鉴于化肥施用对农业碳排放的影响，农业碳减排应在控制氮肥施用和降低能源消耗上采取措施，在控制氮肥施用方面，可考虑以测土配方施肥技术的推广应用为核心，继续推广氮肥减施、精准施肥、水肥一体化和缓释肥、长效肥、硝化抑制剂等减排技术和新型肥料。实际上，中国从2005年就开始推广该技术，农业部发布了一系列测土配方施肥技术推广通知和扶持政策，如“测土配方施肥技术规范（2011年修订版）”和“小麦、玉米、水稻三大粮食作物区域大配方与施肥建议（以下简称三大粮食作物施肥建议）”。然而，从图1可以看出：1993-2013年，中国粮食作物播种面积基本维持在11000万hm2左右，粮食种植的化肥施用量增速是粮食产量增速的2.29倍，单位产出的化肥投入边际效益以年均1.75%的速度降低。那么，多年的测土配方施肥技术推广是否显著降低了中国各地区三大粮食作物化肥施用的单位产品碳排放量？各地区三大粮食作物科学施肥的碳减排潜力还有多大？这些问题都非常值得学界研究。
国内多数农业碳排放研究或单独考虑国家层面，或国家、省级行政区域兼顾，对中国农业碳排放现状、时空特征的把握也随着研究的深入而不断趋于准确。但是，在进行区域比较时，集中于单纯的农业碳排放绝对量（如总量、强度）比较，虽可操作性强，却易受农业生产规模或农作物复种指数的影响。目前，反映农业碳排放效率的指标有农业碳排放强度和农业碳排放密度，其中农业碳排放强度指平均每万元农业GDP所产生的碳排放量，农业碳排放密度指平均每公顷播种面积上所产生的碳排放量。以上这些指标难以比较中国各地区农作物化肥施用的单位产品碳排放量的差异。为此，本文提出核算分析中国三大粮食作物化肥施用的单位产品碳排放量时空演变，并以科学施肥为标准进一步测算中国各地区三大粮食作物化肥施用的碳减排潜力，为中国进一步推广测土配方施肥技术提供参考依据。
2.1粮食作物化肥施用的单位产品碳排放量测算方法
本文采用排放系数法，在参考李波等学者的碳排放公式构建方法基础上，本文构建了粮食作物实际化肥施用单位产品碳排放量测算公式（1）：
EAijh=(Nijh·Cn+Pijh·Cp+Kijh·Ck)/Yijh（1）
式中EAijh为第i年j地区每公斤h类粮食作物实际化肥施用的碳排放量（kgCE/kg）；Nijh、Pijh和Kijh分别为第i年j地区h类粮食作物种植的每亩氮、磷和钾化肥实际折纯施用数量；Cn、Cp和Ck分别为氮、磷和钾化肥的碳排放系数；Yijh为第i年j地区h类粮食作物的平均亩产量。
2.2粮食作物化肥施用的碳减排潜力测算方法
碳减排潜力测算分两步实现：
第一步测算出2013年实际亩产量的各地区各类粮食作物科学施肥的单位产品碳排放量，测算方法见公式（2）：
EGjh=(NGjh·Cn+PGjh·Cp+KGjh·Ck)/YGjh（2）
式中EGjh为科学施肥情形下，j地区每公斤h类粮食作物化肥施肥的碳排放量（kgCE/kg）；NGjh、PGjh和KGjh分别为科学施肥情形下，第j地区h类粮食种植的每亩氮、磷和钾肥建议施肥量；YGjh为j地区h类粮食为科学施肥情形下的区间亩产量平均值。
第二步，依据科学施肥单位产品碳排放量相对实际施肥单位产品碳排放量的减少量，以及各地区各类粮食的总产量，测算各地区各类粮食作物化肥施用的碳减排潜力，测算方法见公式（3）：
PEjh=Tjh(EAjh-EGjh)（3）
（1）氮磷钾肥碳排放因子。其中，氮、磷和钾化肥制造过程的碳排放系数借鉴陈舜等最近完成的中国氮磷钾肥制造温室气体排放系数估算。关于氮肥施用的N2O排放，IPCC已设定N应用的排放因子为0.0125kgN2O-N/kgN；胡小康等研究氮肥管理对夏玉米土壤CH4和N2O排放影响的结果表明：氮肥施用量300kgN/hm2、250kgN/hm2和185kgN/hm2情况下N2O-N排放导致的温室效应分别为1621.29kgCO2/hm2、1095.82kgCO2/hm2和786.72kgCO2/hm2。农田N应用包括氮肥和有机肥施用，因此，胡小康等的研究结果更适合中国三大粮食作物种植氮肥施用的N2O排放，取其研究的平均值，氮肥施用释放N2O导致的碳排放因子为1.276kgCE/kg。最终，各种化肥的碳排放系数确定为：氮肥3.392kgCE/kg（2.116+1.276），磷肥0.636kgCE/kg，钾肥0.180kgCE/kg。
