前言
目前，大气中温室气体含量增加引起的气候变暖是全球环境变化的重要问题之一。在全球温室气体排放中，农业已成为温室气体的第二大重要来源，农业源温室气体（主要包括二氧化碳、甲烷、氧化亚氨）排放占全球温室气体（除上述三种，还包括氢氟碳化物、全氟碳化物、六氟化硫）排放总量的比例约为14.9%； 我国农业源温室气体排放占全国温室气体排放总量的17%，其中甲烷和氧化亚氮分别占全国总量的50.15% 和92. 47%。在这种背景下，以“高效率、低能耗、低排放、高碳汇”为特征的低碳农业成为一种全新的现代农业发展模式而备受关注。如何实现农业低碳化发展需要对不同区域农业系统温室气体排放来源、结构特征进行精确核算和深度分析，这是制定科学的低碳现代农业发展模式的前提和基础。 （一）碳足迹的概念
碳足迹(carbon footprint,CF)是对某种活动引起的或某种产品生命周期内积累的直接或间接的温室气体排放量的度量。相对于其他碳排放研究方法，碳足迹是从生命周期的角度出发，可以分析从国家、城市、产业到微观产品等不同尺度人类活动导致的直接或间接碳排放过程，从而为各研究尺度减排行动提供全方位的视角。作为一种测量碳排放对全球环境影响和压力程度的新方法，碳足迹成为近年来国外生态学研究的新的热点领域。
（二）碳足迹主要计算方法评述
碳足迹的计算方法主要包括基于微观产品的生命周期评价法(LCA法)、基于大尺度的环境投入产出法(EIO法)以及二者综合的投入产出-生命周期评价法。
1、生命周期评价法
生命周期评价法是自下而上(down-top)的过程分析法。该方法核算碳足迹包括两个关键步骤：一是确定系统边界。以农业部门为例，需界定农业生产、使用以及最终废弃物处置全过程中直接或间接产生碳排放的活动；二是收集数据。其中两类数据是计算碳足迹所必须的：生命周期涵盖的所有物质或活动的数量或强度数据；碳排放因子，即单位物质或能量所排放的二氧化碳当量。生命周期评价法的缺点是核定边界划定的主观性，容易造成边界的截断；同时由于所需数据量较大，在数据收集和处理过程中耗时且成本投入较高。
2、投入产出法
它最早是由瓦.里昂惕夫研究经济系统各部门间投入与产出关系的数学模型，是一种自上而下(top-down)的分析方法。该方法已广泛运用于农业能源分析和农业能源需求预测。该方法核算碳足迹突出的优点是能利用投入产出表反映各产业碳排放的联系，进而通过能源碳排放因子，推算温室气体排放量。但从目前应用来说，投入产出法主要停留
在农业生产过程中的能源消费导致的直接和间接碳排放分析上，对于诸如农业生产中的水稻种植和畜禽肠道发酵排放的CH4、农业土壤的N2O排放等直接生产排放一般还是采用生命周期评价法；且投入产出表数据比较陈旧，一般我国的投入产出表每5年才公布一次。 鉴于两种方法各有优缺点，Matthews等提出了将两者结合在一起的混合法(Hybrid-IO-LCA Model)，该方法既具有生命周期法的详细性，又不失投入产出法的完整性。从应用角度，碳足迹的研究主要涉及碳足迹的内涵及核算、土地利用变化对碳足迹的影响、能源消费视角的产业碳足迹等，而农业碳足迹的研究尚处在起步阶段。
二、农业碳足迹分析框架构建
根据生命周期评价法和投入产出法的主要思想和分析步骤，本文从界定温室气体、边界设置、层次分解和计算公式三方面构建农业系统碳足迹研究的分析框架。
（一）温室气体界定
在进行碳足迹核算时，应首先确定系统内主要排放的温室气体类型。《2006年IPCC国家温室气体清单指南》第四卷农业、林业和其他土地利用指出，农业生态系统中主要被关注的温室气体有二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)。
（二）边界设置
图1 农业生产碳排放途径示意图
（资料来源：作者整理）
