宁夏主要农作物生产碳足迹测算与分析

摘要 以宁夏5个地级市为研究区域，分析2008—2020年宁夏3种主要农作物的产量变化，测算3种主要农作物生产的碳足迹，比较碳足迹的变化特征和地区间的差异。结果表明，2008—2020年，宁夏稻谷、小麦和玉米3种主要农作物生产的碳足迹增长了3.81%，碳足迹累计量达到2 536.49万t CO2当量（CO2-eq），其中玉米生产的碳足迹累计量占总累计量的比重超过50%；银川市和吴忠市3种农作物生产的碳足迹相对较高，其碳足迹累计量占宁夏碳足迹累计量的比重均超过25%；5个地级市碳足迹之间的差异逐渐减小。为了降低农作物生产过程中的碳足迹，应合理使用化肥、提高化肥利用效率，减少或禁止农作物秸秆的焚烧，加大秸秆还田力度，加强对耕地的保护和管理，提高农田固碳能力。

关键词 农作物生产；碳足迹；变异系数；宁夏

中图分类号 X24  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2023）16-0071-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.16.018

Calculation and Analysis on Carbon Footprint of Main Crop Production in Ningxia

YANG Fu-jie， MA Jun

（Ningxia Petroleum Chemical Research Academy of Environmental Sciences， Yinchuan， Ningxia 750000）

Abstract Five cities in Ningxia Province are chose as research area， this paper analyzes the variations in yields of three main crops，calculates the carbon footprint of three crop production from 2008 to 2020， and compares the variation characteristic and regional differences of carbon footprint. The results show that from 2008 to 2020， the carbon footprint of three crop production in Ningxia increased by 3.81%， and the total cumulative carbon footprint reached 2 536.49×104 t CO2 equivalents （CO2-eq）， of which the cumulative carbon footprint of maize production accounted for more than 50%；the carbon footprint of three crop production in Yinchuan and Wuzhong cities were higher than that in other three cities， and there was a trend of decrease in regional differences of carbon footprint. In order to reduce the carbon footprint and environmental impact of crop production in Ningxia，chemical fertilizers should be used rationally， the behavior of burning crop straw should be prohibited and straw returning should be encouraged and advocated， and farmland should be well managed and protected.

Key words Crop production；Carbon footprint；Variation coefficient；Ningxia

作者简介 杨伏杰（1989—），男，宁夏银川人，工程师，硕士，从事节能与环保、环境影响评价研究。

收稿日期 2022-08-14

农业生产活动被认为是全球温室气体的主要排放源之一，贡献了全球温室气体排放量的19%～29%［1］。作为粮食生产和消费大国，中国农业生产温室气体排放量占全国总排放量的19%［2］，并且排放量以2.8%的年均增速不断增长［3］。因此，为了实现“碳达峰、碳中和”和低碳发展目标，控制和减缓农业系统的碳排放至关重要。同时，中国作为人口大国，对粮食需求量巨大，必须保证耕地面积不减少、保障粮食安全，因此，农业系统既要满足和保障充足的粮食生产需求，又要尽可能地降低农作物生产对环境的影响（如温室气体排放）。

“足迹”方法能够有效地量化生产过程或活动对环境的影响［4］。碳足迹被广泛用于量化和评估生产过程或活动产生的碳排放量。农作物生产碳足迹是指农作物生产过程的温室气体净排放量［5］，即农业生产温室气体排放与土壤固碳量的差值［6］。目前，学者们针对中国农作物生产碳足迹开展了大量的研究。现有研究主要集中在全国层面［3，6］、省级层面［7-8］和中东部地区［9］，而针对西部地区特别是市级层面农作物生产碳足迹的量化研究仍比较欠缺。

宁夏地处我国西北内陆、黄河上游，农业资源十分丰富，是我国西北地区重要的商品粮基地，也是我国重要的农业产区，素有“塞上江南”“鱼米之乡”的美誉，对保障区域和全国粮食安全发挥着重要作用。桂河等［10］基于农地利用、农田土壤、水稻种植和畜牧养殖4大类农业碳排放源，测算分析了宁夏2000—2019年农业碳排放时序特征。曾宪芳等［11］基于农田生产的实地调查数据，利用碳足迹的基本理论和方法，测算了宁夏平罗县主要农作物的碳足迹。吴金凤等［12］选取位于农牧交错带的宁夏盐池县为研究区，分析了平罗县1995—2012年种植业碳足迹变化特征。然而，现在关于宁夏主要农作物生产碳足迹的研究和关注度仍较低、分析不够深入，在保障粮食安全和“碳达峰、碳中和”的大背景下，有必要就宁夏主要农作物生产的环境影响（碳足迹）开展更深入、全面的分析。该研究以宁夏5个地级市作为研究区，测算分析主要农作物生产的碳足迹变化特征和地区差异，以期为宁夏农业系统开展碳减排、降低农业生产的环境影响提供参考。

1 研究方法与数据

1.1 农作物生产碳足迹测算

农作物生产碳足迹包括从播种到收割整个过程中所涉及的直接碳排放和间接碳排放［8］。其中，直接排放包括土壤碳流失和排放，土壤N2O排放，水稻种植和稻田产生的CH4排放，土壤固碳，农业机械在耕地、播种、收割过程中因使用能源产生的CO2排放，农作物秸秆焚烧产生的N2O和CH4排放，灌溉过程产生的CO2排放（柴油机燃油排放）；间接排放主要来自灌溉、化肥和农药等，灌溉消耗电力发电产生的CO2排放，化肥和农药在生产、运输等过程中因消耗能源产生的CO2排放。农作物生产的碳足迹等于上述所有直接和间接排放之和减去土壤固碳量。由于农业生产过程产生的温室气体包括CO2、N2O和CH4，通常采用IPCC［13］推荐的方法将N2O和CH4转换为CO2当量（CO2-eq）。

