劉貴斌，黃 璜，周江偉，梁玉剛

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，長(zhǎng)沙 410128)

湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡分析

劉貴斌，黃 璜*，周江偉，梁玉剛

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，長(zhǎng)沙 410128)

湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是高產(chǎn)農(nóng)業(yè)碳平衡研究的模板，其碳足跡分析對(duì)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革具有重要參考作用?；?001～2014年湖南省農(nóng)田生產(chǎn)投入、作物產(chǎn)量等數(shù)據(jù)，運(yùn)用碳足跡分析方法對(duì)湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳排放、碳吸收以及碳足跡進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果如下：過(guò)去13年里，湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳排放逐年增加，增幅和年平均增長(zhǎng)率分別為28.33%和1.85%；碳吸收呈波動(dòng)式增加，增幅和年平均增長(zhǎng)率分別為35.50%和2.36%；水稻和蔬菜的碳吸收量遠(yuǎn)大于其他農(nóng)作物，年均合計(jì)比重為83.20%；碳足跡先增加后減少，2001年為31.74×104hm2，2006年增加到34.46×104hm2，2014年減少到31.56×104hm2；湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)始終處于碳生態(tài)盈余且呈先減少后增加的趨勢(shì)；分析2014年的區(qū)域農(nóng)田碳足跡，常德市最大，為4.52×104hm2，張家界市最小，為0.89×104hm2，二者相差5.08倍；2014年湖南省區(qū)域碳足跡水平分為三類：高碳足跡地區(qū)(常德市)、中碳足跡地區(qū)(岳陽(yáng)市、衡陽(yáng)市、邵陽(yáng)市、益陽(yáng)市、郴州市、永州市、懷化市及湘西州)和低碳足跡地區(qū)(長(zhǎng)沙市、株洲市、湘潭市、張家界市及婁底市)。

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)；碳足跡；碳排放；碳吸收；湖南

人類活動(dòng)是全球變暖的主要推手之一[1，2]，未來(lái)全球變暖還會(huì)進(jìn)一步加劇，自然生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)將遭受更為嚴(yán)峻的負(fù)面影響[3，4]。隨著問(wèn)題的不斷加劇，碳排放成為了科學(xué)研究關(guān)注的熱點(diǎn)。碳足跡是一種新興的碳排放研究方法，它從生命周期的視角來(lái)探究碳排放全過(guò)程，把相關(guān)溫室氣體納入考慮，能深度了解碳排放的本質(zhì)過(guò)程，為制定科學(xué)合理的減排方案提供依據(jù)[5，6]。同時(shí)，農(nóng)業(yè)碳足跡分析是農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)田系統(tǒng)進(jìn)行碳足跡評(píng)估，能為農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革中的生產(chǎn)投入調(diào)整、種植結(jié)構(gòu)調(diào)整等環(huán)節(jié)提供參考。

湖南省的溫光水熱資源豐富，是全球雙季稻種植核心區(qū)，也是中國(guó)作物多樣性最豐富的區(qū)域，農(nóng)作物常年種植面積約7.6×106hm2，囊括糧、棉、油、麻、絲、茶、糖、菜、煙、果、藥、雜(食用菌、香料等)12大類。目前，湖南省形成的多熟制區(qū)域是全國(guó)獨(dú)一無(wú)二且特色鮮明的生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)。湖南省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)多、強(qiáng)度高、投入大，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放與碳吸收的動(dòng)態(tài)變化對(duì)大氣中溫室氣體濃度的影響具有典型性，是高產(chǎn)農(nóng)業(yè)碳平衡研究的模板，對(duì)全球尺度農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳平衡研究具有重要參考作用，同時(shí)湖南省也是農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革深化的重點(diǎn)區(qū)域。本文基于湖南省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，綜合參考國(guó)內(nèi)外的碳足跡分析方法，對(duì)湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡的結(jié)構(gòu)組成、年際動(dòng)態(tài)變化及區(qū)域間差異進(jìn)行深度分析，以期推進(jìn)湖南乃至中國(guó)低碳農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，為農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革提供參考和依據(jù)，提高農(nóng)業(yè)綜合效益與競(jìng)爭(zhēng)力。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與計(jì)算方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文的有效數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《湖南統(tǒng)計(jì)年鑒》和《湖南農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》，包括2001～2014年湖南省的農(nóng)作物播種面積、化肥用量、農(nóng)藥用量、農(nóng)膜用量、農(nóng)用柴油用量、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、灌溉面積、耕地面積、各類農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量等指標(biāo)。

