高旺盛，陳源泉*，王小龍，黃堅(jiān)雄

（1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)國家農(nóng)業(yè)科技戰(zhàn)略研究院，北京 100193；2. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，廣東 廣州 510462；3. 中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所，海南 ?？?571101）

碳達(dá)峰、碳中和（簡稱“雙碳”）是中國作為發(fā)展中的大國向世界的莊嚴(yán)承諾，是基于推動(dòng)構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的大國責(zé)任擔(dān)當(dāng)，也是實(shí)現(xiàn)中國可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在需求和長遠(yuǎn)大計(jì)。農(nóng)業(yè)是“雙碳”戰(zhàn)略不可忽視、不可或缺的重要領(lǐng)域。中國是世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國和農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)大國，農(nóng)業(yè)溫室氣體排放量占到全球總排放量的較大份額。種植業(yè)是我國農(nóng)業(yè)的主體，是全球CH4和N2O排放貢獻(xiàn)最重要的部門之一[1]。因此，中國種植業(yè)如何實(shí)現(xiàn)碳中和，對(duì)推進(jìn)我國“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。

近年來，美國、加拿大、澳大利亞和日本等提出發(fā)展有機(jī)農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)或綠色農(nóng)業(yè)等農(nóng)業(yè)發(fā)展模式以應(yīng)對(duì)全球氣候變化。德國和法國出臺(tái)最嚴(yán)格規(guī)定對(duì)農(nóng)田氮盈余和氮利用率進(jìn)行精準(zhǔn)控制，并提高生態(tài)農(nóng)業(yè)用地比例[2]。歐盟則規(guī)定面積大于15 hm2的農(nóng)場必須保留5%的農(nóng)田生態(tài)區(qū)[3]。法國發(fā)起“千分之四”全球土壤增碳計(jì)劃，擬通過土壤碳匯提升應(yīng)對(duì)氣候變化和保障糧食安全[4]?？傮w來看，發(fā)達(dá)國家在種植業(yè)碳中和技術(shù)、政策等方面起步早，應(yīng)對(duì)措施也較為系統(tǒng)。我國雖然目前已有不少研究估計(jì)了中國種植業(yè)（多數(shù)以糧食作物為主）的固碳減排潛力，并且圍繞減排與固碳領(lǐng)域開展了大量的研究、探索和實(shí)踐，但是，目前多數(shù)研究尚處于單一技術(shù)效果的分析，關(guān)于不同技術(shù)的綜合影響效益尚缺乏系統(tǒng)性研究，導(dǎo)致我國種植業(yè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)的技術(shù)路徑仍不清晰，缺少頂層戰(zhàn)略設(shè)計(jì)。因此，本文基于國內(nèi)外種植業(yè)固碳與溫室氣體排放相關(guān)研究進(jìn)展的分析，對(duì)相關(guān)關(guān)鍵問題進(jìn)行了理論認(rèn)識(shí)梳理，探討了中國種植業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和的技術(shù)路徑，并提出了提升中國種植業(yè)碳中和科技創(chuàng)新能力的建議，以期為加快我國種植業(yè)向豐產(chǎn)、高效和低碳轉(zhuǎn)型，助力國家“雙碳”目標(biāo)盡早實(shí)現(xiàn)提供思路借鑒。

1 種植業(yè)碳中和問題的基本認(rèn)識(shí)

1.1 關(guān)于種植業(yè)固碳或排碳的認(rèn)識(shí)

