內(nèi)蒙古地區(qū)家畜溫室氣體排放量估算研究*

娜仁花,張東方, 2,王 月,丁 瑩,荊紅俊

(1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018；2. 內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)集團(tuán)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

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生態(tài)養(yǎng)殖

內(nèi)蒙古地區(qū)家畜溫室氣體排放量估算研究*

娜仁花1,張東方1, 2,王 月1,丁 瑩1,荊紅俊1

(1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018；2. 內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)集團(tuán)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

采用《2006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單編制指南》提供的計(jì)算方法，估算了內(nèi)蒙古自治區(qū)2007～2011年5年間畜禽養(yǎng)殖溫室氣體排放量。結(jié)果表明：甲烷年均總排放量為758.29Gg，其中，畜禽腸道發(fā)酵年均總排放量為696.60Gg，占總排放量的91.86%，畜禽糞便管理系統(tǒng)的甲烷平均總排放量為61.69Gg，占甲烷總排放量的8.14%。各類(lèi)家畜甲烷、氧化亞氮排放量依次遞減為：反芻動(dòng)物>豬>馬>驢>騾，其中反芻動(dòng)物甲烷、氧化亞氮排放量占年均總排放量的92.82%和86.44%。結(jié)論得出：內(nèi)蒙古連續(xù)5年畜禽養(yǎng)殖溫室氣體的排放量來(lái)看，有總體下降的趨勢(shì)。

內(nèi)蒙古；溫室氣體；排放因子；甲烷；氧化亞氮

全球氣候變暖已經(jīng)成為影響人類(lèi)生存與發(fā)展的重要原因之一，抑制全球變暖將是人類(lèi)共同關(guān)注的話題。應(yīng)對(duì)氣候變化關(guān)鍵在于減少溫室氣體的排放。在我國(guó)溫室氣體排放中，畜牧業(yè)是不容忽視的重要排放源，主要來(lái)自于反芻動(dòng)物腸道甲烷排放、畜禽糞便管理系統(tǒng)甲烷及氧化亞氮的排放。根據(jù)《中華人民共和國(guó)氣候變化第二次國(guó)家信息通報(bào)》報(bào)道，2005年，中國(guó)共排放甲烷4 445×104t，其中農(nóng)業(yè)源占56.62%，而動(dòng)物腸道和糞便甲烷排放分別占農(nóng)業(yè)源的57.13%和11.36%；氧化亞氮排放量約為127.1×104t，其中農(nóng)業(yè)活動(dòng)排放約93.8×104t，占73.79%，農(nóng)業(yè)活動(dòng)氧化亞氮排放主要來(lái)源于農(nóng)用地和動(dòng)物糞便管理，前者占71.65%，后者占28.35%[1]。

我國(guó)目前對(duì)畜禽甲烷排放量估算的研究資料較多[1-5]，但在畜禽糞便氧化亞氮排放方面相對(duì)較少。尤其是在省域和縣域范圍的研究數(shù)據(jù)更少。內(nèi)蒙古自治區(qū)是我國(guó)重要的畜產(chǎn)品生產(chǎn)和商品基地。畜牧業(yè)產(chǎn)值已占農(nóng)業(yè)的45.93%[6]。因此，了解和掌握內(nèi)蒙古自治區(qū)家畜溫室氣體排放情況，對(duì)制定中國(guó)溫室氣體排放清單，提出可行的減排措施，具有重要的指導(dǎo)意義。本研究采用《2006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單編制指南》提供的計(jì)算方法，估算了內(nèi)蒙古自治區(qū)2007～2011年5年間畜禽養(yǎng)殖溫室氣體排放量及其變化趨勢(shì)，為內(nèi)蒙古養(yǎng)殖業(yè)溫室氣體減排提供參考。

1 材料與方法

1.1 地域概況

內(nèi)蒙古自治區(qū)位于我國(guó)的北部邊疆，由東北向西南斜伸，呈狹長(zhǎng)形，東西直線距離2 400 km，南北跨度1 700 km。氣候以溫帶大陸性季風(fēng)氣候?yàn)橹?。年平均氣溫?～8 ℃。地域遼闊，牧草種類(lèi)豐富，適合各種畜禽養(yǎng)殖，是我國(guó)著名的畜牧業(yè)生產(chǎn)基地。

