王 信，于 涵，施 雨，2，張沂頔

（1.同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，上海 200092；2.同濟(jì)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200092；3.同濟(jì)大學(xué)長(zhǎng)江水環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092）

農(nóng)業(yè)是全球溫室氣體的重要來源，占全球人為源溫室氣體排放的17%～32%，其中占非二氧化碳溫室氣體排放的56%［1］。農(nóng)業(yè)也是中國(guó)鄉(xiāng)村主要產(chǎn)業(yè)之一，隨著技術(shù)進(jìn)步，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)量迅速提升，但也伴隨著土地、水資源、電力、化石能源、化肥和農(nóng)藥等大量消耗，碳排放量巨大。在我國(guó)“2030碳達(dá)峰、2060碳中和”的戰(zhàn)略目標(biāo)下，研究農(nóng)業(yè)空間碳排放特征和低碳規(guī)劃具有重要意義。

農(nóng)業(yè)空間中“水-能源-食物”等物質(zhì)流之間的相互作用是其核心特征之一。聯(lián)合國(guó)人居署于2019年發(fā)布了《中國(guó)長(zhǎng)江三角洲地區(qū)凈零碳鄉(xiāng)村規(guī)劃指南》［2］，其中第8條原則強(qiáng)調(diào)，凈零碳鄉(xiāng)村需要在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中建立水-能源-食物和廢物的循環(huán)。目前國(guó)家層面的碳排放研究理論與方法已經(jīng)相對(duì)比較成熟，但是基于物質(zhì)流的農(nóng)業(yè)空間碳排放研究尚不完善［3-4］。當(dāng)前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)研究多聚焦于“水-能源-食物”關(guān)聯(lián)，缺乏對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的支持與反饋、土地占用、溫室氣體排放等因素的考慮。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)若要通過能源清潔化、供水低碳化，以及廢棄物處理生態(tài)化實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展，需要進(jìn)一步擴(kuò)充關(guān)聯(lián)研究的體系，建立“WEFLC”的分析框架，進(jìn)而提出農(nóng)業(yè)空間低碳規(guī)劃［5］。

海島地區(qū)更易受到氣候變化影響，處于應(yīng)對(duì)氣候變化的前沿，有必要探索低碳發(fā)展和氣候變化適應(yīng)路徑［6］。農(nóng)業(yè)空間可分為農(nóng)村生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及鄉(xiāng)村生態(tài)空間［7］。針對(duì)海島地區(qū)，已有較多對(duì)生活空間低碳化的研究［8-9］，但與農(nóng)業(yè)空間低碳相關(guān)的研究較少。海島鄉(xiāng)村的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間特征與大陸地區(qū)有明顯差異，平坦的土地資源較少，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化種植，主要走小規(guī)模、精品化路線，生產(chǎn)成本高，同時(shí)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中漁業(yè)（捕撈、水產(chǎn)養(yǎng)殖、水產(chǎn)加工）占比相對(duì)較高［10］。海島鄉(xiāng)村碳排放也具有顯著特征［11］，其低碳規(guī)劃要素也與大陸地區(qū)存在較大差別［9］。

舟山是長(zhǎng)江流域最大的群島和港口，農(nóng)業(yè)也是舟山鄉(xiāng)村的重要產(chǎn)業(yè)之一。本文以舟山市為例，對(duì)該地區(qū)果蔬種植、畜牧養(yǎng)殖、水產(chǎn)品養(yǎng)殖等典型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)案例進(jìn)行調(diào)研，基于“WEFLC”耦合關(guān)系對(duì)各類農(nóng)業(yè)空間進(jìn)行低碳評(píng)估和規(guī)劃。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)域

選擇舟山市定海區(qū)鄉(xiāng)村為研究對(duì)象（圖1）。舟山市處于長(zhǎng)三角核心區(qū)范圍內(nèi)，南北分別與寧波和上海相鄰。定海區(qū)總面積1 444 km2，大部分陸地區(qū)域位于舟山本島，陸地面積568.8 km2，擁有大小島嶼共128個(gè)，海域875.2 km2。全區(qū)下轄3個(gè)鎮(zhèn)、10個(gè)街道，共有行政村79個(gè)，其中75個(gè)為農(nóng)村社區(qū)，4個(gè)為城鄉(xiāng)結(jié)合部。根據(jù)2020年人口普查，全區(qū)常住人口50.21萬(wàn)人，其中農(nóng)村常住人口占比為24.09%，鄉(xiāng)村居民主要從事農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、旅游業(yè)、建筑業(yè)、制造業(yè)，以及外出打工［12］。