近年來，學(xué)術(shù)界圍繞農(nóng)田種植業(yè)的固碳與溫室氣體排放開展了大量研究。大部分研究認(rèn)為農(nóng)田作物種植是碳源。例如，Chen等[5]對(duì)2001—2018年中國谷物、油料、糖類等16種作物生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)果分析表明，蔬菜和茶葉貢獻(xiàn)了最多的碳足跡，分 別 為11.9 t ce/hm2和4.6 t ce/hm2（ce為CO2當(dāng)量）。嚴(yán)圣吉等[6]基于國家統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，2018年我國作物生產(chǎn)碳排放占全國農(nóng)業(yè)碳排放總量45.5%，其中農(nóng)田甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）和農(nóng)用柴油消費(fèi)的二氧化碳（CO2）排放分別占農(nóng)業(yè)碳排放總量的22.9%、14.7%和7.9%。Zhang等[7]研究結(jié)果表明，中國三大糧食作物生產(chǎn)系統(tǒng)是凈溫室氣體排放的“碳源”體系，其中玉米排放量為4.05 t ce/hm2、小 麥5.46 t ce/hm2和 水 稻11.88 t ce/hm2。鄧麗平[8]的研究結(jié)果表明，1997—2016年我國農(nóng)業(yè)碳排放量呈“波動(dòng)增長—快速下降—平穩(wěn)增長—平穩(wěn)下降”的四階段變化趨勢，農(nóng)業(yè)碳排放源已從畜牧業(yè)轉(zhuǎn)向種植業(yè)。

但是，也有部分研究指出農(nóng)田作物種植是碳匯。如劉巽浩等[9]研究認(rèn)為：基于改進(jìn)的“全環(huán)式”農(nóng)田碳足跡核算體系，全國歷年農(nóng)田系統(tǒng)減少溫室氣體排放量為2.19～10.97 t ce/hm2，無論是低水平的傳統(tǒng)農(nóng)作還是較高水平的現(xiàn)代集約農(nóng)作，中國農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳平衡都是固碳＞耗碳。2006年全國排放CO2共46億t，而1995—2010年期間全國農(nóng)田凈固碳量約為每年13億t，相當(dāng)于全國排放量的1/4[9]。國外也有學(xué)者采用類似方法研究證明農(nóng)田種植系統(tǒng)表現(xiàn)出固碳功能。Burney等[10]通過歷史比較得出，集約化農(nóng)業(yè)減少了碳排放，這與主流看法相悖的結(jié)論，引起了美國學(xué)術(shù)界的轟動(dòng)。Gan等[11]分析加拿大半干旱地區(qū)25年試驗(yàn)的結(jié)果顯示，連作小麥農(nóng)田土壤年固碳量為1.34 t ce/hm2，是小麥—休閑的127%，說明作物種植農(nóng)田相比于不種植農(nóng)田（休閑）有利于促進(jìn)種植業(yè)碳中和。

目前，關(guān)于種植業(yè)存在“碳源”和“碳匯”的不同認(rèn)識(shí)，其根本在于碳核算方法的不一致性。Huang等[12]通過文獻(xiàn)整理將國內(nèi)外相關(guān)研究方法歸納為兩類：基于土壤碳庫和生物量的評(píng)價(jià)方法分別命名為土壤碳庫—排放法（Soil-based approach,SBA）和生物量—排放法（Crop-based approach,CBA），通過應(yīng)用這兩種方法計(jì)算了同一個(gè)玉米大豆間作試驗(yàn)，結(jié)果顯示采用CBA方法的間作系統(tǒng)為碳匯，采用SBA方法為碳源。兩類方法應(yīng)用結(jié)果的差異性主要是由于計(jì)算邊界與參數(shù)的不同造成的。SBA采用土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的變化量減去土壤N2O排放和CH4排放以及來自農(nóng)業(yè)投入的間接排放所得，CBA則是采用凈生物生產(chǎn)力減去土壤N2O和CH4排放以及來自農(nóng)業(yè)投入的間接排放所得[12]。劉巽浩等[13]研究指出：國內(nèi)外農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡研究取得了某些成果，同時(shí)也存在碳流路徑的“短路”和指標(biāo)邏輯起點(diǎn)不一，導(dǎo)致研究結(jié)果的失真與扭曲。因此，在評(píng)估方法方面，要考慮到種植業(yè)系統(tǒng)固碳與排碳并存的特點(diǎn)，評(píng)估種植業(yè)系統(tǒng)的碳中和必須進(jìn)行系統(tǒng)綜合考慮，單一環(huán)節(jié)減排或增排不代表整個(gè)農(nóng)田系統(tǒng)能減排或增排，要從“凈排放”的角度綜合考慮其“源”與“匯”的平衡，建立標(biāo)準(zhǔn)化的農(nóng)田碳核算方法體系。

