中国人造板行业的生命周期碳足迹和能源耗用评估

降低温室气体排放是应对气候变化的重要措施,基于生命周期分析的碳足迹评估被广泛应用于量化产品的温室气体排放。在减排承诺背景下,林业部门在应对气候变化中具有重要贡献。中国作为世界最大的人造板生产和出口国,人造板行业的碳足迹和能源耗用问题,是评价林业产业环境影响的重要领域。本文依据ISO 14067标准,测度了中国胶合板、纤维板和刨花板行业“从摇篮到大门”系统界限的碳足迹,通过对比国内外人造板行业的能源耗用,评估了中国人造板行业的节能潜力,结合量化改进方案的减排效果,提出了人造板行业减排和市场结构改善的建议措施。研究发现：①中国现有人造板行业的碳足迹结构中,纤维板最大（708.74 kg CO₂e）,胶合板最小（312.08 kg CO₂e）,刨花板居中（410.79 kg CO₂e）。其中原材料获取对碳足迹贡献最大,化工材料如脲醛树脂胶的生产和使用是最主要的温室气体排放源;②对标国际标准和技术进步要求,中国人造板行业的能源耗用可减少13.27%~47.99%;③用木质燃料替代化石能源,对人造板行业的温室气体减排可实现11.53%~42.30%的提升空间。     

中国水稻生产的碳足迹分析

由温室气体排放引起的全球变暖问题已受到公众的广泛关注。农业生产对温室气体排放有重要影响,水稻是中国主要粮食作物,而稻田又是CH_4的主要排放源,因此研究其生产过程的碳足迹对实现农业节能减排具有意义。本研究基于2004-2014年水稻生产相关统计数据,利用碳足迹评价方法核算了中国水稻生产碳足迹及其变化趋势。研究结果表明:①中国水稻生产温室气体排放量、单位面积碳足迹呈逐年增长,而单位产量碳足迹则出现下降趋势,年均增长量分别为21.24亿kgCO_2-eq、32.58kgCO_2-eq/hm~2和-2.82kgCO_2-eq/t;②不同省份由于水稻生产条件差异,其碳足迹存在较大差别,如年均单位面积碳足迹最高的江苏达7411.91kgCO_2-eq/hm~2,最低的黑龙江为4305.87kgCO_2-eq/hm~2;③年均单位产量碳足迹方面,最高海南为1419.35kgCO_2-eq/t,最低吉林为602.12kgCO_2-eq/t;④综合比较单位面积与单位产量碳足迹发现,华南双季稻稻作区(广西、广东、福建等),华中双季稻稻作区(江苏、湖南、江西等),其单位碳足迹均高于全国平均水平;⑤水稻生产碳足迹组成中占比最大的部分为稻田CH_4排放,达85.05%,农资投入导致的温室气体排放仅占14.95%,其中化肥投入占总碳足迹的10.25%。最后,本文建议通过改进农田管理措施(如间歇性灌溉、改进施肥、合理使用农业投入品),提高水稻机械化生产效率来有效减少水稻温室气体排放。     

农作物种植结构演变下的黄淮海旱作区小麦玉米生产时空格局

明确农作物种植结构类型的时空演变规律、以及演变过程中主要作物的生产时空格局,对开展农作物生产布局优化工作、促进农业可持续发展具有重要意义。基于农业统计数据,探讨2002—2018年黄淮海旱作区农作物种植结构类型的时空演变特征,同时利用空间自相关、重心模型等方法探讨农作物种植结构变化过程中该区域的两种主要作物——小麦和玉米的生产时空格局及其变化规律。结果发现：①近20年,黄淮海旱作区农作物种植结构类型整体由多样化向专一化发展,种植结构类型丰富度总体呈减小趋势,以小麦和玉米及其组合为主的种植结构占有的县域数目逐年增多,43%的县域小麦种植比例显著增加,81%的县域玉米种植比例显著增加（p<0.05）。②传统农业生产地带,包括河北平原西部、鲁西北等地小麦和玉米单产呈显著“高-高”聚集特征（p<0.05）,河南中东部小麦单产也呈显著“高-高”聚集特征,但研究区南部玉米单产呈显著“低-低”聚集特征。尽管旱作区内部小麦和玉米的生产格局表现出一定的地域差异性,但近20年小麦和玉米的生产重心均集中分布在河北、山东、河南三省交界处,表明在农作物种植结构类型演变的过程中,区域尺度小麦和玉米的生产具有一定的时序稳定性。③在“以水定产”和地下水可持续利用的目标导向下,河北平原的小麦种植比例有所减少,2014年以后,小麦玉米型县域数目减少,玉米小麦型增加,2018年已不存在单一小麦型县域。本文可为黄淮海旱作区区域尺度农作物种植结构优化提供数据支撑与决策支持。     

