农业碳汇及低碳农业技术运用对策

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嘉兴市地处长三角城市群中心地带，是著名的“鱼米之乡”。农业生产的稳定发展为全市经济、社会快速发展奠定了坚实的基础。经济发展的规律显示，当一地区的经济发展进入工业化中期阶段以后，农业增长方式基本具备转变的必要性和可能性［1］。当前，我国正处于工业化中期，且嘉兴市工业化程度和统筹城乡发展处于全国前列，该地区正面临着改造传统农业，加快转变生产发展方式，实现农业产业转型升级的必然选择。要实现农业增长方式的转变，关键是要努力推行低碳、节能环保的生态高值农业模式［2］。作者通过近年嘉兴市农业实际产量、土壤含碳量以及林业碳汇测算方法［3］，研究了嘉兴市主要农业产业的碳汇功能及其生态价值，并提出了改造当地传统农业，实现低碳的现代都市型生态农业技术对策。农业既是碳源，又是碳汇，但总体属于碳汇［4］。即农业在排放温室气体同时，又在吸收温室气体。农业系统的固碳效应不仅可以抵消其自身的排放，还可以部分抵消工业及其他领域的温室气体排放，即农业在创造经济效益的同时，还在创造生态效益和社会效益。因此，低碳农业即增加碳汇、减少碳源、控制由汇向源的转化过程。

1嘉兴市主要农业碳汇及其数量测算

碳汇经济主要是林业、种植业，通过植物的光合作用和土壤有机质积累，实现固碳(固定空气中的二氧化碳)制氧(释放氧气)所获取的生态效益。根据2009年单位面积作物产量及含碳量(或光合作用形成的有机物数量)和土壤有机质含量测算:嘉兴全市主要农作物(稻、麦、菜、豆、菜、瓜等)和森林(包括林木、桑园、果园)年吸收二氧化碳分别为496.8万t和176.0万t，合计672.8万t;分别释放氧气361.3万t和128.0万t，合计489.3万t;每年仅吸碳制氧的生态效益就达102.36亿元，远超过当年度农林业产品价值60.19亿元，而欧阳志云等［5］研究也表明生态系统的各种调节功能总生态经济价值是其产品价值的8倍以上。另外，土壤也是一个巨大的碳汇库，全市土壤储碳量达860.7万t，折算碳汇价值85.2亿元(表1～表3)。固碳制氧具体测算方法［3，6］:根据各种农作物地上部分的干物质重和它们碳吸收率进行估算。作物生育期间碳吸收的估算公式为:W=(F•T)×C式中，W为作物吸收固定的碳量(t);F为作物合成单位有机干物质的碳的吸收率;T为作物的单位面积干物质重(t•hm－2);C为作物的种植面积(hm2)。作物固碳全部来自吸收空气中CO2，通过光合作用形成光合产物并释放氧气，参照一般植物光合作用化学平衡式:6CO2+12H2O→C6H12O6+6H2O+6O2由以上平衡式，可推算植物体通过光合作用吸收CO2、释放O2之间的关系，即每固定72gC，可吸收CO2264g，释放O2192g。据此，可按单位面积农作物收成的干物重大致估算出单位面积农用地年吸碳量与年制氧量。其中，主要农作物按照平均产量和谷草比，以及该作物实测籽粒和秸秆含碳量计算;蔬菜根据每667m2平均产量，含水量以95%计算干物质;果树按照单位面积(667m2)平均产量，水果含水量85%，计算果实部分;桑园按照实测桑叶和枝条干物质产量计算;林木按照中国碳汇网每hm2吸收CO220～40t，按平均30t计算。土壤固碳量，以表层土15cm厚，每667m2土壤重150t计，乘以实测土壤有机碳平均含量得到。固碳制氧价值计算:固碳价格:实例运用碳税法计算年吸碳价格，按国际较为公认的瑞典碳税0.15美元•kg－1为标准，按最新平均汇率1美元兑6.57元人民币，折合人民币0.99元•kg－1碳税率。制氧价格:运用工业制氧法计算年制氧价格，采用工业氧气批发价700元•t－1，换算成0．7元•kg－1。从表1可以看出，全市30.23万hm2主要农作物每年可固定CO2496.8万t，释放氧气361.3万t，年固碳制氧价值达75.96亿元。其中水稻生态效益最为明显，每年通过水稻固定CO2304.5万t，释放氧气221.4万t，固碳制氧合计价值46.65亿元。全市森林总覆盖面积为7.5万hm2，每年可吸收CO2176.0万t，产生氧气128.0万t，固碳制氧总价值为26.4亿元，平均每hm2每年创造价值为3.52万元。其中林木地效益最为明显，平均每hm2每年创造价值为4.50万元(表2)。表3显示，嘉兴市土壤固碳数量巨大，土壤是一个巨大的碳汇，合计达到860.7万t，土壤固碳价值大约为85.2亿元，其中约80%贮存在水稻土中，主要原因是当地约3/4地域为稻田。可见，农田土壤在生态系统中的作用不可替代。国内外研究也表明，我国固碳潜力最大的分别是耕地、草地和森林资源，其中仅农田土壤固碳就可以抵销13.1%的温室气体［7］。