1.2 關(guān)于種植業(yè)碳排放來源的認(rèn)識(shí)

國內(nèi)外目前關(guān)于種植業(yè)碳排放來源的相關(guān)研究，大都采用基于生命周期評(píng)價(jià)框架的碳足跡方法進(jìn)行量化分析。根據(jù)碳足跡分析方法，種植業(yè)溫室氣體排放除了農(nóng)田土壤直接排放外，還包括農(nóng)資生產(chǎn)、運(yùn)輸過程中產(chǎn)生和農(nóng)用燃料消耗產(chǎn)生的碳排放。其中，考慮到種植業(yè)光合作用和呼吸作用等過程產(chǎn)生的碳中性特征，農(nóng)田土壤直接排放通常僅考慮N2O和CH4排放。從研究結(jié)果來看，目前幾乎所有研究均表明，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程農(nóng)用物資投入（包括化肥、農(nóng)藥、柴油、電力等化石能源）的使用是農(nóng)業(yè)碳排放的主要貢獻(xiàn)者。根據(jù)Chen等[5]最新的研究數(shù)據(jù)，中國種植業(yè)（16種作物的統(tǒng)計(jì)）凈碳排放總量的主要貢獻(xiàn)是施肥和灌溉，兩者導(dǎo)致的碳排放占種植業(yè)排放總量的73.7%～76.8%；從歷史的角度，2001—2018年中國種植業(yè)的凈碳排放總量增加了410.4 Mt ce，其中玉米、水果和蔬菜3種作物貢獻(xiàn)了該增量的99.0%，其施肥和灌溉過程平均貢獻(xiàn)了91.9%的碳排放?？梢?，對(duì)于種植業(yè)農(nóng)田系統(tǒng)的碳排放，以化肥為主的農(nóng)用化學(xué)品投入和農(nóng)田灌溉耗能導(dǎo)致的碳排放是重要貢獻(xiàn)者，這是種植業(yè)減低碳排放需要考慮的重點(diǎn)領(lǐng)域。

1.3 關(guān)于種植業(yè)低碳生產(chǎn)的認(rèn)識(shí)

鑒于生產(chǎn)物質(zhì)投入是農(nóng)業(yè)碳排放的重要貢獻(xiàn)者，出現(xiàn)了提倡低碳甚至要“農(nóng)業(yè)低碳化”的認(rèn)識(shí)。但也有學(xué)者認(rèn)為，“中國農(nóng)業(yè)不能盲目低碳化”。劉巽浩等[13]認(rèn)為，所謂“低碳”，指的是在人類各種活動(dòng)中要盡量減少作為能源碳的消耗和CO2等溫室氣體的排放。糧食增產(chǎn)的兩條基本路徑是提升單產(chǎn)和擴(kuò)大面積，目前一種觀點(diǎn)認(rèn)為糧食增產(chǎn)過程會(huì)導(dǎo)致化肥等農(nóng)用化學(xué)品投入增加，以及開墾更多的自然林地、草地和濕地等，進(jìn)而大幅提高溫室氣體排放[14]。但是，若是過度追求農(nóng)業(yè)生產(chǎn)低碳化，可能會(huì)影響我國糧食安全。而且，作物生長過程中通過光合作用可以固定空氣中的CO2，從而減少全球溫室效應(yīng)。因此，農(nóng)業(yè)要提倡“低碳”，但不能盲目追求“低碳”，要努力追求單位產(chǎn)品以較低的耗碳率換取較高的固碳率[13]，不能走向低碳生產(chǎn)就是盲目降低必要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入影響糧食產(chǎn)能保障的誤區(qū)。

