杨蕊菲

（江西财经大学，江西 南昌　330013）

南昌市农田生态系统碳源/汇及碳足迹分析

杨蕊菲

（江西财经大学，江西 南昌330013）

运用南昌市2003～2013年主要农业经济作物、农业投入等统计数据，对该市的农田生态系统进行碳源/汇估算，并将各类具体因素与碳排放量及碳吸收量用SPSS17.0做相关性分析，得到以下结论：近年南昌市的碳排放量总体呈上升趋势，从2003年的713万t增加至2013年的909万t，播种面积及化肥使用量是其主要影响因素并与其呈显著正相关关系。南昌市碳吸收量总体呈现稳步增加状态，从2003年的118万t增加至2013年的226万t，稻谷、花生和豆类等农作物产量是碳吸收量的主要影响因素。碳足迹呈现平稳下降趋势，可见南昌市农田系统种植结构是有利于增强农田系统谈吸收功能稳定增长趋势的。

碳排放；碳吸收；碳足迹

当前，气候变化以全球变暖为主要特征已成为公认的事实，而人类活动是引发温室气体中大气排放从而导致气候变暖的重要因素。这些因素中与人类活动关连最密切的农田生态系统就是陆地生态系统的主要形成成分。其中，一方面在温室气体排放源中，许多气体都是从农业活动及其相关过程中演化而来的；另一方面，全世界的农田亦是极大的碳库，农田的碳储量为170Pg，占比为全球陆地碳储量总量的10%以上。这说明农田生态系统具有很大的固碳能力，在此基础上，国内外都陆续开展了关于农田系统碳源汇问题的探究，但在国内，钻研农田土壤碳方面较多而钻研农田生态系统碳源汇功能的评估及综合估算则较少。本研究通过对2003～2013年南昌的农田生态系统中主要农作物的碳吸收量以及农业生产活动中碳排放量的估计，得出结果后用以分析南昌农田生态系统碳源汇的影响因素，以期以更小地误差提供农业源碳排放的清单，为南昌农业生产固碳减排及农业产业结构调整提供合理科学的依据。

1　材料与方法

1.1数据来源

2003～2013年的农业机械总动力、柴油用量、化肥农药使用量、地膜使用量、有效灌溉面积等农业网统计数据均分别来自各年份的《江西省统计年鉴》。

1.2研究方法

（1）农田系统碳源/汇判定。在联合国气候变化框架公约中，碳源指的是向大气排放温室气体、气溶胶或者有排放温室气体征兆的过程或活动；碳汇指的是将温室气体从大气这个整体中移开除去的任一一个进程、活动或者是机制。农田体系是一个开放性的系统，在农田生态系统碳源/汇的探究中，不单要考虑其碳排放和消化能力，也要剖析核算农田生态系统的碳足迹效应。人们通过劳动使得农田系统向有利于人类发展的方向前进，为了使得农田生态系统保持平衡并能维持可观的生产力水平，人类必须通过各种途径投入生产力及化石燃料等能源及物质。因此，对碳循环方面而言，农田生产过程其实是碳输入输出过程。文章将主要的碳源定为认为农田生产过程中投入的主要导致碳排放类型，如农业柴油的投入、农膜的使用等等；并且将主要碳汇的类型定为在主要农作物的生长期期间中对碳的吸收。

（2）农田系统碳排放量估算。农业用地的碳排放主要来源于农业生产活动，如农业投入、化肥、农药使用等项目带来的碳排放量，其计算公式如下：

式中：E为农田系统碳排放量；Ef、Ep、Em、Ee、Ei、Ee分别指的是化肥的生产和使用、农药的生产和使用、农膜的生产和使用、翻耕时破坏的土壤有机碳库、灌溉时造成的损失，柴油在生产和使用过程中所有的碳排放量。具体的各项碳排放量的计算公式见下列公式：

