小麦玉米种植系统碳足迹核算与评估——基于山东省巨野县的实证分析

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2026-0227

摘要/Abstract

摘要：

本研究旨在通过对山东省巨野县小麦和玉米的基础生产数据进行定量分析，为推动低碳绿色农业发展以及实现农业碳中和提供数据支持和理论依据。研究采用生命周期评价(LCA)方法，以2023年巨野县的小麦和玉米种植系统为研究对象，通过系统收集2种粮食作物的播种面积、产量水平、化肥施用量、农药使用量、柴油消耗量及灌溉用电量等基础数据，对粮食生产过程中的碳足迹进行定量核算与评估。结果表明：2023年，巨野县小麦和玉米的生产碳足迹分别为12.36万t和7.68万t，小麦单位播种面积和单位产量碳足迹为2.27 t/hm²和0.35 t/t，玉米为1.70 t/hm²和0.24 t/t；小麦单位产值和单位利润碳足迹为1.26、2.28 t/万元，玉米为0.77、1.11 t/万元。小麦生产碳足迹和单位碳足迹均高于玉米生产。肥料、农田、灌溉用电和农机柴油消耗是小麦玉米生产体系最主要的碳排放源，其贡献率分别占全年碳排放总量的34.91%、26.14%、19.32%和15.43%。肥料和机械化投入对小麦和玉米生产体系的碳排放和生产成本都起到了远大于种子和农药的贡献作用。因此，优化肥料施用、发展节水灌溉技术以及推进高效机械化种植等措施是实现经济效益和生态效益双赢的可持续发展策略。

关键词: 小麦玉米种植系统, 碳足迹, LCA, 碳排放

Abstract:

The study aimed to conduct a quantitative analysis using basic production data of wheat and corn from Juye County, Shandong Province, so as to provide data support and theoretical foundations for developing low-carbon, green agriculture and achieving agricultural carbon neutrality. Employing the life cycle assessment (LCA) method, the research focused on the wheat and corn cropping systems in Juye County in 2023. By systematically collecting fundamental data, including sown area, yield levels, fertilizer application rates, pesticide usage, diesel consumption, and irrigation electricity use, the study quantitatively calculated and evaluated the carbon footprint throughout the grain production process. The results showed that in 2023, the carbon footprints of wheat and corn production in Juye County were 123600 tons and 76800 tons, respectively. The carbon footprint per unit sown area and per unit yield for wheat was 2.27 t/hm² and 0.35 t/t, and that for corn was 1.70 t/hm² and 0.24 t/t. The carbon footprint per unit output value and per unit profit for wheat was 1.26 and 2.28 t/10000 yuan, respectively, compared to 0.77 and 1.11 t/10000 yuan for corn. Both the total carbon footprint and unit carbon footprint of wheat production were higher than those of corn. Fertilizers, field operations, irrigation electricity, and diesel consumption from agricultural machinery were the main sources of carbon emissions in the wheat and corn production systems, accounting for 34.91%, 26.14%, 19.32%, and 15.43% of annual total emissions, respectively. In both wheat and corn production, fertilizers and machinery contributed more significantly to carbon emissions and production costs than seeds and pesticides. Therefore, optimizing fertilizer application, promoting water-saving irrigation, and advancing efficient mechanized farming are sustainable strategies that can achieve a win-win outcome for both economic and ecological benefits.

Key words: wheat and maize production system, carbon footprint, LCA, carbon emission

中图分类号:

X82环境质量分析与评价

牛玉军. 小麦玉米种植系统碳足迹核算与评估——基于山东省巨野县的实证分析[J]. 中国农学通报, 2026, 42(15): 7-14.

NIU Yujun. Carbon Footprint Accounting and Assessment of Wheat and Maize Cropping Systems Based on Empirical Analysis of Juye County in Shandong Province[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2026, 42(15): 7-14.

