低碳农业理论分析与中国低碳农业发展思路

王青　郑红勇　聂桢祯

摘要:低碳经济是以“低能耗、低污染、低排放”为基础的新型经济发展模式,是应对气候变化的必然抉择。农业作为国民经济的基础产业,也应当积极响应低碳经济的要求,积极应对全球气候变暖带来的挑战,转变农业发展方式,发展低碳农业。我国作为世界上最大的发展中国家,农业的进一步发展面临着资源和环境问题的约束,因此发展低碳农业意义重大。本文论述了低碳农业的基本概念以及农业温室气体排放和农业发展之间的关系,比较了低碳农业与其他农业模式的区别,较为系统的分析了我国低碳农业发展面临的问题。面对我国这个人口大国,在坚持“高效、优质、高产”、发展生态农业、有机农业、循环农业的基础上,面对农业发展新的挑战,提出了我国应积极发展低碳农业,转变农业发展方式,实现农业的可持续发展的思路与对策。

关键词:低碳经济;低碳农业;可持续发展

中图分类号:F303 文献标识码:A 文章编号:1009-9107(2012)03-0001-07

导言

化石能源的使用,使人类从农业文明逐渐走向工业文明。但化石能源的有限性及由其带来的诸多污染、气候变暖问题,迫使人们重新思考自己的发展道路。这种“价值观实行大变革的结果,可能将为逐步迈向生态文明走出一条新路,即:摈弃20世纪的传统增长模式,直接应用新世纪的创新技术,通过低碳经济模式与低碳生活方式,实现可持续发展”。2003年英国能源白皮书《我们能源的未来:创建低碳经济》第一次提出了“低碳经济”的概念。2006年《斯特恩报告》更让人们清醒地认识到气候变暖问题的紧迫性及其解决途径。所谓低碳经济是指依靠利用可再生能源和技术创新、制度创新等,以低能耗、低排放、低污染为基础,实现经济发展和环境保护相一致的可持续经济发展模式。

低碳经济的提出是基于两大原因:能源安全和气候变化。对于2003年英国而言,能源问题可能更为紧迫。但时至今日,低碳经济的理念已侧重于强调后者——气候变化。各国已把“低碳经济”作为防止气候变化的重要手段。这是因为相对于能源安全而言,气候变化是更为基本、更为严峻、影响更大的问题。

低碳经济即是将“高能耗、高排放、高污染”的发展方式转变“低能耗、低排放、低污染、高碳汇”的发展方式。其根本在于技术创新和价值观念的转变。因工业能耗最大,低碳经济最先具体化为低碳工业。“石油农业”的出现,使农业工业化,因而低碳经济的理念自然而然的延展至农业领域,遂形成了“低碳农业”的理念。联合国政府间气候变化专业委员会(UNIPCC)评估报告表明,农业温室气体排放主要为CH(h₄)和N(h₂)O(h₂),全球范围内农业排放CH(h₄)占人类活动排放总量的50%,N(h₂)O占60%,农业温室气体排放占全球温室气体排放总量的比例约为14%,大于整个运输业的比例。因而关注“低碳农业”同样意义重大。

农业生产与全球气候变化息息相关,农业是温室气体的第二大重要来源,如何减少农业温室气体排放量并探索减排方法已经成为当务之急。中国作为世界上最大的农业生产国,同样面临着能源消耗过多和农业生产碳排放量过大的问题。作为负责任的大国,中国应该大力发展低碳农业,把应对气候变化作为本国的重要任务之一,因此关注中国发展低碳农业的意义也十分重大。

一、“低碳农业”的概念

目前学界尚未有对“低碳农业”统一定义。泰国农业部长Somchai Charnnarongkul将“低碳农业”定义为“Low Carbon Agriculture is a concept thatrefers to an activities which has a minimal outputof greenhouse gas(GHG)emissions biosphere,but specifically refers to greenhouse gas carbon dioxide”。显然,该定义仅强调了低碳理念的一个方面,即温室气体排放最少的农业,而没有反映能源安全的问题。该定义把“低碳农业”作为一个目标,即有利于减少温室气体排放的农业生产方式皆可称为“低碳农业”。从目的来定义“低碳农业”其实是把该概念抽象化了。

