农业是人类社会赖以生存的根本性产业，也是我国国民经济的基础。在气候危机之下，农业应该如何实现绿色低碳可持续发展？

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农业与气候变化

如今“气候变化”一词已经越来越频繁地出现在大众视野当中，但气候变化到底指的是什么？简单来说，“气候变化”是平均天气模式的长期变化现象，这种天气模式就定义了我们的全球气候 （NASA）[1]。举例来说，过去一个多世纪以来我们地球的平均温度呈现逐年上升的趋势，这种全球气候系统暖化的现象就可以定义为气候变化。我们时常将气候变化与对社会和环境产生的负面影响联系在一起，可见气候变化已经成为人类社会在现在和未来所面临的一个重大挑战。

根据NASA[1]的观测，最近一段时期地球显著的气候变化出现于20 世纪，主要原因就是人类活动。欧盟[2]在报告中也指出，温室气体效应是气候变化的主要驱动因素，而人类活动是二氧化碳、甲烷、一氧化二氮和 氟化气体等温室气体浓度增加的原因。人类活动中有许多产业部门的排放会影响升温，例如交通运输、能源、农业、建筑和制造业。在本文中，我们将聚焦农业，探讨如何解决排放问题以实现未来可持续农业的目标。

农业作为关系世界经济和人民福祉的重要产业， 在中国被视为是国民经济的基础（Zhu, 2002）[3]。然而时至今日，我们的传统农业却成为了影响气候变化的主要原因之一。除了生产效率不够高以外，传统农业还从产生了大量的温室气体排放。Cheng和Pan (2021)[4] 的研究发现，农业耕作和畜牧业占全球二氧化碳当量 (CO2e) 排放量的10%-12%。温室气体中，农业产生的主要排放来自甲烷（CH4）和一氧化二氮（N2O）。下图显示了2007 年至 2018 年，中国农业部门这两种温室气体的排放量。

图 1：2007 年至 2018 年中国农业部门排放的甲烷 (红线) 和一氧化二氮 (蓝线)（单位：百万吨Mt/二氧化碳当量 CO2e）（数据来源：Climate Watch）[5]

如图1所示，2007 年，甲烷排放量仅比一氧化二氮排放量高10Mt（百万吨），但从 2009 年开始，一氧化二氮排放量开始超过甲烷。与Cheng 和 Pan (2021)[4]的估计类似，他们估算 2010 年中国农业实际产生的甲烷排放占总排放的45%，主要来自于水稻种植、牲畜粪肥和农作物秸秆分解；剩下55%的一氧化二氮，来自非有机肥料、粪肥和化学农药。

2016 年，甲烷和一氧化二氮排放分别达到了342.3Mt 和357.6Mt的峰值，并由此开始下降。这一变化是由于中国政府在2016年出台了《“十三五”控制温室气体排放工作方案》，对温室气体排放设定了限制并宣布了大力发展低碳农业的目标。（国务院，2016）[6]发布在Statista (2021)[7]上的一篇中国农药生产量的数据显示，自 2015 年以来化学农药产量直线下降，导致了自 2016 年后一氧化二氮排放量的下降。随着化学农药使用量的降低，到2018 年产生的甲烷总量中，水稻种植成为中国农业第二大甲烷排放源，占22%。（Oliver 和 Peters, 2019）[8]

除了甲烷和一氧化二氮，农业也会在砍伐树林，开垦农业用地的过程中直接排放二氧化碳。图2显示了2007 年至2018年中国农业部门的二氧化碳排放量。

图 2：2007-2018 年中国农业部门产生的二氧化碳量（单位：百万吨Mt） (数据来源：Gutschow等人, 2021)[9]

与图1展示的两种温室气体相比，中国农业产生的二氧化碳排放量并不大。数字历经多年波动，最终在2018 年达到了最低值，只有9Mt。根据 Cheng 和 Pan（2021）[4]的研究，农业只排放少量二氧化碳的原因是由于农业的二氧化碳吸收作用，自然平衡掉了由于砍伐树林带来的碳排放。

在农业产生排放影响气候的同时，气候变化也在影响我们的农业生产。例如，温度升高和不规律的降水将会导致干旱、土壤流失和水资源管理难度增加等一些问题，并直接影响农作物的质量和产量，造成作物歉收并威胁粮食安全。Yu and Wu(2018)[10]指出，在当前中国水土资源退化的情况下，除了生产问题外，食品安全等质量问题已成为中国农业所面临的重要挑战。

