迈向可持续低碳农业：中国集约化种植区域地理空间格局解析与差异化减排潜力

《European Journal of Agronomy》：Towards sustainable low-carbon agriculture: Geospatial pattern decoding and differentiated emission mitigation potential across China's intensive cropping regions

　　**摘要要点**- 空间制图揭示了中国12种作物体系温室气体（GHG）排放的异质性模式。- 在大多数作物体系中，化肥和灌溉用电主导排放。- 高排放强度区域在改进实践下具备42–78%的减排潜力。- 作物专属策略可实现有针对性的农业温室气体减排。---## 引言应对由温室气体（GHG）排放所驱动的气候变化已成为当今最紧迫的全球环境挑战之一（Rogelj等，2021）。农业生产是全球温室气体排放的主要来源之一，约占全球人为排放总量的四分之一（Lipper等，2014）。与此同时，农业部门也蕴含着巨大的减排潜力（Northrup等，2021）。通过优化管理实践并调整生产行为，可以有效降低农业温室气体排放（Xing和Wang，2024），从而为气候变化减缓作出贡献。作为农业生产体系的重要组成部分，作物生产在全球粮食生产中发挥着关键作用，同时也是农业温室气体排放的重要来源（Carlson等，2017，Liu等，2018）。其减排潜力巨大，但尚未得到充分挖掘。因此，系统评估作物生产温室气体排放及其减排潜力，对于深化我们对农业体系在全球气候变化中所扮演角色的理解具有重要意义。作物生产是一个复杂过程，由人类活动与自然环境条件长期交互作用所塑造。不同作物的温室气体排放受到多种因素影响，包括作物类型、环境条件、栽培体系和田间管理实践（Meng等，2024，Chen等，2025；Li等，2025）。即便针对同一种作物，在不同气候和地形条件下，其温室气体排放也可能存在显著差异（Li等，2025；Yaqoob等，2024）。对不同作物类型和空间尺度的温室气体排放特征进行统一评估，对于准确识别排放源以及厘清各农业利益相关方之间的减排责任至关重要。然而，现有研究主要集中在农业整体体系的排放评估（Ju等，2024）或有限的几种作物体系（Zhang等，2018），缺乏对不同作物间排放特征及其差异的系统性比较分析。此外，大多数核算工作是在国家或省级尺度上开展的（Chen等，2021；Li等，2024），对更精细空间分辨率的关注不足。这一局限性制约了对作物特定温室气体排放及其区域异质性的深入理解。作物生产温室气体排放具有来源分散、过程复杂和区域差异显著等特征。不同作物类型和管理实践下，其排放结构和减排潜力均存在较大差异（Feng等，2018，Snyder等，2009，Cui等，2024）。在精细化空间尺度上识别排放热点、关键排放组分和减排潜力，可以为针对不同区域作物生产体系制定差异化减排策略提供坚实依据。目前研究多采用宏观层面视角，依赖情景模拟或模型预测来评估诸如优化投入品使用和低碳农业技术等措施的整体减排效果（Beach等，2015，Deng等，2024）。此类方法难以直接转化为实践应用。尽管已有研究评估了不同作物类型在各种管理策略下的整体减排潜力（Liu等，2022，Chen等，2024），但在作物汇总层面开展的分析可能会忽略减排潜力的区域差异，从而限制地方管理决策的有效性。东北平原（NE）、华北平原（NC）和长江中下游平原（MLY）是中国最重要的农业生产区，作物种植活动密集，对国家作物生产贡献巨大（Zhong等，2022）。在农业集约化的推动下，这些地区的作物生产日益依赖化肥、农药、灌溉和机械化作业等高投入要素。虽然这些做法支撑了高产，但同时也使这三大平原成为农业温室气体排放的重要来源（Koondhar等，2026）。此外，三大平原之间的气候变异性差异和差异化耕作体系，可能导致不同的农业生产模式和温室气体排放的空间异质性（Tang等，2025，Wang等，2026）。相关研究多集中于全国尺度（Gao等，2018）或单个平原区域（Huo等，2024；X. Yang等，2024），缺乏对三大平原的系统整合分析。这一局限性制约了各区域排放特征之间的可比性，并可能掩盖减排潜力的差异。因此，本研究对中国三大平原12种主要作物体系2023年温室气体排放开展了以地级市为空间单位的清单编制，揭示了作物专属的排放特征，并进一步构建了一个作物专属排放诊断框架，整合了排放量化、关键排放组分识别和减排潜力评估。具体而言，本研究旨在实现以下目标：（1）量化中国三大平原12种主要作物生产体系的地级市尺度温室气体排放，并刻画不同作物间排放的空间变异性；（2）评估各作物体系内不同排放源的相对重要性，从而将排放核算延伸至对排放特征与归因的更全面理解；（3）基于已识别的关键排放组分开发作物专属减排路径，通过情景模拟评估其减排潜力，并确定区域差异化减排优先级。总体而言，该框架有助于系统性地理解作物特定的温室气体排放差异，并支持制定与区域可持续发展相一致的差异化低碳农业管理策略。---## 章节片段### 研究框架作物生产温室气体排放并非单一的环境结果，而是由作物类型、资源禀赋、农业投入品和管理实践共同塑造的区域综合表现（Zhou等，2025）。有效减缓多种作物体系的排放，不仅依赖于识别排放热点，还需要理解排放是如何产生的，以及哪些组分具有可调节性。因此，本研究构建了一个整合性框架（图1），以应对一项…### 不同作物的温室气体排放不同作物的温室气体排放表现出显著的空间异质性（图4）。对于水稻，温室气体排放更集中于NC和MLY地区，整体呈现南高北低的强度格局。小麦排放分布存在明显的分区现象，北部和南部区域排放较低，中部区域排放较高。NC和NE的南部地区是主要排放…### 作物体系间温室气体排放差异的归因本研究提供了一个多维框架，对中国三大平原（NE、NC和MLY）12种代表性作物生产体系的地级市尺度温室气体排放差异进行综合探究。研究系统刻画了排放格局，并在区域和作物专属两个层面识别了温室气体排放的主要贡献因素。所估算的各作物体系温室气体排放量与以往研究…### 结论本研究以地级市为空间尺度，识别了中国平原地区代表性作物体系温室气体排放的主要空间格局、排放热点、关键排放源和减排潜力，并进一步提出了作物专属及区域差异化的减排路径。总体而言，12种作物体系的温室气体排放强度排序为：蔬菜 > 水稻 > 马铃薯 > 甜菜 > 甘蔗 > 棉花 > 小麦 > 烟草 > 玉米 > 花生 >…### CRediT作者贡献声明**Jiongxin Chen（陈炯心）：** 初稿撰写、方法论、研究构思。**Jianjun Zhang（张建钧）：** 审阅与编辑、经费获取、研究构思。**Shu Fu（傅舒）：** 审阅与编辑、方法论。**Bangning Fu（付帮宁）：** 形式分析、数据整理。**Yuming Zhou（周雨明）：** 可视化、数据整理。**Ke Wang（王可）：** 审阅与编辑、监督指导。### 利益冲突声明作者声明，不存在任何可能影响本研究报告工作的、已知的竞争性经济利益或个人关系。### 致谢本工作得到中国国家重点研发计划（[项目编号 2021YFE0117900]）资助。我们衷心感谢匿名审稿人提出的建设性反馈和宝贵建议，这些建议显著提升了本手稿的质量。---作者：Jiongxin Chen | Jianjun Zhang | Shu Fu | Bangning Fu | Yuming Zhou | Ke Wang