赵其国、翁伯琦、翁志辉等定义“低碳农业”为在农业生产、经营中排放最少的温室气体,同时获得最大收益的农业发展模式,它应包括政策导向、经营管理、技术创新等多个层面的内容。该定义强调了目标和方法两个层次。该处的目标已经多元化,即不再单是温室气体的最少排放,同时强调了效益。与此同时也指明了必要的实现方法:政策导向、经营管理、技术创新等,从而使其具体化。但赵其国、翁伯琦等对如何协调两个目标没有作出说明。不同的协调原则将导致差异极大的结果,协调原则不清楚可能导致实施中的混乱。减排与效益并不是相容的,有时甚至相悖。如果把减排目标作为行动的上限,把效益作为底限,那么我们所能做的就很狭隘。因此作者认为,低碳和效益两目标不是上下限的问题,而是主要目标和次要目标的问题。减排是主要目标,但同时要兼顾效益。当发生冲突时,要以主要目标为根本抉择标准。原因将在下文说明。周玉新定义“低碳农业”是指农业的生产降低对化石能源的依赖,走有机、生态、高效农业的新道路。该定义指出了低碳农业要降低对化石能源的依赖,也即是所谓的脱石油农业,很显然,这个定义强调了减少对化石能源的利用,同时就可以减少温室气体的排放,但是该定义没有指出农业的发展要走可持续发展的道路,于此同时,它还忽略了应该转变农业经济发展方式,所以很明显这个定义是不全面的。

低碳农业的内涵主要体现在三个方面:一是间接减排,主要是农业生产对工业产品的依赖和应用,如化肥、农药、机械的使用;二是直接减排,主要是农业生产中动物排放和不合理生产方式产生的农业废弃物排放,以及薪柴、秸秆的焚烧等产生的排放;三是森林植被、植物和土壤等的碳汇减排作用。因此,我们认为,低碳农业是以低能耗、低污染、低排放、碳汇转化为基础的农业经济模式,主要是指在农业的生产过程中要尽量减少化肥、农药、机械等的使用,通过森林植被、植物等的碳汇作用和降低农业非耗能排放,改变不合理的生产方式和生活方式以减少温室气体排放量,与此同时坚持“高效、优质、高产”的原则,要尽量提高农业的生产效率和效益。这个定义,其重点是控制农业温室气体排放和温室气体的合理利用,核心功能是改善全球气候条件,实施路径是在农业领域推广节能减排技术、开发生物质能源和可再生能源,在推进现代农业的进程中,在发展生态农业、有机农业、循环农业的基础上,积极推广低碳农业技术的应用。

二、低碳农业的特征

低碳农业相对于其他低碳经济而言,具有鲜明的特点。彭近新认为第一产业碳排放具有两大显著特点:一是对化石高碳能源消耗量相对较低,基本属于低碳排放产业;二是作为碳中性能源的生产主体,沼气、生物柴油等主要原料都需要依赖农业提供。但这一概括尚不完全。

低碳农业首先是低能耗、低污染、低排放的“三低”农业;其次它是节约型的农业,尽量在农业的发展过程中减少对各种资源的消耗;还有就是它是安全型的农业,尽量把农业产前、产中、产后的过程中可能对社会造成的不良影响降低到最低限度。低碳经济的主体是工业,笔者通过与低碳工业的对比以突出低碳农业的特征,笔者认为其特点表现为如下几个方面:

1.排放方式不同。工业碳排放是耗能排放,而农业以非耗能排放为主。农业中的耗能排放指以化石能源为动力的机械的使用,而非耗能排放,农业残余物不合理的堆积排放CH(h₄),反刍动物也会排放CH(h₄)。

2.排放的气体不同。工业排放以CO(h₂)为主,其他危害较高的氢氟碳化物(HFC(h_s))、全氟碳化物(PFC(h₈))及六氟化硫(SF(h₆))也均来自工业。农业排放的温室气体主要为CH(h₄)和N(h₂)O。

上述两点的不同说明工业的减排技术与农业是根本不同的,工业中减排技术的创新无法自然地扩展至农业。因而低碳农业的发展面临着较高的投入。

3.农业一方面在排放温室气体,另一方面也可以形成碳汇。碳汇指从空气中清除CO(h₂)的过程、活动、机制,即农业可以把大量的碳元素固定在农业中,从而降低空气中碳浓度。如森林碳汇、土壤碳汇,即森林、土壤皆可以消除C0(h₂),固定碳元素。当然这一作用也反映在了彭近新所谓的碳中性能源的生产主体的作用中。