中国的粮食生产基地华北地区自1995 年以来因干旱遭受了巨大的减产（Lin、Deng 和 Jin，2013）[11]。从长远来看，这场自然灾害还带来了消费下降和市场价格波动等潜在间接经济影响。需要注意的是，市场价格在决定农业产能上扮演着重要的角色。Chen, Chen and Xu (2014)[12]的研究显示，在气候变化的影响下，中国玉米和大豆价格出现了上涨，促使中国农民在2001至2009年之间增产了700 万公顷的玉米和 200 万公顷的大豆。尽管短期内价格变动会引起产量增加，但总体来看气候变化对作物产量的不利影响实际上要大得多。

为了缓解气候变化对农业的威胁，世界各国达成了若干协议并制定了响应的目标。例如，包括中国在内的 196 个国家于2015 年通过的《巴黎协定》旨在大幅减少全球温室气体排放，并计划在本世纪末将气温上升限制在2度以内。在2020年联合国大会上，中国也宣布了其“力争2030年实现碳达峰，2060年实现碳中和”的“双碳”目标。

在农业领域，中国政府还通过补贴和奖励措施鼓励农民适应并发展绿色农业。2019 年，中国政府发布了绿色农业发展的 5 个要点（中国农业农村部，2019）[13]。这包括推进绿色生产，加强污染方式、节约利用资源等。此外，2021年国务院（2021）[14]印发了《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》。在第五点中，提出了加快农业绿色发展，包括减少污染，强化耕地质量保护与提升。同样，为实现碳中和目标，中国政府也于 2021 年 3 月 11 日公布了“十四五”规划（新华网，2021）[15]，其中就强调了中国要积极应对气候变化，加大甲烷、氢氟碳化物、全氟化碳等其他温室气体控制力度，提升生态系统碳汇能力和农业生产施适应气候变化能力。

可见，要实现绿色农业，在不降低产量和质量的前提下，大力发展低碳甚至零碳农业是非常重要的。为了要实现低碳农业，我们需要重点考虑两大因素，即效率和减排。

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高效农业：增产降耗

一方面要推进高效农业，这意味着从生产（投入）到结果（产出）的效率都需要优化。一般来说，我们希望在减少投入的同时提高产出效率。

在农业领域，减少投入是指降低生产资源的消耗。2007 年，Biala 等人[16] 引入了“低投入农业系统”，的概念，旨在于农业生产过程中优化管理上的投入并尽量减少生产投入。例如，尽可能减少或不使用农药，以节省生产成本，同时还生产出更环保、更健康的产品。在他们的研究中还发现，不采用土地翻耕有利于改善土壤质量和肥力，从而进一步减少投入（如减少肥料使用）。

此外，现代农业系统也在迅速发展中，其中垂直农业就是一个典型。这种模式仅需要传统灌溉作物正常用水量的8%，但比传统生产方式却高出20 倍的产量（VertiCrop，2015）[17]。然而，巨额电费是这项技术的缺点，因此也需要将这部分的碳足迹考虑在内。由于现代农业的目标是减少碳排放，因此需要更好的解决方案以进一步优化这种生产模式。

室内垂直农业（图片来源：Aerofarms）

增加产量是优化农业效率的另一种选择。早在 1970 年，杂交水稻之父袁隆平开发的杂交品种比普通水稻产量高20%，这对中国的农业来说至关重要（Smith，2021）[18]。不仅对中国，这些杂交品系对世界水稻产量也产生了深远的影响，到 2021 年，杂交稻已占到世界水稻产量约15%。我们感谢已故的袁隆平为以更少的资源养活不断增长地球人口所做出的创新和奉献。

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低碳农业的减排手段

实现低碳农业的另一种方式是减少温室气体排放。农业生产所排放的甲烷、氮氧化物和二氧化碳都会导致明显的温室效应。我们应该积极采取各种手段实现农业减排。

首先，更多地使用可再生清洁能源或生物能源以减少农业用能的碳足迹。例如，农业光伏 (Agri-PV) 就是专门用于农业领域的太阳能电池板创新之一。它是在生长的农作物上方建造安装太阳能电池板（国际可再生能源署，2019）[19]，而太阳能电池板在发电的同时能够为农作物提供遮阴。贝克等人 (2019)[20] 还证实 APV解决方案能带来更多电力产出、更高的作物产量和更少的用水。这也为水培和气培等现代农业技术提供了双赢的解决方案。正如我们之前所提到的垂直农业，许多现代农业实践会消耗大量电力，而Agri-PV可以通过太阳能电池板提供电力来缓解这个问题，而太阳能作为可再生和清洁能源，还不会产生碳排放。

