全 文 ：中国生态农业学报 2015年 3月 第 23卷 第 3期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Mar. 2015, 23(3): 354−364


* 教育部博士点基金项目(20120062110015)和国家自然科学基金项目(71073041, 70973016/G312)资助
尚杰, 主要研究方向为农业经济理论与政策、生态经济、循环经济、资源与环境经济、绿色有机食品产业。E-mail: shangjie2005@126.com
收稿日期: 2015−01−09 接受日期: 2015−01−29
http://www.ecoagri.ac.cn
DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.150078
中国农业温室气体排放量测算及影响因素研究*
尚 杰1,2,3 杨 果1 于法稳4
(1. 东北林业大学经济管理学院 哈尔滨 150040; 2. 黑龙江科技大学经济管理学院 哈尔滨 150022;
3. 黑龙江省生态经济与生态文明研究基地 哈尔滨 150040; 4. 中国社会科学院农村发展研究所 北京 100732)
摘 要 农业生产过程所产生的温室气体在全球生产活动温室气体排放总量中占有很大比例, 因此对农业温
室气体的排放量进行测算并分析其影响因素, 对实现农业节能减排有重要意义。本文基于 1993―2011年中国
农业生产的相关统计数据, 借鉴前人关于农业生产中各种温室气体排放源排放系数的研究成果, 测算了中国
农业生产过程中的 CH4、N2O和 CO2排放量, 并分析了影响因素。结果表明, CH4排放量基本平稳波动不大, N2O
排放量从 1993 年的 93.21 万 t 波动增加到 2011 年的 120.51 万 t, 农业生产资料 CO2排放量由 15 626.98 万 t
增加到 31 258.10万 t。种植业 CO2排放主要分为土壤排放和生产资料排放, 土壤 CO2排放与大气温度、土壤
温度、地表温度和土壤水分有关, 生产资料 CO2排放主要是由化肥和农药造成的; 种植业 CH4、N2O排放原因
较为复杂, 还有待进一步研究; 动物肠道发酵 CH4、N2O排放的影响因素主要取决于动物种类、饲料特性、饲
养方式和粪便管理方式等。
关键词 中国 农业生产 温室气体 排放量 影响因素
中图分类号: F062.2; F323.22 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2015)03-0354-11
Agricultural greenhouse gases emissions and influencing factors in China
SHANG Jie1,2,3, YANG Guo1, YU Fawen4
(1. School of Economics and Management, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China; 2. School of Economics and
Management, Heilongjiang University of Science and Technology, Harbin 150022, China; 3. Heilongjiang Research Base of
Ecological Economy and Ecological Civilization, Harbin 150040, China; 4. Institute for Rural Development Studies, Chinese
Academy of Social Sciences, Beijing 100732, China)
Abstract Greenhouse gases produced by the process of agricultural production plays large proportion of total amount of
greenhouse gases emissions of worldwide production activities. Therefore, estimating agricultural greenhouse gases emissions,
analyzing the influencing factors and discussing the achievement of agricultural energy conservation have important significance.
Using the statistical data related to Chinese agricultural production in 1993−2011, the research estimated emissions of CH4, N2O and
CO2 generated by agricultural production in China and analyzed the influencing factors based on previous research results on
emission factors in agricultural production of greenhouse gases emissions. The results showed that, CH4 emission from agriculture
production in China was basically stable with small fluctuations, while N2O emission increased from 93.21×104 tons in 1993 to
120.51×104 tons in 2011, and CO2 emission of agricultural production materials increased from 15 626.98×104 tons to 31 258.10×104
tons. CO2 emissions of planting industry were mainly divided into soil emissions and emissions from production materials. Soil CO2
emission was mainly related to atmospheric temperature, soil temperature, surface temperature and soil moisture. CO2 emissions of
production materials were mainly caused by fertilizers and pesticides. CH4, N2O emissions of planting industry were more
complicated, it remained to be further studied. The influencing factors of CH4, N2O emissions of animal enteric fermentation largely
depended on type, characteristics of animal feed, rearing method and manure management methods.