农业具有固定碳的作用,这是其他任何产业都不具备的优势。农业一方面可以通过技术手段形成碳汇,缓和CO(h₂)的排放,另一方面可以形成碳中性能源。因而低碳农业实际是对减排双层防护。

4.排放的主体的不同。我国农业主体过于分散,有近两亿的小农户,而工业的主体是相对集中的。这一区别意义是重大的。这表明政府对于农民采取何种生产理念完全无法监督。政府可以为企业制定排污标准,但完全无法为农民制定相同的规则。因为对农民的交易成本太高。

因过高的交易成本而导致的无法监督的问题,决定了低碳农业的推广靠农民自觉自发推广。那动力何在呢?如果低碳农业不能够以效益为前提,如减少农业机械的使用固然符合低碳原则,但远不符合效益原则,如是寄希望于亿万小农自觉推行该理念几近于天方夜谭。

因而发展低碳农业不得不把效益和减排结合起来。只有具有效益的低碳农业发展方式才真正有可能推行开来。实现这一形式有两条途径:一是增加农业自身效益,二是把农业减排的成本转嫁至农业外部。

从增加农业自身效益看,台湾经验值得借鉴。翁志辉等研究认为台湾农业实现了从“三农”(农业、农村、农民)到“三生”(生产、生活、生态)农业的转变。他们使农业多元化,从而增加了农业的附加值,例如大力发展了休闲观光农业、安全绿色农业等。发展农业的多功能性是值得我们借鉴的。另外沼气池的建设也是值得考虑的,在中国广大农村,沼气池的建设并不新鲜,所以在我国发展低碳农业的进程中,应大力推进沼气池的建设。

从成本转嫁的角度看,有两个层次。从国内而言,因为农业具有碳汇的天然优势,因而可以形成碳汇市场,从而把减排的成本转至工业领域。当前该市场正是各方积极关注的领域,相信不久的将来即会成为现实。从国际而言,温室气体排放主要集中在发达国家,但由于发展中国家农业的弱质性,气候变化最先受到冲击的是发展中国家。因而发展中国家低碳农业的发展理应得到发达国家的支持。

赵其国认为发展低碳农业是发展生态高值农业的过渡阶段。作者并不同意此观点,据上述分析,作者认为可能生态高值农业是低碳农业的过渡阶段。

三、低碳农业与其他农业模式的比较

随着对“石油农业”的反思,学者们越来越认识到农业功能的多元化,因而对农业的发展方向和方式的认识也逐渐呈现多元化,形成了诸多的发展模式,如生态农业、有机农业、循环农业、休养农业等。这些理念既相互区别又相互联系。有学者认为低碳农业即生物多样性农业,作者认为这完全是对概念没有理清。下面作者将把低碳农业与其他农业模式作一些对比。

生态农业是1970年由美国土壤学家w·A·1breche首先提出得,1981年英国农学家M·Worh-tington将其定义为:“生态上能自我维持、低投入,经济上有活力,在环境、伦理和审美方面可接受的小型农业”。它主张适度使用农药和化肥,通过平衡生态系统发展农业。它所强调的农药、化肥的适当使用等都是符合低碳理念的。

有机农业(organic agriculture)是指在生产中不采用基因王程获得的生物及其产物,不使用化学合成的农药、化肥、、生长调节剂、饲料添加剂等物质,遵循自然规律和生态学原理,协调种植业和养殖业的平衡,采用一系列可持续发展的农业技术以维持持续稳定的农业生产体系的一种农业生产方式。有机农业的本质在于试图避免外来力量对生物生长过程的干涉,如拒绝使用农药和化肥。

循环农业就是采用循环生产模式的农业。它的理念与生态农业相近。精密农业则是以信息技术为依托、以提高农业生产效率为原则的现代农业生产规模。各种农业模式的简单对比见表1。

