农作物生产过程既是碳源,也是碳汇.研究作物生产过程中碳吸收、碳排放特征对区域农业碳减排具有重要意义.以陕北区域为例,采用高分辨率遥感数据,结合GEE遥感云平台和随机森林算法,获取了作物种植分布信息,并建立碳吸收排放测算模型,分析了陕北地区 2021 年农田作物的碳源/汇效应、碳足迹及其空间分布格局.结果表明:①陕北种植的粮食作物主要为玉米、稻谷、薯类、豆类,经济作物主要为蔬菜、苹果、枣树,这七类作物集中分布在延安南部河谷区域和榆林西北部区域.②除枣类外,陕北地区其余作物的碳吸收量均高于碳排放量,以碳汇功能为主,其中,玉米和苹果分别对该地区碳吸收、碳排放的贡献率最高,碳吸收、排放量分别达到了 189.74×104 t 和 11.41×104 t,苹果、薯类和枣类碳足迹较高,分别达到了 9.92×104 hm2、8.77×104 hm2和 21.65×104 hm2,其余作物碳足迹处于 0.26-1.49×104 hm2之间.③从空间上看,研究区单位面积农田碳吸收量呈现西北高、南部低的分布格局,而碳排放量、碳足迹分布正好相反,南部高、西北低.④研究区可通过培育高产品种、优化施肥量、控制农膜农药用量、调整作物种植结构等措施,提高作物固碳效应,促进农业生产碳减排.

综述回顾我国农业碳排放的主要特征及类型,并指出农田利用、畜禽养殖、农业废弃物处置和土地利用管理等 4 方面的农业碳减排潜力.合理的农艺管理和经济政策措施可以减少农田利用碳排放;源头农业碳减排、过程控制和末端处理等措施可以降低畜禽养殖碳排放;优化粪便管理模式和农业秸秆利用可以减少农业废弃物处置碳排放;优化土地资源利用结构、实现土地集约利用和建设高标准农田是土地利用管理碳减排的重要举措.综述可为提升我国农业碳减排潜力提供参考.

农业减排是实现我国碳达峰、碳中和目标的重要环节,研究区域农业碳排放特征和驱动因素对农业碳减排具有重要意义.本研究从投入产出和生产过程角度对江西省农业碳排放量进行测算,并基于时变参数C-D生产函数修正后的LMDI分解法和Tapio脱钩模型,探究江西省农业碳排放驱动因素与脱钩动态.结果表明:江西省2010-2021年12年间农业碳排放量增长26.4％,碳排放强度在研究期内逐年下降,年均降速为4.9％.江西省农业碳排放强度、劳动投入和资本存量因素共使碳排量减少6105万t,累计分别贡献约27.0％、44.5％和28.5％;而经济发展水平、农业结构和技术进步因素具有较强推动作用,累计分别产生了75.7％、5.6％、18.8％的农业碳排放增量.江西省农业碳排放与经济发展、资本存量和技术进步因素的关系主要以弱脱钩为主,与劳动投入因素的关系以负脱钩为主,脱钩状态后期较前期更理想.因此,时变参数C-D生产函数将技术、劳动、资本要素纳入碳排放量的驱动因素和脱钩效应具有很好的创新性与适用性.

碳循环是影响气候变化的关键环节.利用改进的CASA模型对东北三省 2000-2020 年间自然碳源\汇进行了估算;通过增加真实碳排放量对估算过程的约束,改进了夜间灯光数据和碳排放拟合方法,探究了区域碳源碳汇和碳盈亏的时空分布和影响因素.结果显示:(1)净生态系统生产力在时间上呈现波动上升趋势,空间上黑龙江省自然碳汇总量最高(164.61 Tg C/a),约占东北三省的 60%;(2)能源消费碳排放总量呈现先上升,再下降,近年趋于稳定的时间变化趋势,空间上以辽宁省年均碳排放量增速最快,增速约为 6.95 Tg C/a;(3)2005 年为东北三省整体从碳盈余转变为碳亏损的转折点,近年来亏损速率有所下降;(4)东北三省碳盈亏与自然因素呈正相关,与人口规模、地区生产总值、碳排放强度、产业结构呈现负相关关系.辽宁省能源消费总量的攀升使能源结构的下降未能扭转其碳亏损的局面,并使其碳盈亏与能源结构呈现正相关关系;黑龙江省和吉林省农业人口流失较快一定程度上导致了城市化水平与碳盈亏呈现正相关关系.(5)东北三省均应降低碳排放强度,黑龙江省和吉林省应调整能源结构,辽宁省应调整产业结构.研究结果可为东北三省"双碳目标"的实现提供理论依据.

