基于LCA的稻蟹共作模式碳足迹评价.pdf

试验研究 2023.11由温室气体排放引起的全球变暖已成为当今全球性的环境问题遥 农业生产是人类活动中重要的温室气体排放源袁其温室气体排放占人为排放的 12%遥 联合国粮食与农业组织渊FAO冤指出袁过去 30 年全球农业和粮食生产产生的温室气体排放量增加了 17%遥因此袁发展以减缓温室气体排放为目标的低碳农业是适应气候变化尧实现农业可持续发展的必然选择1遥稻田综合种养是一种利用稻田的水环境进行虾尧鱼尧鸭等多种综合养殖的良性循环模式袁可大幅地提高稻田综合利用率遥 目前对稻田综合种养的研究主要集中在稻鸭尧稻鱼及稻虾等共生系统袁研究区域主要以南方地区为主袁研究层面多从宏观尧中观角度进行思考遥 王毅勇等对三江平原地区水稻生产的碳足迹进行了评价2遥 季国军等基于省级尺度袁分析了江苏不同水稻种植方式碳足迹3遥 部分学者对稻田养鱼尧稻麦轮作尧稻虾共作等系统碳足迹也进行了研究4-8遥 稻蟹共作模式占比达到我国稻田综合种养面积的 5.94%袁针对该模式的研究目前主要集中在种养技术方面袁 地区多以南方为主袁 有关北方地区稻蟹共作模式对温室气体排放的影响研究相比较少9遥 因此袁 本文作者以我国北方稻蟹综合种养基地盘锦市作为研究区域袁采用生命周期评价法袁对稻蟹共作与水稻单作模式碳足迹大小及构成差异进行对比分析袁以期为促进盘锦市稻蟹共作模式低碳尧可持续发展提供科学依据与理论基础遥1材料与方法1.1研究区概况盘锦市位于辽宁省西南部袁总面积 4 084 km2袁境内河流众多袁湿地尧鱼尧虾尧蟹等资源丰富遥 自 1991 年开始探索稻蟹共作模式袁2022 年稻蟹共作规模达到61 333.33 hm2袁已发展成为全国最大的稻蟹综合种养基地遥1.2数据来源本研究数据来源于 2023 年 3 月对盘锦市农户的调研所得遥 调查对象为采取稻蟹共作模式和水稻单作模式的农户袁共回收有效问卷 117 份袁其中稻蟹共作 76 份袁水稻单作 41 份遥 调研内容主要包括稻蟹共作和水稻单作种渊养冤面积尧物料投入尧产品收益遥其中袁物料投入分为 4 大类院农药渊除草剂尧灭菌剂尧杀虫剂冤尧化肥渊复合肥尧尿素冤尧燃料渊柴油冤尧饲料渊商品饲料尧玉米冤袁产品收益包括产量尧价格等遥 具体单位面积物料投入见表1遥1.3研究边界本研究边界为 圆 种种植模式从播种到收获整个摘要院为探明稻蟹共作模式碳足迹大小及其构成特征袁利用生命周期评价法计算分析了盘锦市稻蟹共作模式与传统水稻单作模式碳足迹遥 结果表明袁稻蟹共作模式单位面积碳足迹为 11 397.92 kgCO2-eq/hm2尧单位产量碳足迹为 3.84 kgCO2-eq/kg尧单位产值碳足迹为 0.92 kgCO2-eq/元曰水稻单作模式单位面积碳足迹为 13 378.02 kgCO2-eq/hm2尧单位产量碳足迹为 8.61 kgCO2-eq/kg尧单位产值碳足迹为 12.30 kgCO2-eq/元遥 对于稻蟹共作和水稻单作模式来说袁直接碳排放中的 CH4排放是碳足迹的主要贡献因素袁间接碳排放中化肥和饲料的投入影响较大遥 因此袁通过采取减少农资物品投入尧缩短淹田时间尧加强技术培训等方式可减少碳足迹袁促进稻蟹共作模式低碳尧绿色发展遥关键词院碳足迹曰稻蟹共作模式曰温室气体排放曰生命周期评价作者简介院李丽丽渊1999-冤袁女袁在读硕士袁从事农村资源与环境管理方面工作遥 E-mail:通讯作者院李莉渊1973-冤袁女袁博士袁副教授袁从事资源经济与管理尧环境公共政策研究遥基于 LCA 的稻蟹共作模式碳足迹评价李丽丽李莉渊新疆农业大学公共管理学院新疆乌鲁木齐 830052冤81-2023.11 试验研究生育期内 CH4和 N2O 直接温室气体袁 以及化肥尧农药尧饲料等农资物料投入的间接温室气体排放遥 农资物料投入产品的温室气体排放量主要参考了中国生命周期数据库 CLCD v0.8尧Ecoinvent 2.2 数据库和相关学者的研究成果袁具体排放因子选取见表 2遥1.4碳足迹计算渊1冤间接温室气体排放计算公式院CF=1移伊式中袁 表示化肥尧农药尧饲料等农资用品袁表示投入量 渊kg/hm2冤袁表示温室气体排放因子渊kg鄄CO2-eq/kg冤遥渊2冤直接温室气体排放计算公式院CF=CFN2O伊265+CFCH4伊28式中袁CFN2O 表示稻田 N2O 的二氧化碳排放当量 渊kgCO2-eq/hm2冤袁 CFCH4表示稻田 CH4的二氧化碳排放当量渊kgCO2-eq/hm2冤遥28 和 265 为 100 年尺度CH4和 N2O 的全球增温潜势(以 CO2-eq 计)遥 本研究中的 