圖1 定海區(qū)區(qū)域位置Fig.1 Location of Dinghai District

定海區(qū)擁有海岸線400多公里，農(nóng)田共77.09 km2，山林共220.83 km2，鄉(xiāng)村兼具從事各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的條件。定海區(qū)主要農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)有漁業(yè)養(yǎng)殖和捕撈、農(nóng)業(yè)種植、畜牧業(yè)以及林業(yè)。其中漁業(yè)產(chǎn)值貢獻(xiàn)比例最高并不斷增長(zhǎng)，2008—2019年從40%增加到60%左右，種植業(yè)占比穩(wěn)定在30%左右，畜牧業(yè)產(chǎn)值2008到2019年從20%下降到8%左右，林業(yè)產(chǎn)值占比整體相對(duì)較低［12］，小于1%。因此分別選取Y生態(tài)家庭農(nóng)場(chǎng)（圖2a）、X養(yǎng)殖場(chǎng)（圖2b）、S蔬菜專業(yè)合作社（圖2d）、H牧場(chǎng)（圖2c）作為典型案例進(jìn)行研究。

圖2 農(nóng)場(chǎng)平面圖（網(wǎng)格：50×50m）Fig.2 The floor plan of the farm(the grid is 50×50m)

1.2 研究方法

（1）分析框架構(gòu)建

將土地要素、碳排放納入“水-能源-食物”耦合關(guān)系（WEF）中。同時(shí)，將碳排放與食物生產(chǎn)作分別作為期望產(chǎn)出與非期望產(chǎn)出，建立了WEFLC耦合分析框架（圖3）。

圖3 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間中“WEFLC”關(guān)聯(lián)示意圖Fig.3 A diagram of the WEFLC nexus in agricultural production space

（2）農(nóng)場(chǎng)投入產(chǎn)出計(jì)算

投入包含農(nóng)場(chǎng)用水、用能以及用地情況，數(shù)據(jù)由研究者通過實(shí)地調(diào)研、訪談農(nóng)場(chǎng)管理者獲得。產(chǎn)出分為期望產(chǎn)出、非期望產(chǎn)出以及綜合產(chǎn)出，其中期望產(chǎn)出為由研究者通過調(diào)研獲得農(nóng)場(chǎng)年產(chǎn)值情況，非期望產(chǎn)出為農(nóng)場(chǎng)產(chǎn)生碳排放情況。考慮到未來中國(guó)以及全球碳市場(chǎng)的建立，將期望產(chǎn)出減去非期望產(chǎn)出結(jié)合獲得綜合產(chǎn)出：

式（1）中，分別使用中國(guó)碳市場(chǎng)和全球碳市場(chǎng)價(jià)格進(jìn)行計(jì)算。其中，中國(guó)碳市場(chǎng)價(jià)格選擇上海碳交易市場(chǎng)42 CNY·（t CO2e）-1，全球碳市場(chǎng)交易價(jià)格選取歐盟碳交易市場(chǎng)56 EUR.（t CO2e）-1（折合人民幣400 CNY·（t CO2e）-1）計(jì)算綜合產(chǎn)出。

（3）碳排放計(jì)算方法

根據(jù)IPCC溫室氣體清單導(dǎo)則推薦方法，對(duì)碳排放量進(jìn)行計(jì)算如下：

式（2）中，Cemission是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中各類別活動(dòng)的碳排放量，EFi表示第i種過程的排放因子，Activityi表示第i種過程的活動(dòng)水平。溫室氣體CO2、CH4、N2O產(chǎn)生的總碳排放量折算成二氧化碳當(dāng)量，即CO2e來表示。

