食用菌产业碳排放研究进展及其减排对策思考

刘朋虎,叶菁,陈华,王义祥*,翁伯琦

(1.福建农林大学 国家菌草工程技术研究中心 福州 350002；2.福建省红壤山地农业生态过程重点实验室 福州 350003；3.福建省农业科学院 农业生态研究所 福州 350013)

21世纪以来，全球气候变化导致生态失衡与各种环境问题频发，这已引起国际社会普遍关注。大气中温室气体浓度的增加是导致全球变暖的重要因素之一。温室气体包括CO2、CH4、N2O等，其中CO2对全球温度升高的影响最为显著，因此CO2排放成为众多学者研究的主要对象[1]。2007年，联合国政府间气候变化委员会(IPCC)第四次评估报告指出：在过去的100年里，全球地表平均温度升高了0.74 ℃，海平面升高了0.17 m[2]。实施碳减排以有效应对气候变化已成为全球共识，世界各国也相继出台了相关政策并承诺了具体减排目标。

农业是国民经济的基础产业，它不仅维系人类生存与发展，而且影响生态平衡与安全。由于农业涉及生产行业众多，既有种植业，又有养殖业；既有碳汇产生，又有碳源排放。如何实施减排增效，怎样实现排吸平衡，是一个重要的理论与实践命题。中国是食用菌生产大国，栽培品种与生产产量都位居世界第一。深入研究食用菌产业的二氧化碳排放动态与阐明内在变化规律，创立食用菌产业碳排放评估的技术体系及其过程优化运作管理途径，力求为采取积极有效的碳减排与碳中和等技术措施提供科学依据，为应对全球气候变化做出新的贡献。

1 中国食用菌产业发展及其主要成效

通常认为，可供人们食用的一类大型真菌被称之为食用菌。在物质循环的过程中，食用菌在充当物质的还原者角色以外，其对人类又是贡献巨大的次级生产者。实际上，食用菌生产主要是以农作物秸秆、畜禽粪便等农牧产业中的废弃物(其包含丰富的纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、多糖等大分子物质)为主要原料，通过菌丝体分泌的水解酶及氧化酶将栽培原料高效降解，最终培育并形成富含高蛋白的食品。其不仅丰富城乡居民的菜篮子，而且有助于乡村生态循环产业发展。

近年来，食用菌产业在全国农业经济总产值中排序仅次于粮、菜、果、油，成为第五大类作物[3]。目前，中国成为世界食用菌生产第一大国，中国的香菇、平菇、草菇、银耳、滑菇、灵芝、金针菇、黑木耳等产品的产量均居世界第一位[4]。全国的食用菌产量已经从1978年占全球总产量的5.7%发展到2009年的80%以上，至今一直保持着位于前列的强劲发展势头；近年来食用菌总产量突破了3 400万t，总产值超过2 500亿元[5]。随着食用菌在药用领域的深入研究，其具有的免疫调节、抗肿瘤、抗氧化、抗衰老、保护神经系统、降血脂、护肝等功能，日益受到广泛关注[6-7]，这就促使其需求量越来越大，生产所用的原材料需求量也逐渐增加。要不断推动食用菌绿色发展与产业转型升级，需要正视食用菌产业发展过程出现的品种选育、栽培技术、智能设施、机械作业、原料开拓、产品加工等一系列问题，以科技创新带动菌业深度开发，以资源挖掘有效降低生产成本，以品种选育引领高优菌物生产，以废弃菌包利用构建循环菌业，力求为菌业持续发展与农民增收致富做出新的贡献。

