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美国低碳农业实践之借鉴


  发展低碳经济、开发清洁资源,是缓解资源压力,保护生态环境,促进全球经济可持续发展的重大战略举措。联合国粮农组织的资料表明,工业化农业进程中全球耕地所释放出的温室气体超过了全球人为温室气体排放总量的30%,相当于150亿吨二氧化碳,而低碳农业可抵消80%的农业温室气体。因此,转变农业生产方式、大力发展低碳农业,有利于减少农业发展对环境的不利影响,应对全球气候的非常规变化,实现农业可持续发展与生态环境保护的有机统一。、

  低碳农业是在农业生产过程中以减缓温室气体排放为主要目标,以减少碳排放、增加碳汇和适应气候变化为主要技术手段,通过改变农作物生产方式、调整农业产业结构、提高土壤有机质、做好病虫害防治、发展农村可再生能源等农业生产和农民生活方式的转变来实现高效率、低能耗、低排放、高碳汇的现代农业。美国是世界上重要的农业大国之一,也是农业生产力水平和农业生产方式最先进的国家之一,同时也是世界第二大温室气体排放国,其在低碳农业领域已做出了一系列尝试并取得了初步成效。2007年7月,美国参议院提出“低碳经济法案”,表明低碳经济有望成为美国未来的重要战略选择。系统研究美国在低碳农业方面的实践和经验,对我国乃至全世界发展低碳农业、转变农业生产方式均有借鉴意义。

  美国低碳农业的生产方式保护性耕作制度

  美国通过不断改良作物品种和改进农艺措施,在增加农产品产量的同时使农作物的土壤固碳能力持续提升,如使用改良的作物品种,尤其是能固定更多碳量的多年生作物,执行适合的作物轮作制及保护性耕作等。在作物缺乏营养时使用氮肥添加养分,促进土壤固碳能力的提升,同时通过采用“减少对化肥、杀虫剂及其他投入物的依赖性的耕作制度”,显著减少耕地的碳排放量。在具体生产过程中,美国对长期耕作及土壤风化腐蚀的农地采取保护性耕作及休耕制度,以重新吸收、储存土壤有机碳。对于休耕的农地,通过在地表再次覆盖植被来增加土壤有机碳的储存容量。有些特别的是,东南部地区还通过减少农地耕作幅度与强度,尽可能减轻土壤的物理性扰动,提高稳定性,增加土壤结构中稳固的土壤有机质比例。

  美国俄亥俄州立大学碳管理与贮存中心的研究结果显示,对于准备种床的作业,使用普通耕翻法时土壤的碳排放为35.5千克/公顷,使用免耕法时土壤的碳排放仅为5.8千克/公顷。由于保护性耕作很少扰动土壤和这些覆盖物(尤其在年平均温度20摄氏度以上的较温暖地区),也不烧掉它们,二氧化碳就不易释放出来,对减少耕作过程中的碳排放十分有利。近年来,美国保护性耕作应用面积不断扩大,1965年为耕地总面积的2.35%,1979年为16%,到1998年达到了37.2%。之后的5年,保护性耕作总面积增长不快,可能与部分耕地变为草地等有关。2004年卫星监测结果显示,全美有11300万英亩土地采用了保护性耕作,约占全部耕地面积的40%。2007年美国保护性耕作应用面积达41.8%,如果把减少耕作的土地面积也加进去,则2007年美国广义的(田面覆盖率在15%以上)保护性耕作比例达63.2%,涉及的作物种类包括玉米、小麦、大豆等常规性作物及棉花、蔬菜、马铃薯、西红柿等经济类作物。至此,保护性耕作已成为全美主流的耕作制度。

  精确的农业生产方式

  在农业生产中,肥料、生物固体及其他来源中的氮素并不会完全被作物吸收,氮素残留物可能产生二氧化氮的排放。因此,通过减少过滤和挥发流失,提高氮肥利用率可减少二氧化氮排放,间接地减少氮肥生产导致的温室气体排放量。美国提高氮肥利用率的做法主要是采用精确农业技术,即在精确估计作物化肥需求量的基础上调整氮肥施用比率,利用不同控释或缓释肥料形态或硝化抑制剂,在作物吸收之前且氮肥流失量最小的时候对作物施肥,精确定位施肥,使之处于最容易被作物根部吸收的位置,使氮肥的利用率达到很高的水平。

  1993-1994年,精确农业技术首先在美国明尼苏达州的两个大型农场得到试验,结果表明,用全球定位系统指导施肥的农田产量比传统平衡施肥的产量提高了30%左右,而且减少了化肥施用总量,经济效益和环境效益均大大提高。精确农业试验的成功,使得其技术思想得到了广泛发展。到1995年,美国约有5%的作物面积不同程度地应用了精确农业技术,近年来又有了更为迅速的发展。2005年,美国农业部对全美农场进行了抽样调查,结果显示,82%的农场在进行土壤采样时使用了农田地理信息系统,74%的农村使用了GIS制图,38%的收割机带有产量测量器,61%的农场采用了产量分析。目前,在美国的200多万个农场中,有60%—70%的年收入在25万美元以上的大农场采用了精确农业技术,而且精确农业应用的主要地区在美国中西部,应用的主要对象作物是大豆、小麦、玉米和部分经济作物。

  畜牧业低碳生产方式

  甲烷的排放是畜牧业对环境最大的影响,甲烷的温室效应是二氧化碳的25倍,降低甲烷的排放量是美国畜牧业长期以来面临的挑战。减少牲畜的甲烷排放量可通过减少使用营养补充品、防止过度放牧以及为不同的牲畜采取不同的喂养方式等手段实现。在该领域,美国采取的有效措施包括改进饲料配方,从而减少家畜肠道发酵产生的甲烷气体;建立生物工厂,加强对家畜粪便的循环利用;提高家畜饲养和饲料种植的效率;植树造林,加强对土地和水资源的管理,利用价格和税收对畜牧业进行调节等。1944-2008年,美国牛奶总产量从1 170亿磅提高到1860亿磅,奶牛甲烷气体的排放却从2560万头排放当量降低到2008年的920万头排放当量。可见,美国在通过控制牲畜甲烷排放降低温室效应方面采取的措施是有效的。

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