本文的研究由杨璐、乐凯迪及张立杰（通信作者）撰写，作者隶属于新疆大学经济与管理学院。研究以题为“‘双碳’目标下新疆主要农作物生产碳足迹”的形式，于2025年1月14日首次在线发表在期刊《应用生态学报》（Chinese Journal of Applied Ecology）上，该期刊的ISSN号为1001-9332。
本研究聚焦于应用生态学与农业研究领域，旨在回应全球气候变化背景下农业领域所面临的挑战。根据政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告显示，全球温室气体排放在不断增长，农业作为重要的温室气体来源，占人为源排放总量的23%。具体而言，农业活动中二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）的排放比重分别为20%、70%、90%。为应对这些挑战，中国在2020年提出了“双碳”目标，即2030年前实现碳排放达到峰值，2060年前实现碳中和。而农业既是碳排放源，也是潜在的碳汇，因此在中国实现“双碳”目标的过程中具有独特的作用。
新疆是中国粮食和棉花的重要生产区域，其小麦、玉米和棉花种植面积巨大，占全区作物种植总面积的70%以上。尽管该地区农业生产效率高，但也面临农资过度使用及高碳排放的压力，尤其在棉花生产中农膜和化肥的使用强度尤为突出。本研究旨在核算新疆2005年至2021年小麦、玉米和棉花三大主要农作物生产的碳足迹，并分析其影响因素，这为优化种植结构、提高农作物低碳生产效率提供了科学依据。
本研究采用生命周期评价法（LCA）和灰色关联度分析等方法，系统分析了2005至2021年新疆小麦、玉米和棉花的生产碳足迹，具体工作流程如下：
碳足迹核算
研究核定的碳足迹包括：从化肥（氮肥、磷肥、钾肥及复合肥）、农膜、柴油、农药的生产及使用到农田工作（如耕作、电力灌溉）过程中排放的温室气体，尤其关注农田因氮肥施用而产生的N₂O排放。
碳足迹计算公式主要包括农资碳排放（𝑒input）和氮肥施用导致的N₂O排放（𝑒N₂O），其中N₂O排放按直接排放和间接排放两个维度核算。具体的计算因子参考了中国生命周期基础数据库（CLCD）和相关文献。
碳吸收量核算
农作物碳吸收量依据光合作用固定在作物生物量中的有机碳量，主要包括经济产量、秸秆和作物根部分的含碳量。本研究分别计算了每种作物碳吸收的各组成部分，并采用国际通用方法将吸收量折算为二氧化碳当量。
碳效率计算
进一步细化碳效率为碳生态效率（作物单位碳足迹吸收的碳量）、碳生产效率（单位碳足迹对应的经济产量）和碳经济效率（单位碳足迹对应的经济价值）。通过比较三种作物在不同年份间的碳效率变化，评估其低碳生产的可行性与潜力。
灰色关联度分析
本部分选取农机总动力、农膜、化肥及有效灌溉面积等11项因素为比较序列，分析其与三大作物碳足迹变化的关联度，以识别主要影响因素并提出对应的减排措施。
碳足迹与种植面积
在研究期间，小麦、玉米和棉花的种植面积分别从2005年的0.76、0.50、1.16百万公顷增至2021年的1.14、1.11和2.51百万公顷；相应的碳足迹也分别从1.40、1.06、3.50百万吨增加到2.76、3.16、10.49百万吨。棉花的碳足迹远高于其他作物，主要由于其依赖大量的农膜与化肥。
单位碳足迹
单位面积碳足迹从高到低依次为棉花（3.61吨·公顷⁻²）、玉米（2.67吨·公顷⁻²）和小麦（2.21吨·公顷⁻²）；单位产量碳足迹从高到低依次为棉花（1.91吨·吨⁻¹）、小麦（0.41吨·吨⁻¹）和玉米（0.35吨·吨⁻¹）。
碳效率分析
碳生产效率和生态效率最高的作物为玉米，而棉花由于高碳足迹，其生产和生态效率均最低。然而，棉花的碳经济效率高于小麦和玉米（7148.74×10³元·吨⁻¹），表明其经济效益良好但环境代价昂贵。
碳足迹构成
农田N₂O排放与化肥施用是三种作物碳足迹的主要来源，棉花生产中农膜的贡献尤为突出。三种作物碳足迹的驱动因素主要包括农机总动力、种植面积、有效灌溉面积、氮肥和复合肥投入。
2022与2023年分析
随着新疆小麦和玉米种植面积的逐年增加，其碳足迹增量主要来源于高强度的农资投入。然而，调整作物种植结构（减少棉花种植面积）为碳减排提供了可能。
本文首次系统核算并对比分析了新疆三大农作物生产碳足迹及其碳效率。研究表明合理调整作物种植结构并通过技术改进（如优化氮肥管理、推行节水灌溉、提高农膜回收率、发展智能农业设备）是降低农业碳足迹的关键路径。这既有助于国家“双碳”目标的实现，也为保障粮食安全与生态保护提供了科学依据。
研究明确指出，新疆在未来的农业生产中应适当减少高碳排放的棉花种植面积，增加粮食作物的种植比例，并通过提升化肥与农膜的利用效率、大范围推广智能化生产设备等措施，实现农业低碳生产与粮食安全的双赢。