青島地區奶牛溫室氣體排放估算

李培培 王建華 張寶珣 戴正浩

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青島地區奶牛溫室氣體排放估算

李培培 王建華*張寶珣 戴正浩

（山東省青島市畜牧獸醫研究所 266100）

畜牧業是農業溫室氣體的主要排放源，本文采用《低碳發展及省級溫室氣體清單編制培訓教材》提供的計算方法，估算了青島市2009~2014年奶牛養殖溫室氣體排放量。結果表明：青島市年均奶牛腸道發酵甲烷、糞便管理甲烷和氧化亞氮排放量分別為10376.7t、981.1和243.3t。應結合青島地區奶牛溫室氣體排放特點，盡快開展溫室氣體減排技術研發，提出溫室氣體減排策略，從而推動奶牛養殖業的健康可持續發展。

奶牛 甲烷 氧化亞氮 排放因子 青島

溫室氣體(Greenhouse gas，GHG)指大氣中由自然或人為產生的能夠吸收和釋放地球表面、大氣和云射出的熱紅外輻射譜段特定波長輻射的微量氣體成分[1]。該氣體使大氣圈的溫度升高，從而導致溫室效應。主要包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、氫氟碳化物(HFCs)、全氟碳化物(PFCs)、六氟化硫(SF6)6種氣體，其中前3種最為主要[2]。2006年FAO發布的《畜牧業長長的陰影環境問題與解決方案》指出：畜牧產業排放的CO2、CH4、N2O氣體已經占到人類活動所排放總量的9%、65%和37%，其溫室氣體排放當量總量占農業溫室氣體排放總量和人類活動溫室氣體排放總量的57%和18%。CO2的全球暖化潛勢定義為1，CH4為25，N2O為298[3]，CO2可以通過自然界植物的光合作用轉化為O2，CH4和N2O不能直接利用，在畜牧業3種主要溫室氣體來自反芻動物瘤胃發酵、動物糞便管理過程中直接或間接的氣體排放，CH4和N2O是研究的熱點。

近年來，青島市奶牛養殖業穩步發展，其釋放的溫室氣體沒有相應的減排方式，本文依據IPCC方法和《低碳發展及省級溫室氣體清單編制培訓教材》對青島市奶牛溫室氣體排放量進行估算和評價，為青島市發展大都市畜牧業，解決奶牛養殖污染，探索健康可持續發展的奶牛養殖模式提供依據。

1 研究區域概況和數據來源

1.1 研究區域 青島位于東經119°30′~121°00′、北緯35°35′~37°09′，地處山東半島東南部沿海，膠東半島東部，東、南瀕臨黃海，為海濱丘陵城市，有大沽河、北膠萊河以及沿海諸河流三大水系。屬溫帶季風氣候，空氣濕潤，四季分明，全年平均氣溫12.7℃，年均降水量662.1mm。現轄六區四市，總面積11282km2，常住人口871.51萬(2010年第六次全國人口普查)。青島市奶牛養殖業集中在萊西、即墨兩市，養殖量占青島市總存欄量的80%左右。

1.2 數據來源 從2008年末起，青島市奶牛養殖業進入穩步發展軌道。奶牛出欄率小于1，本文年平均飼養量采取年末存欄量進行調整，為了平衡單個時間點的影響，采取畜禽的上年末存欄量與本年末的存欄量平均得到畜禽的年平均飼養量，養殖數據來源于各年度《青島市統計年鑒》(表1)。根據《低碳發展及省級溫室氣體清單編制培訓教材》奶牛年存欄5頭以上的場戶為規模化飼養，青島市2008年至今農戶散養比例占奶牛總存欄量的1%~2%，因此奶牛腸道發酵CH4排放使用規模飼養的排放因子(表2)，估算青島市奶牛2008~2013年溫室氣體排放量。

表1 2008~2013年青島市奶牛養殖數據

表2 奶牛溫室氣體排放因子[1] (kg/頭.a)

1.3 溫室氣體排放量估算方法 青島屬于華東地區，因此本文采用省級溫室氣體清單編制指南中的估算方法對青島市溫室氣體進行排放量估算。溫室氣體排放量公式為：Eenteric=EFenteric×AP×10-3。式中：Eenteric為某種溫室氣體的排放量(t/a)；EFenteric為某種氣體的排放因子(kg/頭.a)；AP為奶牛飼養量。