1.2 農(nóng)田碳足跡分析計(jì)算體系

過(guò)程分析法適用于不同尺度的碳足跡核算，主要步驟為建立流程圖、確定系統(tǒng)邊界、收集數(shù)據(jù)、計(jì)算碳足跡[6]。本文采用過(guò)程分析評(píng)價(jià)模型來(lái)進(jìn)行湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡的計(jì)算，結(jié)合湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)和生命周期評(píng)價(jià)原理，構(gòu)建了湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡的計(jì)算體系(圖1)。

圖1 湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡計(jì)算體系Fig.1 Computing system of carbon footprint of farmland ecosystem in Hunan

本研究在計(jì)算湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放與碳吸收時(shí)，以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)系統(tǒng)為界限，所以湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳排放結(jié)構(gòu)組成為化肥生產(chǎn)和使用所產(chǎn)生的碳排放、農(nóng)藥生產(chǎn)和使用所產(chǎn)生的碳排放、農(nóng)膜生產(chǎn)和使用所產(chǎn)生的碳排放、農(nóng)業(yè)機(jī)械使用消耗所產(chǎn)生的碳排放、農(nóng)業(yè)灌溉消耗所產(chǎn)生的碳排放以及農(nóng)用柴油使用所產(chǎn)生的碳排放；湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳吸收主要是種植在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的主要農(nóng)作物在其完整生育期內(nèi)所吸收的碳。

1.3 碳排放計(jì)算

[7～9]，結(jié)合湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡計(jì)算體系，湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳排放可表達(dá)為：

E=Ef+Ep+Em+Ee+Ei+Eo

(1)

式中：Ef、Ep、Em、Ee、Ei、Eo分別表示化肥引起的碳排放量、農(nóng)藥引起的碳排放量、農(nóng)膜引起的碳排放量、農(nóng)業(yè)機(jī)械引起的碳排放量、農(nóng)業(yè)灌溉引起的碳排放量、農(nóng)用柴油引起的碳排放量，單位為t。

參考文獻(xiàn)[10，11]，不同碳源的碳排放量計(jì)算方法見(jiàn)公式(2)～(7)。其中，A～G為相應(yīng)的轉(zhuǎn)換系數(shù)。

Ef=Gi×A

(2)

Ep=Gp×B

(3)

Em=Gm×C

(4)

Ee=(Ae×D)+(We×E)

(5)

Ei=Hi×F

(6)

Eo=Go×G

(7)

式中：Gi為i類化肥的用量，主要分為氮肥、磷肥、鉀肥和復(fù)合肥的使用量，其轉(zhuǎn)換系數(shù)Ai分別為1.74，0.165 09，0.120 28和0.380 97 kg/kg；Gp為農(nóng)藥用量，B=4.934 1 kg/kg；Gm為農(nóng)膜用量，C=5.18 kg/kg；Ae為主要農(nóng)作物種植面積，We為農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力，D=16.47 kg/hm，E=0.18 kg/kW；Hi為有效灌溉面積，F(xiàn)=266.48 kg/hm；Go為農(nóng)用柴油用量，G=0.592 7 kg/kg。

1.4 碳吸收計(jì)算

參考文獻(xiàn)[7～9]，結(jié)合湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡計(jì)算體系，湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳吸收可表達(dá)為：

(8)

式中：Ci為碳吸收總量，單位為t；Cd為i類農(nóng)作物全生育期的碳吸收量；Cf為i類農(nóng)作物通過(guò)光合作用合成單位重量干物質(zhì)所需要吸收的碳，即農(nóng)作物碳吸收率；Dw為i類農(nóng)作物的總生物產(chǎn)量；Yw為i類農(nóng)作物的總經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量；H為i類農(nóng)作物的經(jīng)濟(jì)系數(shù)。參考文獻(xiàn)[12，13]，中國(guó)主要農(nóng)作物的碳吸收率Cf和經(jīng)濟(jì)系數(shù)H見(jiàn)表1。

表1 中國(guó)主要農(nóng)作物的碳吸收率(Cf)和經(jīng)濟(jì)系數(shù)(H)

1.5 碳足跡計(jì)算

本文所參照的碳足跡定義是吸收消解碳排放所需要的生產(chǎn)性土地(植被)的面積[13]。因此，湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳足跡計(jì)算公式可表達(dá)為：