图/表 8

参考文献 28

[1]	马文奇, 马林, 张建杰, 等. 农业绿色发展理论框架和实现路径的思考[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2020, 28(8):1103-1112.
[2]	WIEDMANN T M J C. A Definition of Carbon Footprint[M]. New York: Nova Science Publishers, 2008.
[3]	郝小雨. 基于碳足迹的黑龙江垦区农业生态系统碳源/汇时空变化[J]. 中国农业资源与区划, 2022, 43(8):64-73.
[4]	丁也璐, 赵娜娜, 黎明, 等. 陕北农田作物生产碳源/汇及碳足迹空间特征[J]. 生态学报, 2024, 44(11):4574-4583.
[5]	谭鑫, 李昊儒, 王子健, 等. 2015-2020年不同省份小麦生命周期碳足迹变化分析[J]. 中国农业气象, 2024, 45(8):809-821.
[6]	邹晓霞, 李玉娥, 高清竹, 等. 中国农业领域温室气体主要减排措施研究分析[J]. 生态环境学报, 2011, 20(Z2):1348-1358.
[7]	肖广敏, 茹淑华, 侯利敏, 等. 河北省小麦玉米生产体系碳足迹分析[J]. 生态与农村环境学报, 2022, 38(11):1388-1395.
[8]	史磊刚, 陈阜, 孔凡磊, 等. 华北平原冬小麦-夏玉米种植模式碳足迹研究[J]. 中国人口·资源与环境, 2011, 21(9):93-98.
[9]	International Organization for Standardization. Carbon footprint of products-requirements and guidelines for quantification and communication[S]. ISO 14067: 2018.
[10]	IPCC, Climate change 2013, The physical science basis: Cambridge Cambridge University Press[R]. 2013.
[11]	国家发展和改革委员会. 省级温室气体清单编制指南(试行)[R]. 2011.
[12]	王钰乔, 濮超, 赵鑫, 等. 中国小麦、玉米碳足迹历史动态及未来趋势[J]. 资源科学, 2018, 40(9):1800-1811. doi: 10.18402/resci.2018.09.10
[13]	王占彪, 王猛, 陈阜. 北平原作物生产碳足迹分析[J]. 中国农业科学, 2015, 48(1):83-92. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2015.01.09
[14]	HE L Y, ZHANG A F, WANG X D, et al. Effects of different tillage practices on the carbon footprint of wheat and maize production in the Loess Plateau of China[J]. Journal of cleaner production, 2019, 234:297-305. doi: 10.1016/j.jclepro.2019.06.161 URL
[15]	刘巽浩, 徐文修, 李增嘉, 等. 农田生态系统碳足迹法:误区、改进与应用——兼析中国集约农作碳效率(续)[J]. 中国农业资源与区划, 2014, 35(1):1-7.
[16]	生态环境部, 国家统计局. 关于发布2022年电力二氧化碳排放因子的公告[M/OL]. 2024.
[17]	计军平, 晓明. 碳足迹的概念和核算方法研究进展[J]. 生态经济, 2011(4):76-80.
[18]	朱永昶, 李玉娥, 姜德锋, 等. 基于生命周期评估的冬小麦-夏玉米种植系统碳足迹核算—以山东省高密地区为例[J]. 农业资源与环境学报, 2017, 34(5):473-482.
[19]	张力, 陈阜, 雷永登. 黄淮海地区冬小麦-夏玉米生育期内水分供需时空变化特征[J]. 中国农业大学学报, 2020, 25(4):1-10.
[20]	张翠英. 鲁西南不同降水年型对冬小麦生长及产量的影响[J]. 江西农业学报, 2024, 36(11):84-90.
[21]	匡雪芹, 谢彬, 李云春, 等. 云南省农田生态系统碳足迹及其特征分析[J]. 中国农学通报, 2023, 39(32):99-108. doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0973
[22]	王梁, 赵杰, 陈守越. 山东省农田生态系统碳源、碳汇及其碳足迹变化分析[J]. 中国农业大学学报, 2016, 21(7):133-141.
[23]	温桂香. 河南省小麦玉米生产碳氮足迹时空特征及驱动因素分析[D]. 郑州: 河南农业大学, 2024.
[24]	张传伟, 于思勤, 湾晓霞, 等. 小麦“一喷三防”技术推广应用实践与思考[J]. 中国植保导刊, 2023, 43(5):84-87,94.
[25]	SHE W, WU Y, HUANG H, et al. Integrative analysis of carbon structure and carbon sink function for major crop production in China’s typical agriculture regions[J]. Journal of cleaner production, 2017, 162:702-708. doi: 10.1016/j.jclepro.2017.05.108 URL
[26]	王响玲, 宋柏权. 氮肥利用率的研究进展[J]. 中国农学通报, 2020, 36(5):93-97. doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb19010134
[27]	苏亚飞, 包文彬, 李彦生, 等. 农田土壤酸化:原理、危害及缓解措施[J]. 土壤与作物, 2025, 14(1):1-14.
[28]	张凤. 农业可持续发展视阈下的土壤肥料问题剖析策略[J]. 农业与技术, 2017, 37(8):30.

