中国长江经济带农业温室气体排放

《Applied Soil Ecology》：Agricultural greenhouse gas emissions in the Yangtze River Economic Belt of China

　　

摘要 农业是长江经济带（YEB）温室气体（GHG）排放的主要来源。了解农业排放的演变轨迹并确定有针对性的缓解策略，对于推进区域低碳转型和履行中国碳达峰与碳中和承诺至关重要。本研究采用 IPCC 第二层级方法量化了 2000 年至 2024 年 YEB 11 个省份的农业温室气体排放（AGHGE），利用对数平均迪氏指数（LMDI）分解驱动因素，并采用结合蒙特卡洛敏感性分析的 STIRPAT 模型预测三种情景下的未来排放轨迹。结果显示，AGHGE 于 2013 年达到峰值 768.99 百万吨 CO2e，到 2024 年降至 604.96 百万吨 CO2e，较峰值减少了 21.33%。农业物质投入成为增长最快的排放源类别，而作物种植和畜牧业的排放有所下降。甲烷仍然是主导气体，2024 年占总排放量的 52.2%。LMDI 分解识别出土地经济产出强度是排放增加的主要驱动因素，生产效率是主要的缓解因素。在照常行动、常规政策和高质低碳发展情景下，2030 年排放量预计分别为 693.97、683.04 和 670.17 百万吨 CO2e，分别高于 2024 年基线的 14.71%、12.91% 和 10.78%。敏感性分析识别出单季稻排放因子（区域 B）是核算阶段的主要不确定性（方差贡献率 65.58%），播种面积弹性是预测阶段的主要不确定性。研究结果支持在土壤健康框架内整合投入效率改进、水分管理干预和粪肥管理升级的差异化、针对省份的缓解策略。

引言 农业温室气体排放（AGHGE）是全球气候变化的重要贡献者。在全球范围内，整个食品系统约占人为温室气体排放总量的三分之一，估计显示 2015 年食品系统排放量达到 18 吉吨 CO2e，占全球总量的 34%（Crippa et al., 2021）。具体在农业部门，温室气体排放约占全球人为排放总量的 11%–14%（IPCC, 2021; Rosenzweig et al., 2020）。在过去五十年中，全球 AGHGE 稳步增加，这主要由农业生产集约化和畜牧生产的持续扩张驱动（Hong et al., 2021）。在照常行动轨迹下，预计到本世纪中叶农业排放将大幅上升，这凸显了采取有针对性的缓解干预措施的紧迫性（Springmann et al., 2018）。

2018 年间，中国农业碳排放增加了 18%，从 6 亿吨增加到 7.1 亿吨，占世界农业排放量的 11–12%；相比之下，美国仅占 6–7%（Bai et al., 2019; Guo et al., 2022）。在中国农业部门内部，非 CO2 气体在排放概况中占主导地位：甲烷（CH4）和一氧化二氮（N2O）共同构成了农业 GHG 排放的绝大多数。最近的国家尺度评估证实，CH4 是中国农业的主导温室气体，其中肠道发酵和水稻种植是两个最大的单一排放源（Niu et al., 2024）。在全球范围内，作物和牲畜系统中的 CH4 和 N2O 分别占农业 GHG 排放总量的 54% 和 28%，反映了微生物介导过程在农业生产中的普遍作用（Rosa and Gabrielli, 2023）。这些排放所控制的生物地球化学机制从根本上植根于土壤健康：在水稻生态系统中，土壤氧化还原振荡调节产甲烷古菌和甲烷氧化菌之间的平衡，决定净 CH4 通量（Zhu et al., 2025; Radanielson et al., 2026）；同时，土壤硝化菌和反硝化菌群落的结构和功能特征决定了 N2O 在响应氮肥投入时的产生途径（Zhu et al., 2025）。

长江经济带（YEB）是中国主要粮食产区，涵盖六个省份，共同贡献了全国超过 60% 的稻米产量，并产生大量的 AGHGE。YEB 还拥有强劲的区域经济（Wang et al., 2024a）并具有相当大的战略重要性（Bai et al., 2023）。然而，该地区面临着平衡快速增长与生态可持续性的艰巨挑战，使得农业发展之间权衡 GHG 缓解成为当务之急（Fang et al., 2022）。鉴于农业既是 YEB 温室气体足迹的重要贡献者，也是存在具有成本效益的缓解选项的部门（Niu et al., 2024），了解该地区 AGHGE 的时空演变对于设计有针对性的减排策略至关重要。

