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Carbon efficiency of double-rice production system in Hunan Province, China.

湖南省双季稻生产系统碳效率


提高农作物生产系统的碳效率是实现低碳农业的重要途径之一.本文采用2004—2012年农作物产量、农田作物生产系统农资投入等统计数据,利用生命周期法和投入产出法,对湖南省双季稻生产系统碳排放、碳吸收和碳效率特征及其动态进行估算.结果表明: 湖南省2004—2012年双季稻生产系统年均碳排放总量为656.4×107 kg CE,其中化肥和农药生产运输碳排放占农资投入碳排放总量的大部分,分别约占70.0%和15.9%,碳排放总量年际间持续降低,年均降低率为2.4%,碳排放强度则表现为增长趋势;湖南双季稻生产系统2004—2012年年均碳吸收总量为1547.0×107 kg C,也呈现逐年降低的趋势,年降低率为1.2%,单位面积稻田碳吸收强度则表现为增长趋势;碳生产效率呈现缓慢增加的趋势,碳经济效率随着年份递进增加幅度较大,年均增长率为9.9%,碳生态效率则表现为稳定且较低,保持在2.4 kg C·kg-1 CE左右.表明湖南近几年双季稻生产系统碳综合效率提高缓慢,降低肥料和农药的投入量,提高利用效率是提高双季稻生产系统碳效率的关键.
 
 

Improving the carbon efficiency of crop production systems is one of the important ways to realize low-carbon agriculture. A life cycle assessment approach and inputoutput calculation method was applied for a doublerice production system in the Hunan Province. Based on statistical data of crop yield and investment in the production system in the period from 2004 to 2012, carbon emission, carbon absorption, carbon efficiency and their dynamic changes of the double rice production systems were estimated. The results showed that the average of annual carbon emission from 2004 to 2012 was 656.4×107 kg CE. Carbon emissions from production and transport of fertilizer and pesticide accounted for a majority of agricultural input carbon emissions, approximately 70.0% and 15.9%, respectively. The carbon emission showed a decreasing trend from 2004 to 2012 in the Hunan Province, with an annual reduction rate of 2.4%, but the carbon emission intensity was in a trend of increase. The average of annual carbon absorption was 1547.0×107 kg C. The annual carbon absorption also showed a decreasing trend from 2004 to 2012 in Hunan Province, with an average annual reduction rate of 1.2%, and the carbon absorption intensity showed a trend of increase. Furthermore, production efficiency of carbon showed a slow upward trend. The economic efficiency of carbon showed a larger increasing rate with time, with an average annual growth rate of 9.9%. Ecological efficiency of carbon was stable and low, maintained at about 2.4 kg C·kg-1 CE. It indicated that the integrated carbon efficiency of Hunan double rice crop production system improved slowly with time and the key to improve the carbon efficiency of double rice production systems lies in reducing the rates of nitrogen fertilizer and pesticide, and improving their use efficiencies.
 


全 文 :湖南省双季稻生产系统碳效率∗
陈中督1  吴  尧1  遆晋松1  陈  阜1∗∗  李  永2
( 1中国农业大学农学与生物技术学院农业部农作制度重点开放实验室, 北京 100193; 2湖南省长沙市宁乡县农业局, 长沙
410600)
摘  要  提高农作物生产系统的碳效率是实现低碳农业的重要途径之一.本文采用 2004—
2012年农作物产量、农田作物生产系统农资投入等统计数据,利用生命周期法和投入产出法,
对湖南省双季稻生产系统碳排放、碳吸收和碳效率特征及其动态进行估算.结果表明: 湖南省
2004—2012年双季稻生产系统年均碳排放总量为 656.4×107 kg CE,其中化肥和农药生产运
输碳排放占农资投入碳排放总量的大部分,分别约占 70.0%和 15.9%,碳排放总量年际间持续
降低,年均降低率为 2.4%,碳排放强度则表现为增长趋势;湖南双季稻生产系统 2004—2012
年年均碳吸收总量为 1547.0×107 kg C,也呈现逐年降低的趋势,年降低率为 1.2%,单位面积
稻田碳吸收强度则表现为增长趋势;碳生产效率呈现缓慢增加的趋势,碳经济效率随着年份
递进增加幅度较大,年均增长率为 9. 9%,碳生态效率则表现为稳定且较低,保持在 2. 4
kg C·kg-1 CE左右.表明湖南近几年双季稻生产系统碳综合效率提高缓慢,降低肥料和农药
的投入量,提高利用效率是提高双季稻生产系统碳效率的关键.