CEF=E/NEP

(9)

NEP=Ci/S

(10)

式中：CEF為碳足跡，單位為hm2；E為碳排放總量；NEP是表示農(nóng)作物的固碳能力的指標(biāo)，具體含義為單位面積的植被1年的碳吸收量；Ci為碳吸收總量；S為耕地面積，單位為hm2。

一般計(jì)算出一個(gè)地區(qū)或區(qū)域的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡后，如果計(jì)算結(jié)果大于地區(qū)或區(qū)域的生態(tài)承載力，即耕地面積，則表示該地區(qū)或區(qū)域處于碳生態(tài)赤字狀態(tài)；如果計(jì)算結(jié)果小于地區(qū)或區(qū)域耕地面積，則表示該地區(qū)或區(qū)域處于碳生態(tài)盈余狀態(tài)。

2 結(jié)果與分析

2.1 湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放分析

由圖2可知，2001～2014年湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳排放量隨時(shí)間呈逐步增加的趨勢(shì)，碳排放量由2001年的355.09×104t增加到2014年的450.69×104t，增幅為28.33%，年平均增長(zhǎng)率為1.85%，這主要是由于化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)性資料投入的不斷增加以及農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平的不斷提高。2001～2014年湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳排放強(qiáng)度的變化分為兩個(gè)部分：?jiǎn)挝徊シN面積的碳排放量呈先增加后減少的變化趨勢(shì)，由2001年的0.45 t/hm2增加到2008年的0.55 t/hm2再減少到2014年的0.51 t/hm2；單位耕地面積的碳排放量呈先增加后減少再增加的變化趨勢(shì)，由2001年的0.91 t/hm2增加到2008年的1.09 t/hm2，再減少到2009年的1.02 t/hm2后又逐漸增加到2014年的1.09 t/hm2。

對(duì)比6種碳排放源的碳排放量來(lái)看(表2)，化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、農(nóng)業(yè)灌溉和農(nóng)用柴油引起的碳排放量呈逐年增加的變化趨勢(shì)，分別由2001年的191.10×104、42.24×104、22.28×104、71.32×104以及14.66×104t增加到2014年的223.03×104、61.33×104、42.97×104、82.65×104以及25.25×104t，增幅分別為16.7%、45.2%、92.9%、15.9%以及72.2%，年平均增長(zhǎng)率分別為1.20%、2.91%、5.18%、1.14%和4.27%；農(nóng)業(yè)機(jī)械引起的碳排放量呈先減少后增加的變化趨勢(shì)，由2001年的13.49×104t減少到2007年的12.84×104t后又增加到2014年的15.46×104t。

2001～2014年湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放構(gòu)成如圖3所示?；首鳛榕欧旁炊鸬奶寂欧疟壤畲?，年均約占碳排放總量的52.0%，其中氮肥、磷肥、鉀肥和復(fù)合肥所占的比例分別為45.1%、1.1%、1.1%和4.7%。農(nóng)業(yè)灌溉引起的碳排放次之，年均約占碳排放總量的18.0%。其他排放源(農(nóng)藥、農(nóng)膜、農(nóng)用柴油、農(nóng)業(yè)機(jī)械)引起的碳排放所占的比例較小，分別年均約占碳排放總量的13.3%、8.3%、5.0%、3.4%。因此，結(jié)合各種碳排放途徑的占有比重及其年際變化趨勢(shì)來(lái)看，對(duì)于湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放的控制主要在于控制化肥、農(nóng)藥和農(nóng)膜等不可更新工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用所引起的碳排放。

表 2 2001～2014年湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳排放量與碳排放強(qiáng)度

圖2 2001～2014年湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放總量與碳排放強(qiáng)度的變化Fig.2 Changes of total carbon emission and carbon emission intensity in Hunan farmland ecosystem during 2001 to 2014

圖3 2001～2014年湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放構(gòu)成Fig.3 Composing of carbon emission in Hunan farmland ecosystem during 2001 to 2014