2嘉兴构建低碳农业的主要模式

嘉兴是马家浜文化的发祥地，农耕历史悠久，传统农业具有农牧结合、种养结合生态循环优良传统。在新的历史条件下，嘉兴市重视继承和创新发展农业循环经济，或体现了资源高效利用、减少浪费，或在生产过程中实现降低温室气体排放，或通过光合作用强化吸收固碳，具有社会发展与生态环境保护双赢可持续性的显著特点，其主要模式按其特点归纳为如下几种。

2．1立体种养、资源高效利用模式

充分利用土地、水域和阳光、空气(CO2)、水等自然资源，采取立体种植、养殖或种养结合，是嘉兴市农业的一大特色。最常见的立体种植模式是两种以上农作物实行合理间作、套种。如番茄+甜瓜—晚稻;瓠瓜/丝瓜/长豇豆—晚稻;莴笋/西瓜/丝瓜—晚稻等。还有在桑园和果园秋冬季套种蔬菜、绿肥;园林和绿道都采用乔木、灌木、花草等组合配置立体种植模式。立体养殖模式，如鱼塘实行分水层合理搭配多品种鱼、鳖混养;鱼塘边搭棚，实行水上养鸭、水下养鱼等种养结合模式，如利用桑园和果园地养鸡、稻田实行稻、鸭共育，或冬春种黑麦草养鹅后接茬种稻、稻田养鱼(蟹、虾)、菱蟹共生、藕鱼共生等多种模式。

2．2农牧结合“四位一体”生态循环农业模式

畜牧业是嘉兴农业支柱产业。2010年，全市生猪出栏量480万头，约占全省的1/4，家禽出栏量4200多万羽，畜牧业产值占农业总产值的37.36%。综合治理畜禽养殖污染，成为农业生态环境建设和节能减排的重点领域［8］。经过多年探索，当地着重发展“生猪养殖—沼气清洁能源—沼液、有机肥—作物种植”生态产业链“四位一体”循环农业模式。目前，全市生猪存栏50头以上规模养殖场(户)已实现沼气工程全覆盖，拥有大中小型沼气工程19018处，总容积43.6万m3，年产沼气1910万m3，减少了煤、天然气等燃料使用，降低了碳的无效排放。同时经过畜粪肥收集处理中心生物有机肥厂，规模养殖场(户)粪便利用率达到90%以上。该模式已成为当地综合治理畜禽养殖污染最有效的途径。

2．3作物秸秆废弃物资源再利用模式

嘉兴市农业废弃物资源十分丰富，开发利用潜力巨大。据估算，全市每年产出农作物秸秆165万t，桑、果枝条20多万t，蘑菇渣泥超过40万t，河道、湖荡淤泥储量约3亿m3。近年来，对秸秆等农业废弃物资源再利用方面积极探索创新模式，取得了良好成效。如平湖、嘉善等地利用稻草、谷壳、河泥等废弃物制作基质料种植蘑菇，再利用蘑菇渣泥废弃物作为芦笋、西瓜、蔬菜、黄桃等基质肥料。目前全市蘑菇种植面积已达833万m3，每年可利用稻草30万t、谷壳3.79万t，河泥45万m3;利用蘑菇渣泥种植大棚芦笋面积133.3hm2，芦笋使用蘑菇渣泥前2年每667m2为2t，以后每年每667m2为1t。这一模式有效解决了秸秆丢弃或焚烧对大气与环境的污染。又如蚕桑产区利用桑枝条粉碎后制成菌棒，作为培养黑木耳、香菇、金针菇等食用菌基质料，每666.7m2可置放菌棒8000个，既获净利1.5万元，同时消纳桑枝条3.5～4.0t，食用菌采收后菌棒作水稻肥料。再如桐乡市利用杭白菊采收后的老茎叶，经粉碎加工并配以少量精饲料养湖羊，湖羊增重快，屠宰率高，羊肉风味独特。