在现代生态循环农业生产中，食用菌生产是现代农业与生态循环的重要组成部分，也是实现物质与能量循环转化的重要环节与纽带，其有效发展将起到重要的承载与传递作用。食用菌系列产品不仅为人类生存和发展提供重要的菌物蛋白，而且其又是医疗保健品和功能食品的重要来源，对完善与丰富人类饮食结构，提高免疫功能有着明显的促进作用。此外，在食用菌生产过程中，可利用真菌分解废弃物中碳氮等物质，进而产生大量可以利用的子实体蛋白(菇类蛋白产品)[8]，一般会使农牧废弃物原料之中50%的纤维素含量、30%的木质素含量得以有效转化；通过优化栽培配方与生产工艺改革，通常子实体(菇体)蛋白含量会增加6%～7%、粗脂肪含量增加20%～25%左右。因此，促进食用菌产业的高质量发展将有助于提高农业废弃物的利用价值，并提高再生利用效率，改善农业生态环境，降低农业生产成本。中国利用农业废弃物生产食用菌的规模与效益水平，尽管有量与质的飞跃，但仍然有一些技术还落后于欧美等发达国家，例如荷兰、德国、美国、日本、韩国等都有专业的生产机构(或者大型企业)，并开展农业废弃物规模化处理与食用菌工厂化的高效率生产，例如双孢蘑菇的生产在欧美一直是一个变废为宝的环保产业，其产量与质量均处于领先水平。近几年，中国在食用菌工厂化生产与农业废弃物循环利用方面取得了明显成效，尤其在品种选育、栽培基质、高效生产等方面取得了一系列进展，开发了多种农业废弃物循环利用模式与高效栽培食用菌的技术，并研发了一系列工厂化、智能化栽培食用菌的高效设施与技术装备，不仅有效降低了生产者的投入成本与劳动强度，而且在很大程度上提高了规模生产效率与菇农经济效益。

长期以来，中国政府积极参与全球应对气候变化的行动，鼓励并支持低碳经济发展。2007年就颁布了《中国应对气候变化国家方案》，并承诺到2030年单位GDP二氧化碳排放量比2005年降低60%～65%。中国共产党的十九大报告指出:“建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计。必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念。”全国各地都在加大对生态环境治理资金的投入力度，积极推动低碳经济的转型发展。作为全球碳排量最多的国家之一，中国碳减排压力巨大，任务繁重。很显然，农业是支撑中国国民经济发展建设的基础，也是产生温室气体的重要来源之一。目前，农业碳排放量超过总的碳排放量占比的16%以上[9]，实现农业碳减排已成为中国减少温室气体排放的有效途径之一。农业是全球温室气体的主要排放源之一，全球约有1/5的温室气体来自农业排放，如果考虑农业食品链直接和间接用能产生的排放，农业、林业和其他土地利用排放占总排放量的比例约为1/3[10]。2019年12月2日，《联合国气候变化框架公约》第25次缔约方大会在西班牙马德里开幕。此次会议以“采取行动的时间”为主题，来自196个国家的代表力求就减排力度、碳市场机制与资金安排等关键问题达成共识。联合国秘书长古特雷斯在会议上提出：全球各国要通力合作，力求实现当年二氧化碳排放当年吸收，达到“碳平衡”或者“碳中和”的目标。即保障世界经济发展，又要实现碳减排与碳吸收利用计划，就此要求各行各业积极行动起来，以科技创新带动并促进碳减排与碳平衡计划实施。应对全球气候变化已经引起世界各国的普遍关注，中国政府积极采取应对策略，并庄严承诺到2030年全国二氧化碳排放到达高峰期，并将节能减排作为刚性指标下达给各省(市、区)与各个经济发展行业，明确了中国将实现单位GDP二氧化碳减排40%～45%的总体目标，任务十分艰巨，需要各行各业共同努力。很显然，食用菌产业的绿色发展，同样也面临着如何实现生产过程“碳中和”与“碳平衡”的目标，深入探讨食用菌产业生产过程二氧化碳排放规律及其整体评估与转化利用技术，不仅具有重要的理论意义，而且具有十分重要的实际应用价值。