農(nóng)村生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行的碳排放核算包含直接和間接排放（隱含在農(nóng)業(yè)投入品中）兩個(gè)方面。對(duì)于農(nóng)耕種植活動(dòng)來說，直接碳排放包括稻田CH4、肥料施用的N2O、能源使用的CO2；間接排放包括肥料、材料和耕作機(jī)械等主要投入品在生產(chǎn)過程中由能源消耗引起的CO2。對(duì)于畜牧和漁業(yè)養(yǎng)殖活動(dòng)來說，直接碳排放包括動(dòng)物腸道發(fā)酵產(chǎn)生的CH4、糞便管理產(chǎn)生的CH4和N2O、能源使用的CO2；間接碳排放包括飼料、醫(yī)藥和養(yǎng)殖設(shè)施等主要投入品在生產(chǎn)過程中因能源消耗而產(chǎn)生的CO2［13］。

Y生態(tài)家庭農(nóng)場(chǎng)以及S蔬菜合作社均從事蔬菜、水果種植，不存在稻田CH4排放。H牧場(chǎng)采用堆肥發(fā)酵進(jìn)行動(dòng)物糞便管理。因此，考慮數(shù)據(jù)精度以及農(nóng)場(chǎng)對(duì)低碳生產(chǎn)可控性，在計(jì)算碳排放包含農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的直接排放，即農(nóng)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)中的用電、燃料、用水以及動(dòng)植物本身產(chǎn)生的碳排放，以及部分間接排放，即化肥生產(chǎn)和使用、農(nóng)場(chǎng)承擔(dān)的運(yùn)輸排放，不包括外購(gòu)飼料生產(chǎn)過程中的間接排放。計(jì)算使用的排放因子如表1所示。

表1 碳排放因子取值Tab.1 The value of carbon emission factor

（4）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間效率分析

對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間效率評(píng)價(jià)分為3個(gè)方面，一是碳排放強(qiáng)度，用單位產(chǎn)值碳排放來表示，即每一單位的期望產(chǎn)出伴隨出現(xiàn)的非期望產(chǎn)出的量，從效率提升的角度來說，碳排放強(qiáng)度越低，表明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的負(fù)外部性越小。二是空間的產(chǎn)出效率，即單位用地上期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出，用單位面積產(chǎn)值和單位面積碳排放來表示。三是綜合空間效率，即單位用地上結(jié)合了期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出的綜合產(chǎn)出。計(jì)算方法如下：

（5）基于WEFLC框架的農(nóng)業(yè)空間低碳規(guī)劃探討

結(jié)合各類案例的分析結(jié)果，平衡期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出對(duì)各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提出低碳規(guī)劃建議?；赪ELFC耦合分析框架，設(shè)定保持食物產(chǎn)量（F）相對(duì)穩(wěn)定的情況，提出為降低農(nóng)業(yè)碳排放（C），實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)空間低碳優(yōu)化利用的方法［17］，進(jìn)一步對(duì)框架中用水（W）、用能（E）以及用地（L）之間的耦合關(guān)系進(jìn)行分析。在各個(gè)案例中分析其中一個(gè)變量的優(yōu)化提升，對(duì)其他變量的影響，從而獲得各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最優(yōu)的低碳規(guī)劃建議。

2 結(jié)果與討論

2.1 典型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間現(xiàn)狀碳排放測(cè)算

（1）農(nóng)耕種植：Y生態(tài)家庭農(nóng)場(chǎng)

Y生態(tài)家庭農(nóng)場(chǎng)占地面積約13.3萬(wàn)m2，如表2所示，其中大棚占2.70萬(wàn)m2，設(shè)備管理用房占0.06萬(wàn)m2，其余為露天農(nóng)田。蔬菜產(chǎn)量約為70t·年—1，水果產(chǎn)量約為30t·年—1，每年產(chǎn)生碳排放量為36.99 tCO2e。農(nóng)場(chǎng)使用“網(wǎng)上銷售+本地配送”模式，設(shè)有儲(chǔ)藏冷庫(kù)，過剩產(chǎn)品用于小規(guī)模的畜牧養(yǎng)殖。每年共需消耗電力30 000 kW·h，用于灌溉、冷藏儲(chǔ)存以及小部分生活用能，其中儲(chǔ)藏冷庫(kù)用電占比最大。灌溉用水從附近河道抽水，約為25 880 m3·年—1。農(nóng)場(chǎng)使用全有機(jī)肥種植，施肥量約為70～90t·年—1，其中使用玉米秸稈自行堆肥生產(chǎn)有機(jī)肥10～20 t。