2．4节能、节水现代设施农业模式

通过建造温室、大棚等一批生态种养现代设施，利用太阳光能为动植物生产创造优良环境;采用水肥一体化微滴灌技术、调整农业生产周期，大大提高农业生产效率和土地产出率。例如推广集约、高效、生态特种水产养殖技术，利用太阳能资源调节养殖场舍温度，降低饲料和能源消耗;以及推广定位栏、自动喂料给水和生物发酵床治污等生态养殖技术，不仅减少饲料和用水消耗，而且有效控制养殖污染。目前，全市已建成一批发展蔬菜、瓜果、花卉苗木等现代设施栽培面积1.73万hm2，约占全市农田面积的16%。同时建成特种水产养殖温室约120万m3，蟹、鳖生态养殖池超过2666.8hm2，以及一批生猪生态养殖现代设施装备。

2．5农业投入品使用减量与替代生态农业模式

化肥、农药、农用薄膜的推广使用，极大地提高了农业生产能力，也带来了诸如环境和生态平衡失调、农产品质量安全隐患等问题。多年来，嘉兴市积极探索发展化肥、农药、农用薄膜等农用化学品减量与替代生态农业模式，特别是在大力推进无公害农产品、绿色食品、有机食品基地建设中，认真组织实施“肥、药减量增效工程”。全面推广测土配方施肥，并大力倡导施用畜粪、秸秆还田等有机农家肥替代部分化肥。2009年，全市推广测土配方施肥24.3万hm2，推广秸秆还田13.0万hm2，使用商品有机肥4.5万hm2，节约化肥1.38万t，增产粮食11.96万t，使农民实现节支增收2.46亿元。同时大力推广植保生物、物理防治和水稻专业化统防统治，减少农药施用量和次数，全面推广高效、低毒、低残留农药和可降解农膜。

2．6省工、省力农业轻型栽培管理模式

为适应农业和农村发展新趋势、新要求，嘉兴市各地积极探索建立高产高效的新型农作制度，普遍实行翻耕与免耕、少耕相结合的保护性耕作方式，降低了能源消耗和温室气体排放。目前嘉兴已普及了稻板播麦、水稻直播等省工、省力轻型栽培模式，缓解了人工弯腰插秧难题。再如大力推广农业节水灌溉，加强灌溉基础设施建设改造，提高农业用水有效利用率，农田有效灌溉面积19.8万hm2，其中地下低压管道灌溉4.2万hm2。桐乡市积极推广“自控变频节能节水灌溉系统”，显著提高灌溉泵站自动化管理程度，地下渠系水利用系数达到96%～98%，比混凝土明渠提高21个百分点，节水20.2%，节电达22.3%。

2．7一、二、三产业融合的生态休闲农业(渔业)模式

依托当地农业特色产业、自然生态景观、历史人文遗址、农业高新园区、特色专业市场等资源，进行整合建设，使其成为融旅游、观光、休闲和农业(渔业)于一体的生态休闲农业(渔业)基地。为广大游客营造良好生态低碳农业生产景观和提供特色优质绿色农产品消费，形成一、二、三产业融合的生态休闲农业(渔业)模式。目前，全市各类休闲观光农业景区(基地)已达到100家。

3嘉兴碳汇资源培育与低碳农业技术应用对策

当前，贯彻落实在工业化、城镇化深入发展中同步推进农业现代化的战略部署，结合嘉兴实际，加快发展现代都市型生态农业，充分发挥现代农业在建设网络型田园城市中的重要作用，需要着力抓好两个方面建设和投入。一方面，要大力加强农林碳汇资源培育，增加“固碳释氧”能力，营造优美环境;另一方面，要大力发展低碳农业，推进节能减排，有效减少农业生产对生态环境的负面影响，促进经济社会可持续发展。

