■本報記者 沈湫莎
二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和，是中國向世界作出的莊嚴承諾。為實現這一“雙碳”目標，各行各業(yè)正在掀起一場“綠色革命”。
與工業(yè)、能源、交通等領域的“單向減排”相比，農業(yè)因其自身既是碳源(排放甲烷等溫室氣體)又是碳匯(農作物吸收二氧化碳)，低碳發(fā)展之路也更為多樣。在業(yè)內專家看來，在科技的支撐下，農業(yè)不僅能做到減碳，還能實現“零碳”甚至“負碳”。
要厘清這本復雜的“碳賬本”，不妨從作為長三角地區(qū)最重要糧食生產體系的稻田生態(tài)系統中的“一粒米”說起。
種田是一場產量與排放的博弈
說到農業(yè)減排，很多人都會心生疑問：和許多植物一樣，農作物也能通過光合作用吸收利用二氧化碳，排放從何而來？
根據我國最新向聯合國提交的溫室氣體排放清單數據，農業(yè)生產過程向大氣排放的溫室氣體為8.3億噸二氧化碳當量，約占我國總排放量的6.7%。其中，種植業(yè)源溫室氣體排放主要來自水稻種植與農田施肥等農業(yè)行為造成的甲烷和氧化亞氮排放。以20年尺度計算，甲烷的溫室效應是二氧化碳的84倍，氧化亞氮則為二氧化碳的264倍。近年來，為應對全球氣候變化，各國紛紛加強了對甲烷等強效溫室氣體的監(jiān)測與控制。去年，聯合國格拉斯哥氣候大會發(fā)布的“全球甲烷承諾”提出，2030年使甲烷排放較2020年減少30%。
與看不見的溫室氣體相比，農業(yè)的面源污染更為人們所熟知。由于過量施肥，氮、磷等物質不能被農作物完全吸收，于是隨著農田排水流向江河湖海，或滲透到土壤之中。
調查顯示，我國水稻種植產生的溫室氣體排放約占全國農業(yè)排放量的23%。上海市農科院氣候變化與綠色生產研究室主任周勝解釋說：“這是由于稻田生態(tài)系統是我國最主要的糧食生產體系之一，水稻田在淹水的厭氧環(huán)境下會產生大量甲烷。”
在保障糧食安全和重要農產品有效供給的前提下，農業(yè)減排是一篇從種子、育苗、生長管理到收獲等各階段都能做出成果的大文章。而且與只能“減量”的工業(yè)碳排放不同，通過合理的減排與固碳措施，減少生產過程中的碳排放，提升農田土壤碳匯潛力，農業(yè)不僅能做到減碳，甚至還能實現“零碳”和“負碳(固碳)”。因此，優(yōu)化農業(yè)“碳賬本”潛力巨大。
用50年監(jiān)測碳排放與土壤碳匯
農業(yè)的復雜性在于，同樣的種子，在不同的氣候、土壤、水、肥等條件下，產量與碳排放的差別可能會很大。為了獲得精準的數據，首先要求用于實驗的農田初始條件盡可能相近，其次則需要研究的時間足夠長。2012年，市農科院莊行試驗站辟出100多畝土地，建起了上海低碳農業(yè)工程技術研究中心基地，長期實驗基地里的牌子上明確寫著“研究期限50年”。
據介紹，全球約有300個連續(xù)觀測不少于20年的農業(yè)野外長期實驗基地，其中觀測已超過100年的有25個，主要集中在發(fā)達國家，許多經典農業(yè)數據由此而來。周勝告訴記者，他和團隊想通過長期跟蹤研究不同管理條件下稻田生態(tài)系統的物質循環(huán)和能量轉換，為研發(fā)溫室氣體減排、面源污染控制、土壤地力提升及碳匯技術提供關鍵參數。
目前，農業(yè)領域許多碳排放數據都是通過較為粗放的排放因子計算出來的，缺乏精細化的評估，需要進一步完善。在上海低碳農業(yè)研究中心，科研人員更像是一位精明的管家——通過對施肥水平、肥料種類、輪作制度、灌溉水量等種植參數的排列組合，尋求水稻在產量和碳排放之間的“最優(yōu)解”。