2 福建菌业发展与碳排放研究进展

食用菌是福建省重要的优势特色产业，栽培品种多样，科技力量雄厚，是农业增效农民增收的重要增长点，也是福建省着力打造的千亿产业集群之一。2017年福建省食用菌达到276万t，产值达到185.5亿元[11]。福建省从事与食用菌生产相关行业的人员逾300万人，占全省农村劳动力的32.7%，其中如古田县农村80%以上农户从事食用菌产销，直接从业人员达20多万人[12]，不仅富裕了一批“职业菇农”，而且带动了外贸出口、市场建设、机械制造、交通运输、食品加工、农资生产、饮食旅游和包装设计等相关行业的发展。食用菌是福建省着力打造乡村振兴与助力增收的产业集群之一，其经济性与社会性引起人们高度关注。李旭等[13]估算了1978—2010年间福建省CO2排放年均增长率达8.87%，但是关于食用菌生产过程的碳排放研究则少见报道。

要实现乡村减排目标，需要对农业碳排放的时空动态变化规律及其驱动因素进行分析，从而为制定合理的农业减排政策以及发展绿色低碳农业提供参考依据。对于福建省重点发展的农业产业之一，有效评估食用菌产业碳排放动态及厘清内在变化规律是十分必要的，一方面可以为食用菌产业持续发展提供理论依据，另一方面也可以为食用菌产业生产过程实施“碳中和”与“碳平衡”计划提供参考。

就碳排放规律研究而言，目前国内外有关农业碳排放测算的研究，主要集中在宏观方面碳排放测算以及特定视角下的农业个案碳排放测算[14]。国外有关农业碳排放方面的研究起步相对较早，至今已在农业源温室气体排放机理和决定因素、减排(增汇)技术路径、减排(增汇)激励政策等方面取得了不少成果[15]。国内专家分别从国家、省域、县域尺度对中国农业碳排放进行了核算，并进行相关的动态与影响因素分析[16-17]。王成己等对福建省CH4排放进行了估算[18]，王方怡等对福建省碳排放的时空特征和驱动因素进行了研究[19]，刘良和杨振鸿研究了农牧结合模式(小型生猪养殖-粪便循环利用)温室气体排放并提出减排措施[20]。目前关于农业碳排放的研究多集中在农田温室气体排放及影响因素，畜牧业温室气体排放时空特点，以及不同区域农业碳排放时空动态变化规律及其驱动因素等，基于特定视角下的农业碳排放问题研究，尤其是围绕农业某一产业，对其碳排放量进行测度与分析仍不够深入。就食用菌产业碳排放研究进展而言，Salehi等用投入产出法计算出伊朗双孢蘑菇生产过程中的碳排放[21]。郭家选等[22]开展了CO2浓度对食用菌生长发育影响的研究。李艳春等[23]开展了不同C/N对双孢蘑菇培养料发酵过程温室气体排放影响的研究。王义祥等[24]开展了铺料厚度对双孢蘑菇栽培过程酶活性和CO2排放的影响研究。卢翠香等[25]综述了食用菌栽培过程中CO2排放测定方法的研究进展，但系统深入与详尽研究食用菌产业碳排放规律与防控技术的研究报道依然偏少。近年来，已有一些学者开展了双孢蘑菇、秀珍菇、灵芝等栽培过程中的碳排放研究[24,26]。但目前尚未检索到食用菌产业生产周期碳足迹与动态变化趋势评估及阐述其内在规律的详尽研究报道。深入开展食用菌产业碳排放规律及其减排潜力与技术对策研究，其根本目的在于3个方面：一是深入了解不同种类食用菌在规模化栽培条件之下CO2排放与变化趋势，系统总结影响二氧化碳排放的环境因子及其减排措施，有效评估食用菌产业CO2排放对菇品生产与生态环境的影响；二是深入研究并优化制定不同食用菌栽培配方并着力提高培养料中碳素转化率，优化调控生产环境条件并有效减少二氧化碳产生，提高资源利用率与污染防控率；三是因势利导地探索食用菌产业生产过程“碳中和”与“碳平衡”的复合生产模式与配套技术，建立集约化绿色生产与有效防控的技术规程(生产标准)，这将有助于引导食用菌产业绿色发展与转型升级，其重要意义是不言而喻的。

