全球人口增长和有限的农业用地对同时追求更高的粮食产量和农业可持续性提出了挑战。粮食系统的温室气体排放量占全球温室气体排放量的21-37%，而且全球农业温室气体排放量仍保持以每年1%的速度增长。我国是世界上最大的粮食系统温室气体排放国，小农户占农业经营主体的98%，经营着70%的耕地。我国农场规模小、分散、数量多，加上机械化水平较低，对农业温室气体减排构成重大挑战。
在粮食安全的大背景下，确保排放公平的同时减少作物生产中的温室气体排放对我国农业可持续发展至关重要。针对这一科学问题，中国科学院地理科学与资源研究所徐湘博副研究员、张林秀研究员等联合中国农业大学经管学院赵启然教授和樊胜根教授，利用全国农村固定观察点的调查数据（样本量大于430,000户），揭示了从1993年到2020年我国农户层面的农业温室气体排放强度的长期变化趋势及不平等问题。
研究发现2015年是我国农业温室气体排放强度的转折点，从2015年到2020年，作物生产温室气体排放强度水平下降了16%。作物生产的温室气体排放强度从1993年的3914公斤CO2e/公顷增加到2015年的4710公斤CO2e/公顷，然后下降到2020年的3978公斤CO2e/公顷。从全生命周期视角，分温室气体来源贡献分析发现稻谷种植（尤其是甲烷CH4）、田间管理（主要是氧化亚氮N2O）和化肥生产是作物温室气体排放的三大主要贡献，分作物来看贡献最大的是玉米和水稻。
我国不同农业区的气候条件、地理位置和种植制度差异很大，根据中国农业综合区划分为九大农业区。除少数农业区在2015~2018年间达到峰值外，大多数农业地区的温室气体排放强度在2015年达到峰值。中国南部地区作为排放量最高的农业区，是最低排放量青藏高原的6.58倍。2006年之前中国南部地区温室气体排放强度保持相对稳定，约为8250公斤CO2e/公顷，2006年后急剧增加，2018年达到12834公斤CO2e/公顷，随后降至10403公斤CO2e/公顷，究其根源，使用复合肥和杀虫剂造成的温室气体排放量增加远远超过了中国南部地区水稻种植面积减少带来的下降幅度。长江中下游平原、黄淮海平原和东北平原分别是中国水稻、小麦和玉米生产的主要地区，2020年统计数据显示，长江中下游平原、黄淮海平原和东北平原的产量分别占每种作物总产量的50%、58%和32%。2015年之前黄淮海平原和东北平原的温室气体排放强度均有所增加，而长江中下游平原的趋势保持稳定，约为5500公斤CO2e/公顷，这一差异表明化肥和农药投入是三个地区温室气体排放强度增加的最重要贡献源，而长江中上游平原水稻种植减少造成的温室气体排放减少抵消了化肥投入造成的增加。其他农业区温室气体排放强度也呈现出先上升后下降的趋势。化肥、农药和水稻种植等共同因素在温室气体排放强度出现峰值后下降特征发挥了重要作用。关于农业地区之间温室气体排放强度差异的来源，玉米种植是中国北部地区差异的主要原因，而水稻种植是南部地区差异的主要因素，蔬菜种植几乎均匀地扩大了所有农业区的温室气体排放强度差异。
借助生产函数研究作物生产的温室气体排放强度驱动力发现，趋势变化背后的主要驱动力包括农田投入、所有其他投入、农业劳动力投入和全要素生产率，但不包括资本投入。进一步研究农业温室气体排放强度的不平等发现，1993~2020年我国农业温室气体排放强度的不平等从0.166增加到0.272，贡献源模式发生了明显的变化。值得注意的是，耕地投入和所有其他投入贡献了80%的不平等，而全要素生产率的贡献逐渐下降，并被劳动力迁移引起的农业劳动力投入差异所取代。随着时间的推移，全要素生产率的贡献逐渐减小，表明中国区域间技术均等性不断提高。同时，城镇化导致中国农业劳动力投入差异增大，农业劳动力投入对温室气体排放强度不平等的贡献增大。此外，中国农村地区的资本投入不温不热，资本投入对GEI不平等的贡献很小，并且基本没有变化。总而言之，降低农业温室气体排放强度和防止不平等扩大需要优化生产要素投入。
该成果以“Inequality in agricultural greenhouse gas emissions intensity has risen in rural China from 1993 to 2020”为题，于2024年11月04日于Nature Food（IF=23.6）。中国科学院地理科学与资源研究所为该论文的第一署名单位，中国科学院地理科学与资源研究所徐湘博副研究员、中国农业大学经济管理学院赵启然教授为该文的共同第一作者，中国农业大学经济管理学院樊胜根教授和中国科学院地理科学与资源研究所张林秀研究员为共同通讯作者。该研究成果得到了国家自然科学基金项目和地理资源所“可桢-秉维青年人才”项目的资助与支持。
论文信息：
Xu,X.,Zhao,Q.,Guo,J. et al. Inequality in agricultural greenhouse gas emissions intensity has risen in rural China from 1993 to 2020. Nat Food 5,916–928 (2024).
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s43016-024-01071-1
