水后土壤厌氧条件改变，有机土壤中存储的碳将会稳定地分解并释放。CO2的排放亦受到排水深度、土壤肥力以及温度等多种因素的影响。图6|农业活动产生的温室气体主要来自七大排放源，其中牧场动物肠道发酵及生产中施用的化肥是前两大排放源，贡献40%的排放量来源：联合国粮农署，农业与林业温室气体排放数据库（FAOSTAT 2021）；BCG分析。1 种植森林对于温室气体排放的消除作用数据并未包括在内。2 包括人工合成肥料的施用，施入土壤的粪肥以及留在牧场土地上及叶面上的粪肥。3 主要指秸秆燃烧，比如农场里的秸秆焚烧以及热带草原野生秸秆发生的火灾。4 焚烧土地包括发生在有机土壤上的火灾以及潮湿热带森林地区的火灾。2.821.530.830.670.530.390.440.742.95肠道发酵农场能源消耗有机土壤排水化肥施用2水稻种植农作物残余3粪便管理焚烧土地4森林砍伐26%14%8%6%5%4%4%7%27%占总排放量的比例全球80%的森林砍伐活动与农业生产相关农业活动土地使用变化2019年按来源划分农业相关温室气体排放量（十亿吨二氧化碳当量）1 波士顿咨询公司 X 极飞科技 13水稻种植也是一个相对较大的农业温室气体排放来源。当土壤淹水后，土壤中的氧气被土壤微生物、动物、植物根系所消耗，产甲烷菌开始生长、活动，它们以二氧化碳和乙酸等为原料，生成甲烷（CH4），并通过水稻植株和气泡等途径扩散排放到大气中。作为第五大排放源，农场上使用能源所产生的温室气体排放同样不容忽视。现代化农场需要燃烧大量化石燃料来为农场上运行的机械和设备提供动力，以及为农场供电。而燃烧包括煤炭和柴油等在内的化石燃料将会排放大量的热量及温室气体。除了以上提到的前五大农业排放源，处理畜禽粪便以及农作物的秸秆等农业废弃物也将产生大量的温室气体排放。在不同条件下储存及处理动物粪便（比如粪便堆肥），将导致CH4或者N2O的排放。而在丰收后焚烧农作物秸秆（用于杀灭秸秆上的害虫卵），不仅会产生大量的温室气体，更是长期困扰很多农村地区的大气污染来源。要减少农业碳排放，最有效的方法无疑是从每个排放源入手，借助科技的手段进行治理并减少排放。但值得注意的是，在当前的科技程度下，不同排放源的温室气体减排潜力差异很大。尽管动物肠道发酵是农业温室气体的最大排放源，但要减轻其影响并非易事。近期科学研究发现，可以通过向牧场动物的饲料中加入添加剂来大大减少动物肠道发酵产生的甲烷排放。主要的添加剂包括红海藻素以及3-硝基氧丙醇（3-NOP）。据美国国家环境保护局（EPA）估算，如果能在全国范围内所有牧场使用红海藻素添加剂，那么到2030年可以帮助减少最多60%的动物温室气体排放。10 然而，距离红海藻素能够真正被大范围使用还有很多问题尚待解决，包括如何降低红海藻的种植、收获以及处理成本，让其能够作为经济的添加剂被农民接受以及牲畜长期食用该添加剂是否会导致高耐受性或其他副作用。另外一个降低肠道发酵排放的方法就是大量减少人类对反刍类动物蛋白（比如牛肉和羊肉）的消耗，但这就要求人类的饮食结构发生巨大改变，难以被大多数人接受。同时，减少动物蛋白的摄入是否会对人类健康造成损害在科学上也仍然存在争议。10 温室气体净零排放长期转型战略第五章。针对其他农业温室气体排放源的减排举措可能取得更加直接且高效的成果，例如用电动农业机械替换掉燃油机器，可以在当前维持生产水平的同时快速减少温室气体的排放。利用智能土壤监测工具减少肥料的投入也被认为是抑制N2O排放的一种有效方法。但这些举措往往容易被忽视，针对肠道发酵减排的举措目前虽是研究重点，可实际效果尚需大量科学测试验证，本报告后续章节将着重介绍相对成熟且更易实现的科技减排方式。如何计算：农业碳排放核查尽管各行各业中温室气体的形成和排放机制非常不同，但温室气体排放量的核算方法论基本一致。由世界资源研究所（WRI）和世界可持续发展工商理事会（WBCSD）建立的温室气体核算体系是行业标杆，为不同行业的企业测量和披露自身温室气体排放量提供了方法和标准。根据温室气体核算体系，企业测量温室气体排放时应该践行四个步骤：界定核算边界、明确温室气体种类、梳理排放活动并计算排放量（参阅图7）。第一步：设定温室气体排放核算边界。农业企业在核算温室气体排放前，需要先设定好两个核算边界：组织边界与业务运营边界。