碳·Future | 农业（农作物&畜牧业）碳汇在未来碳市场的发展

全球气温变化对农业（农作物&畜牧业）的影响有多大？

总体影响

气温变化对农作物生产端的影响是多方面的，主要表现在作物生长周期、产量、质量和农业生态系统的稳定性等方面。全球气温的上升不仅直接影响植物的生长和发育，还通过改变水质、土壤环境、引发极端天气事件和增加病虫害发生频率等间接影响作物生产。如图1-1所示。

图1-1 高温对农作物产量影响的关系图

气温上升通常会直接导致作物生长周期缩短，特别是在温带和寒带地区。研究表明，气温每升高1摄氏度，小麦和大麦的生长周期会缩短3-5天，这可能导致其产量减少。当气温超过一定阈值时（例如，稻谷的气温阈值为夜间32°C），会导致作物花期受损，影响授粉和籽粒形成，从而显著降低产量。根据国际粮食政策研究所（IFPRI）的研究，气温每升高1摄氏度，全球主要作物如稻谷、小麦和玉米的平均产量将减少3-7%。

气温的上升也改变了区域降水量和降水格局，间接影响了作物的生产。高温使得北方江河径流量减少、南方径流量增加, 各流域年均蒸发量增大, 其中黄河及内陆河地区的蒸发量增加约15%, 导致流域流量下降乃至断流。水资源的不确定性和供需问题加剧，从而极大程度上影响了农作物的产量。

高温干燥的气候使得蒸发能力加强，土壤中的水分降低，因此加快了土壤中有机质的分解与氮的流失。最终会导致土壤肥力损失较大, 土地质量明显下降，进而使得作物产量下降。

气温变化还会改变病虫害的分布和发生频率。高温和干旱条件有利于某些害虫的繁殖和扩散，如草地贪夜蛾和稻飞虱等，这些害虫能够迅速适应气候变化，进一步威胁作物生产。

农作物受到的影响

几种常见农作物受到气候变化影响对应的产量变化如图1-2所示。

水稻对气温变化非常敏感。气温过高会影响稻谷的生长和发育，尤其是在抽穗开花期，过高的温度会导致空壳率增加，从而降低产量。对于二氧化碳浓度来说，浓度上升会增加水稻产量，但是高温会抵消该效应，至减产。经研究发现，平均降水量相对于基准时段分别增加3.07%和6.17%，中国水稻单产平均减幅分别为7.49%和12.02%。

小麦的生长和发育同样受到气温变化的显著影响。适宜的小麦生长温度为15-20°C，当气温超过25°C时，小麦的生长速度加快，但生育期缩短，籽粒灌浆不足，千粒重下降，最终导致产量减少。气温每升高1°C，小麦的产量将减少6%。二氧化碳的浓度的变化会对小麦产量有较为明显的影响。此外，在不同的生长期间，小麦对降水量的需求也不一样。

玉米对高温尤其敏感。玉米的最佳生长温度为20-30°C，当气温超过35°C时，玉米的光合作用和生殖生长受到抑制，影响授粉和籽粒形成。研究表明，升温1.5 ℃和2.0 ℃背景下中国玉米平均减产幅度分别为3.7%和11.5%。与水稻不同的是，二氧化碳浓度的上升对玉米的生产是正向影响的。

马铃薯对气温变化的适应性相对较强，但高温仍然会影响其块茎的形成和生长。适宜马铃薯块茎膨大的温度为15-18°C，超过20°C时，块茎生长受到抑制，导致产量下降。

大豆的生长温度范围较广，但高温会影响其光合作用和籽粒形成，导致产量下降。特别是在开花期和豆荚形成期，温度过高（超过35°C）会导致荚数减少和结实率降低。研究表明，气温每升高1°C，大豆的产量将减少3-5%。CO2浓度上升可以对大豆生产产生有利影响。同样的，在大豆的生育期间，降水量增加也会使得大豆产量提高。

蔬菜种类繁多，对气温变化的反应也各不相同。一般来说，高温会加速蔬菜的生长周期，但同时也可能导致品质下降。例如，番茄在高温条件下容易出现裂果，黄瓜在高温下生长快但质量差。总体上，气温升高会减少蔬菜的产量和品质，增加病虫害的发生概率。

图1-2 农作物受到气候变化影响的结果

畜牧业受到的影响

气温变化对畜牧业生产端的影响主要体现在动物的生长、繁殖、健康和饲料生产等方面。高温会导致动物的热应激，影响其生理功能和生产性能，从而降低产量和生产效率，同时还会影响农户的经济收益。