每個采集日的上午9點，科研人員會用透明采集箱罩住水稻，灌水密封，自動采集器的四個氣袋每隔6分鐘自動采集一次氣體樣品。水稻生長期內每周采集1-2次，長期實驗地共有36個小區(qū)，每個小區(qū)每次4個樣品，采集一次共144個樣品，用于分析計算不同管理措施下的溫室氣體排放通量。同時，團隊每年還要根據種植和收獲季節(jié)，采集不同條件下的農田土壤進行分析。如此“枯燥”的工作，周勝團隊連續(xù)做了10年，終于拿出了一份令人信服的詳實數據。
“尤其想要了解土壤中碳含量的變化，必須堅持5年以上的長期觀測才能得到較準確的數值。”周勝說，這是因為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數據波動，只有長期觀測，才能消除數據的不確定性。
他們發(fā)現，過量施用氮肥不僅增產效果有限，而且增加了氧化亞氮和面源污染物排放，因此，合理的施肥量對于減少環(huán)境污染非常必要。又比如，在保證稻米產量穩(wěn)定的前提下，通過節(jié)水灌溉可降低稻田甲烷的排放；通過離田處理秸稈的方式，更可大幅減少稻田甲烷排放；如果進一步將離田秸稈加工成有機肥或生物炭還田，不僅可減少稻田碳排放，還能提升土壤碳匯速度。同樣的，冬季種植紫云英等綠肥植物也有利于土壤增碳提質。通過這些稻田減排與固碳技術的組合，最終可形成一套低碳、零碳、甚至負碳的稻田生產技術。
從自愿減排到碳資產
一開始投身低碳農業(yè)研究時，許多人并不理解周勝的選擇。十幾年前，低碳農業(yè)還是張“冷板凳”。這兩年，“冷板凳”逐漸熱了起來。最明顯的變化是，來農科院找低碳農業(yè)研究中心合作的人和機構越來越多。低碳農業(yè)作為農業(yè)高質量發(fā)展的內在驅動力，“錢景”也更加明朗。
2019-2020年，周勝團隊與上海市農業(yè)生物基因中心羅利軍團隊合作，針對安徽省推廣的120萬畝節(jié)水抗旱稻進行了碳減排效果評估。根據現場實測及專業(yè)模型評估，旱管種植節(jié)水抗旱稻模式比傳統淹水稻田的甲烷排放量減少90%以上，碳減排總量51.6萬噸二氧化碳當量。以當前一噸二氧化碳約合40元的碳交易價格計算，當年的碳減排價值就高達2000多萬元。
焚燒秸稈不僅排放溫室氣體，而且污染空氣，但秸稈如果直接還田，方法不當的話，有可能大幅增加稻田甲烷排放。周勝團隊經過反復研究比較發(fā)現，比較好的做法是為離田秸稈建立炭化中心，即將秸稈制成黑乎乎的生物炭(或炭基有機肥)后再還田利用，這樣不僅可以減少因秸稈直接還田造成的大量甲烷排放，還可提升土壤地力，增加土壤中的碳含量，達到增碳提質的作用。目前，他們正計劃與企業(yè)合作建立一個區(qū)域型的農作物秸稈炭化中心，為農作物秸稈炭化還田提供服務，并評估區(qū)域內的碳循環(huán)與減排固碳效果。
按照國際上的碳交易價格，農業(yè)領域自愿減排的二氧化碳交易價格是其它領域的2-3倍，低碳農業(yè)的經濟效益不容小覷。周勝說，想要農民或地方政府有更強的減排動力，首先是要建立農業(yè)碳減排方法學與評價標準體系，讓他們會做；其次是重啟自愿減排碳交易市場，讓減排下來的碳能夠在碳交易市場上流通，獲得經濟收益。目前，位于北京的全國自愿減排碳交易中心正在緊鑼密鼓地建設中。
最近，低碳農業(yè)研究中心根據多年的研究成果，形成了關于稻田溫室氣體減排和農田土壤碳匯方面的方法學草案。一旦該方法學通過認證，意味著上海乃至全國的農戶，可以根據該方法學調節(jié)自己的種植方式，達到減排固碳的目的。