在设定组织边界时，企业可以选择根据业务中的股权比例来核算排放量，反映了公司的经济效益（股权比例法）。企业也可以选择只核算其拥有100%控制权的子公司的排放量（财务控制权法）或者选择不计算其仅享有权益但并不持有运营控制权的子公司的排放量（运营控制权法）。为了设定业务运营边界，要求企业识别与其运营相关的排放，将其分为直接排放与间接排放，并选定间接排放的核算与报告范围。温室气体核算体系将排放分为三个范围（参阅图8）。范围一指企业拥有或控制的排放源产生的直接温室气体排放。农业企业典型的范围一排放包括农场机械燃油燃烧排放等。范围二指消耗外购能源产生的间接温室气体排放，包括电力、热力、蒸汽或者冷气等。14 通往农业碳中和之路：科技如何助力农业减少温室气体排放，实现净零转型图7|农业企业核算温室气体排放的四大关键步骤来源：温室气体核算体系（GHG protocol）；北京市种植农产品企业温室气体排放核算指南；资料检索；BCG分析。设定组织边界 股权比例法 财务控制权法 运营控制权法设定运营边界 范围一：直接温室气体排放 范围二：公司外购的电力和热力等能源而产生的排放 范围三：除范围一、二之外的所有其他由企业产生的温室气体排放企业可自主选择是否核算并报告范围三涉及的温室气体排放京都协议中列出的六种常见温室气体 二氧化碳 甲烷 氧化亚氮 氢氟碳化物 全氟化碳 六氟化硫企业还可以根据实际情况自行将其他温室气体纳入核算与报告的范围优先检查所在地政府是否已经出台了相关的核算规定与标准举例：北京市种植农产品企业温室气体排放核算指南收集排放活动数据 农场使用的燃料种类以及具体用量 购买的电力数据（千瓦时）排放因子 IPCC所规定的缺省值 国家/区域所提供的适用于该地区的排放因子（企业应当优先考虑适本地适用的排放因子）1234温室气体排放总量燃料燃烧产生的温室气体施肥引起的温室气体排放购入电力产生的温室气体排放秸秆处理产生的温室气体排放土壤有机碳库的变化界定核算边界明确温室气体种类梳理排放活动计算排放量图8|温室气体核算体系设定了三大范围，有助于企业更好地核算与管理自身的排放来源：温室气体排放核算体系（GHG protocol）。外购能源产生的间接温室气体排放 企业通过采购或者其他方式引入的由其他企业生产的能源，用于自身生产所产生的温室气体排放温室气体直接排放 由企业拥有或控制的排放源所产生的直接温室气体排放其他间接排放 除范围一和二之外，其他所有由于企业生产经营活动所导致的温室气体排放 核算与汇报可选范围，非强制 农业生产物资的生产 农产品的运输、加工和售卖 农业废弃物的运输 农场员工差旅等 外购电力 外购热力 外购蒸汽 外购冷气 农场机械燃油燃烧 水稻种植 动物肠道发酵 化肥施用和粪便管理非穷尽非穷尽范围一和范围二（一般要求企业进行核算与报告）范围一、二、三（企业可自主选择是否核算与披露范围三排放）范围二：间接排放范围三：间接排放范围一：直接排放定义实例核算与披露要求 波士顿咨询公司 X 极飞科技 15 范围三包括了其他所有的间接温室气体排放。范围三的排放是一家公司活动的结果，但并不是产生于该公司拥有或控制的排放源。企业可以自主决定哪些活动应该被纳入范围三的核算，因此范围三排放的核算标准对一些企业来说也可能存在争议。目前大部分国家/地区一般要求企业核算与披露属于范围一和范围二的温室气体排放量，是否核算和报告范围三的排放由企业自主决定，不做强制要求。但企业可以通过报告范围三排放彰显自身减少对环境负面影响的决心。第二步：明确核算的温室气体种类。温室气体核算体系建议企业核算京都议定书中规定的六种温室气体，即二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳和六氟化硫。但该建议并非强制，企业需根据自身经营活动来确定哪些相关的温室气体应该被核算与报告。第三步：梳理具体排放活动。一旦确定了核算边界，企业需要梳理并明确范围内各项活动的排放源。政府会针对部分行业发布具体的温室气体核算指导和标准，明确概述哪些经营活动/排放源应当被纳入该行业企业的温室气体核查与报告。由于农业覆盖的业务广且差别大，针对农业企业目前还没有专门的核查与报告标准，可能导致即使业务相似的企业之间也会出现温室气体核查结果差异较大的情况。