农资投入	排放因子	来源文献
氮肥	1.53 kg CO₂eq/kg	[12]
磷肥	1.63 kg CO₂eq/kg	[12]
钾肥	0.65 kg CO₂eq/kg	[12]
复合肥	1.77 kg CO₂eq/kg	[13]
小麦种子	0.58 kg CO₂eq/kg	[14]
玉米种子	1.93 kg CO₂eq/kg	[14]
农药	12.44 kg CO₂eq/kg	[15]
农膜	22.72 kg CO₂eq/kg	[15]
柴油	3.10 kg CO₂eq/kg	[15]
灌溉用电	0.64 kg CO₂/kWh	[16]
施肥直接N₂O排放	0.0057 kg N₂O-N/kg N	[11]
化肥挥发间接N₂O排放	0.01 kg N₂O-N/kg N	[11]
氮肥淋溶间接N₂O排放	0.0075 kg N₂O-N/kg N	[11]

农资投入	排放因子	来源文献
氮肥	1.53 kg CO₂eq/kg	[12]
磷肥	1.63 kg CO₂eq/kg	[12]
钾肥	0.65 kg CO₂eq/kg	[12]
复合肥	1.77 kg CO₂eq/kg	[13]
小麦种子	0.58 kg CO₂eq/kg	[14]
玉米种子	1.93 kg CO₂eq/kg	[14]
农药	12.44 kg CO₂eq/kg	[15]
农膜	22.72 kg CO₂eq/kg	[15]
柴油	3.10 kg CO₂eq/kg	[15]
灌溉用电	0.64 kg CO₂/kWh	[16]
施肥直接N₂O排放	0.0057 kg N₂O-N/kg N	[11]
化肥挥发间接N₂O排放	0.01 kg N₂O-N/kg N	[11]
氮肥淋溶间接N₂O排放	0.0075 kg N₂O-N/kg N	[11]

生长季	播种面积/ hm²	产量/ 万t	产值/ 万元	利润/ 万元	碳足迹/ 万t	单位播种面积碳足迹/(t/hm²)	单位产量碳足迹/(t/t)	单位产值碳足迹/(t/万元)	单位利润碳足迹/(t/万元)
小麦季	54426.94	35.39	97761.12	54143.10	12.36	2.27	0.35	1.26	2.28
玉米季	45210.50	32.22	99447.72	68881.13	7.68	1.70	0.24	0.77	1.11

生长季	播种面积/ hm²	产量/ 万t	产值/ 万元	利润/ 万元	碳足迹/ 万t	单位播种面积碳足迹/(t/hm²)	单位产量碳足迹/(t/t)	单位产值碳足迹/(t/万元)	单位利润碳足迹/(t/万元)
小麦季	54426.94	35.39	97761.12	54143.10	12.36	2.27	0.35	1.26	2.28
玉米季	45210.50	32.22	99447.72	68881.13	7.68	1.70	0.24	0.77	1.11

作物种类	处理（氮肥减施比例）	N/(kg/hm²)	单位播种面积碳足迹/(t/hm²)	单位产量碳足迹(t/t)
小麦	常规施肥	108.60	2.27	0.35
	10%	97.74	2.25	0.35
	20%	86.88	2.24	0.34
	30%	76.02	2.22	0.34
玉米	常规施肥	100.80	1.70	0.24
	10%	90.72	1.68	0.24
	20%	80.64	1.17	0.16
	30%	70.56	1.16	0.16