目前关于长江经济带碳排放的研究主要属于两类。第一类关注特定子部门，包括旅游碳汇效率评估（Shi et al., 2023; Song and Yuan, 2023）、农业绿色和低碳土地利用（Yang et al., 2022）以及运输碳效率（Wang and Shao, 2023）。第二类采用更全面的方法，如碳泄漏综合评估（Guo et al., 2020）、碳排放效率（Li and Zhu, 2022; Liu and Hao, 2022）、碳排放绩效（Liu and Gao, 2022）以及碳汇供需动态（Zhu et al., 2024）。尽管取得了这些进展，但在长江经济带 AGHGE 的量化和驱动因素分解方面仍存在明显的研究空白，这需要深入调查。

在确定缓解的优先区域和排放源类别以及量化关键驱动力量方面仍然存在不确定性。经济增长、人口动态、效率提升和技术进步被广泛认为是 AGHGE 的重要决定因素（Yun et al., 2014; Springmann et al., 2018; Hong et al., 2021），但它们在长江经济带内的相对贡献尚不清楚。最近的研究进一步强调了农业减排的经济维度。Niu 等人（2024）估算了中国农业生产系统的边际减排成本（MAC），发现平均 MAC 为每吨 CO2e 1861.71 元人民币，在不同区域和部门之间变化显著。这些发现强调了在区域农业 GHG 策略中纳入生物物理和经济考量的重要性。

为解决这些差距，本研究遵循 IPCC 国家温室气体清单指南（IPCC, 2006）和生态环境部发布的《省级温室气体清单编制指南》（2025 版）（MEE, 2026），量化 2000 年至 2024 年 YEB 11 个省份的 AGHGE。随后采用对数平均迪氏指数（LMDI）方法分解排放变化的驱动因素，并使用 STIRPAT 模型预测多种情景下的未来轨迹。这种综合方法为制定差异化、针对区域且与中国碳达峰和碳中和目标一致的减排政策提供了科学依据。

章节片段
AGHGE 的量化
在本研究中，YEB 的 AGHGE 是使用 IPCC（IPCC, 2006）推荐的方法量化的，如公式（1）所示：
I = ∑Ii = ∑ADi · EFi
其中 I 代表 YEB 的 AGHGE 总量，Ii 代表来源 i 的 GHG 排放量，ADi 是来源 i 的活动数据（例如，生产或消费量），EFi 是来源 i 的排放因子。排放因子主要来源于《省级温室气体清单编制指南》（2025 版）。

长江经济带 AGHGE 的时空演变
如图 1a 所示，YEB 的总 AGHGE 从 2000 年的 588.38 百万吨 CO2e 增加到 2005 年的第一个峰值 662.90 百万吨 CO2e，随后进一步上升至 2013 年的总体最大值 768.99 百万吨 CO2e。在此峰值之后，排放进入持续下降阶段，2015 年降至 744.34 百万吨 CO2e，2020 年降至 586.13 百万吨 CO2e，2024 年降至 604.96 百万吨 CO2e。在整个研究期间，总 AGHGE 仅增长了 2.82%（从 588.38 到 604.96 百万吨 CO2e），但峰值到 2024 年的减少量达到

AGHGE 的时空演变及其驱动因素
本研究中观察到的倒 U 型轨迹——增长至 2013 年峰值后持续下降——与 Hu 等人（2023）关于中国农业温室气体排放已达峰并开始下降的国家层面发现一致。然而，长江经济带的峰值（2013 年 768.99 百万吨 CO2e）晚于 Hu 等人识别的国家农业峰值，反映了该地区在 2010 年代初期投入使用的持续集约化。2013 年后的下降与全国

结论 本研究得出五个主要结论。（1）YEB 的 AGHGE 于 2013 年达到峰值 768.99 百万吨 CO2e，经过持续下降后，2024 年为 604.96 百万吨 CO2e——峰值至今减少了 21.33%。（2）排放结构发生了显著变化：农业物质投入从总量的 23.7% 增长到 42.8%，而作物和动物的份额下降，标志着从生物排放源向化石燃料排放源的转变。（3）LMDI 分解识别出土地经济产出

CRediT 作者贡献声明
张贵奇：写作 – 初稿，方法论，数据整理，构思。唐磊：方法论，形式分析，数据整理。郑小琦：写作 – 审查与编辑，写作 – 初稿，验证，方法论，资金获取，构思。杨峰：方法论，数据整理。孙瑞玲：软件，构思。

资助声明
本研究得到国家自然科学基金（72104112）和南京邮电大学人文社会科学研究基金项目（编号：NPY224004）的资助。

竞争利益声明
作者声明他们没有已知的可能影响本论文报告工作的竞争经济利益或个人关系。

张贵奇 | 唐磊 | 郑小琦 | 杨峰 | 孙瑞玲
南京市生态环境保护科学研究院，南京，210041，中国