中国主粮作物系统碳排放历史演变与多情景减排路径研究

为应对粮食安全与碳中和双重挑战，研究人员通过GIS与统计年鉴数据构建中国主粮作物系统碳排放模型，揭示2015-2016年达峰后下降18 Tg的规律，发现田间管理活动是主要排放源。通过五类情景模拟，证实技术革新可减排20%，综合措施潜力达25%，为全球SDGs（零饥饿与气候行动）目标提供实证依据。

　　

中国作为全球人口最多的国家，粮食安全与气候变化问题交织，形成了一道复杂的难题。随着1.4亿人口的粮食需求持续增长，中国主粮作物系统的碳排放趋势不仅关乎本国农业可持续发展，更直接影响全球气候行动目标的实现。然而，现有研究存在明显空白：传统分析多聚焦单一作物或省级尺度，忽视了新定义的五类主粮（水稻、小麦、玉米、马铃薯、大豆）系统特性，且缺乏对种植模式区域差异及非种植因素（如进出口贸易）的综合考量。

针对这一科学问题，中国研究人员在《Journal of Environmental Management》发表了一项突破性研究。团队创新性地整合了地理信息系统（GIS）空间数据与统计年鉴，构建了覆盖全国九大农业区的主粮作物碳排放核算模型。通过历史趋势分析和Tapio脱钩模型，首次揭示了中国主粮系统碳排放已于2015-2016年达峰（141 Tg/年），随后下降18 Tg的关键拐点。更引人注目的是，研究设计了基线、技术进步、自给自足、减损和综合五类情景，量化出最高25%的减排潜力，为平衡粮食增产与碳中和目标提供了科学路线图。

研究方法上，团队采用多学科交叉策略：基于IPCC清单法的排放因子核算体系，纳入中国特色的种植结构参数；通过省级面板数据与空间分布特征的耦合，解决了传统研究的地理偏差；运用情景规划（Scenario Planning, SP）模拟人口变化、技术突破等动态变量对排放的影响。

研究结果部分呈现四大核心发现：

1. 历史排放趋势：田间管理贡献了系统76%的排放，但所有子系统均呈下降趋势。东北区因规模化经营成为减排典范，而西南区受地形限制进展较慢。
2. 脱钩效应：全国范围内实现弱脱钩（生产增长1%对应排放下降0.3%），碳汇功能抵消了32%的耕作排放，这一发现为扩大生产提供了环境可行性证据。
3. 情景模拟：基线情景下排放将回升至135 Tg，而技术进步情景通过精准施肥等技术可减排20%。最具突破性的是，单纯减少粮食损失（从当前17%至10%）即可遏制排放增长，无需附加措施。
4. 区域异质性：黄淮海区在综合措施下减排潜力最大（28%），验证了"因地施策"的科学性。

讨论部分强调，该研究颠覆了传统"增产必增排"的认知。马铃薯与大豆的纳入使系统碳-水-地协同效益提升17-25%，而小农户过量施肥行为的纠正可带来33.3%的减排空间。作者Haotian Tong等指出，未来政策应聚焦三大方向：建立跨区域碳补偿机制、优化主粮进口结构（当前自给率91%）、推广"智慧农业-减损-碳汇"三位一体模式。这些结论不仅为中国农业绿色转型提供量化依据，更为发展中国家破解"粮食-气候"悖论提供了可复制的技术框架。

值得注意的是，研究也揭示了现存矛盾：尽管碳汇可抵消新增排放，但过度依赖此机制可能掩盖技术创新动力。对此，团队建议将碳足迹纳入粮食安全考核体系，这与SDGs目标2（Zero Hunger）和13（Climate Action）形成战略呼应，标志着农业环境治理进入多目标协同新阶段。