■本報(bào)記者 沈湫莎
二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，是中國(guó)向世界作出的莊嚴(yán)承諾。為實(shí)現(xiàn)這一“雙碳”目標(biāo)，各行各業(yè)正在掀起一場(chǎng)“綠色革命”。
與工業(yè)、能源、交通等領(lǐng)域的“單向減排”相比，農(nóng)業(yè)因其自身既是碳源(排放甲烷等溫室氣體)又是碳匯(農(nóng)作物吸收二氧化碳)，低碳發(fā)展之路也更為多樣。在業(yè)內(nèi)專家看來(lái)，在科技的支撐下，農(nóng)業(yè)不僅能做到減碳，還能實(shí)現(xiàn)“零碳”甚至“負(fù)碳”。
要厘清這本復(fù)雜的“碳賬本”，不妨從作為長(zhǎng)三角地區(qū)最重要糧食生產(chǎn)體系的稻田生態(tài)系統(tǒng)中的“一粒米”說(shuō)起。
種田是一場(chǎng)產(chǎn)量與排放的博弈
說(shuō)到農(nóng)業(yè)減排，很多人都會(huì)心生疑問(wèn)：和許多植物一樣，農(nóng)作物也能通過(guò)光合作用吸收利用二氧化碳，排放從何而來(lái)？
根據(jù)我國(guó)最新向聯(lián)合國(guó)提交的溫室氣體排放清單數(shù)據(jù)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程向大氣排放的溫室氣體為8.3億噸二氧化碳當(dāng)量，約占我國(guó)總排放量的6.7%。其中，種植業(yè)源溫室氣體排放主要來(lái)自水稻種植與農(nóng)田施肥等農(nóng)業(yè)行為造成的甲烷和氧化亞氮排放。以20年尺度計(jì)算，甲烷的溫室效應(yīng)是二氧化碳的84倍，氧化亞氮?jiǎng)t為二氧化碳的264倍。近年來(lái)，為應(yīng)對(duì)全球氣候變化，各國(guó)紛紛加強(qiáng)了對(duì)甲烷等強(qiáng)效溫室氣體的監(jiān)測(cè)與控制。去年，聯(lián)合國(guó)格拉斯哥氣候大會(huì)發(fā)布的“全球甲烷承諾”提出，2030年使甲烷排放較2020年減少30%。
與看不見的溫室氣體相比，農(nóng)業(yè)的面源污染更為人們所熟知。由于過(guò)量施肥，氮、磷等物質(zhì)不能被農(nóng)作物完全吸收，于是隨著農(nóng)田排水流向江河湖海，或滲透到土壤之中。
調(diào)查顯示，我國(guó)水稻種植產(chǎn)生的溫室氣體排放約占全國(guó)農(nóng)業(yè)排放量的23%。上海市農(nóng)科院氣候變化與綠色生產(chǎn)研究室主任周勝解釋說(shuō)：“這是由于稻田生態(tài)系統(tǒng)是我國(guó)最主要的糧食生產(chǎn)體系之一，水稻田在淹水的厭氧環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生大量甲烷。”
在保障糧食安全和重要農(nóng)產(chǎn)品有效供給的前提下，農(nóng)業(yè)減排是一篇從種子、育苗、生長(zhǎng)管理到收獲等各階段都能做出成果的大文章。而且與只能“減量”的工業(yè)碳排放不同，通過(guò)合理的減排與固碳措施，減少生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放，提升農(nóng)田土壤碳匯潛力，農(nóng)業(yè)不僅能做到減碳，甚至還能實(shí)現(xiàn)“零碳”和“負(fù)碳(固碳)”。因此，優(yōu)化農(nóng)業(yè)“碳賬本”潛力巨大。
用50年監(jiān)測(cè)碳排放與土壤碳匯
農(nóng)業(yè)的復(fù)雜性在于，同樣的種子，在不同的氣候、土壤、水、肥等條件下，產(chǎn)量與碳排放的差別可能會(huì)很大。為了獲得精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，首先要求用于實(shí)驗(yàn)的農(nóng)田初始條件盡可能相近，其次則需要研究的時(shí)間足夠長(zhǎng)。2012年，市農(nóng)科院莊行試驗(yàn)站辟出100多畝土地，建起了上海低碳農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心基地，長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)基地里的牌子上明確寫著“研究期限50年”。
據(jù)介紹，全球約有300個(gè)連續(xù)觀測(cè)不少于20年的農(nóng)業(yè)野外長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)基地，其中觀測(cè)已超過(guò)100年的有25個(gè)，主要集中在發(fā)達(dá)國(guó)家，許多經(jīng)典農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)由此而來(lái)。周勝告訴記者，他和團(tuán)隊(duì)想通過(guò)長(zhǎng)期跟蹤研究不同管理?xiàng)l件下稻田生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)換，為研發(fā)溫室氣體減排、面源污染控制、土壤地力提升及碳匯技術(shù)提供關(guān)鍵參數(shù)。
目前，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域許多碳排放數(shù)據(jù)都是通過(guò)較為粗放的排放因子計(jì)算出來(lái)的，缺乏精細(xì)化的評(píng)估，需要進(jìn)一步完善。在上海低碳農(nóng)業(yè)研究中心，科研人員更像是一位精明的管家——通過(guò)對(duì)施肥水平、肥料種類、輪作制度、灌溉水量等種植參數(shù)的排列組合，尋求水稻在產(chǎn)量和碳排放之間的“最優(yōu)解”。
