一种基于混合生命周期的省级粮食系统碳排放核算方法

本发明涉及到粮食系统温室气体排放领域，具体涉及一种基于混合生命周期的省级粮食系统碳排放核算方法。

背景技术：

1、由于粮食系统产生的温室气体排放占总人为温室气体净排放的21-37％。中国由于经济、人口的增长以及城镇化的快速发展，粮食生产和消费总量及其消费结构正经历着巨大的变化，包括粮食生产、加工、储存、运输、消费及废弃物处置等生命周期各个环节在内粮食系统供应链也在发生快速的转型。由此产生的温室气体排放也成为当前中国保障粮食安全情况下应对和减缓气候变化减排所面临的重大挑战。

2、对于粮食系统温室气体排放的核算也成为评价地区粮食系统应对和减缓气候变化影响的基础工作。然而，对于当前的中国的省级温室气体清单编制指南仅考虑农业生产过程和土地利用的温室气体排放，只是从行业部门的角度核算农业生产相关的排放，并没有考虑整个粮食系统。此外，欧盟委员会联合研究中心(jrc)按照ipcc排放清单分解的方法核算了食物系统的温室气体排放，但该清单仅从行业角度对国家层面的食物系统温室气体排放进行了核算，核算结果难以指导国家制定区域差别化的食物系统减排政策，也难以甄别关键食物类型在其生命周期关键阶段的影响。以往大多数对于粮食系统的碳排放核算基于单个部门的单一粮食类型的生产阶段进行核算，其结果难以反映区域粮食系统碳排放的整体水平，无法支撑区域尺度的粮食系统碳排放减缓政策制定。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是客服上述现有技术的缺陷，提供一种基于混合生命周期的省级粮食系统碳排放核算方法，核算省级尺度粮食系统在其不同生命周期过程的温室气体排放，并进行空间叠加，由此核算省级粮食系统在界定的系统边界内带有空间和过程信息的碳排放。

2、为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种基于混合生命周期的省级粮食系统碳排放核算方法，包括以下步骤:

3、第一步、建立基于混合生命周期的省级粮食系统碳排放的核算框架，核算框架包括：研究目标、功能单位和系统边界；

4、第二步、确定和收集省级粮食系统碳排放核算所需数据，包括排放系数和活动数据；

5、第三步、核算省级尺度粮食生产生命周期过程的碳排放，所述粮食生产生命周期过程包括生产阶段、加工阶段、运输阶段、零售阶段、消费阶段、废弃物处置阶段；

6、a、生产阶段的碳排放通过以下公式计算获得：

7、eproduction i,j＝(cfin,i,j+cffer,i,j+cfres,i,j+cfch4,j)*aproduction i,j

8、eproduction i,j为粮食i在j地区生产阶段的碳排放，是粮食i在j地区农业生产投入、肥料施用过程、秸秆处理过程以及水稻田的甲烷排放的总和；cfin,i,j为粮食i在j地区农业生产投入的排放因子，cffer,i,j为粮食i在j地区肥料使用过程的排放因子，cfres,i,j为粮食i在j地区秸秆处理过程的排放因子，cfch4,j为稻田在j地区甲烷ch4排放因子，aproduction i,j为粮食i在j地区生产过程的活动数据即产量；

9、粮食i在j地区农业生产投入的排放因子cfin,i,j根据下式计算获得：

10、

11、式中，k为农业投入的排放源，包括种子、氮、磷、钾肥、农药、农用地膜、农机消耗的柴油和灌溉消耗的电力，ink为排放源k的投入活动数据，fk为农业投入k的排放因子，其中农机消耗的柴油的投入活动数据cfmach,i,j，通过以下公式计算获得：

12、cfmach,i,j＝uadies,i,j*fdies

13、式中，cfmach,i,j为j地区粮食i在播种、耕作和收获阶段农业机械直接使用柴油所产生的碳足迹，uadies,i,j为j地区粮食i在播种、耕作和收获阶段农业机械的柴油用量，该柴油用量取能源成本与柴油价格之比，fdies为柴油燃烧和生产的co2排放系数；

14、粮食i在j地区肥料使用过程的排放因子cffer,i,j通过以下公式计算获得：

15、cffer,i,j＝uan,i,j*rn*(fn_d+fn_l+fn_v)

