科研人员在监测稻田温室气体排放。

二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和，是中国向世界作出的庄严承诺。为实现这一“双碳”目标，各行各业正在掀起一场“绿色革命”。

与工业、能源、交通等领域的“单向减排”相比，农业因其自身既是碳源（排放甲烷等温室气体）又是碳汇（农作物吸收二氧化碳），低碳发展之路也更为多样。在业内专家看来，在科技的支撑下，农业不仅能做到减碳，还能实现“零碳”甚至“负碳”。

要厘清这本复杂的“碳账本”，不妨从作为长三角地区最重要粮食生产体系的稻田生态系统中的“一粒米”说起。

种田是一场产量与排放的博弈

说到农业减排，很多人都会心生疑问：和许多植物一样，农作物也能通过光合作用吸收利用二氧化碳，排放从何而来？

根据我国最新向联合国提交的温室气体排放清单数据，农业生产过程向大气排放的温室气体为8.3亿吨二氧化碳当量，约占我国总排放量的6.7%。其中，种植业源温室气体排放主要来自水稻种植与农田施肥等农业行为造成的甲烷和氧化亚氮排放。以20年尺度计算，甲烷的温室效应是二氧化碳的84倍，氧化亚氮则为二氧化碳的264倍。近年来，为应对全球气候变化，各国纷纷加强了对甲烷等强效温室气体的监测与控制。去年，联合国格拉斯哥气候大会发布的“全球甲烷承诺”提出，2030年使甲烷排放较2020年减少30%。

周胜团队自主研发的收集、监测碳排放装置

与看不见的温室气体相比，农业的面源污染更为人们所熟知。由于过量施肥，氮、磷等物质不能被农作物完全吸收，于是随着农田排水流向江河湖海，或渗透到土壤之中。

调查显示，我国水稻种植产生的温室气体排放约占全国农业排放量的23%。上海市农科院气候变化与绿色生产研究室主任周胜解释说：“这是由于稻田生态系统是我国最主要的粮食生产体系之一，水稻田在淹水的厌氧环境下会产生大量甲烷。”

在保障粮食安全和重要农产品有效供给的前提下，农业减排是一篇从种子、育苗、生长管理到收获等各阶段都能做出成果的大文章。而且与只能“减量”的工业碳排放不同，通过合理的减排与固碳措施，减少生产过程中的碳排放，提升农田土壤碳汇潜力，农业不仅能做到减碳，甚至还能实现“零碳”和“负碳（固碳）”。因此，优化农业“碳账本”潜力巨大。             

用50年监测碳排放与土壤碳汇

农业的复杂性在于，同样的种子，在不同的气候、土壤、水、肥等条件下，产量与碳排放的差别可能会很大。为了获得精准的数据，首先要求用于实验的农田初始条件尽可能相近，其次则需要研究的时间足够长。2012年，市农科院庄行试验站辟出100多亩土地，建起了上海低碳农业工程技术研究中心基地，长期实验基地里的牌子上明确写着“研究期限50年”。

据介绍，全球约有300个连续观测不少于20年的农业野外长期实验基地，其中观测已超过100年的有25个，主要集中在发达国家，许多经典农业数据由此而来。周胜告诉记者，他和团队想通过长期跟踪研究不同管理条件下稻田生态系统的物质循环和能量转换，为研发温室气体减排、面源污染控制、土壤地力提升及碳汇技术提供关键参数。

俯瞰上海低碳农业工程技术研究中心。

目前，农业领域许多碳排放数据都是通过较为粗放的排放因子计算出来的，缺乏精细化的评估，需要进一步完善。在上海低碳农业研究中心，科研人员更像是一位精明的管家——通过对施肥水平、肥料种类、轮作制度、灌溉水量等种植参数的排列组合，寻求水稻在产量和碳排放之间的“最优解”。