表2 Y生態(tài)家庭農(nóng)場(chǎng)水、能、食、地以及碳排放信息表Tab.2 Information on water,energy,products,land use and carbon emission of the Y Eco-family Farm

（2）農(nóng)耕種植：S蔬菜專業(yè)合作社

S蔬菜專業(yè)合作社總占地面積約6萬(wàn)m2，如表3所示，實(shí)際種植面積4萬(wàn)m2，蔬菜產(chǎn)品以番茄、四季豆、土豆和黃瓜等蔬菜為主，一年兩季，每年產(chǎn)生碳排放量34.35 tCO2e。灌溉用水來自圍繞農(nóng)場(chǎng)的人工開鑿雨水溝，寬5～6m，深1.5m，同時(shí)起到防內(nèi)澇的作用。主要耗電單元灌溉抽水和生活用電，生活用電占比40%。由于與菜販通過長(zhǎng)期預(yù)售合同合作，儲(chǔ)存需求極小。小型機(jī)械農(nóng)耕作業(yè)使用柴油和汽油，產(chǎn)品外運(yùn)由菜販承擔(dān)。生產(chǎn)用肥包含化肥和有機(jī)肥，其中有機(jī)肥使用量為60 t·年—1，化肥使用量約為6t·年—1，暫未開展本地堆肥。

表3 S蔬菜專業(yè)合作社水、能、食、地以及碳排放信息表Tab.3 Information on water,energy,products,land use and carbon emission of the S Vegetable Co-operation

（3）畜牧養(yǎng)殖：H牧場(chǎng)

H牧場(chǎng)占地面積為20萬(wàn)m2，如表4所示，其中建筑面積5.6萬(wàn)m2，配套種植面積約10.4萬(wàn)m2。H牧場(chǎng)主要產(chǎn)品為生豬，產(chǎn)品由銷售商自行拉運(yùn)，同時(shí)生產(chǎn)種植作物，主要由牧場(chǎng)內(nèi)員工食堂自行消納。H牧場(chǎng)每年產(chǎn)生碳排放量為7 033.70 tCO2e。在能源消耗方面，H牧場(chǎng)每年共需消耗電力662萬(wàn)kW·h，主要來自國(guó)家電網(wǎng)以及自身沼氣發(fā)電，其中沼氣發(fā)電的產(chǎn)電量約為103.68萬(wàn)（kW·h）·年—1。耗電單元為豬舍保溫、照明以及環(huán)?？刂圃O(shè)施（臭氣處理）。除此之外，牧場(chǎng)在飼料運(yùn)輸和豬舍保溫環(huán)節(jié)都分別消耗柴油28.8萬(wàn)L和14.29萬(wàn)L。在水資源消耗方面，養(yǎng)殖環(huán)節(jié)使用自來水供牲畜飲用。除此之外，廠區(qū)內(nèi)建有一座設(shè)計(jì)規(guī)模400m3·d—1的污水預(yù)處理設(shè)施，污水經(jīng)厭氧和生化處理后2/3納管進(jìn)入污水廠，1/3用于廠區(qū)內(nèi)農(nóng)作物的灌溉。

表4 H牧場(chǎng)有限公司水、能、食、地以及碳排放信息表Tab.4 Information on water,energy,products,land use and carbon emission of the H Ranch Ltd.

在污廢回收利用方面，牧場(chǎng)自設(shè)5個(gè)容積為120m3的智能高溫畜禽糞便發(fā)酵罐，產(chǎn)生的有機(jī)肥部分用于廠區(qū)種植，其余約為3 000t·年—1銷售給當(dāng)?shù)胤N植戶。同時(shí)，牧場(chǎng)配有1臺(tái)180kW的沼氣發(fā)電機(jī)，回收利用污水處理階段產(chǎn)生的沼氣，污泥用作有機(jī)肥原料。

（4）水產(chǎn)養(yǎng)殖：X養(yǎng)殖場(chǎng)

