论文标题：Greenhouse gas emissions during the COVID-19 pandemic from agriculture in China

期刊：Frontiers of Agricultural Science & Engineering

作者：Jianing TIAN, Chuanhui GU, Yanchao BAI

发表时间：15 Sep 2024

DOI：10.15302/J-FASE-2024558

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Sep 2024, Volume 11 Issue 3

· 第五篇 ·

▎论文ID

Greenhouse gas emissions during the COVID-19 pandemic from agriculture in China

新冠疫情下中国农业温室气体排放研究

发表年份：2024年

第一作者：田佳宁1

通讯作者：顾传辉1,2

邮箱：cg294@duke.edu

作者单位：1. 昆山杜克大学自然与应用科学系；2. 昆山杜克大学环境研究中心。

Cite this article :

Jianing TIAN, Chuanhui GU, Yanchao BAI. Greenhouse gas emissions during the COVID-19 pandemic from agriculture in China. Front. Agr. Sci. Eng., 2024, 11(3): 409–427 https://doi.org/10.15302/J-FASE-2024558

· 文 章 摘 要 ·

为了研究新冠疫情对中国农业碳排放的影响，本研究系统地核算了2019至2021年间中国农业活动所产生的温室气体排放，包括作物和畜牧业生产以及农业物资和能源投入。研究发现，中国农业的净温室气体排放量 (NGHGE) 在这三年内呈现增长趋势。其中，CH₄排放在总排放中占比最高，超过65%，并且年度增长明显，主要由家畜肠道发酵和水稻种植引起。N₂O排放约占总排放的22%，主要来源于氮肥施用和粪便管理，其排放量在研究期间有所下降。CO₂排放约占18%，柴油使用和农业电力消耗是其主要来源，占了超过60%的份额。土壤碳固存对温室气体排放有约6.1%的抵消作用。家畜肠道发酵和水稻种植的 CH₄排放合计占总温室气体排放量的50%以上。疫情期间畜牧业的变动是导致净温室气体排放变化的主要原因。

· 文 章 亮 点 ·

1. CH₄排放在中国疫情期间的净温室气体排放增长中起主导作用。

2. N₂O的排放主要与肥料使用和废物处理有关。

3. CO₂排放因地区不同而异，需要因地制宜的减排措施。

4. 新冠疫情导致的养猪业中断，促进了CH₄排放的增加。

· 研 究 内 容 ·

▎引言

全球变暖趋势加剧，IPCC数据显示农业活动产生的温室气体排放占人类活动总排放的23%至30%。预计到2070年，农业源的CH₄和N₂O排放量将分别比2010年增加47%和50%。中国作为农业大国，其作物种植和畜牧业种类繁多，加之农业投入品和能源使用近年来显著增加，导致区域间温室气体排放差异显著。因此，掌握中国农业温室气体排放的总量、结构和区域特点对于制定有效的减排政策至关重要。

现有研究多集中于农业碳排放，对碳固存研究较少，且少有研究将两者结合。此外，研究多局限于作物生产，对畜牧业生产关注不足。因此，全面评估农业碳足迹显得尤为迫切。

联合国报告指出，新冠疫情期间主要温室气体浓度持续上升，但关于该时期中国农业碳排放变化的报告尚缺。本研究旨在填补这一空白，依据2011年《省级温室气体清单指南》，核算2019至2021年中国各地区农业系统的净温室气体排放，分析疫情期间的变化趋势，并探讨土壤碳固存的潜力，为制定低碳农业政策提供科学依据。

▎结果

1. 2019–2021年中国农业NGHGE的特征 (图1)：2019年，中国农业的NGHGE为7.29×10⁸吨，而2020年和2021年分别为7.30×10⁸和7.40×10⁸吨。2020年年度增长率为0.14%，2021年为1.34%，显示出逐渐上升的趋势。

图1 2019–2021年中国农业净温室气体排放量。

2. 农业系统内GHG排放的结构：在这三年中，CH₄排放在中国农业NGHGE中所占比例最大，分别为65.7%，66.3%和66.8%，呈现持续增长。N₂O排放的比例在2019年为22.1%，2020年略增至22.2%，2021年降至21.7%，呈现波动趋势。CO₂排放比例最小，2019年为18.4%，2020年降至17.5%，2021年略增至17.7%。土壤碳储存的变化导致的温室效应潜力变化范围在–6.11%至–6.22%之间。显然，CO₂、N₂O和CH₄排放的联合影响是中国农业NGHGE波动的主要原因。

3. 不同GHG排放源的结构特征 (图2)：从2019年到2021年，农业碳源对GHG排放的贡献从高到低依次为：肠道发酵 > 水稻生产 > 化肥使用 > 粪便管理的N₂O排放 > 粪便管理的CH₄排放 > 柴油使用 > 农业电力使用 > 塑料覆盖 > 农药使用 ≈ 农田间接排放 > 秸秆还田 > 粪便还田。其中，肠道发酵和水稻生产的CH₄排放最高，年均分别占28.2%和22.8%，两者合计贡献在三年期间超过50%。秸秆还田和粪便还田的贡献最低，年均分别为1.5%和0.5%。

