2003年，英国政府在能源白皮书《我们能源的未来：创建低碳经济》中首次提出“低碳经济”［1］，2009年12月哥本哈根世界气候大会让低碳经济成为全球热点，受到各方面的高度关注。遏制气候变暖、拯救地球家园是全人类的共同责任。每个国家、民族和个人都应该本着对全人类负责的态度，高度重视应对气候变化问题，都应该责无旁贷地行动起来，转变传统的消费模式、发展方式和价值观念，走低碳发展的道路，最终实现人与自然的和谐发展［2］。低碳意味着环保、节能减排，意味着传统产业结构的调整、能源结构的优化和低碳产业的发展，意味着生产、生活方式和价值观念的转变。
1低碳农业的概念
低碳经济是以低能耗、低排放和低污染为基础的绿色经济模式［3－5］。低碳经济形式上为减少温室气体排放，实质上是经济发展方式、能源消费方式、人类生活方式的一次新变革。它将全方位地改造建立在化石燃料（能源）基础之上的现代工业文明，转向生态经济和生态文明。低碳经济的本质就是通过产业部门的协作努力，最大可能地减少温室气体的排放，实现温室气体与经济发展的“脱钩”。农业作为国民经济基础产业，经历了原始农业阶段、传统农业阶段和现代工业化农业阶段，而以能源、机械、化肥、农药等投入要素为基础的现代工业化农业过程对生物多样性和生态环境构成了严重威胁，因此，发展低碳农业势在必行。通过发展低碳农业，温室气体排放得以减少，进而发挥农业在发展低碳经济中的作用，以此实现现代农业由高碳农业向低碳农业的转型。
低碳农业是低碳经济的一个重要领域，是低碳经济在农业发展中的实现形式。低碳农业是指在农业生产、经营中排放最少的温室气体，同时获得整个社会最大效益的技术，即：通过提高农业的碳汇能力和减弱农业的碳源能力，实现农业源温室气体净排放不断减少的目标。发展低碳农业除了秉承低碳经济的内涵之外，要突出资源高效利用、绿色产品开发、发展生态经济，还要突出科技进步、产业升级、固碳减排，其关键在于提高农业生态系统对气候变化的适应性，同时降低农业发展对生态系统碳循环的影响，维持生物圈的碳平衡［6－8］。低碳农业即生物多样性农业［9－10］，是为维护全球生态安全、改善全球气候条件而在农业领域推广节能减排技术、开发生物质能源和可再生能源的新型农业［11－12］，是一种全新的以低能耗、低排放和低污染为基础的现代绿色农业经济发展模式［13］。它不仅提倡少施化肥、农药，进行高效的农业生产，而且更注重农业生产整体过程中能耗的减少和低碳的排放。
低碳农业是相对于当前高能耗、高排放、高污染的现代工业化农业而提出的新型农业［14］。现代工业化农业生产过程中，化肥农药的广泛使用，农膜农具的随意废弃，机械运作的大量排放，无一不是高能耗、高排放、高污染的行为。低碳农业旨在减少化学农药的使用，开发并使用生物农药，恢复生物多样性；减少化肥的施用，进行高效绿色的生产，保护生态环境；优化能源结构，发展新型和可再生能源，降低化石能源的消耗，节能减排，遏制全球气候变暖。据联合国粮农组织（FAO）估计，低碳农业系统可以抵消约80％的因农业过程导致的温室气体排放量，无需生产工业化肥，每年可为世界节省1％的石油能源，而不再使用这些化肥还能降低30％的农业排放［15］。资源与环境是农业生产的自然基础，资源匮乏、环境保护、生态建设等现实困惑都要求人们必须发展低碳农业。低碳农业的本质是生态农业经济，建立循环经济发展模式，有利于缓解资源贫乏的压力，实现农业的可持续发展［16］。
2低碳农业发展现状
根据《哥本哈根协议》，世界各国陆续向《联合国气候变化框架公约》秘书处提交或通报了2020年的减排目标。其中挪威承诺的减排幅度最大，目标是到2020年在1990年的基础上减排30％～40％；美国承诺到2020年在2005年基础上减排17％；日本承诺到2020年在1990年基础上减排10％～20％；俄罗斯承诺到2020年在1990年基础上减排20％～25％；中国承诺到2020年在2005年的基础上将单位GDP的CO2排放量减少40％～45％；印度承诺到2020年单位GDP的CO2排放比2005年下降20％～25％［17］。为实现这些目标，各国不仅在工业上做出了重大改革和调整，而且对农业也给予了空前的重视和关注。政府间气候变化专门委员会（IPCC）新近指出，对地球大气最近250多年观察表明，温室气体主要来源于化石燃料、土地开发和农业生产3个方面，而且农业过程占总排放量的1／3左右，其中约25％为CO2［18］。