表1反映了各种农业生产模式的核心理念、对农药化肥、农业机械使用的态度的不同。

面对如此众多的农业发展模式的选择,作者有意再讨论另一个话题,即现阶段我国农业是否已经具备发展低碳农业的条件。周玉新指出,经济发展的规律显示,只有当一国或地区的经济发展进入到工业化中期阶段以后,农业增长方式才基本具备转变的必要性和可能性。从必要性来看,进人工业化中期以后,工业就要求农业生产要素效率的提高和农业市场规模的扩大,要求农业能成为具有一定竞争力的现代农业,与此同时提高农业的生产率,这些都要求农业生产方式的转变。从可能性来看,一国工业进入了工业化中期以后,才能为传统农业提供大量的先进技术和机器设备,这才为农业增长方式的转变提供了可能。

中国现在已处于工业化中期阶段,为了应对农业劳动力的减少和对农业产品质量的更高的要求,我们必须转变现有的农业经济增长方式,来满足市场上对农产品质量不断增长的需求。我国农业现阶段的主要作为仍然是粮食安全和农民增收。发展低碳农业一方面可能与农业生产效率相悖,另一方面若在非自愿的基础上可能增加农民负担。因而有效的低碳农业的实施形式是值得认真思考的。

四、农业温室气体排放及碳汇

农业温室气体排放主要源子种植业和养殖业的生产过程及其废弃物,具体指剩余物不合理利用以及过量施用化肥农药。全球农业温室气体排放量占温室气体排放总量的13.5%,而我国农业温室气体排放占排放总量的15%-18%,主要来源于以下几个方面:因农业和畜牧业导致的森林减少;饲养反刍动物,如牛、羊、骆驼等,饲料在其肠内发酵引起CH(h₄)排放,种植水稻,因土壤长时间用水淹没,形成厌氧条件,产生并排放CH(h₄);农田过量施用氮肥,造成土壤中的N(h₂)O的排放;家畜粪肥处理过程也会引起CH(h₄)和N(h₂)O的排放以及生物质燃烧等。另外,土地利用变化,主要是热带地区农业土地变化,仍然是CO(h₂)排放的主要来源,约占人类活动过程中CO(h₂)总排放的20%。农业作为国民经济的基础产业,是一个重要的温室气体来源,同时又受到温室效应的严重影响,土壤是农业的根本,可见农业生产活动也加剧了温室效应,为响应“低碳经济”的号召,确定农业温室气体的排放量并探寻减排方法也已经成为世界各国的当务之急。

农业碳汇主要指两方面:森林碳汇和土壤碳汇。森林碳汇是指森林植物吸收大气中的C0(h₂)并将其固定在植被或土壤中,从而减少该气体在大气中的浓度。森林是陆地生态系统中最大的碳库,在降低大气中温室气体浓度、减缓全球气候变暖中,具有十分重要的独特作用。树木通过光合作用吸收了大气中大量的C0(h₂),减缓了温室效应,这就是通常所说的森林的碳汇作用。森林是CO(h₂)的吸收器、贮存库和缓冲器。反之,森林一旦遭到破坏,则变成了C0(h₂)的排放源,因此在农业的发展过程中注重对森林的保护是十分重要的。

土壤碳汇则是指土壤从大气中吸收并储存C0(h₂)的过程、活动和机制。土壤本身就是一个巨大的碳库,它不仅是人类赖以生存的自然资源和人类与生物生活栖息的基地,而且是生态系统中生物与环境间进行物质、能量交换的枢纽。采取有效的农业管理措施可改变农田土壤碳库的状况,有效增加土壤碳汇值。比如,在农耕区采取保护性耕作,采用免耕、垄耕、少耕、覆盖、秸秆还田等耕作方式,可以通过降低土壤有机质呼吸速率或者增加土壤碳的输人,从而增加土壤的碳储量。

由此可见,在全球变暖过程中农业生产活动产生了重大影响,但是如果我们采取相关合理有效的措施,就可以大幅度地减少农业在生产过程中所造成的温室气体排放。通过退耕还林还草、减免耕、秸秆还田等保护性耕作的生态农业方式,能极大地增加我国的碳储存量,改善生态环境,减缓气候变化的影响。通过对森林资源的保护来增加森林碳汇,与此同时要保护土壤,减少肥料的使用,增加土壤的固碳能力。