关键词  湖南; 双季稻; 碳效率; 生命周期法
∗公益性行业(农业)科研专项(201103001)资助.
∗∗通讯作者. E⁃mail: chenfu@ cau.edu.cn
2014⁃07⁃31收稿,2014⁃10⁃24接受.
文章编号  1001-9332(2015)01-0087-06  中图分类号  S181  文献标识码  A
Carbon efficiency of double⁃rice production system in Hunan Province, China. CHEN Zhong⁃
du1, WU Yao1, TI Jin⁃song1, CHEN Fu1, LI Yong2 ( 1Ministry of Agriculture Key Laboratory of
Farming System, College of Agronomy and Biotechnology, China Agricultural University, Beijing
100193, China; 2Ningxiang Agricultural Bureau, Changsha 410600, China) .⁃Chin. J. Appl.
Ecol., 2015, 26(1): 87-92.
Abstract: Improving the carbon efficiency of crop production systems is one of the important ways
to realize low⁃carbon agriculture. A life cycle assessment approach and input⁃output calculation
method was applied for a double⁃rice production system in the Hunan Province. Based on statistical
data of crop yield and investment in the production system in the period from 2004 to 2012, carbon
emission, carbon absorption, carbon efficiency and their dynamic changes of the double rice pro⁃
duction systems were estimated. The results showed that the average of annual carbon emission from
2004 to 2012 was 656.4×107 kg CE. Carbon emissions from production and transport of fertilizer and
pesticide accounted for a majority of agricultural input carbon emissions, approximately 70.0% and
15.9%, respectively. The carbon emission showed a decreasing trend from 2004 to 2012 in the Hu⁃
nan Province, with an annual reduction rate of 2.4%, but the carbon emission intensity was in a
trend of increase. The average of annual carbon absorption was 1547.0×107 kg C. The annual carbon
absorption also showed a decreasing trend from 2004 to 2012 in Hunan Province, with an average
annual reduction rate of 1.2%, and the carbon absorption intensity showed a trend of increase. Fur⁃
thermore, production efficiency of carbon showed a slow upward trend. The economic efficiency of
carbon showed a larger increasing rate with time, with an average annual growth rate of 9.9%. Eco⁃
logical efficiency of carbon was stable and low, maintained at about 2.4 kg C·kg-1 CE. It indica⁃
ted that the integrated carbon efficiency of Hunan double rice crop production system improved
slowly with time and the key to improve the carbon efficiency of double rice production systems lies
in reducing the rates of nitrogen fertilizer and pesticide, and improving their use efficiencies.
Key words: Hunan; double⁃rice cropping; carbon efficiency; life cycle assessment.
