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通往农业碳中和之路 科技如何助力农业减少温室气体排放，实现净零转型 2022年7月 波士顿咨询公司与极飞科技联合研究 波士顿咨询公司（BCG）与商界以及社会领 袖携手并肩，帮助他们在应对最严峻挑战的同 时，把握千载难逢的绝佳机遇。自1963年成立 伊始，BCG便成为商业战略的开拓者和引领者。 如今，BCG致力于帮助客户启动和落实整体转 型，使所有利益相关方受益赋能组织增长、 打造可持续的竞争优势、发挥积极的社会影响力。 BCG复合多样的国际化团队能够为客户提 供深厚的行业知识、职能专长和深刻洞察，激发 组织变革。BCG基于最前沿的技术和构思，结 合企业数字化创新实践，为客户量身打造符合其 商业目标的解决方案。BCG创立的独特合作模 式，与客户组织的各个层面紧密协作，帮助客户 实现卓越发展，打造更美好的明天。 广州极飞科技股份有限公司创立于 2007 年，以“提升农业生产效率”为使命，致力于用 机器人、人工智能和新能源技术为农业赋能。 极飞科技以智慧农业为发展方向，不断将前沿技 术带入农业生产管理，以科技平民化、成果产业 化、产品普惠化的形式，搭建起农民与科技之间 的桥梁。 极飞科技的主营业务包括研发、制造并销售 农业无人机、农业无人车、农机自驾仪、农业物 联网设备等在内的智能农业装备和智慧农业管理 系统。通过构建完整的产品矩阵和数据闭环，极 飞科技为广大农业工作者提供精准、高效、灵活、 经济的无人化技术解决方案，以解决农业生产中 劳动力不足、管理粗放和环境污染等问题。 目录 02 | 应对气候变化， 农业需立即行动 10 | 解密农业碳排放 16 | 科技助力农业净零 转型 33 | 农业科技未来发展 的挑战和影响 36 | 关于作者 应对气候变化，农业需立即行动 波士顿咨询公司 X 极飞科技 3 迫在眉睫农业减排刻不容缓 气候变化并非人类可以用躲避或拖延来应对 的未来威胁，而是需要立即采取果敢行动加以应对 的危机。受不断增加的人类生活生产的影响，过去 一百年来全球平均二氧化碳浓度迅速上升，并推动 地球温度达到历史最高水平（参阅图 1） 。 伴随着全球平均气温的上升，极端天气事件发 生的频率、强度和破坏严重性也不断增加，同时对 人类社会造成了数千亿美元的损失。据统计，在 2017 至 2020 年期间，共有约 3,350 次各种强度的 极端天气事件被记录，造成了约 8,850 亿美元的损 失（参阅图 2） 。 1 相比于能源、交通及工业品制造等行业，农业 更容易受到气候变化的影响。气候变化对农业的负 1 数据由慕尼黑再保险旗下专业统计分析自然灾害影响的NatCatSERVICE数据库统计。 2 数据来自IPCC报告Impacts of 1.5 global warming on natural and human systems第三章。 3 联合国粮农组织，国家温室气体排放数据库（CAIT Climate Data Explorer）。 面影响可分为直接和间接两种形式。温度的突然变 化、降雨量变化、热浪和飓风等天气现象都将直接 对全球农作物生产系统造成巨大压力，并进一步威 胁人类的粮食安全。根据联合国政府间气候变化专 门委员会（ IPCC）的研究，全球平均气温每升高 1℃都将造成主要农作物产量的大幅下降，例如小 麦（下降 6.02.9）、稻米（下降 3.23.7）、 玉米（下降 7.44.5）和大豆（下降 3.1）等。 2 还有一个经常被忽略的事实是，农作物的营养含量 也会受到大气中二氧化碳浓度升高的负面影响。例 如，研究显示，当二氧化碳浓度升高至 568590 ppm 的范围（相当于升温 2.33.3℃），18 种东南 亚广泛种植的水稻中蛋白质、 B 族维生素及其他微 量元素的含量均有显著下降，对超过 6 亿人的营养 健康造成威胁。 3 气候变化造成的间接危害包括作 物病虫害的传播，同样会对农业生产系统产生不利 影响。 图1 | 由于人类活动的增加，全球二氧化碳浓度不断上升，目前地球 平均温度已达历史最高水平 来源Hadley Center--CO2 and Greenhouse Gas Emissions；Hannah Ritchie and Max Roser；Our World in Data（2019）。 