农业中化石燃料的使用
所有农业作业都需要能源。现代集约化农业需要比过去多得多的能源投入传统的耕作方法,因为它依赖于的使用化石燃料用于耕作、运输和谷物干燥,用于制造化肥农药和用于农业投入的设备,以及用于农场发电的设备(Frye, 1984)。早期估计表明,农业矿物燃料的使用,主要是液体燃料和电力,仅占发达国家总消费量的3-4% (CAST, 1992;雷竞技手机版appEnquête委员会,1995年)。为了提供农业贡献的参考,1996年美国化石燃料使用产生的碳排放分别为住宅、商业、工业和交通部门的286.7、229.9、477.5和445.5 MMTCE (EPA, 1998)。1996年美国以二氧化碳形式排放的碳总量
总C含量(MMTCE |
||
池 |
Bouwman 1990 |
Eswaran等人,1993年 |
大气 |
720000年 |
750000年 |
生物质 |
560000 - 835000 |
550000年 |
土壤有机质 |
1400000 - 2070000 |
1500000年 |
Calicheb |
780000 - 930000 |
- |
海洋 |
38000000年 |
38000000年 |
相当于100万吨碳。岩石钙层干旱和半干旱地区。
相当于100万吨碳。干旱和半干旱地区的岩石钙层。
化石燃料为145030万吨吨煤,这一数值随着时间的推移稳步增长。Lal等人(1998年)的修正估计表明,美国农业贡献了美国总排放量的1.96亿吨碳当量中的116亿吨(即7.3%)。这些农业排放包括土壤侵蚀造成的额外1500万吨碳当量(未包括在早期估计中)和直接农场能源使用以及间接化肥和农药生产造成的2790万吨碳当量。
在集约化农业系统中,耕作和收获操作占燃料消耗的最大比例(Frye, 1984)。使用免耕或少耕系统的燃料需求分别为包括模板耕在内的常规系统的55%和78%。以空中计算,每年可节约23公斤碳ha-1能源成本这是由传统耕作向免耕转变的结果。对于美国186公顷的农田来说,这意味着每年可节约430万吨碳排放单位。Kern和Johnson(1993)计算出,将美国76%的耕地转换为保护性耕作可在30年内封存多达286- 4.68亿吨碳当量净碳汇Lal(1997)提供了一项全球估计,到2020年,从常规耕作到保护性耕作的碳固存量将高达4.9亿吨碳当量。将降低燃料成本的经济效益和转向保护性耕作的环境效益结合起来,是农业减少向大气排放碳的积极的第一步。
表3.2概述了1996年美国农业中使用的化石燃料。1995年使用的三种主要燃料直接释放了1 900万吨煤,柴油是最大的贡献者。氮肥是生产过程中消耗能量最大的一种肥料,用量也比其他任何肥料都要大。由于工厂效率的显著提高和化肥的使用,化肥生产的净能源使用量最近下降了40%天然气.估计N、P2O5和K2O的生成物所需能量分别为45.5、10.8和5.0 Btu g-1 (Shapouri等,1995年)。例如,将英制单位(Btu)换算为焦耳(J) (1 Btu = 1055.06 J),并使用天然气的碳含量(13.6 kg c10 -9 J),每生产一吨N,就会释放0.66吨碳。因此,全球每年消耗约80tg化肥N相当于消耗约5300万吨碳当量的二氧化碳。自20世纪40年代以来,美国的化肥和化学品生产稳步增长,1996年向大气中排放了830万吨碳当量。美国农业中使用的化石燃料的综合估计约占美国碳排放总量的2%。但是,这个表不包括用于加热和冷却的电力或设备制造的能源。Pimentel和Heichel(1991)估计,制造农业机械所需的能量与种植作物所需的燃料相等。
皮门特尔(1984)指出,17%的总能源用于美国经济在粮食系统中消耗,约6%用于农业生产,6%用于加工和包装,5%用于分销和制备。这占美国能源消耗总量的17%,仅食品就相当于人均每年消耗约1500升燃料。以燃料油中的碳含量为0.73千克cl -1,乘以1998年年中估计的美国2.7亿人口,就可以得出食品生产、加工和生产所需的碳
Fuelsa |
容积(106升) |
碳(MMTCE) |
柴油 |
13626年 |
11.02 |
汽油 |
5626年 |
3.32 |
丙烷 |
3028年 |
4.97 |
总和 |
19.31 |
|
Chemicalsb |
重量(kg x106) |
Carbonc |
氮(N) |
6916年。9 |
6.30 |
磷(P2O5) |
2904 .0 |
0.61 |
钾肥(K2O) |
3181 .0 |
0.31 |
除草剂 |
155.1 |
0.68 |
杀虫剂 |
18.8 |
0.08 |
杀真菌剂 |
3.32 |
0.01 |
其他化学物质 |
59.1 |
0.26 |
总和 |
8.25 |
国家:农业资源而且环境指标#16, 1996年12月;能源办公室,基于NASS收集的数据。b资料来源:USDA-NASS,农业统计委员会,1996年农田作物摘要,农业化学品使用。
使用的燃料是14mg C (Btu)-1的天然气。代表100%的耕种土地(123,96.8万公顷),这是根据一项涵盖7种主要作物和71.5%土地的调查推断出来的。
资料来源:《农业资源与环境指标》1996年12月第16期;能源办公室,基于NASS收集的数据。b资料来源:USDA-NASS,农业统计委员会,1996年农田作物摘要,农业化学品使用。
使用的燃料是14mg C (Btu)-1的天然气。代表100%的耕种土地(123,96.8万公顷),这是根据一项涵盖7种主要作物和71.5%土地的调查推断出来的。
在美国,预处理每年将排放约296 MMTCE,约占美国总量的20% (Houghton等人,1996年)。整个食品部门(包括加工、保存、储存和分配)对化石燃料的需求占化石燃料总量的10-20%能源消耗(Pimentel et al., 1990;铸造,1992)。因此,在考虑减少农业二氧化碳排放量的解决方案时,减少农业能源使用应考虑非生产地区的11%。
继续阅读:水稻和甲烷生产
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