农业是处于环境与发展冲突最前沿的一个基础产业［19］，它既是温室气体排放的主要来源之一，其本身也受到气候变化的严重影响［20］。对此，世界各国采取了许多有效措施，开展了各种形式的低碳农业发展模式。印度克什米尔地区开展的自适应农业模式，不但可以减少农业投入和生产成本，提高农用地生产力，还可以减缓气候变化对农业生产的影响［21］；美国和加拿大倡导的固碳农业，不仅可固定大气中的CO2和CH4，减少土壤碳的投入，而且还有利于提高生产力［22－23］；以奶业闻名于世的新西兰，采用家庭式季节性有机放牧模式，机械和能源投入相对较少，极大地节约了生产成本，高效低碳，使其奶制品出口达90％，奶产业跻身于世界前列［24］；南美诸如巴西、智利、墨西哥和委内瑞拉等国，广泛建立种植园，生产木材，以生物燃料代替化石燃料，同时也减轻因造纸等行业对热带雨林的破坏，取得了良好的成效［25］；以色列是世界上水和耕地资源最匮乏的国家之一，但其采用先进的理念、管理和技术，开展节水农业和精致农业，不仅自给自足，其农产品还出口其他国家和地区，成为世界上资源节约型农业的典范［26］；墨西哥低碳农业发展的研究认为，生物燃料的利用是农业部门对低碳的最大贡献［27］。之外，还有研究表明，与农业相关的减排，主要来自于反刍动物CH4排放量的减少，其次为水稻（Ory－zasativa）的CH4排放和化肥的温室气体排放量的减少。更有学者［28－30］提出，发展低碳经济既是技术经济问题，还是制度与体制问题。
我国作为一个农业大国，经济的快速增长和未来能源需求的膨胀导致温室气体排放面临巨大压力［31］。我国不仅是世界上农业气象灾害多发地区，各类自然灾害连年不断，农业生产始终处于不稳定状态，而且也是一个人均耕地资源占有少、农业经济不发达、适应能力非常有限的国家。现代农业的高投入、高能耗，虽然可大幅提高产量，但代价沉重，给人类带来前所未有的“四大危机”：环境污染危害、农产品残毒危害、受能源制约的危害、农业不可持续发展的危害。据2004年《中华人民共和国气候变化初始国家信息通报》统计数据显示［32］，“我国每年生产农用化学品、化学种植业、化学畜禽水产养殖业折合消耗标准煤1．4亿t，相当于排放CO212．54亿t，占全国温室气体排放总量的34．32％。”面对这一严峻形势，在“坚持节约资源和保护环境的基本国策，以控制温室气体排放、增强可持续发展能力为目标，以保障经济发展为核心，以节约能源、优化能源结构、加强生态保护和建设为重点，以科学技术进步为支撑，不断提高应对气候变化的能力，为保护全球气候做出新的贡献”的指导思想下，制定了“通过继续推广低排放的高产水稻品种和半旱式栽培技术，采用科学灌溉技术，研究开发优良反刍动物品种技术和规模化饲养管理技术，加强对动物粪便、废水和固体废弃物的管理，加大沼气利用力度等措施，努力控制CH4排放增长速度；通过继续实施植树造林、退耕还林还草、天然林资源保护、农田基本建设等政策措施和重点工程建设，努力实现森林覆盖率达到20％，力争实现碳汇数量比2005年增加约0．5亿tCO2”的农业温室气体控制目标［33］。据此目标，开展了以“节能减排，恢复生态”为核心的低碳农业发展模式。通过发展资源能源节约替代、集约复合种养、生态旅游、高效减灾及农业废弃物循环利用等多种低碳型农业生产经营模式，以及免耕、节水、增施有机肥、病虫害生物防治、新型农作物育种等技术措施的推进，实现农业科学技术的创新和突破，增加科技对农业发展的贡献率和比较效益，应对未来我国农业发展所面临的巨大挑战［34］。#p#分页标题#e#
3草地生态系统中的碳
草业科学是研究草地农业生态系统的科学，草业是农业的一种特殊形态。它涵盖了从草地资源到草地农业生产的草地农业的生态与生产的全过程的理论和技术，是大农业科学的一个分支［35］。草地生态系统作为全球分布最广的生态类型，是农业自然自源的重要组成部分，其能量流通与物质循环对全球气候变化具有重大影响［36－37］。草地拥有强大的碳汇功能，草地对土壤碳汇的影响主要通过增加土壤碳库和植被碳库来实现。草地植物通过光合作用将大气中的CO2固定并将其以有机物的形式储存在植被和土壤中，对于固碳减排，缓解全球气候变化有重要贡献［38］。因此，发展低碳农业不能忽视草地生态系统中碳的作用。