应 用 生 态 学 报  2015年 1月  第 26卷  第 1期                                                         
Chinese Journal of Applied Ecology, Jan. 2015, 26(1): 87-92
    以气候变暖为主要特征的全球气候变化受到各
界科学家的广泛关注.自工业革命以来(1760 年),
尤其是最近 50年,由人类活动造成的大量温室气体
排放是气候变暖的主要原因[1] .农业生产过程中灌
溉、机械化作业以及化肥农药的使用直接或间接地
造成了大量 CO2等温室气体的排放[2],根据《中华
人民共和国气候变化初始国家信息通报》,我国
2004年温室气体的总排放量为 36 亿 t CO2当量,农
业源温室气体排放占我国温室气体排放总量的
17%,高于世界平均水平.农业活动 CH4排放量为
17.2 Mt,其中,稻田 CH4排放量为 6.15 Mt,占农业活
动 CH4排放量的 36%[3] .因此,提高农业生产过程中
作物生产系统碳的利用效率是应对全球气候变化的
重要途径之一.碳作为农业生产系统中的一种重要
资源,其利用效率是指排放单位数量碳所产出的经
济产量和经济价值等有效价值量[4] .刘巽浩等[5]进
一步指出现代农业提倡的低碳就是研究农田生态系
统的碳流,以提高单位产品的碳效率.目前,随着人
类对气候变暖重视程度的提高,关于碳效率的研究
才逐步开展,还处于一个起步阶段.Mrini 等[6]分析
摩洛哥甜菜不同种植规模的碳生态效率发现,小规
模的碳生态效率大于大规模.Dubey 等[7]测算了美
国俄亥俄州和印度旁遮普邦农业的碳生态效率,并
对两地农业生产的可持续性进行了评价.国内学者
也已经开始相关方面的研究,王福军等[8]利用指数
评价方法从生态和经济两个角度对不同耕作措施进
行碳可持续性评价,指出免耕碳生态效率最高,经济
效率最低;卢小宏等[9]利用投入产出法的理论和方
法研究了北京地区主要农作模式的碳投入产出及碳
效率情况,指出北京地区种植春玉米碳生态效率最
高,有利于实现农田的固碳减排;Cheng 等[10]研究
指出,2003年之后我国作物生产系统碳生产效率呈
显著下降趋势,提高的关键在于提高氮肥利用率.
湖南省是长江流域典型的双季稻三熟农作区
域,双季稻耕地面积约占全国水稻耕地面积的
4􀆰 7%,占全国稻谷总产量的 8.6%,是我国双季稻生
产的主要省份之一[11] .近年来,随着农业现代化进
程的加快,湖南省水稻种植生产过程中单位面积能
源、化肥、农药等农业生产资料投入增加,一方面降
低了农业生产效益,另一方面也间接导致温室气体
排放量大幅上升[12] .因此,本研究对双季稻生产系
统碳排放和吸收的总量和构成进行统计核算,初步
探讨湖南省近 10年双季稻生产系统的碳生产效率、
碳经济效率和碳生态效率特征和动态变化情况,以
进一步深化对双季稻田固碳减排的认识.
1  数据来源及计算方法
1􀆰 1  碳排放量估算
本研究中,湖南省双季稻生产系统碳排放量包
括从双季稻播种到收获的整个农田生产过程中所造
成的间接和直接碳排放当量值,碳排放强度为双季
稻生产系统单位面积碳排放量,其主要来源包括化
肥、农药和农膜生产和使用过程中所导致的碳排放,
灌溉过程中电能利用间接耗费化石燃料所形成的碳
排放,农业机械使用消耗化石燃料(主要是农用柴
油)等所产生的碳排放,以及稻田温室气体碳排
放[13] .稻田生态系统排放的温室气体主要有 N2O、
CH4和 CO2,但水稻光合作用所固定的 CO2要大于呼
吸 CO2,在水稻生育期内的 CO2净排放通量为负值,
一般不列入稻田温室气体排放清单[14],因此本研究
只分析 N2O和 CH4的温室气体碳排放.稻田碳排放
量估算公式为:
CT =C input+ CN2O+ CCH4 (1)
式中:CT表示双季稻生产系统的碳排放总量 ( kg
CE);C input表示双季稻作物生产系统生产资料的碳
排放当量(kg CE);CN2O和 CCH4分别表示水稻生长季
中所累积的 N2O和 CH4的碳排放当量(kg CE).
1􀆰 1􀆰 1农资投入碳排放量估算  农资投入碳排放量
是指从播种到收获整个农田生产过程中由于投入农
药、化肥和机械等造成的间接碳排放当量值:
C input =∑

i = 1
(∂m) i (2)
式中:n表示该双季稻生产系统从播种到收获整个
过程消耗的农业生产资料(化肥、农药等的种类);∂
表示某种农资的消耗量(kg);m 表示某种农资的碳
排放参数,本研究农资产品碳排放参数见表 1.
