胡世霞，向榮彪，董俊，齊振宏*

（1. 華中農業(yè)大學經(jīng)濟管理學院，湖北 武漢 430070；2. 華中農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，湖北 武漢 430070；3. 長江大學研究生學院，湖北 荊州 434025）

基于碳足跡視角的湖北省蔬菜生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展探討

胡世霞1，向榮彪2，董俊3，齊振宏1*

（1. 華中農業(yè)大學經(jīng)濟管理學院，湖北 武漢 430070；2. 華中農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，湖北 武漢 430070；3. 長江大學研究生學院，湖北 荊州 434025）

在溫室氣體的累積排放導致全球增溫趨勢明顯，人類生存面臨挑戰(zhàn)的氣候環(huán)境條件下，研究蔬菜生產(chǎn)碳足跡，對于控制蔬菜生產(chǎn)溫室氣體排放，緩解氣候變化與蔬菜生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的矛盾具有積極意義?；贗PCC國家溫室氣體清單指南，運用過程生命周期評價法、動態(tài)評估及多元回歸分析，對湖北省2003-2013年蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)碳足跡進行了核算。結果表明，湖北省蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)碳足跡由2003年的116.05萬tCE增長到2013年的142.81 萬tCE，增加了23.06%。各生產(chǎn)投入品溫室氣體排放碳足跡排在前3位的為肥料、農藥和排灌電能，分別占總排放碳足跡的58.07%、18.47%、9.03%。2003-2013年土地利用碳強度保持在0.97-1.29 tCE/hm2；單位產(chǎn)量碳強度從2003年的37.06 kgCE/t提高到39.91 kgCE/t，收益碳強度從2003年的0.10 kgCE/元降低到2013年的0.02 kgCE/元；碳生態(tài)效率從2003年的1.87降低到2013年的1.73。多元回歸分析表明，湖北省蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)溫室氣體排放碳足跡與肥料用量、農藥使用量、排灌電能三者間存在顯著的線性相關，其相關性分別為0.571、0.341和0.228。根據(jù)分析結果，提出了強化科學施肥力度，提高土地規(guī)?；?jīng)營水平；推廣生物防治，建設綠色防控體系；推廣節(jié)水灌溉技術等可顯著減少溫室氣體排放的策略。

蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)；碳足跡；過程生命周期法；動態(tài)評估；多元回歸分析；可持續(xù)性發(fā)展

胡世霞， 向榮彪， 董俊， 齊振宏. 基于碳足跡視角的湖北省蔬菜生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展探討［J］. 農業(yè)現(xiàn)代化研究， 2016， 37（3）: 460-467.

Hu S X， Xiang R B， Dong J， Qi Z H. The sustainable development of vegetable production system from the carbon footprint perspective in Hubei Province［J］. Research of Agricultural Modernization， 2016， 37（3）: 460-467.

自工業(yè)革命以來，隨著全球經(jīng)濟迅猛發(fā)展和生產(chǎn)生活方式的轉變、溫室氣體大量排放，導致的全球氣候變暖已成為威脅人類生存和發(fā)展的一大難題。過去近160年全球歷史累計溫室氣體排放量為345 PgC（1 PgC=10億 tC）［1］。20世紀50年代以來，CO2、CH4和N2O的大氣濃度分別比工業(yè)化以前增加了大約26%、148%和8%［2］。據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第五次評估報告，2010 年世界農林業(yè)溫室氣體排放 12.00 Gt CO2eq，占人類活動總排放的24.00%［3］。近年來，全球人類活動造成的溫室氣體排放量已達有史以來的最高水平，這“極有可能”是導致不斷加劇的氣候變化事件的主要原因［4］。2009年中國已成為全球溫室氣體排放量較大的國家，排放總量占全世界的23%［5］。我國的農業(yè)源溫室氣體排放占全國溫室氣體排放總量的17%，高于世界平均水平［6］。其中CH4和N2O分別占全國CH4和N2O排放總量的50.15%和92.47%［7］。農業(yè)領域已成為繼能源之后的第二大溫室氣體排放源，發(fā)展低碳農業(yè)已成為當務之急。

湖北省地處亞熱帶，種植蔬菜具有得天獨厚的優(yōu)勢，常年種植蔬菜穩(wěn)定在114.5萬hm2左右，僅次于糧食、油料種植面積。2013年蔬菜產(chǎn)量為3 578.3 萬t，居種植業(yè)的第一位，總產(chǎn)值1 061.9億元，占全省農業(yè)總產(chǎn)值的20%，占種植業(yè)產(chǎn)值的38%以上，蔬菜生產(chǎn)已成為全省農業(yè)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。然而，由于片面追求蔬菜產(chǎn)量的提高，大量施用化肥、農藥，使CO2等溫室氣體的排放急劇增加，已成為農業(yè)生態(tài)環(huán)境的嚴重問題，制約著蔬菜生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展。因此，研究湖北省蔬菜生產(chǎn)碳足跡對于促進湖北省蔬菜生產(chǎn)乃至農業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

