全 文 ：王帅，张晶，刘富刚. 德州市低碳农业发展潜力分析及对策[J]. 生态科学, 2012. 31(1): 69-74.
WANG Shuai, ZHANG Jing, LIU Fu-gang. Analysis on development potential of low-carbon agriculture in Dezhou and countermeasures
[J]. Ecological Science, 2012.31(1): 69-74.
德州市低碳农业发展潜力分析及对策

王 帅，张 晶，刘富刚*
德州学院地理系，山东，德州 253023

【摘要】进入 21 世纪，农业节能减排逐渐引起人们的关注。运用能源碳排放计算模型，对德州市 2003-2008 年农业碳源、碳汇
进行计算分析，结果表明：（1）目前德州市农业碳源现状为 7.29TgCO2eq·a
-1，其中由农业能源消费、土壤呼吸、化肥施用和牲
畜饲养造成碳排放分别为 2.81、2.12、0.93 和 1.43TgCO2eq·a
-1；（2）农业碳汇现状能力为 9.24TgCO2eq·a
-1，包括由于土地利用
变化造成的碳排放 4.73TgCO2eq·a
-1 和通过施用有机肥和实施秸秆还田的固碳能力 4.51TgCO2eq·a
-1；（3）碳汇能力较碳源释碳
量有所盈余，具有发展低碳农业的潜力。从减源、增汇两个方面提出德州市未来发展低碳农业的相关措施，如调整农业产业结
构，改进土地利用方式、实行保护性耕作、提倡农村可再生能源利用、推广立体种养模式，发展种养结合的循环农业等。
关键词：低碳农业；碳汇；碳源；发展潜力；德州市
doi:10.3969/j.issn. 1008-8873.2012.01.013 中图分类号：F062.2, X24 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2012)01-069-06
Analysis on development potential of low-carbon agriculture in Dezhou and
countermeasures
WANG Shuai，ZHANG Jing，LIU Fu-gang
*

Department of Geography，Dezhou University，Dezhou 253023，China
Abstract：In the 21st century, the agricultural energy-saving and emission-reduction is gaining global attention. Taking Dezhou as a case,
we use different calculation models of energy carbon emissions to evaluate the status of carbon sink and carbon source from 2003 to
2008. The results are as follows. (1)The current carbon emission capacity of agriculture in Dezhou is 7.29TgCO2eq·a
-1, including the
agricultural energy consumption carbon emissions 2.81TgCO2eq·a
-1, contribution of soil respiration 2.12 TgCO2eq·a
-1, chemical
fertilizers 0.93 TgCO2eq·a
-1, and the emissions caused by keeping livestock 1.43TgCO2eq·a-1.(2) The present status of agricultural
carbon sinks capacity is 9.24 TgCO2eq·a
-1, including the carbon emissions caused by land use change 4.73 TgCO2eq·a
-1, and the final
carbon sequestration capacity through the application of organic manure and implementing straw returning 4.51TgCO2eq·a
-1.(3) The
current capacity of carbon sink is more than emissions, which suggests that it will be easy to develop low-carbon agriculture in Dezhou
in the near future. From two aspects of reducing source and increasing sink capacity, we build the future low-carbon agricultural
development model of Dezhou and propose some measures, such as adjusting agricultural industrial structure and improving land use,
implementing conservation tillage, advocating the model of stereoscopic plantation, and developing circular agriculture with planting and
breeding.
Key words：low-carbon agriculture；carbon sink；carbon source；development potential；Dezhou

收稿日期：2011-5-13收稿；修回日期：2012-1-10
作者简介：王帅(1989—)，男，河南驻马店人，本科生。E-mail:siyueqingfeng0086@163.com
*通讯作者：刘富刚(1964—)，男，山东济南人，教授，主要从事农业生态环境研究。E-mail:dzxylfg@163.com
第 31 卷第 1 期 生 态 科 学 31(1):69-74
2012 年 1 月 Ecological Science Jan. 2012
1 引言 (Introduction)