16、fn_d＝efn,j*265

17、fn_l＝efl0.2*265

18、fn_v＝efv*0.1*265

19、其中，cffer,i,j为粮食i在j地区因施用氮肥直接和间接产生的n2o所引起的碳足迹，uan,i,j为粮食i在j地区单位作物产量氮肥施用量，rn为氮肥的含氮量，fn_d、fn_l、和fn_v分别为氮肥施用过程中的直接排放、氮淋失和氨挥发的排放系数，efn,j为j地区n2o的直接排放系数，efl为氮淋溶和径流引起的n2o的间接排放系数，efv为挥发引起的n2o的间接排放系数；

20、粮食i在j地区秸秆处理过程的排放因子cfres,i,j通过以下公式计算获得：

21、cfres,i,j＝uares,i,j*fres

22、其中，cfres,j为j区粮食i秸秆燃烧的碳足迹，uares,i,j为j地区i粮食对应作物的秸秆焚烧量，该秸秆焚烧量是不同类型粮食生产量与对应草谷比和焚烧比三者的乘积，fres为秸秆燃烧的排放因子；

23、秸秆燃烧将产生n2o和ch4，转化为二氧化碳当量通过以下公式计算获得：

24、

25、cfch4,j为j区水稻甲烷排放的碳足迹。fch4,j为中国省级温室气体排放清单中利用ch4mod模型计算的排放系数；sowningareach4,j为j区水稻播种面积，yieldch4,j为j区水稻产量；

26、秸秆燃烧将产生n2o和ch4，转化为二氧化碳当量通过以下公式计算获得：

27、

28、cfch4,j为j区水稻甲烷排放的碳足迹。fch4,j为中国省级温室气体排放清单中利用ch4mod模型计算的排放系数；sowningareach4,j为j区水稻播种面积，yieldch4,j为j区水稻产量；

29、b、加工阶段的碳排放通过以下公式计算获得：

30、eprocessing i,j＝cfproc_r i,j*aprocessiing i,j

31、cfproc_ri,j＝fproc_r,i*fe,j

32、eprocessing i,j为粮食i在j地区加工阶段的碳排放，cfproc_pi,j为粮食i在j地区加工的碳足迹，fproc_p,i为加工食品i所消耗的电能，fe,j为j地区电力排放因子，aprocesiing i,j为粮食i在j地区加工过程的粮食加工量；

33、c、运输阶段的碳排放通过以下公式计算获得：

34、etransportation i,j＝ftrans j/coni,j

35、etrans j＝ffuel*distj

36、式中，etransportation i,j为粮食i在j地区运输阶段的碳排放，由于跨省粮食运输主要是由于区域粮食短缺造成的，因此粮食i在j地区运输阶段的碳排放etransportation i,j由j地区粮食运输总排放量etrans j和粮食i在j地区的稀缺指数coni,j分配而得，j地区粮食运输排放etrans j由运输单位距离单位质量食物所消耗的燃料所排放的温室气体排放ffuel(kg co2 ekg-1km-1)乘以j地区粮食周转量distj(百万吨公里)；

37、d、零售阶段的碳排放通过以下公式计算获得：

38、eretailing，i,j＝cfretailing i,j*aretailing i,j

39、式中，eretailing，i,j是粮食i在j地区零售阶段的碳排放，cfretailing i,j是粮食i在j地区零售的排放因子，aretailing i,j是粮食i在j地区的粮食零售量；

40、e、消费阶段的碳排放通过以下公式计算获得：

41、econsumption，i,j＝cfcooking i,j*aconsumption i,j

42、式中，econsumption，i,j是粮食i在j地区消费阶段的碳排放，cfcooking i,j是粮食i在j地区消费烹饪的排放因子，aconsumption i,j是粮食i在j地区的粮食消费量；

43、f、废弃物处置阶段碳排放通过以下公式计算获得：

44、ewastedisposali,j＝cfdisposal i,j*adisposal i,j

45、式中，ewastedisposal i,j是粮食i在j地区废弃物处置阶段的碳排放，cfdisposal i,j是粮食i在j地区废弃物处置的排放因子，adisposal i,j是粮食i在j地区粮食废弃物处置量；

46、第四步、在空间上将不同生命周期过程的碳排放进行叠加，形成省级粮食系统生命周期总排放。

47、本发明的有益效果是：

48、相较于当前自上而下通过部门分解求得的排放清单，本发明方法是通过自下而上生命周期的粮食系统碳排放核算方法，能够更加清楚和准确地了解并追溯地区粮食系统的关键排放源，排放源涉及地理区位、粮食类型及其生命周期过程等要素信息。此外，相较于当前农业生产源粮食碳排放，本研究进一步将粮食的生命周期从生产拓展到废弃物的处置，包括粮食的全生命周期生产、加工、运输、零售、消费和废弃处理，更加全面地体现地区的粮食系统排放。