目前，理論界從不同角度研究了碳足跡的定義、計算方法，并常常采用工業(yè)、交通、建筑、醫(yī)療衛(wèi)生等方面案例進行了實證研究，使碳足跡研究有了一定的進展［8］。農業(yè)由于碳排放過程比較復雜，對其碳足跡的研究比較少，并且集中在農田生態(tài)碳足跡和水稻、玉米、小麥等農作物品種碳足跡研究上［9-10］，對蔬菜生產(chǎn)碳足跡研究則是廖若晨星，尚未形成比較成熟的研究方法。為了彌補這一缺憾，本文根據(jù)IPCC國家溫室氣體清單指南及國家統(tǒng)計數(shù)據(jù)，運用過程生命周期評價法結合系數(shù)法，對2003-2013年湖北省蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)的碳足跡進行核算和評估，以圖客觀評價湖北省蔬菜生產(chǎn)對溫室氣體排放的影響，為指導湖北省蔬菜生產(chǎn)低碳發(fā)展提供科學依據(jù)，促進湖北省蔬菜生產(chǎn)可持續(xù)健康發(fā)展。

1 研究方法

1.1 過程生命周期法

碳足跡已被廣泛用于農業(yè)生產(chǎn)溫室氣體排放的核算，現(xiàn)有三種不同但相關的核算方法：生命周期評價法（Life-Cycle Assessment，LCA）、投入產(chǎn)出分析法（Input-Output Analysis，IOA）和混合生命周期評價法（Hybrid LCA）［11］。最為典型的碳足跡過程生命周期分析法由英國Carbon Trust機構提出［12］。該方法首先通過基本流程圖詳細描述全生命周期涉及的所有活動和原料，再根據(jù)實際情況明確碳足跡計算系統(tǒng)邊界，收集邊界內活動、原料和溫室氣體排放因子的原始及次級數(shù)據(jù)，建立全質量平衡方程計算生命周期各環(huán)節(jié)的碳足跡，最后復核優(yōu)化。

過程生命周期法是基于生命周期評價理論提出的關于生產(chǎn)碳足跡計算的方法，該方法以生產(chǎn)過程分析為出發(fā)點，根據(jù)生命周期清單，從生命周期的視角分析溫室氣體排放的整個過程。該方法由于考慮了產(chǎn)品生命周期過程中所有活動相關的溫室氣體排放，能夠更全面深入地分析溫室氣體排放的本質過程，因此可以科學合理地實現(xiàn)碳足跡的評估。

蔬菜生產(chǎn)碳足跡包括播種前的土地整理溫室氣體排放碳足跡，播種及移栽后的田間生產(chǎn)與管理溫室氣體排放碳足跡，蔬菜收獲后的儲藏、運輸、銷售的溫室氣體排放碳足跡。本文對蔬菜生產(chǎn)碳足跡的評估就是通過過程生命周期法對蔬菜生命周期內溫室氣體排放進行核算和評估。

1.2 系統(tǒng)邊界的設置［13］

首先將蔬菜生產(chǎn)過程中所涉及到的所有生產(chǎn)流程列出。本文將蔬菜生產(chǎn)流程按照“產(chǎn)前—產(chǎn)中—產(chǎn)后”的順序進行劃分（圖1），產(chǎn)前包括土地整理以及農資的準備，主要包含人工及機械作業(yè)的投入；產(chǎn)中包括栽培、病蟲害防控、施肥及澆水等，主要包含電能、化肥、農藥和人工的投入；產(chǎn)后包括蔬菜的收獲、儲藏和運輸，主要包含收獲、儲藏和運輸過程中的人工、電能及機動車輛消耗柴油?？紤]數(shù)據(jù)的可獲得性，本研究忽略了蔬菜生產(chǎn)過程中不同種子投入引起的溫室氣體排放碳足跡以及消費者購買蔬菜產(chǎn)品的交通溫室氣體排放碳足跡等。

圖1 蔬菜生產(chǎn)流程圖Fig. 1 Flow chart of the vegetable production system

1.3 碳足跡評價指標

農業(yè)碳足跡的評價指標包括碳強度指標和碳效率指標，碳強度指標主要包括土地碳強度、產(chǎn)量碳強度、收益碳強度；碳效率指標主要包括碳生態(tài)效率、碳生產(chǎn)效率和碳經(jīng)濟效率［14-16］。由于產(chǎn)量碳強度和碳生產(chǎn)效率、收益碳強度和碳經(jīng)濟效率均互為倒數(shù)，可看作是具有不同極性的同一指標，因此本文僅選擇土地碳強度、產(chǎn)量碳強度、收益碳強度和碳生態(tài)效率4項指標對蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)的碳足跡進行評價。本文將溫室氣體排放碳足跡均折算為二氧化碳當量（CE）。

1.4 碳足跡核算方法

蔬菜生產(chǎn)投入碳足跡，即蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)物質、能源及人工投入產(chǎn)生的溫室氣體排放碳足跡，估算公式為：

式中：E表示蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)中的總溫室氣體排放碳足跡；Ei表示蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的溫室氣體排放碳足跡；Ep、Eir、Epc、Ef、Epe、Eaf分別表示蔬菜生產(chǎn)過程中人工勞動力、排灌電能、機械作業(yè)、肥料、農藥、農膜等消耗產(chǎn)生的溫室氣體排放碳足跡。各生產(chǎn)環(huán)節(jié)溫室氣體排放碳足跡等于生產(chǎn)投入量乘以相應的溫室氣體排放系數(shù)。