五、我国低碳农业发展面临的问题

1.资源禀赋和农业综合生产能力不适应人们需求的增长。随着人口的增长、工业进程的加快,人口与耕地、水资源等之间的矛盾将会更加突出,人均资源量减少且浪费现象严重,资源短缺已经成为影响我国经济发展的主要问题之一。同时,随着我国经济的不断发展,人们的收入差距,特别是城乡差距越拉越大,经济的两极化使农民越来越走向相对贫困。为了增加广大农民的收入,我国广大农村都注重效益农业的发展,在不得已的情况下才发展维稳的粮食等生产,再加上我国自然灾害多发,且近年来又有加重的趋势,这样就使得我国农产品供给能力和社会需求之间矛盾加大。

2.粗放和传统的农业生产方式使得生态环境遭到破坏、环境污染严重。农业中多年的掠夺式开发,导致水土流失、土壤沙漠化、森林退化现象严重,草地过度放牧,导致草地资源退化、沙化、盐碱化,生态环境的破坏严重威胁着农业生产的可持续发展。与此同时,为了增加农业产量,不断增加化肥、农药等的使用量,加上低层次农村工业,使得土地和水资源等深受工业“三废”污染。随着我国城市化步伐的加快,农村劳动力大量转移和流出,一方面农业为了提高劳动生产率,大量地使用农业机械;另一方面具有较高文化知识的劳动力外出务工,留守农村务农的劳动力知识水平低下,致使农业生产越来越粗放,传统农业技术的精华,如秸秆还田、农牧结合的能量循环经济越来越少,凡此种种,都极大地影响着我国农业的可持续发展。

3.低碳农业相关技术亟待发展。由于低碳农业与其他低碳经济、尤其是低碳工业有显著区别,因而其他领域的低碳技术并不适应用于农业领域。农民作为弱势群体,并不会自觉地投身于这种不具备效益的技术中去,因而政府的引导和支持成为必然。

4.分散的小农户经营,不利于低碳技术的宣传和推广。农民在中国仍然占了大部分人口,相对分散的农户经营使得许多先进的农业技术很难在农村很快推行。各地的农业合作社取得的成效不一,这使得对农民的农业技术培训难度加大。

5.农民的受教育程度不高,农民素质普遍较低,发展低碳农业的意识薄弱,农业生产率低下。农业领域的低碳化宣传力度不够,农民知道低碳农业内涵的人寥寥无几,更不用说在农业生产中进行运用。中国广大农村总体并不富裕,农民仍然使用原始的方式直接燃烧农作物秸秆,为了增加产量,农药和化肥的使用量并末减少。由于农业劳动力文化低,阻碍了农业技术的推广和使用。

六、我国发展低碳农业的思路与对策

(一)我国发展低碳农业的思路

当前我国农业经济的进一步发展面临着资源和环境问题的约束,要保持农业的可持续发展和人民生活质量的不断提高,必须坚持科学发展观转变现有的农业发展方式。从低碳农业的内涵出发,发展低碳农业必须传承我国几千年来农业技术的精华,由传统农业向现代农业转变,遵循“减量化、再利用、再循环”原则,发展资源节约型农业、种养一体化的循环农业,实现资源的循环和合理利用,扩大农业间接减排、直接减排和农业碳汇作用,减少对高碳农业的依赖,鼓励发展低碳农业,以保持农业的可持续发展。另外,由于我国还是一个发展中国家,农村经济发展基础较为薄弱;我国是一个人口大国,保持较高的农产品的自给水平,是国家经济社会和政治稳定的基础;我国是一个农业大国,农业仍然没有摆脱分散的小农经济,农民还不富裕,农业在国民经济中占有举足轻重的地位,目前提高农业生产的效益和产量还是第一位的。因此,我国的农业生产还必须坚持“高效、优质、高产”的原则,随着我国农业向现代化、规模化、产业化迈进,应在发展生态农业、有机农业、农业循环经济的基础上发展我国的低碳农业。因此我国低碳农业的发展必须符合国情,不可操之过急。