CH4排放量参考张怡彬等在辽宁省盘锦市大洼区开展的微区试验袁 取值分别为 359.36 kg/hm2和415.31 kg/hm2遥本研究仅考虑了由于施肥造成的 N2O 排放遥 N2O排放量的计算公式院CFN2O=伊伊 渊44/28冤 伊 265式中袁表示施用化肥中氮肥折纯量渊kgN/hm2冤袁为氮肥折纯量引起的 N2O 排放因子袁取值为 0.003 kgN2O-N/kg晕11遥渊3冤碳足迹计算公式院CF=CF+CF式中袁CF 为间接温室气体排放量渊kgCO2-eq/hm2冤袁CF为直接温室气体排放量渊kgCO2-eq/hm2冤遥单位产量碳足迹计算公式院CF=单位产值碳足迹计算公式院CF=式中袁 表示单位面积产量渊kg/hm2冤袁表示单位面积产值渊元/hm2冤遥2结果与分析2.1不同种植模式单位面积碳足迹分析根据计算袁 稻蟹共作模式碳足迹显著低于水稻单作模式遥 稻蟹共作和水稻单作两种模式单位面 积 碳 足 迹 分 别 为 11 397.92 kgCO2-eq/hm2和13 378.02 kgCO2-eq/hm2遥 其中袁稻蟹共作模式间接碳排放量为 1 192.6 kgCO2-eq/hm2袁占总排放量的 10%袁直接碳排放量为 10 205.32 kgCO2-eq/hm2遥 水稻单作模式间接碳排放量为 1 424.82 kgCO2-eq/hm2袁 占总排放量的 11%袁直接碳排放量为 11 953.2 kgCO2-eq/hm2遥单位面积碳足迹见表 3遥2.2不同种植模式单位面积产量及产值碳足迹分析2022 年盘锦市稻谷市场价格为 0.7 元/kg袁 稻田蟹价格为 35 元/kg袁 经计算袁 稻蟹共作和水稻单作模式的单位产量碳足迹分别为 3.84 kgCO2-eq/kg 和8.61 kgCO2-eq/kg袁 前者比后者显著降低 45%遥 稻蟹共作和水稻单作模式的单位产值碳足迹分别为0.92 kgCO2-eq/元和 12.300.92 kgCO2-eq/元袁 前者比后者显著降低 75%遥 不同种植模式单位产量及产值碳足迹见表 4遥2.3主要环节碳排放量对碳足迹的贡献从 圆 种模式的单位面积碳足迹构成来看袁 稻蟹表 1不同种植模式单位面积物料投入渊单位院kg/hm2冤项目投入品稻蟹共作水稻单作化肥复合肥738.89依93.161 080.04依1 289.04尿素28.01依48.62104.01依64.91农药除草剂0.10依0.060.14依0.02灭菌剂0.05依0.040.04依0.05杀虫剂0.10依0.080.15依0.21饲料商品饲料361.00依490.01-玉米152.35依143.2-燃料柴油126.01依6.65125.94依0.01表 2农资物料投入产品碳排放系数渊单位院kgCO2-eq/kg冤项目投入品碳排放系数数据来源化肥复合肥0.958CLCD v0.8尿素3.27CLCD v0.8农药除草剂10.15Ecoinvent 2.2灭菌剂10.57Ecoinvent 2.2杀虫剂10.57Ecoinvent 2.2饲料商品饲料0.864Ecoinvent 2.2玉米0.21佘玮等10燃料柴油0.37CLCD v0.8CH4排放量CH428IPCCN2O 排放量N2O265IPCC82-试验研究 2023.11共作模式田间直接碳排放的影响较大袁 占总碳足迹贡献的 88%袁 其中 CH4为最大排放源遥 间接碳排放中袁 饲料和复合肥的贡献比较显著袁 分别为 3%和8%遥水稻单作模式也体现出相似的规律袁其中直接碳排放占主导地位袁CH4的贡献为 87%遥 间接碳排放过程中袁尿素和复合肥影响比较显著袁其他农资投入(如杀虫剂尧柴油等)贡献相对较小袁不同种植模式碳足迹构成比例见图 1遥3讨论与结论3.1讨论本文作者使用生命周期评价法对盘锦市稻蟹共作和水稻单作模式的碳足迹进行评估袁其单位面积碳足迹分别为 11 397.92 kgCO2-eq/hm2和 13 378.02 kgCO2-eq/hm2曰 单位产量碳足迹分别为 3.84 kgCO2-eq/kg和 8.61 kgCO2-eq/kg曰单位产值碳足迹分别为 0.92 kgCO2-eq/元和 12.30 kgCO2-eq/元遥相对于水稻单作模式袁 稻蟹共作模式具有更高的经济尧生态和社会效益袁但仍存在化肥和饲料投入量较大尧土地规模化程度较低尧种植方式滞后尧政策扶持力度小等问题遥 因此袁建议盘锦市应加大力度推动规模化经营尧加强技术培训尧完善土地流转政策尧减少农资物品投入量等袁 从而促进盘锦市稻蟹共作模式低碳绿色发展遥猿援圆结论不同生产模式由于土地利用方式和物料投入差异必然会影响碳足迹大小遥 