区域碳排放核算是当前全球气候变化与碳排放研究的核心内容之一.中国于2010年出台《全国主体功能区规划》,主体功能区是以区域开发程度、资源环境基础和未来开发潜力为依据,县域为基本单位的区域规划方案,这为区域碳排放核算和配额分配提供了全新的视角.鉴于县域的能源数据不够完善,基于经济、人口、省级能耗量等数据构建了适用于主体功能区划分的碳排放核算方法,并确保各主体功能区的碳排放总量和分部门碳排放量都与该省的总碳排放量和分部门的一一对应相等.以中国广东省为案例,对其四类主体功能区在2005-2015年间的碳排放情况进行核算分析.研究发现:四类主体功能区的碳排放总量与经济总量呈现高度正相关性;四类地区中碳排放量从大到小依次为优化、重点、农产品、生态开发区.碳排放强度最大的为生态开发区,其次是重点开发区,农产品开发区和优化开发区.重点开发区和优化开发区的碳排放占全省比值达86％,都应作为未来节能减排措施的最主要的作用对象,需加快产业结构升级,扩大新能源技术的应用.农产品开发区和生态开发区应加快发展循环农业,有机低碳农业生态环境友好型产业.

合理的种植模式可以提高资源利用效率,降低农业生产的生态环境风险,实现资源节约和增产增效的目的.本文运用能值分析的理论和方法,从资源利用、碳排放、经济效益、能值自给率和净能值产出率等方面对于旱灌区典型种植模式的生产效应进行综合分析与评价,以期为建立减投、减排、高产高效、可持续农田高效生产模式提供理论与实践依据.结果表明:集成免耕秸秆覆盖还田及地膜再利用的高效间作生产模式(NTSI)具有明显的增产效应,与地方传统间作(CTI)和单作玉米(CTM)相比,分别增产13.5％～16.9％和13.8％～ 17.1％.NTSI较CTI模式水分利用效率和光能利用率分别提高12.4％ ～ 17.2％和6.1％～8.1％.高效NTSI模式可降低系统碳排放、提高碳排放效率,与CTI和CTM相比,碳排放总量分别降低618 ～ 895和1804～2002 kg·hm-2,降低幅度分别为12.1％～ 16.4％和28.6％～31.0％;相反,碳排放效率分别提高29.3％～40.1％和58.9％ ～ 71.4％.高效NTSI模式具有明显的资源减投潜力,与CTI和CTM相比,总投入分别降低1424～ 1431和501 ～ 1547元·hm-2,减投比例分别为12.6％～13.6％和4.9％～14.6％;总产值分别提高11.2％ ～ 11.8％和24.4％ ～ 36.3％(增加4309 ～ 4603和8439～ 11057元·hm-2);纯收益分别增加19.6％ ～ 22.4％和40.1％ ～ 57.7％(增多5740 ～ 6027和9544～ 11558元·hm-2).因而,NTSI模式具有较高的产投比和单方水效益,与CTI和CTM相比,产投比分别提高27.9％ ～ 29.0％和40.5％ ～45.6％;单方水效益提高幅度分别达到19.9％ ～23.2％和27.7％ ～ 39.3％.高效NTSI模式能值自给率达到57.2％,较CTI和CTM生产模式分别提高4.0％和12.2％,NTSI模式净能值产出率达到0.173,较CTI高10.0％,但比CTM低11.7％.从资源利用、碳减排、经济效益、可持续发展角度综合考虑,集成免耕秸秆覆盖还田及地膜两年利用的高效小麦间作玉米模式具有较高的经济活力,农业系统整体功能较好,运转效率较高,能值回报率较高,是适用于干旱绿洲灌区的资源减投、减排、高产高效的种植模式.