(二)我国发展低碳农业的对策

1.减少间接减排,也即是减轻农业对工业的依赖,降低对化肥、农药以及机械等的使用。(1)减少对化肥和农药的使用,实行化肥深施技术,大幅度提高化肥利用率;(2)生产生物化肥和可降解农资产品,节约资源,可以在一定程度上降低成本;(3)生产新型农药,加强研制高效低毒或无毒农药,加强生物防治和抗病虫育种工作,积极促进低碳农业的发展;(4)有效降低农业机械碳排放量,发展低碳农机,主要是积极推进降耗、增效、环保的节能型农业新技术和新机具的研发与推广,以及农作物秸秆综合利用机械化技术与设备研发;在农业产业化和规模化进程中,逐步推行对高耗能、低效率的小型机农业机械更新报废制度,转变农业生产方式。

2.减少直接减排,主要是减少农业生产中动物排放和不合理生产方式产生的农业废弃物排放,以及薪柴、秸秆的焚烧等产生的排放。(1)通过农业生产的生物燃料代替化石燃料消费,减少碳排放;(2)实施农业保护性耕作,例如推行垄作免耕技术、退耕还林还草技术,可以有效减少温室气体的排放;(3)在农业的发展过程中,应该充分利用农业的剩余能量,充分合理利用作物秸秆资源,使资源得到最充分的利用;(4)实行农业灌溉节水技术,在农村应该大力推广喷灌、滴灌等高效节水农业技术,种植旱作节水型经济作物,大幅度地减少农业生产成本;(5)充分利用耕地资源,应该因地制宜地提高复种技术,提高耕地利用率。

3.转变观念,加强思想道德教育,应该充分重视森林植被、植物和土壤等的碳汇减排作用。(1)深化教育制度改革,从教育上培养下一代人的低碳意识。随着时代的推进,我国从事农业生产的人的素质必将提高,因此有必要从小就进行可持续发展的熏陶。教育应让更多人有机会从小就进行实践和科研训练,把普及低碳农业知识作为提高全民发展低碳农业的一个方面,农业大专院校应开设低碳农业课程,为低碳农业的研发培养人才,这些都有利于国民自主研发低碳技术。(2)借助媒体进行节能减排的公益宣传。通过电视、报纸等宣传途径让低碳意识深人人心,使整个国家都意识到发展低碳经济的必要性,从而有利于推动低碳农业的发展和投入。媒体宣传也能更好地培养下一代的环境保护意识,使普通居民能够注意自己的生活方式和消费观念。(3)经济上进行诱导,法律上进行规范。对于研发低碳农业技术有重要贡献的进行奖励,鼓励推广低碳农业生产模式。通过健全法制,规范农业领域的生产低碳化,严惩无视法律、危害农业生产环境和居民健康的行为。

4.从技术上推进低碳农业的发展。(1)调整能源结构,加大力度研发低碳能源,促进核能、太阳能和风能的发展。国家应加大投入研发生物能源,使农作物废料得到合理的再次利用。促进太阳能企业的研发,加大核电站的建设,使能源利用向清洁化、高效能化发展。鼓励各大高校和研究所对太阳能,核能研发的投入,拉动新能源研发的热潮,并将这些新能源应用到农业中,促进低碳农业的发展。(2)发展“白色农业”,就是充分利用为生物资源,开发以沼气为中心的生态循环和有机农业模式,促进动植物生产过程的能量转换,同时改变农村家庭以薪材为燃料的生活方式。充分挖掘传统农作技术的精华,利用作物秸秆等通过微生物分解作用,发展?区肥使秸秆还田,增加土壤有机质含量和土壤肥力。(3)积极推广共栖互惠技术,减少农药使用。不同生物在同一时间和同一空间内能够促进彼此的生长和发育。例如将辣椒和小麦套种既可以提高彼此产量还可以防治虫害,可以最大限度地减少碳的排放,而且生产的食品还是绿色无公害产品,更具市场竞争力。(4)利用媒介协调原理促进作物生长,减少化肥使用。生物在适宜的音乐、磁场、光线条件下能够提高产量。将经过磁化的煤灰当作肥料使用,效果明显;红色光线能让植物的成熟期提前,也能增加产量。利用这些物理原理作用作物即可节能减排,还能提高产量和作物的品质,生产出无农药污染的产品。(5)研发高产量的作物品种。通过嫁接技术等,将新品种替代老品种,提高效益;利用杂交技术培育抗病害能力强,亩产高的小麦、水稻品种。好的作物品种可以提高农户的收益,亦可促进低碳农业的发展。

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