Keywords China; Agricultural production; Greenhouse gases; Emission; Influencing factors
(Received Jan. 9, 2015; accepted Jan. 29, 2015)
第 3期 尚 杰等: 中国农业温室气体排放量测算及影响因素研究 355


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全球气候变暖影响着全球经济社会的可持续发
展, 而温室气体尤其是人类活动对化石能源消耗等
生产、生活活动所引起的温室气体排放成为全球变
暖的主因。农业作为国民经济的基础部门, 其生产
过程中所产生的温室气体在人类活动所产生的温室
气体中的比例较大。世界银行统计数据表明, 2005
年全球 CH4和 N 的排放量分别达到了 66.07 亿 t 和
37.89 亿 t CO2当量, 而农业生产活动所产生的 CH4
和 N 排放量分别占 43.1%和 82.56%[1]。联合国粮食
及农业组织(FAO)[2]指出全球种植业和畜牧业的温
室气体排放分别占全球人为温室气体排放的 30%和
18%。Paustian 等[3]的研究结果表明, 全球农地使用
过程中所造成的温室气体排放占到人为温室气体排
放的 20%。世界观察研究所 2009年的报告指出, 全
球牲畜及其副产品至少排放 325.64×108 t CO2 当量
的温室气体 , 约占全球总排放量的 51%, 几乎是
FAO此前估算量的 3倍[4]。
国内外一些学者对中国农业生产中温室气体的
排放进行了研究。世界银行 WDI数据库的资料显示,
中国 2005年的 CH4和 N的排放量达到 5.38亿 t CO2
当量和 5.67 亿 t CO2当量, 其中农业源占到 50%和
92.7%[1]。FAO根据联合国政府间气候变化专门委员
会 IPCC 关于畜禽温室气体排放计算方法和排放系
数, 测算了中国 2004 年的主要畜禽温室气体排放
量。Zhou 等[5]的测算结果表明, 中国主要畜禽的温
室气体排放量从 1949 年到 2003 年呈增加趋势, 从
82.01 Tg CO2当量增加到 309.76 Tg CO2当量。闵继
胜等[6]的测算结果表明, 1991—2008 年中国农业生
产过程中温室气体排放量中, 种植业 CH4 排放量呈
下降趋势, 从 999.5 万 t 下降到 931.44 万 t, 而 N2O
排放量却由 34.67万 t增加到 48.74万 t; 同期的畜禽
业温室气体排放都呈现先增加后下降的趋势, 1991
—2006年中国畜禽的CH4、N2O排放量分别从 763.53
万 t和 35.32万 t增加到 1 111.43万 t和 55.93万 t, 后
又分别降到 2008 年的 900.74 万 t 和 46.90 万 t。李
俊杰[7]测算了我国民族地区 1993—2010年的农地利
用碳排放量、碳排放量的年平均增速, 并运用 LMDI
模型对影响因素进行分解, 结果发现结构因素、效
率因素和人口规模因素是碳排放的主要抑制因素 ,
然而效果不是特别明显且区域间的差异较大。
Norse[8]认为 , 农业生产过程中温室气体主要是农
膜、农业机械和农业灌溉所产生的 CO2及焚烧农业
秸秆排放的 CO2、反刍动物和动物粪便释放的 CH4、
化肥施用以及土壤释放的 N2O和稻田释放的 CH4。
唐红侠等[9]认为, 稻田释放的 CH4是农业源 CH4排
放的主要部分, 对全球大气的 CH4 增加也有着举足
轻重的作用。
已有文献从不同角度测算了农业源温室气体的
排放量, 而对影响农业源温室气体排放量的影响因
素没有进行深入分析。正是基于此, 本文系统测算了
1993—2011 年中国农业源温室气体的排放量, 并进
一步分析了影响中国农业源温室气体排放的因素。
1 农业温室气体排放量测算方法
1.1 计算方法
农业源温室气体排放主要包括水稻种植的 CH4
排放、施肥所造成的 N2O排放、反刍动物的 CH4排
放和畜禽废弃物管理过程产生的 CH4和 N2O 排放[10],
农田土壤也是温室气体排放的重要源头, 大气中每
年有 5%~20%的 CO2、15%~30%的 CH4和 80%~90%
的 N2O源自于土壤[11]。本文采用胡向东等[12]、邢光
熹等 [13]和闵继胜等 [6]的测算公式, 分别测算了我国
稻田的 CH4排放, 化肥和土壤引起的 N2O 排放, 农
田土壤、化肥、农药、农业机械和农业灌溉所产生
的 CO2排放, 以及畜牧业的 CH4、N2O排放量。
4rice
1
CH
n
i i
i
S α
=
= ×∑ (1)
式中: CH4rice为稻田的 CH4排放量(kg), iS 为第 i地
区水稻的种植面积(hm2), iα 为稻田单位面积的 CH4
排放量(kg·hm−2)。
2 crop
1, 1
N O ( )
n
i i j j
i j
S Nβ χ
= =
= × + ×∑ (2)
式中: N2Ocrop为种植业的 N2O排放量(kg), iS 为第 i
种农作物的播种面积(hm2), iβ 为第 i种农作物的本
底 N2O排放系数(kg·hm−2), jN 为第 j种肥料的施用
量(kg), jχ 为 j种肥料的 N2O排放系数(kg·kg−1)。
2crop
1
CO
n
i i
i
R δ
=
= ×∑ (3)
式中: CO2crop为种植业的 CO2排放量(kg), iR 为第 i
种碳源量(kg·m−2), iδ 为第 i 种碳源 CO2 排放系数
(kg·kg−1、kg·m−2、kg·hm−2)。
4livestock
1
CH
n
i i
i
T φ
=
= ×∑ (4)
式中: CH4livestock为畜禽业 CH4排放量(kg), iT 为第 i
种畜禽的饲养量(head), iφ 为 i种畜禽的 CH4 排放系
数(kg·head−1·a−1)。
2 livestock
1
N O
n
i i
i
T ϕ
=
= ×∑ (5)
356 中国生态农业学报 2015 第 23卷


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式中: N2Olivestock为畜禽业的N2O排放量(kg), iT 为第
