《Journal of Cleaner Production》：Aggregate gains and crop-driven trade-offs in the carbon and nitrogen footprints of China's interprovincial trade in rice, wheat and maize
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•水稻、小麦和玉米的贸易降低了国家生产阶段的温室气体和活性氮排放负担。•2022年，相比本地自给自足，贸易避免了35.7 Mt CO2当量和1.17 Mt N当量的排放。•避免的负担分别占温室气体自给自足总量的9.7%和活性氮自给自足总量的16.3%。•2022年，七个省份表
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水稻、小麦和玉米的贸易降低了国家生产阶段的温室气体和活性氮排放负担。
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2022年，相比本地自给自足，贸易避免了35.7 Mt CO2当量和1.17 Mt N当量的排放。
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避免的负担分别占温室气体自给自足总量的9.7%和活性氮自给自足总量的16.3%。
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2022年，七个省份表现出温室气体和活性氮效应的相反趋势。
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温室气体与活性氮的联合评估揭示了省级协同效应与权衡关系。
引言
在粮食需求不断增长和气候变化日益加剧的背景下，全球粮食系统面临在增加生产的同时减少环境影响的双重挑战（Li等，2024）。农业通过温室气体排放和活性氮损失对气候变化和环境退化做出了重大贡献。除了二氧化碳以外的温室气体（如甲烷和氧化亚氮）外，大量化肥使用通过氨挥发、硝态氮淋失、地表径流以及相关次生氧化亚氮排放驱动了氮素损失（Zhang等，2024）。因此，在确保充足粮食供应的同时，减少温室气体排放和氮素损失已成为可持续农业转型面临的重大科学和政策挑战（Chen等，2025；Mogollón等，2026）。
这一挑战在中国尤为突出，因为粮食生产与消费长期以来存在空间错配。这种错配反映了自然禀赋的异质性、资源约束以及区域比较优势的差异，受各地区长期存在的种植制度结构差异所塑造（Yin等，2024），并因人口快速集聚、城市化和区域经济专业化而进一步加剧（Gu等，2015；Sun等，2019）。因此，省际粮食贸易已成为弥合区域供需缺口、保障国家粮食安全的关键机制（Wu等，2018）。
这些跨区域流动不仅涉及粮食实物的转移，还将贸易粮食中内含的生产相关环境负担与外部需求联系起来。本文将其量化为虚拟碳流（以CO2当量表示的内含温室气体排放）和虚拟氮流（以N当量表示的内含活性氮负担）。底层温室气体排放和活性氮释放仍然物理存在于生产省份；这些虚拟流并不意味着排放或氮素损失本身被物理转移到进口省份。虽然省际贸易有助于缓解净消费地区的供应压力，但它也可能重塑生产相关温室气体排放和氮素损失的空间分布。这可能将环境负担集中在净生产地区，同时将由其驱动的消耗转移到其他地区。由于中国的环境目标是在省级层面设计和审计的，出口省份被要求对最终由其他地区需求驱动的排放承担责任，面临着问责与底层需求之间的结构性错配（Xie等，2025）。
现有研究表明，跨区域粮食流动有助于缓解消费地区的供需失衡，但也将内含资源使用和环境压力转移到了生产地区（Yin等，2021；Feng等，2022；Wang等，2024）。然而，关于中国省际粮食贸易的环境效应在几个重要方面仍存在局限性。首先，仅量化内含温室气体和活性氮流动并未建立在贸易配置对国家层面净环境效益影响的基础上。因此，我们使用本地自给自足基准，即每个进口地区通过本地生产来满足相同的粮食需求（Wu等，2018）。其次，国家层面的评估可能掩盖贸易相关环境效益和负担在各省份之间的分布情况，导致因时间和区域细节缺失而产生的认知偏差。第三，水稻、小麦和玉米生产中的温室气体和活性氮在不同空间尺度上从田间到国家存在显著差异。例如，水稻种植具有与淹水土壤相关的甲烷密集型排放特征，而活性氮损失则与旱地种植系统中的氮素投入更为密切。因此，单独评估任一指标可能会掩盖粮食贸易产生的跨指标协同效应和权衡关系（Liu等，2024）。
为弥补这些不足，我们建立了一个统一的水稻、小麦和玉米省际贸易温室气体-活性氮核算框架，涵盖2000年至2022年间十个选定观测年份。我们首先将重建的贸易模式与本地自给自足基准进行比较，量化粮食贸易的国家净环境效应。然后，我们考察贸易相关环境效益和负担在各省份之间的分布情况以及这些模式是否随时间持续存在。最后，我们联合评估省级温室气体和活性氮效应是趋于一致还是背离，并利用作物层面的分解识别水稻、小麦和玉米对国家效益以及省级温室气体-活性氮协同效应与权衡关系的贡献。
章节摘要
研究区域与数据来源
本研究涵盖中国大陆31个省级行政区。本研究还纳入了2000年、2002年、2005年、2007年、2010年、2012年、2015年、2017年、2020年和2022年水稻、小麦和玉米的省际贸易数据集（Luo等，2025）。在构建源数据集时，Luo等（2025）利用引力模型估算了初始双边流量，该模型纳入了省级粮食供应、需求和运输联系，并随后进行了处理
省际粮食生产与贸易的时空动态
2000年至2022年间，净出口省和净进口省之间的差异日益显著，净出口省集中在东北和北部地区，净进口省位于东部沿海和人口稠密的经济中心（图1）。在研究期间，省际净转移量增长了近四倍，而前三大净出口省所占份额从约一半上升到约占转移总量的三分之二，表明供应集中度明显加深。
这
粮食生产空间再配置带来的国家环境效益
我们的结果表明，省际粮食贸易不仅是平衡粮食供需的机制，也是减少国家温室气体排放和活性氮损失的有效手段。通过联合追踪三种主要粮食作物的温室气体和氮排放，本研究拓展了以往的单一作物或单一指标评估，并证明在统一框架下可以更全面地捕捉贸易的环境效益。这些效益应被理解为
结论
利用中国31个省份水稻、小麦和玉米的双边省际贸易数据，本研究在本地自给自足反事实情景下量化了粮食贸易相关的生产阶段温室气体排放和活性氮损失。与这一基准相比，这三种作物的省际贸易在所有十个观测年份均与国家净减排量相关联。2022年，这些减排量分别达到温室气体排放35.7 Mt CO2当量和1.17 Mt N当量
CRediT作者贡献声明
贾志杰：撰写—初稿，可视化，方法论，调查研究，形式化分析，概念构思。秦志成：数据管理。徐永强：调查研究。李若晨：数据管理。Paul Behrens：撰写—审阅与编辑。Timothy Thomas：撰写—审阅与编辑。赵鑫：撰写—审阅与编辑，资金获取，概念构思。张海林：撰写—审阅与编辑，资金获取，概念构思。
代码可用性
用于碳-氮足迹核算、本地自给自足反事实分析、敏感性分析、Monte Carlo不确定性分析和图表生成的代码可根据合理请求向通讯作者获取。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
本研究得到国家重点研发计划（编号：2025YFE0209500）和中央高校基本科研业务费专项资金（2026TC052）资助。作者感谢国际合作项目成员提供的有益讨论和支持。
贾志杰|秦志成|徐永强|李若晨|Paul Behrens|Timothy Thomas|赵鑫|张海林