进入 21 世纪，由温室效应引起的全球气候变化
成为世界各国共同关注的焦点，如何实施节能减排，
实现可持续发展引起广泛关注，―低碳经济‖应时而
生，并由此引申出低碳社会、低碳城市、低碳农村
和低碳农业等理念[1]。低碳农业是一种通过技术改
进、制度创新、产业转型、新能源利用等手段，降
低农业系统碳源影响，扩大碳汇效应，以温室气体
减排为核心的，―低能耗、低污染、低排放‖的新型、
综合农业形态[2]。
近二十年来，随着农业集约化和现代化水平的提
高，农业碳排放有增加的趋势，并已成为温室气体的
第二大重要来源。如何减少农业温室气体排放量，转
变农业增长方式，发展低碳农业，逐步成为学者研究
的热点。目前，国外有关低碳农业的研究主要集中在
农业碳减排的技术措施和制度政策上[3~4]；国内相关
研究主要集中在对理论概念的定性研究和农业生态
系统碳源碳汇的定量计算上[5~14]，对从区域农业生态
系统整体上分析低碳农业的发展潜力研究较少。本文
以山东省德州市为例，根据 IPCC（联合国政府间气
候变化专门委员会）碳排放计算指南，结合中国能源
消费和能源统计资料，运用农业能源碳排放、化石燃
料碳排放等计算模型，从碳源与碳汇两个方面分析德
州市低碳农业的发展现状及存在的问题，提出适合德
州市未来发展低碳农业的对策，以期为促进区域现代
农业由高碳经济向低碳经济转型提供理论借鉴，实现
农业可持续发展。
2 材料与方法 (Materials and methods)
2.1研究区农业概况
德州市地处鲁西北平原，北纬 36°24-38°0、东
经 115°45-117°24之间，总面积 10356 km2。属暖温
带季风性气候，光照充足，四季分明。德州市农业历
史悠久，是全国重要的粮棉生产基地。2010 年全市
国民生产总值 16.58×1010 元，其中农业总产值
4.43×10
10元，粮食总产 70.41×106t。该区农产品粮食
作物以冬小麦和玉米为主，其次是蔬菜、棉花、油料
和大豆等经济作物，畜禽以猪、羊、禽类为主[15]。
根据德州市 2008 年土地利用结构调查统计，农
用地面积为 69.88×104hm2，占全市土地总面积的
67.48%，人均耕地 0.11hm2；建设用地 18.54×104hm2，
占 17.90%；未利用地 4.57×104hm2，占 4.41%（图 1）。

图 1 德州市 2008 年土地利用现状示意图
Fig.1 Schematic diagram of land use status of Dezhou in 2008

表 1 德州市 2003-2008 年农业能源 CO2排放量
Table 1 CO2 emissions of agricultural energy consumption in Dezhou from 2003 to 2008
项目
Projects
2003 2004 2005 2006 2007 2008
碳排放系数
Carbon release
coefficient
参考来源
References
氮肥 N (t) 156997 164017 174972 178799 186924 178814.6 1.74 KgC/Kg 逯非，2008[8]
磷肥 P(t) 55740 57933 59275 67384 64366 62856.98 0.17 KgC/Kg West TO，2002[4]
钾肥 K(t) 17787 18979 22811 43488 44132 43758.153 0.12 KgC/Kg West TO，2002[4]
复合肥
Compound fertilizer (t)
82542 86490 93686 109969 116940 113021.9 0.38 KgC/Kg 美国橡树岭国家实验室
农药 Pesticides (t) 8183 7179 6756 11619 12888 13445 4.93 KgC/Kg 美国橡树岭国家实验室
农膜
Plastic sheeting (t)
22085 24476 24997 20143 22291 23562 5.18 KgC/Kg
南京农业大学农业资源与生
态环境研究所(IREEA)①
柴油 Diesel (t) 77458 66572 15031 74802 77912 74977 2.65 KgC/Kg 本文研究
灌溉 Irrigation (103ha) 434.93 433.72 435.49 437.5 435.1 438.42 20.48 KgC/ha 田云，2011[9]
注释：①参考 http://www.ireea.cn/paddy/pd_admin/web_edit/uploadfile/20100411203757800.pdf。
Cultivated
Land
59.80%
Garden Plot
4.31% Forest Land
3.35%
Grassland
0.02%
Water Area
10.21%
Construction
Land
14.01%
Traffic Land
3.89%
Unutilized
Land
4.41%
耕地Cultivated Land 园地Garden Plot
林地Forest Land 牧草地Grassland
水域Water Area 居民点及工矿用地Construction Land
交通用地Traffic Land 未利用地Unutilized Land
70 生 态 科 学 Ecological Science 31 卷

