农业与气候变化：通过改进耕作方式减少排放

2020年，麦肯锡发布《农业与气候变化：通过改进耕作方式减少排放》（Agriculture and climate change：Reducing emissions through improved farming practices），里面根据全球农业边际减排成本曲线对目前农场采用的成熟措施的潜在减排量进行了评估。报告提供了一个视角，即农业如何改变以降低粮食生产的排放强度。基于麦肯锡十多年的温室气体减排分析，确定了减少农场排放的25项主要措施（技术和实践），并将它们组织成边际减排成本曲线（MACC）。与一切照旧的排放量相比，到2050年，这些措施有可能减少高达4.6GtCO₂e的总排放量，即农业、林业和土地利用变化的总排放量减少约20%。

挑选的25项措施分别是：零排放的农场机械和设备、可变施肥量、在中国和印度减少氮的过量施用、水稻旱种、低耕或免耕、改进设备维护、提高渔船燃油效率、改善稻田水管理、改善稻草管理、改善动物健康监测和疾病预防、加工饲料粮以提高消化率、使用能够减排温室气体的遗传选择与育种、家畜养分利用效率、优化水稻品种选择、固氮轮作、改进水稻施肥、牧草氮抑制剂、改进施肥时间、控释肥和稳定肥、动物饲料添加剂、粪便厌氧消化、提高深处生产效率的技术、优化动物饲料配方、将漫灌改为滴灌或喷灌、特种作物营养添加剂。

此外，按减排潜力排名前15的措施将贡献85%的减排量，涉及四大类别：能源、动物蛋白、农作物和水稻种植。

一、具体措施

1. 采用零排放农场机械与设备

通过将传统燃油设备（如拖拉机、收割机等）替换为零排放设备（如电池驱动设备），可减少537百万吨二氧化碳当量（MtCO₂e）的排放。然而，零排放设备的市场渗透率较低，尤其是在农业机械方面。未来随着电池成本的下降，到2030年左右，电池驱动拖拉机的总拥有成本预计将与内燃机拖拉机持平。

2. 使用能够减排温室气体的遗传选择与育种

针对反刍动物的遗传选择与育种可显著降低其甲烷排放，预计减少506 MtCO₂e排放。研究表明，动物基因在其甲烷排放中占约20%的影响，部分商业基因产品已经实现每头牲畜减少5%以上的排放。然而，基于甲烷减排的市场激励缺乏，基因技术尚不成熟，尤其在低收入地区推广较为困难。新技术如CRISPR/Cas9或可降低进入壁垒，推动创新发展。

3. 改进水稻施肥方法

通过使用硫酸盐肥料，可减少稻田甲烷排放，减少449 MtCO₂e排放。硫酸盐可与甲烷细菌竞争，从而减少甲烷释放，但目前该技术仅在全球1%的稻田中使用，主要因其无法直接提升产量。政策支持如补贴或对甲烷排放收费，以及将硫酸盐纳入标准肥料配方，有助于推动其采用。

4. 改善动物健康监测与疾病预防

改善动物健康可提高生产率并减少甲烷及粪便管理中的排放，预计减少411 MtCO₂e排放，且每减少一吨排放可节省约5美元。北美地区通过改善动物健康管理，可使牛群的生产率提高约8%。在低收入地区，疫苗的普及性和兽医网络的扩展尤为重要，这些措施能大幅减少疾病带来的排放并提升农场效益。

5. 优化动物饲料配方

通过增加反刍动物饲料中的脂肪含量（如油籽、植物油或特殊脂肪补充品），有助于减少其肠道发酵产生的甲烷。脂肪不仅能间接抑制甲烷生成，还通过抑制瘤胃中的产甲烷菌，直接减少甲烷排放。传统反刍动物饲料的干物质脂肪含量为1.5%~3%，而每增加1%脂肪，甲烷排放可减少4%。然而，由于高脂肪饮食可能导致健康问题，脂肪总含量需限制在6%以下。

6. 扩大饲料添加剂的使用

一些饲料添加剂（如丙酸盐）可直接抑制反刍动物瘤胃中的甲烷产生。例如，丙酸前体类添加剂可减少约13%的甲烷排放，并提高生产力，预计可减少约15%的CO₂排放。未来的新型饲料添加剂有望减少高达30%的排放。未来随着集约化饲养的推广，饲料添加剂的使用潜力将进一步扩大。

7. 改进水稻田水管理

通过采用交替干湿法和单季排水等技术措施，水稻田甲烷排放量可显著减少。中国（超过40%）和东南亚已有部分农户采用改进的水管理方法，但普及仍然受限于灌溉费用、降雨模式和田地特性等因素。激光平地技术的推广和针对水资源使用的政策变革，例如水资源定价，可能会进一步推动这些管理方法的应用。此外，干旱稻种植几乎可以完全消除甲烷排放，虽然其产量低，但高产新品种正逐渐推广。