i种畜禽的饲养量(head), iϕ 为 i种畜禽的 N2O 排放
系数(kg·head−1·a−1)。
1.2 温室气体排放系数的确定
1.2.1 稻田 CH4排放系数
CH4 的来源主要是厌氧环境下的生物作用, 因
此产生 CH4的土壤主要是各类较浅水体、沼泽等湿
地及水稻田, 旱田土壤的好气性, 使得 CH4 通过生
物作用而被氧化, 因此旱田生态系统是 CH4 的重要
的汇, 本文在研究种植业 CH4 排放时只考虑水稻田
的 CH4 排放情况。但是我国地域广阔, 从炎热的热
带气候到寒冷的寒温带气候, 从湿润的海洋性气候
到干旱的沙漠气候, 各地区的农业区位因素差异很
大, 因此, 稻田的 CH4排放系数也差异很大。王明星
等[14]根据《中国农业统计资料》对我国的北方地区
和西南地区(西藏)的单季稻的单位面积 CH4 排放系
数进行了计算, 且该系数是基于相关模型, 以天气、
施肥和土壤有关的参数作为输入变量得到的输出结
果, 因此这一结果已经包含了天气、施肥和土壤情
况对水稻田的 CH4 排放量的影响, 在本文就不再单
独考虑这些因素对水稻 CH4排放的影响。本文根据
IPCC[15]从水稻的生长周期视角按着 85 d、100 d和
105 d把水稻分为早稻、晚稻和中季稻。这里的中季
稻主要包括单季晚稻、冬水田等, 在后文统一为中
稻[6]。表 1为我国各区域稻田的 CH4排放系数。
1.2.2 稻田 N2O排放系数
全球农业土壤和热带土壤已经成为大气中 N2O
的主要来源之一, 占到 70%~90%[16], 氮肥的过度使
用是 N2O 排放增加的重要原因之一[17]。王智平[18]
研究了我国水稻和旱地作物的农田本底 N2O排放系
数以及肥料氮肥和复合肥 N2O 排放系数, 结果确定旱
地 N2O平均排放通量为 0.95 kg·hm−2·a−1, 区间为 0.2~
2.0 kg·hm−2·a−1, 水田平均排放通量为 0.24 kg·hm−2·a−1,
区间为 0.07~0.38 kg·hm−2·a−1。邢光熹等[13]采用田间
测算和 IPCC第 2阶段的算法计算得出 1995年中国
农田 N2O排放量达到 398 Gg和 336 Gg, 发现水田
表 1 我国不同地区稻田 CH4排放系数
Table 1 Emission coefficients of methane of paddy fields in
different regions of China kg·hm−2
区域
Region
早稻
Early rice
晚稻
Later rice
中稻
Single cropping rice
西南地区 Southwest China 37.4 143.0 146.5
东南地区 Southeast China 135.4 381.2 519.0
西北地区 Northwest China ― ― 88.1
东北地区 Northeast China ― ― 80.2
华北地区 North China ― ― 116.3
中部地区 Central China ― ― 299.3
西南地区为贵州和云南, 西藏因为特殊的地理特征归到西北; 西
北为新疆、宁夏、青海、陕西和西藏; 东北为东北三省和内蒙; 华北
为北京、天津、河北和山西; 中部为山东和河南; 其余省市为东南地
区, 重庆的数据并入四川。Southwest China includes Guizhou and Yunnan.
Tibet is classified into northwest China as its special geographical features;
Northwest China includes Xinjiang, Ningxia, Qinghai, Shanxi and Tibet;
Northeast China includes 3 northeastern provinces and Inner Mongolia;
North China includes Beijing, Tianjin, Hebei and Shanxi; Central China
includes Shandong and Henan; all the rest are classified into Southeast
China, Chongqing is classified into Sichuan.

是我国农田N2O重要排放源, 占中国农田N2O总排
放量的 22%, 并计算了我国不同区域稻田的N2O排
放系数。本文采用邢光熹等[13]的数据, 早稻、晚稻
和中稻的 N2O 排放系数(βi)分别为 1.63 kg·hm−2、
3.98 kg·hm−2和 4.59 kg·hm−2。张强等[19]运用修正的
IPCC 2006 方法计算了我国农田 N2O 排放量, 结果
发现化学氮肥对我国农田 N2O排放量的贡献率达到
77.64%, 他们结合 Mata分析, 得出我国水田的 N2O
排放因子为 0.54%。
1.2.3 其他作物 N2O排放系数
截至目前, 国内学者和专家通过大量的试验和
实践调查, 测算出了我国农作物主要品种的 N2O 排
放系数。闵继胜等[6]综合了王智平[18]、于可伟等[20]、
苏维翰等[21]、黄国宏等[22]、邱炜红等[23]的研究结论,
得出我国种植业不同品种农作物的 N2O平均排放系
数, 在此选取其春小麦、冬小麦、大豆、玉米、蔬
菜、棉花和其他旱作物的本地排放系数和肥料排放
系数。棉花的氮肥排放系数来自于徐华等[24]的研究
结果(表 2)。
表 2 我国不同农作物的 N2O排放系数
Table 2 Emission coefficients of nitrous oxide (N2O) of different crops in China
N2O排放系数
Emission coefficient of N2O
春小麦
Spring wheat
冬小麦
Winter wheat
大豆
Soybean
玉米
Corn
蔬菜
Vegetables
棉花
Cotton
其他旱地作物
Other dryland crops
作物本底 N2O排放系数
Emission coefficient of crop cultivation (kg·hm−2)
0.40 1.75 2.29 2.532 4.944 0.95 0.95