（4）依据化肥折纯量计算参考，本文将复混肥中的磷酸二铵、三元复合肥和混配肥折算成氮、磷、钾肥（折算系数见表1）。
3、结果与分析
3.1中国三大粮食作物化肥施用的单位产品碳排放量时空演变
3.1.12005-2013年中国玉米化肥施用的单位产品碳排放量时空演变
如图2所示：①四大玉米区化肥施用的平均单位产品碳排放量，东北春玉米区的最小，西南玉米区的最大；②单位产品碳排放量小于0.09kgCE的区域从2005年的黑龙江、吉林和新疆演变为2013年的黑龙江、河北、河南和山西，单位产品碳排放量大于0.15kgCE的区域从2005年的江苏、云南、广西、湖北、安徽、陕西和宁夏演变为2013年的贵州、云南、广西和湖北；③东北春玉米区化肥施用的单位产品碳排放量，黑龙江和吉林上升明显，吉林增长近20%，辽宁经历了波浪式演变，最终比2005稍有下降；④华北夏玉米区化肥施用的单位产品碳排放量，所有地区的均有下降，江苏和安徽下降明显，但其碳排放量还是过高；⑤西北春玉米区化肥施用的单位产品碳排放量，宁夏、甘肃和山西有较大下降，且山西的碳排放量达到黑龙江的水平，新疆有所上升；⑥西南玉米区化肥施用的单位产品碳排放量，除四川和重庆，其它地区的碳排放量均过高，而贵州波动幅度大，2013年成为全国碳排放量最大的省份，四川经历了波浪式演变，最终成为西南玉米区碳排放量最小的地区。
3.1.22005-2013年中国小麦化肥施用的单位产品碳排放量时空演变
如图3所示：①单位产品碳排放量小于0.12kgCE的区域从2005年的黑龙江和河南演变为2013年的黑龙江、湖北、四川和安徽，单位产品碳排放量大于0.18kgCE的区域从2005年的宁夏、内蒙古和陕西演变为2013年的内蒙古、宁夏、山西和云南；②所有麦区中单位产品碳排放量下降明显的区域是宁夏、陕西和湖北，上升明显的区域是云南和河南；③2013年，单位产品碳排放量最高地区内蒙古（0.238kgCE）是最低地区黑龙江（0.088kgCE）的2.7倍；④2013年，河南、山东、四川和安徽的单位产品碳排放量趋同，在0.12kgCE附近；⑤2013年，西北麦区，陕西、甘肃和新疆的单位产品碳排放量基本趋同（在0.16kgCE附近），宁夏和山西趋同（在0.185kgCE附近），单位产品碳排放量过高。
3.1.32005-2013年中国水稻化肥施用的单位产品碳排放量时空演变
如图4所示：①单位产品碳排放量小于0.08kgCE的区域从2005年的黑龙江、吉林和重庆演变为2013年的黑龙江、重庆和陕西，单位产品碳排放量大于0.11kgCE的区域从2005年的山东、江苏、河南、辽宁、内蒙古、海南、广东、浙江、宁夏和广西10个地区演变为2013年的江苏、山东、海南、宁夏和广西5个地区；②单位产品碳排放量下降明显的区域是辽宁、山东、江苏、浙江、陕西和湖南，上升明显的区域是吉林、广西和云南；③单位产品碳排放量的变动区间，东北单季稻区由“0.068~0.123kgCE”降到“0.057~0.097kgCE”，长江流域单双季稻区由“0.080~0.177kgCE”降到“0.077~0.120kgCE”，江南和华南单双季稻区由“0.099~0.129kgCE”降到“0.088~0.114kgCE”，西南高原山地单季稻和其它稻区基本处于“0.082~0.124kgCE”；④单位产品碳排放量波动幅度较大的区域是内蒙古、辽宁、江西、海南和贵州。
3.2中国三大粮食作物化肥施用的碳减排潜力测算
首先，在三大粮食作物施肥建议中，查找产量水平能够达到2013年各地区粮食作物实际亩产量的施肥建议和推荐配方，基于公式（2）计算科学施肥情形下各地区粮食作物化肥施用的单位产品碳排放量。然后，基于公式（3）计算科学施肥情形下中国各地区粮食作物化肥施用的总碳减排潜力。
3.2.1中国玉米、小麦化肥施用的碳减排潜力
如图5a所示：①每公斤玉米化肥施用碳减排潜力大的地区，有贵州、广西、云南、湖北、陕西和江苏；②2013年，每公斤玉米化肥实际施用的碳排放量与科学配方施肥指导下化肥施用的碳排放量接近的地区，有河南、河北和山西；③全国玉米化肥施用碳减排潜力大的区域有黑龙江、辽宁、吉林、山东、内蒙古、陕西、云南和贵州，其碳减排潜力总和占全国玉米化肥施用碳减排潜力总量（约574万tCE）的75.57%。