学者研究发现，以2015年不变价格计算，气温每上升一摄氏度，每只牲畜（以标准羊单位）的经济利润将下降6元，户均畜牧养殖经济利润将下降7213元/年。另外，年降雨量每下降10毫米，每只牲畜（以标准羊单位）的经济利润将下降1元。可以看出气温的增高对畜牧业的发展有较大的影响。

分类来看的话。牛尤其是奶牛对高温非常敏感。高温会导致奶牛采食量减少、反刍时间缩短，最终导致产奶量和乳质量下降。研究表明，高温会影响牛的产奶量，繁殖性能衰弱，降低受孕率。其次，猪的热应激反应较强。高温会导致猪的采食量减少、日增重下降、饲料转化效率降低，从而影响其生长和肉质。另外，羊对高温的耐受性相对较强，但在极端高温条件下仍会受到显著影响。高温会导致羊的采食量减少、反刍时间缩短，影响其生长和生产性能。此外，鸡尤其是肉鸡和蛋鸡对高温非常敏感。高温会导致鸡的采食量减少、饮水量增加、蛋产量和蛋壳质量下降。

全球农业（农作物&畜牧业）的碳源与固碳分析

全球农业（农作物&畜牧业）生产端是温室气体排放的重要来源之一，主要排放包括二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和一氧化二氮（N2O）。这些气体主要来源于农业土壤管理、牲畜肠内发酵、粪便管理、稻田种植和农田燃烧等。根据联合国粮食及农业组织（FAO）的统计数据，全球农业生产端的温室气体排放约占全球总排放的14%，其中甲烷和一氧化二氮分别占农业排放的50%和35%。以下是各地区的具体情况：

全球农业温室气体排放主要集中在发展中国家，特别是亚洲。这是由于该地区农业活动频繁，牲畜养殖规模大，且农田管理技术相对落后。据FAO最新数据显示，1995年至2021年，全球农业的GHG排放总量达到了420,576,547.5kt（CO2eq (AR5)）。目前按照全球各大洲划分来看，如图2-1，据1995年-2021年排放总量数据显示，亚洲排放总量最大，达到了165,494,003.00kt（CO2eq (AR5)），占a全球39.5%。其次是达到124,822,181.88 kt（CO2eq (AR5)）的美洲，占比约29.8%。排放量最少的是大洋洲，仅有9,575,169.56kt（CO2eq (AR5)），占比为2.3%。

图2-1 1995-2021年全球各大洲农业GHG排放总量及占比情况（CO2eq (AR5)）

来源：FAO数据库

美洲中，美国的农业碳排放是最多的。美国农业的温室气体排放主要来源于畜牧业（特别是牛）和农田土壤管理。根据FAO的数据，2021年，美国农业温室气体排放总量约为1,057,874.54kt（CO2eq (AR5)），1995年-2021年农业总排放量为27,648,634.29kt。

欧洲国家中，农业温室气体排放最高的是俄罗斯联邦，主要来源于牲畜养殖和肥料使用。2021年当年的排放量为443,473.93kt（CO2eq (AR5)），占欧洲当年的22.2%。

全球农业排放最少的地区就是大洋洲。其中，澳大利亚具有较大的排放量。2021年排放了189,201.01kt（CO2eq (AR5)）。

而亚洲是全球农业温室气体排放最多的地区之一，特别是中国。中国农业温室气体排放主要来源于稻田种植、牲畜养殖和农田土壤管理。据FAO数据报道，2021年中国农业碳排放量达到了2,272,325.84kt（CO2eq (AR5)），占亚洲的33.2%。1995年-2021年的农业端总排放量则达到了52,827,709.79kt（CO2eq (AR5)），年均排放量为1,956,581.84kt（CO2eq (AR5)），远超其他国家。如图2-2所示。

图2-2 1995-2021年排放量前十国家情况（CO2eq (AR5)）

来源：FAO数据库

中国农作物碳排放情况

农作物生产端的碳排放主要来自于农业土壤的管理、肥料的使用和稻田的甲烷排放。据FAO数据显示，中国1990年至2021年的主要农作物排放情况如图2-3所示（此处参考Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) AR6 Report与Global Warming Potential (GWP) values，对二氧化碳当量转换进行了确认，最终采用AR6标准，即CH4=27，N2O=273）。通过数据转换后，中国水稻无论是30年的总排放还是年均排放都远大于其它农作物。这也主要由于中国水稻总产世界第一，超过2.1亿吨，占全球水稻总产的28.0%；水稻播种面积近4.5亿亩，占全球水稻播种面积的18.5%，仅次于印度。

图2-3 1990-2021年中国细分农作物碳排放情况（CO2eq (AR6)）（单位：kt）

来源：FAO数据库、Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) AR6 Report、Global Warming Potential (GWP) values

