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改善农业覆盖以减少环境足迹并提升经济利润

2026-03-29 12:19:39

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农业既是粮食安全的压舱石，也是温室气体排放的重要来源，在“双碳”目标下，如何实现粮食增产与减排降碳的协同发展，成为农业绿色转型的核心课题。地膜覆盖、秸秆覆盖作为我国农业生产中广泛应用的农艺措施，虽能有效提升作物产量，但其对全生命周期碳足迹、环境效益和经济收益的综合影响，却长期缺乏系统性的县域尺度评估。本研究结合生命周期评估（LCA）与DNDC模型，以我国玉米、小麦、水稻三大主粮为研究对象，系统分析了无覆盖、地膜覆盖（PM）、秸秆覆盖（SM）三种模式下的碳足迹、温室气体减排潜力及净环境经济效益（NEEB），首次在县域尺度厘清了不同覆盖措施对三大主粮的环境与经济影响差异，为我国农业低碳发展提供了精准的技术指引。

图1. 覆盖栽培作物生产中估算碳足迹的生命周期评估系统边界

三大主粮碳排放画像：水稻居首，氮肥、甲烷成核心元凶研究显示，2000-2019年我国玉米、小麦、水稻三大主粮生产年均温室气体排放达668 Tg CO₂ eq，河南、山东、江苏等农业大省贡献了全国39%的排放量，其中水稻占比38%、玉米33%、小麦29%，水稻成为农业碳排放的“主力军”。不同作物的碳排放“元凶”各有不同：水稻碳足迹高达9076 kg CO₂ eq/ha，60%来自稻田甲烷（CH₄）排放，淹水环境形成的厌氧条件为产甲烷菌提供了适宜的生存环境，水稻植株更是甲烷释放的重要通道；玉米和小麦的碳足迹分别为7276、8202 kg CO₂ eq/ha，氮肥是核心贡献者，占比超56%，包括氮肥生产运输的间接排放，以及田间施用后产生的氧化亚氮（N₂O）排放，而我国农业生产中普遍存在的氮肥过量施用，进一步加剧了这一问题。此外，常规种植模式下的土壤有机碳矿化，也成为三大主粮碳排放的重要来源，分别占玉米、水稻、小麦碳足迹的17%、10%、16%，长期的化肥重施、集约化耕作，导致农田土壤碳库持续损耗，削弱了土壤的固碳能力。

图2. 中国温室气体总排放量分布图（A）、覆盖条件下温室气体总排放量（B）以及无覆盖条件下的省际变化（C）。CK，无覆盖；PM，塑料薄膜覆盖；SM，秸秆覆盖

研究对比了地膜覆盖和秸秆覆盖对三大主粮碳足迹、产量及经济效益的影响，结果显示两种模式呈现出截然不同的表现，秸秆覆盖成为兼顾减排、增产、增收的最优解。秸秆覆盖减排9%+增产12%+增收9%，实现三重协同秸秆覆盖通过增加土壤有机碳固存，显著降低了三大主粮的碳足迹，玉米、小麦、水稻分别减排6%、3%、16%，全国尺度年均减排59 Tg CO₂ eq，减排效果在河南、山东、湖南等主产省尤为显著。尽管秸秆覆盖会轻微增加玉米、小麦的N₂O排放和水稻的CH₄排放，但土壤固碳带来的气候效益，完全抵消了这部分非CO₂温室气体排放的负面影响。产量与经济层面，秸秆覆盖实现了全国主粮总产量提升12%，净环境经济效益增加9%。秸秆还田改善了土壤结构和肥力，为作物生长提供了良好的环境，其中玉米、小麦增产效果显著，分别达19%、14%，即便水稻增产仅0.1%，但整体效益仍实现正增长。这一结果也印证了我国秸秆资源化利用的巨大潜力，为秸秆禁烧后的综合利用提供了重要的农业路径。

图3. 中国主要农作物生产在覆盖条件下碳足迹的县级变化图。CK，不覆盖；PM，塑料薄膜覆盖；SM，秸秆覆盖。

地膜覆盖增产显著但碳排放上升，需配套减排措施地膜覆盖虽推动全国主粮总产量提升22%，玉米、小麦净环境经济效益分别增加64%、15%，但整体碳足迹上升5%，全国年均温室气体排放增至699 Tg CO₂ eq。地膜覆盖通过提升土壤温度和湿度，加速了土壤有机碳矿化，同时增加了氮肥相关排放，加之地膜生产、运输的间接碳排放，共同推高了碳足迹；而水稻种植中，地膜覆盖不仅未实现增产，反而导致其净环境经济效益下降18%，成为地膜覆盖的“短板”。值得注意的是，地膜覆盖在农户层面具有较高的接受度，其显著的增产效果能直接提升农民收入，但环境层面的碳排放代价不容忽视。研究指出，地膜覆盖并非“不可用”，而是需要配套硝化抑制剂、有机肥替代等减排措施，在保留其增产优势的同时，抵消碳排放增量。

图4. 中国主食生产中因不同覆盖方式（A、C）导致的温室气体排放变化（ΔGHG）图，以及各省间的变化（B、D）。PM，塑料薄膜覆盖；SM，秸秆覆盖

农业绿色转型并非“增产与减排二选一”，而是通过科学的农艺措施和精准的施策方案，实现二者的协同共赢。秸秆覆盖的优异表现，印证了我国农业循环发展的巨大潜力；地膜覆盖的“增产不减排”，则提醒我们农业技术推广需兼顾环境与经济双重效益。在保障粮食安全的前提下，立足我国农业生产实际，精准选择低碳农艺措施，完善技术配套体系，推动秸秆资源化、化肥减量化、地膜绿色化，才能让农业既端稳“中国饭碗”，又扛起“低碳责任”，走出一条兼具高产、高效、低耗的农业绿色发展之路。

参考文献

[1]Wei H, Yang Y, Zhang L, et al.Improving agricultural mulching to reduce environmental footprint and enhance economic profit across China[J/OL]. Resources, Conservation and Recycling, 2025, 221: 108393. DOI:10.1016/j.resconrec.2025.108393.