化肥投入效率测度及归因——来自20个玉米生产省份的面板证据

在保障粮食安全的现实背景下,如何通过化肥的减量施用来保证粮食生产效率不变乃至有所提高是本文研究的目的。本文基于中国20个玉米生产省份2004—2015年的面板数据,运用超越对数函数模型测算出全国以及各省玉米生产中的化肥投入效率,并利用Tobit模型进一步对全国、东、中、西部地区化肥投入效率影响因素进行分析比较,研究结果表明：全国玉米生产效率为0.754,化肥投入效率均值为0.448,节肥潜力巨大;中国玉米种植规模、化肥价格、农业补贴与玉米化肥投入效率显著正相关,而农业保护政策与玉米化肥投入效率显著负相关。分区域而言,东部地区化肥价格与化肥投入效率正相关,玉米种植规模与化肥投入效率负相关;中部地区化肥价格、农业补贴与化肥投入效率正相关,非农劳动就业率与化肥投入效率负相关;西部地区化肥价格与玉米化肥投入效率正相关,农业保护政策与玉米化肥投入效率负相关。     

中国粮食作物化肥施用的碳排放时空演变与减排潜力

研究区域农作物化肥施用的碳排放趋势演进规律与减排潜力对于合理制定农业碳减排政策具有重要意义.基于"全国农产品成本收益资料汇编","中国统计年鉴"和农业部"小麦,玉米,水稻三大粮食作物区域大配方与施肥建议"中各地区的三大粮食作物产量,化肥投入类型及其数量等数据,采用碳排放系数法,测算并分析2005-2013年中国三大粮食作物化肥施用碳排放时空演变与碳减排潜力.结果表明:①江苏,安徽,宁夏,甘肃和山西的玉米,湖北,陕西和宁夏的小麦,辽宁,山东,江苏,浙江,陕西和湖南的水稻,其化肥施用的单位产品碳排放量下降明显;②黑龙江,吉林和新疆的玉米,云南和河南的小麦,吉林,广西和云南的水稻,其化肥施用的单位产品碳排放量不降反升;③与测土配方施肥情形相比,在2013年,江苏,陕西,湖北,贵州,广西和云南的玉米,山西,内蒙古,陕西,甘肃,宁夏,新疆,河北,四川,云南和江苏的小麦,湖南,江苏,海南,安徽,云南,广东和广西的水稻,其化肥施用的单位产品碳排放量偏高;④全国玉米化肥施用碳减排潜力约574万t CE,集中在黑龙江,辽宁,吉林,山东,内蒙古,陕西,云南,贵州和广西;⑤全国小麦化肥施用碳减排潜力约475万t CE,集中在河北,江苏,山东和河南;⑥全国水稻化肥施用碳减排潜力约206万t CE,集中在湖南,广东,广西,江苏和江西.最后,结合实地调查,本文提出应在粮食作物化肥施用碳减排潜力大的区域,通过政策激励和市场化运作,提高测土配方施肥技术推广的效应.     