食用菌产业是福建省重点打造的乡村千亿产业集群之一，人们已经注意到了食用菌产业在为社会提供大量菇类产品与产业经济贡献之时，在生产过程中也排放相当数量的二氧化碳的行业特征。如何实现“碳中和”或者“碳平衡”的生产过程管理是一项乡村产业绿色振兴的重要实践命题。近几年来，福建省食用菌产业绿色生产与转型升级取得了良好成效，尤其是标准化与智能化生产设施及其装备的推广应用，既促进了集约化生产工艺改革，提高了菇类蛋白的生产效率，又提高了农牧生产的废弃物利用率与乡村污染的防控率，进而间接减少了食用菌生产过程中二氧化碳的排放。与此同时，农业科研单位与相关菇类企业正在深入开展菌业-菜业、菌业-林业、菌业-果业、菌业-茶业等“碳中和”的复合生产模式与生态循环体系优化构建，取得了良好的成效。要深入开展食用菌产业碳排放规律与影响因素及其减排对策研究，力求为实施行业碳平衡或碳中和计划提供科学依据。就构建食用菌产业变废为宝与节能减排体系的总体思路而言，重点包括3个方面：(1)明确福建省食用菌产业碳排放的时空特征与碳利用效率及碳排放强度；(2)阐明福建省食用菌产业碳排放的影响因素与基本变化规律及其碳足迹；(3)在充分调研与若干品种定点观测研究基础上提出福建食用菌减排对策。进一步深入探索并推广应用减排技术，优化构建有效转化利用食用菌生产过程产生二氧化碳的体系，不仅有助于促进种植业的绿色生产与高效转化，而且更有助于实现变废为宝与节能减排的双赢目标。

3 食用菌产业碳减排体系的构建与对策

3.1 优化构建食用菌产业碳减排体系

应对全球气候变化，实施CO2减排计划，这不仅成为各国的共识，更是需要共同促进的行动。中国是食用菌生产的大国，无论是生产品种，还是其生产总量，都位列世界第一位，而福建是食用菌生产的强省，近年来生产量与出口量也都位于全国前列。食用菌高质量发展在乡村产业振兴与农民增收致富中具有不可替代的作用。作为以微生物发酵与分解栽培基质而成就的菇类蛋白产业，在获得优质菇类产品的同时，必须关注到其生产过程中大量排放二氧化碳的现实状况，如何因地制宜发展低碳食用菌产业，如何因势利导优化创立碳互补模式，无疑是重要的理论探讨与实践应用的命题。如何优化构建食用菌产业“碳平衡”与“碳中和”体系？就具体方法而言，要实行3个结合的逻辑递进方法：(1)以宏观调研与微观定点研究相结合，力求提高精准性；(2)整体行业及其不同菇类评估相结合，力求提高契合性；(3)存在问题分析与发展对策研究相结合，力求提高实用性。

要构建食用菌产业“碳平衡”与“碳中和”体系，要在强化与突破3个方面的研究基础上，着力构建3个分体系：

1)深入开展福建省食用菌产业碳排放时空特征分析与研究。广泛收集国内外相关文献资料并深入开展分类研究，重点对福建省食用菌产业碳足迹展开定点现场调研，并在此基础上着力构建食用菌产业碳排放模型。(1)根据相关统计数据和现场考察调研数据，利用构建的碳排放模型，对近10年来福建省食用菌产业碳排放量和碳强度进行测算，深入分析其时空特点及发展趋势。(2)在整体分析福建省食用菌产业碳排放量与碳足迹基础上，对不同品种与不同季节碳排放强度与排放特点进行深入分析，并进行品种之间与季节之间的横向比较，开展发展趋势分析，优化构建福建省食用菌产业碳排放评价分体系。