X養(yǎng)殖場(chǎng)占地總面積40萬(wàn)m2，如表5所示，大棚占地面積8.7萬(wàn)m2，配套設(shè)施面積約8萬(wàn)m2，其余23.3萬(wàn)m2為露天混養(yǎng)池。養(yǎng)殖場(chǎng)總產(chǎn)量約為100萬(wàn)kg·年—1，每年產(chǎn)生碳排放量為1 844.51 tCO2e。養(yǎng)殖場(chǎng)用水量約為104萬(wàn)m3·年—1，抽取臨近海水處理達(dá)到養(yǎng)殖標(biāo)準(zhǔn)后引入池塘，換水頻率為3 d·次—1。由于養(yǎng)殖行業(yè)對(duì)于病害防控的高要求，養(yǎng)殖廢水處理后排放，不進(jìn)行回用。X養(yǎng)殖場(chǎng)的能源主要為電力消耗，用于池塘的曝氣增氧。柴油發(fā)電機(jī)僅用于停電時(shí)應(yīng)急，平均每年運(yùn)轉(zhuǎn)1～2次，發(fā)電量極小。養(yǎng)殖飼料和產(chǎn)品運(yùn)輸均由供應(yīng)商或銷售商負(fù)責(zé)。

表5 X養(yǎng)殖場(chǎng)水、能、食、地以及碳排放信息表Tab.5 Information on water,energy,products,land use and carbon emission of the X Shrimp Farm

2.2 典型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間低碳規(guī)劃要素分析

（1）碳排放占比及強(qiáng)度分析

從碳排放強(qiáng)度（表6）來看，H牧場(chǎng)的單位產(chǎn)值碳排放最高，其次為X養(yǎng)殖場(chǎng)、S蔬菜專業(yè)合作社，碳排放強(qiáng)度最低為Y生態(tài)家庭農(nóng)場(chǎng)。從碳排放總量及占比來看（圖4），H牧場(chǎng)碳排總量最高，其次為X養(yǎng)殖場(chǎng)，蔬菜、水果種植產(chǎn)業(yè)的碳排放總量較低。

圖4 4類典型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放總量對(duì)比及占比分析Fig.4 Comparison of total carbon emissions from four types of typical agricultural production and analysis of their proportions

表6 定海區(qū)4種典型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的空間效率分析Tab.6 Efficiency of four typical agricultural production activities in Dinghai District

Y生態(tài)家庭農(nóng)場(chǎng)主要碳排放來源于用電（42.54%）、燃料燃燒（34.86%），S蔬菜合作社碳排放主要來源于肥料施用（75.95%）以及用電（21.80）。同樣是從事果蔬種植的農(nóng)場(chǎng)，種植、運(yùn)營(yíng)模式會(huì)導(dǎo)致用水、用能、用地以及碳排放的差異。在肥料使用方面，Y家庭農(nóng)場(chǎng)全部使用有機(jī)肥，S農(nóng)場(chǎng)使用化肥和有機(jī)肥相結(jié)合的施肥方法，導(dǎo)致肥料碳排放較高。在運(yùn)營(yíng)模式方面，S農(nóng)場(chǎng)的銷售模式為供貨商預(yù)定拿貨，因此儲(chǔ)藏需求很小，并且不存在送貨運(yùn)輸需求。Y農(nóng)場(chǎng)通過網(wǎng)上銷售進(jìn)行本地配送，需要使用大型冷庫(kù)儲(chǔ)存尚未銷售的產(chǎn)品，并使用車輛進(jìn)行產(chǎn)品外運(yùn)活動(dòng)，帶來較高的燃料排放。

H牧場(chǎng)碳排放主要來源于用電（53.06%）、動(dòng)物腸道（28.36%）以及燃料燃燒（16.72%）。電力主要用于豬舍保溫、自動(dòng)化控制系統(tǒng)以及工作人員生活，動(dòng)物腸道排放通過農(nóng)場(chǎng)管理方降低空間較小。燃料燃燒排放主要來源于飼料運(yùn)輸過程以及豬舍保溫中的柴油消耗。H牧場(chǎng)已經(jīng)利用部分生物質(zhì)能進(jìn)行沼氣發(fā)電，占總用電消耗的13.54%。