准确地界定农业生产以及最终废弃物处置全过程中直接和间接碳排放活动是核算农业系统碳排放的关键。从生命周期分析的角度，农业生产碳排放途径，如上图1。
（三）层次分解和计算公式
确定边界后，本文将投入产出法嵌入生命周期评价法的过程分析中，以便分析农业能源消耗导致的隐含碳和上游投入品生产过程中导致的隐含碳排放。同时根据世界资源研究所(WRI)和世界可持续发展工商理事会(WBCSD)、碳基金、Matthews et.al等机构和学者提出的层级分析思想，将农业系统碳足迹核算分成以下两个层次，以便更清晰地展示农业碳足迹的各种来源驱动因素，同时分层主要功能还体现在分清采取农业减排行动的优先次序。
第二层：农业生产过程隐含碳排放
第一层：农业生产直接碳排放
水稻、畜禽、柴油
三大能源隐含碳
工业投入品（化肥、农药、农膜、）隐含碳
图2 基于分层投入法——生命周期评价法的农业碳足迹分析框架
（资料来源：作者整理）
第一层，边界内能源燃烧的直接排放，包括农业生产使用柴油（一次能源）直接燃烧的二氧化碳排放；以及农业系统自然源排放，主要是畜禽肠道发酵、粪便排放、水稻种植的甲烷排放。
tier1 = + + （1）
= （1.1）
式中，为农作物CH4年排
放总量；为第i种农作物的年播种面积，为第i种农作物单位面积的CH4排放系数。 = （1.2）
式中，为畜禽养殖过程中CH4年排放总量；为i种畜禽年平均饲养量；为i种畜禽CH4排放系数。
= （1.3）
式中，为畜禽养殖过程中N2O年排放总量；为i种畜禽年平均饲养量；为i种畜禽N2O排放系数。
由于畜禽饲养周期的不同，有必要对畜禽年平均饲养量进行调整，本文调整的方法主要参考胡向东等（2010）的计算方法，即调整的依据是畜禽出栏率。中国出栏率大于1的畜禽品种为生猪、兔和家禽，它们的平均生命周期分别为： 200天和105天（胡向东等，2010）、55天（刘培芳等，2002）。
当出栏率大于或等于1时，畜禽的平均饲养量根据出栏量进行调整，即
=×
式中，为i种畜禽年平均饲养量；为i种畜禽平均生命周期；为i种畜禽年生产量（出栏量）（IPCC，2006）。
当出栏率小于1时，畜禽的年平均饲养量采用年末存栏量进行调整，即
=/2
式中，为i种畜禽年平均饲养量；、分别表示i种畜禽的第t年、第t-1年年末存栏量。
第二层，在第一层直接碳排放的基础上加上农业生产过程中隐含碳排放。主要包括上游投入品生产过程导致的隐含碳排放（化肥、农药、农膜）在生产、运输、施用全过程碳排放）。其中农业生产所用的柴油能源属于直接碳排放，已在第一层进行核算。
tier2 = tier1 + (2)
= （2.1）
式中，为农作物生长过程中CO2排放源的数量；为农作物生长过程中各排放源CO2排放系数。
（四）主要计算参数
1、水稻的CH4排放系数
本文所采用的王明星等（1998）测算的中国各地区水稻田CH4排放系数是按照相关模型输入天气、土壤和施肥有关的参数得出的结果，该系数已经包含施肥对水稻田CH4排放量的影响。因此，在计算水稻田CH4排放量时，可以不用单独考虑化肥使用所产生的CH4排放量。见表1。
表1 安徽省水稻生长周期内CH4排放系数 （单位：克/平方米）
地区 早稻
十三岁的际遇教案（单季稻） 晚稻 中季稻
（单季晚稻、冬水田和麦茬稻）
安徽 16.75 27.60 51.24
大连破网售假药案（资料来源：作者整理）
2、种植业各碳排放源的CO2排放系数
到目前为止，由于国内外文献中没有关于中国分地区分品种的CO2排放系数。所以，采用全国平均的CO2排放系数进行计算。具体的CO2排放系数见表2。
表2 种植业CO2排放碳源、排放系数及系数来源 （单位：公斤/公斤）
CO2排放源 CO2排放系数 数据来源
化肥 0.8956 West T.O等(2002)、美国橡树岭国家实验室（转引自：智静等，2009）
农药 4.9341 美国橡树岭国家实验室