农业光伏（Agri-PV）（图片来源：BayWa r.e.）

在中国，金风科技所打造的国内首个可再生能源“碳中和”智慧园区就融入了智慧农业的概念和低碳农业生产技术。其打造的光伏智能温室融合了新能源光伏发电系统、智能物联网系统，水肥一体化系统以及环境自动化控制系统，能够实现智能化控制水肥供给、补光、遮阳、增温，以先进的无土栽培和立体种植技术提高产量。（金风科技，2021）[21]。

金风光伏智能温室（图片来源：汉能薄膜发电集团）

农业减排的第二点是减少化肥和农药的使用，因为这两种产品都会排放一定的氮氧化物。Cheng和 Pan (2021)[4] 记录的数据显示2014 年氮肥占中国一氧化二氮排放量的 47%。因此，在“十四五”规划第23章第2节也提出了深入实施农药化肥减量行动的计划（新华网，2021）[15]。为了替代花费，Cheng和 Pan (2021)[4] 建议可以使用来自水果、蔬菜和茶的有机堆肥。

第三，增加碳汇量和完善碳交易体系，有助于使农业实现零碳甚至负碳排放。虽然二氧化碳不是农业排放的主要气体，但在地球大气中二氧化碳占温室气体的绝大部分。一种方法是增加土壤吸收和固碳的能力，以减少空气中的温室气体浓度。Cheng 和 Pan (2021)[4] 还补充，如果中国的农田能够采取更多措施，例如有机和无机肥料相结合、秸秆还田和减耕，则可以吸收两倍的碳。

在中国，王等人 (2020)[22] 发现某些先前森林碳汇被低估的省份正在采用一种渐进式造林模式，例如西南地区（云南、贵州和广西）和东北地区（黑龙江和吉林省）。这些省份的森林在10 至15 年间增加了4 万至 44 万公顷。

实施碳交易是实现农业碳中和的重要手段。碳交易市场的主要目标是通过控制碳配额来推动企业减少碳排放。Dan和Jie (2021)[23] 记录，中国从2011年开始在地方层面试行碳信用交易。到 2021 年 3 月，碳交易试点已覆盖 20 多个行业，约3000 家主要公司，影响约 4.4 亿吨碳排放，并创造了104.7亿元的交易量。

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农业转型需要各方努力

在中国政府出台的各种计划和目标下，中国低碳农业的发展前景非常广阔。政府在推动绿色农业发展扮演着核心的角色。例如，为农民提供的奖励和补贴，包括直接财政补贴、农具或技术补贴，以及发放给农民的其它福利等。另一方面，我们需要靠政府推动温室气体排放量测算标准，如使用碳清单和碳审计等标准工具来更科学精准地识别排放源并衡量温室气体的排放量。

除了政府以外，企业和消费者也可以推动和引力低碳农业的发展。普通人可以在消费中留意购买有碳足迹或碳中和标签的产品。带有碳标签的产品表明它已获得专业机构或政府的认证，这也逐渐成为了一种新的竞争优势。一个例子是雀巢Nespresso咖啡产品。Nespresso自 2017 年以来一直致力于碳中和运动，并将在其供应链和产品生命周期中实现完全碳中和。Nespresso(2020)[24]还承诺到 2022 年，无论是为家庭客户还是商业客户所提供的每一杯Nespresso咖啡都将实现碳中和。

在中国海南，由海南农垦热作集团打造的本地咖啡品牌“母山咖啡”也正在探索咖啡生产的绿色低碳化，筹备在今年内推出中国首款“碳中和咖啡”。为此，母山咖啡在海南琼中的大丰农场接入了碳中和智慧农场解决方案，包括建设120kWp光伏系统和储能设施，利用碳中和能效平台实时监测排碳减碳情况等，最终实现除了产品以外，“从种子到杯子”的低碳产业链。

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结语

农业生产过程中排放的甲烷和一氧化二氮这两种主要温室气体对气候变化的影响不可忽视，而从长远来看，气候变化也会对农作物的生产和质量带来负面影响。包括中国在内的各国政府已经通过设定未来碳中和目标和低碳农业计划达成协议。但在此之外，还需要产业链上下游的企业、消费者、科研机构、非政府组织等所有利益攸关方共同推进绿色低碳农业。未来，我们的政府还需要加大对低碳农业的科研投入，为相关项目提供政策和资金扶持，以及加强对农民的绿色/可持续农业教育，引领低碳农业成为新的潮流，迈向一个可持续发展的世界。