1.4 關(guān)于種植業(yè)碳中和路徑的認(rèn)識(shí)

科技創(chuàng)新是我國種植業(yè)固碳減排的根本出路。國內(nèi)外相關(guān)研究表明，合理的農(nóng)業(yè)管理措施具有固碳減排作用，主要技術(shù)路徑有耕作、施肥、水分管理和種植制度等。Lal[15]認(rèn)為通過改善農(nóng)田管理措施能有效促進(jìn)土壤固碳，其土壤固碳潛力相當(dāng)于固定了每年5%～15%的全球化石燃料燃燒造成的碳排放。Wang等[16]基于meta分析得出，秸稈還田措施使中國農(nóng)田土壤有機(jī)碳含量平均增加13.97%。Li等[17]研究表明，有機(jī)物料添加可以促進(jìn)農(nóng)田碳儲(chǔ)量增強(qiáng)和土壤肥力提升。Zhang等[18]的研究結(jié)果表明，品種、育秧方式、灌溉和施肥技術(shù)等增產(chǎn)減排相協(xié)調(diào)的稻作新技術(shù)可在增加水稻產(chǎn)量的情景下降低36.3%～57.4%單位產(chǎn)量的直接碳排放強(qiáng)度。Chen等[5]研究結(jié)果表明，優(yōu)化施氮量、氮形態(tài)和施肥方法，使用生物炭、硝化或脲酶抑制劑，以及采取作物覆蓋和灌溉計(jì)劃管理等措施，可以有效減少溫室氣體排放。總體上，現(xiàn)有不少研究表明，合理的農(nóng)事措施可以起到農(nóng)田作物生產(chǎn)固碳減排的效果，但是相關(guān)研究多數(shù)還是局限在單一技術(shù)角度或者模型模擬的角度，尚需開展不同技術(shù)田間集成應(yīng)用的綜合效果研究。

2 中國種植業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和的技術(shù)路徑探討

通過以上的基本認(rèn)識(shí)，我國種植業(yè)要實(shí)現(xiàn)碳中和，需要清楚認(rèn)識(shí)到不能盲目走向“低投入”的誤區(qū)，而是要走依靠科技創(chuàng)新提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)土壤固碳能力的路徑，具體的技術(shù)路徑要從系統(tǒng)角度考慮，從農(nóng)用物質(zhì)投入、農(nóng)田生產(chǎn)過程管理、種植末端的廢棄物處理等全過程統(tǒng)籌，從作物品種及種植模式、土壤水肥管理、農(nóng)機(jī)耕作等全環(huán)節(jié)兼顧，通過系統(tǒng)全面的研究形成綜合解決方案。本文基于前人的相關(guān)研究進(jìn)展，初步歸納提出種植業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和重點(diǎn)可以從農(nóng)資合理減量、養(yǎng)分效率提升、物質(zhì)循環(huán)利用和作物生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新“四大”路徑開展深入系統(tǒng)的研究，形成適應(yīng)不同區(qū)域、不同作物的綜合減排技術(shù)方案。

2.1 通過農(nóng)資合理減量實(shí)現(xiàn)減排

前面的分析可以看出，農(nóng)田生產(chǎn)物資投入是中國種植業(yè)碳排放的重要貢獻(xiàn)者?？傮w上，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的物資投入偏高，這不僅造成農(nóng)田種植業(yè)直接碳排放增加，也導(dǎo)致更多農(nóng)資生產(chǎn)過程的上游產(chǎn)業(yè)鏈間接排放。因此，農(nóng)田生產(chǎn)的減排重點(diǎn)途徑之一就是如何通過科技創(chuàng)新減少不必要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料投入。

