摘要
中国正在不断推进农村绿色经济转型与乡村振兴战略,田园综合体等各种以生态环境为导向的农业开发模式是乡村振兴建设的新途径,驱动农业固碳减排的同时,也带动着传统农业不断向现代农业发展的转变。以生态环境导向的开发(Ecology oriented development,EOD)模式的上海市金山区枫泾镇郊野村庄田园综合体为研究对象,在现场调研与数据统计的基础上,分析了园区内的碳输入和碳输出以及碳在园内各区域间的流动和储积;同时,根据碳源和碳汇清单的估算结果,分析了田园综合体各区的碳平衡特点。结果显示,上海市金山区郊野村庄田园综合体2021年碳平衡表现为净碳汇区,净碳汇量为152.09 tC,其中排放量为588.79 tC,碳固定量为740.88 tC。田园综合体内,作物种植区通过低碳有机种植模式成为净碳汇量最大的区域,净碳汇量为185.76 tC;水产养殖区通过高效的水草多级循环利用模式净碳汇量达62.20 tC;高空间利用率的立体农业区因农肥的碳排放量大表现为碳源区,净碳汇量为-10.81 tC;生产生活区是最大的碳源区,净碳汇量达-85.05 tC,人类文旅活动是其中最大的碳排放源。分析结合该田园综合体的碳流动,提出了发展高物质循环利用率、高空间利用率、低碳有机种植模式和农业科学管理4个农业降碳增汇的方向。
随着全球气候异常加剧,应对温室气体导致的气候变化已成为全球共识。作为世界上最大的碳排放国和负责任的大国,中国在气候峰会上做出了削减碳排放的庄严承诺,制定了2030碳达峰和2060碳中和的目标。双碳目标的实现需要经济和社会的系统性变革,而农业是支撑国民经济的基础产业,既是温室气体主要排放来源之一,又承担着关键的碳汇角色。农田生态系统每年的CO2排放量为15亿t,占全球排放量的30
在乡村振兴国家战略背景下,国家发改委推行的 EOD模式田园综合体,是将社会-经济-环境多维度结
碳平衡核算是减排固碳的基础,小区域的碳平衡奠定了大区域碳中和的基
随着碳排放研究的深入和碳核算的不断细化,探究田园综合体的碳平衡是实现农业低碳可持续发展的必然需求。因此,本文以发改委资助的第一批上海金山区枫泾镇郊野村庄田园综合体为研究对象,在分析田园综合体碳流动的基础上,进行了田园综合体内碳的源汇估算,并分析了园内各区域的碳平衡特征,最后结合各区碳排放特点提出了推进现代农业产业模式降碳增汇的几点建议,为区域协调推进碳减排工作提供参考,同时助力“双碳”目标与乡村振兴国家战略的实现。
本研究中的田园综合体位于上海市金山区枫泾镇,占地面积近75 h
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图1 金山区枫泾镇郊野村庄田园综合体规划平面图
Fig. 1 Planning plan of the Fengjing Town Countryside pastoral complex in Jinshan District
该田园综合体可分为清水养殖区(蓝色区域,生态净水与清水养殖,30 h
识别碳流动是评估碳平衡的基础,直接与大气交换的碳是垂直流动碳,其他形式的是水平流动
流动方向 Directions of flow | 碳输入 Carbon input | 碳输出Carbon output |
---|---|---|
垂直碳流动 Vertical carbon flow | 绿色植物光合作用 | 植物呼吸作用碳释放 |
水域碳沉降和储存 | 水域和土壤微生物呼吸作用碳释放 | |
产品加工、农业和养殖业中的耗电碳释放 | ||
农药农肥等生产资料碳释放 | ||
制冷设备冷媒碳排放 | ||
文旅活动和居民生活碳排放 | ||
水平碳流动 Horizontal carbon flow | 电力 | 含碳产品 |
农肥 | 含碳废弃物 | |
材料用具 | ||
鱼苗 | ||
虾苗 |
以有机或无机形式输入到田园综合体的碳将在物理、化学和生物作用下,在环境、经济和社会子系统之间流动并发生储积(
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图2 田园综合体内的碳流动
Fig.2 Carbon flow in the pastoral complex
本研究基于IPCC的排放因子
区域 Area /h | 活动 Activities | 排放源 Emission sources | 活动水平 Volume of activity | 排放因子 Emission factors | 二氧化碳排放量 Carbon Dioxide Emissions / tCO2e | 碳排放量 Carbon emissions/tC | 单位面积碳排放量Carbon emissions per unit area /(tC/h | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
清水养殖区 Aquatic aquaculture area (30 h | 耗电 | 化石能源 | 1197000 KWh | 0.581 tCO2e/MW | 695.46 | 695.46 | 189.67 | 6.32 |
立体农业区 Stereoscopic agriculture area (20 h | 耗电 | 化石能源 | 112000 KWh |
0.581 tCO2/MW | 65.07 | 1 044.01 | 284.73 | 14.24 |
造氧机 | 汽油 | 1500 L |
3.246 kgCO2e/k | 3.65 | ||||
农药 | 化石能源 | 0.4 kg |
16.61 kgCO2e/k | 0.01 | ||||
农肥 | 氧化亚氮 | 200.7 t |
0.0178 tN2O/t | 975.28 | ||||
作物种植区 Crop growing area (20 h | 电力灌溉 | 化石能源 |
20 h |
16.47 kgCO2e/h | 0.33 | 73.68 | 20.09 | 1.00 |
农地翻耕 | 化石能源 |
0.1k |
319 kgCO2e/k | 0.03 | ||||
机械 | 柴油 | 2000 L |
3.211 kgCO2e/k | 5.33 | ||||
