摘要：
农业在养活不断增长的世界人口的同时，也排放了大量温室气体。如何在粮食安全与减排之间取得平衡，从而创造互利共赢的局面，是一项至关重要的挑战。然而，由于缺乏全面的次国家级评估，评估有针对性的农业排放减排潜力仍具有挑战性。在此，我们精心编制了2000 年至2019年的中国农业温室气体排放清单，并利用空间分析方法确定了区域特征。我们发现，中国农业生产排放的峰值出现在2015年（1.03×109tCO2e），随后在2019年降到最低值（0.94×109tC2Oe），这主要归因于畜牧业相关活动的转变。值得注意的是，甲烷排放是最主要的温室气体，湖南省是主要贡献者，畜牧业是主要活动，肠道发酵是主要排放源。各省之间的排放结构和排放源存在很大差异。进一步的空间分析表明，总排放量和人均排放量都存在地域差异。胡焕庸线两侧的人均排放量呈现出西高东低的空间特征。针对特定排放源和区域采取有针对性的减排策略将更具可行性。
从空间分布来看，中国农业生产呈现出明显的地区差异。在农作物播种面积方面，北方地区在中国农作物生产中一直占有举足轻重的地位。值得注意的是，黑龙江和四川一直保持着较高的农作物种植水平。在研究期间，黑龙江的农作物播种面积显著增加，从2000年的 9.33万平方公里增加到2019年的14.77万平方公里，增幅约为 58.3%。与此同时，吉林的农作物播种面积也大幅增加了约 2.05万平方公里，在二十年间显著增长了 50%。这些趋势凸显了黑土粮仓在中国东北地区日益突出的地位，强调了其在确保粮食安全方面的关键作用。此外，新疆和内蒙古的农作物种植面积也有显著增长，分别增加了2.78万平方公里和2.97万平方公里。相比之下，浙江、河北和广西的农作物播种面积大幅减少。浙江从2000 年的3.55万平方公里下降到2019年的2万平方公里，降幅接近50%。相反，河北和广西的农作物播种面积分别减少了约9.6% 和4.3%。这些发现揭示了农作物播种面积的动态变化空间模式。
2000 - 2019年农业生产活动空间格局演变
水稻种植具有明显的地理区域差异，南方地区和东北地区是水稻种植的主要区域，而北方以及西北地区水稻播种面积较少。湖南是我国水稻播种面积最大的省份，在2000年和2019年播种面积分别达到3.90和3.86万平方公里。湖南水稻种植结构在研究期间发生了显著变化，2000年以双季稻为主，单季稻播种面积约为0.63万平方公里，仅占16.2%；而在2019年单季稻播种面积已经扩张至1.60万平方公里，占比达到41.5%，超过双季早稻 (28.4%) 和双季晚稻 (30.1%) 的份额。此外，湖北地区水稻播种面积也较大，在2000年和2019年分别达到2.00万平方公里和2.29万平方公里。虽然广东在2000年水稻播种面积高达2.47万平方公里，仅次于湖南，但在接下来的十余年间面积持续减少，2019年广东省水稻播种面积仅为1.79万平方公里。除了南方地区以为，东北地区水稻种植面积也较大，但与南方地区种植结构不同的是，东北地区由于气候原因，始终是以单季稻种植为主。黑龙江是东北地区最主要的水稻种植区，其稻谷播种面积在2000年为1.60万平方公里，并在研究期间持续增长，2019年达到3.81万平方公里，增长幅度近150%。
我国牲畜数量同样存在显著的地域差异，但与水稻种植不同，牲畜饲养最明显的分异体现在西北地区与其他地区之间的区别。绵羊是西北地区最主要的牲畜类型，牛和山羊占比也相对较高；而其他地区则主要是猪、山羊和牛为主，大部分省份的绵羊数量较少。从总量上来看，西北地区的牲畜数量相对较少，而河南、四川和山东则是牲畜数量最多的三个省域，2000年分别为8.00、7.19和6.59千万头，三省总计29.36千万头，占全国比例约为25.1%；而在2019年五省总计牲畜数量为15.16千万头，占全国比例为21.4%。西北地区牲畜数量最大的省份为内蒙古，其在2000年和2019年牲畜数量分别达到4.98和7.19千万头，其中绵羊数量分别为2.25和4.35千万头。与全国的情况一致，大多数省份2019年牲畜数量都有明显下降，主要是西北地区以外地区的猪的存量下降所造成的，而西北地区由于猪并不是主要的牲畜类型，因此牲畜总量下降并不明显。