每個(gè)采集日的上午9點(diǎn)，科研人員會(huì)用透明采集箱罩住水稻，灌水密封，自動(dòng)采集器的四個(gè)氣袋每隔6分鐘自動(dòng)采集一次氣體樣品。水稻生長(zhǎng)期內(nèi)每周采集1-2次，長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)地共有36個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)每次4個(gè)樣品，采集一次共144個(gè)樣品，用于分析計(jì)算不同管理措施下的溫室氣體排放通量。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)每年還要根據(jù)種植和收獲季節(jié)，采集不同條件下的農(nóng)田土壤進(jìn)行分析。如此“枯燥”的工作，周勝團(tuán)隊(duì)連續(xù)做了10年，終于拿出了一份令人信服的詳實(shí)數(shù)據(jù)。
“尤其想要了解土壤中碳含量的變化，必須堅(jiān)持5年以上的長(zhǎng)期觀測(cè)才能得到較準(zhǔn)確的數(shù)值。”周勝說(shuō)，這是因?yàn)橥寥乐械奶己恳话阒徽?%-2%，土壤的非均一性及采集上的任何偏差都可能造成數(shù)據(jù)波動(dòng)，只有長(zhǎng)期觀測(cè)，才能消除數(shù)據(jù)的不確定性。
他們發(fā)現(xiàn)，過(guò)量施用氮肥不僅增產(chǎn)效果有限，而且增加了氧化亞氮和面源污染物排放，因此，合理的施肥量對(duì)于減少環(huán)境污染非常必要。又比如，在保證稻米產(chǎn)量穩(wěn)定的前提下，通過(guò)節(jié)水灌溉可降低稻田甲烷的排放；通過(guò)離田處理秸稈的方式，更可大幅減少稻田甲烷排放；如果進(jìn)一步將離田秸稈加工成有機(jī)肥或生物炭還田，不僅可減少稻田碳排放，還能提升土壤碳匯速度。同樣的，冬季種植紫云英等綠肥植物也有利于土壤增碳提質(zhì)。通過(guò)這些稻田減排與固碳技術(shù)的組合，最終可形成一套低碳、零碳、甚至負(fù)碳的稻田生產(chǎn)技術(shù)。
從自愿減排到碳資產(chǎn)
一開始投身低碳農(nóng)業(yè)研究時(shí)，許多人并不理解周勝的選擇。十幾年前，低碳農(nóng)業(yè)還是張“冷板凳”。這兩年，“冷板凳”逐漸熱了起來(lái)。最明顯的變化是，來(lái)農(nóng)科院找低碳農(nóng)業(yè)研究中心合作的人和機(jī)構(gòu)越來(lái)越多。低碳農(nóng)業(yè)作為農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力，“錢景”也更加明朗。
2019-2020年，周勝團(tuán)隊(duì)與上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心羅利軍團(tuán)隊(duì)合作，針對(duì)安徽省推廣的120萬(wàn)畝節(jié)水抗旱稻進(jìn)行了碳減排效果評(píng)估。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)及專業(yè)模型評(píng)估，旱管種植節(jié)水抗旱稻模式比傳統(tǒng)淹水稻田的甲烷排放量減少90%以上，碳減排總量51.6萬(wàn)噸二氧化碳當(dāng)量。以當(dāng)前一噸二氧化碳約合40元的碳交易價(jià)格計(jì)算，當(dāng)年的碳減排價(jià)值就高達(dá)2000多萬(wàn)元。
焚燒秸稈不僅排放溫室氣體，而且污染空氣，但秸稈如果直接還田，方法不當(dāng)?shù)脑挘锌赡艽蠓黾拥咎锛淄榕欧拧Ｖ軇賵F(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)反復(fù)研究比較發(fā)現(xiàn)，比較好的做法是為離田秸稈建立炭化中心，即將秸稈制成黑乎乎的生物炭(或炭基有機(jī)肥)后再還田利用，這樣不僅可以減少因秸稈直接還田造成的大量甲烷排放，還可提升土壤地力，增加土壤中的碳含量，達(dá)到增碳提質(zhì)的作用。目前，他們正計(jì)劃與企業(yè)合作建立一個(gè)區(qū)域型的農(nóng)作物秸稈炭化中心，為農(nóng)作物秸稈炭化還田提供服務(wù)，并評(píng)估區(qū)域內(nèi)的碳循環(huán)與減排固碳效果。
按照國(guó)際上的碳交易價(jià)格，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域自愿減排的二氧化碳交易價(jià)格是其它領(lǐng)域的2-3倍，低碳農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益不容小覷。周勝說(shuō)，想要農(nóng)民或地方政府有更強(qiáng)的減排動(dòng)力，首先是要建立農(nóng)業(yè)碳減排方法學(xué)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系，讓他們會(huì)做；其次是重啟自愿減排碳交易市場(chǎng)，讓減排下來(lái)的碳能夠在碳交易市場(chǎng)上流通，獲得經(jīng)濟(jì)收益。目前，位于北京的全國(guó)自愿減排碳交易中心正在緊鑼密鼓地建設(shè)中。
最近，低碳農(nóng)業(yè)研究中心根據(jù)多年的研究成果，形成了關(guān)于稻田溫室氣體減排和農(nóng)田土壤碳匯方面的方法學(xué)草案。一旦該方法學(xué)通過(guò)認(rèn)證，意味著上海乃至全國(guó)的農(nóng)戶，可以根據(jù)該方法學(xué)調(diào)節(jié)自己的種植方式，達(dá)到減排固碳的目的。