据德国全球变化咨询委员会（WBGU）估计［39］，全球陆地生态系统的碳储量有46％在森林中，23％在热带和温带草原中。世界永久性草地面积为24亿hm2，约为全球陆地总面积的1／5［40］，我国拥有各类天然草原近4亿hm2，约占国土面积的41．7％［41］。根据IPCC［42］的报告，草地固碳量为1．3t•hm－2•a－1，以此推算，我国草地每年可固碳约5．2亿t，折合CO219亿t，可抵消我国全年CO2排放总量的30％［43］。草地碳汇不仅功能强，而且还拥有自己的特色。据Post等［44］对全球草原生态系统碳储量所做的估算，平均碳储量约为569．6Pg，其中植被层为72．9Pg，土壤层为496．6Pg。Ni［45］应用碳密度法并结合相关调查数据对我国草原碳储量进行了估算，数据显示，我国草原总碳储量为44．09Pg，其中植被层为3．06Pg，土壤层为41．03Pg，即地下部分的碳储量远大于地上部分，说明草原生态系统与森林等其他陆地生态系统不同，没有固定而明显的地上碳库，所固定的碳绝大部分贮存于地下土壤中［46－47］。这就意味着，当遭遇火灾等大规模毁灭性灾害时，草原生态系统释放到大气中的碳仅为其固定的碳的很少一部分，远小于其他陆地生态系统。这是草原生态系统碳汇的一大特色，也是草地生态系统实现固碳减排的一大优势。
草地生态系统碳循环过程主要包括碳素的输入，地上、地下生物量中的碳固定，土壤中有机碳的贮存，土壤呼吸作用（包括土壤微生物呼吸、活根系呼吸和土壤动物呼吸等生态过程）中碳的排放等环节。此过程受气候变化及人类活动的极大影响。在各种陆地生态系统中气候变化将首先对草地生态系统产生影响，其中降水和温度季节配置方式的潜在变化对草地生物学过程（如植物生产力、养分的生物地球化学循环）产生的影响比各气候要素总量的变化更加重大。研究表明，气候变化对草地碳循环的影响是多方面的。作为碳素输入主要途径的初级生产力主要取决于温度和降水量的大小及其季节配置。因此，温度和降水量，尤其是其季节配置方式的改变会直接影响到草地初级生产力的规模和碳素输入量的水平。温度和降水量是造成土壤有机质分解速率的主要因素，气候变化又会对草地土壤中碳素的贮量产生重大影响，这对于整个碳循环而言尤为重要［48］。
气候变暖增加草地土壤水分蒸发，促进植物蒸腾作用［49－50］，加剧草地退化，由此产生的水分胁迫降低植被的固碳能力，从而导致草地生产力下降［51］。降水增加则改善土壤的水分供给条件，增强光合速率，从而提高生产力，增加固碳量。人类活动如草地开垦、过度放牧、火烧等对草地碳循环过程有明显的影响。草地开垦主要导致土壤中有机碳的大量损失。研究表明［52－53］，草地开垦为农田后会损失掉土壤中碳素总量的30％～50％，大量损失发生在开垦后的最初几年，20年后趋于稳定。放牧是最常见的草地利用形式，也是人类对草地施加的最为广泛的干预方法。过度放牧是天然草地退化的主要原因，草地退化导致生产力下降和土壤有机碳减少；过度放牧可促进草地土壤的呼吸作用，从而加速碳素由土壤向大气中的释放。就全世界草地而言，在过度放牧下地上净初级生产力中仅有20％～50％能够以凋落物和粪便的形式归还土壤［54］。降低牧压、退牧还草、草原围栏、禁牧休牧轮牧等保护性管理措施能有效遏制草地退化，逐步提高草地固碳能力
4结语
低碳农业是农业发展历史上的又一次革命。低碳农业不仅是一个是理论体系，也是一个技术体系，更是一种思想。尽管我国在低碳农业领域做出了不懈努力，但是，无论是理论上，还是从实践的范围来看，都不够深入。尚存在农业生产方式不尽合理、低碳意识有待提高、理论创新缓慢、发展模式有待丰富的问题；低碳技术滞后，新型技术有待研发等问题尚待解决。此外，我国草地生态系统碳循环研究基本上还处于起步阶段，现有的研究虽然为农业生态系统碳循环研究奠定了一定的基础，但其中的部分研究成果与低碳农业实践的结合并不十分紧密，有关碳循环的研究还存在诸多薄弱环节。因此，要确保低碳农业的顺利发展，需要切实发挥农民的主体作用、政府的主导作用、技术的支撑作用和国际合作的桥梁作用。我国要根据各地区的实际情况，探索发展低碳农业的模式和思路。发展低碳农业不仅是我国农业本身可持续发展的需要，而且也是我国应对气候变化的战略选择。所以，应当把发展低碳农业作为发展低碳经济的重要内容，从而深化对低碳经济的认识，并完善低碳经济的体系，进而为我国顺利实现高碳农业向低碳农业的转型奠定坚实的基础。