氮肥排放系数
Emission coefficient of nitrogen fertilizer (kg·kg−1)
0.15 1.10 6.605 0.83 0.83 0.13 0.3
复合肥排放系数
Emission coefficient of compound fertilizer
(kg·kg−1)
0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11
第 3期 尚 杰等: 中国农业温室气体排放量测算及影响因素研究 357


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1.2.4 种植业各类碳源的排放系数
种植业温室气体排放主要包括农田土壤呼吸和
农业生产资料的使用造成的 CO2排放[25]。土壤的呼
吸速率受到土壤的温度、湿度、作物类型和土壤有
机质含量等因素的影响, 全国各区域农田土壤的呼
吸速率存在时间和空间尺度上的差异化, 从时间上
看夏季高、冬季低; 空间上呈现从高纬度向低纬度
递增的趋势[26]。江国福等[27]通过东北区、华北区、西
北区、西南区和华南区五大典型农业区 101 个野外观
测点的相关数据, 进而根据测得的各个农业区的年均
土壤呼吸速率和该区的农田面积, 计算全国的农田土
表 3 各类农业生产资料的碳排放系数
Table 3 Carbon emission coefficients of different agricultural
production materials
化肥
Chemical
fertilizers
(kg·kg−1)
农药
Pesticides
(kg·kg−1)
农膜
Plastic
film
(kg·kg−1)
农用柴油
Agricultural
diesel oil
(kg·kg−1)
农业灌溉
Agricultural
irrigation
(kg·hm−2)
3.2839 18.0917 18.9933 2.1732 75.0787
化肥排放系数来自West等[28], 农药排放系数来自美国橡树岭实
验室, 农膜排放系数来自南京农业大学农业资源与生态环境研究所,
农用柴油排放系数来自于 IPCC, 农业灌溉排放系数来自Dubey等[29]
和李俊杰[7]。CO2排放系数=碳排放系数×44/12。Emission coefficients
of chemical fertilizers, pesticides, plastic film, diesel oil and agricul-
tural irrigation are respectively from West, et al[28], Oak Ridge Labora-
tory, Institute of Agricultural Resources and Ecology and Environment
of Nanjing Agricultural University, IPCC, and Dubey, et al[29] and Li[7].
CO2 emission coefficient = carbon emission coefficient × 44 / 12.
壤呼吸的加权平均值, 结果为 0.683 kg(C)·m−2·a−1, 即
2.504 kg(CO2)·m−2·a−1。农业生产资料的使用造成了
农业生产的 CO2排放, 其主要为化肥、农药、农膜、
农用柴油和农业灌溉, 其中化肥、农药、农膜的碳
排放主要是在其生产过程中对化石能源的消耗以及
在农业生产活动中所形成的直接或是间接的碳排放,
农业柴油主要是在农耕、收割等过程中农机具所消
耗的柴油造成的碳排放, 农业灌溉是农用水泵等对
电能的消耗, 其碳排放系数见表 3。
1.2.5 不同畜禽品种温室气体排放系数
畜牧业温室气体的排放主要源自于肠胃发酵和
畜禽粪便发酵形成的 CH4 排放、动物粪便造成的
N2O 排放和动物饲养过程中对化石能源等的消耗造
成的 CO2排放[30]。鉴于畜牧业生产过程中化石能源
消耗相关数据的缺乏, 本文主要测算了畜牧业生产
过程中的 CH4、N2O排放。IPCC[31]给出了不同畜禽
的 CH4排放系数, 胡向东等[12]采用 IPCC 和 FAO 最
新的畜禽温室气体排放系数和相关计算方法, 结合
中国畜牧业发展的实际, 分别计算了我国主要畜禽
品种的 CH4、N2O 排放系数, 并估算了我国 2000—
2007年及 2007年各省区的畜禽温室气体排放量, 具
有重要的参考价值, 本文的畜禽温室气体排放系数
借鉴于此(表 4)。
表 4 不同畜禽温室气体排放系数
Table 4 Emissions coefficient of greenhouse gases of various livestock and poultry kg·head−1·a−1
气体
Gas
来源
Source
牛
Cattle
骡
Mule
马
Horse
骆驼
Camel
驴
Donkey
生猪
Pig
羊
Sheep
家禽
Poultry
肠道发酵 Enteric fermentation 59.7 10 18 46 10 1 5 —
粪便发酵 Manure fermentation 8.75 0.9 1.64 1.92 0.9 3.5 0.16 0.02
CH4
总计 Total 68.45 10.9 19.64 47.92 10.9 4.5 5.16 0.02
N2O 粪便排放 Fecal emissions 1.183 1.39 1.39 1.39 1.39 0.53 0.33 0.02
牛的排放系数为奶牛、水牛和黄牛排放系数的平均值; 羊的排放系数为山羊和绵羊排放系数的平均值; 家禽的排放系数为鸡、鹅、鸭和
火鸡排放系数的平均值。Emissions coefficient of cattle is the average of emission coefficients of cows, buffalos and cattles; that of sheep is the
average of goats and sheep; that of poultry is the average of chickens, geese, ducks and turkeys.