3．1大力加强农林碳汇资源培育

3．1．1稳步提升平原生态林业发展水平

树木森林具有吸收二氧化碳和释放氧气巨大功能，可以有效降低温室效应。据中国碳汇网资料，森林光合作用每hm2年吸收CO220～40t，释放O215～20t。因而，扩大林木覆盖发展园林绿化已成为应对全球气候变暖的最重要途径。森林生态系统功能价值不仅仅是固碳制氧，而且还具有涵养水源、蓄水调洪、预防和减轻洪涝、暴风等灾害、净化大气环境、防止和减少水土流失、保护生物多样性等众多特殊功能，对于优化人居环境，促进生态文明建设都具有十分重大意义。嘉兴以创建森林城市和生态城市为契机，着力加强平原生态林业建设，建设完善以林网林带相结合的高标准平原大绿化工程。“十二五”期间全市林木覆盖率从17.9%将提高到20%，城市建成区绿化覆盖率将达到44%，人均公园绿地达到15m3。林业碳汇也将显著增长，年吸收CO2228万t，释放O2166万t，林业生态效益达到34.32亿元。

3．1．2积极提高农田作物复种指数和生产能力

耕地占嘉兴市陆域地表面积的50%以上。根据嘉兴各类主要农作物实际产量水平和其有机碳含量估算，每hm2农田种植一季作物平均吸收CO216.4t，释放O212t。同时，种植作物还蕴含消纳污染物、涵养水源，减少土地裸露和辐射，调节温湿度和土壤养分平衡，减少水土流失，以及孕育四季田园景观等众多的生态功能。嘉兴长期形成了周年多熟、高产农作制度，农田复种指数较高。当前，应积极采取相应的政策措施，鼓励农户提高农田复种指数和生产能力。首先，要突出抓好冬闲田、抛荒田的开发利用，积极增加大小麦、油菜和蔬菜种植面积。其次，要广泛利用桑园、果园等林地，在冬春季间作套种蔬菜或多种经济绿肥。再次，要大力推广实行周年多茬农作制度，尤其要充分发挥温室、大棚等现代设施农业优良资源条件，发展多种形式间作、套种周年多种多收农作制度。通过千方百计提高农田复种指数和生产能力，积极扩大农作物碳汇容量。如全市农田复种指数再提高20个百分点，将可增加春花作物等种植面积4.0万hm2，按现有作物产量估算可增加CO2吸收54万t，释放O239.4万t，增加粮食18万t。

3．1．3全面实施土壤有机质提升工程

土壤有机碳是地球表层系统中最大，且最具有活动性的生态系统碳库之一，是全球碳循环重要组成部分［9］。实施土壤有机质提升工程，利用土壤固碳库特性就能将大量碳以有机质形态存储于土壤中，从而减少对大气碳排放。嘉兴市各类土壤有机质的含量，以水田土壤最高，旱地(包括园地、旱耕地)和山地土壤次之，海涂土壤最低。据第二次土壤普查资料，全市水田耕层土壤有机质平均含量29.7g•kg－1，即15cm土层含有机质66.8t•hm－2，近十年来开展大规模的土地平整，有机质平均含量下降至27.1g•kg－1。全面实施土壤有机质提升工程，主要通过充分利用畜禽粪尿、厩肥全部作农田有机肥施用，采取多种形式扩大秸秆直接还田，同时积极发展多种绿肥和充分利用水生绿肥等多种途径，使农田有机肥年施用量达到每667m21000～1500kg以上(含干有机物300～500kg左右)。此外，再加上作物残留田间的根茬(约3.1t•hm－2•a－1)，按有机物腐殖化系数0.25估算，约可形成土壤有机质1.9～3.0t•hm－2•a－1。若持续五年强化培肥，全市土壤有机质可望提升0.3%～0.5%，将增加土壤碳汇96～160万t。

3．2开展减少化学品投入、资源高效利用的技术模式应用，实现农业低碳

按照循环经济“减量化、再利用、再循环、再思考”4R原则，深入开展低碳农业技术应用研究与推广以取代高碳农业，减少CO2排放，已逐渐成为世人共识。

3．2．1切实减少化肥、农药施用量

近年来，农业化学品投入呈逐渐上升趋势，而农家肥用量下降，这些农田管理措施的改变，对我国农田土壤碳的储存和转化、温室气体排放产生具有较大影响［10，11］。嘉兴平原农田单位面积化肥农药施用量略高于浙江省平均水平。“十一五”以来，全市深入推进“肥、药减量增效工程”，已取得良好成效，大大减少了温室气体排放。当前还要持续加大力度推广作物健康的栽培、施肥和病虫害综合防控新技术，争取在“十二五”期末，达到氮肥总量减少10%，肥料利用率提高8%。按此指标，全年节省尿素1.77万t，折合节省2.74万t标准煤和1.82万kW•h电能，可减少排放二氧化碳8.89万t，二氧化硫289t，氮氧化物251t。