蔬菜生產(chǎn)產(chǎn)出碳足跡計算方法為：

式中：C表示蔬菜光合作用碳匯的碳足跡；s表示光合作用的碳吸收率，定義為蔬菜通過光合作用合成單位有機質所需要吸收的碳當量；Y為蔬菜的經(jīng)濟產(chǎn)量（kg），表示蔬菜在整個生長期內所產(chǎn)生的可以用來出售的部分有機體的重量；θ為蔬菜含水比率，表示蔬菜含水量占整個生物體重量的比重；HI為作物的經(jīng)濟系數(shù)，表示蔬菜的經(jīng)濟產(chǎn)品產(chǎn)量占整個生長期內光合作用合成有機物總量的比重。

凈碳足跡計算方法為：

式中：F為凈溫室氣體排放碳足跡，衡量總溫室氣體排放碳足跡中扣除光合作用碳匯足跡后的凈值。

1.5碳足跡評價方法c

土地碳強度表示單位土地面積上蔬菜種植產(chǎn)生的溫室氣體排放碳足跡，計算公式為：

式中：β為土地碳強度（tCE/hm2）；H為土地面積（hm2）。β值的大小表示蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)使用單位土地面積所產(chǎn)生的溫室氣體排放的多少。

產(chǎn)量碳強度表示每生產(chǎn)1 t蔬菜產(chǎn)生的總溫室氣體排放碳足跡。計算公式為：

式中：γ為產(chǎn)量碳強度（kgCE/t）。γ值的大小表示蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)單位產(chǎn)量的蔬菜所產(chǎn)生的溫室氣體排放碳足跡的多少。

收益碳強度表示每元收益的碳代價，用于評價蔬菜生產(chǎn)的碳效益，估算公式為：

式中：l為收益碳強度（gCE/元），I為總產(chǎn)值（元）。l越大表明該生產(chǎn)系統(tǒng)單位經(jīng)濟收益下溫室氣體排放碳足跡越高。

碳生態(tài)效率，定義為蔬菜生產(chǎn)光合作用碳匯除以蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)物質、能源及人工投入產(chǎn)生的溫室氣體排放碳足跡，計算公式為：

式中：α為碳生態(tài)效率。若0≤ α ＜1，則蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)中的溫室氣體排放碳足跡大于光合作用碳匯足跡，說明蔬菜生產(chǎn)對生態(tài)環(huán)境具有負向性；若α=1，溫室氣體排放碳足跡等于光合作用碳匯足跡，則說明蔬菜生產(chǎn)對生態(tài)環(huán)境是中性的；若α＞1，則表明溫室氣體排放碳足跡小于光合作用碳匯足跡，說明蔬菜生產(chǎn)對于生態(tài)環(huán)境是正向的，有利于提高碳匯的儲存。

1.6 參數(shù)確定

基于《2006年國家溫室氣體清單指南第四卷農業(yè)、林業(yè)與其他土地利用》，農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)排放的溫室氣體主要是CO2、CH4和N2O。通常將溫室氣體排放分為直接溫室氣體排放和間接碳排放，文中直接溫室氣體排放包括柴油（化石能源）燃燒和勞動者呼吸作用產(chǎn)生的溫室氣體，間接碳排放包括化肥、農藥、農膜和電力的生產(chǎn)過程中消耗化石能源產(chǎn)生的CO2。文中將溫室氣體CO2、CH4和N2O均進行標準化，CO2的溫室效應值GWP為1；CH4的GWP值為34；N2O的GWP值為298［3］。溫室氣體排放系數(shù)和光合作用碳匯計算相關參數(shù)見表1。

表 1 溫室氣體排放系數(shù)和光合作用碳匯計算公式相關參數(shù)Table 1 Parameters used for the estimation of carbon emissions and carbon sequestrations through photosynthesis

1.7 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)采用Excel軟件進行描述性統(tǒng)計分析，運用SPSS軟件進行多元回歸分析，分析蔬菜生產(chǎn)過程中總溫室氣體排放碳足跡與生產(chǎn)各環(huán)節(jié)要素投入品（人工勞動力投入、排灌電能投入、農機柴油投入、肥料投入、農膜使用、農藥使用）之間的關系。

1.8 數(shù)據(jù)來源

本研究中碳足跡相關指標基本數(shù)據(jù)中，蔬菜播種面積、蔬菜總產(chǎn)量及蔬菜總產(chǎn)值等數(shù)據(jù)直接來自于《湖北統(tǒng)計年鑒》（2003-2014）；農業(yè)生產(chǎn)過程中勞動力投入、農藥農膜投入、化肥施用、排灌電能使用及柴油消耗等數(shù)據(jù)來自于《湖北農村統(tǒng)計年鑒》（2003-2014）、《全國農產(chǎn)品成本收益資料匯編》（2003-2014年），本文蔬菜生產(chǎn)相關數(shù)據(jù)經(jīng)過科學合理計算后得出。

表2 蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)碳足跡Table 2 Carbon footprint in the vegetable production system

2 結果與分析

2.1 湖北省蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)投入碳足跡分析

湖北省蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)的碳足跡從2003年的116.05萬tCE增長到2013年的142.81萬tCE，增加了23.06%（表2）。其中柴油和電能溫室氣體排放碳足跡增加較大，分別增長79.77%和60.39%；肥料和農藥溫室氣體排放碳足跡分別增長19.87%和16.57%。人工溫室氣體排放碳足跡增長7.73%。農膜溫室氣體排放碳足跡從2003年的0.77萬tCE降低到2013年的0.69萬tCE，下降10.39%，呈現(xiàn)明顯下降的趨勢。