表 2 德州市 2003-2008 年工业化石能源碳排放量
Table 2 CO2 emissions of fossil energy consumption in industry in Dezhou from 2003 to 2008
项目
Projects
CO2排放系数
CO2 release coefficient
2003 2004 2005 2006 2007 2008
原煤 Raw coal（t） 1.980 KgCO2/Kg 8837924 11206606 14416071 15806357 15858416 16501565
洗精煤 Cleaned coal（t） 2.495 KgCO2/Kg 251323 622545 221064 1367854
其它洗煤 Other washed coal（t） 1.188 KgCO2/Kg 6 4541 115189 140054 743266 59
型煤 Mould coal（t） 1.474 KgCO2/Kg 5000 10417 5229 4665
焦炭 Coke（t） 3.046 KgCO2/Kg 30536 245212 485300 617686 832310 984646
其它焦化产品
Other coking products（t）
3.194 KgCO2/Kg 40 36580
焦炉煤气 Coke oven gas（104m3） 0.799 KgCO2/m
3 802 5114 22730 18379
天然气 Natural gas（104m3） 2.187 KgCO2/m
3 493129 519 1416 3243 5678 12492
原油 Crude oil（t） 2.633 KgCO2/Kg 314630 406032 382748 618091 600094 749630
汽油 Gasoline（t） 2.211 KgCO2/Kg 7660 13954 13090 18986 59616 60624
煤油 Kerosene（t） 2.499 KgCO2/Kg 236 35520 597 1326 1942 2818
柴油 Diesel（t） 2.655 KgCO2/Kg 6135 10007 15031 19636 43259 54213
燃料油 Fuel oil（t） 3.043 KgCO2/Kg 26856 27490 74555 49025 99642 121916
液化石油气 LPG（t） 1.718 KgCO2/Kg 843 862 427 1383 1234 398
其它石油制品
Other petroleum products（t）
2.948 KgCO2/Kg 40153 37498 20722 3952 4183 691
其它燃料 Other fuels（tce） 2.457 KgCO2/Kg 227 686 312 17341 31714 24883
热力 Heat (106KJ) 0.084 KgCO2/10
6J 3601892 3338614 12563042 20333881 30030229 27173715
电力 Electricity (104Kwh) 1.052 KgCO2/KWh 475712 543884 806418 1026696 1250739 1265875
工业 CO2排放量（10
4t）
CO2 emissions of fossil energy in industry
3476.49 3101.52 4110.19 4957.93 5359.45 5780.44