每个采集日的上午9点，科研人员会用透明采集箱罩住水稻，灌水密封，自动采集器的四个气袋每隔6分钟自动采集一次气体样品。水稻生长期内每周采集1-2次，长期实验地共有36个小区，每个小区每次4个样品，采集一次共144个样品，用于分析计算不同管理措施下的温室气体排放通量。同时，团队每年还要根据种植和收获季节，采集不同条件下的农田土壤进行分析。如此“枯燥”的工作，周胜团队连续做了10年，终于拿出了一份令人信服的详实数据。

“尤其想要了解土壤中碳含量的变化，必须坚持5年以上的长期观测才能得到较准确的数值。”周胜说，这是因为土壤中的碳含量一般只占1%-2%，土壤的非均一性及采集上的任何偏差都可能造成数据波动，只有长期观测，才能消除数据的不确定性。

他们发现，过量施用氮肥不仅增产效果有限，而且增加了氧化亚氮和面源污染物排放，因此，合理的施肥量对于减少环境污染非常必要。又比如，在保证稻米产量稳定的前提下，通过节水灌溉可降低稻田甲烷的排放；通过离田处理秸秆的方式，更可大幅减少稻田甲烷排放；如果进一步将离田秸秆加工成有机肥或生物炭还田，不仅可减少稻田碳排放，还能提升土壤碳汇速度。同样的，冬季种植紫云英等绿肥植物也有利于土壤增碳提质。通过这些稻田减排与固碳技术的组合，最终可形成一套低碳、零碳、甚至负碳的稻田生产技术。

从自愿减排到碳资产

一开始投身低碳农业研究时，许多人并不理解周胜的选择。十几年前，低碳农业还是张“冷板凳”。这两年，“冷板凳”逐渐热了起来。最明显的变化是，来农科院找低碳农业研究中心合作的人和机构越来越多。低碳农业作为农业高质量发展的内在驱动力，“钱景”也更加明朗。

2019-2020年，周胜团队与上海市农业生物基因中心罗利军团队合作，针对安徽省推广的120万亩节水抗旱稻进行了碳减排效果评估。根据现场实测及专业模型评估，旱管种植节水抗旱稻模式比传统淹水稻田的甲烷排放量减少90%以上，碳减排总量51.6万吨二氧化碳当量。以当前一吨二氧化碳约合40元的碳交易价格计算，当年的碳减排价值就高达2000多万元。

上海低碳农业工程技术研究中心的监测设备

焚烧秸秆不仅排放温室气体，而且污染空气，但秸秆如果直接还田，方法不当的话，有可能大幅增加稻田甲烷排放。周胜团队经过反复研究比较发现，比较好的做法是为离田秸秆建立炭化中心，即将秸秆制成黑乎乎的生物炭（或炭基有机肥）后再还田利用，这样不仅可以减少因秸秆直接还田造成的大量甲烷排放，还可提升土壤地力，增加土壤中的碳含量，达到增碳提质的作用。目前，他们正计划与企业合作建立一个区域型的农作物秸秆炭化中心，为农作物秸秆炭化还田提供服务，并评估区域内的碳循环与减排固碳效果。

按照国际上的碳交易价格，农业领域自愿减排的二氧化碳交易价格是其它领域的2-3倍，低碳农业的经济效益不容小觑。周胜说，想要农民或地方政府有更强的减排动力，首先是要建立农业碳减排方法学与评价标准体系，让他们会做；其次是重启自愿减排碳交易市场，让减排下来的碳能够在碳交易市场上流通，获得经济收益。目前，位于北京的全国自愿减排碳交易中心正在紧锣密鼓地建设中。

最近，低碳农业研究中心根据多年的研究成果，形成了关于稻田温室气体减排和农田土壤碳汇方面的方法学草案。一旦该方法学通过认证，意味着上海乃至全国的农户，可以根据该方法学调节自己的种植方式，达到减排固碳的目的。

作者：沈湫莎

编辑：沈湫莎

责任编辑：任荃

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