2.2 湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收分析

2001～2014年湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收量和碳吸收強(qiáng)度的年際變化如圖4所示。近13年以來(lái)，湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳吸收量總體表現(xiàn)為波動(dòng)增加的趨勢(shì)，由2001年的4377.41×104t增加到2014年的5931.52×104t(表3)，增幅達(dá)到35.50%，年平均增長(zhǎng)率為2.36%；碳吸收強(qiáng)度總體上也隨之表現(xiàn)為波動(dòng)增加的趨勢(shì)，由2001年的11.19 t/hm2增加到2014年的14.28 t/hm2。2001～2014年湖南省農(nóng)作物碳吸收量的變化分為兩個(gè)時(shí)期：第一時(shí)期是2001～2006年，為波動(dòng)變化期。這一階段的碳吸收量有增有減，表現(xiàn)為不穩(wěn)定狀態(tài)，可能是由于這一時(shí)期湖南省種植業(yè)的規(guī)模不穩(wěn)定，糧食生產(chǎn)出現(xiàn)波動(dòng)；第二時(shí)期是2007～2014年，為穩(wěn)步增長(zhǎng)期。碳吸收量由2007年的4754.81×104t增加至2014年的5931.52×104t，增幅為24.7%。這一時(shí)期隨著國(guó)家和政府政策經(jīng)濟(jì)的大力扶持、糧食栽培技術(shù)的不斷改進(jìn)普及以及糧食生產(chǎn)機(jī)械化操作的深入應(yīng)用，湖南省農(nóng)作物播種面積和單產(chǎn)水平逐步提高，實(shí)現(xiàn)了糧食生產(chǎn)的大增長(zhǎng)。

2001～2014年湖南省主要農(nóng)作物碳吸收量的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，不同農(nóng)作物的碳吸收量差異較大，其中碳吸收量位居前三位的是水稻、蔬菜和油菜籽。從主要農(nóng)作物碳吸收量的年際變化來(lái)看，蔬菜、水稻、油菜籽、玉米以及煙草的碳吸收量均有一定程度的增加，年平均增長(zhǎng)率分別為5.05%、0.95%、5.08%、3.87%和2.81%，薯類、甘蔗、豆類、棉花、小麥和麻類的碳吸收量均有所下降，花生和高粱的碳吸收量基本保持穩(wěn)定。從主要農(nóng)作物的碳吸收比重變化來(lái)看(圖5)，水稻和蔬菜的比重遠(yuǎn)大于其他農(nóng)作物，分別年均約占碳吸收總量的45.06%和38.14%。隨著時(shí)間的推進(jìn)，水稻所占的比重總體呈先下降再上升后又下降的趨勢(shì)，由2001年的48.99%下降到2003年的44.13%，再上升至2006年的50.07%，后又下降到2014年的40.89%，這主要由于湖南省的水稻種植業(yè)經(jīng)歷了雙季稻種植面積大幅下降(2003年降到谷底)而后在政策和技術(shù)的推動(dòng)下雙季稻面積又得到恢復(fù)和發(fā)展這一歷程。蔬菜所占的比重總體呈上升的趨勢(shì)，由2001年的31.37%上升到2014年的43.93%，這主要由于蔬菜生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的集約規(guī)?；?、設(shè)施栽培的改進(jìn)以及栽培新技術(shù)的普及使得湖南省的蔬菜種植業(yè)在“十二五”期間得到飛速發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，連續(xù)多年超越糧食和生豬成為湖南省的第一大農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。油菜籽和玉米所占的比重次之，年均所占的比例分別為4.73%和3.43%。隨著時(shí)間的推進(jìn)，油菜籽和玉米的比重總體上都表現(xiàn)為先上升再下降后又上升的趨勢(shì)。薯類、甘蔗、豆類、花生、棉花、小麥、煙草、麻類以及高粱所占的比重都比較小且隨時(shí)間的推進(jìn)都有不同程度的下降，總共合計(jì)年均約占碳吸收總量的8.64%。

表3 2001～2014年湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳吸收量(×104 t)

圖4 2001～2014年湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收總量和碳吸收強(qiáng)度的變化Fig.4 Changes of carbon absorption and carbon absorption intensity in Hunan farmland ecosystem during 2001 to 2014

圖5 2001～2014年湖南省主要農(nóng)作物碳吸收比重的變化Fig.5 Changes of carbon absorption proportion of the main crops in Hunan during 2001 to 2014