2.2农业碳排放计算
农业碳排放是指在农业生产过程中各项农田管
理活动直接或间接引起的二氧化碳，以及其他温室气
体排放[4]。农业系统的碳源包括农业生产中的能源消
费、土壤呼吸、牲畜饲养及土地利用变化等过程中
CO2的排放量[6]，能源消费是最重要的 CO2排放源。
本部分研究中，德州市农业投入如化肥、农用薄
膜、农药、柴油、有效灌溉面积等的投入量来自德州
统计年鉴，农业投入碳折算系数来自文献数据（表 1）。
农业能源投入碳排放计算公式：
  ii WUE （1）
式中：Ui为各碳排放源的碳排放系数，具体见表
1。Wi碳排放源的量，为标准统计单位。
2. 3化石能源碳排放计算
碳排放总量计算公式：
j
j
jCT  （2）
式中T为CO2排放总量（10
4
t），Cj为 j种能源的量，
单位为标准统计单位；γj为 j种能源的CO2排放系数。
能源CO2排放系数计算根据 IPCC碳排放计算指
南，结合中国能源消费和能源统计情况进行适度修正。
（3）
式中，fj为 j 种能源的原始 CO2排放系数；Cj为
j 种能源的热值；ξj为相应碳氧化因子
其中，原始排放系数及碳氧化因子数据来源于
IPCC 2007 年版数据[16]，我国热值数据来源于《中国
能源统计年鉴 2008》[17] （表 2）。
其中，型煤、焦炭、其他石油制品和热力的 CO2
排放系数由于缺乏热值数据，折算成标准煤进行计算。
标准煤和火力发电 CO2 排放系数采用国家发改委能
源 研 究 所 的 推 荐 数 值 2.4567 KgCO2/Kg 和
1.0523kgCO2/kWh。

3 结果与分析 (Results and Analysis)

3.1农业碳源现状评价
通过分析表 3可知：
（1）2003-2008年德州市农业能源碳排放总量由
2.51TgCO2eq 增加到 2.81TgCO2eq，农业人均碳排放
jjjj Cf  
1期 王帅，等. 德州市低碳农业发展潜力分析及对策 71

表 3 2003-2008 年德州市农业碳排放量、占总排放比例以及碳排放强度
Table 3 CO2 emissions，Proportion，and carbon intensity for agriculture of Dezhou in 2003-2008
项目 Projects 2003 2004 2005 2006 2007 2008
农业 CO2排放量（10
4t）
CO2 emissions from agriculture
251.27 248.61 206.92 270.82 286.20 280.96
农业 CO2排放比重（%）
Proportion of agriculture CO2 emissions
6.74 7.42 4.79 5.18 5.07 4.64
农业 GDP 比重（%）
Proportion of agriculture in GDP
35.24 32.98 29.47 26.52 25.74 27.17
农业碳排放强度（t CO2/10
4元）
Carbon intensity of agriculture
1.28 1.10 0.84 1.63 0.94 0.74
农业人均碳排放量（tCO2/a）
Per capita carbon emissions of agriculture
0.60 0.59 0.51 0.67 0.71 0.70

表 4 德州市 2000-2008 年农业生态用地和土地固碳量变化(104t)
Table 4 Changes in the amount of agro-ecological land resources and fixed carbon of Dezhou for 2000-2008
年份
Year
耕地
Cultivated Land
园地
Garden Plot
林地
Forest Land
牧草地
Grassland
总量
Total
固碳量
Carbon
sequestration
变化值
Variations
固碳量
Carbon
sequestration
变化值
Variations
固碳量
Carbon
sequestration
变化值
Variations
固碳量
Carbon
sequestration
变化值
Variations
2000 381.95 -0.50 22.91 0.45 22.45 0.19 0.09 0.01 427.39
2004 369.63 -1.80 18.60 -1.04 28.56 0.68 0.10 0.00 416.90
2006 364.79 -0.71 10.59 -1.94 28.66 0.01 0.07 -0.01 404.11
2008 423.00 8.52 18.46 1.90 31.31 0.29 0.08 0.00 472.85