前人对不同稻田共作模式研究表明袁 稻田 CH4排放量的差异直接影响碳足迹大小遥 稻鱼共作单位面积碳足迹较低袁主要原因为CH4排放量较低遥稻虾共作单位面积碳足迹的差异范围较大袁 其原因为稻田灌溉方式的不同导致 CH4排放量存在差异遥 本研究的稻蟹共作灌溉方式以淹田为主袁因此碳足迹评价结果与稻虾共作相近遥 不同水稻共作模式碳足迹结果对比见表 5遥对于稻蟹共作模式来讲袁稻田 CH4排放为最大排放源袁未来可通过采取减少淹田时间尧使用 CH4抑制剂等方式减少排放量遥 此外袁化肥尧农药尧饲料等农资产品投入量也应引起重视袁 未来应采取加强施肥技术培训尧优化饲养工艺尧减少投入量等方式促进稻蟹共作模式低碳绿色发展遥图 1不同种植模式碳足迹构成比例表 3不同种植模式单位面积碳足迹渊单位院kgCO2-eq/hm2冤项目投入品稻蟹共作水稻单作间接碳排放复合肥707.861 034.68尿素91.59340.11除草剂1.021.42灭菌剂0.530.42杀虫剂1.061.59商品饲料311.9-玉米32.00-柴油46.6246.60小计1 192.61 424.82直接碳排放CH410 062.0811 628.68N2O143.24324.52小计10 205.3211 953.2单位面积碳足迹11 397.9213 378.02表 4不同种植模式单位产量及产值碳足迹项目稻蟹共作水稻单作水稻渊kg/hm2冤2 674.761 553.39螃蟹渊kg/hm2冤300.32-单位产量渊kg/hm2冤2 975.081 553.39单位产值渊元/hm2冤12 383.5310 87.373单位产量碳足迹渊kgCO2-eq/kg冤3.848.61单位产值碳足迹渊kgCO2-eq/元冤0.9212.30表 5不同水稻共作模式碳足迹结果对比地区模式碳足迹文献江苏省尧湖北省稻虾共作7 859 kgCO2-eq/hm26长江中下游稻麦共作7 728.8 kgCO2-eq/hm27浙江青田县稻鱼共作6 266.7 kgCO2-eq/hm28江苏省稻虾共作13 140.0 kgCO2-eq/hm29渊下转 88 页冤83-2023.11 试验研究参考文献1赵俊杰袁刘家铮袁夏冰袁等.低碳农业途径及实践探究J.生态经济,2014,30渊8冤:69-74.2王毅勇,于冰,田有,等.三江平原水稻生产的碳足迹评价J.土壤与作物,2023,12渊1冤:10-17.3季国军,纪洪亭,程琨,等.江苏水稻种植方式碳足迹和经济效益综合评价J/韵蕴.渊2023-4-24冤.https:/ 4不同马铃薯品种的产量结果品种取样株数渊株冤取样面积渊m2冤大薯渊个冤总数渊个冤商品率渊%冤亩产量渊kg冤位次宁薯 19 号11824530812902 3359青薯 9 号11824402603801 52716云薯 10811924268448801 27718临薯 18 号11824533840823 1541冀张薯 12 号11624534784802 11012希森 6 号11924409652791 08320陇薯 17 号11624348398741 19419天薯 11 号11324388760681 86013陇薯 10 号10924430557962 5338陇薯 16 号10324302390972 25610天薯 13 号120245281 240681 83314陇薯 12 号120249501 162963 0842定薯 4 号11824482758932 9814陇薯 14 号118247641 170902 7837中薯 28 号12024560671912 9525中薯 24 号11824682972923 0213中薯 19 号11324431581832 21611中薯 5 号10824260393811 08121陇薯 15 号11324422811811 47717陇薯 7 号120247801 051942 9286定薯 3 号12024681951901 76715渊上接 83 页冤3李志芹袁李周袁凌成琼袁等.昭通市马铃薯新品种渊系冤比较试验J.云南农业科技袁2019渊5冤院54-56.4高青青袁方玉川袁汪奎袁等.陕西榆林市马铃薯优良品种引进比较试验J.安徽农业科学袁2019袁47渊17冤院52-54.5骆华涛袁楼珍彦.义乌市马铃薯品种比较试验J.现代农业科技袁2019渊16冤院87.6陈志.马铃薯新品种对比试验初报J.江西农业学报袁2010渊6冤:35-36.88-