2)深入开展福建省食用菌产业碳排放影响因素分析与研究。根据福建省食用菌产业实际情况，将影响食用菌产业碳排放的相关因子进行分解分析，包括内在特性(不同菇类)与外在条件(季节、温度、湿度、基质、环境等)比较分析，构建食用菌产业LMDI模型，并对福建省食用菌产业碳排放动态进行量化分析，力求揭示其驱动机制，阐明总体变化规律与影响要素，为制定福建省食用菌碳减排对策提供科学依据，优化构建福建省食用菌产业碳减排技术分体系。

3)有效结合食用菌生产进行不同品种定点观测分析与研究。福建省是食用菌产业发展大省，生产品种较多，分布区域较广，生产条件各异，管理水平不同，既有室内生产，又有野外栽培；仅仅依靠到生产企业调研，或者收集文献资料进行宏观评价，似乎对品种繁多与栽培蔬菜复杂的食用菌而言，则难以掌握第一手碳排放及其影响因素的资料与数据。选择代表性品种进行室内栽培，并开展定点观测，获得较为详尽的数据，进行测算与分析，并与调研数据进行比较与评价，使宏观调研与微观观测密切结合，力求提高碳排放评估的精度，创立智库研究与定点探讨相互补充的新思路，优化构建福建省食用菌产业碳中和技术分体系。

3.2 福建省食用菌产业减排对策思考

根据国内外食用菌产业发展的特点与趋势，结合生产实际，进行灰色关联的系统分析；梳理福建省食用菌产业碳足迹分布规律，分析碳排放强度与动态变化趋势，结合宏观调研测算与个案观测研究比较结果，因地制宜地提出“十四五”福建省食用菌产业“碳中和”的发展规划，系统总结并形成福建省食用菌产业低碳化发展策略和有效减排的技术对策，为政府管理部门提供决策参考，为相关食用菌生产企业绿色发展提供技术支撑。这有别于通常的纯技术性研究，需要通过“宏观”思维与“微观技术”相结合的方法，进行分析与评估，注重结合产业绿色发展方向，提出生产系统优化方案与技术对策措施，为福建省食用菌产业可持续发展提供理论依据，为相关政策制定提供参考借鉴，为创立富有福建特色的食用菌高质量发展与乡村产业绿色振兴新路做出贡献。

构建食用菌产业碳排放模型及碳排放影响因素分析是重要的环节。基于现有文献尚未形成关于食用菌农业碳排放测算的统一方法，且福建省食用菌栽培种类较多，栽培模式也差异较大，优化模式需要突破的重点是福建省食用菌产业碳排放的时空特征及影响因素的梳理。就此，宏观调研分析与微观定点观测结合是关键点之一，同时也是切入点和突破点。进而要充分发挥“宏观思维”与“微观技术”不同学科研究人员的优势，形成有益的合力，力求有效深化排放规律与防控技术的研究。就技术对策而言，重点要把握4个主要环节：

1)优化构建基础研究体系。注重广泛收集并分析菌业发展及其技术研究进展，优化构建产业信息体系。结合省内外食用菌产业发展实际，系统收集省内外食用菌产业发展基本数据与技术研究进展，进行分类梳理与统计，明确近年来食用菌产业发展的成效、产量变化、生产方式、产品去向、存在问题、技术瓶颈、碳源构成、排放强度、基本规律、影响因素等，建立相对应的资料信息库(专题信息文档)，优化构建并强化基础研究平台建设，系统分析专题研究进展与把握发展趋势。