從蔬菜生產(chǎn)各項投入溫室氣體排放碳足跡所占比例變化來看，從大到小的順序依次為肥料、農藥、電能、人工、柴油和農膜。其中肥料、農藥、電能和農膜等來自工業(yè)的投入品所產(chǎn)生的間接碳排放碳足跡占總溫室氣體排放碳足跡的86.06%，人工和柴油投入產(chǎn)生的直接溫室氣體排放碳足跡占13.94%。各生產(chǎn)投入品溫室氣體排放碳足跡排在前3位的為肥料、農藥和排灌電能，分別占總溫室氣體排放碳足跡的58.07%、18.47%和9.03%。肥料和農藥投入產(chǎn)生的溫室氣體是蔬菜生產(chǎn)溫室氣體排放的最主要原因。

2.2 湖北省蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)碳足跡評價

2003-2013年光合作用碳匯足跡總體呈穩(wěn)定增長的趨勢，由216.8萬tCE增長到247.73萬tCE（表3），增長14.26%。此外，凈溫室氣體排放碳足跡為負值，說明溫室氣體排放碳足跡小于光合作用碳匯。土地碳強度在0.97 tCE/hm2至1.29 tCE/hm2之間，多數(shù)年份穩(wěn)定在1 tCE以上；產(chǎn)量碳強度在37.06 kgCE/t到51.10 kgCE/t之間，但在2007年以后有所降低，說明單位產(chǎn)量的溫室氣體排放碳足跡有所減少；收益碳強度從0.10 kgCE/元降到0.02 kgCE/元，呈逐年下降趨勢，在2011年至2013年略有回升。碳生態(tài)效率在1.35到1.87之間，呈現(xiàn)先降后增的趨勢。碳生態(tài)效率大于1，表明湖北蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)對生態(tài)環(huán)境具有正的外部性。

表3 蔬菜碳足跡評價指標Table 3 Evaluation indicators of carbon footprint in the vegetable production system

2.3 碳足跡與生產(chǎn)要素投入的相關性分析

對蔬菜生產(chǎn)過程中碳足跡總量與人工勞動力投入、排灌電能投入、農機柴油投入、肥料投入、農膜使用、農藥使用等要素的逐步回歸分析結果表明，蔬菜生產(chǎn)碳足跡總量與肥料、農藥、排灌電能顯著相關（表4），與人工勞動力、機柴油、農膜使用溫室氣體排放碳足跡量線性相關性不顯著。當人工勞動力、機柴油、農膜使用溫室氣體排放量加入回歸方程后，模型3的檢驗值降低到臨界值以下，對因變量的解釋能力降低，因此人工勞動力、機柴油、農膜使用溫室氣體排放量被剔出模型。

從模型3可以看出，化肥使用量每增加1個單位，在其他因素不發(fā)生變動的情況下，蔬菜生產(chǎn)的碳足跡平均增加0.571個單位；依次類推，當農藥、排灌電能碳排放量各自單獨發(fā)生變動，其他因素不發(fā)生改變時，則會使蔬菜生產(chǎn)碳足跡分別增加0.341、0.228個單位。模型3中的R2是0.997，接近1，其擬合度很高，說明農藥、化肥和排灌電能同時作用，對蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)溫室氣體排放碳足跡影響最大。

表4 逐步回歸分析結果Table 4 Results of multivariate regression analysis

3 討論

通過對湖北省2003-2013年蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)碳足跡的計算和評估，結果顯示，2003-2013年溫室氣體排放碳足跡增長23.06%，其中來自肥料的溫室氣體排放碳足跡所占比例最大，在一定程度上反映了目前湖北省蔬菜生產(chǎn)對來自工業(yè)的投入品依賴性較強，與江西省農田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放［21］、華北平原作物生產(chǎn)碳足跡［19］的結果相一致。

碳足跡評價結果顯示，土地利用碳強度、產(chǎn)量碳強度及收益碳強度分別為（1.13±0.16） tCE/hm2、（44.08±7.02） kgCE/t和（56.52±40.52） gCE/元。與國內外不同農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)研究中的碳足跡評價結果不盡相同。如陳琳等［14］研究指出，南京地區(qū)大棚蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)中的土地碳強度、產(chǎn)量碳強度及收益碳強度分別介于0.87-2.04 tCE/hm2、30-100 kgCE/t和7.1-56.7 gCE/元；Cheng等［22］研究指出中國農業(yè)總體的土地利用碳強度在1993-2007年間為（0.67±0.08）tCE/（hm2.a），與本研究結果基本一致。Hillier等［23］研究指出英國土豆的土地利用碳強度的平均值為0.54 tCE/hm2，明顯低于本研究。而閻明等研究結果表明我國部分地區(qū)糧食作物的土地利用碳強度介于2.0-4.0 tCE/hm2，單位產(chǎn)量的碳強度介于281.6-734.3 kgCE/t［14］，兩個指標明顯高于本文結果。王占彪等［19］研究結果中我國華北地區(qū)作物土地利用碳強度平均值為（4.40±0.38） tCE/hm2，產(chǎn)量碳強度平均值為（450±70） kgCE/t，收益碳強度平均值為（35.8±15.6）gCE/元，前兩項指標明顯高于本文，后一項指標與本文相符。Liu 等［24］研究的水稻產(chǎn)量碳強度介于0.04-0.44 kgCE/kg，略高于本研究，但其蔬菜生產(chǎn)碳排放小于0.27 gCE/kg的研究成果與本文相符。湖北省蔬菜生產(chǎn)土地利用碳強度、產(chǎn)量碳強度及收益碳強度與我國其他地區(qū)蔬菜生產(chǎn)碳足跡結果總體上相近，但高于國外。與糧食作物相比，湖北省蔬菜生產(chǎn)的土地利用碳強度、產(chǎn)量碳強度及收益碳強度均明顯要低。而與中國農業(yè)總體土地利用碳強度相比，湖北蔬菜生產(chǎn)土地利用碳強度稍高，但相差不大。同時湖北省蔬菜生產(chǎn)碳匯功能高于糧食作物，但低于國外先進國家水平。雖然目前蔬菜生產(chǎn)碳足跡核算還沒有統(tǒng)一的標準，不同學者計算結果可能有所差別。但結合國內外實際情況，本文結果在一定程度上客觀地反映了湖北省蔬菜生產(chǎn)溫室氣體排放的基本情況。