图2 2019–2021年中国农业碳排放源占比。

4. 2019–2021年中国农业不同GHG排放的结构特征 (图3)：CH₄排放从2019年的4.79×10⁸吨增加到2020年的4.85×10⁸吨，并在2021年达到4.95×10⁸吨。年增长率分别为1.1%和2.1%，表明增长速度有所放缓。在排放源方面，肠道发酵和水稻生产的CH₄排放显著。2019年，这些源分别占CH₄排放的50.4%和39.1%。三年中，肠道发酵的CH₄排放比例保持在48%以上。水稻生产的CH₄排放比例呈现下降趋势，2020年和2021年分别为38.8%和37.8%，与前一年相比分别下降了0.6%和2.5%。

图3 2019–2021年中国农业不同碳源对温室气体排放的贡献比例。

5. 粪便管理中CH₄排放的变化 (图4)：粪便管理的CH₄排放从2019年的5.05×10⁷吨增加到2020年的6.38×10⁷吨，增长了26.3%。2021年，粪便管理的CH₄排放进一步增加到6.92×107吨，年增长率为8.6%。其中，猪粪管理的CH₄排放最大，三年内从75.3%增加到81.0%。然而，非牛粪管理的CH₄排放比例从2019年的12.1%下降到2021年的10.9%，显示出三年的下降趋势。

图4 2019–2021年中国畜禽粪便管理甲烷排放总量及排放占比。

6. N₂O和CO₂排放的空间特征 (图5)：中国农业的NGHGE存在显著的区域差异，导致不同地区的NGHGE具有不同的区域特征。黑龙江、湖南、广东和四川是农业NGHGE最高的地区。高排放区域主要集中在东北、中部、南部和西南地区的重要农业区。相反，西部和中部欠发达的农业地区净排放相对较低。

图5 2020年中国温室气体排放总量前四大省份农业各类排放源占比。(a) 黑龙江，(b) 广东，(c) 湖南，(d) 四川。

▎讨论

1. CH₄排放特征：CH₄排放主要由肠道发酵、水稻种植和粪便管理引起，其中肠道发酵和水稻种植占总排放量85%以上。湖南省因水稻种植面积大，CH₄排放量居全国之首。猪粪管理对CH₄排放贡献显著，受生猪产业规模直接影响。

2. N₂O排放特征： 氮肥使用和粪便管理是N₂O排放的主要源头。不同省份因农业结构不同，这两大来源在总排放量中所占比例各异。河南省的N₂O排放中，氮肥使用和粪便管理各占相当比例，而广西则以氮肥使用为主。优化肥料使用和粪便管理是降低N₂O排放的关键。

3. CO₂排放特征：CO₂排放占农业温室气体排放近20%，各省份因农业投入差异，CO₂排放比例不一。现代化农业地区如江苏、广东需特别关注农业电力使用产生的排放。提高柴油机效率、采用清洁能源和控制电力消耗是减少CO₂排放的有效策略。

4. NGHGE趋势：2019–2021年，中国农业NGHGE逐年上升，超过7亿吨CO₂当量。CH₄、N₂O和CO₂排放均呈增长态势，其中CH₄排放量最高，年增长率超过2%。

5. 土壤碳固存作用： 2019–2021年，农业碳排放中超过6%通过土壤固存。土壤碳固存是农业生态系统中重要的碳汇，通过提高土壤有机碳含量，不仅能减少大气CO₂浓度，还能提升土壤肥力和作物产量。

6. 疫情对农业的影响： COVID-19对农业生产特别是畜牧业产生显著影响。2020年，猪粪管理的CH₄排放量同比增加33%，2021年增长率降至11%。疫情导致的供应链中断和需求减少是排放量增加的主要原因。

· 结 论 ·

本研究显示，中国农业温室气体排放的关键因素包括肠道发酵、水稻种植和猪粪管理，湖南省在排放与区域结构间有紧密联系。家畜业的变动突显了碳足迹差异，指出了针对性措施的迫切性。N₂O排放需创新策略，CO₂排放则需地区化减排政策和清洁能源转型。2019至2021年间，温室气体排放呈上升趋势，总量超过7亿吨CO₂当量。湖南省排放量最高，但土壤碳固存提供了有效抵消。黑龙江省净排放量最大，需制定针对性减排措施。土壤碳固存对减排贡献超过6%，凸显了免耕、休耕和利用秸秆、粪便资源的潜力。疫情对猪粪管理的影响揭示了行业的脆弱性。低碳农业的关键在于节能、减少化肥使用，并建立全面的农业数据库。这些发现为实现更绿色、韧性的农业未来提供了指导。

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