2)强化实用技术推广应用。福建省食用菌产业碳排放时空特征分析是重要的环节之一，要优化构建食用菌产业碳排放模型与影响因素分析。食用菌产业碳排放与碳消耗主要来自2个方面：(1)栽培过程中食用菌呼吸排放；(2)食用菌生产过程中投入电力、水、农药、塑料(菌袋)石灰、石膏等。通过优化构建食用菌产业碳排放计量体系：即碳排放量E=∑Ei=∑Ti×Ki；式中：E表示福建省食用菌碳排放总量(万t)；Ei表示第i种食用菌农业；碳源的农业碳排放量(万t)；Ti表示第i种食用菌产量(万t)；Ki为种食用菌菌的排放系数。Ti可以通过查阅《福建省统计年鉴》等相关统计资料获得。Ki包括2部分，食用菌栽培过程中排放系数主要参考实验室测定数据，结合相关文献报道确定；食用菌栽培种投入的电力、塑料等资料由定点调研获取，为深入开展食用菌产业碳足迹计算与量化分析提供科学依据，并着力构建食用菌产业生产过程的“碳中和”技术应用体系。

3)强化精准计量体系建设。在深入开展食用菌产业碳排放时空特征及发展趋势分析基础上，根据近年福建省食用菌产量及构建食用菌不同品种生产过程碳排放精准计算体系，估算出近年福建省食用菌产业碳排放量。按照相关碳换算标准，计算其碳强度，分类分析其排放趋势与潜力。通过基准计算与分析比较，客观评价福建省食用菌产业碳排放趋势与强度，为食用菌产业规模定量、配方优化、优化组合、匹配消纳等提供科学依据。通过精准计算与量化分析，因地制宜地提出物种匹配模式、实施碳中和技术及其过程管理对策。在宏观调研评估与微观定点观测的基础上，评估基于福建省食用菌产业发展的不同碳源足迹与影响效应，进而提出充分并合理利用菇-菜等合理套种栽培的碳中和或者碳互补的优化生产模式与管理技术体系，为发展富有福建特色的菌业-菜业等优化耦合与碳素高效利用的产业模式提供理论依据及其实践借鉴。

4)强化综合调控措施应用。在深入开展福建省食用菌产业碳排放影响因素分析基础上，根据YoichiKaya于1989年在联合国政府气候变化委员会(IPCC)研讨会上首次提出的Kaya恒等式，将其优化拓展与建模，研究并构建LMDI模型，定量分析碳排放的驱动因素。要充分考虑农业碳排放总量、食用菌产业产值、食用菌从业人口、农业总从业人口等要素的影响与作用。要深入开展宏观调研与微观定点观测之间比较研究，力求在宏观调查研究的基础上，梳理不同主栽品种，不同地域环境，不同生产方式，不同管理方式，不同技术措施等对食用菌产业碳源构成影响，估算福建省食用菌产业碳排放数量。同时开展若干食用菌品种生产过程定点观测，进行评估与校验，为有效评估福建省整个食用菌产业发展过程的碳源排放状况，力求为今后开展菌业-菜业等立体耦合开发过程碳中和模式优化构建，实现农业生产过程碳素优化平衡与低碳发展打下厚实基础。

4 结语

应对全球气候变化，优化发展低碳产业，这是一个重要的理论与实践命题。农业产业减排的任务十分繁重。以食用菌产业作为突破口，阐明碳排放动态变化与内在规律，提出防控产业碳源扩展与碳素耦合利用的模式，将是一个重要的发展方向，创立富有福建乃至中国特色的低碳排放与循环利用的食用菌产业高质量发展模式，其经济-社会-生态复合效益是显而易见的。从食用菌产业的碳素排放评估与高效循环利用有机结合入手，开展应对全球气候变化的产业经济学研究，重要的目的在于变废为宝与变害为利，其研究的成果，必将有助于食用菌龙头企业开发专用设施与生产设备，有助于食用菌专业大户拓展立体栽培与经营模式，为农业低碳耦合产业高质量开发提供理论依据与实践借鉴。