一是通過數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)投入。傳統(tǒng)施肥、施藥和灌溉方式多數(shù)是基于農(nóng)戶經(jīng)驗(yàn)或者田間試驗(yàn)指導(dǎo)，各類農(nóng)資在農(nóng)田內(nèi)的精準(zhǔn)施用還沒有全部發(fā)揮出來。隨著智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，數(shù)據(jù)技術(shù)將可實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程、全要素的精準(zhǔn)控制。需要通過研發(fā)質(zhì)量更優(yōu)的農(nóng)資產(chǎn)品，研究制定更合理的施肥、植保和水分管理方案，應(yīng)用大數(shù)據(jù)等智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)及裝備的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥、精準(zhǔn)施藥和精準(zhǔn)灌溉。

二是提高農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)效能。農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志是農(nóng)業(yè)機(jī)械化，這是世界發(fā)達(dá)農(nóng)業(yè)國家的普遍特征，也是中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必由之路。世界上主要發(fā)達(dá)國家均實(shí)現(xiàn)了全面機(jī)械化，農(nóng)業(yè)機(jī)械化率達(dá)到95%以上。目前我國農(nóng)作物耕種收綜合機(jī)械化率剛剛超過72%，未來還有發(fā)展空間。隨著中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展，柴油等燃油消耗和農(nóng)機(jī)作業(yè)的碳排放不可忽視，農(nóng)業(yè)機(jī)械耗能的減排是未來農(nóng)業(yè)節(jié)能減排需要關(guān)注的重點(diǎn)之一，要研發(fā)、推廣先進(jìn)適用的低碳節(jié)能農(nóng)機(jī)裝備，降低化石能源消耗和二氧化碳排放。

同時(shí)，推廣保護(hù)性耕作技術(shù)。目前，國內(nèi)外學(xué)者基本一致認(rèn)為，與傳統(tǒng)翻耕相比，以少免耕和秸稈還田為主要特征的保護(hù)性耕作能提高土壤SOC含量，且減少農(nóng)田機(jī)械能耗[19]。因此，在提高農(nóng)機(jī)作業(yè)能效的同時(shí)應(yīng)用保護(hù)性耕作技術(shù)，也是未來值得關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域。

2.2 通過提升養(yǎng)分效率實(shí)現(xiàn)減排

農(nóng)田是N2O重要的排放源之一，N2O的排放量與氮肥施用量成線性關(guān)系，隨著無機(jī)氮施用的增加，N2O的產(chǎn)生越多[20]。項(xiàng)虹艷等[21]的研究表明，施氮處理對(duì)紫色土壤夏玉米N2O排放量顯著高于不施氮肥處理。Xiao等[22]通過連續(xù)5年的田間定位試驗(yàn)證明，控釋肥技術(shù)使土壤N2O減排49.56%。張枝盛等[23]研究指出，在江漢平原稻田采用實(shí)時(shí)氮肥管理、精確定量施肥和一次性施肥技術(shù)，可以使農(nóng)田溫室氣體排放強(qiáng)度較農(nóng)民習(xí)慣施肥降低22.2%、24.4%和26.7%。李曉立等[24]指出，等氮量條件下有機(jī)肥替代化肥能夠在保持玉米穩(wěn)產(chǎn)的同時(shí)有效降低溫室氣體排放強(qiáng)度和單位產(chǎn)量碳足跡。Shang等[25]則指出，由于氮肥施用量的減少，中國農(nóng)田N2O排放增量近年來正在放緩。Cui等[26]的最新研究表明，由于施氮量減少和播種面積的變化，中國農(nóng)田N2O排放量從1998年后開始減緩，預(yù)計(jì)到2050年，中國農(nóng)田N2O可能減排63%?？傮w來看，國內(nèi)外相關(guān)研究皆指出，農(nóng)田土壤N2O排放主要受無機(jī)氮肥施用影響，且在一定程度上隨氮肥用量的增大而增大。因此，如何科學(xué)合理施肥，提高農(nóng)業(yè)化學(xué)品投入的利用效率，是種植業(yè)減排的重點(diǎn)。

