中国棉花生产碳排放核算与碳达峰预测

　　摘 要

　　为预测碳达峰时间和峰值，综合分析减排潜力，本研究使用生命周期评价法对2004—2018 年棉花生产碳排放进行核算，基于STIRPAT 模型进行模拟，结合Kaya 恒等式确定模型变量为技术效率、生产规模、进口数量、农业经济和城镇化率，通过岭回归确定系数将2019—2035 年碳排放情景分为高减排度情景(HERS)、中等减排度情景(MERS)、基准情景(BS)3 类进行变量设定和预测。

　　结果表明：2004—2018 年中国棉花生产碳排放及其增长率呈缓慢上升趋势，2018 年碳排放达到最高值(24.34 万t)，新疆的碳排放值最大(2018 年占比86.8%)并呈明显增加的趋势，肥料生产与施用、灌溉用电、农膜是生产过程中的主要碳排放构成因素。用于模拟中国棉花生产碳排放的STIRPAT 模型性能良好(R2=0.866，adjusted R2=0.792，P=0.001)，自变量均对因变量有显著影响(P<0.01)，生产规模、城镇化率和技术效率是主要宏观影响因素。结果显示2019—2035 年HERS、MERS、BS 下中国棉花生产碳达峰时间分别是2021、2025、2031 年，峰值分别为24.89 万、26.12 万、27.25 万t。

　　研究表明，在未来棉花生产向着集约化和规模化方向发展的同时，提高生产效率以及加快低碳种植技术和土壤固碳技术的研发与推广是推动棉花低碳生产的主要突破点。

　　结 论：

　　(1)2004—2018 年中国棉花生产生命周期碳排放量及其增长率呈缓慢上升趋势，2018 年碳排放达到15 年来的最高值(24.34 万t)。棉花生产的碳排放量与种植面积具有极显著的正相关性。中国棉花主产区中，新疆的碳排放量最大，2018 年占比达到86.8%，并有持续增加的趋势，其他各省份均为减少趋势。

　　(2)棉花生产过程中灌溉用电、肥料和农膜造成的碳排放是最主要的。灌溉用电和柴油造成的碳排放随年份有显著的线性增加趋势，肥料和人工的碳排放则呈显著下降的趋势。肥料投入导致碳排放量最大的是农田N2O 排放，其次是复混肥生产。

　　(3)基于STIRPAT 模型的棉花生产碳排放模型模拟性能良好(R2=0.866，adjusted R2=0.792，P=0.001)，各自变量对因变量的影响均达到显著水平。模型标准化系数表明，生产规模是对碳排放影响最大的宏观因素，之后分别是城镇化率和技术效率。

　　(4)本研究认为中国棉花生产体系碳达峰情况较为乐观。从2019—2035 年中国棉花生产碳排放趋势来看，高减排度情景下，棉花生产体系可于2021 年实现碳达峰，中等减排度情景下则在2025 年能实现碳排放达峰，基准情景相较于高减排度情景将延迟10 年至2031 年才能碳达峰，并可能导致碳排放峰值增加2.36 万t。

　　建 议：

　　(1)中国棉花生产应在向着集约化和规模化方向发展的同时实现低碳生产。随着农业现代化的高速推进，国内棉花生产向着高质量发展，棉花的种植规模逐渐下降，一定程度上有利于碳排放的减少。近年来，农业农村部已提出逐渐稳定棉花种植面积的目标，且我国棉花产区逐渐向新疆转移。我国棉花生产需正确遵循相关政策的部署和引导，注重生产过程中生产效率的提升、资源浪费的减少，在达到生产目标的同时实现低碳发展。

　　(2)棉花生产体系需重视低碳种植技术和土壤固碳技术的研发和推广，力争2030 年前在全国范围内实现棉花低碳生产的全面普及。棉花低碳生产还需加快推进的主要议题和方向为精准灌溉、精准施肥、提高水分利用率、提高肥料利用效率、使用可降解与可回收的农用塑料薄膜、采取可减少农田温室气体排放的耕作与种植技术，以及发掘作物与土壤的固碳潜力等。

　　(3)在当前全球新冠肺炎疫情冲击风险和国际不确定风险加剧的情形下，伴随国家宏观调控政策的制定和实施，棉花生产碳排放仍有较大变数。棉花生产体系需在既定减排路径上加快低碳发展模式的探索，充分落实创新驱动发展战略，推动棉花生产体系转型，通过技术创新发挥减排效应。国家也宜加大对棉花低碳生产管理技术的政策鼓励和资金支持，为早日实现“双碳”目标注入源源不断的动力。

　　来源：《农业环境科学学报》2023 年 03 期

　　作者：吴沣槭1，黄伟斌1，陈家乐2，韩迎春2，冯璐1,2，王国平2，李小飞2，李亚兵1,2*，王占彪1,2*

　　单位：1. 棉花生物学国家重点实验室郑州科研中心/郑州大学农学院;2. 中国农业科学院棉花研究所/棉花生物学国家重点实验室