2003-2013年湖北省蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)的化肥施用量一直處于高位，且不斷增加，由2003年的45.41萬t增長到2013年的54.73萬t，其中氮肥的年均施用量為22.64萬t，碳排放系數(shù)很高，每噸氮肥施用產(chǎn)生的溫室氣體排放碳足跡為2.116 tCE，施用氮肥產(chǎn)生的溫室氣體占蔬菜生產(chǎn)碳排放碳足跡的35.37%，占肥料碳排放碳足跡的61.05%。由此說明，肥料溫室氣體排放碳足跡在蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)總溫室氣體排放中起著主導性作用，而其中氮肥施用量起著決定性作用。經(jīng)調查發(fā)現(xiàn)，在蔬菜生產(chǎn)過程中，菜農施肥觀念模糊，較少考慮產(chǎn)量、土壤供肥能力、肥料利用率、氣候條件等因素之間的關系，認為只要加大肥料投入量就可增加產(chǎn)量。這就造成了化肥施用量遠遠超過蔬菜生長的需求量，既造成了溫室氣體排放的增加，又造成了肥料資源的浪費。

農藥是防治蔬菜病蟲害必不可少的手段，但如何合理利用值得研究。首先，農藥的溫室氣體排放系數(shù)在各項投入品的碳排放系數(shù)中是最高的，每噸農藥施用產(chǎn)生的溫室氣體排放碳足跡為12.44 tCE。其次，農藥經(jīng)銷商在銷售農藥時，為了增加自身利益，推薦菜農超量用藥。再者，在蔬菜生產(chǎn)中，有些菜農為了降低病蟲害對蔬菜產(chǎn)量造成的損失，力求最大限度地增加蔬菜產(chǎn)量，往往過量使用農藥或不科學、違章用藥。因此，以上各因素，造成了農藥溫室氣體排放占總碳足跡很大的比例。菜農隨意濫用農藥來控制蔬菜的病蟲害，不僅提高了生產(chǎn)過程中的農藥等成本的投入，還在很大程度上增加了農藥對蔬菜和環(huán)境的污染與破壞，進而影響了蔬菜質量及其產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

機電排灌為確保蔬菜生產(chǎn)穩(wěn)定增長提供了保障，但當前蔬菜生產(chǎn)中普遍存在的排灌水散灌、漫灌，水分利用效率低，導致了排灌用電浪費現(xiàn)象，對此應加以高度重視。

4 結論與發(fā)展策略

4.1 結論

湖北省蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)的碳足跡呈現(xiàn)增長態(tài)勢。其中電能和柴油溫室氣體排放碳足跡增加較大，肥料和農藥溫室氣體排放碳足跡呈增長態(tài)勢，人工投入產(chǎn)生的溫室氣體排放碳足跡變化不大，農膜投入產(chǎn)生的溫室氣體排放碳足跡呈下降趨勢。從各項投入溫室氣體年均排放碳足跡比例上看，肥料投入溫室氣體排放足跡最高，其次為農藥投入生產(chǎn)的溫室氣體。從大到小的順序依次為肥料、農藥、排灌電能、人工、柴油和農膜，其中肥料、農藥、電能和農膜等來自工業(yè)的投入品所產(chǎn)生的間接碳排放碳足跡占大頭，人工和柴油投入產(chǎn)生的直接溫室氣體排放碳足跡占小頭。肥料和農藥投入產(chǎn)生的溫室氣體排放足跡占蔬菜生產(chǎn)溫室氣體排放足跡的70%以上。

2003-2013年光合作用碳匯足跡總體呈穩(wěn)定增長的趨勢。土地碳強度基本保持穩(wěn)定，產(chǎn)量碳強度穩(wěn)中略降，收益碳強度呈下降態(tài)勢。碳生態(tài)效率總體呈現(xiàn)增長的趨勢，碳生態(tài)效率始終大于1，表明湖北蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)對生態(tài)環(huán)境一直保持著正的外部性。多元回歸分析結果表明，湖北省蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)溫室氣體排放碳足跡與肥料用量、農藥使用量、排灌電能三者間存在顯著的線性相關。