目前，我國三大作物的氮肥利用率平均為32%，低于同期世界平均水平20%～30%左右[27]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放不僅要看單位土地面積的碳排放，更要看單位產(chǎn)品產(chǎn)出和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出的碳排放，也就是說要降低種植業(yè)的溫室氣體排放強(qiáng)度，通過提高生產(chǎn)效率，降低單位產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出的排放強(qiáng)度。因此，提升農(nóng)田養(yǎng)分利用效率是減少種植業(yè)排放的技術(shù)研發(fā)重點(diǎn)。

2.3 通過物質(zhì)循環(huán)利用實(shí)現(xiàn)減排

從農(nóng)業(yè)系統(tǒng)來看，除了源頭投入的減量，使用過程的效率提高，還有重要的末端物質(zhì)循環(huán)利用。通過秸稈還田、有機(jī)物料部分替代化肥、有機(jī)無機(jī)配施等技術(shù)應(yīng)用，一是可以替代源頭的化學(xué)農(nóng)用品投入，二是提高土壤固碳能力，三是可以減少末端廢棄物的污染和排放增加的問題。有研究表明，全國表層土壤平均每年凈增加140 kg ce/hm2[28]，主要是由于秸稈還田等有機(jī)物輸入的貢獻(xiàn)。也有研究表明，與無機(jī)肥處理相比，秸稈、沼渣和豬糞處理的農(nóng)田土壤碳儲(chǔ)量分別提高7.35%、49.76%和37.54%[29]，能夠“抵銷”一部分田間溫室氣體排放，最終使得有機(jī)物料還田能夠顯著減少了農(nóng)田種植系統(tǒng)的凈溫室氣體排放。Ren等[30]研究表明，有機(jī)肥替代化肥可以維持作物產(chǎn)量并減輕氮損失，從而降低化肥施用帶來的溫室氣體排放。Wei等[31]研究表明，生物炭還田使小麥種植系統(tǒng)N2O減排8%～23%。

中國每年都會(huì)產(chǎn)生巨大數(shù)量和種類的農(nóng)業(yè)廢棄物，種植業(yè)領(lǐng)域每年產(chǎn)生的秸稈量約9億t，畜禽生產(chǎn)產(chǎn)生的畜禽糞便量達(dá)到了30億噸之多。其中有很大一部分作為廢棄物而未被循環(huán)利用，這些未被利用的農(nóng)業(yè)廢棄物造成了一系列的環(huán)境污染問題且在整個(gè)世界也成為棘手的生態(tài)環(huán)境問題。估計(jì)每年因作物秸稈和畜禽糞便產(chǎn)生的潛在溫室氣體排放量分別多達(dá)6.51×106Gg 碳當(dāng)量和1.23×105Gg 碳當(dāng)量[32]。可見，通過發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)，可以將大量的農(nóng)業(yè)廢棄物資源“變廢為寶”，是應(yīng)對(duì)農(nóng)業(yè)節(jié)能減排的重要路徑。

2.4 通過作物技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)減排

1）育種技術(shù)創(chuàng)新。農(nóng)作物品種的更新?lián)Q代對(duì)中國種植業(yè)的減排具有重要的作用。高產(chǎn)品種的現(xiàn)代水稻育種策略可以顯著減少中國和其他水稻種植區(qū)域的水稻CH4排放[33]。針對(duì)黃淮海不同年代小麥品種的研究表明，隨著品種的更新，每十年麥田增溫潛勢的下降率達(dá)1.2%～2.0%[34]。Jiang等[35]研究指出，通過作物育種提高水稻收獲指數(shù)，可以減少稻田碳足跡4.4%。未來農(nóng)作物新品種培育應(yīng)在促進(jìn)產(chǎn)量增長的同時(shí)，更加聚焦于綜合綠色性狀的提升，通過品種更新促進(jìn)種植業(yè)效率提升與節(jié)能減排。