1880 1900 0.5 1920 1940 1960 1980 2000 2020 -0.5 0.0 1.0 回归平滑曲线 年平均气温 1 9 2 0 1 8 6 0 1 8 4 0 1 8 2 0 1 8 8 0 1 9 6 0 1 9 0 0 1 9 4 0 450 1 9 8 0 2 0 0 0 2 0 2 0 400 250 300 350 全球平均二氧化碳浓度（ppm） 280 ppm 1820年水平 415 ppm 目前水平 2020年全球平均气温已达14.9℃， 较18501900年平均气温高1.2℃ 近年来，大气层中的二氧化碳浓度水平 不断上升，已达历史高位 随着全球平均气温持续攀升，地球将变得 更加暖和 4 通往农业碳中和之路科技如何助力农业减少温室气体排放，实现净零转型 图2 | 自然灾害发生的频率和强度不断上升，造成的经济损失总额 也在增加 来源慕尼黑再保险旗下专业统计分析自然灾害影响的NatCatSERVICE数据库；BCG分析。 19802020年间极端天气发生数量（次） 268 287 387 475 505 432 552 716 980 0 500 1,000 201520101995199019851980 2000 2005 2020 75 69 120 224 94 282 239 350 210 0 100 200 300 400 1985 201019901980 1995 20052000 2015 2020 19802020间极端天气事件造成的损失（十亿美元） 3 在过去4 0年中，极端天气事件的发生频次 处于稳步上升的趋势 对人类社会造成的损失总额也不断上升 然而农业活动与全球温室效应的联系却较少 受到人类重视。农业既是全球变暖的主要受害者， 也是温室气体的主要排放源之一。事实上，由于农 业和林业活动以及土地利用的变化而产生的温室 气体约占全球温室气体排放总量的 17。 4 如果考 虑到食品生产价值链中储存、运输、包装、加工、 销售和消费等环节产生的温室气体排放，则该比例 会进一步上升至 2137。此外，农业生产活动 也会对生态环境造成破坏，导致全球温室效应进一 步恶化。有研究显示，全球 80 的森林砍伐活动 与农业生产相关。 5 另外，农业生产活动也可能导 致土壤侵蚀和退化，从而破坏土壤本身的固碳能 力，促使更多的碳被释放到空气当中 （参阅图 3） 。 4 联合国粮农组织，国家温室气体排放数据库（CAIT Climate Data Explorer）。 5 Kissinger、Herold和Veronique De Sy，研究文献 Drivers of Deforestation and Forest Degradation。 6 世界银行数据，同时参考欧洲委员会EDGAR温室气体排放数据库及climatewatch数据库。 7 联合国政府间气候变化专门委员会，气候变化第三次评估报告。 更加严峻的是，农业温室气体排放的构成严 重偏向于非碳排放，即甲烷（ CH 4 ）和氧化亚氮 （N 2 O）。据统计，农业活动排放的甲烷占全球甲 烷排放总量的 45，排放的氧化亚氮占全球排放总 量的 77。 6 相较于二氧化碳，这些气体在推动全 球温度上升方面效力更加强大。甲烷吸收热量的效 率是二氧化碳的 20 倍，氧化亚氮吸热效率更是二 氧化碳的 300 倍。 7 如果不积极进行干预，世界人口及粮食需求的 增长将进一步推动农业温室气体排放量不断上升。 根据联合国预测，到 2050 年世界人口将增长 30 以上，达到 97 亿，随之而来的是对食物和资源需 波士顿咨询公司 X 极飞科技 5 求的大幅上涨。 8 据联合国粮食及农业组织（FAO ） 的估计，到 2050 年世界每年需多生产约 50 的粮 食，才能养活不断增长的世界人口。 9 这无疑将对 农业生产系统造成巨大压力 （参阅图 4） 。如果仍 然保持当前的生产模式，那么农业温室气体的排放 将显著增加，对生态环境的伤害也将越发严重，比 如导致生物多样性减少。因此，找到能够在提升生 产效率的同时抑制温室气体排放增长的可持续农 业生产方式对农业参与者来说至关重要。 全球行动各国加快净零转型步伐 面对日益增长的气候变化威胁，国际社会也在 8 联合国“世界人口展望（World Population Prospects 2019）”数据库。 