法国不同类型农场沼气开发后的土地覆盖变化：全国性研究揭示能源作物引入策略与可持续性挑战

这篇综述通过整合法国土地地块识别系统(LPIS)、SINOE数据库等四大数据库，系统分析了2010-2021年间831个沼气工程关联农场的土地利用变化。研究发现：沼气开发导致玉米(+4.1%)和其他谷物(+1.0%)面积增加，而油菜籽(?2.5%)和小麦(?3.0%)减少；注气式沼气厂(IN)比热电联产(CG)系统引发更强变化(LCES 19.8% vs 12.9%)；有机农场呈现"草地饲料作物"(GF)增加特征(+3.12%)。研究为欧洲生物甲烷发展的土地可持续利用提供重要依据。

　　

欧洲能源转型背景下的农业土地利用变革

1 引言

欧盟REPowerEU计划推动生物甲烷年产量目标达350亿立方米(2030年)，法国沼气厂数量从2018年440座激增至2023年1636座。不同于德国以能源玉米为主导的模式，法国限制专用能源作物比例(≤15%)，转而推广能源覆盖作物(ECC)——在粮食作物间隙期种植的短期作物。这种"双季种植"模式引发学界对土地覆盖变化(Land Cover Changes)的持续关注。

2 材料与方法

研究创新性结合法国农业普查(AC2020)与土地地块识别系统(LPIS)数据，建立土地覆盖演变评分(LCES=Σ|作物比例变化|/2)。通过k均值聚类分析831个≥40公顷农场在沼气厂投运前后2年的28类作物变化，重点关注大麦、玉米、草地饲料作物(GF)、其他谷物(OC)、油菜籽和小麦六大类。

3 结果

3.1 农场特征

65%为畜牧农场，23%大田作物农场。注气式(IN)沼气厂占比从2018年前21%升至2021年49%，主要分布在大田作物区。有机农场占比8%(全法平均12%)，其中72%为全有机生产。

3.2 土地覆盖变化

全国尺度显示玉米(+4.1%)和其他谷物(+1.0%)增加，油菜籽(?2.5%)和小麦(?3.0%)减少。大田作物农场LCES达22.1%，显著高于畜牧农场(12.0%)。注气式(IN)系统变化强度是热电联产(CG)的1.5倍。有机农场呈现GF面积增加(+3.12%)的特殊模式。

3.3 六类变化集群

• 1_NoLCC(44%农场)：变化轻微

• 2_Bi-Wd：大麦+19.1%/小麦?12.5%

• 3_OCi-Wd：其他谷物+12.4%/小麦↓

• 4_Mi-GFd(28%)：玉米+8.0%/GF?4.5%，76%为畜牧场

• 5_Mi-RWd：玉米+14.7%/油菜籽?11.3%

• 6_GFi-WRd：GF+16.7%/谷物↓，21%为有机农场

4 讨论

4.1 驱动机制

大田作物农场更依赖ECC导致强变化，冬ECC(前接大麦)与夏ECC(后接玉米)形成区域分化。灌溉农场(平均74-96公顷灌溉面积)倾向夏ECC策略，反映水资源对作物选择的调控。

4.2 可持续性挑战

虽然法国避免德国式玉米单一化(仅28%农场出现4_Mi-GFd模式)，但注气式(IN)沼气厂的扩张可能加剧变化。ECC推广虽减少15%专用能源作物限制的冲击，但仍可能通过替代主粮引发间接土地利用变化。

5 结论

研究揭示法国沼气发展呈现多元化土地适应策略，不同于德国以玉米扩张为单一导向的模式。但生物甲烷目标的推进需要建立更精细的土地变化监测体系，特别是评估注气式沼气厂占比提升至36%后的累积效应。未来应重点优化冬夏ECC轮作体系，平衡可再生能源目标与农业可持续发展需求。