2）生態(tài)種植技術(shù)創(chuàng)新。國內(nèi)外諸多研究表明，通過合理的間作、套作和輪作等多樣化生態(tài)種植模式，可以有效減少農(nóng)田溫室氣體排放。Andreas等[36]對(duì)加拿大一個(gè)20年的長期定位的試驗(yàn)結(jié)果分析表明，玉米—玉米—苜?！俎］喿黧w系土壤固碳量較大。West和Post[37]總結(jié)了全球67個(gè)長期定位試驗(yàn)，表明輪作使土壤每年平均增加約200 kg ce/hm2。國內(nèi)也有不少研究表明，合理的種植模式具有減排效果，比如Raheem等[38]研究表明，南方稻田紫云英—水稻—水稻種植模式能通過調(diào)節(jié)產(chǎn)甲烷菌群落來降低甲烷排放，同時(shí)提高水稻產(chǎn)量。此外，華北平原玉米與大豆間作、玉米與馬鈴薯套作[39-41]、紅薯→棉花→紅薯→冬小麥—夏玉米4年輪作、黑麥草—棉花→花生→冬小麥—夏玉米3年輪作等種植模式[42]、冬小麥→冬小麥—夏玉米、春甘薯→冬小麥—夏玉米、冬小麥—夏花生→冬小麥—夏玉米等隔年休耕輪作[43]等模式都具有良好的減排效果。

3 提升中國種植業(yè)碳中和科技創(chuàng)新能力的建議

目前，我國種植業(yè)固碳減排的研究具有較好的基礎(chǔ)，但是總體上依然存在技術(shù)創(chuàng)新方向系統(tǒng)性不足、創(chuàng)新體系和協(xié)作能力不夠等問題，建議加強(qiáng)我國種植業(yè)碳中和科技創(chuàng)新的支持力度，以顯著提升我國農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和的科技支撐能力和國際話語權(quán)。

3.1 明確農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳中和科技創(chuàng)新重點(diǎn)

建議國家有關(guān)部門針對(duì)農(nóng)業(yè)碳中和科技創(chuàng)新組織開展系統(tǒng)性戰(zhàn)略研究，制定中長期農(nóng)業(yè)碳中和科技研究與發(fā)展規(guī)劃，重點(diǎn)需要關(guān)注的內(nèi)容有：一是亟需盡快布局研究制定農(nóng)業(yè)系統(tǒng)碳核算技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)，為技術(shù)研究開發(fā)提供“底盤”支撐；二是加強(qiáng)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)固碳減排的基礎(chǔ)研究，包括不同區(qū)域不同作物不同技術(shù)措施的碳排放科學(xué)參數(shù)，以及影響排放的生物和非生物機(jī)制；三是不同種植系統(tǒng)的碳減排關(guān)鍵技術(shù)研究，盡快形成適應(yīng)不同區(qū)域、不同作物種植系統(tǒng)的碳中和解決方案；四是研究開發(fā)基于大數(shù)據(jù)的農(nóng)田系統(tǒng)碳中和智慧系統(tǒng)優(yōu)化模型，為各項(xiàng)單一技術(shù)的集成與優(yōu)化調(diào)控提供科學(xué)工具。

3.2 加強(qiáng)全國農(nóng)業(yè)碳中和研究平臺(tái)基地建設(shè)

