中国粮食作物秸秆焚烧释放碳量的估算

摘要：生物质燃烧对全球大气环境和气候系统会产生重要的影响，根据1999—2008年中国的粮食产量、谷草比，估算了主要粮食作物的秸秆产量，结合秸秆露天焚烧比例计算了中国1999—2008年主要粮食作物秸秆露天焚烧量，进一步依据相关排放因子得出CO和CO2的排放量及碳排放总量。结果发现，中国主要粮食作物年平均秸秆产量达到4.9×108t，粮食秸秆露天焚烧量平均为0.94×108t，约占粮食作物秸秆总量的19%，其中稻谷秸秆露天焚烧量占到粮食秸秆露天焚烧量的43.1%；粮食作物秸秆露天焚烧排放的CO和CO2总量平均每年分别为9.19×106t和1.07×108t；排放的总碳量平均每年为3.32×107t，其中稻谷、小麦、玉米、豆类秸秆露天焚烧释放的总碳量分别为9.88×106、9.93×106、11.14×106、2.22×106t。
关键词：秸秆；粮食作物；露天焚烧；碳
中图分类号：X511文献标志码：A文章编号：1672-2043(2011)04-0812-05
根据碳监测行动（CARMA）网站提供的数据，中国2009年CO2排放量位居全球第二，在国际谈判中面临着严峻的碳减排问题，这也是中国政府和科学家所面临的重要议题[1-2]。从全球范围看，每年大约有3.9Pg碳通过生物质燃烧排放到大气中，相当于人类每年燃烧化石燃料排放量的70%[3]。农田秸秆焚烧是生物质燃烧的一个重要组成部分，我国秸秆资源丰富，占世界秸秆总产量的20%~30%。据曹国良等的研究，2000—2003年我国的秸秆总量变化不大，均在6×108t左右[4]。在传统农业阶段，秸秆资源主要用于肥料、燃料、饲料和建筑材料，但是随着农业的现代化进程，大量的传统农业生产要素被大工业所提供的农用生产要素所替代，农业主产区秸秆资源大量过剩，农民就地焚烧秸秆现象日益突出，引起了全社会的关注。
农作物秸秆燃烧时，会产生大量的CO2、CO、氮氧化物、苯以及多环芳烃等有害气体，不仅危害人体健康，造成环境污染，其中排放的大量CO2会使地球变暖，导致灾害发生。据多种模型预测结果显示，到2030年大气中CO2浓度将加倍，全球年平均气温将升高1.5～4.5℃[5]。而大气中CO的存在会降低大气的氧化性，延长CH4在大气中的停留时间，是一种间接作用的温室气体[6]。本文以此为立足点，根据中国粮食作物产量、谷草比、秸秆露天焚烧比例及排放因子，估算中国粮食作物秸秆产量、露天焚烧量及秸秆露天焚烧排放CO2、CO量和碳释放量，为国家气候变化模拟提供数据基础，为制定相关政策以及气候和环境外交提供科学依据。
1材料与方法
1.1粮食作物秸秆资源数量
中国作为世界粮食生产大国，粮食作物秸秆资源相当丰富。但由于作物秸秆产量并未列入国家的统计范围，其产量通常依据作物产量计算得出。本文根据1999—2008年《中国统计年鉴》获得各省、市、自治区粮食产量的数据[7]，然后根据谷草比[8]测算出粮食作物秸秆产量。
1.2粮食作物秸秆露天焚烧量
农作物秸秆露天焚烧具有很强的季节性，其燃烧量因所处气候带、农村生活水平、植被覆盖现状和粮食作物秸秆产量的不同而不同，但最主要是由农民的收入水平和农民的秸秆利用成本决定。曹国良等[4]综合全国各省、市按农村生活水平、气候带、植被覆盖现状等资料提出了全国各省、市、自治区的秸秆露天焚烧比例，这一结果被陈新峰[9]的研究所证实，并被张鹤丰等[10，15]所使用，因此本文也采用这一方法来估计粮食作物秸秆露天焚烧量。首先依据1.1中估算1999—2008年的秸秆产量，然后根据全国各省、市、自治区秸秆露天焚烧比例[4]确定粮食作物秸秆露天焚烧量。
1.3排放因子及碳释放量的确定
排放因子是表征气态污染物排放特征的重要参数，本研究中粮食作物秸秆燃烧排放CO、CO2的排放因子是通过现阶段文献所查到的各国粮食作物秸秆燃烧排放因子，然后选择中国粮食作物秸秆燃烧排放CO、CO2的排放因子，在没有中国粮食作物秸秆燃烧排放因子的条件下，选择与中国国情相同的发展中国家的排放因子。碳释放量根据粮食作物秸秆露天焚烧释放CO、CO2的量来估算。本文所采用的排放因子的值为相应的平均值，具体见表1。
表1排放因子汇总（g•kg-1）

2结果与分析
2.11999—2008年中国粮食作物秸杆产量
从表2可以看出，10年间我国粮食作物秸秆产量随着粮食产量的变化从1999年的5.2×108t降低到2003年的4.4×108t，到2008年又增加到5.6×108t，年平均产量约为4.9×108t，其产量占我国农作物平均每年秸秆总产生量约6.4×108t的77%[8]。其中玉米秸秆产量从2000年随着玉米产量的逐年增加而不断增加，并且从2003年开始超过了稻谷秸秆的产量，这反映了我国畜牧业的蓬勃发展和人民生活水平的稳步提升。