4.2 發(fā)展策略

1）加大科學施肥力度，提高土地規(guī)?；?jīng)營水平。引導菜農樹立低碳蔬菜生產(chǎn)觀念，指導菜農運用農業(yè)部門測土配方工作成果，按照蔬菜營養(yǎng)需求科學施肥，提高肥料生產(chǎn)率。要通過增施廄肥、堆肥、泥肥，生物有機肥，混施有機肥與化肥，降低菜地CO2的排放，達到“貯碳于土”和“固碳減排”的目的。改表施為深施［25］，采用噴施、穴施、分層施、集中施等方法，提高肥料施用效果；因地、因時、因作物選用不同的肥料，采用不同的施肥方法，確保作物對養(yǎng)分的需求，發(fā)揮肥料最大效率；加強水分的管理，適量適時排灌，提高水分利用率；充分利用肥料后續(xù)釋放效應，精打細算，經(jīng)濟施肥。通過作物秸稈還田，增加土壤有機質，節(jié)約化肥的使用。同時通過蔬菜與油菜、黃豆等養(yǎng)地作物輪作，達到增加土壤有機質［26］，降低化肥施用量，減少碳排放。推廣蔬菜生產(chǎn)規(guī)?；?jīng)營，提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動力使用量。

2）大力推廣生物防治，建設綠色防控體系。加大對生物防治技術的宣傳，使菜農深刻認識生物防治的重要意義，自覺運用生物技術防治病蟲害，將生物防治落實到低碳蔬菜生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)。加大生物防治技術的科研投入，研究形成有針對性的綠色防控體系。嚴格禁止使用高毒性化學農藥，積極推廣使用低殘留農藥，推廣應用新型生物農藥，減少化學農藥的使用。通過以螨治螨、施放害蟲天敵、性誘劑等生物技術對害蟲進行防治，利用昆蟲的趨光性，通過頻振式殺蟲燈、太陽能殺蟲燈、黃色粘蟲板、藍色粘蟲板等物理技術誘殺害蟲。利用害蟲趨糖醋的嗅覺，采用食餌法誘殺；利用害蟲的趨黃性，用黃色枯草引誘害蟲產(chǎn)卵予以滅殺。依據(jù)害蟲生活習性，設置各種障礙物，防止其危害或阻止其蔓延。選用抗病品種，加強田間管理，及時摘除有病蟲害的葉片、拔除有病害的植株，避免串灌、漫灌，減緩病蟲害傳播速度。實施“蔬菜—水稻”、“蔬菜—蓮藕”等水旱輪作制度，鏟除蔬菜病蟲害的生長環(huán)境，降低病蟲害的發(fā)生概率。

3）大力推廣節(jié)水排灌技術，統(tǒng)籌調控溫室氣體排放。大力推廣噴灌和滴灌技術，提高水分的利用率［27］，降低排灌用電；建設小型蓄水工程，攔蓄地表水徑流，為蔬菜生產(chǎn)提供排灌用水；通過深翻，保護性耕作，提高降雨資源利用率；設置回歸水系統(tǒng)，充分利用上游回歸水，用于下游菜田排灌；充分利用氣候控制器和土壤濕度傳感器，適時調整排灌制度，節(jié)約用水；充分考慮水分的滲透能力，選擇合理的排灌時間，避免過量排灌；大力發(fā)展旱作蔬菜品種，推廣秸桿覆蓋保墑等農業(yè)措施，節(jié)約用水。在實施“稻菜麥”等蔬菜項目中，應將控制地膜污染作為項目實施的重要內容。積極支持通過農業(yè)機械作業(yè)，回收廢棄地膜；開展以“以舊換新”活動回收廢棄農膜，治理“白色污染”。利用北斗導航精準作業(yè)、搞好農機具配套，提高農機利用率、農機作業(yè)效率和質量，節(jié)約柴油使用。通過農機農藝結合，加速蔬菜生產(chǎn)機械化，節(jié)省蔬菜生產(chǎn)人力物力。重點推廣“豬—沼—菜”等循環(huán)農業(yè)發(fā)展模式［28］，充分利用畜禽糞便生產(chǎn)沼氣，用沼氣照明、烹食、洗浴、發(fā)電，沼渣、沼液制作有機肥種植蔬菜，從而提高資源利用率，減少溫室氣體排放。

［1］ 朱江玲， 岳超， 王少鵬， 等. 1850-2008年中國及世界主要國家的碳排放——碳排放與社會發(fā)展I［J］. 北京大學學報（自然科學版）， 2010， 46（4）: 497-504. Zhu J L， Yue C， Wang S P， et al. Carbon emissions in China and major countries from 1850 to 2008 （Carbon emissions and social development， I）［J］. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis， 2010， 46（4）: 497-504.

［2］ 王明星， 張仁健， 鄭循華. 溫室氣體的源與匯［J］. 氣候與環(huán)境研究， 2000， 5（1）: 75-79. Wang M X， Zhang R J， Zheng X H. Sources and sinks of greenhouse gases［J］. Climatic and Environmental Research， 2000，5（1）: 75-79.

［3］ IPCC. Climate change 2014: Synthesis report summary for policymakers［R/OL］. ［2015-11-07］. http//www. ipcc.ch/pdf/ assessment-report/ar5/syr/AR5_SYR_FINAL_SPM.pdf.

［4］ 魏偉， 任小波， 蔡祖聰， 等. 中國溫室氣體排放研究——中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項“應對氣候變化的碳收支認證及相關問題”之排放清單任務群研究進展［J］. 中國科學院院刊，2015， 30（6）: 839-847. Wei W， Ren X B， Cai Z C， et al. Research on China's greenhouse gas emission—Progress on emission inventory from the CAS Strategic Priority Research Program［J］. Bulletin of Chinese Academy of Sciences， 2015， 30（6）: 839-847.