X水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)的碳排放主要來源于用水（58.76%）以及用電（41.24%）。用水排放主要來源于水產(chǎn)養(yǎng)殖中供排水處理以及運(yùn)輸，電力排放主要來源于全天運(yùn)行的增氧曝氣設(shè)備，以維持高密度養(yǎng)殖的富氧環(huán)境。

（2）空間產(chǎn)出效率分析

從空間產(chǎn)出效率（圖5a）來看，單位面積產(chǎn)值排序?yàn)椋篐牧場(chǎng)＞X水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)＞S蔬菜專業(yè)合作社＞Y生態(tài)家庭農(nóng)場(chǎng)。即H牧場(chǎng)的單位面積上的期望產(chǎn)出效率最高，經(jīng)濟(jì)效益最高。而單位面積碳排放排序?yàn)椋篩生態(tài)家庭農(nóng)場(chǎng)＜S蔬菜專業(yè)合作社＜X水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)＜H牧場(chǎng)，Y生態(tài)家庭農(nóng)場(chǎng)的非期望產(chǎn)出強(qiáng)度最小，H牧場(chǎng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中帶來的碳排放最高。

從綜合空間產(chǎn)出效率分析（圖5b），4類典型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的單位面積產(chǎn)值將會(huì)有所下降。按照目前的中國(guó)上海碳交易價(jià)格，H牧場(chǎng)、X水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)、S蔬菜專業(yè)合作社、Y生態(tài)家庭農(nóng)場(chǎng)單位面積產(chǎn)值將分別下降0.31%、0.16%、0.15%、0.08%。按照歐盟碳交易的價(jià)格，將分別下降2.93%、1.49%、1.37%、0.74%。牧場(chǎng)和水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)的碳排放強(qiáng)度較高，參考市場(chǎng)平均利潤(rùn)率為25%，則碳排放成本參考?xì)W盟價(jià)格可分別占利潤(rùn)的12%和6%左右。

由此可見，雖然H牧場(chǎng)的空間產(chǎn)出效率明顯優(yōu)于其他農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，但在未來碳市場(chǎng)真正建立完善后，將面臨更大的低碳轉(zhuǎn)型壓力。X養(yǎng)殖場(chǎng)（養(yǎng)蝦）在4類典型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間中，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益平衡較好，但也有降碳空間。S蔬菜專業(yè)合作社、Y家庭農(nóng)場(chǎng)的壓力，來自于經(jīng)濟(jì)效益提升，以及降低化肥使用帶來的碳排放。

2.3 典型農(nóng)業(yè)空間低碳規(guī)劃策略耦合分析

根據(jù)上文分析結(jié)果，H牧場(chǎng)能源排放較高，更需要關(guān)注能-地、能-食關(guān)系。X養(yǎng)殖場(chǎng)用水帶來的排放較高，更需要關(guān)注水-能、水-食物關(guān)系。對(duì)于S蔬菜合作社，化肥施用排放占比較高，需要更加關(guān)注水-能、食-地關(guān)系。Y家庭農(nóng)場(chǎng)排放主要來源于果蔬保存、運(yùn)輸中的能源消耗，需要關(guān)注能-地關(guān)系。因此，低碳規(guī)劃策略從增加新能源使用、優(yōu)化水資源利用以及加大有機(jī)肥利用3個(gè)方面展開。

2.3.1 增加新能源使用與土地、水的耦合

能源消耗量較大的農(nóng)場(chǎng)為H牧場(chǎng)以及X養(yǎng)殖場(chǎng)，可考慮光伏等新能源的使用。以下分析中按照可安裝光伏100W·m—2，發(fā)電量1（kW·h）·W—1·年—1，電價(jià)0.8 CNY·（kW·h）-1，減排因子0.69kgCO2e·（kW·h）—1估算［18］。具體分析如下：

（1）H牧場(chǎng)（圖6c）：屋頂總面積約為14 300 m2，考慮屋頂設(shè)備和檢修通道，按50%面積可安裝光伏計(jì)算，則全年可以發(fā)電71.5萬(wàn)kW·h，減排493 tCO2e，占總排放量7%。H牧場(chǎng)2020年全年用電量為662萬(wàn)kW·h，而且每日用電負(fù)荷穩(wěn)定，光伏發(fā)電量基本可以被本地消納。同時(shí)豬舍的鋼筋混凝土平屋頂無需進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，按照投資4 CNY·W—1計(jì)算，投資回收期為5年。