9 联合国粮农组织报告，How to Feed the World in 2050。 联合国的主导下团结起来，携手推动全球净零转 型。在此背景下建立了联合国气候变化框架公约 （UNFCCC），用于推动政府间关于气候变化的谈 判与合作，促进对气候变化威胁的全球应对。自 1995年以来， UNFCCC每年举办缔结方会议（COP ） （也称为联合国气候变化大会），用于促进政府间 就共同应对全球气候变化达成行动协议。 于 2015 年 12 月第 21 届联合国气候变化大会 （COP21）中达成的巴黎协定是全球净零转型 之路上最重要的历程碑。巴黎协定作为具有法 律约束力的国际条约，包括了所有签约国家对减排 和共同努力适应气候变化的承诺，并呼吁各国逐步 加强承诺。同时，该协定设立了三大长远目标 图3 | 农业是地球温室气体排放的主要来源之一，直接和间接地影 响了全球温室气体的排放 来源CAIT数据库；国际能源署；世界能源展望；GHG 温室气体排放核算标准；BCG分析。 1 土地变化是指由于农业生产活动造成的土地性质发生变化，包括林地开荒等。 2 包括其他相关的建筑排放，比如家电使用、照明和空间制冷等。 3 逸散排放是指在生产过程中由挥发性气体等造成的排放，以及由于一些气体泄漏造成的排放等。 森林砍伐 全球80的森林砍伐 活动与农业生产相关 土壤侵蚀与退化 土地退化约占全球土 地总面积的30 每年可造成约1 0万平 方公里的土地损失 栖息地和生物多样性 损失 到2050年，为满足对 食物的需求，约5 0万 平方公里的自然栖息 地将被改造为农田 土地变化 1 轻载 化工品 水泥 交通工业品 18 燃气 煤炭 17 其他 重 载 617 农业生产 空运 航运 燃油 电力农业 炼铁 炼钢 铁路 空 间 加热 水 加热 烹饪 建筑 30 12 其他 逸散 排放 3 其他 废物 处理 其 他 2 全球约17的温室气体排放 直接由农业、林业活动和土地利用变化（仅限初级生产）造成 农业活动也间接地从 三方面推高温室气体排放 2019年全球温室气体排放总量530亿吨二氧化碳当量（t CO2e） 6 通往农业碳中和之路科技如何助力农业减少温室气体排放，实现净零转型 将本世纪全球气温升幅限制在比工业化前水平 高 2℃以内，并寻求将气温升幅进一步限制在 1.5℃以内的措施。 每五年审查一次各国对减排的贡献。 通过提供气候融资，帮助发展中国家适应气候 变化并改用可再生能源。 截止到 2021年底，已有 195个缔约方签署了巴 黎协定，192 个缔约方批准了巴黎协定。 2021 年 11 月，中美两国在第 26 届联合国气候 变化大会（ COP26）上发布了中美关于在 21 世 纪 20 年代强化气候行动的格拉斯哥联合宣言，承 诺加强应对气候变化合作，包括减少甲烷排放、逐 步淘汰煤炭消费和保护森林。联合宣言中提到 中国将在 2026 到 2030 年五年内开始逐步减少煤炭 消费，并首次提出要制定强化甲烷国家行动计划。 作为年度排放量最高的两大经济体，中美新的联合 宣言向世界释放了两国加强气候行动与合作的积 极信号。本次大会上，中美还与全球 100 多个国家 一起签署联合声明，承诺在 2030 年中止并扭转森 林砍伐与土地退化进程，以保护和恢复地球上的森 林。同时，大会也敦促全球所有领导人共同努力实 现可持续的土地利用，捍卫巴黎协定的 1.5℃ 温控目标（参阅专题“各国迈向碳中和之路”） 。 当前各国 / 地区政府仍主要致力于能源、交通 以及工业行业的温室气体减排举措。相较农业，这 些行业排放量占比更大且温室气体的排放和抑制 机制更为直接。因此，尽管农业减排被很多国家列 为实现碳中和战略的关键抓手之一，目前尚未有主 要排放国家发布专门针对农业减排的具体法律或 政策指导文件。但随着气候变化的威胁日益紧迫， 越来越多的国家开始给予农业减排更多关注。特别 值得一提的是，很多领先国家在自身的碳中和战略 中都强调了运用科技手段提高农业生产效率的同 时减少温室气体排放的重要性。 图4 | 世界对粮食及各类资源的需求将进一步上升，农业亟需在 减少环境影响的同时提升生产力 来源联合国经济和社会事物部 “世界人口展望”；联合国粮农组织报告Global Agriculture Towards 2050；新闻检索； BCG分析。 注由于数据四舍五入，加总后结果可能与总数不符。 