表 1  各种农业资料的碳排放系数
Table 1  Index of carbon emission of different materials for
agricultural production
项目
Item
碳当量
Index of
carbon emission
参考文献
Reference
化肥 Fertilizer
  氮肥 N 0.65 kg CE·kg-1 [15]
  磷肥 P2O5 0.18 kg CE·kg-1 [15]
  钾肥 K2O 0.16 kg CE·kg-1 [15]
农膜 Agricultural film 5.18 kg CE·kg-1 [8]
柴油 Diesel 0.24 kg CE·kg-1 [15]
灌溉 Irrigation 20.48 kg CE·hm-2 [13]
农药 Pesticide 4.93 kg CE·kg-1 [16]
水稻种子 Rice seed 0.11 kg CE·kg-1 [16]
88 应  用  生  态  学  报                                      26卷
1􀆰 1􀆰 2稻田温室气体碳排放当量估算   双季稻田
N2O的碳排放当量按照 FAO提供的方法[17]估算:
CN2O =N×1.97%×298×12 / 44 (3)
式中:N是氮肥投入量( kg);1.97%是经 FAO 测算
的氮肥投入量转化为 N2O 的排放系数;298 是 100
年尺度上 N2O 的相对全球增温潜势为 CO2 的 298
倍;12 / 44是 CO2当量与碳当量的转换系数.
Bachelet等[18] 于 1995 年基于净初级生产力
(NPP)法计算稻田 CH4的碳排放当量:
CCH4 =NPP×5%×25×12 / 44 (4)
式中:NPP表示年净初级生产力(kg);5%是 NPP转
化为 CH4的系数;25 是 100 年尺度上 CH4的相对全
球增温潜势为 CO2的 25 倍;12 / 44 是 CO2当量与碳
当量的转换系数.
1􀆰 2  碳吸收量估算
碳吸收量是指通过光合作用固定在生物体内的
有机碳量,碳吸收强度为双季稻生产系统单位面积
碳吸收量.本研究中双季稻生产系统经济产量、秸
秆、根以及总的碳吸收量的计算公式[19]如下:
经济产量的含 C量(CG):CG =M×(1-w)×0.45
(5)
秸秆含 C量(CH):CH =CG / H-CG (6)
根含 C量(CR):CR =(CG+CH)×R (7)
总生物量中的含 C量(CA):CA =CG+CH+CR
(8)
式中:M为经济产量(kg);w 为经济产量的含水量;
H为收获指数;R为根冠比系数;0.45 为生物量与含
C量的转化系数[20];水稻收获指数、含水量和根冠
比参数分别为 0.51、0.14和 0.18[21] .
1􀆰 3  碳效率核算
1􀆰 3􀆰 1碳生产效率  作物生产中碳生产效率是经济
产量与碳排放量的比值,是衡量碳排放的经济产量
的效率指标[19]:
CC =M / CT (9)
式中:CC为碳生产效率(kg·kg
-1 CE);M 是作物的
经济产量(kg);CT为碳的排放量(kg CE).
1􀆰 3􀆰 2碳经济效率  碳经济效率是经济产值与碳排
放量的比值,是测量作物生产经济效益的指标[19]:
CE =(M×P) / CT (10)
式中:CE为碳经济效率(CNY·kg
-1 CE);P 为经济
产量的销售价格.
1􀆰 3􀆰 3碳生态效率  碳生态效率是指双季稻通过光
合作用固定在体内的碳量与碳排放量的比值,是评
估农业生产可持续性的指标之一[19]:
CS =CA / CT (11)
式中:CS是碳生态效率(kg C·kg
-1 CE);CA是碳的
吸收量(kg C).