1.3 数据来源
本文计算的时间范围为 1993—2011年, 主要依
据《中国统计年鉴》、《中国农业年鉴》、《中国畜牧
业年鉴》、《中国农业统计资料》和《新中国农业 60
年统计资料》中有关农业生产的数据。
2 测算结果及影响因素分析
2.1 温室气体排放量测算
2.1.1 稻田 CH4和 N2O排放量
从表 5可以看出, 1993—2011年我国稻田的CH4
排放量总体呈现下降趋势 , 期间具有一定的波动
性。1993—1999 年虽有所上升但是随后逐渐下降,
由 1999年的 1 000.73万 t降到 2011年的 968.55万 t。
从作物来看, 我国水稻的 CH4 排放量主要集中在中
稻, 且其排放总量呈不断增加趋势, 由 1993 年的
466.10 万 t 增加到 2011 年的 651.64 万 t, 早稻和晚
稻的 CH4排放量逐年减少。
出现上述变化的原因在于我国水稻播种面积波
动下降, 根据《中国农业统计资料》资料显示, 我国
水稻播种面积由 1993 年的 3 035.54 万 hm2减少到
2007 年的 2 891.88 万 hm2, 此后虽有所增加但增幅
较小, 早稻播种面积由 1993年的 799.91万 hm2减少
358 中国生态农业学报 2015 第 23卷


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表 5 1993—2011年中国种植业 CH4和 N2O的排放量
Table 5 CH4 and N2O emissions of crop production in China from 1993 to 2011 ×104 t
CH4 N2O
年份
Year 早稻
Early rice
中稻
Single cropping rice
晚稻
Later rice
总计
Total
本底
Background
化肥
Chemical fertilizer
稻田
Paddy fields
总计
Total
1993 107.76 466.10 386.88 960.74 20.73 20.17 10.94 51.85
1994 107.86 481.62 368.92 958.40 21.15 20.44 10.89 52.48
1995 110.51 474.26 383.78 968.55 21.60 20.99 11.07 53.65
1996 111.64 542.83 343.71 998.17 22.37 21.71 11.41 55.49
1997 109.97 556.33 340.05 1 006.35 22.85 22.78 11.62 57.25
1998 105.21 565.36 320.77 991.34 23.76 23.50 11.50 58.76
1999 102.07 579.13 319.53 1 000.73 24.23 22.51 11.60 58.35
2000 91.74 586.30 287.41 965.45 24.76 23.11 11.27 59.15
2001 85.89 576.11 268.41 930.41 25.69 23.52 10.90 60.11
2002 78.92 595.81 249.65 924.39 25.67 22.65 10.81 59.13
2003 75.12 576.14 229.58 880.84 25.75 23.00 10.14 58.90
2004 79.96 616.03 242.15 938.14 25.72 24.15 10.88 60.75
2005 81.02 620.89 249.14 951.06 26.16 24.41 11.06 61.62
2006 79.33 633.87 236.32 949.53 25.77 25.16 11.16 62.09
2007 77.25 637.36 229.83 944.44 26.26 25.11 11.21 62.58
2008 76.74 644.16 232.43 953.33 26.83 25.40 11.36 63.60
2009 78.92 644.80 236.96 960.74 27.45 25.80 11.50 64.75
2010 77.80 647.85 236.57 958.40 28.01 25.51 11.62 65.13
2011 77.50 651.64 235.86 968.55 28.49 25.30 11.72 65.50

到 2011 年的 574.95 万 hm2, 晚稻由 1993 年的
1 021.24万 hm2减少到 2011年的 620.70万 hm2。然
而同期的 N2O 排放量在不断增加 , 由 1993 年的
51.85 万 t 增加到 2011 年的 65.50 万 t, 这主要是随
着我国城市化的不断推进耕地资源不断减少, 为保
持粮食产量的稳定增长, 化肥、农药等农用物资投
入增加, 造成直接或间接的 N2O 排放量的增长; 同
时我国种植业结构不断变化, 蔬菜、果树等经济作
物的种植面积不断挤占粮食作物种植面积, 而蔬菜
等经济作物的化肥、农药施用量明显高于粮食生产,
最终使得 N2O排放量不断增加。
2.1.2 种植业 CO2排放量
农田土壤呼吸造成的 CO2排放量由 1993 年的
238 130.40万 t波动增加到 2008年的 304 786.88万
t(我国耕地面积的相关数据只更新到 2008 年, 因此
只计算到 2008 年的农田土壤呼吸的 CO2排放量)。
在表 6 可以看出, 中国种植业的 CO2排放量呈现出
明显的增长趋势, 由 1993年的 15 626.98万 t增加到
2011年的 31 258.10万 t, 农膜、化肥、农用柴油、
农药和农业灌溉源的 CO2 排放量都有所增加, 这主