在中国，一些地方政府已经率先为本地农业相关企业提供了温室气体排查与核算标准。如北京市政府在2019年颁布了种植农产品温室气体排放核算指南（DB11/T1564-2018）。该指南列出了五种排放活动应该被纳入种植业企业的温室气体核算中，包括农场上化石燃料燃烧、土壤施肥、植物秸秆处理、购入电力以及土壤碳库变化。企业在进行温室气体核算前，应首先参考国家或地方版本的核算与报告标准，并按照要求将相关活动的排放纳入计算中。第四步：计算排放量。明确了排放活动后，企业可以开始通过三个步骤计算其具体的温室气体排放量：收集活动数据（AD）、选择排放因子（EF）以及将活动数据与排放因子相乘。收集活动数据（AD）：活动数据是指可以用于衡量排放活动类型、规模以及程度的数据。比如，对于燃烧化石燃料而言，活动是指燃烧的化石燃料种类（汽油或柴油）和使用量（吨或升）。选择排放因子（EF）：排放因子是将活动数据转化成排放量的系数。该系数会因不同的活动、国家/地区或环境条件而异。IPCC发布了排放因子的默认值，供企业在缺乏自己测算排放因子的条件时使用。一些地方政府和行业协会也会根据本地情况发布具体的排放因子。企业在选择排放因子时，应优先参考针对自身行业及地区所发布的专门的排放因子。将活动数据与排放因子相乘：企业将活动数据与排放因子相乘即可得到相关活动的排放量。如果一些活动排放的是二氧化碳之外的温室气体，那么还需要将结果乘以一个全球变暖潜式值（GWP）的系数，将不同的温室气体排放量统一转换为相同的单位二氧化碳当量（CO2e）。科技助力农业净零转型 波士顿咨询公司 X 极飞科技 17全景：科技变革中的智慧农业浪潮过去的五十年中，机械化水平的提升彻底改变了农业，极大地提升了农业生产的规模、速度与效率，土地与农户的产出也迅速提高。根据联合国粮农组织的统计，在1961到2011年间，全球农业的产出至少翻了三倍。11 但同时，迅速增长的粮食需求及气候变化也向农业提出了新的挑战。为了实现又一次的生产力飞跃，农业需要拥抱更多创新，借助更复杂和先进的技术来进一步提升生产力。好消息是，我们发现农业正处在新科技革命的路口，这次科技革命将主要由大数据分析、万物互联以及自动化三种底层技术力量推动。大数据分析：随着科技的不断发展和成熟，农场上可被采集到的数据数量和数据质量也在不断提高。预计到2050年，平均每个农场每天可被采集的数据点将会由2014年的19万个上升到410万个。12 利用大数据分析技术对收集到的海量数据进行分析，可以帮助农户更全面地掌握农场的情况，如天气、土壤和种子的情况以及作物病虫害发生的概率等，并依此做出更明智的决策。11 联合国粮农组织，环境智慧型农业报告，第六章。12 根据农业数据智能分析平台服务提供商OnFarm的估计。万物互联技术：万物互联技术可以帮助农户在农场上创建一张“网络”，允许“网络”中的不同对象互相联通并实时传送数据或接受指令。连接的对象可以包括人、动植物以及基础设施（如农机或建筑物）等。通过支持数据流动，该技术可以帮助实现远程感知和控制，为农户与农场设备的实时交互创造机会。自动化技术：自动化技术允许机器或设备在人类较少的直接干预下，通过预设的目标和程序，借助系统进行运算和判断，自主进行信息处理以及过程控制等动作。自动化技术可帮助减少人工操作，在提高农业生产效率的同时减轻对环境的影响。有了这三项技术的支撑，如农业无人机与机器人、卫星图像工具、土壤传感器以及其他新兴农业技术解决方案正逐步改变传统农业的生产方式，进一步提升产量、提高效率并帮助建立可持续和高韧性的农业。今天，在整个农业价值链的各个环节上都能看到科技创新，从播种到收获，全流程帮助农户（参阅图9）。图9|农业科技空间广阔，在整个价值链的各个环节上都出现了不同的科技解决方案助力农户来源：世界银行；联合国粮农署；文献检索；BCG分析。部分示例，未穷尽作物基因改造技术农场区域数据与解决方案，比如：农场地形与区域分析、分区智能灌溉、区域图像识别与分析、播种密度地图、农作物营养状况地图、分区域农药喷洒等室内垂直农业科学预警系统，比如：安全预警（火灾、泥石流等）、病虫害预警、极端天气预警等生物质燃料科技作物种植规划，比如：轮作/轮牧管理、种子/植物数据库、多种植物混种管理等资源管理，比如：农业物资（农药、化肥以及地膜等）库存管理、种植工作人力/劳动力规划与