0.0 0.0 0.1 世界总人口（十亿人） 0.4 0.6 1.2 4.4 0.7 2015 0.4 0.7 0.7 1.7 4.9 0.8 2030 0.4 0.7 2.5 5.3 2050 9.7 7.3 8.5 大洋洲 北美洲 非洲拉丁美洲 欧洲 亚洲 32 谷物产量 至2050年谷物（用作 食物和动物饲料）的 年产量必须再增加近 10亿吨 肉类产量 到2050年，肉类的年 产量必须进一步提升 74才能满足需要 水资源 即使在利用效率提升 的情况下，水资源需 求量至2050年增长率 仍将接近11 土地 发展中国家（主要是 在撒哈拉以南非洲和 拉丁美洲）的可耕地 将需要扩大约1.2亿公 顷 到2050年，全球人口将增加30以上， 人口总数达到9 7亿 人口的快速增长将对世界的粮食及资源供应 造成巨大压力 波士顿咨询公司 X 极飞科技 7 英国英国是最早提出农业温室气体减排目标 和行动计划的国家之一。 2019 年，英国全国农民 联盟（NFU）提出了到 2040 年在英格兰和威尔士 的农业中实现净零排放的目标。 NFU 计划通过三 大举措来实现这一目标。第一是提升农业生产效 率，以更少的投入产出相同甚至更多的食物。第二 是改善土壤管理方式和提升植被覆盖率，提升土壤 固碳能力。第三是以可再生资源和生物能源代替化 石燃料，减少碳排放。 NFU 特别强调了这三大举 措的实现，离不开科技在整个农业价值链上各环节 中的使用。 日本日本农林水产省宣布，日本将在 2050年前 实现农业的全行业零碳排放，主要通过两大途径。 第一，利用生物技术减少农业生产活动中温室气体 的排放，例如提高作物的硝化抑制作用。第二是推 广氢能的使用，同时提高农业机械的电气化水平。 中国作为世界上最大的农业国家之一，中国 多年来一直在探索降低农村地区温室气体排放的 方法。例如，国家农业农村部在 2007 年与 2011 年 分别发布了关于加强农业和农村节能减排工作的 意见，着重于在农村推广节能农业机械的使用， 加强清洁能源设施的建设以及推广科学的养殖和 耕作技术。 2021 年 10 月颁布的 2030 年前碳达峰行动方 案强调大力发展绿色低碳循环农业，提升土壤有 机碳储量，合理控制化肥、农药和地膜的使用，加 强农作物秸秆综合利用。同时，推进农村用能低碳 转型，推广电动环保农业机械，加快生物质能、太 阳能等可再生资源在农业生产生活中的应用，提升 农村用能电气化水平。另外，当前中国正在制定包 括农业在内的各重点行业专项碳中和转型详细行 动计划，将逐步出台更多细节举措。 美国2020 年 2 月，美国农业部公布了一项名 为“农业创新决议”的计划，提出要通过激发农业 生产中的创新，在 2050 年将农产品产量提高 40， 同时减少农业生产中一半的“环境足迹”。美国在 其净零转型长期战略中也明确表示，将持续投资农 业技术并推动行业价值链各环节的创新。四大技术 被确认为未来主要创新方向，包括基因工程、数字 化与自动化、精准干预技术以及智慧农场管理系 统。另外，美国还计划通过提供经济奖励等措施来 鼓励大农场主采取环境友好的生产方式，比如轮牧 方式。 8 通往农业碳中和之路科技如何助力农业减少温室气体排放，实现净零转型 波士顿咨询公司 X 极飞科技 8 为了更快地推动全球碳中和目标的实现，共同 缓解全球变暖的影响，各国 / 地区政府也相继出台 了关于净零转型的法律或政策文件。国际能源和气 候智库根据所处阶段 * ，将各国 / 地区的气候行动 分为四大类 ** 1. 已进行碳中和立法的国家； 2. 已 提议碳中和立法的国家； 3. 已出台碳中和相关政策 文件的国家；4. 仍在进行气候问题讨论的国家。 1 已进行碳中和立法的国家共 13个，包括英国、 新西兰、法国、加拿大、丹麦、瑞典、韩国和 日本等。 英国2008 年，英国通过 2008 年气候变化 法案，正式立法承诺到 2050 年碳排放量较 1990年水平降低 80。 2019年，英国对2008 年气候变化法案进行修订，将英国 2050 年 减排目标从“至少比 1990 年基线降低 80” 改为实现“至少降低 100”（2050 年目标修 正法案）。 日本2020年 10月，日本时任首相菅义伟宣布 将在 2050 前实现日本净零排放的目标。 