如图5b所示：①每公斤小麦化肥施用碳减排潜力大的地区，有内蒙古、云南、山西、陕西、宁夏、甘肃、新疆、江苏、河北和四川；②2013年，每公斤小麦化肥实际施用的碳排放量与科学配方施肥指导下化肥施用的碳排放量接近的地区仅有湖北；③全国小麦种植区碳减排潜力大的区域有河北、江苏、山东和河南，其碳减排潜力总和占全国小麦化肥施用碳减排潜力总量（约475万tCE）的61.33%。
3.2.2中国水稻化肥施用的碳减排潜力
（1）中国早稻化肥施用的碳减排潜力。如图6a所示：①每公斤早稻化肥施用碳减排潜力大的地区，有广西、安徽和广东；②2013年，每公斤早稻化肥实际施用的碳排放量与科学配方施肥指导下化肥施用的碳排放量接近的地区有江西，不过，除广西、安徽和广东以外的地区差距比较小，反映了早稻化肥施用基本合理；③全国早稻种植区碳减排潜力大的区域有广西、广东和湖南，其总和占全国早稻化肥施用碳减排潜力总量（约47万tCE）的82.57%。
（2）中国中稻化肥施用的碳减排潜力。如图6b所示：①每公斤中稻化肥施用的碳减排潜力大的地区，有江苏、湖南和云南；②2013年，每公斤中稻化肥实际施用的碳排放量与科学配方施肥指导下化肥施用的碳排放量接近的地区有湖北、重庆、四川和陕西；③全国中稻种植区碳减排潜力大的区域有江苏、安徽、湖南和云南，其总和占全国中稻化肥施用碳减排潜力总量（约103万tCE）的78.60%；④福建地区中稻种植的化肥施用产出率很高，单位产品化肥施用的碳排放量优于农业部区域大配方下的碳排放量。
（3）中国晚稻化肥施用的碳减排潜力。如图6c所示：①每公斤晚稻化肥施用碳减排潜力大的地区，有海南、广西和广东；②2013年，每公斤晚稻化肥实际施用的碳排放量与科学配方施肥指导下化肥施用的碳排放量接近的地区有湖南、湖北和浙江；③全国晚稻种植区碳减排潜力大的区域有广西、广东和海南，其总和占全国晚稻化肥施用碳减排潜力总量（约56万tCE）的69.85%。
4、结论与讨论
4.1结论
本文的测算结果表明：
（1）中国历时9年的测土配方施肥技术推广，对部分区域三大粮食作物种植化肥施用的单位产品碳排放量下降有一定作用：①宁夏、甘肃、山西、江苏和安徽的玉米；②宁夏、陕西和湖北的小麦；③辽宁、山东、江苏、浙江、陕西和湖南的水稻。
（2）2013年不少地区三大粮食作物种植化肥施用的单位产品碳排放量与科学施肥情形下的排放还有一定差距：①贵州、广西、云南、湖北、陕西和江苏的玉米；②内蒙古、云南、山西、陕西、宁夏、甘肃、新疆、江苏、河北和四川的小麦；③广西、安徽和广东的早稻，江苏、湖南和云南的中稻，海南、广西和广东的晚稻。
（3）2005-2013年，也出现了不少地区三大粮食作物种植化肥施用的单位产品碳排放量异常上升的情况：①黑龙江、吉林和贵州的玉米；②云南和河南的小麦；③吉林、广西和云南的水稻。
（4）理论上中国三大粮食作物化肥施用碳减排潜力大的区域为：①黑龙江、辽宁、吉林、山东、内蒙古、陕西、云南和贵州的玉米；②河北、江苏、山东和河南的小麦；③广西、广东、安徽、湖南和云南的水稻。这些碳减排潜力较大的区域，将是未来中国在三大粮食作物种植中深入推广测土配方施肥技术的区域选择依据。
4.2讨论
（1）依据“中国统计年鉴2014年”中历年来农用化肥施用量的事实数据，从中国三大粮食作物化肥施用的碳减排潜力测算结果来看，从某种程度上反映了中国推行的一系列测土配方施肥技术推广政策的节肥减排效果不明显。Cannell、EuropeanClimateChangeProgramme和Freibauer的研究表明：农业实际碳减排潜力远远低于技术碳减排潜力，实际减排除受到生化原理和价格影响外，还受到制度、教育、社会和政治等多因素约束。
（3）本文建议对当前测土配方施肥技术推广机制进行创新，集中资源，以三大粮食作物化肥施用碳减排潜力大的区域作为测土配方施肥技术推广的重点，由政府制定并执行科学的政策制度，鼓励化肥生产企业主动与重点区域三种粮食作物农民专业合作社对接，减少中间环节，最终通过市场化运作持续提高测土配方施肥技术推广的效应。
作者单位：湖南科技大学商学院/两型社会与生态文明协同创新中心