2.3 湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡分析

2001～2014年湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳足跡計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知，2001～2014年湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳足跡和單位面積碳足跡總體上表現(xiàn)為先增加后減少的趨勢(shì)，與耕地面積的年際變化相反。2001年碳足跡為31.74×104hm2，2006年增加至34.46×104hm2，到2014年又減少到31.56×104hm2。另外，湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)始終處于碳生態(tài)盈余，很好地彌補(bǔ)了湖南省工業(yè)發(fā)展和社會(huì)生活所造成的碳生態(tài)赤字。碳生態(tài)盈余的年際變化表現(xiàn)為先減少后增加的趨勢(shì)，與耕地面積的年際變化相同。2001年碳生態(tài)盈余為359.52×104hm2，2006年減少到344.30×104hm2，2014年又增加到383.76×104hm2。因此，穩(wěn)定和保障湖南省的耕地面積不僅對(duì)保障糧食安全具有積極意義而且能有效控制農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡的增長(zhǎng)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)減排。

分析2014年湖南省各市州農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡來(lái)看(表5)，區(qū)域之間的碳足跡存在一定的差異。其中，常德市的碳足跡最大，為4.52×104hm2；張家界市最小，約為0.89×104hm2，二者相差5.08倍。由于各市州的農(nóng)作物播種面積不一致，為了客觀地分析各市州的碳足跡，本文通過(guò)計(jì)算出各市州的單位面積碳足跡來(lái)進(jìn)行科學(xué)對(duì)比。2014年各市州單位面積碳足跡位列前三位的是湘西州、岳陽(yáng)市及常德市，分別為0.101、0.099和0.090 hm2/hm2；位列后三位的是永州市、株洲市及長(zhǎng)沙市，分別為0.053、0.053和0.052 hm2/hm2。

本文對(duì)2014年湖南省區(qū)域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡水平進(jìn)行了聚類分析，結(jié)果如圖6。結(jié)合各類樣本量盡可能相近的原則，剔除種類內(nèi)樣本過(guò)少的分類形式，本文將湖南省14個(gè)市州的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳足跡水平分成三個(gè)類別。第一類為常德市，屬于高碳足跡地區(qū)；第二類包括岳陽(yáng)市、衡陽(yáng)市、邵陽(yáng)市、益陽(yáng)市、郴州市、永州市、懷化市及湘西州，屬于中碳足跡地區(qū)；第三類包括長(zhǎng)沙市、株洲市、湘潭市、張家界市及婁底市，屬于低碳足跡地區(qū)。

表4 2001～2014年湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡與碳生態(tài)盈余

表5 2014年湖南省14個(gè)市州農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡與單位面積碳足跡

圖6 2014年湖南省14個(gè)市州農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡聚類譜系圖Fig.6 Hierarchical diagram of carbon footprint of farmland ecosystem in 14 cities of Hunan in 2014注：1.長(zhǎng)沙市；2.株洲市；3.湘潭市；4.岳陽(yáng)市；5.常德市；6.衡陽(yáng)市；7.邵陽(yáng)市；8.張家界市；9.益陽(yáng)市；10.郴州市；11.永州市；12.懷化市；13.婁底市；14.湘西州。

3 討論

湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳吸收量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于碳排放量，碳吸收的年平均增長(zhǎng)率也大于碳排放，這意味著湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)處于良好的碳生態(tài)盈余狀態(tài)，發(fā)揮著良好的生態(tài)屏障作用。今后，通過(guò)穩(wěn)定耕地面積、保證水稻種植規(guī)模、發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)、實(shí)行保護(hù)性耕作、運(yùn)用測(cè)土配方施肥等方式進(jìn)一步抑制農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳排放和碳足跡的增長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)湖南省低碳農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和競(jìng)爭(zhēng)力。

本文的計(jì)算結(jié)果存在著四個(gè)方面的不足。首先，本文主要采用統(tǒng)計(jì)年鑒資料中的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算湖南農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中主要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)所導(dǎo)致的碳排放量和主要農(nóng)作物的碳吸收量，但沒(méi)有將所有的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)和農(nóng)作物考慮在內(nèi)，研究結(jié)果的精確性有所降低；其次，在碳吸收量的計(jì)算過(guò)程中所采用的農(nóng)作物生物產(chǎn)量是由其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量換算而來(lái)，所以最終結(jié)果與實(shí)際結(jié)果之間會(huì)存在一定的誤差；再者，由于目前國(guó)內(nèi)對(duì)于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放源的研究有所欠缺，所以本研究所用的碳排放轉(zhuǎn)化系數(shù)參照了國(guó)外的相關(guān)文獻(xiàn)，而這些數(shù)據(jù)在湖南省的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中不一定都適用，這也對(duì)計(jì)算結(jié)果造成了一定的誤差；最后，本研究沒(méi)有將土壤的碳固定、作物和土壤的呼吸碳排放量等數(shù)據(jù)計(jì)算在內(nèi)，所以會(huì)降低計(jì)算結(jié)果的精確度。