农药 | 化石能源 | 13.5 kg |
16.61 kgCO2e/k | 0.22 | ||||
稻田甲烷 | 甲烷 |
10 h |
241.00 kgCH4/h | 67.24 | ||||
牲口反刍 | 甲烷—山羊 | 2只/年 |
9.4 kgCH4/(只·年 | 0.52 | ||||
生产生活区 Production and living area (5 h | 耗电 | 化石能源 | 171000 KWh |
0.5810 tCO2/MW | 99.35 | 345.77 | 94.30 | 18.86 |
耗水 | 污水排放 | 15000 t |
0.2100 kgCO2e/ | 3.15 | ||||
制冷设备 | 冷媒逸散 | 2 kg |
0.05 kgHFCS/k | 100.00 | ||||
居民生活排污 | 甲烷 | 85人×300天 |
0.0196 kgCH4/(人·天 | 13.66 | ||||
文旅活动 | 二氧化碳 | 2 万人次/年 |
2.36 kgCO2/(人·天 | 129.32 | ||||
总计 Total | 2 158.91 | 588.79 | 7.85 |
本田园综合体2021年度共排放2 158.91 tCO2e,计588.79 tC,单位面积碳排放量为7.85 tC/h
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图3 不同模式下单位面积碳排放量与碳固定量
Fig.3 Carbon emission and carbon fixation per unit area under different models
基于对田园综合体碳排放量的估算,进一步计算了本田园综合体的碳排放强度(碳排放量/生产产值),田园综合体的碳排放强度为0.018 1 kg CO2e/元,中国农业碳排放强度(0.093 3 kg CO2e/
本研究碳汇估算通过活动水平与碳固定系数的乘积来计算碳固定
区域Partition | 活动 Activities | 活动水平 Volume of activity | 碳固定量系数 Carbon fixation factor | 碳固定量 Carbon fixation / tC | 单位面积碳固定量 Carbon fixed per unit area/(tC /h | |
---|---|---|---|---|---|---|
清水养殖区 Aquatic aquaculture area (30 h | 水域固碳 |
30 h |
0.62 t/h | 18.6 | 251.87 | 8.40 |
水草固碳 |
20.68 h |
10.19 t/h | 210.73 | |||
水产品移出 | 移出鱼145 t |
14 | 20.3 | |||
移出虾18.2 t |
11.08 | 2.02 | ||||
移出蟹 2 t |
11.10 | 0.22 | ||||
立体农业区 Stereoscopic agriculture area (20 h | 林地固碳 |
20 h |
13.696 t/h | 273.92 | 273.92 | 13.70 |
作物种植区 Crop growing area(20 h | 农田固碳 |
20 h |
4.656 t/h | 93.12 | 205.85 | 10.29 |
秸秆还田 | 150 t |
0.692 t/ | 103.80 | |||
水稻 | 11.5 t |
42.4 | 4.88 | |||
油菜 | 9 t |
45 | 4.05 | |||
生产生活区 Production and living area (5 h | 草地固碳 |
2.66 h |
3.477 t/h | 9.25 | 9.25 | 1.85 |
总计 Total | 740.88 | 9.88 |
本田园综合体2021年共计固定740.88 tC,单位面积碳固定量为9.88 tC/h
根据以上碳源(
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图4 田园综合体各区净碳汇量
Fig.4 Net carbon sink in each district of the pastoral complex
相较于田园综合体的整体良好的碳平衡状态,综合体内各区碳平衡表现区别较大(
本文以上海市金山区枫泾镇郊野村庄田园综合体为例,解析了田园综合体的碳流动,并基于调研和官方数据进行了源汇估算和碳平衡分析。主要结论如下:(1)上海市金山区郊野村庄田园综合体2021年碳平衡表现为净碳汇区,净碳汇量为152.09 tC,其中碳排放量为588.79 tC,碳固定量为740.88 tC,碳固定量是碳排放量的1.26倍,表明该田园综合体土地利用模式合理,农业管理措施助力了该区域低碳发展。(2)田园综合体内各分区中碳平衡差异较大,碳平衡表现最好的是作物种植区,低碳有机的种植模式助力作物种植区的高净碳汇量;水产养殖区通过高效的水草多级循环利用模式也呈现为净碳汇区;立体农业区和生产生活区是碳源区,高空间利用率的立体农业区但因农肥碳排放量大表现为碳源区域,生产生活区降低人类碳足迹势在必行。(3)田园综合体环境整体良好的碳平衡与各区域协作运行、功能互补息息相关,如清水养殖区水草多级循环利用模式、立体农业区的小龙虾-蔬菜-水果高空间利用率和作物种植区的全有机模式都是其降碳增汇的关键节点。
基于以上结论,为进一步推进低碳田园综合体发展提出以下建议:(1)进一步深化特色碳汇研究,如加强果基稻田、稻蟹共作和秸秆还田等低碳农业管理、清水养殖模式、高空间利用率的立体农业等特色农业模式的碳汇研究,进行精确的固碳能力以及相关影响因素研究;(2)推动绿色农业和低碳农产品的认证、监管、服务全产业链管控体系,将产品碳排放量列入产品标签,助力我国绿色低碳农业产品的上市及推广;(3)加快田园综合体标准化建设,聚焦农村绿色发展和农业固碳增效,推进农业生态、经济、社会效益三者协同与农业可持续发展,实现“双碳”目标与乡村振兴共举。
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