在明确碳足迹测算边界和范围的基础上，文献中主要利用生命周期分析方法［14］测算和评估农作物生产碳足迹。宁夏农作物种植以稻谷、小麦和玉米为主，其播种面积和产量相对较高，其他农作物播种面积和产量相对较低，因此该研究仅测算和分析宁夏5个地级市的稻谷、小麦和玉米3种主要农作物生产碳足迹。由于市级层面的部分数据不易获取或公开的统计资料中未能提供，因此，结合已有的研究成果［15］，采用主要农产品全生命周期温室气体排放系数（单位农产品碳排放系数）来测算农作物生产的碳足迹。

CFi=Pi×ci（1）

式中：CFi表示第i种农作物生产的碳足迹；Pi表示第i种农作物或农产品的产量；ci表示第i种农作物或农产品的碳排放系数。宁夏稻谷、小麦和玉米3种主要农作物碳排放系数见表1。

1.2 地区间碳足迹的差异分析

使用碳足迹变异系数表征地区间农作物生产碳足迹的差异大小，根据变异系数的计算方法［16］，碳足迹变异系数表达式如下：

α=1CF·

1R-1·Rr=1（CFr-CF）2（2）

式中：α表示碳足迹变异系数；R表示地区数，R=5；CFr表示第r个市的农作物生产碳足迹；CF表示5个市的农作物生产碳足迹平均值。变异系数越小表示地区间碳足迹差距越小。

1.3 数据来源

该研究所使用的数据包括稻谷、小麦和玉米3种主要农作物的产量和农产品生产的碳排放系数。其中，宁夏5个地级市3种农作物的产量数据来自历年《宁夏统计年鉴》；农产品生产的碳排放系数采用Liu等［7］、Zhang等［8］的研究结果。文献［7］～［8］研究了中国各省份主要农作物生产的碳足迹，提供了各省份单位农产品生产的碳足迹或碳排放系数，选取其研究结果中宁夏稻谷、小麦和玉米生产的碳排放系数，并采用两者的平均值作为3种农作物生产的碳排放系数（表1），以此测算宁夏5个地级市农作物生产的碳足迹。

2 结果与讨论

2.1  宁夏各市主要农作物产量

2008—2020年，宁夏3种主要农作物（稻谷、小麦和玉米）总产量平稳增长，由280.39万t增至326.26万t（图1a），年均增长率为1.27%。其中，稻谷和小麦产量总体上呈下降趋势，分别由66.38万t和64.07万t降至49.39万t和27.79万t，年均分别下降2.43%和6.72%；而玉米产量保持增长，由149.94万t提高至249.07万t，年均增长4.32%。

2008—2020年，银川市、吴忠市、中卫市的稻谷产量总体上均有所下降（图1b），分别由37.48万t、11.42万t、9.02万t降至23.29万t、9.59万t、4.00万t，特别是“十三五”期间，银川和吴忠市的产量下降较快；石嘴山市的稻谷产量略有增加，由8.47万t增至12.52万t；固原市没有种植和生产稻谷。

2008—2020年，宁夏5个市的小麦产量总体上均呈下降状态（图1c），其中，吴忠市的产量下降幅度最大，由16.79万t降至2.41万t，年均降速为14.95%；固原市的产量在“十三五”期间稳中有增，由2016年的10.63万t增至2020年的11.59万t。

2008—2020年，宁夏5个市的玉米产量均有不同程度的增长（图1d），其中，增长幅度最大的是固原市，其次是中卫市，产量分别由14.81万t、24.79万t升至43.40万t、52.60万t，年均分别增长9.37%、6.47%；其余3个市的玉米产量增幅相对较低。

2.2 宁夏主要农作物生产碳足迹

2008—2020年，宁夏3种主要农作物生产的碳足迹呈波动增长趋势（图2a），由182.23万t CO2-eq上升到189.18万t CO2-eq，增加了3.81%。

就不同农作物生产的碳足迹而言，由于其碳足迹等于各自的产量与相应的碳排放系数的乘积，因此其碳足迹与各自的产量变化趋势一致。稻谷、小麦、玉米生产的碳足迹分别由2008年的40.98万t CO2-eq、61.88万t CO2-eq、79.37万t CO2-eq变为2020年的30.50万t CO2-eq、26.84万t CO2-eq、131.84万t CO2-eq。

2008—2020年，宁夏3种主要农作物生产的碳足迹总累计量达到2 536.49万t CO2-eq，其中，稻谷、小麦、玉米生产的碳足迹累计量分别为516.95万t CO2-eq、620.27万t CO2-eq、1 399.27万t CO2-eq，分别占总累计量的20.38%、24.45%、55.17%（图2b）。

2.3 宁夏各市农作物生产碳足迹

2008—2020年，在宁夏5个地级市中，银川市和吴忠市3种农作物生产的碳足迹总量相对较高（图3a），其中银川市的碳足迹总量有所下降，由2008年的56.70万t CO2-eq下降到2020年的40.92万t CO2-eq；而吴忠市的碳足迹总量则相对稳定，由2008年的50.51万t CO2-eq变为2020年的50.99万t CO2-eq。石嘴山市、固原市和中卫市3种农作物生产的碳足迹总量相对较低，且均有所增长，分别由2008年的27.25万t CO2-eq、19.59万t CO2-eq、28.29万t CO2-eq增至2020年的30.77万t CO2-eq、34.17万t CO2-eq、32.33万t CO2-eq。