2021 年 4 月，日本公布了新的 2030 年国内减排目 各国迈向碳中和之路 * 国际能源与气候智库“The Energy and Climate Intelligence Unit”净零转型打分卡，不同分类中国家数量的统计结果截止于2021年11月。 ** 苏里南和不丹两个国家已宣布实现碳中和，这主要得益于两国较高的森林覆盖率和较低的能源需求，因此这两个国家并未被归入分类中。 波士顿咨询公司 X 极飞科技 9 标，承诺到 2030 年碳排放水平较 2013 年降低 46，并有可能采取额外的措施以实现 50 的 减排。2021 年 6 月，日本通过修订后的全球 变暖对策促进法，将减排承诺编入法典。该 法还要求日本各级政府制定可再生能源的使用 目标和具体实施计划。 2 已提议碳中和立法的国家爱尔兰、智利和 斐济。 爱尔兰2021 年 3 月，爱尔兰联合政府批准了 2021 年气候行动和低碳发展（修正案）法案， 该法案明确了爱尔兰 2030 年碳排放水平应较 2018 年降低 51，并在 2050 年之前实现净零 排放。当前政府正在推动该法案作为优先立法 通过议会。 3 已出台碳中和政策文件的国家共 53个，包括 中国、美国、芬兰、印度、瑞士、挪威、巴西 和印度尼西亚等。 中国中国国家主席习近平在 2020年 9月的第 75 届联合国大会上宣布，中国将力争在 2030 年之前实现碳达峰，在 2060 年之前实现碳中 和。“十四五”规划进一步响应习近平主席提 出的目标，强调中国气候行动将完善能源消费 总量和强度的双控制度，重点控制化石能源消 费，同时推动清洁能源高效安全利用。 中国国务院于 2021 年 10 月 26 日印发了 2030 年前碳达峰行动方案。根据行动方案，国家 将加快煤炭消费替代升级，发展新能源，挖 掘水电、核电潜力并加快建设风电和光伏发电 基地，逐步降低化石燃料的消费比例。明确到 2030年，非化石能源消费比重达到 25左右， 单位国内生产总值二氧化碳排放比 2005 年下 降 65 以上。该行动方案将作为中国碳中和转 型的指导原则，并为制定不同行业的具体碳中 和转型路线奠定了基础。 美国美国总统拜登上任的第一天即宣布美国 重新加入巴黎协定。 2021 年 11 月，美国 政府发布了完善后的温室气体净零排放长期 转型战略，重申该国将在 2050 年之前实现净 零排放的目标。同时明确了美国 2030 年的温 室气体排放量将较 2005 年水平下降 5052 的目标。该战略同时提出了美国净零转型的五 大支柱，包括电力脱碳、使用清洁能源、减少 化石能源浪费、减少甲烷及其他非碳温室气体 排放以及提升土壤和自然环境固碳效果。 4 仍在进行气候问题讨论的国家 超过 90 个国家 当前已进入碳中和国家政策讨论的阶段，预计 未来几年将有更多国家针对气候变化采取关键 性举措。特别是来自非洲、中东等地区的国家 将有望在碳中和领域迎头赶上，提出有关碳中 和的法案或政策文件，从而使全球约 75 的排 放量被纳入严格的减排监管。 解密农业碳排放 波士顿咨询公司 X 极飞科技 11 由 于其复杂的形成机制，了解并干预农业活动 中的温室气体排放并非易事。相比于其他 行业，跟踪、测量以及计算农业活动中的温 室气体排放可能更具挑战性，主要由于两大原因。 首先，与其他行业不同的是，农业生态系统中的各 项活动不仅可能增加温室气体的排放，也有可能导 致温室气体的“消除”。例如，当荒地与沙地被开 发为耕地并种植了作物后，其土壤吸收和存储碳的 能力将得到提升，这些土地将作为一个“池子”存 储二氧化碳。其次，农业系统中的排放部分涉及到 复杂的生物反应，同时还受到不同因素的影响。天 气、地理位置、种植 / 养殖的品种、土地类型以及 土壤管理方式等都会影响农业温室气体的排放。此 外，部分地下的温室气体形成和排放是在一段相当 长的时间内逐步发生的，这使得追踪和衡量农业领 域的碳足迹更加困难。 从何处来主要农业温室气体排放源 简而言之，农场内发生的任何一项活动都有可 能产生温室气体排放，例如动物的粪便管理、土地 耕作以及农业机械的运作等。农业生产活动中主要 产生三种温室气体，二氧化碳（ CO 2 ）、氧化亚氮 （N 2 O）以及甲烷（ CH 4 ）。气候变化专门委员会 （IPCC）在其国家温室气体指南报告中使用 一张图生动地解释了农场内各类温室气体排放的 主要来源（参阅图 5） 。 由世界资源研究所（ WRI）和世界可持续发展 工商理事会（ WBCSD）制定的温室气体排放核算 标准（GHG Protocol）将农场内的温室气体排放源 分为两大类非机械类与机械类。