［5］ Wang T， Watson J. Who owns China's carbon emissions［R］. Tyndall Briefng Note No 23， 2007.

［6］ 周勝， 宋祥甫， 顏曉元. 水稻低碳生產(chǎn)研究進展［J］. 中國水稻科學， 2013， 27（2）: 213-222. Zhou S， Song X F， Yan X Y. Progress in research on low-carbon rice production technology［J］. Chinese Journal of Rice Science，2013， 27（2）: 213-222.

［7］ 董紅敏， 李玉娥， 陶秀萍， 等. 中國農業(yè)源溫室氣體排放與減排技術對策［J］. 農業(yè)工程學報， 2008， 24（10）: 269-273. Dong H M， Li Y E， Tao X P， et al. China greenhouse gas emissions from agricultural activities and its mitigation strategy［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2008， 24（10）: 269-273.

［8］ 王微， 林劍藝， 崔勝輝， 等. 碳足跡分析方法研究綜述［J］. 環(huán)境科學與技術， 2010， 33（7）: 71-78. Wang W， Lin J Y， Cui S H， et al. An overview of carbon footprint analysis［J］. Environmental Science & Technology， 2010， 33（7）: 71-78.

［9］ 曾憲芳. 西北干旱區(qū)縣域農田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡研究［D］. 北京:中國科學院大學， 2013. Zeng X F. The northwest arid areas county farmland ecosystem carbon footprint dynamic［D］. Beijing: University of Chinese Academy of Sciences， 2013.

［10］ 梁修如. 我國出口谷物產(chǎn)品的碳足跡分析［D］. 合肥: 中國科技大學， 2015. Liang X R. Carbon footprint of Chinese export grains［D］. Hefei: University of Science and Technology of China， 2015.

［11］ Lenzen M， Crawford R. The path exchange method for hybrid LCA［J］. Environmental Science &Technology， 2009， 43（21）: 8251-8256.

［12］ Anna F， Mikkel T， John E. Method to assess the carbon footprint at product level in the dairy industry［J］. International Dairy Journal，2014， 34（1）: 86-92.

［13］ Matthews H S， Hendrickson C T， Webber C L. The importance of carbon footprint estimation boundaries［J］. Environmental Science & Technology， 2008， 42（16）: 5839-5842.

［14］ 陳琳， 閆明， 潘根興. 南京地區(qū)大棚蔬菜生產(chǎn)的碳足跡調查分析［J］. 農業(yè)環(huán)境科學學報， 2011， 30（9）: 1791-1796. Chen L， Yan M， Pan G X. Evaluation of the carbon footprint of greenhouse vegetable production based on questionnaire survey from Nanjing， China［J］. Journal of Agro-Environment Science，2011， 30（9）: 1791-1796.

［15］ Dubey A， Lal R. Carbon footprint and sustainability of agricultural production systems in Punjab， India and Ohio， USA［J］. Journal of Crop Improvement， 2009， 23（4）: 332-350.

［16］ 史磊剛， 范士超， 孔凡磊， 等. 華北平原主要作物生產(chǎn)的碳效率研究初報［J］. 作物學報， 2011， 37（8）: 1485-1490. Shi L G， Fan S C， Kong F L， et al. Preliminary study on the carbon effciency of main crops production in North China Plain［J］. Acta Agronomica Sinica， 2011， 37（8）: 1485-1490.

［17］ 楊士弘. 城市綠化樹木碳氧平衡效應研究 ［J］. 城市環(huán)境與城市生態(tài)， 1996， 9（1）: 37-39. Yang S H. Study on effciency of carbon-oxygen balance of urban afforestation tree［J］. Urban Environment and Urban Ecology，1996， 9（1）: 37-39.

［18］ 陳舜， 逮非， 王效科. 中國氮磷鉀肥制造溫室氣體排放系數(shù)的估算［J］. 生態(tài)學報， 2015， 35（19）: 6371-6383. Chen S， Lu F， Wang X K. Estimation of greenhouse gases emission factors of China's nitrogen， phosphate and potash fertilizers［J］. Acta Ecologica Sinica， 2015， 35（19）: 6371-6383.

［19］ 王占彪， 王猛， 陳阜. 華北平原作物生產(chǎn)碳足跡分析［J］， 中國農業(yè)科學， 2015， 48（1）: 83-92. Wang Z B， Wang M， Chen F. Carbon footprint analysis of crop production in north China plain［J］. Scientia Agricultura Sinica，2015， 48（1）: 83-92.

［20］ 祁興芬. 德州市區(qū)域農田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡變化分析［J］. 揚州大學學報（農業(yè)與生命科學版）， 2013， 34（2）: 64-69. Qi X F. Analysis of carbon footprint of farmland ecosystem in Dezhou City［J］. Journal of Yangzhou University （Agricultural and Life Edition）， 2013， 34（2）: 64-69.

［21］ 張婷， 蔡海生， 張學玲. 基于碳足跡的江西省農田生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯時空差異［J］. 長江流域資源與環(huán)境， 2014， 23（6）: 767-773. Zhang T， Cai H S， Zhang X L. Spatial-temporal dynamics of farmland ecosystem carbon source/sink based on carbon footprint in Jiangxi Province［J］. Resources and Environment in the Yangtze Basin， 2013， 23（6）: 767-773.

［22］ Cheng K， Pan G X， Smith P， et al. Carbon footprint of China's crop production—An estimation using agrostatistics data over 1993-2007［J］. Agriculture， Ecosystems and Environment， 2011， 142（5）: 231-237.