要是为了追求较高的农业产出, 增加农业生产资料
投入所造成的。从结构来看, 农田土壤呼吸的 CO2
排放量是种植业温室气体排放的主体部分。
2.1.3 畜禽的温室气体排放量
从表 7可以看出, 1993—2011年中国畜禽的CH4
排放量整体呈波动上升趋势, 从 1993年的 1 026.43
万 t增加到 2 000年的 1 202.62万 t, 随后有轻微的
下降。这和中国畜禽饲养量的增减有着一定的联系,
根据《中国统计年鉴》, 中国大牲畜由 1993 年的
13 987.5头增加到 1999年的 15 028.8万头, 随后又
减少到 2011年的 11 966.2万头。与此相对应, 畜禽
N2O排放量从 1993年的 41.36万 t持续增加到 2011
年的 55.01 万 t, 这主要是因为家禽类、生猪、羊等
畜禽饲养量的增加。以家禽为例, 据《中国农业统
计资料》显示, 中国家禽的年出栏量由 1993 年的
39.78亿只增加到 2011年的 113.27亿只。
2.2 农业生产过程中温室气体排放的影响因素分析
2.2.1 种植业温室气体排放的影响因素
1)种植业 CO2排放的影响因素
土壤呼吸 CO2排放与大气温度、土壤温度、地
表温度和土壤水分均呈现正相关关系, 土壤 N2O 的
排放只与土壤水分呈现显著相关, 而施肥效应则掩
盖了土壤的温度和水分效应[32]。农业生产资料比较
繁多, 因此本文选取农业灌溉面积、农药使用量、
第 3期 尚 杰等: 中国农业温室气体排放量测算及影响因素研究 359


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表 6 1993—2011年中国种植业各类碳源的 CO2排放量
Table 6 CO2 emissions of different carbon sources of crop production in China from 1993 to 2011 ×104 t
年份
Years
农膜
Plastic sheeting
化肥
Chemical fertilizer
农用柴油
Agricultural diesel oil
农药
Pesticides
农业灌溉
Agricultural irrigation
总计
Total
1993 1 342.83 10 350.42 2 039.14 1 528.75 365.84 15 626.98
1994 1 684.71 10 895.54 2 100.65 1 771.18 366.08 16 818.15
1995 1 737.89 11 801.23 2 364.04 1 966.57 370.00 18 239.73
1996 2 005.70 12 570.31 2 338.62 2 064.26 378.26 19 357.15
1997 2 207.03 13 072.09 2 671.99 2 161.96 384.69 20 497.75
1998 2 292.50 13 410.33 2 857.15 2 228.90 392.63 21 181.50
1999 2 391.26 13 543.65 2 943.21 2 391.72 399.11 21 668.95
2000 2 535.61 13 616.22 3 053.39 2 315.74 404.08 21 925.04
2001 2 752.13 13 968.91 3 227.90 2 306.69 407.30 22 662.94
2002 2 907.88 14 250.01 3 276.15 2 371.82 408.09 23 213.95
2003 3 023.74 14 487.11 3 421.97 2 397.15 405.53 23 735.50
2004 3 190.88 15 225.98 3 954.20 2 507.51 409.02 25 287.58
2005 3 346.63 15 651.57 4 135.01 2 641.39 413.15 26 187.74
2006 3 504.27 16 181.91 4 178.69 2 780.69 418.57 27 064.13
2007 3 679.01 16 773.33 4 391.67 2 936.28 424.33 28 204.63
2008 3 811.96 17 204.18 4 102.85 3 024.93 439.00 28 582.92
2009 3 950.61 17 747.33 4 259.32 3 091.87 444.93 29 494.06
2010 4 127.25 18 263.88 4 396.67 3 166.05 453.08 30 406.93
2011 4 358.97 18 731.83 4 471.21 3 232.99 463.10 31 258.10

表 7 1993—2011年中国畜禽 CH4和 N2O排放量
Table 7 CH4 and N2O emissions of livestock and poultry in
China from 1993 to 2011 ×104t
年份
Year
CH4 N2O
年份
Year
CH4 N2O
1993 1 026.43 41.36 2003 1 142.16 51.95
1994 1 100.31 44.09 2004 1 140.82 52.89
1995 1 197.97 47.91 2005 1 134.09 53.79
1996 1 132.52 44.82 2006 1 102.24 52.82
1997 1 111.73 45.48 2007 1 071.83 50.58
1998 1 170.51 48.26 2008 1 085.98 52.64
1999 1 200.01 50.04 2009 1 098.71 54.08