非机械类排放通 常通过复杂的生物反应过程发生，例如生物质的分 解、发酵以及秸秆燃烧。典型的非机械类排放是通 过动物肠道发酵和肥料硝化反应等活动排出的甲 烷和氧化亚氮。机械类排放则主要来自于运转机械 设备所需的化石燃料燃烧、化学原料以及电力的消 耗。典型的机械类排放是农场上运行机械装置或 设备，比如播种机、收割机和空调等，产生的温 室气体。除常见的二氧化碳、甲烷和氧化亚氮外， 机械类排放还可能包括其他温室气体，比如氢氟烃 （HFC），但排放的温室气体种类主要取决于使用 的能源或化学原料。 图5 | 农场内温室气体的主要排放和移除过程 来源气候变化专门委员会（IPCC），国家温室气体指南第四卷第一章。 HWP CO2 CO2 CH4 CH4 CH4 N2O CO2, CO, NMVOC N2O, NO 枯枝落叶 土壤碳 土壤呼吸 生物量 火灾 稻米 氮固定 肥料 净初级生产量 （CO2吸收） 伐木 施肥 12 通往农业碳中和之路科技如何助力农业减少温室气体排放，实现净零转型 然而，对于不同农场而言，其主要的排放源以 及温室气体排放量将会因为农场的类型、管理模式 以及其他相关因素而存在很大差异。其他的影响因 素可能包括农场面积、农场地形和水文、土壤微生 物 / 有机质含量、农场种植作物品种、养殖的牲畜 类型以及农业废物处理方式等。目前还没有一套统 一的方法和标准能够精确衡量不同排放源在农业 生态系统中对总排放量的贡献，对不同排放源的排 放量级和占比尚存争议。但根据联合国粮农组织 （FAO ）的统计，农业活动产生的温室气体主要来 自七大排放源（参阅图 6） 。 在 2019 年由农业活动产生的 72 亿吨二氧化碳 当量的温室气体排放中，约 26 来自牲畜消化系 统中的肠道发酵反应。碳水化合物在食草动物的 消化道内被细菌分解，在分解的过程中产生甲烷 （CH 4 ）并向外排放。肠道发酵产生的甲烷排放量 主要取决于牲畜的种类、年龄、体重大小以及饲料 的成分和数量。其中反刍牲畜（例如奶牛和绵羊等） 是主要排放源，但部分非反刍动物（例如猪和马） 等也会释放一定的甲烷。 肥料的施用是第二大排放源，贡献约 14 的 农业温室气体排放量。施肥包括使用牲畜的粪便 （直接排泄在牧草上或制成有机肥撒入地里）以 及向土壤中撒入人工合成的化学肥料（如尿素）， 均会产生氧化亚氮（ N 2 O）的排放。施肥将导致土 壤中的氮元素增加，土壤中的氮一部分与有机质相 结合，另一部分将通过反硝化作用以 N 2 和 N 2 O 的 形式向环境释放。 N 2 O 的排放可能通过施肥直接发 生，也可能通过挥发及淋溶等间接的方式发生。 将有机土壤进行排水处理有助于提高植物生 长条件，是农业种植和林业中常用的一种举措，然 而该举措可能导致大量的二氧化碳（CO 2 ）被释放。 在不排水的有机土壤中，厌氧条件下有机质的投入 量超过分解的损失量，从而帮助土壤固存更多的 碳。而当排水后土壤厌氧条件改变，有机土壤中存 储的碳将会稳定地分解并释放。 CO 2 的排放亦受到 排水深度、土壤肥力以及温度等多种因素的影响。 图6 | 农业活动产生的温室气体主要来自七大排放源，其中牧场动物 肠道发酵及生产中施用的化肥是前两大排放源，贡献40的排放量 来源联合国粮农署，农业与林业温室气体排放数据库（FAOSTAT 2021）；BCG分析。 1 种植森林对于温室气体排放的消除作用数据并未包括在内。 2 包括人工合成肥料的施用，施入土壤的粪肥以及留在牧场土地上及叶面上的粪肥。 3 主要指秸秆燃烧，比如农场里的秸秆焚烧以及热带草原野生秸秆发生的火灾。 4 焚烧土地包括发生在有机土壤上的火灾以及潮湿热带森林地区的火灾。 2.82 1.53 0.83 0.67 0.53 0.39 0.44 0.74 2.95 肠道发酵 农场能源消耗有机土壤排水化肥施用 2 水稻种植 农作物残余 3 粪便管理 焚烧土地 4 森林砍伐 26 14 8 6 5 4 4 7 27占总排放量的比例 全球80的 森林砍伐活 动与农业生 产相关 农业活动土地使用变化 2019年按来源划分农业相关温室气体排放量（十亿吨二氧化碳当量） 1 波士顿咨询公司 X 极飞科技 13 水稻种植也是一个相对较大的农业温室气体 排放来源。