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农产品碳足迹核算要点解析——水稻篇

时间：2023-08-05 来源：浏览：

农产品碳足迹核算要点解析——水稻篇

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易碳 .

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农业活动与全球变暖联系密切

急需受到重视

农业活动与全球变暖有着直接与间接联系（如图1所示），一方面 农业活动是温室气体主要排放来源之一 ，据统计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% ^[1] 。而由农业活动带来的 温室气体排放更偏向于对全球变暖影响更大的甲烷和氧化亚氮 等非二氧化碳类的温室气体；此外农业活动也会对生态系统造成破坏（如森林砍伐、土壤侵蚀与退化、动物栖息地和生物多样性的损失等），从而影响土壤固碳能力，使得更多碳被释放到空气中而间接地推高温室气体的排放。未来随着人口的日益增加带来的粮食需求量的增长，农业的温室气体排放量将继续攀升，因而急需加大对农业活动碳排放开展核算、分析与研究，从而更具有针对性地实施减碳措施。

图1 农业活动与全球变暖的联系 ^[2]

农产品与工业产品碳足迹最大的不同在于 农产品兼具碳源和碳汇双重属性， 水稻生产系统的碳源与碳汇示意图如图2所示。根据联合国气候变化框架公约（UNFCCC）规定农业碳源主要包括种植业、畜牧业、养殖业等生长过程的自然排放和人类参与生产活动的人为排放；农产品的碳汇即为农作物生长过程中通过光合作用吸收固定的二氧化碳。对于农产品产品碳足迹的计算来说，既要考虑到二氧化碳、甲烷等多种温室气体排放，又要考虑到由农药、土地等因素对GWP带来的影响。

图2 农业活动与全球变暖的联系 ^[3]

水稻种植过程是农业活动中

第四大重要来源， 值得重点关注

如图3所示，单从农业活动的过程本身来看，水稻种植是第四大温室气体排放来源，该过程由于土壤被水淹没后产甲烷菌的生长与活动从而带来的甲烷排放是较大的温室气体来源，此外，水稻种植过程中还会由氮肥的使用产生氧化亚氮的排放以及由耕作灌溉的能耗及其他农资的消耗而带来的间接温室气体排放，上述各来源温室气体累加起来得到的碳足迹将在0.9～1.2t CO2 e/t的排放强度 ^[3] 。

图3 农业相关温室气体排放量贡献 ^[3]

下面将对水稻产品碳足迹核算相关的几个核心要点进行解析：

系统边界

图4所示为水稻碳足迹评价的系统边界示例，主要包括三部分： 原料部分、农资部分和种植部分。 原料部分包括种植生产过程中化石能源的开采、生产、加工等环节产生的排放；农资部分包括种子、农药、化肥、膜等种植所需原辅材料的生产加工所产生的排放；种植部分包

括土壤直接排放的甲烷、氧化亚氮温室气体和植物吸收固定的二氧化碳，此外秸秆还田也会增加土壤中的碳含量，由此造成的排放也应考虑在内。

图4 水稻等经济农作物边界范围 ^[3]

清单分析与碳足迹计算

清单分析是生命周期评价的核心环节，农产品的清单分析相对来说比较复杂，集中体现在 环境排放 方面。农产品的环境排放不仅与当地的土壤气候条件相关，更与化肥农药的使用有关。

水稻碳足迹的主要排放源如下：

施肥产生的温室气体排放包括化肥作为原材料生产过程产生的排放；
耕种产生的温室气体排放包括生产过程中使用的种子、农机消耗的柴油、汽油、电力等排放；
农业固废处理温室气体排放包括农业固废填埋、焚烧等处理产生的排放；
土地甲烷直接排放是水稻产品重要的排放来源，主要从水淹没下的土壤中由微生物产生；
土壤碳损失包括水稻生产过程中对土地利用这一环境评价指标带来的影响；
农药产生的温室气体排放包括农药生产过程产生的排放；
灌溉产生的排放为电力的使用；
氮肥产生的排放主要为氮肥施用产生的氧化亚氮排放；
秸秆还田固碳为秸秆还田后对土壤中碳含量造成的影响。

根据清单分析和温室气体来源，水稻的碳足迹计算公式可简化表示为 ^[4] ：

式中各符号含义如下表1所示：

表1 符号及解释

根据上述简化公式可对水稻产品碳足迹进行简单量化。其中清单数据中大部分的活动数据可通过实地调研较容易获得，如农药、化肥、种子等的使用量、柴油、电力等能源的消耗量，土壤产生的甲烷排放和氮肥产生的氧化亚氮排放可从相关的文献或标准中获取，如《省级温室气体清单编制指南》，而清单中另一部分背景数据则需通过数据库获取，如农药、化肥、种子的GWP值，也就活动数据对应的“排放因子”，但是 国际上主流的数据库对该部分的排放数据并不严谨，或者缺少相应的影响评价指标 ^[5] 。

贡献分析

根据图5展示的结果,若展示不考虑水稻产品的固碳效果，水稻主要的碳足迹来源为甲烷和氮肥生产产生的排放，甲烷排放占碳足迹结果的53.52%，氮肥生产所造成的排放占碳足迹结果的40.97%，氧化亚氮产生的排放占碳足迹结果的4.81%，其它如生产过程使用的原辅材料和能源介质对碳足迹结果带来的影响微乎其微，仅占最终结果的0.7%。

图5 水稻碳足迹主要贡献来源 ^[6]

水稻产品碳足迹核算工作

开展的难点与瓶颈

缺少统一的水稻碳足迹核算方法学标准： 我国水稻品种繁多且有不同的播种方式，在不同的地域种植产生的碳排放也不相同，但我国农业领域暂无相关的方法学用于农产品的碳足迹评价。目前对农产品碳足迹评价的研究还停留在学术研究层面，由于缺少科学的评价方法，基层生产者不断增加化肥的使用，但是产量并没有明显增加，对环境的负担却与日俱增。随着国家乡村振兴战略的推进，农业领域需要科学的、权威的碳足迹核算方法用于指导农产品的绿色评价和绿色设计，在保证产量、品质的情况下赋予产品更多的绿色属性。
缺乏农业相关本土背景数据库： 国际上通用的数据库其中针对农业产品的背景数据较少，其中我国本土数据更少，这会制约水稻产品碳足迹核算的准确性，因此有必要针对农产品建立本土化、高质量、区域性的农业LCA数据库。
行业企业开展相关产品碳足迹核算工作的驱动力不足， 需要加大农业行业碳量化工作的政策引导，随着国家双碳工作的推进和市场端对于绿色农产品需求的增加，农产品碳足迹评价需求势必会大幅增加。

参考文献：

[1] 联合国粮农组织，国家温室气体排放数据（CAIT Climate Data Explorer）

[2] 通往农业碳中和之路，波士顿咨询公司与极飞科技联合研究

[3] 水稻生产碳中和现状及低碳稻作技术策略,通往农业碳中和之路，陈松文等

[4] Tian P, Li D, Lu H, et al. Trends, distribution, and impact factors of carbon footprints of main grains production in China[J]. Journal of Cleaner Production, 2021, 278: 123347.

[5] Rosenbaum R K, Anton A, Bengoa X, et al. The Glasgow consensus on the delineation between pesticide emission inventory and impact assessment for LCA[J]. The International Journal of Life Cycle Assessment, 2015, 20: 765-776.

[6] 董珑丽,李小平,姜雪等.上海崇明岛水稻生产能耗与碳足迹生命周期评价[J].农业环境科学学报,2014,33(06):1254-1260.

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