1􀆰 4  数据来源
本研究数据资料主要来源于 2005—2013年《湖
南农村统计年鉴》 [22]、《全国农产品成本收益资料汇
编》 [23] .其中历年双季稻播种面积、产量、电力灌溉
面积、机械柴油使用量和农药使用量来自于《湖南
农村统计年鉴》 [22],历年化肥施用量、农膜使用量、
早晚稻种子使用量和早晚稻出售价格均来源于《全
国农产品成本收益资料汇编》 [23] .
2  结果与分析
2􀆰 1  湖南省双季稻生产系统碳排放及其特征
湖南省双季稻生产系统的碳排放总量近 10 年
平均减少率为 2.4%,其中化肥、农膜、稻田 N2O 和
CH4的碳排放量都呈现不同程度的减少,年均减少
率分别为 4.0%、8.1%、5.4%和 1.9%;种子、农药、电
力灌溉和农田机械的碳排放量呈现不同程度的增
长,近 10年年均增长率分别为 2.5%、15􀆰 9%、0􀆰 9%
和 9.8%.从湖南省双季稻生产系统主要途径的碳排
放比例来看,双季稻田 CH4排放所引起的碳排放量
近 10年所占比例达到 80.8% ~ 84.6%,稻田 N2O 排
放所引起的碳排放量占 7.1% ~ 10.8%.湖南省双季
稻生产系统间接碳排放量中,化肥所引起的碳排放
比例最高,超过间接总排放量的 70.0%,其次是农
药,近 10年平均达到 15.9%左右,随着年份的递进,
其所占比例有增加的趋势.由于湖南省双季稻的耕
地面积近年来下降趋势明显,年均下降率为 2.6%,
因此,湖南省双季稻生产系统的碳排放强度呈现缓
慢增加的趋势,2004 年为 4􀆰 49 × 103 kg CE·hm-2,
2012年增加为 4.65×103 kg CE·hm-2,近 10年年均
增长率为 0.5%(表 2).
2􀆰 2  湖南省双季稻生产系统碳吸收及其特征
由1.2中粮食作物生产系统碳吸收量的计算方
法,计算出湖南省 2004—2012年双季稻生产系统总
的碳吸收量及经济产量、秸秆和根的碳吸收量情况
(表 3).总体上,近 10 年湖南省双季稻生产系统的
碳吸收量呈减少趋势,从 2004 年的 1567􀆰 25 × 107
kg C减少到 2012 年的 1401.39×107 kg C,年平均减
少了 18.5×107 kg C.2004—2012 年,经济产量、秸秆
和根的年均碳吸收量分别为 668.61×107、642.39×
107和 235.98×107 kg C,分别占双季稻生产系统碳吸
981期                                陈中督等: 湖南省双季稻生产系统碳效率           
表 2  湖南省双季稻生产系统种植面积、碳排放量及碳排放强度(2004—2012年)
Table 2  Planting area, carbon emission amount and intensity in double⁃rice production system in Hunan Province from 2004
to 2012
年份
Year
种植面积
Planting
area
(106 hm2)
碳排放量 Carbon emission amount (107 kg CE)
化肥
Fertilizer
种子
Seed
农药
Pesticide
农膜
Film
灌溉
Irrigation
机械
Machinery
氧化亚氮
N2O
甲烷
CH4
总计
Total
碳排放强度
Carbon emission
intensity
(×103 kg CE·hm-2)
2004 1.58 51.99 0.35 4.59 9.84 1.47 0.55 76.45 573.83 719.07 4.49
2005 1.57 45.80 0.39 5.18 8.57 1.48 0.55 75.13 573.94 711.04 4.54
2006 1.59 44.18 0.39 6.11 6.32 1.49 0.64 70.43 590.32 719.87 4.53
2007 1.58 44.16 0.40 7.82 6.05 1.47 0.79 68.83 587.75 717.28 4.55
2008 1.56 42.01 0.47 11.09 4.38 1.51 0.94 63.35 583.84 707.59 4.53
2009 1.35 36.51 0.4 10.41 3.99 1.45 1.14 51.27 513.44 618.60 4.59
2010 1.31 37.35 0.42 10.95 2.76 1.50 1.18 48.62 496.47 599.24 4.59