农田碳足迹研究对农田生态系统管理与农业可持续发展具有重要意义,也可表征农田扩展的生态影响程度.利用县域尺度统计数据与空间分析,对云南省农田生态系统近30年的碳足迹的时空演变进行研究.结果表明:1985-2015年期间,云南省农田生态系统碳排放年均增幅为13.9％,化肥施用引起的碳排放贡献率最大,为56％,2015年的化肥单位面积碳排放达到331.6kg/hm2.云南省农田生态系统碳吸收年均增幅为3.04％,稻谷的碳吸收比例最大,为41％,然而,玉米的碳吸收的增幅最大,为8.76％.云南省农田生态系统存在碳生态盈余,且碳足迹总体呈现增长趋势,年均增长率为16.8％,单位面积碳足迹随年份增加不断增长.从空间上看,云南省农田生态系统碳排放、碳吸收在空间上均呈东南高、西北低的分布格局,而碳足迹在空间上呈现东西部高、中部低的分布格局,三者的空间差异和变化幅度差异都较大.

农业生态系统具有碳源和碳汇的双重特征,其在减缓气候变化中的重要性已得到国际社会的广泛认可.相较于技术手段的创新,碳税、补贴等经济手段被认为是较为简单、可行、易出台的碳排放减缓政策.采用气候变化综合评估模型-GOPer-GC模型,构建国际碳税情景,模拟分析了2008年至2050年碳税政策的实施对全球各区域农业土地覆被及土地利用变化碳排放的影响.模拟结果表明,情景2和情景3中全球农业土地利用变化累计碳排放分别达到49.6 GtC和23.1 GtC,明显低于基准情景的累计排放量51.9 GtC.这说明,实施碳税政策后,相较于将碳税收入用作一般性财政收入,将碳税收入补贴至农业部门在一定程度上减缓农业碳排放.此外,林业部门获取更多的碳税补贴时,多数区域农业土地利用变化碳排放规模大幅减少,主因是耕地变为林地、草地变为林地面积的增加.情景3中,中国的碳汇量较其他情景显著增加,主要来自耕地变为林地、草地变为林地,累计碳汇量分别达到1.7和3.7 GtC.因此,对于中国、美国、印度等大部分区域来说,碳税收入更多地补贴至林业部门有利于在整体上减缓农业碳排放,而欧盟、日本、东亚、马来西亚、印度尼西亚、俄罗斯、东欧地区,碳税收入平均补贴至种植业、畜牧业和林业反而具有相对更好的减排效果.

根据联合国气候变化框架协议的要求, 土地利用变化和林业 (LUCF) 温室气体清单是需要编制的五个部门 (能源、工业、农业、土地利用变化和林业、废弃物) 的清单之一.研究省级LUCF动态变化对掌握该区域生态固碳的能力和潜力有重要意义.该研究选取广东省森林资源第六期 (2002年) 、第七期 (2007年) 、第八期 (2012年) 一类清查数据, 采取省级LUCF温室气体清单编制的方法结合广东省实际情况, 在获取和测算广东省2005年、2010年、2015年LUCF温室气体的活动水平、排放因子的基础上, 得出全省范围LUCF温室气体清单.并设置了3种情景, 对广东省未来LUCF领域碳储量和温室气体减排进行了预测.研究结果表明广东省LUCF净碳汇量呈增长的趋势, 增长的主要原因是乔木林碳吸收的增加量高于活立木消耗碳排放的变化量.期间, 活立木蓄积生长率从7.98％ (2005) 增加到了9.61％ (2015) ;而采伐消耗率从6.94％ (2005) 下降到了5.54％ (2015) .这些得益于2005至2015十年间广东省土地利用变化和林业领域在应对气候变化方面的政策、措施的实施.情景模拟结果表明如果未来措施有利于广东省活力木碳储量的增加, 广东省森林还将发挥较长时间持续的增汇作用.

明确小麦-夏直播花生(W-P)种植体系的主要碳排放环节,可为采取有效措施实现该体系高产与低碳排放的协同效益提供参考.本文依据全生命周期方法,构建碳足迹模型,并核算了山东省W-P种植体系生命周期碳排放.结果表明:山东省W-P种植体系的净收益较小麦-玉米(W-M)种植体系高71.2％～88.3％; W-P种植体系的单位面积碳排放达6977.9～8018.5 kg·hm-2,较W-M种植体系高6.2％,但单位净产值的碳排放为每元0.23～0.28 kgCO2-eq,较W-M种植体系低37.4％～44.1％.综合2种种植体系的净收益和单位净产值碳排放发现,W-P种植体系可以实现高产出与低碳排放的协同效益,符合优化供给、提质增效、农民增收的农业供给侧结构性改革目标.