2 結果與分析

2.1 奶牛腸道發酵CH4排放量 動物腸道發酵CH4排放是指動物在正常的代謝過程中，寄生在動物消化道內的微生物發酵消化飼料時產生的CH4排放[1]。反芻動物是腸道發酵CH4的主要排放源，其瘤胃是主要的生產場所。產生途徑：（1）CO2-H2還原途徑，CO2在一系列酶和輔酶的催化下，與甲基呋喃經過一系列反應，甲烷桿菌將H2和甲酸還原生成CH4，這是反芻動物產生CH4的主要方式。（2）由揮發性脂肪酸如甲酸、乙酸、丙酸和丁酸等形成；（3）由甲醇、乙醇等果膠發酵產物分解而來[4]。研究表明，CO2-H2還原途徑在瘤胃發酵初期和旺盛期為甲烷生成的主要方式；消化后期，揮發性脂肪酸和醇還原途徑生成較多的甲烷。且排放量受動物類別、年齡、體重、采食飼料數量及質量，生長及生產水平的影響，其中采食量和飼料質量是最重要的影響因子。青島市奶牛腸道發酵CH4排放量估算結果見表3，2009~2014年均排放量為1.04萬t，2011年奶牛存欄數量最大，因而腸道發酵甲烷排放量最多，高達1.06萬t，而重慶2010年奶牛腸道甲烷排放量僅為0.235萬t[5]，為青島市2011年排放量的22.2%。2009年江蘇省奶牛腸道甲烷排放量為10.53Gg（1.053萬t)[6]，與青島市2011年排放量接近[6]。

表3 青島地區奶牛養殖溫室氣體排放量估算結果 (萬t/a)

2.2 奶牛糞便管理CH4和N2O排放 動物糞便管理CH4和N2O排放是指在施入到土壤之前動物糞便儲存和處理產生的CH4和N2O。其在糞便管理過程中的排放量取決于糞便中氮、碳含量、儲存時間和處理方式。青島市奶牛糞便管理CH4和N2O排放結果見表3，年平均排放量分別為981.1t、243.3t，2011年奶牛養殖數量最多，因而糞便管理CH4和N2O的產生量最大，分別為1002.1t和248.4t。重慶2010年奶牛糞便管理CH4和N2O排放量分別為0.017萬t和0.005萬t[5]，分別為青島市2011年排放量的17.0%、20.1%，因重慶屬于西南，因而奶牛糞便管理CH4和N2O排放因子分別為6.51kg/頭.a、1.884kg/頭.a。江蘇省2009年糞便管理CH4和N2O排放量分別為2.42Gg(2420t)、0.17Gg (170t)[6]，分別為青島市2011年排放量的241.5%、68.4%；其糞便管理CH4和N2O排放因子采用IPCC清單指南第4卷中直接給出的不同溫度區間排泄物管理的CH4甲烷排放因子14.0kg/頭.a，N2O根據FAO公布的2004年中國禽類N2O排放量，利用排放量除以調整后2004年禽類平均飼養量，大致推算出N2O排放系數1.00kg/頭.a，因系數不同，導致結果差異較大。

本文主要對青島市2009~2014年奶牛溫室氣體排放量進行了研究，但是其排放量估算仍具有一定的不確定性，主要包括3個方面：首先，采用《低碳發展及省級溫室氣體清單編制培訓教材》提供的排放系數，因為年末存欄少于5頭奶牛的場戶養殖數量占總存欄量比例小于2%，奶牛腸道發酵CH4排放因子采用規模場數據，導致估算結果可能有偏差；其次，影響排放系數的因素較多，無法精確定位到所有因素，如奶牛的體重、年齡、生長發育水平、飼料質量、消化率、采食量、環境溫度等，所以估算值在一定程度上存在偏差；再次，年均飼養量具有不確定性，只有存欄數據，沒有詳細的淘汰數據，也未考慮育肥公牛，結果可能有偏差。綜合考慮，偏差在一定程度上可以相互抵消，基本能反映青島市奶牛溫室氣體排放情況。從環境保護和發展大都市畜牧業角度出發，需要提出適合畜牧業可持續發展的溫室氣體減排策略，開展符合青島奶牛養殖業特點的溫室氣體減排技術研究，推動和加快奶牛養殖溫室氣體減排和治理的步伐，從而推進奶業的可持續發展。

[1] 國家發展和改革委員會辦公廳. 低碳發展及省級溫室氣體清單編制指南培訓教材[M]. 北京: 國家發展和改革委員會, 2013.

[2] 李洋, 徐熙亮, 竇秀靜. 反芻動物CH4氣體排放對環境的危害及應對措施[J]. 中國乳業, 2010(11): 30-32.

[3] IPCC. Climate change 2007: The physical science basis [M]. Cambridge：Cambridge University Press, 2007.

[4] 安娟, 趙曉川. 反芻動物甲烷排放機制及其調控[J]. 飼料工業, 2006, 27(13): 57-59.

[5] 韋秀麗, 高立洪, 徐進等. 重慶市畜牧業溫室氣體排放量評估[J]. 西南農業學報, 2013, 26(3): 1235-1239.

[6] 徐興英, 段華平, 卞新民. 江蘇省畜禽養殖溫室氣體排放估算[J]. 江西農業學報, 2012, 24(6): 162-165.

（2016–06–12）

S823.9+1

A

1007-1733(2016)09-0007-02

山東省2013年度農業重大應用技術創新課題“奶牛養殖場區糞污標準化減排處理與浮萍設施化處理技術研究應用”。