4 結(jié)論

本文以湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象，通過(guò)構(gòu)建農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡計(jì)算體系定量計(jì)算了2001～2014年湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳排放、碳吸收以及碳足跡。結(jié)果顯示，近13年來(lái)，湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳排放呈逐年增加的趨勢(shì)，增幅和年平均增長(zhǎng)率分別為28.33%和1.85%，單位播種面積的碳排放量呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，單位耕地面積的碳排放量呈先上升后下降再上升的變化趨勢(shì)；碳吸收總體上表現(xiàn)為波動(dòng)增加的趨勢(shì)，增幅達(dá)到35.50%，年平均增長(zhǎng)率為2.36%；水稻和蔬菜的碳吸收量遠(yuǎn)大于其他農(nóng)作物，合計(jì)年均約占碳吸收總量的83.20%；碳足跡呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，由2001年的31.74×104hm2增加至2006年的34.46×104hm2又減少到2014年的31.56×104hm2；湖南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)始終處于碳生態(tài)盈余且其年際變化表現(xiàn)為先減少后增加的趨勢(shì)；在2014年湖南省各市州中，常德市的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡最大，達(dá)到了4.52×104hm2，張家界市最小，約為0.89×104hm2，二者相差5.08倍；通過(guò)聚類分析將14個(gè)市州的碳足跡水平分為了三類：第一類為常德市，屬于高碳足跡地區(qū)，第二類包括岳陽(yáng)市、衡陽(yáng)市、邵陽(yáng)市、益陽(yáng)市、郴州市、永州市、懷化市及湘西州，屬于中碳足跡地區(qū)，第三類包括長(zhǎng)沙市、株洲市、湘潭市、張家界市及婁底市，屬于低碳足跡地區(qū)。

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Carbon Footprint Analysis of Farmland Ecosystem in Hunan

LIU Guibin，HUANG Huang*，ZHOU Jiangwei，LIANG Yugang

(College of Agronomy，Hunan Agricultural University/Southern Regional Collaborative Innovation Center for Grain and Oil Crops in China，Changsha，Hunan 410128，China)

The farmland ecosystem in Hunan is a template about carbon balance analysis of high-yield agriculture and its carbon footprint analysis plays a significantly referenced role in agricultural supply side structural reform. Based on statistic data about agricultural production investment and crop field during 2001 to 2014 in Hunan，carbon emission，carbon absorption and carbon footprint of farmland ecosystem in Hunan were estimated by the carbon footprint analysis method. The results are as follows：Over the past 13 years，carbon emission from farmland ecosystem in Hunan were increased，its increased rate and growth rate per annum are 28.33% and 1.85%，respectively. Carbon absorption increased fluctuant，its increase rate and growth rate per annum are 35.50% and 2.36%，respectively. Carbon absorption amounts of vegetable and rice are much higher than that of other crops，accounting for 83.20% of total carbon absorption. Carbon footprint has increased at first and then decreased，changing from 31.74×104hm2in 2001 to 34.46×104hm2in 2006，and then to 31.56×104hm2in 2014. Farmland ecosystem in Hunan was being in carbon ecological surplus，and it decreased at first and then increased. Compared with regional carbon footprint in 2014，Changde city is higher (4.52×104hm2) and Zhangjiajie city is lower (0.89×104hm2)，its difference is more than 5 times. The regional carbon footprint in Hunan in 2014 could be divided in 3 levels：high carbon footprint area (Changde city)，middle carbon footprint area (Yueyang city，Hengyang city，Shaoyang city，Yiyang city，Chenzhou city，Yongzhou city，Huaihua city and Xiangxi state) and low carbon footprint area (Changsha city，Zhuzhou city，Xiangtan city，Zhangjiajie city and Loudi city).

farmland ecosystem；carbon footprint；carbon emission；carbon absorption；Hunan

2016-10-12

劉貴斌(1994-)，男，碩士研究生，Email：837689704@qq.com。*通信作者：黃璜，教授，Email：hh863@126.com。

農(nóng)業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201203081-2)；中國(guó)工程院咨詢研究項(xiàng)目(2012-XY-09，2014-XY-33)。

S314

A

1001-5280(2016)06-0666-08

10.16848/j.cnki.issn.1001-5280.2016.06.17