1.2 活動(dòng)水平數(shù)據(jù)和關(guān)鍵排放源確定

溫室氣體排放量取決于可獲得的排放因子數(shù)據(jù)和活動(dòng)水平數(shù)據(jù)。活動(dòng)水平數(shù)據(jù)的收集主要根據(jù)排放源的重要程度。本文數(shù)據(jù)主要來(lái)自《2006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單編制指南》、《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《內(nèi)蒙古統(tǒng)計(jì)年鑒2008～2012》、《中國(guó)畜牧統(tǒng)計(jì)年鑒》、中國(guó)統(tǒng)計(jì)局官方網(wǎng)站以及公開(kāi)發(fā)表的科研文獻(xiàn)等。確定關(guān)鍵排放源是畜禽養(yǎng)殖溫室氣體排放量估算的首要任務(wù)。它們對(duì)溫室氣體排放估算的準(zhǔn)確程度有重要影響。根據(jù)《2006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單編制指南》的規(guī)定以及內(nèi)蒙古畜牧業(yè)發(fā)展情況，本研究確定奶牛、肉牛為關(guān)鍵排放源，綿羊、山羊、馬、驢、騾、駱駝、豬為一般排放源。

1.3 畜禽養(yǎng)殖溫室氣體排放量的估算方法

本研究采用排放因子法對(duì)畜禽養(yǎng)殖溫室氣體排放量進(jìn)行估算。排放因子的確定參照《2006年IPCC 國(guó)家溫室氣體估算指南》、《低碳發(fā)展及省級(jí)溫室氣體清單編制》培訓(xùn)材料以及城市溫室氣體估算研究中的排放因子。

1.3.1 源自家畜腸道發(fā)酵甲烷(CH4)排放的估算 參照《2006年IPCC 國(guó)家溫室氣體估算指南》，根據(jù)內(nèi)蒙古養(yǎng)殖情況，奶牛和肉牛的腸道CH4排放量

的估算采用IPCC建議的方法2，是基于家畜總能攝入計(jì)算腸道CH4排放因子。計(jì)算公式如下：

EF=GE×(Ym/100)×365/55.65

(1)

式中：EF 為排放因子，kg/頭·a即每個(gè)動(dòng)物每年排放的甲烷重量；GE 為攝入總能，(106J/d)；Ym 為CH4轉(zhuǎn)化因子，%；55.65為(106J/ kg CH4)CH4的能量含量。

內(nèi)蒙古全區(qū)奶牛和肉牛腸道CH4排放因子分別采用了楊彥明[7]的計(jì)算結(jié)果，見(jiàn)表1。

綿羊、山羊和非反芻動(dòng)物(馬、騾、驢)及非家禽單胃家畜(豬)等非關(guān)鍵排放源采用方法1。IPCC方法1建議的腸道發(fā)酵的缺省排放因子見(jiàn)表2。排放因子間的差別主要來(lái)自于采食量和飼料特征。

表1 內(nèi)蒙古自治區(qū)奶牛和肉牛腸道CH4 排放因子(EF)

表2 IPCC方法1推薦的腸道發(fā)酵排放因子

源自家畜腸道發(fā)酵甲烷排放量計(jì)算公式如下：

CH4腸道=∑(EF(T)×N(T))/106

(2)

式中：CH4腸道為腸道發(fā)酵CH4排放量，Gg/a，即腸道發(fā)酵的甲烷重量(1Gg=109 g)； EF(T) 為來(lái)自某種限定家畜的排放因子，kg/頭·a； N (T) 為家畜類(lèi)別T的數(shù)量；T為家畜的類(lèi)別。

1.3.2 源自家畜糞便管理系統(tǒng)甲烷(CH4)排放的估算 家畜糞便中的有機(jī)質(zhì)在厭氧條件下，被微生物分解會(huì)產(chǎn)生大量的CH4。糞便量、溫度、存留時(shí)間及糞便管理形式是影響其排放的主要因素。源自家畜糞便管理甲烷排放量計(jì)算公式如下：

CH4糞便=∑(EF(T)×N(T))/106

(3)

式中：CH4糞便為某種限定種群糞便管理中的 CH4排放，Gg/a； EF(T) 為某種限定家畜種群的排放因子，kg/頭·a； N (T) 為家畜類(lèi)別T的數(shù)量；T為家畜的類(lèi)別。

根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)，計(jì)算出我國(guó)不同動(dòng)物在不同區(qū)域下，糞便管理CH4排放因子，見(jiàn)表3。

1.3.3 源自家畜糞便管理系統(tǒng)氧化亞氮(N2O)排

放的估算 糞便管理系統(tǒng)N2O的排放產(chǎn)生于糞便中氮素的硝化和反硝化作用。排放量取決于糞便中的氮和碳含量，以及儲(chǔ)存的時(shí)間和管理方式。源自家畜糞便管理氧化亞氮排放量計(jì)算公式如下：

EN2O(T)=EFN2O(T)×N(T)×10-6

(4)