由于不同地区的相同作物都存在不同的碳排放情况。因此，FAO暂无具体作物的单位碳排放情况。但是佘玮等学者通过研究发现，东北地区和西南地区水稻的碳足迹大于玉米和大豆，如图2-4。东北地区水稻的单位面积碳足迹为1.9×103 kgC·hm–2，西南地区则为1.7×103 kgC·hm–2。而长江中下游地区则仅有一半大小，约为0.9×103 kgC·hm–2。对于玉米来说，华北、西北与西南地区的碳足迹较大，在1.5×103 kgC·hm–2左右，而长江中下游地区明显较少，约为1×103 kgC·hm–2。东北的玉米最少，仅有0.5×103 kgC·hm–2左右。除了华北以外，其余地方小麦的碳足迹几乎没有差别，都保持在0.7×103 kgC·hm–2-0.9×103 kgC·hm–2之间。

图2-4 2016年中国各区域主要农作物生产的碳足迹

来源：佘玮,黄璜,官春云等学者研究报告

中国农作物固碳情况

农作物的生产过程既是碳源也是碳汇。碳源主要包括农作物生产过程中化肥、农药、电力、柴油等投入物生产形成的碳排放，农田土壤呼吸碳排放以及作物的秸秆焚烧碳排放。碳汇主要包括作物自身生长碳吸收、农田土壤固碳和秸秆还田的固碳效应。农作物的碳汇和碳源相抵可得到净碳汇。

根据佘玮等学者对中国各地不同情况的研究发现。水稻、玉米、大豆、小麦等较为常见的农作物都可以吸碳，见图2-5。其净碳量都为正值。以水稻而言，净碳量数值以长江中下游地区最大；以小麦而言，西北地区数值最大；以玉米而言，净碳量以西北地区数值最大。

来源：佘玮,黄璜,官春云等学者研究报告

全球畜牧业碳排放情况

畜牧业是温室气体排放的重要来源之一，主要排放包括甲烷和一氧化二氮与农场直接和间接的二氧化碳排放。据FAO的调查表明，几个主要动物的排放被划分为几个部分，农场直接能源排放、嵌入农场能源排放、动物肠道发酵、饲料、土地使用改变、动物粪便以及农场之后的一些排放。2015年全球数据表明（见表2-1），单头普通牛[1]的二氧化碳排放量最大，达到2,641.12kg（CO2eq (AR6)），其中肠道发酵量占比最大，为1,476.76kg（CO2eq (AR6)）。其次是水牛的排放量，约为2,568.52kg（CO2eq (AR6)），其肠道发酵量比普通牛的多145kg（CO2eq (AR6)）。最少的是鸡[2]的排放量，大约26.37kg（CO2eq (AR6)）。

[1] 此处牛指Cattle，包含肉牛（non-dairy）和奶牛（dairy），不含水牛（Buffalo）。

[2] 此处鸡指的是肉鸡（broilers）和下蛋鸡（layers）。

表2-1 2015年全球畜牧业动物单位排放量

农业（农作物&畜牧业）的固碳前景

在农业固碳方面，虽然农作物通过光合作用将二氧化碳固定为有机物，是一种潜在的碳汇机制，但这种方式存在局限性。首先，植物在生长过程中固定的二氧化碳，部分会通过呼吸作用、作物收割和土壤微生物活动在短时间内释放回大气，削弱了其长期固碳效果。此外，作物生长过程中对环境条件变化的敏感性，以及因施肥和灌溉等管理措施而产生的额外碳排放，也影响了其净固碳能力。因此，未来的固碳策略应侧重于增强土壤的固碳能力。土壤固碳是指将大气中的二氧化碳通过植物光合作用转化为有机碳，并长期稳定地储存在土壤中。土壤有机质的增加不仅有助于提高土壤的肥力和水分保持能力，还能通过稳定碳储存减少大气中的二氧化碳浓度。这需要采取多种措施，包括改善耕作方式、增加有机肥料施用、推广保护性耕作和秸秆还田等，以提升土壤有机碳的积累和稳定性。

随着碳市场的逐步发展，中国作为农业大国，农业（农作物&畜牧业）碳汇的开拓和发展至关重要。农业（农作物&畜牧业）碳汇的开发不仅仅能够早日达成“3060”大目标，此外还能够通过碳汇交易帮助农户增加收入来源，实现乡村振兴。最重要的是，该举措完全符合五篇大文章的国家战略目标。

未来的研究和政策应重点关注如何在提升农业产量的同时，最大限度地增强农田生态系统的碳汇功能。这些都需要当地政府、科研机构、农户们和其他利益相关者的共同努力，以推动农业领域的创新和变革，实现环境和经济效益的双赢。  

（本文作者为CAFI研究员 龙俞安）

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