农户玉米生产的碳足迹及影响因素研究——基于甘肃和宁夏调研数据

作     者：罗娇 

作者单位：兰州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胥刚;马志愤

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 09[农学] 0901[农学-作物学] 0713[理学-生态学] 

主      题：玉米 碳足迹 影响因素 随机森林 

摘      要：农业生产活动是重要的温室气体排放来源,是实现碳达峰、碳中和的重要环节。我国西北地区生态环境脆弱,明确该区域的农业生产如何主动对标双碳目标,实现主要农作物的低碳生产,是非常需要开展的研究方向。本研究以甘肃和宁夏两省(自治区)的北部8市为研究区,以农户玉米生产为研究对象,采用生命周期评价方法,揭示农户玉米生产的碳排放现状。进一步使用随机森林的机器学习算法,从自然与人为两方面,探讨影响单位玉米产品碳排放强度的主要因素。主要结果如下:(1)研究区农户生产每吨玉米的平均碳足迹为670.48 kg CO-eq,且甘肃省农户(723.26 kg CO-eq)的碳排放要高于宁夏回族自治区(513.34 kg CO-eq)。分地区碳足迹由高到低依次为兰州市白银市庆阳市平凉市固原市中卫市定西市吴忠市。(2)从碳足迹来源的构成看,研究区农户玉米生产全生命周期的碳足迹主要来源于原材料生产阶段(52.15%)、田间种植阶段(46.52%)、收获阶段(1.18%)、秸秆处理阶段(0.15%)。从清单物质贡献度看,对碳排放占比≧1%的投入物质分别为:复合肥(34.26%)、氮肥(31.08%)、灌溉水电(11.89%)、机械燃油(7.97%)、农膜(6.85%)与磷肥(6.21%)。肥料在所有地区均占据着较大的排放份额,而在具备灌溉条件地区,灌溉也占有较大份额。(3)影响相同玉米产出碳排放强度的因素重要性排序依次为:玉米生长期月均降水量、农田坡度、种植规模、受灾情况、玉米生长期月均温度。因而对于西北半干旱区,影响玉米生产碳排放的主要为自然类因素,尤其生长期降水量是影响玉米生产碳排放强度的主要原因。人为因素总体而言不是主要因素,对碳排放起次要的作用。(4)整体上,玉米生长期月均降水量、农田坡度与碳排放成负相关,种植规模与碳排放成正相关。其中,生长期月均降水量低的地区其碳足迹较高,表明此地区种植玉米需要付出很高的环境代价。基于以上结论,论文提出以下生产优化建议:(1)加强技术培训。研究区农户受教育水平较低,对肥料使用方法不了解,过量施肥等不科学的管理方式较为明显。因此建议相关政府部门一方面要加大力度开展农技培训,以弥补农民知识技术的缺乏,提高农民种植技术水平,进而规避农民在种植行为上的不科学。另一方面需要提供测土配方等公共服务,指导不同土壤条件地区的施肥方案。(2)优化玉米种植区域。根据自然条件与碳排放强度之间的关系,科学规划玉米种植区域,生长期月平均降水量较低的地区不适宜种植玉米,当选用其他相对更耐旱的作物。坡度较陡的坡地由于水土流失严重,同样不适宜种植玉米,应当退耕还林还草或选种更加保持水土的作物。(3)重视小农户玉米生产的环境价值。对于西北半干旱区农户来说,其小农玉米生产反而具有一定的环境优势,在进行种植规模规划时应提高对小农户玉米生产的重视,不宜盲目扩大农户玉米种植规模。