量分别由 0.60tCO2/a 增加到 0.70tCO2/a，有增加趋势，
农业粗放式经营造成能源浪费严重。
（2）2003-2008 年德州市农业 GDP 比重和能源
碳排放比重变化变化趋势基本一致，农业能源利用效
率有逐渐提高趋势。
（3）2003-2008年德州市农业碳排放强度有所降
低，逐渐与我国农业平均碳排放强度 0.81tCO2/万元
[18]
接近，农业碳减排前景乐观。
但以上计算只考虑了农业主要能源消耗情况，并
没有把所有的农业投入都考虑进去，农业的其它碳源
效应还是值得关注的。
（1）化肥施用引起的碳排放。化肥施用中硝化及
反硝化过程会释放 N2O，相关研究表明，农业活动中
因施肥造成的N2O排放量占农业源N2O总量的79.9%，
同时氮肥的使用对其它温室气体CH4及CO2的释放也
有影响[10]。以 2008 年农业生产氮肥投入为例，施用
纯氮肥约 17.88×104t，根据 IPCC公布的计算方法，施
用 N 肥农田排放的温室气体为 0.93TgCO2eq。而且根
据 West 等在美国的研究[4]，在假定火车运输 800km
和卡车运输 160km的情况下，每吨氮肥的运输碳排放
为 43.46 kg，碳排放强度相当大。
（2）土壤呼吸引起的碳排放。土壤呼吸是指土
壤释放 CO2 的过程，不同的生态类型用地土壤呼吸
速率不同[11]。根据肖慧娟等人的研究方法计算[12]，
德州市 2008 年由于土壤呼吸造成的碳排放达
2.12TgCO2eq，仅次于农业能源消耗的 CO2排放量。
（3）牲畜饲养引起的碳排放。2006 年联合国粮
农组织和 2009 年看守世界中心先后在报告中指出，
畜牧相关产业造成的温室气体占全球总量的 18%和
51%以上[1]，而且反刍动物的碳排放远远高于非反刍
动物。根据相关方法计算[12]，德州市 2008 年畜牧养
殖产生的 CO2达 1.43TgCO2eq。
3.2农业碳汇现状评价
碳汇是从空气中清除碳的机制，是农业减少大气温
室气体的独有功能，也是低碳农业发展的主要途径。影
响农业生态系统碳汇的因素有土地利用方式变化、气候
因子、农业生产方式水平和结构、土壤条件、作物品种
和全球变化等 6个方面[13]。但在实际操作中，主要考虑
通过改变土地利用方式和土地整治等措施增加碳汇。
利用不同类型生态用地固碳能力系数计算农业
碳汇[19]，可知德州市目前农业碳汇最大的是耕地，其
次是林地与园林（表 4）。2008 年德州市耕地资源年
固碳量约为 4.23TgCO2eq，林地 0.31TgCO2eq，园地
为 0.18TgCO2eq，分别占整个生态用地碳汇总量的
89.46%、6.62%、3.90%，且耕地、林地碳汇能力有
72 生 态 科 学 Ecological Science 31 卷