当土壤淹水后，土壤中的氧气被土壤微 生物、动物、植物根系所消耗，产甲烷菌开始生长、 活动，它们以二氧化碳和乙酸等为原料，生成甲烷 （CH 4 ），并通过水稻植株和气泡等途径扩散排放 到大气中。 作为第五大排放源，农场上使用能源所产生的 温室气体排放同样不容忽视。现代化农场需要燃烧 大量化石燃料来为农场上运行的机械和设备提供 动力，以及为农场供电。而燃烧包括煤炭和柴油等 在内的化石燃料将会排放大量的热量及温室气体。 除了以上提到的前五大农业排放源，处理畜禽 粪便以及农作物的秸秆等农业废弃物也将产生大 量的温室气体排放。在不同条件下储存及处理动物 粪便（比如粪便堆肥），将导致 CH 4 或者 N 2 O 的排 放。而在丰收后焚烧农作物秸秆（用于杀灭秸秆上 的害虫卵），不仅会产生大量的温室气体，更是长 期困扰很多农村地区的大气污染来源。 要减少农业碳排放，最有效的方法无疑是从每 个排放源入手，借助科技的手段进行治理并减少排 放。但值得注意的是，在当前的科技程度下，不同 排放源的温室气体减排潜力差异很大。尽管动物肠 道发酵是农业温室气体的最大排放源，但要减轻其 影响并非易事。近期科学研究发现，可以通过向牧 场动物的饲料中加入添加剂来大大减少动物肠道 发酵产生的甲烷排放。主要的添加剂包括红海藻素 以及 3- 硝基氧丙醇（ 3-NOP）。据美国国家环境保 护局（EPA ）估算，如果能在全国范围内所有牧场 使用红海藻素添加剂，那么到 2030 年可以帮助减 少最多 60 的动物温室气体排放。 10 然而，距离红 海藻素能够真正被大范围使用还有很多问题尚待 解决，包括如何降低红海藻的种植、收获以及处理 成本，让其能够作为经济的添加剂被农民接受以及 牲畜长期食用该添加剂是否会导致高耐受性或其 他副作用。另外一个降低肠道发酵排放的方法就是 大量减少人类对反刍类动物蛋白（比如牛肉和羊 肉）的消耗，但这就要求人类的饮食结构发生巨大 改变，难以被大多数人接受。同时，减少动物蛋白 的摄入是否会对人类健康造成损害在科学上也仍 然存在争议。 10 温室气体净零排放长期转型战略第五章。 针对其他农业温室气体排放源的减排举措可 能取得更加直接且高效的成果，例如用电动农业机 械替换掉燃油机器，可以在当前维持生产水平的同 时快速减少温室气体的排放。利用智能土壤监测工 具减少肥料的投入也被认为是抑制 N 2 O排放的一种 有效方法。但这些举措往往容易被忽视，针对肠道 发酵减排的举措目前虽是研究重点，可实际效果尚 需大量科学测试验证，本报告后续章节将着重介绍 相对成熟且更易实现的科技减排方式。 如何计算农业碳排放核查 尽管各行各业中温室气体的形成和排放机制 非常不同，但温室气体排放量的核算方法论基本一 致。由世界资源研究所（ WRI）和世界可持续发展 工商理事会（ WBCSD）建立的温室气体核算体系 是行业标杆，为不同行业的企业测量和披露自身温 室气体排放量提供了方法和标准。根据温室气体核 算体系，企业测量温室气体排放时应该践行四个步 骤界定核算边界、明确温室气体种类、梳理排放 活动并计算排放量（参阅图 7） 。 第一步设定温室气体排放核算边界。 农业企业在核算温室气体排放前，需要先设定 好两个核算边界组织边界与业务运营边界。在设 定组织边界时，企业可以选择根据业务中的股权比 例来核算排放量，反映了公司的经济效益（股权比 例法）。企业也可以选择只核算其拥有 100 控制 权的子公司的排放量（财务控制权法）或者选择不 计算其仅享有权益但并不持有运营控制权的子公 司的排放量（运营控制权法）。 为了设定业务运营边界，要求企业识别与其运 营相关的排放，将其分为直接排放与间接排放，并 选定间接排放的核算与报告范围。温室气体核算体 系将排放分为三个范围（参阅图 8） 。 范围一指企业拥有或控制的排放源产生的直接 温室气体排放。农业企业典型的范围一排放包 括农场机械燃油燃烧排放等。 范围二指消耗外购能源产生的间接温室气体排 放，包括电力、热力、蒸汽或者冷气等。 14 通往农业碳中和之路科技如何助力农业减少温室气体排放，实现净零转型 图7 | 农业企业核算温室气体排放的四大关键步骤 来源温室气体核算体系（GHG protocol）；北京市种植农产品企业温室气体排放核算指南；资料检索；BCG分析。 