3．2．2积极扩大农业废弃物资源循环利用

种养业和农产品加工业中产生的畜禽粪便、作物秸秆、林木枝条、蘑菇渣泥和糟粕、淀粉水等众多农业废弃物，分布广泛，总量丰富，既是污染源，又是宝贵的资源。继承发扬当地农牧结合、种养结合优良传统，积极扩大农业废弃物资源循环利用。而现阶段，国家和地方大多数农业废弃物资源综合利用工作没有具体的法规可依［12］。因此，一方面要通过建立法规体系和政策调控与加强监管，全面禁止农作物秸秆、树枝等有机物田间焚烧，控制碳无效排放，严格控制畜禽粪便、农业生产下脚料任意随处排放等［13］;另一方面采取切实可行措施和多种形式，推广农业废弃物资源，特别是畜禽粪便和秸秆的循环利用［14］。

3．2．3充分利用太阳能、沼气、生物质能等清洁能源

充分利用太阳能、大棚现代设施、沼气等清洁能源，可大大减少煤、电、石油等能源的消耗，取得节能减排的显著效益。至2009年底，嘉兴市太阳能热水器用户达48万多户，拥有有效集热面积超过90万m2。全市每年可节省标准煤18.1万t，相当于节电5.4亿kW•h，节支1.2亿元，而且减少二氧化碳排放1.05万t。在综合治理畜禽养殖污染中，全市建成大中小型沼气工程19018处，沼气池总容积43.63万m3，年产沼气1910.3万m3，成为农村重要的生活清洁能源。生物质能是典型的低碳燃料［15］，积极探索以秸秆为原料的现代能源新产业，开发秸秆生物能源，嘉兴市在建的秸秆发电示范工程建成后，可年消耗秸秆25万t，节省标准煤11.8万t。据作者考察，美国加利弗尼亚州的阳光景国际市场公司是一家集科研生产销售于一体的农业业公司，鲜食葡萄产量居美国第1位，全部分级冷藏长达8～10个月，其仓储供电全部来自屋面太阳能发电装置发电，多余电力并入当地电网。先进太阳能发电技术的应用，既环保又大大降低了生产成本。作者认为，嘉兴应当积极引进和探索太阳能发电技术应用于当地农业。

3．2．4探索创新河泥资源开发利用

利用河泥资源是嘉兴平原传统农业实现水陆资源循环综合利用的重要特色，但因乡镇企业崛起、需要投入劳动强度大等因素，致使传统循环链断裂，导致河道严重淤积和水体水质恶化。近年来，平湖、嘉善等地积极探索创新利用河泥和稻草等废弃物制作培养蘑菇基质料，种植蘑菇，再以蘑菇废渣种植芦笋，开发农业循环经济新产业，取得了显著成效。河泥资源开发利用，要与河道清淤工程紧密结合，开展不同河段淤泥质量监测，根据淤泥质量检测标准，区别对待。分别利用种植蘑菇、直接肥田改土，平整土地、种植林木花草、加固堤岸、制砖等建筑材料，以及合成燃料等［16］。

3．2．5创建低碳农业生产经营模式

当前，农业发展面临凸显的资源、环境双重制约，按照统筹城乡“三化同步”发展的要求，加快建设现代都市型生态农业，必须围绕生态做“低碳”。当地应以生态效益作为现代集约农业考核指标，发展农业专业合作社，以农林种植业为基础适度发展养殖业，可推广示范有机农场模式或倡导“绿色文明”的生态观光型农场模式等。以资源利用节约化，生产过程清洁化，废弃物利用资源化，环境影响无害化为主线，推进土地适度规模经营，适应农业机械化生产，形成资源节约、环境友好的农业生产经营模式，实现农牧结合、种养结合、优势凸显、功能多元、适度规模、经营集约、生态循环、发展持续的现代都市型农业。