增加趋势。
根据韩冰等人研究[14]，德州农田土壤通过施肥、
秸秆还田和免少耕等措施，固碳现状为 9.36Tg·a-1，
相当于固定 34.32TgCO2eq·a
-1，而且通过提高土壤有
机质，农田土壤的固碳潜力为 22.56 Tg·a-1，相当于固
定 82.72 TgCO2eq·a
-1，足以抵销德州市农业所有碳源
效应。但现阶段推广免耕法并不适合农业发展现状，
而且大幅施用化肥所造成的温室气体排放和土壤板
结都直接影响土壤生态系统的生产潜力[8]，故本文只
考虑通过施用有机肥和秸秆还田的固碳能力，约 4.51
TgCO2eq·a
-1。
通过以上分析可知，目前德州市农业碳汇能力大
致为 9.24TgCO2eq·a
-1，较碳源释碳量 7.29TgCO2eq·a
-1
有所盈余，未来发展低碳农业前景乐观。
4 讨论 (Discussion)
低碳农业是低碳经济在农业的延伸，它要求转变
传统农业生产方式，通过农业产业结构调整、提高土
壤有机质含量、发展农村可再生能源、实行立体种养、
发展循环农业等，实现农业的高效率、低能耗、低排
放、高碳汇[20]。从减缓农业温室气体排放和有效增加
农业碳汇两个方面入手（图 2），结合低碳农业的特
征和德州市低碳农业发展现状，来探索发展低碳农业
的具体措施。主要有：
（1）调整农业产业结构，改进土地利用方式。德
州市作为国家和山东省重要的粮、棉、蔬生产基地，保
持一定的耕地面积是一个农业大市经济持续稳定发展
的基础。在确保农业用地实现动态平衡的前提下，要逐
步调整农业种植结构，协调好农业和非农业用地关系，
适当提高林地、水域的比例，增加土壤碳汇潜力。
（2）实行保护性耕作。过度耕作使土壤中的碳
素释放，是农业排放碳的主要途径。通过减少耕作，
一方面可以减少农业机械的使用，相应减少了化石燃
料的燃烧，减少 CO2 的排放。另一方面，通过实行
保护性耕作可以减少对土壤的扰动，改善土壤结构，
增加秸秆还田量和降低土壤表层有机质的矿化率，降
低相关的碳排放。
（3）改进农业施肥技术，开展测土配方施肥和
平衡施肥。我国的氮肥利用效率并不高，通常为 30%
~35%，比世界平均水平低 10% ~15%。尿素是目前中
国农业生产中施用量最大的氮肥品种，但其作物的当
季利用率仅为 28% ~41%，平均为 33.7%。研究表明，
氨挥发是氮肥施入农田后的主要损失途径之一[8]。田
间以氨挥发损失的氮肥不会促进作物生长，不能增加
土壤有机碳含量，但是这部分氮肥在生产和运输中的
碳排放却已经发生。因此，从农业生产的实际出发，
确定最佳氮肥施用量，采用合理的施肥方式，提高氮
肥利用率，在保证肥效和产量的前提下减少部分氮肥
生产和施用，科学地节约氮肥投入，对减轻温室效应
有一定的积极作用。

图 2 德州发展低碳农业措施
Fig.2 Measures for developing low-carbon agriculture in Dezhou

（4）提倡农村可再生能源利用，大力发展农村
沼气，推广秸秆综合利用。在农业生产活动中提倡可
再生能源的资源化利用，推行秸秆还田、发展沼气，
可以减少对薪柴及化石燃料和电能的消耗，减少温室
气体的排放，发酵产生的沼渣可以代替常规化肥，减
少化肥施用中温室气体的排放。推广秸秆综合利用，
即秸秆能源化、饲料化和肥料化利用，如秸秆还田培
肥地力、秸秆氨化喂养牲畜。
（5）推行新型农作物育种技术，大力培育抗高
温、耐干旱、作物生长发育期长的品种，推广高产作
物品种，增加多年生牧草种植，大力栽培木本植物，
改进牲畜放牧管理等，以提高耕作土地中的碳素储备
水平。同时改进农业病虫害防治技术，减少农药施用，
充分发挥自然因素的控害作用，普及生物防治和物理
防治病虫害技术，加强农业清洁生产技术的研究，以
保持农田生态平衡。
（6）推广立体种养模式，开展间种、套种、混
种、复种、轮种等配套种植，可以减少土壤地表水蒸
发、加速根茬分解、提高土壤有机质含量和保水能力，
提高土地资源的利用率，降低碳排放。
（7）发展种养结合的循环农业。现代循环农业
通过物质和能量的多层次、多梯度的循环利用，实现
1期 王帅，等. 德州市低碳农业发展潜力分析及对策 73

以最低投入获得最佳效益。发展种养结合的循环农业，
有利于促进农业生态系统的持续良性循环，通过实现
―碳中和‖来达到低碳目的。

参考文献 (References)

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74 生 态 科 学 Ecological Science 31 卷

更 正
2011 年第 30 卷第 5 期封二目次页中论文《氯盐型融雪剂的环境影响及其替代材料研发进
展》作者应为陈宗伟一人。