河南小麦-玉米轮作系统热量利用率时空分布

为研究河南省小麦、玉米及其轮作系统热量利用率的时空变化规律,因地制宜地提出挖掘河南省不同区域热量潜力和提升热量利用率的有效措施,本文利用河南省17个农业气象观测站1981—2014年的气象资料及小麦和玉米的生长发育资料,统计分析了河南省不同区域小麦、玉米及小麦-玉米轮作系统的热量分布及其利用率的时空变化特征,剖析了其区域差异及形成原因。结果表明：1981—2014年,不同年代小麦-玉米轮作系统生育期在豫北略增加、在豫东呈增—减—增变化特征、在豫西缩短、在豫南则先减后增;河南省各区域小麦和玉米生育期所需有效积温均呈增加趋势,是各区域适应气候变化、提高热量利用率而选用中晚熟品种的结果;小麦和玉米潜在与实际有效积温差南高北低,且小麦有效积温差升高,玉米有效积温差降低,表明玉米热量利用程度高于小麦热量利用程度;在小麦和玉米潜在与实际有效积温的共同变化下,小麦-玉米轮作系统有效积温差在豫南和豫东大部较高,而热量利用率北高南低,东高西低,但均呈升高趋势,表明河南大部分地区小麦-玉米轮作系统热量利用率有明显提升,但在豫南和豫东仍存在较大的提升潜力,今后应着重提高该区的热量利用率。     

河北省中部平原玉米长势遥感综合监测

为了提高玉米的遥感长势监测的准确度,以河北省中部平原地区为研究区域,以MODIS遥感数据反演的条件植被温度指数（Vegetation Temperature Condition Index, VTCI）与叶面积指数（Leaf Area Index, LAI）作为玉米长势监测指标,通过灰色关联度分析法确定玉米各生育时期（出苗—拔节期、拔节—抽雄期、抽雄—灌浆期与灌浆—成熟期）VTCI与LAI作为相应生育时期长势监测指标的权重值,以及4个生育时期的玉米长势在总体长势与产量形成中的权重值,并基于权重结果分别构建玉米在4个生育时期与主要生育期的长势综合监测指标,进而评估研究区域2011—2016年间的玉米长势。结果表明,各生育时期VTCI作为长势监测指标的权重值均大于LAI,且以拔节—抽雄期最大,抽雄—灌浆期次之,说明玉米各生育时期的长势与最终产量较易受到水分胁迫的影响,并以拔节—抽雄期与抽雄—灌浆期对水分胁迫最为敏感;而玉米长势综合监测指标在4个生育时期的权重值较为接近,并以灌浆—成熟期略大,说明该时期的玉米长势与最终产量之间的关系较为密切。研究区域5市的县域尺度玉米长势综合监测指标与单产之间的决定系数（R²）介于0.247~0.598之间,均达到了极显著水平（P<0.001）,优于单一的VTCI或LAI指标,表明基于长势综合监测指标的玉米长势监测结果准确度较高。研究年份间该区域的玉米长势以2011年的长势最好,2014年与2015年长势最差,且西部长势优于东部。     

汾沁地区蒸散模拟及其时空变化特征

蒸散是水循环和能量循环的重要过程,也是连接土壤-植被-大气系统的关键纽带。气候变化背景下,蒸散的时空分布研究可为地区水资源合理配置及应对气候变化提供科学基础。本文基于结合GRACE（Gravity Recovery and Climate Experiment）数据的水量平衡方法模拟黄土高原汾沁地区2003—2015年蒸散量,并分析其不同时间尺度的变化特征,结果表明：①结合水储量变化的水量平衡方法与忽略水储量变化的水量平衡方法模拟所得蒸散相比,前者时间序列上波动更平稳（变异系数、标准差、极端值分别减少0.12,5.50mm,3.20%）,可更精确地反映汾沁地区实际蒸散在年和季节尺度上的变化规律;②研究区2003—2015年均蒸散量为530.19mm,空间分布上由北向南大致增加,年际波动较平稳（变异系数为0.08）,其中2010年蒸散量最低（478.22mm）,2011年蒸散量最高（614.57mm）;③季节尺度上,夏季平均蒸散量最高（263.36mm）,占全年蒸散量的49.67%,波动较平稳;冬季蒸散量最低（19.50mm）,离散程度较大;④汾沁地区2003—2015年蒸散变化主要受温度、降水的影响,其年际波动主要与降水相关。     