本研究进一步分析了我国农业生产温室气体排放的构成及不同来源的贡献。农业生产排放主要是由非二氧化碳温室气体所构成，二氧化碳在2019年总温室气体排放中仅占12.5%。具体而言，二氧化碳排放主要是用于农业生产中能源使用所引发的，而非二氧化碳气体排放则与农作物种植过程及牲畜饲养相关。相比于种植业，畜牧业在我国温室气体排放中的地位更为重要，其相关活动引发的排放在非二氧化碳温室气体排放中占比约为66.9%，超过三分之二。畜牧业中最主要的排放源是牲畜肠道发酵导致的CH4排放，2019年排放量约为4.3×108 tCO2e，占畜牧业非二氧化碳排放的77.5%。而其余的22.5%则是由粪便相关的CH4和N2O所构成。对种植业而言，农用地N2O排放和稻田CH4排放是两个最主要的排放源，2019年二者排放量分别约为1.0×108 tCO2e和1.8×108 tCO2e。由此可见，相比于其他粮食作物，水稻种植引发的气候变化后果更为严重。选择低排放的水稻类型和改良管理措施以降低排放可能是减缓水稻相关排放的有效措施。
中国农业温室气体排放结构与变化
各省农业生产温室气体排放结构差异很大，并且各省排放随时间的演变特征呈分异特点。CO2、CH4和N2O在条形图中分别以红色、橙色和青绿色表示。通过对比不同省份的排放总量可以发现，农业生产温室气体排放与土地面积具有相关性，面积较小的地区排放也通常较小。北京、上海、天津三个直辖市排放总量处于较低水平，而重庆虽然同为直辖市，但由于其面积两倍于其他三个直辖市面积总和，排放也远高于其他直辖市。2019年，此外，海南和宁夏是研究区内除了直辖市以外面积最小的两个省域单元，其排放总量也处于较低水平。排放总量最高的省域是湖南，2000、2005、2010、2015和2019年排放总量分别为7.1×107tCO2e、7.7×108tCO2e、7.2×108tCO2e、7.8×108tCO2e和7.2×108tCO2e。此外，
四川在五个年份的农业生产温室气体排放总量也均超过6.0×108tCO2e，处于较高水平。
结论与讨论：
在研究期间，中国的农业食物系统生产端排放呈现出明显的波动。2019年，全国生产端温室气体排放总量达到0.94 Gt CO2e，与2000年的0.97 Gt CO2e 相比略有下降。生产端排放在2006 年达到峰值，约为1.06 Gt CO2e，随后急剧下降，在2007年达到0.93 Gt CO2e 的最低点。中国农业食物系统生产端排放的波动主要归因于畜牧业排放量的大幅变化，特别是研究期间因生猪存栏量的大幅波动导致的畜牧业排放变化。由于动物疾病的流行，中国的生猪数量急剧下降，随后几年又迅速增加。这些波动的周期性与猪肉行业的经济动态密切相关，生猪存栏量减少导致猪肉价格上涨，促使农民在随后的增长周期中增加猪群，以追求更高的收入。随之而来的猪群变化对农业排放产生了深远影响，从而引发了巨大的年际变化。中国承诺到2030 年实现碳排放峰值，到2060年实现净零排放，在此背景下，减少农业食物系统温室气体排放是必要且可行的当务之急。要保持温室气体排放量的持续下降，就必须减少其波动。预计肉类消费（尤其是猪肉）的大幅减少以及膳食结构的调整将在稳定减少中国农业食物系统生产端温室气体排放方面发挥关键作用。此外，粮食进口对抑制中国生产端排放的积极影响也值得注意。鉴于水稻种植约占生产端总排放的20%，增加水稻进口，尤其是从东南亚进口，可有效改善中国南部和东北部地区的温室气体排放。然而，必须承认这种做法对全球的气候影响。虽然水稻进口可以缓解中国的农业食物系统生产端排放，但可能会加剧全球气候变化的更大挑战。由于东南亚与中国在水稻品种、气候条件和技术实践方面的差异，生产相同数量的水稻在东南亚产生的温室气体要比在中国多。因此，中国的水稻进口可能会引发水稻生产导致的温室气体排放增多，从而可能增加全球温室气体排放量。
原文链接：
Liu, G., Deng, X., Zhang, F., 2024. The spatial and source heterogeneity of agricultural emissions highlight necessity of tailored regional mitigation strategies. Science of The Total Environment 914, 169917. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.169917
（刘刚供稿）