式中：Gf为化肥施用量；a=0.8956kg/kg

式中：Gp为农药使用量；b=4.9341kg/kg

式中：Gm为农膜使用量；c=5.18kg/kg

式中：Ar为农作物种植面积；We为农业机械总动力；d=16.47kg/hm2；f=0.18kg/kW

式中：Ai为灌溉面积；g=266.48kg/hm2

式中：Gs为农业柴油用量；j=0.5927kg/kg

（3）农田系统碳吸收量估算。文章设定农田系统中所有农作物在其生育期间内对碳的吸收量为Ct，那么公式如下：

式中：Cf为i类农作物在光合作用中吸收的碳；YW为i类农作物的经济产量；H为i类农作物所对应的具体的经济系数。南昌市主要农作物的碳吸收率及其经济系数如表1所示。

表1　南昌市主要农作物的碳吸收率（Cf）以及经济系数（H）

（4）农田系统碳足迹核算。碳足迹是在生态足迹的概念这一基础上产生的，是指某一种活动在其生命周期内全部的碳排放总量，碳足迹作为人类生活活动对环境影响大小的衡量尺度，近几年来已成为国内外进行生态研究的新兴热点领域，其公式如下：

CF=E×（S/Ct）NEPa=Ct/S

式中：CF表示碳足迹；E表示的是农田生态系统范围中的碳排放量；S表示耕地面积；Ct是指农田生态系统中所有农作物在其生育期间内对碳的吸收量；NEPa是指每种农作物所对应的固碳能力。

2　结果与分析

（1）南昌市农田系统碳排放量变化分析。由统计年鉴数据可知，南昌市的碳排放量总体呈上升趋势，从2003年的759万t增加至2013年的1055万t，累计增加近300 万t，增幅达到39.51%，年均递增3.59%。其中2004～2007年上升较平缓，2009～2010年碳排放量略微下降。播种面积总体变化平缓，2003～2008年呈平缓增加状态，2008～2012年呈现“V”型变化；机械总动力上升趋势明显，从2003年的22万kW增加值2013年的98万kW，说明南昌市近十年对农业机械动力的投入力度较大；柴油用量在2003～2006年呈凸型变化，与2006年跌入最低值23 万kW后一直呈现平缓上升趋势。化肥用量在2003～2006年之间增加相对较快，从9万t增加至近13万t，2006年之后并无明显变化，一直保持在13万t左右，农药用量一直无明显变化；地膜用量在2005年之间均保持平稳，而2006年增加一倍以上用量，之后无明显变化。

表2　南昌市生态系统各类影响因素与碳排放量的相关性

从表2中可以看出，南昌市农田生态系统的碳排放量与播种面积、化肥使用量、地膜用量、机械总动力及农药用量具有显著正相关关系，其中与播种面积的相关系数为1.000，与机械总动力、化肥用量及地膜用量的相关系数均为0.7以上，与农药用量的相关系数为0.609，而与柴油用量的相关关系并不显著。由此可见，播种面积、化肥用量、地膜用量、机械总动力及农药用量是影响碳排放的主要因素。

（2）南昌市农田系统碳吸收量变化的分析。图1可知，南昌市碳吸收量总体呈现稳步增加状态，从2003年的118万t增加至2013年的226万t，累计增加108万t碳吸收量，增幅达到91.53%，年均增加8.32%，其中，在2007～2010年无明显变化，在2007年之前及2010年之后上升趋势相对较明显。

图1　南昌市农田系统碳吸收量变

稻谷的碳吸收量是增加速度最快同时也是南昌市生态系统碳吸收量的主力军，十一年中单股的碳吸收量总体呈现上升状态，累计增加13万t左右；与此相反，小麦的碳吸收量却呈逐年下降趋势，2003年小麦的碳吸收量为1495t，而在2013年小麦的碳吸收量为283t；玉米在2003～2008年的碳吸收量逐年减少至247t，在2009年之后迅猛增加到10265t；花生的碳吸收量在2012年之前平均每年增加0.3万t左右，而在2013年突然下降至1.4万t左右；棉花的碳吸收量在08年之前保持在0.45t左右，之后骤然增加直到2013年的2.5万t左右；甘蔗、豆类及薯类的碳吸收量增加幅度小且表现平稳；最后，其他经济作物的碳吸收量相对比较少。

表3　南昌市主要经济作物农产量与碳吸收量的相关性

从表3中可以看出，碳吸收量与稻谷、玉米、花生、棉花、甘蔗、豆类及薯类经济作物的产量呈显著正相关性，其中与稻谷、甘蔗、豆类及薯类的相关系数均在0.9以上，与玉米、花生和棉花的相关系数在0.7以上，从固碳的角度出发，应增加这些农作物的耕种面积；南昌市碳吸收量与小麦及其他粮食作物的产量呈显著负相关性，其中与小麦的相关系数为-0.910，与其他粮食作物的相关系数为-0.665，碳吸收量与麻类经济作物的产量并无显著相关性，主要是因为这些农作物在南昌市耕作面积较小，农产量低导致了碳吸收量相对较弱。由此可知，优化农产品耕作结构提高农产品单位面积产量，同时提高化肥农药等的使用效率，加强植树造林多种植有机食品，是提高区域固碳能力的有效方法。