1980—2019年中国粮食主产区主要粮食作物气候生产潜力与气候资源利用效率

随着全球性极端气候频发,粮食生产安全越来越受到气候变化的威胁。在此背景下,实现农业气候资源的高效持续利用意义重大。粮食主产区是粮食安全保障的核心区域,本文应用逐级订正的机制法模型测算了1980—2019年中国粮食主产区玉米、水稻、小麦三大主要粮食作物的气候生产潜力,并应用重心迁移模型分析了粮食主产区186个地级市现实作物生产水平与气候生产潜力的时空属性,在市域尺度上评估了农业气候资源利用效率。研究得出：①1980—2019年粮食主产区玉米、水稻、小麦气候生产潜力的倾向率分别为-156.80、68.82、121.92 kg/（hm²·10 a）;②玉米气候生产潜力高值区和低值区范围均缩小,水稻气候生产潜力空间结构较为稳定,小麦气候生产潜力高值区范围扩大;③主要粮食作物气候生产潜力的重心迁移距离均小于现实迁移距离,并呈同向化特征;④黄淮海农业区、东北农业区、西南农业区等地主要粮食作物气候资源利用率较高,长江中下游农业区等地气候资源利用率较低。对此,应调整粮食生产重心,缓解气候条件较差地区的粮食生产压力,挖掘气候资源丰富地区的气候生产潜力,全面提高粮食主产区气候资源利用效率。     

低碳农业与农作物碳足迹核算研究述评

持续提高农业产量、提高土壤生产力、降低环境污染的低碳农业是21世纪发展的主旋律,碳足迹评价方法是支撑低碳农业技术转型、碳交易、碳标签等管理措施的基础。本研究收集了水稻、小麦、玉米3种作物的22个研究结果,发现碳足迹仍有很大的不确定性,目前国内外尚没有建立统一的碳足迹核算方法体系,导致同一作物碳足迹相差达十几倍,例如水稻碳足迹从1895 kgce/hm²（ce：CO₂equal,即二氧化碳等当量）,到11 811kgce/hm²,而小麦和玉米的净排放却出现相反的两个结果,即固碳（净碳排放为负值）和排放（净碳排放为正值）。分析表明,主要问题在于模型边界、温室气体种类、数据获取途径、量化单位等方面不一致,因此需要重构作物生产碳足迹研究方法。本文提出了用生命周期方法量化农作物生产碳足迹的理论模型,提出以农业投入品上游排放、农田生产排放、以及土壤固碳为边界的生命循环为边界,量化全生命链条中的CO₂、CH₄、N₂O等直接排放因子以及NH₃和NO₃^-等间接排放因子,通过大样本数据建立关键排放因子的量化模型,实现区域性碳足迹的定量化分析。     

基于低碳发展的北京城市生活垃圾处理模式优化

随着中国低碳经济发展和垃圾资源化处理的战略要求,城市生活垃圾处理设施建设不断完善,生活垃圾处理模式及其碳排放也呈现动态变化。本文依据IPCC质量平衡法和北京市生活垃圾焚烧企业温室气体排放核算方法,辅以实地调研,以生活垃圾处理设施场（厂）界为核算边界,对“十五”至“十三五”4个时期的不同生活垃圾处理设施的碳排放、能耗等进行强度核算,构建了基于低碳经济的北京生活垃圾处理多目标优化模型,并利用MATLAB求解,提出了未来北京生活垃圾处理模式的发展趋势。研究发现：①北京生活垃圾处理模式已由“以卫生填埋为主”转变为“以焚烧为主、堆肥为辅”;②2020年北京首次实现原生垃圾“零填埋”,此时生活垃圾处理模式中焚烧厂和堆肥厂的总设计处理能力占比大于75%;③“十四五”时期北京生活垃圾处理模式优化结果为卫生填埋：焚烧：堆肥=5：51：44,即应发展为“焚烧和堆肥并进式”。本文研究结果可为未来北京生活垃圾处理模式低碳建设发展提供理论支撑。     

