全球人口增長和有限的農(nóng)業(yè)用地對同時追求更高的糧食產(chǎn)量和農(nóng)業(yè)可持續(xù)性提出了挑戰(zhàn)。糧食系統(tǒng)的溫室氣體排放量占全球溫室氣體排放量的21-37%，而且全球農(nóng)業(yè)溫室氣體排放量仍保持以每年1%的速度增長。我國是世界上最大的糧食系統(tǒng)溫室氣體排放國，小農(nóng)戶占農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體的98%，經(jīng)營著70%的耕地。我國農(nóng)場規(guī)模小、分散、數(shù)量多，加上機(jī)械化水平較低，對農(nóng)業(yè)溫室氣體減排構(gòu)成重大挑戰(zhàn)。

在糧食安全的大背景下，確保排放公平的同時減少作物生產(chǎn)中的溫室氣體排放對我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。針對這一科學(xué)問題，中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所徐湘博副研究員、張林秀研究員等聯(lián)合中國農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)管學(xué)院趙啟然教授和樊勝根教授，利用全國農(nóng)村固定觀察點(diǎn)的調(diào)查數(shù)據(jù)（樣本量大于430,000戶），揭示了從1993年到2020年我國農(nóng)戶層面的農(nóng)業(yè)溫室氣體排放強(qiáng)度的長期變化趨勢及不平等問題。

研究發(fā)現(xiàn)2015年是我國農(nóng)業(yè)溫室氣體排放強(qiáng)度的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，從2015年到2020年，作物生產(chǎn)溫室氣體排放強(qiáng)度水平下降了16%。作物生產(chǎn)的溫室氣體排放強(qiáng)度從1993年的3914公斤CO₂e/公頃增加到2015年的4710公斤CO₂e/公頃，然后下降到2020年的3978公斤CO₂e/公頃。從全生命周期視角，分溫室氣體來源貢獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)稻谷種植（尤其是甲烷CH₄）、田間管理（主要是氧化亞氮N₂O）和化肥生產(chǎn)是作物溫室氣體排放的三大主要貢獻(xiàn)，分作物來看貢獻(xiàn)最大的是玉米和水稻。

我國不同農(nóng)業(yè)區(qū)的氣候條件、地理位置和種植制度差異很大，根據(jù)中國農(nóng)業(yè)綜合區(qū)劃分為九大農(nóng)業(yè)區(qū)。除少數(shù)農(nóng)業(yè)區(qū)在2015~2018年間達(dá)到峰值外，大多數(shù)農(nóng)業(yè)地區(qū)的溫室氣體排放強(qiáng)度在2015年達(dá)到峰值。中國南部地區(qū)作為排放量最高的農(nóng)業(yè)區(qū)，是最低排放量青藏高原的6.58倍。2006年之前中國南部地區(qū)溫室氣體排放強(qiáng)度保持相對穩(wěn)定，約為8250公斤CO₂e/公頃，2006年后急劇增加，2018年達(dá)到12834公斤CO₂e/公頃，隨后降至10403公斤CO₂e/公頃，究其根源，使用復(fù)合肥和殺蟲劑造成的溫室氣體排放量增加遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了中國南部地區(qū)水稻種植面積減少帶來的下降幅度。長江中下游平原、黃淮海平原和東北平原分別是中國水稻、小麥和玉米生產(chǎn)的主要地區(qū)，2020年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，長江中下游平原、黃淮海平原和東北平原的產(chǎn)量分別占每種作物總產(chǎn)量的50%、58%和32%。2015年之前黃淮海平原和東北平原的溫室氣體排放強(qiáng)度均有所增加，而長江中下游平原的趨勢保持穩(wěn)定，約為5500公斤CO₂e/公頃，這一差異表明化肥和農(nóng)藥投入是三個地區(qū)溫室氣體排放強(qiáng)度增加的最重要貢獻(xiàn)源，而長江中上游平原水稻種植減少造成的溫室氣體排放減少抵消了化肥投入造成的增加。其他農(nóng)業(yè)區(qū)溫室氣體排放強(qiáng)度也呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。化肥、農(nóng)藥和水稻種植等共同因素在溫室氣體排放強(qiáng)度出現(xiàn)峰值后下降特征發(fā)揮了重要作用。關(guān)于農(nóng)業(yè)地區(qū)之間溫室氣體排放強(qiáng)度差異的來源，玉米種植是中國北部地區(qū)差異的主要原因，而水稻種植是南部地區(qū)差異的主要因素，蔬菜種植幾乎均勻地?cái)U(kuò)大了所有農(nóng)業(yè)區(qū)的溫室氣體排放強(qiáng)度差異。

借助生產(chǎn)函數(shù)研究作物生產(chǎn)的溫室氣體排放強(qiáng)度驅(qū)動力發(fā)現(xiàn)，趨勢變化背后的主要驅(qū)動力包括農(nóng)田投入、所有其他投入、農(nóng)業(yè)勞動力投入和全要素生產(chǎn)率，但不包括資本投入。進(jìn)一步研究農(nóng)業(yè)溫室氣體排放強(qiáng)度的不平等發(fā)現(xiàn)，1993~2020年我國農(nóng)業(yè)溫室氣體排放強(qiáng)度的不平等從0.166增加到0.272，貢獻(xiàn)源模式發(fā)生了明顯的變化。值得注意的是，耕地投入和所有其他投入貢獻(xiàn)了80%的不平等，而全要素生產(chǎn)率的貢獻(xiàn)逐漸下降，并被勞動力遷移引起的農(nóng)業(yè)勞動力投入差異所取代。隨著時間的推移，全要素生產(chǎn)率的貢獻(xiàn)逐漸減小，表明中國區(qū)域間技術(shù)均等性不斷提高。同時，城鎮(zhèn)化導(dǎo)致中國農(nóng)業(yè)勞動力投入差異增大，農(nóng)業(yè)勞動力投入對溫室氣體排放強(qiáng)度不平等的貢獻(xiàn)增大。此外，中國農(nóng)村地區(qū)的資本投入不溫不熱，資本投入對GEI不平等的貢獻(xiàn)很小，并且基本沒有變化。總而言之，降低農(nóng)業(yè)溫室氣體排放強(qiáng)度和防止不平等擴(kuò)大需要優(yōu)化生產(chǎn)要素投入。

該成果以“Inequality in agricultural greenhouse gas emissions intensity has risen in rural China from 1993 to 2020”為題，于2024年11月04日于Nature Food（IF=23.6）。中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所為該論文的第一署名單位，中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所徐湘博副研究員、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院趙啟然教授為該文的共同第一作者，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院樊勝根教授和中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所張林秀研究員為共同通訊作者。該研究成果得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和地理資源所“可楨-秉維青年人才”項(xiàng)目的資助與支持。

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論文信息：

Xu,X.,Zhao,Q.,Guo,J.?et al.?Inequality in agricultural greenhouse gas emissions intensity has risen in rural China from 1993 to 2020.?Nat Food?5,916–928 (2024).

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論文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s43016-024-01071-1

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