2011 1.31 35.57 0.44 11.20 2.97 1.52 1.09 45.65 501.24 599.67 4.61
2012 1.21 33.35 0.43 11.14 2.66 1.59 1.03 39.66 473.45 563.32 4.65
表 3  湖南省双季稻生产系统碳吸收量及碳吸收强度
(2004—2012年)
Table 3  Carbon absorption amount and intensity in double⁃
rice production system in Hunan Province from 2004 to
2012
年份
Year
碳吸收量
Carbon absorption amount (107 kg C)
经济产量
Economic
yield
秸秆
Residue

Root
总计
Total
碳吸收强度
Carbon absorption
intensity
(×103 kg C·hm-2)
2004 677.37 650.81 239.07 1567.25 9.92
2005 699.00 671.58 246.70 1617.28 10.32
2006 721.69 693.39 254.72 1669.80 10.52
2007 722.49 694.16 255.00 1671.65 10.60
2008 720.96 692.68 254.45 1668.09 10.69
2009 623.99 599.52 220.23 1443.75 10.71
2010 618.38 594.13 218.25 1430.77 10.92
2011 627.93 603.31 221.62 1452.87 11.10
2012 605.68 581.93 213.77 1401.39 11.57
收量的 43.2%、41.5%和 15.3%,经济产量和秸秆的
碳吸收量差异不明显,但均高于根的碳吸收量.经济
产量、秸秆和根的碳吸收量也均呈缓慢减少趋势,近
10 年年均减少量分别为 7. 97 × 107、7􀆰 65 × 107和
2􀆰 81×107 kg C.近 10年来,双季稻生产系统碳吸收强
度则呈增加趋势,从 2004年的 9􀆰 92×103 kg C·hm-2
增加到 2012年的 11.57×103 kg C·hm-2,近 10 年年
均增长量为 0.18×103 kg C·hm-2·a-1 .
2􀆰 3  湖南省双季稻生产系统碳效率
利用1.3 中双季稻生产系统碳效率的计算公
式,分别得到 2004—2012年湖南省双季稻生产系统
的碳生产效率、碳经济效率和碳生态效率(表 4).湖
南省双季稻生产系统碳生产效率呈现增加趋势,但
增长缓慢,由 2004 年的 2. 50 kg·kg-1 CE 增加到
2012年的 2.80 kg·kg-1 CE,年均增加率为 1.3%.近
10年来湖南省水稻价格上升幅度较为明显,早稻价
表 4  湖南省双季稻生产系统碳效率(2004—2012年)
Table 4   Carbon efficiency of double⁃rice production sys⁃
tem in Hunan Province from 2004 to 2012
年份
Year
碳生产效率
Production
efficiency of C
(kg·kg-1 CE)
碳经济效率
Economic
efficiency of C
(CNY·kg-1 CE)
碳生态效率
Ecological
efficiency of C
(kg C·kg-1 CE)
2004 2.50 3.64 2.24
2005 2.57 3.59 2.30
2006 2.61 3.87 2.34
2007 2.62 4.22 2.35
2008 2.65 4.91 2.37
2009 2.62 4.83 2.35
2010 2.67 5.64 2.39
2011 2.71 6.59 2.42
2012 2.80 6.88 2.50
格由 2004 年的 1.42 CNY·kg-1上升到 2012 年的
2􀆰 58 CNY·kg-1,年均涨幅为 9. 1%,晚稻价格由
2004年的 1. 56 CNY·kg-1上升到 2012 年的 2. 62
CNY·kg-1,年均涨幅为 7.6%,因此,碳的经济效率
增加幅度较大,近 10 年增长将近 1 倍,年平均增加
量为 0􀆰 36 CNY·kg-1 CE·a-1 .双季稻生产系统碳
生态效率保持平稳且较低,维持在 2.36 kg C·kg-1
CE左右.