（转引自：智静等，2009）
农膜 5.18 南京农业大学农业资源与生
态环境研究所（转引自：李波等，2011）
柴油 0.5927 IPCC（2006）
（资料来源：作者整理）
3、畜禽养殖过程中的温室气体排放系数
畜牧业温室气体排放系数包括CH4和N2O排放系数，其中，CH4排放系数由胃肠发酵CH4排放系数和畜禽排泄物CH4排放系数构成；N2O排放系数即畜禽排泄物的N2O排放系数。由于禽类胃肠发酵CH4排放量极其微小，IPCC不予考虑。因此，本文也不予计算。IPCC（2006）给出了各畜禽品种的CH4排放系数，包括肠胃发酵CH4排放系数和畜禽排泄物CH4排放系数。N2O排放系数来自胡向东等（2010）。畜禽各品种具体的温室气体排放系数参见表3。
养殖技术顾问表3 各畜禽品种的温室气体排放系数 （单位：公斤/头）
品种
CH4排放系数 N2O排放系数
肠道发酵 粪便排放 粪便排放
生猪 1.00 3.50 0.53
家禽 —1） 0.02 0.02
牛 56.932） 6.33 1.24
羊 5.00 0.16 0.33
马 18.00 1.64 1.39
驴 10.00 0.90 1.39
骡 10.00 0.90 1.39
注：1）“-”表示数据缺失；2）采取奶牛、水牛、肉牛的平均数。
（资料来源：作者整理）
三．安徽省农业碳足迹实证分析
本文选择安徽省作为区域农业碳足迹核算对象，基于以下两个方面：第一，安徽省作为农业大省，农业现代化过程中化肥、农药、农业机械等的大量投入，使得农业温室气体的排放总量及其结构不断变化。第二，安徽省“十三五”规划纲要中指出农业是全面建成小康社会、实现现代化的基础。要大力推进农业现代化，加快转变发展方式，走产出高效、产品安全、资源节约、环境友好的农业现代化道路。所以安徽省在农业节能减排的实践探索方面具有一定的代表性。
（一）数据来源及处理
农业生产相关面积和畜禽数量均来自安徽省农业统计年鉴。
本文估算的种植业品种是水稻（早稻、中稻和晚稻），水稻不仅是中国最主要的CH4排放源，而且对全球的CH4排放也起着重要的作用。旱田生态系统中，厌氧呼吸过程相对较弱，CH4细菌不活跃，且旱地土壤对CH4具有吸收作用，所以旱地生态系统的CH4排放很少（唐红侠等，2009）。
表4 2010-2015年安徽省水稻种植面积 （单位：千公顷）
年份 早稻 中稻 晚稻
2010 263.41 1701.98 279.98
2011 256.19 1702.20 272.42
2012 237.54 1714.27 263.24
2013 234.50 1730.10 248.50
2014 225.33 1753.50 238.50
2015 189.95 1828.07 216.90
（资料来源：作者根据《安徽省农业统计年鉴整理》）
本文估算的畜禽品种主要包括：生猪、牛、马、驴、骡、羊、家禽。畜禽温室气体排放量测算主要包括：畜禽胃肠道内发酵的温室气体排放量和畜禽粪便所排放的温室气体量。
表5 2010-2015年安徽省畜禽数量 （单位：万头/只，头）
年份 肉猪出栏头数 家禽 羊存栏量 牛存栏量 马存栏量 驴存栏量 骡存栏量
2010 2782.1 23329.8 590.50 150.90 1746 3671 898
2011 2721.1 23906.0 591.60 147.23 1461 2389 638
2012 2927.6 25043.1 592.19 151.85 1291 2187 613
2013 2971.5 24717.6 605.28 155.09 1113 3956 605
2014 3089.2 24322.1 642.75 152.69 1074 1562 582
2015 2979.2 23860.0 688.34 164.61 947 2222 369