（2）X養(yǎng)殖場(chǎng)（圖6b）：X養(yǎng)殖場(chǎng)的養(yǎng)蝦大棚是標(biāo)準(zhǔn)化的單元，每個(gè)單元長(zhǎng)65m，寬25m，屋檐高度2m，拱頂最高點(diǎn)3.5m，屋頂總面積為1 625m2。安裝光伏面積按照60%計(jì)算，則全年可以發(fā)電9.75萬(wàn)kW·h，減排67 tCO2e。每個(gè)養(yǎng)殖大棚年耗電量2.27萬(wàn)kW·h，光伏發(fā)電量可本地消納。養(yǎng)殖場(chǎng)全年總用電量145萬(wàn)kW·h，相當(dāng)于15個(gè)大棚（共64個(gè)）的光伏全年發(fā)電量。大棚的鋼結(jié)構(gòu)需要重建以符合光伏安裝承載力要求，按照投資7 CNY·W-1估算，投資回收期為8.75年。

（3）Y農(nóng)場(chǎng)（圖6a）：考慮到Y(jié)農(nóng)場(chǎng)的冷藏用電以及運(yùn)輸能源消耗，也可安裝一定比例的光伏，并更換新能源運(yùn)輸車輛。若在大棚安裝光伏，本地消納比例較低，重建鋼結(jié)構(gòu)將對(duì)土地造成壓力，不符合基本農(nóng)田的國(guó)土空間管理要求。因此，種植大棚目前不宜大規(guī)模安裝光伏，可結(jié)合農(nóng)場(chǎng)現(xiàn)有600m2農(nóng)業(yè)設(shè)施管理用房的屋頂安裝，50%安裝比例下，每年可發(fā)電約3萬(wàn)kW·h，可滿足農(nóng)場(chǎng)每年3萬(wàn)kW·h的用電需求，減排20.7 tCO2e。設(shè)施管理用房無需進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，按照投資4 CNY·W—1計(jì)算，投資回收期約為5年。

圖6 農(nóng)業(yè)空間光伏安裝建議Fig·6 The space of agricultural spaces recommended for photovoltaic installation

總體來說，在H牧場(chǎng)豬舍廠房屋頂、X養(yǎng)殖場(chǎng)部分養(yǎng)殖大棚、Y農(nóng)場(chǎng)的設(shè)施管理用房安裝光伏，經(jīng)濟(jì)效益和減排效益明顯，且無需額外消耗土地和水資源。

2.3.2 水資源利用優(yōu)化與土地、能源的耦合

（1）X養(yǎng)殖場(chǎng)：通過技術(shù)改進(jìn)將換水頻率從每1—3 d·次—1改成3—5 d·次—1，換水總量將減少50%。一方面能可減少50%來自遠(yuǎn)海輸水、廢水處理的能耗以及餌料投入，減排約為541.95 tCO2e，另一方面，減少水處理量可以將原有水處理設(shè)施占用的土地用于食品生產(chǎn)，提升期望產(chǎn)出。

（2）S蔬菜合作社以及Y家庭農(nóng)場(chǎng)：定海的年降雨量較大，2019年降水量達(dá)到2 125.1mm［19］，但是全年分布不均。合理建設(shè)一定規(guī)模的雨水蓄積設(shè)施，可減少抽水灌溉的距離，從而降低能耗，同時(shí)起到防澇的作用。但蓄水明溝要占用較大比例的土地，如S蔬菜合作社蓄水溝占總用地面積的7.5%，因此可根據(jù)灌溉、防澇需求合理確定規(guī)模和選址。

2.3.3加大有機(jī)肥利用與土地、能源的耦合

（1）S蔬菜專業(yè)合作社：由于化肥的碳排放效應(yīng)為有機(jī)肥的30倍，雖然S蔬菜合作社化肥使用僅占比10%，但導(dǎo)致肥料排放占比為75.95%，遠(yuǎn)高于Y家庭農(nóng)場(chǎng)全有機(jī)肥種植的22.59%。若在農(nóng)場(chǎng)通過堆肥自制有機(jī)肥，將增加土地占用，也無法完全滿足施肥需求。需要引入采用占地面積小的堆肥技術(shù)和設(shè)備，降低堆肥對(duì)土地的壓力。