式中：EN2O(T)為家畜類(lèi)別T糞便管理N2O 排放量，Gg/a；EFN2O(T)為家畜類(lèi)別T糞便管理N2O 排放因子，kg/頭·a；N(T)為家畜類(lèi)別T的數(shù)量，頭數(shù)。

根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)，計(jì)算出我國(guó)不同動(dòng)物在不同區(qū)域下，糞便管理N2O排放因子。見(jiàn)表4。

表3 糞便管理CH4排放因子

注：資料來(lái)源于低碳發(fā)展及省級(jí)溫室氣體清單編制培訓(xùn)教材(2013)。下同。

Notes:Source of data training documents on Low-carbon development and Provincial Greenhouse Gas Inventories(2013).The same as below.

表4 糞便管理N2O排放因子

2 結(jié)果與分析

2.1 內(nèi)蒙古自治區(qū)2007～2011 年家畜存欄數(shù)

內(nèi)蒙古地區(qū)2007～2011 年家畜存欄數(shù)見(jiàn)表5數(shù)據(jù)來(lái)源(參考文獻(xiàn))。表中數(shù)據(jù)顯示，內(nèi)蒙古自治區(qū)主要畜種為綿羊、山羊、奶牛、肉牛和豬，飼養(yǎng)量均

在百萬(wàn)頭以上。在這5年間，奶牛存欄數(shù)呈波浪形變動(dòng)趨勢(shì)，在2009 年有明顯的下降，可能受三聚氰胺事件的影響所導(dǎo)致，而肉牛數(shù)量在2009年明顯的上升；馬、驢、駱駝、綿羊、豬的年末存欄數(shù)呈上升趨勢(shì)；而騾、山羊的年末存欄數(shù)呈下降表現(xiàn)。

表5 內(nèi)蒙古2007-2011 年家畜年末存欄數(shù)

2.2 內(nèi)蒙古自治區(qū)2007～2011 年家畜腸道甲烷(CH4)排放量

家畜腸道CH4排放量差異主要體現(xiàn)在飼養(yǎng)頭數(shù)及采食量方面。由表6可知，內(nèi)蒙古自治區(qū)2007-2011年家畜腸道發(fā)酵CH4年平均總排放量為696.6 Gg，肉牛、奶牛、綿羊及山羊?yàn)橹饕欧旁?，CH4排放量分別占總量的29.21%、28.31%、23.54%和13.70%，反芻動(dòng)物(包括奶牛、肉牛、綿羊、山羊、駱駝)排放量占總量的95.39%。連續(xù)5年各類(lèi)家畜的CH4排放量與其存欄數(shù)的變化趨勢(shì)相似。2010年畜禽腸道甲烷排放總量最大，為718.64 Gg，奶牛的排放貢獻(xiàn)最大，占該年度甲烷排放總量的29.71%，2007年畜禽腸道甲烷排放總量最小，為665.76 Gg，該年度肉牛的排放貢獻(xiàn)最大，占甲烷排放總量的28.51%。2011年畜禽腸道甲烷排放量又有所減少，主要是兩大排放源奶牛和肉牛的養(yǎng)殖數(shù)量減少的緣故。5年間奶牛的甲烷排放量除在2009年出現(xiàn)明顯下降外，大體呈上升趨勢(shì)；而肉牛的甲烷排放量在2009年出現(xiàn)明顯上升，之后又有下降的趨勢(shì)；綿羊的甲烷排放量上升較為明顯；馬、驢、駱駝、豬的甲烷排放量大體呈上升趨勢(shì)，但變化較為平穩(wěn)；而山羊和騾子的排放量呈下降趨勢(shì)。

表6 內(nèi)蒙古2007～2011 年家畜腸道CH4 排放量

注：1 Gg=109g。

Notes: 1 Gg equals 109g in weight.

2.3 內(nèi)蒙古自治區(qū)2007～2011年家畜糞便甲烷(CH4)排放量

由表7可知，內(nèi)蒙古2007～2011年家畜糞便管理系統(tǒng)CH4年平均總排放量為61.69 Gg。豬、奶牛、肉牛為糞便甲烷的主要排放源，CH4排放量分別占總量的33.72%、32.68%、17.69%。豬雖是單胃動(dòng)物，但其糞便管理CH4排放因子和養(yǎng)殖數(shù)量較大，導(dǎo)致排放量增加。連續(xù)5年各類(lèi)家畜的糞便CH4排放量與其存欄數(shù)的變化趨勢(shì)相似。與腸道甲烷排放一樣，2010年畜禽糞便甲烷排放總量最