设定组织边界 股权比例法 财务控制权法 运营控制权法 设定运营边界 范围一直接温室气体排 放 范围二公司外购的电力 和 热力等能源而产生的排放 范围三除范围一、二之 外 的所有其他由企业产生的 温 室气体排放 企业可自主选择是否核算并报 告范围三涉及的温室气体排放 京都协议中列出的六种常 见温室气体 二氧化碳 甲烷 氧化亚氮 氢氟碳化物 全氟化碳 六氟化硫 企业还可以根据实际情况自行 将其他温室气体纳入核算与报 告的范围 优先检查所在地政府是否已经 出台了相关的核算规定与标准 举例北京市种植农产 品企 业温室气体排放核算指南 收集排放活动数据 农场使用的燃料种类以及 具 体用量 购买的电力数据（千瓦时 ） 排放因子 IPCC所规 定的 缺省 值 国家/区域所提供的适用于该 地区的排放因子 （企业应当优先考虑适本地适 用的排放因子） 1 2 3 4 温室气体排放总量 燃料燃烧产生的温室 气体 施肥引起的温室气体 排放 购入电力产生的温室 气体排放 秸秆处理产生的温室 气体排放 土壤有机碳库的变化 界定核算边界明确温室气体种类梳理排放活动计算排放量 图8 | 温室气体核算体系设定了三大范围，有助于企业更好地核算 与管理自身的排放 来源温室气体排放核算体系（GHG protocol）。 外购能源产生的间接温室气体排放 企业通过采购或者其他方 式引入的 由其他企业生产的能源 ，用于自身 生产所产生的温室气 体排放 温室气体直接排放 由企业拥有或控制的排放 源所产生 的直接温室气体排放 其他间接排放 除范围一和二之外，其他 所有由于 企业生产经营活动所 导致的温室气 体排放 核算与汇报可选范围，非强制 农业生产物资的生产 农产品的运输、加工和售 卖 农业废弃物的运输 农场员工差旅等 外购电力 外购热力 外购蒸汽 外购冷气 农场机械燃油燃烧 水稻种植 动物肠道发酵 化肥施用和粪便管理 非穷尽 非穷尽 范围一和范围二（一般要求企业进行核算与报告） 范围一、二、三（企业可自主选择是否核算与披露范围三排放） 范围二间接排放范围三间接排放范围一直接排放 定义 实例 核算与 披露要求 波士顿咨询公司 X 极飞科技 15 范围三包括了其他所有的间接温室气体排放。 范围三的排放是一家公司活动的结果，但并不 是产生于该公司拥有或控制的排放源。企业可 以自主决定哪些活动应该被纳入范围三的核 算，因此范围三排放的核算标准对一些企业来 说也可能存在争议。 目前大部分国家 / 地区一般要求企业核算与披 露属于范围一和范围二的温室气体排放量，是否核 算和报告范围三的排放由企业自主决定，不做强制 要求。但企业可以通过报告范围三排放彰显自身减 少对环境负面影响的决心。 第二步明确核算的温室气体种类。 温室气体核算体系建议企业核算京都议定 书中规定的六种温室气体，即二氧化碳、甲烷、 氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳和六氟化硫。但 该建议并非强制，企业需根据自身经营活动来确定 哪些相关的温室气体应该被核算与报告。 第三步梳理具体排放活动。 一旦确定了核算边界，企业需要梳理并明确范 围内各项活动的排放源。政府会针对部分行业发布 具体的温室气体核算指导和标准，明确概述哪些经 营活动 / 排放源应当被纳入该行业企业的温室气体 核查与报告。由于农业覆盖的业务广且差别大，针 对农业企业目前还没有专门的核查与报告标准，可 能导致即使业务相似的企业之间也会出现温室气 体核查结果差异较大的情况。 在中国，一些地方政府已经率先为本地农业相 关企业提供了温室气体排查与核算标准。如北京市 政府在 2019 年颁布了种植农产品温室气体排放 核算指南（ DB11/T1564-2018）。该指南列出了 五种排放活动应该被纳入种植业企业的温室气体 核算中，包括农场上化石燃料燃烧、土壤施肥、植 物秸秆处理、购入电力以及土壤碳库变化。企业在 进行温室气体核算前，应首先参考国家或地方版本 的核算与报告标准，并按照要求将相关活动的排放 纳入计算中。 第四步计算排放量。 明确了排放活动后，企业可以开始通过三个步 骤计算其具体的温室气体排放量收集活动数据 （AD）、选择排放因子（ EF）以及将活动数据与 排放因子相乘。 收集活动数据（AD）活动数据是指可以用 于衡量排放活动类型、规模以及程度的数据。 比如，对于燃烧化石燃料而言，活动是指燃烧 的化石燃料种类（汽油或柴油）和使用量（吨 或升）。 选择排放因子（EF）排放因子是将活动数 据转化成排放量的系数。该系数会因不