中国县域碳排放脱钩关系及其时空特征演变

碳排放与经济发展的脱钩关系影响着碳减排目标的实现与经济增长模式的选择。本文基于Tapio脱钩模型与空间自相关,探究2002—2017年中国1741个县级行政单元碳排放与经济增长脱钩关系的时空演变特征与空间聚集格局,并运用马尔科夫模型在时空双重维度分析县域碳排放脱钩的空间趋同效应。研究发现：①县域碳排放脱钩关系以强脱钩、弱脱钩、扩张负脱钩为主,强脱钩聚集于东部沿海、南部沿海等地区,负脱钩数量逐渐增加且向东北及西北地区集中;②县域脱钩具有空间正相关性,空间分异特征在经历局部聚集、“东正西负”分异后,呈现“南正北负”的聚集与分异并存格局;③县域脱钩趋于稳定和向好发展,存在空间“俱乐部趋同”现象,大部地区呈现理想脱钩聚集,东北、西北呈现县域邻域均向下转移的团状聚集。因此,中国应聚焦县域碳排放与经济发展脱钩关系的状态不稳定与区域不均衡,落实差异化的控碳策略,扭转空间分异的脱钩格局。     

应对气候变化的碳收支认证及相关问题

该专项针对我国应对气候变化与碳减排的国际谈判以及国家可持续发展最佳途径选择等重大科技需求,有效组织中科院和相关高校及部委相关单位多学科交叉的优势力量,深入研究我国的陆地碳收支定量认证、碳增汇潜力与速率、增汇技术与措施以及未来全球增暖情景与大气温室气体浓度关系的不确定性等重大科学技术问题.由此形成支撑我国应对气候变化的温室气体减排增汇、国家可持续发展战略决策的数据资源体系、科学知识体系和技术支持体系;全面提升我国在温室气体排放认证方法论与技术体系、陆地碳收支定量评估与认证、生态系统与气候变化科学研究、生态系统增汇技术与措施、区域碳收支调控管理政策等研究领域的整体科学研究水平,实现国家应对气候变化科技支撑能力的跨越式发展,提高我国的国际影响力和外交谈判的话语权;形成一支具有扎实研究基础,并适应重大多学科交叉的科技队伍,实现我国科学家进入世界前沿科技舞台的战略目标.该专项将着力回答如下核心科学问题:(1)我国的温室气体排放量是多少？(2)我国陆地生态系统有多大的固碳潜力和速率？(3)在温室气体减排的“三可”(可测量、可报告、可核查)问题上我们如何应对？(4)如何认识气候变暖对大气CO2浓度的敏感性？(5)如何认识气候变暖对生态和环境变化的影响？(6)应对气候变化的绿色发展战略和政策是什么？通过专项实施将实现:自主建立我国能源、水泥等行业的碳排放计量体系,定量评估土地利用变化引起的温室气体排放;建立以卫星遥感、空中监测与地面网络监测和大气模式系统相结合的我国自主大气碳浓度和碳源汇监测系统,以及陆地碳收支的地面观测研究网络;综合研究和定量评估我国各类生态系统的碳增汇潜力与速率,评估我国重大生态工程的增汇贡献,研究人工干预下生态系统增汇的原理和技术系统,建立我国典型区域碳增汇的科技试验和示范体系;发展更为完整的新一代气候系统模式,定量预估未来气候增暖幅度相对应的大气温室气体浓度,理解人为排放气溶胶与气候变化的关系,进一步减少其相互关系认知的不确定性;分析过去百、千、万年时间尺度的气候变化事实,研究过去万年气候变化的自然规律和人类适应过程,增强对气候变化自然过程及其归因的认识;分析国际碳贸易市场机制及其对我国的可能影响,提出建立我国碳交易市场体系,林业、农业、牧业的减排增汇技术和经济政策,国内地区和行业间的生态补偿政策与碳管理体制等相关问题的政策建议与技术支撑体系.     