（2）H牧場(chǎng)：果蔬農(nóng)場(chǎng)可通過與周邊畜禽養(yǎng)殖農(nóng)場(chǎng)的協(xié)作，通過有機(jī)肥的就近采購(gòu)，既解決有機(jī)肥生產(chǎn)的占地問題，也可減少有機(jī)肥長(zhǎng)距離運(yùn)輸過程中的能源消耗碳排放。

3 結(jié)論

以浙江省舟山市定海區(qū)鄉(xiāng)村為例，開展了基于“WEFLC”耦合分析的海島典型農(nóng)業(yè)空間評(píng)估與低碳規(guī)劃研究。主要結(jié)論如下：

（1）將傳統(tǒng)的“水-能-食”線性關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)椤癢EFLC”循環(huán)關(guān)系，為降低非期望產(chǎn)出（碳排放），在期望產(chǎn)出（食品產(chǎn)量）不變或者增加的條件下，重點(diǎn)考慮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入中水-能-地的相關(guān)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)資源的高效利用。

（2）4種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式投入和產(chǎn)出具有較大差異。單位面積產(chǎn)值（期望產(chǎn)出）和單位面積碳排放（非期望產(chǎn)出）均為：H牧場(chǎng)＞X養(yǎng)殖場(chǎng)＞S蔬菜合作社＞Y家庭農(nóng)場(chǎng)，單位產(chǎn)值碳排放為：Y家庭農(nóng)場(chǎng)＜S蔬菜合作社＜X養(yǎng)殖場(chǎng)＜H牧場(chǎng)。

（3）在碳市場(chǎng)機(jī)制下，H牧場(chǎng)的綜合單位面積產(chǎn)值將會(huì)下降，利潤(rùn)下降明顯，減排壓力較大；X養(yǎng)殖場(chǎng)的期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出較為均衡，在提升用能、用水的情況下較為適合海島地區(qū)發(fā)展；S蔬菜合作社、Y家庭農(nóng)場(chǎng)減排壓力不大，但需要通過產(chǎn)業(yè)升級(jí)提升期望產(chǎn)出。

（4）利用農(nóng)業(yè)設(shè)施的屋頂安裝光伏，適用于養(yǎng)豬和養(yǎng)蝦產(chǎn)業(yè)，對(duì)用水、用地壓力較小，且經(jīng)濟(jì)效益較好；對(duì)家庭農(nóng)場(chǎng)和蔬菜合作社，可能會(huì)帶來土地占用，降低作物產(chǎn)量，且投資較大，建議在有較大用能需求的情況下適當(dāng)設(shè)置。

（5）水產(chǎn)養(yǎng)殖可以通過提高用水效率，降低水處理、輸送帶來的能源消耗，同時(shí)降低用地壓力。農(nóng)業(yè)種植可通過雨水溝保證用水安全，同時(shí)降低用水能耗，但會(huì)增加占地面積，需要根據(jù)需求進(jìn)行設(shè)置。

（6）在種植基地內(nèi)和周邊利用秸稈等廢物制作有機(jī)肥，可減少化肥使用、運(yùn)輸，從而降低農(nóng)業(yè)種植碳排放，但將產(chǎn)生額外占地。建議結(jié)合新能源，使用高效的堆肥發(fā)酵設(shè)備，或就近采購(gòu)周邊畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)生產(chǎn)的有機(jī)肥。

作者貢獻(xiàn)聲明：

王信：論文的構(gòu)思者及負(fù)責(zé)人，指導(dǎo)論文構(gòu)思、論文寫作修改。

于涵：參與實(shí)地調(diào)研，完成論文繪圖分析以及論文修改。

施雨：參與論文構(gòu)思，完成論文數(shù)據(jù)分析、初稿寫作及修改。

張沂頔：參與實(shí)地調(diào)研，完成數(shù)據(jù)整理、論文寫作及修改。