8. 扩大厌氧粪便消化技术的应用

通过使用厌氧消化器捕获并利用甲烷来显著减少奶牛和猪的粪便系统中的温室气体排放。厌氧消化器的应用主要限于控制气味和病原体，但其在生成沼气方面有巨大的潜力。沼气可以在农场内部使用，也可以通过电网或天然气供应回收。随着未来生物甲烷价格的上涨，各种规模的消化器的安装和应用可能会变得更加具有经济吸引力。

9. 扩大饲料粮加工的应用以提高可消化性

机械加工，例如蒸汽压片，可以通过减小颗粒大小来提高大反刍动物（如牛）对谷物中淀粉的消化能力。颗粒变小后，微生物更容易接触到基质（谷物），这有助于提高消化效率。加工还减少了动物为消化食物所需的能量消耗，并增加了整体饲料的摄入量。这些因素综合起来，有助于提高饲料的利用率，从而减少温室气体排放。蒸汽压片已经在美国广泛应用，成为集约化生产的主流。然而，现场蒸汽压片设备成本高昂，初始资本支出可高达30万美元，这使得中低收入地区的减排潜力受到限制。

10. 扩大水稻旱种技术的应用

大多数水稻栽培采用在单独的苗圃中种植水稻幼苗，然后将其移植到水田中。相比之下，干式直播技术将种子直接播种在干燥的稻田中。这种方法将稻田的淹水时间缩短一个月，减少了生成甲烷的微生物活性，并使每公顷的排放减少约45%。此外，由于减少了插秧和管理水淹的劳动力，农户可以显著节省成本。然而，推广此技术面临包括雨季和潮湿地区的降水模式，以及田地的特性（如不平整的田地难以控制水流）的挑战。通过激光平整技术的扩展，低收入和中等收入地区的水稻旱种应用潜力可以大幅提升。水管理政策，如水的市场定价，也可以进一步推动该技术的应用。

11. 扩大提高牲畜生产效率的技术应用

提高效率的方法有很多，包括使用激素、微生物添加剂（如益生菌）、生物安全措施、群体管理和监控（包括新型数字工具），以及接种疫苗。虽然抗生素曾被用作提高牲畜生产力的手段，但由于法规、农民的自主选择或消费者对抗生素耐药性的担忧，抗生素的使用大大减少。因此，行业内开发了多种替代抗生素的增长促进剂，其中一些已经在商业农场中应用，并且这种应用正在增长。

12. 在牧场中应用硝化抑制剂

通过在牧场直接应用硝化抑制剂，可以显著减少反刍动物尿液中的一氧化二氮排放。目前广泛使用的抑制剂包括双氰胺和硝基吡啶，结合脲酶抑制剂的使用也可以减少氨排放。然而，这种技术在低收入和中等收入地区的推广可能受限于技术成本和可获得性。这种做法在欧洲和北美的牧场上最为有效。

13. 扩大低耕和免耕技术的应用

通过减少土壤有机质损失、限制侵蚀和节约水分来替代传统耕作方法，从而降低温室气体排放。低耕和免耕技术还能减少燃料消耗及氮氧化物的排放，特别是在干旱环境下。尽管全球只有约11%的土地采用低耕或免耕技术，但在巴西和美国，这一比例已接近40%。低耕可能会导致短期产量损失，但长期来看，节省成本可抵消产量下降带来的影响。

14. 减少中国和印度的氮肥过度使用

全球每年大约有2500万吨氮肥被过量使用，其中中国占35%，印度占25%。这不仅浪费了约130亿美元，而且对作物产量几乎没有边际效益。减少中国和印度的氮肥使用可以使温室气体排放减少24%，并为农民每公顷节省约22美元。

15. 推广控释肥和稳定肥料的应用

相比传统速效肥，控释肥和稳定肥料能减少高达20%的一氧化二氮排放。控释肥料通过缓慢释放氮肥，使其与作物生长阶段的需求更加匹配，从而减少氮的损失。稳定肥料则通过抑制氮素的挥发和转化过程，确保更多的氮留在土壤中，被作物吸收。这些肥料能够根据作物需求释放氮，避免氮的过度损失，提升肥料利用效率，并降低对环境的污染。目前控释肥和稳定肥料的成本较高，推动技术创新、降低产品成本以及肥料生产商的推广对于该技术的广泛应用至关重要。

参考文献：

Agriculture and climate change [EB/OL].[2024-10-20].https://www.mckinsey.com/~/media/mckinsey/industries/agriculture/our%20insights/reducing%20agriculture%20emissions%20through%20improved%20farming%20practices/agriculture-and-climate-change.pdf