農(nóng)業(yè)活動(dòng)受各地地勢、地貌、氣候、土壤、植被等自然因素和人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、交通、市場、文化、政策等人文因素的影響，具有強(qiáng)烈地域差異性，建議國家有關(guān)部門組織全國涉農(nóng)高校、科研院所相關(guān)單位，基于已有農(nóng)業(yè)科研平臺(tái)基地，針對(duì)我國不同農(nóng)業(yè)生態(tài)類型區(qū)，頂層設(shè)計(jì)、合理布局，圍繞自然因素和社會(huì)因素，系統(tǒng)設(shè)計(jì)建設(shè)覆蓋不同區(qū)域不同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式與技術(shù)的碳研究監(jiān)測基地與研究平臺(tái)，為農(nóng)業(yè)碳中和研究提供長期穩(wěn)定的平臺(tái)基地支撐。

3.3 成立全國農(nóng)業(yè)碳中和研究聯(lián)盟

建議全國涉農(nóng)高校、科研院所聯(lián)合組建農(nóng)業(yè)碳中和研究聯(lián)盟，組織優(yōu)勢研究團(tuán)隊(duì)開展有組織的科研，圍繞不同區(qū)域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)合作開展農(nóng)業(yè)碳中和戰(zhàn)略研究、技術(shù)研發(fā)、碳補(bǔ)償與碳交易政策等多學(xué)科的協(xié)同創(chuàng)新研究，形成全國農(nóng)業(yè)碳中和研究協(xié)作網(wǎng)，建立資源與成果共享機(jī)制，合力為國家“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)通過農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的解決方案。

3.4 謀劃牽頭農(nóng)業(yè)碳中和國際科學(xué)研究合作項(xiàng)目

建議國家有關(guān)部門組織有國際合作優(yōu)勢基礎(chǔ)的高校和科研院所，圍繞提升我國農(nóng)業(yè)碳中和的國際話語權(quán)，牽頭謀劃布局國際科學(xué)研究合作項(xiàng)目。重點(diǎn)關(guān)注：一是在農(nóng)業(yè)碳排放核算技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)方面，需要形成國際認(rèn)可的通行標(biāo)準(zhǔn)，通過國際合作項(xiàng)目，有利于吸收國際權(quán)威專家的參與，快速形成成果；二是針對(duì)全球不同的氣候、土壤條件和作物種植類型，合作開展不同種植模式與技術(shù)的農(nóng)田碳排放及其影響機(jī)理研究，有利于推進(jìn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域碳中和的基礎(chǔ)研究；三是開展農(nóng)業(yè)碳中和關(guān)鍵核心技術(shù)的國際合作研究與開發(fā)。

4 結(jié)語

農(nóng)田種植業(yè)是中國農(nóng)業(yè)溫室氣體排放的重要來源，也是具備生態(tài)系統(tǒng)碳匯提升潛力的重要領(lǐng)域，通過科技賦能，實(shí)現(xiàn)我國種植業(yè)增匯減源是推進(jìn)我國“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要途徑。本文綜合分析了國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展，對(duì)我國種植業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵問題進(jìn)行了探討，提出依靠科技創(chuàng)新是實(shí)現(xiàn)種植業(yè)碳中和的關(guān)鍵道路。圍繞種植業(yè)碳中和的技術(shù)研究現(xiàn)狀，初步歸納了依靠農(nóng)資合理減量、肥藥效率提升、物質(zhì)循環(huán)利用、作物技術(shù)創(chuàng)新等“四大”減排技術(shù)路徑。在此基礎(chǔ)上，圍繞提升中國種植業(yè)碳中和科技創(chuàng)新能力建設(shè)提出了強(qiáng)化農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳中和科技創(chuàng)新、加強(qiáng)全國農(nóng)業(yè)碳中和研究平臺(tái)基地建設(shè)、成立全國農(nóng)業(yè)碳中和研究聯(lián)盟、謀劃牽頭農(nóng)業(yè)碳中和國際科學(xué)研究合作項(xiàng)目對(duì)策建議。以期為我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域落實(shí)“雙碳”戰(zhàn)略的科技創(chuàng)新研究和相關(guān)政策制定提供參考。