3  讨    论
目前,国内外对于农作物生产系统碳效率的研
究尚处于起步阶段,也没有一个较为统一的方法,各
种研究结果都是在不同的情景下获得的,尤其是对
于作物生产系统碳排放的边界定义存在很多分歧,
因此研究结果较为粗糙.本研究灵活运用生命周期
法和投入⁃产出法[24],对稻田生产系统碳排放的计
算包含了农资碳排放和田间温室气体碳排放,碳效
率的计算中则引入了碳投入⁃产出的概念,因此对整
09 应  用  生  态  学  报                                      26卷
个稻田生产系统的碳效率计算较为全面客观.曹黎
明等[25]运用生命周期法研究表明,上海崇明县单季
晚稻生产系统碳的生产效率和生态效率分别为
2􀆰 97 kg·kg-1 CE和 2􀆰 67 kg C·kg-1 CE;米松华[26]
计算浙江省等地水稻生产系统碳的经济效率为 5.57
CNY·kg-1 CE.本研究表明,湖南省双季稻生产系统
近 10年碳的平均生产效率、经济效率和生态效率分
别为 2􀆰 64 kg·kg-1 CE、4􀆰 91 CNY·kg-1 CE和 2􀆰 36
kg C·kg-1 CE,研究结果与前人研究结果存在一定
的差异.这一方面是由于双季早稻或晚稻产量基本
上略低于中稻和一季晚稻产量,从而降低了碳吸收
量,因此,双季稻的生产效率和生态效率略低于单季
稻;另一方面,湖南省是我国水稻生产的主要省份,
由于供求关系的影响,水稻收购价格要低于浙江省
水稻收购价格,这也导致了湖南省的水稻碳经济效
率低于浙江省的水稻碳经济效率.农作物生产系统
中碳效率受不同作物、种植模式、生产管理方式及社
会经济条件等多方面因素的影响[19],并且各因素之
间又相互影响,因此,不同区域农作物生产系统的碳
效率差异显著.
湖南省双季稻生产系统碳排放总量呈现逐年下
降的趋势,这主要是由于近年来受经济效益及农村
劳动力短缺的影响,该省双季稻种植面积呈下降趋
势,部分地方出现了双季稻改种一季稻,即双改单的
现象[27],近 10年双季稻种植面积年均下降 2.6%.但
是,从双季稻单位面积碳排放强度看,近 10 年单位
面积碳排放强度呈现增加趋势.因此,在保证单位面
积产量的基础上,提高双季稻生产系统碳综合效率,
降低稻田单位面积的碳排放量才是双季稻田低碳生
产的关键.农业生产过程中,施肥是调控农田系统生
产力的重要手段[28],可以促进农作物生长,提高农
作物产量,增加作物生产系统的固碳量;另一方面生
产和运输化肥需要消耗化石能源,从而造成碳排放,
对温室效应也有一定的影响[29] .本研究发现,湖南
省单位面积稻田的化肥使用呈现逐年递增的趋势,
在双季稻作物生产资料的碳排放构成中,化肥所引
起的碳排放比例最高,超过生产资料总排放量的
70%.据研究统计,湖南农业尤其是集约高产区,化
肥使用普遍存在浪费的现象,单位面积化肥使用量
为全国平均水平的 1.31 倍[30] .此外,由于湖南省特
殊的气候条件,十分有利于病虫害的繁衍,近年来生
物灾害发生频率高[31],单位面积的水稻田农药用量
呈现逐年增加的趋势,与 2004 年相比,2012 年双季
稻单位面积农药使用量是其 3 倍多[23] .农药使用造
成的碳排放是仅次于化肥的第二大农资投入碳排放
源,约占农资碳排放总量的 15.9%.本研究表明,化
肥和农药两部分投入所造成的碳排放约占农资碳排
放总量的 86%.因此,降低肥料和农药的投入量,提
高两者利用效率是提高湖南双季稻生产系统碳效率
的关键.
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作者简介  陈中督,男,1988 年生,博士研究生.主要从事农
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责任编辑  张凤丽
29 应  用  生  态  学  报                                      26卷