中国主要粮食生产的化肥削减潜力及其碳减排效应

在保障中国粮食安全前提下,减少化肥不合理使用是实现农业可持续发展的重要挑战。测土配方施肥是兼顾粮食安全和生态安全的科学施肥方法,本文在中国粮食作物区域大配方施肥数据的基础上,系统测算小麦、玉米、水稻三大粮食作物化肥投入的削减潜力及其碳减排效应。结果显示,满足当前粮食产量水平下,全部采用测土配方施肥,小麦、玉米、水稻三大粮食作物主产区化肥投入可削减814.1万t/a,占主产区三大粮食作物化肥使用量的27.6%,小麦、水稻和玉米化肥使用可分别削减36.9%、28.1%和16.7%;三大粮食作物化肥使用削减可减少碳排放1 045.9万t/a。建议深入推进测土配方施肥,建立配方肥生产服务中心,出台配方肥使用补贴,创新补贴方式和推广模式,构建全国测土配方施肥大数据平台。     

物质流视角下全球含铁商品隐含碳排放量跨境转移研究

对含铁商品国际贸易中隐含的碳排放进行准确计算,不仅可以更公平有效地划分碳排放责任,还可以在国家间分配排放配额时提供信息支持。首先分别对各国家集团钢铁制品的碳排放系数进行了核定,再结合IPCC提供的方法计算了2015年全球含铁商品国际贸易中隐含碳排放。计算结果显示：①从大洲层面看,由地理位置、运输成本等因素导致隐含碳排放在大洲内部转移量相对较多,约占总量的63.83%;亚洲、欧洲在产业链后端出口产品隐含碳排放流动较大,这与其“进口原料、出口产品”的产业模式有关;北美洲、非洲、大洋洲、南美洲通过含铁商品贸易向亚洲、欧洲净转移了碳排放责任;②从国家层面看,美国、越南、韩国等国家通过含铁商品贸易向中国、俄罗斯、日本等国家净转移了碳排放责任,其中,美国、越南、韩国等国家向中国转移了大量的碳排放责任,分别为3850万t、3390万t、2920万t。本文对全球含铁商品隐含碳排放量的测算,有助于更公平有效地划分国际间碳排放责任,为国家间分配碳排放配额提供技术支持。     

碳中和目标下中国海洋渔业碳汇能力与潜力评估

通过海洋渔业固碳增汇是实现“碳中和”的重要路径,其中的关键在于科学、精准、系统测算海洋渔业碳汇能力。本文剔除经典“可移出碳汇”模型中部分不具有碳汇功能的碳,把贝藻通过释放POC和DOC形成的碳汇纳入测算模型,基于2006—2020年中国9个沿海省份贝藻养殖产量面板数据,评估中国海洋渔业碳汇能力,并基于LMDI分解方法解构中国海洋渔业碳汇能力提升的贡献因素,预测不同情景下2030年中国海洋渔业的碳汇潜力。研究发现：①2020年中国海洋渔业碳汇能力达302.63万t/年,区域差异显著;②包含不具有碳汇功能的碳会高估海洋渔业贝类碳汇24.24%,而不考虑贝藻通过释放POC和DOC形成的碳汇会低估海洋渔业碳汇50.70%;③在当前注重规模效应的发展模式下,到2030年海洋渔业碳汇能力为335.51万t/年~399.92万t/年,碳汇增长潜力有限。基于此,应推动中国海洋渔业碳汇的增长模式向技术驱动的高质量发展转变,不断提高中国沿海省份海洋渔业碳汇能力,持续为实现“碳中和”目标作出贡献。     

农户低碳生产的技术效率及其影响因素

推动农户参与“双碳”目标建设,发挥其在农业应对气候变化中的主体作用具有重要意义。本文从 “大国小农”的现实背景出发,采用自下而上的评价视角来考察农业低碳生产的绩效水平,通过多角度控制农业碳计量技术的不确定性,选取多产出Translog距离函数形式的随机前沿模型估计农户低碳生产的技术效率,并进一步分析其影响因素,探索低碳生产技术效率在农户经营主体中的改善途径。研究表明：①调研区域农户在低碳生产粮食作物上具有15%的潜在增产空间,产出情景和方法模型的变异对低碳生产技术效率估计结果的影响并不显著。②在不同类型粮食作物之间,模型估计的生产前沿和技术非效率影响因素既有共性也有差异,其中,土地规模、土地细碎化、老龄化和非农就业均对低碳生产的技术效率产生了非线性影响。提升农户低碳生产的技术效率水平,需要进一步引导农户通过土地流转实现适度规模经营,加强农村家庭剩余劳动力转移,降低农业社会化服务购买成本,提高绿色低碳技术的采用率。