2000 1 202.62 51.73 2010 1 105.64 54.90
2001 1 171.88 51.56 2011 1 091.58 55.01

化肥使用量、农用柴油消耗量和农膜使用量的自然
对数作为自变量, 种植业总产值自然对数值作为因
变量, 建立多元回归方程。
1 1 2 2 3 3
4 4 5 5
ln( ) α ln( ) ln( ) ln( )
ln( ) ln( )
Y X X X
X X
β β β
β β ε
= + + + +
+ + (6)
式中: Y 表示中国种植业总产值(亿元), 1X 、 2X 、
3X 、 4X 和 5X 分别表示农业灌溉面积(万 hm2)、农
药使用量(万 t)、化肥使用量(万 t)、农用柴油消耗量
(万 t)和农膜使用量(万 t), α为常数, ε 为随机误差。
本文的样本数据为《中国统计年鉴》、《中国农
业统计资料》和《中国农业年鉴》(1994—2012)中的
中国种植业总产值、灌溉面积、农药使用量、化肥
使用量、农用柴油消耗量和农膜使用量的相关数据。
通过 SPSS 软件运用普通最小二乘法对初始模型进
行估计, 在回归建模过程中由于 1ln( )X (农业灌溉面
积)、 4ln( )X (农用柴油消耗量)和 5ln( )X (农膜使用量)
在 5%显著水平下对 ln( )Y (种植业总产值)的影响不
显著 , 并且存在严重的共线性 , 被剔除模型 , 建立
最终的回归模型, 统计结果显示 R2=0.952, 线性回
归的拟合优度比较好 ; F=159.16, 模型的检验达到
了显著性水平的要求, 回归方程可靠程度较高。
2 3ln( ) 8.418 0.862ln( ) 1.663ln( )Y X X= − + + (7)
最后运用 SPSS软件对模型进行共线性检验、异
方差检验和自相关检验, 计算结果表明模型不存在
共线性、异方差和自相关, 通过检验, 是有效的模型,
具有实际利用价值。
回归模型中可以明显看出, 影响我国农业产值
的主要是农药和化肥, 其弹性系数分别为 0.862 和
1.663, 即农药、化肥的消耗量每增加一个百分点 ,
将会使得种植业产值增加 0.862和 1.663个百分点。
可见, 在种植业中, 化肥的施用量对中国种植业产
值的影响最大, 农药次之。由表 3 的排放系数可知,
化肥施用量每增加 1 个百分点就会导致 CO2排放增
360 中国生态农业学报 2015 第 23卷


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加 3.283 9个百分点, 农药使用量每增加一个百分点
就会增加 18.091 7 个百分点, 也就是说种植业产值
每增加 1个百分点就会造成 0.601 3个百分点的化肥
施用量进而造成 1.974 5个百分点的CO2排放或是造
成 1.160 1个百分点的农药使用量进而造成 20.988 0
个百分点的 CO2排放。
2)种植业 CH4排放的影响因素
种植业 CH4排放主要是稻田的 CH4排放, 而影
响稻田 CH4排放的因素比较复杂。耕作制度和稻田
CH4排放通量具有显著的相关性, 水稻−小麦轮作的
稻田 CH4平均排放通量为 5.37 mg·m−2·h−1, 冬水稻
田 CH4平均排放通量为 16.10 mg·m−2·h−1[33]; 南方稻
田的冬季休闲和种植绿肥植物紫云英的耕作模式的
CH4平均排放通量分别是无稻休闲区 CH4平均排放
通量的 114.3%和 420.3%[34]。施肥是稻田 CH4排放
的重要因素, 有机肥的施用使稻田土壤有机物增多,
提高了稻田的 CH4排放[35], 这主要是因为有机肥为
稻田 CH4的产生提供丰富的有机质, 而有机肥处理,
例如经过沼气池发酵处理后的沼渣肥能有效减少稻
田 CH4排放[36]。而关于化肥对稻田 CH4排放的影响
具有不一致性 , 秦晓波等 [37]认为化肥处理使稻田
CH4 排放比不施肥有一定的下降, 早稻和晚稻分别
下降 18.4%和 29.6%; 王明星[38]认为施用包括尿素、
钾肥和含硫酸根的肥料能促使稻田 CH4的减排。此
外, 肥料的种类和不同施用方式对稻田 CH4 排放影
响的相关研究结果也具有不一致性[39]。地下水位和
稻田 CH4 的排放通量具有一定相关性, 早稻高量绿
肥低水位处理稻田的 CH4排放速率大于高量绿肥高
水位处理稻田, 而晚稻则刚好相反[40]。不同水稻品
种的稻田 CH4 排放通量差异化明显, 江苏不同历史
时期代表性水稻的 CH4排放通量大体随着品种的演
进而减少, 这主要与水稻根的氧化力有关, 且呈现
负相关[41]。任丽新等[42]发现根系小、茎叶较轻且产
量高的水稻品种 CH4排放通量较小[42]。
3)种植业 N2O排放的影响因素
农田土壤 N2O排放主要是基于硝化作用和反硝
化作用 , 而影响硝化与反硝化作用的土壤通气状
况、水分状况、地表温度、N 素状况与氮肥施用、
土壤有机质含量及成分、土壤质地、耕作与土地利
用方式、pH等环境因素均对 N2O的生成与排放产生
重要影响[43]。影响 N2O 生成与排放的因素很多, 对
相关的文献报道进行梳理总结, 发现主要的影响因
素有土壤温度、水分、质地、pH、有机质含量等环
境因素、化肥种类及其施用方式、耕作及土地利用
方式。温度是旱田土壤 N2O日排放通量变化的最关
键因素, 除大豆外的作物生长以及休耕时 N2O 的排
放通量季节变化与土壤温度存在正相关, 而冬春季
休耕的农田 N2O排放通量与土壤温度存在弱指数函
数关系[44]。N2O 排放是土壤温度、反应底物浓度、
O2等相互作用的产物, 土壤温度对 N2O排放的影响
格外复杂, 还需要深入的研究[45]。当土壤水分含量
由 20%WFPS(water-filled pore space)增至 40%WFPS
时, 硝化反应速度增加到最大, 而增加到 60%WFPS
