大豆种植节能减排外部效应分析.docVIP

大豆种植节能减排外部效应分析摘 要： 本文旨在于通过数据分析，对大豆种植过程中节能减排效应进行研究，发现大豆生产者除了获得了实物收益以外，还为我国节约了大约200万-900万（以2004年数据作为基准）吨标准煤的能源。 关键词： 大豆； 种植； 节能减排； 固氮 中图分类号： S565.1 文献标识码： A 文章编号：1009-8631（2010）07-0154-02 我国人均能源占有率十分有限，根据国务院新闻办2007年12月26日发表的《中国的能源状况与政策》白皮书，中国煤炭、水利人均占有量仅为世界平均水平的1/2，而石油、天然气的人均储量更是仅为世界平均水平的1/15，能源的可持续供给已经成为制约我国经济发展的重要因素；另一方面为保证粮食供给的安全，我国为提供大量的化学肥料而消耗了巨量的宝贵能源，并增加了环境的压力。必须注意的是，在农业生产过程中，包括大豆在内的植物具有极强的固氮能力，其种植收益除了包括种植大豆本身的经济收益以外，还应该包括因为该季种植而产生的外部正产出。而目前，国家对于化肥等农用物资的补贴政策，无疑降低了大豆种植过程中外部正产出。 化肥产业尤其是氮肥行业是典型能源密集型行业，化肥生产所需原料和燃料均直接来源于能源，2004年能源成本占总生产成本的70%左右①，化肥行业在推动世界农业高速发展的同时，也消耗了大量的能源。如何降低化肥能耗对于完成我国节能减排的目标具有重要的意义。 在此种情况下，大豆等豆科作物的固氮作用就显示出了他的优越性。早在19世纪末年，科学家们发现了有些生物能固氮，它们能合成固氮酶，在常温常压下，将N2还原成NH3。现在已知它们存在于100多属的细菌和真菌中，有好氧和厌氧的固氮菌、蓝细菌、与豆科植物共生的根瘤菌和与非豆科木本植物共生的放线菌等等，其中以根瘤菌豆科植物共生体系固氮能力最强见表1②。这些固氮生物在地球表面氮生态中起着非常重要的作用。据估计，当今由生物固定的氮已达2.0亿t/a，占地表化合态氮的65%-70%，而根瘤菌豆科植物共生体固定的氮又占生物固氮量的65%以上③。 我国农业生产过程中使用的氮肥主要是尿素和碳铵，生产过程中的能源消耗见表2。 按我国国家标准总局制定的能源折算标准将以上产品的能源消耗转化为标准煤，其数值见表3。 2004年，煤基尿素、气基尿素、油基尿素分别占分别占尿素总产量的62%、26%、12%③，经过计算可知2004年每吨尿素平均能耗为1.61吨标准煤，每吨碳铵的平均能耗为0.6716吨标准煤。由于尿素与碳铵中氮的含量分别为46%和17%，进而可知提供一吨氮的肥力，尿素和碳铵分别需要消耗3.5吨和3.95吨。2004年尿素与碳铵折纯使用量分别为60%和25%，其余氮肥所占的比例为15%，由于其他氮肥使用量较少，且总类繁多，为了简化分析过程，做如下假定： （1）农业生产者只使用尿素和碳铵两种氮肥，且各年对两种氮肥的偏好不发生改变，两种氮肥的使用量比例维持在0.294：0.706④。 （2）作物对根瘤菌固定的氮肥与尿素、碳铵具有相同的吸收率。 如果用A表示大豆种植面积，单位为千公顷；NFlow表示每公顷大豆根瘤菌固氮量下限，NFhign表示每公顷大豆根瘤菌固氮量上限，单位为kg（N）/hm2/a；F1表示尿素在尿素、碳铵两种肥料中折纯量的百分比；F2表示碳铵在尿素、碳铵两种肥料中折纯百分比，P1表示每吨尿素折纯量标准煤消耗，P2表示每吨碳铵折纯量标准煤消耗，单位为吨标准煤；Ylow表示大豆生产过程中根瘤菌固定氮的下限，Yhigh表示大豆生产过程中根瘤菌固定氮的上限，单位为吨标准煤。 则 简化为 Ylow=NFlow×A（F1P1+F2P2） Yhigh=NFhign×A（F1P1+F2P2） 将大豆种植面积数据带入简化公式，得出我国大豆种植过程中，大豆根瘤菌固氮作用所节约的标准煤数，见表4： 从表4可以看出，2004年全国大豆生产过程中，大豆根瘤菌固氮效果需要消耗200万―1000万吨标准煤所生产的氮肥量，也就是说，2004年大豆生产过程为我国节省了200万―1000万吨标准煤的能源消耗。 此外，种植大豆后会提高下一茬轮作作物氮利用率，因而在此过程中，为我国节能工作也做出了相当的贡献。表5显示的是历年玉米种植过程中，氮肥以及复合肥的使用量。 参照马保罗实验（马克罗及N.B. McLaughlin1992在渥太华发现大豆茬之后种植玉米，其单产一般与施肥较好的连作玉米的单产相当。同时也发现大豆、玉米轮作过程中，氮利用效率相对于玉米连作要高出25%⑤），做出以下假设： （1）对该数值进行保守的估计，认为我国大豆、玉米轮作过程可以使得玉米氮吸收率增