（资料来源：作者根据《安徽省农业统计年鉴整理》）
本文估算的能源和工业投入品主要包括：柴油、化肥、农药、农膜。农膜、化肥、柴油使用量逐年增加，只有农药使用量呈减少趋势。测算农业生产过程中的CO2排放。
声波识别表6 2010-2015年安徽省能源和工业投入品 （单位：万吨）
年份 农用塑料薄膜使用量 农用化肥施用量 农用柴油使用量 农药使用量
2010 8.07 319.77 68.13 11.66
硫酸锌片2011 8.61 329.67 70.42 11.75
2012 9.12 333.53 72.03 11.67
2013 9.49 338.40 73.43 11.78
2014 9.62 341.39 73.44 11.40
2015 9.79 338.69 75.69 11.10
（资料来源：作者根据《安徽省农业统计年鉴整理》）
（二）研究结果
1、第一层：安徽农业生产直接碳排放。2010-2015年安徽省水稻CH4排放量呈上升趋势，从2010年的99.35万吨到2015年的102.84万吨。可能的原因在于，安徽省中稻播种面积逐年上升，且占到播种总面积的75%以上，再加上中稻的碳排放系数较大，导致在播种总面积没有增加的情况下，碳排放总量略有增加；畜禽肠道发酵CH4排放约为20万吨二氧化碳当量。在该层级中能源导致直接碳排放和水稻二氧化碳排放当量分别占总排放量的25%、62%，是该层级减排的关键节点。
表7 2010-2015年安徽农业生产直接碳排放 （单位：万吨）
2010 2011 2012 2013 2014 2015
水稻CH4
排放量 早稻 4.41 4.29 3.98 3.93 3.77 3.18
中稻 87.21 87.22 87.84 88.65 89.85 93.67
晚稻 7.73 7.52 7.26 6.86 6.58 5.99
总量 99.35 99.03 99.08 99.44 100.21 102.84
畜禽CH4
排放量 猪 6.86 6.71 7.22 7.33 7.62 7.35
家禽 0.07 0.07 0.08 0.07 0.07 0.07
牛 9.48 9.43 9.46 9.71 9.74 10.04
羊 3.03 3.05 3.05 3.09 3.22 3.43
马 0.0037 0.0031 0.0027 0.0024 0.0021 0.0020
驴 0.0040 0.0033 0.0025 0.0033 0.0030 0.0021
骡 0.0010 0.0008 0.0007 0.0007 0.0006 0.0005
总量 19.45 19.27 19.82 20.21 20.66 20.89
畜禽N2O
排放量 猪 0.81 0.79 0.85 0.86 0.90 0.86
家禽 0.07 0.07 0.08 0.07 0.07 0.07
牛 0.19 0.18 0.19 0.19 0.19 0.20
羊 0.19 0.20 0.20 0.20 0.21 0.22
马 0.0003 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002 0.0001
驴 0.0005 0.0004 0.0003 0.0004 0.0004 0.0003
骡 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001贺敏仁
总量 1.26 1.24 1.32 1.32 1.37 1.35
柴油 40.38 41.74 42.69 43.52 43.53 44.86
总量 160.44 161.28 163.01 164.66 165.77 169.94
（资料来源：根据研究结果计算）
2、第二层：安徽省农业生产过程隐含碳排放。该层级是在第