时硝化反应速度则降低[46]。郑循华等[47]对太湖地区
稻麦轮作农田的研究发现, 无论是由水稻种植的水
田过渡到小麦种植的旱田, 还是反过来, 土壤含水
量的临界范围都为 84.5%~85.7%WFPS, 高于该范围
上限值, N2O的排放与土壤湿度呈负相关关系, 反之
呈现正相关关系。土壤质地可以影响土壤的含水量
和通透性, 进而影响土壤的硝化反应和反硝化反应
和 N2O 的生成和扩散速率[43]。土壤 pH 对农田系统
N2O的生成与排放影响较为复杂, 当 pH为 7.0~10.0,
N2O排放随着 pH的下降而增加[48], 然而不同土壤、
不同耕作模式的土壤 pH 对 N2O 的排放可能有着不
同的影响[49]。土壤有机质的高含量可以加快土壤的
微生物呼吸作用, 进而加速厌氧环境的生成, 促进
土壤的反硝化作用。万合锋等[50]研究北京市郊温室
蔬菜地表明 , 菜地施用不同畜禽粪便堆肥产品其
N2O排放系数为 0.18%、0.63%和 0.74%。肥料施用
对土壤 N2O 排放的季节模式具有重要影响, 有机肥
促进了小麦季的 N2O 排放, 在等氮量输入情况下,
牛粪施入土壤对土壤 N2O排放的影响小于猪粪[32]。
氮肥是农田 N2O 排放的重要因素, 然而向肥料中添
加硝化抑制剂对于合理施肥和农田温室气体减排具
有一定的参考价值 [51]。实施保护性耕作制度能够
提高表层土壤全氮含量 , 免耕相对于翻耕能保持
甚至提高土壤全氮含量 , 但是相关的试验考虑因
素较少 , 研究周期较短 , 且相关结论存在矛盾 , 需
要进一步的深入研究 [52]。随着对节水灌溉、稻田
水分管理、秸秆还田等相关农业技术的推广和应
用 , 在此条件下的农田 N2O 排放系数还有待进一
步研究。
2.2.2 畜禽温室气体排放的影响因素
肠道发酵和粪便管理是畜禽 CH4排放的重要源
泉。肠道发酵是动物消化道内的饲料经过微生物发
酵, 进而产生 CH4, 通过动物的口、鼻或直肠排出体
外。其主要受到动物的类型、年龄、体重、采食种
类、数量及质量、产出水平、饲养方式等因素影响,
第 3期 尚 杰等: 中国农业温室气体排放量测算及影响因素研究 361


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而采食量和饲料质量是最关键的影响因素[53]。李玉
娥等 [54]通过对活体重相同猪、牛的猪舍和牛舍日
CH4排放系数进行检测发现, 牛舍是猪舍的 4倍, 而
在不同采食量和饲料结构下, 黄牛、山羊的每日 CH4
排放差异化都较为明显, 其中黄牛和山羊都是在自
由采食的情况下排放系数达到最大化。郭海宁等[55]
通过对南京六合发酵床和传统水泥地面猪舍温室气
体排放情况研究发现, 发酵床舍内的 CH4 排放是传
统猪舍的 61.2%, 而其舍内的 CH4 平均排放通量是
传统猪舍的 63.6%。
粪便管理CH4排放是畜禽粪便在施入农田之前,
对动物粪便贮存和处理过程中所产生的, 是畜禽粪
便在无氧状态下经过发酵分解而形成的。其主要受
到动物类型、饲料、粪便管理方式以及气候条件等
因素的影响[53]。不同动物类型产生的粪尿等排泄物
数量有很大差别, 且不同畜禽粪尿的 CH4 排放系数
也有一定的差异。畜禽喂养不同种类饲料粪便产生潜
力差异较为明显, 而饲料能量、消化率和粪便 CH4产
生的潜力呈现正相关性[56]。牛粪的堆放试验中, 中前
期 CH4排放速率较大, 而后期较小并趋于稳定[56]。谢
军飞等[57]通过将 4 种不同堆肥处理方式的蛋鸡肥放
入密闭箱式堆肥处理系统, 结果发现在负压通风条
件下, CO2排放通量与温度密切相关, 而 CH4排放通
量与鸡粪内部的 CO2含量密切相关[57]。
畜禽粪便排放的 N2O主要是施入土壤前畜禽粪
尿等的贮存和处理所产生的, 是畜禽废弃物在堆肥
状态下的硝化和反硝化分解而成的 [53]。畜禽粪便
N2O 的排放系数主要受动物种类、畜禽排泄物的含
N 量和畜禽粪便的管理方式影响。不同动物每天的
排泄物以及排泄物的含 N 量差异很大, 如奶牛、山
羊和猪每年每头的排泄物含 N量分别为 60~100 kg、
12~20 kg和 16~20 kg[58]。陆日东等[59]通过对自然堆
放和覆盖玉米秸秆堆放方式下的奶牛粪便在不同时
间段的温室气体排放速率进行观察, 发现温室气体
排放速率和牛粪温度高度相关, 而玉米秸秆覆盖能
减少 N2O排放。
3 讨论与结论
通过对 1993—2011年我国农业温室气体排放量
的量化测算, 了解了我国农业温室气体排放的时间
序列特征和温室气体结构状况。结合前人研究成果,
本文对温室气体排放的影响因素进行总结。1993—
2011 年我国农业 CH4 排放量基本保持平稳波动不
大, N2O排放量从 1993年的 93.21万 t波动增加到
2011年的 120.51万 t, 农业生产资料 CO2排放量由
15 626.98万 t增加到 31 258.10万 t。这些结果低于
《中华人民共和国气候变化初始国家信息通报》里的
我国农业 CH4排放量的 3 428.7 万 t, 略高于其 N2O
排放的 85 万 t[60], 与闵继胜等[6]测算的我国农业源
温室气体排放量基本一致。与国家的信息公布数据
有差异主要因为测算的范畴不同, 信息公布里面包
含了粪便燃烧、秸秆焚烧等的温室气体排放, 而本
文并没有涵盖这两个方面。我国区域间农业生产差
异很大, 不同的农耕和畜禽养殖的温室气体排放系
数可能存在较大差异, 且影响因素可能更加复杂或
存在差异, 本文的测算数据还难以体现出区域的差
异化, 且影响因素分析缺乏一些实际的试验和案例
去检验, 这还有待进一步的探究, 但本文的测算方
法和因素分析可为后来的研究提供一些理论方向。
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