［23］ Hillier J， Hawes C， Squire G， et al. The carbon footprints of food crop production［J］. International Journal of Agricultural Sustainability， 2009， 7（2）: 107-118.

［24］ Liu Q， Liu B J， Ambus P， et al. Carbon footprint of rice production under biochar amendment—A case study in a Chinese rice cropping system［J］. GCB Bioenergy， 2016， 8（1）: 148-159.

［25］ 黃耀. 中國的溫室氣體排放、減排措施與對策［J］. 第四紀研究，2006， 26（5） : 722-732. Huang Y. Emissions of greenhouse gases in China and its reduction strategy［J］. Quaternary Sciences， 2006， 26（5）: 722-732.

［26］唐國勇， 童成立， 吳金水， 等. 紅壤丘陵景觀單元土壤有機碳和微生物生物量碳含量特征［J］. 應用生態(tài)學報， 2003， 17（3）: 429-433. Tang G Y， Tong C L， Wu J S， et al. Characteristics of soil organic carbon and microbial biomass carbon in hilly red soil region［J］. Chinese Journal of Applied Ecology， 2003， 17（3）: 429-433.

［27］ 高標， 房轎， 許清濤， 等. 吉林省農業(yè)碳排放動態(tài)變化及驅動因素分析［J］. 農業(yè)現(xiàn)代化研究， 2013， 34（5）: 617-621. Gao B， Fang J， Xu Q T， et al. Dynamic change and analysis of driving factors of agricultural carbon emissions in Jilin Province［J］. Research of Agricultural Modernization， 2013， 34（5）: 617-621.

［28］ 翁伯琦， 雷錦桂， 胡習斌， 等. 依靠科技進步，發(fā)展低碳農業(yè)［J］.生態(tài)環(huán)境學報， 2010， 19（6）: 1495-1501. Weng B Q， Lei J G， Hu X B， et al. Develop low-carbon agriculture by relying on scientific and technological progress［J］. Ecology and Environmental Sciences， 2010， 19（6） :1491-1501.

（責任編輯：童成立）

The sustainable development of vegetable production system from the carbon footprint perspective in Hubei Province

HU Shi-xia1， XIANG Rong-biao2， DONG Jun3， QI Zhen-hong1
（1. College of Economics and Management， Huazhong Agricultural University， Wuhan， Hubei 430070， China；2. College of Resources and Environment， Huazhong Agricultural University， Wuhan， Hubei 430070， China； 3. Graduate School of Yangtze University， Jingzhou， Hubei 434025， China）

In the background of the increasing concern for the global warming resulted from the cumulative greenhouse gas release， it is of great significance to study the carbon footprint of vegetable production， which can service as methods for controlling the emission of greenhouse gases and alleviating contradiction between climate change and the sustainable development of vegetable production. Based on the IPCC listed guidelines for national greenhouse gas inventories， and applying the life-cycle assessment method， dynamic assessment， and multiple regression analysis， this paper examined and calculated the carbon footprint in the vegetable industry of Hubei Province from 2003 to 2013. Results showed that 1） the carbon footprint caused by vegetable production in Hubei Province increased by 23.06%，from 116.05×104tCE in 2003 to 142.81×104tCE in 2013； 2） in the vegetable production system， the top three sources for carbon footprint of greenhouse gas emission were fertilizer， pesticides， and irrigation electrical energy input， accounting for 58.07%， 18.47%， and 9.03% of the total emission carbon footprint respectively； 3） from 2003 to 2013， the trend of carbon intensity of land use was stabilized at 0.97-1.29 tCE/hm2， and the unit production carbon intensity was increased from 37.06 kgCE/t to 39.91 kgCE/t， earning carbon intensity was decreased from 0.10 kgCE per yuan to 0.02 kgCE per yuan， and carbon ecological effciency was reduced from 1.87 to 1.73； and 4） multiple regression analysis showed that there was a signifcant linear correlation between the carbon footprint of total greenhouse gas emission and the usage of fertilizer， pesticides， and irrigation electrical energy in vegetable production system of Hubei， with the correlationcoeffcients of 0.571， 0.341 and 0.228， respectively. Based on the analysis results， this paper provides the following suggestions: enhancing scientifc application of fertilizers， raising large-scale land operation level， promoting biological prevention， and constructing greenhouse gas release prevention and control system.

National Natural Science Foundation of China （41171436）； National Social Science Foundation of China （14AZD002）.

QI Zhen-hong， E-mail: qizhh@mail.hzau.edu.cn.

30 November， 2015；Accepted 29 February， 2016

vegetable production system； carbon footprint； life-cycle assessment； dynamic assessment； multiple regression analysis； sustainable development

F327；S63

A

1000-0275（2016）03-0460-08

10.13872/j.1000-0275.2016.0029

國家自然科學基金項目（41171436）；國家社會科學基金項目（14AZD002）。

胡世霞（1977-），女，湖北公安人，博士研究生，主要從事農業(yè)生態(tài)和農業(yè)經(jīng)濟管理方面研究，E-mail: hsjzhsx@sina.com；通訊作者：齊振宏（1964-），男，安徽安慶人，教授，博士生導師，主要從事農業(yè)生態(tài)和循環(huán)經(jīng)濟方面研究，E-mail: qizhh@mail.hzau.edu.cn。

2015-11-30，接受日期：2016-02-29