（3）南昌市农田系统碳足迹分析。从图2中可以了解到，南昌市近十一年的碳足迹从时间上看，最高为2003年的296.17万hm2，最低为2013年221.67万hm2，在2009年出现过一次小起伏，虽然耕地面积、化肥农药等资源的大量投入增加了南昌市的碳排放量，但是稻谷、玉米、棉花等农作物的持续增加大大地提高了南昌市农田系统的碳吸收量，总体上南昌市的碳足迹在近十年来反映出平稳的同时略有下降趋势。为有效减少碳足迹，在农田系统方面应积极采取措施使得碳排放逐步较少的同时农田固碳能力能逐步提高。

图2　南昌市农田系统碳足迹变化

3　讨论

通过对南昌市近十一年的统计数据可以估算出南昌市的碳排放量、碳吸收量及碳足迹的具体数值，从而可以看出碳吸收量远远小于碳排放量，这表明南昌市的碳汇能力不足以补偿碳排放，南昌市的农田生态系统固碳能力较弱最终造成了碳赤字。可从两方面着手缓解这类现象，一方面，控制南昌市农田生态系统的碳排放量；另一方面，加强南昌市的农田生态系统的碳吸收量刻不容缓。

具体来说，在控制碳排放量这一点上，可优化种植结构减少农田资源的浪费现象，政府企业提供赞助基金以供采购优质机械提高农业耕作活动和工业能源消费的效率，多使用天然肥料适量减少化肥农药的使用量，降低单位面积碳排放；在加强碳吸收量这一点上，提高单位面积农作物产量，加强植树造林建设，发展区域特色化农作物种植，提高区域固碳效率、碳汇水平及碳补偿能力。通过以上途径，实现控制温室气体排放量，减少雾霾等空气污染，促进低碳城市的发展。

文章用以判定碳源/汇的系数都是引用国外文献中的相对应系数，并未根据本国实地情况进行适当地修正，可能导致估算结构有一定误差，不能很稳妥的贴近南昌市实际水平，这有待在今后进一步加强研究。

［1］于颖.基于InTEC模型东北森林碳源/汇时空分布研究［D］.哈尔滨：东北林业大学，2013.

［2］钱晓雍.上海农田生态系统碳源汇时空格局及其影响因素分析［J］.农业环境科学学报，2011，（7）：1460-1467.

［3］周陶，高明，谢德体，魏朝富.重庆市农田系统碳源/汇特征及碳足迹分析［J］.西南大学学报（自然科学版），2014，（1）：96-102.

［4］张婷，蔡海生，张学玲.基于碳足迹的江西省农田生态系统碳源/汇时空差异［J］.长江流域资源与环境，2014，（6）：767-773.

［5］刘英，赵荣钦，焦士兴.河南省土地利用碳源/汇及其变化分析［J］.水土保持研究，2010，（5）：154-157+162.

Analysis of Carbon Source/sink and Carbon Footprint of Farmland Ecological System in Nanchang

YANG Rui-fei
（Jiangxi University of Finance And Economics，Nanchang，Jiangxi 330013，China）

Due to statistical data of agricultural economic crops and agricultural inputs in Nanchang city during 2003～2013，the carbon sources/sinks of farmland ecosystem were estimated，and all kinds of specific factors，carbon emissions and carbon absorption were analyzed with SPSS17.0，the following conclusions were obtained：In recent years，the total amount of carbon emission in Nanchang has increased，from 1 million 180 thousand tons in 2013 to 2 million 260 thousand tons in 2003，and rice，peanuts and beans and other crops yield is the main impact factors of carbon absorption.Carbon footprint showed a steady downward trend，it is seen that the planting structure of farmland system in Nanchang city is conducive to enhancing the stable growth trend of the carbon absorption function of farmland system.

Carbon emissions；Carbon absorption；Carbon footprint

S181

A

2095-980X（2016）04-0133-03

2016-03-06

杨蕊菲（1992-），江西九江人，硕士研究生，主要研究方向：经济统计专业。