大，為64.04Gg，奶牛的排放貢獻(xiàn)最大，占該年度CH4排放總量的34.07%。2007年畜禽糞便CH4排放總量最小，為58.84 Gg，該年度豬的排放貢獻(xiàn)最大，占CH4排放總量的33.74%。5年間奶牛的CH4排放量在2009年出現(xiàn)明顯下降外，大體呈上升趨勢(shì)；而肉牛的CH4排放量在2009年出現(xiàn)了上升，之后又有下降的趨勢(shì)；馬、驢、駱駝、綿羊、豬的CH4排放量大體呈上升趨勢(shì)，但變化較為平穩(wěn)；而山羊和騾子的排放量呈下降趨勢(shì)。

表7 內(nèi)蒙古2007-2011 年家畜糞便CH4 排放量(Gg)

2.4 內(nèi)蒙古自治區(qū)2007～2011 年家畜糞便氧化亞氮(N2O)排放量

由表8得知，家畜糞便氧化亞氮的排放量比糞便甲烷排放量少很多。內(nèi)蒙古自治區(qū)2007～2011年家畜便N2O年平均總排放量14.90 Gg，奶牛為最大排放源，占總量的33.49%，其次為肉牛、綿羊、山羊、豬，N2O排放量分別占總量的20.60%、20.47%、11.88%、10.13%。N2O排放量多少取決于養(yǎng)殖數(shù)量和排放因子。2010年畜禽糞便N2O排放總量最大，為15.45Gg，奶牛的排放貢獻(xiàn)最大，占該年度甲烷排放總量的34.95%。2007年畜禽糞便甲烷排放總量最小，為14.24 Gg，同樣是奶牛的排放貢獻(xiàn)最大，占甲烷排放總量的33.29%。5年間奶牛的N2O排放量在2009年出現(xiàn)明顯下降外，大體呈上升趨勢(shì)；而肉牛的N2O排放量在2009年出現(xiàn)了上升，之后又有下降的趨勢(shì)；豬、馬、驢、駱駝、綿羊的N2O排放量大體呈上升趨勢(shì)，但變化較為平穩(wěn)；而山羊和騾子的排放量呈下降趨勢(shì)。

表8 內(nèi)蒙古2007～2011 年家畜糞便管理N2O 排放量

3 討 論

內(nèi)蒙古自治區(qū)2007～2011年畜禽養(yǎng)殖甲烷年平均總排放量為758.29 Gg，該結(jié)果高于胡向東報(bào)道的704 Gg[8]，主要是排放因子選擇的差異造成。而且略高于楊彥明(2011年)報(bào)道的752.70 Gg[7]，主要是由于排放源選擇不同所致。根據(jù)《中華人民共和國(guó)氣候變化第二次國(guó)家信息通報(bào)》報(bào)道，我國(guó)動(dòng)物腸道及糞便甲烷排放量為1 7240 Gg，內(nèi)蒙古畜禽〗養(yǎng)殖甲烷年排放量占4.40%，其中，畜禽腸道發(fā)酵甲烷是重要甲烷排放源，年平均總排放量696.60 Gg ，占總排放量的91.86%，畜禽糞便管理系統(tǒng)是甲烷的另一個(gè)來(lái)源，其平均總排放量為61.69 Gg，占甲烷總排放量的8.14%；各類(lèi)家畜甲烷排放量分別占年平均總排放量的比例為奶牛28.67%、肉牛28.27%、綿羊22.27%、山羊13.01%、豬3.62%、馬1.80%、驢1.27%、駱駝0.60%、騾0.49%；其中反芻動(dòng)物占92.82%。2007～2011 年畜禽氧化亞氮年平均排放總量為14.90 Gg，較畜禽甲烷排放量少，但也是重要的溫室氣體來(lái)源。根據(jù)《中華人民共和國(guó)氣候變化第二次國(guó)家信息通報(bào)》報(bào)道，我國(guó)動(dòng)物糞便氧化亞氮排放量為270 Gg，內(nèi)蒙古畜禽養(yǎng)殖氧化亞氮年排放量占5.52%，其中各類(lèi)家畜占總排放量的比例為奶牛33.49%、肉牛20.60%、綿羊20.47%、山羊11.88%、豬10.13%、馬1.61%、驢1.14%、騾0.47%、駱駝0.20%；其中反芻動(dòng)物占86.44%，豬的排放量也較高。

排放因子和飼養(yǎng)頭數(shù)是影響家畜溫室氣體排放的主要因素。內(nèi)蒙古不僅奶牛、肉牛、綿羊、山羊養(yǎng)殖數(shù)量大，而且它們的排放因子也較大，因此反芻動(dòng)物是內(nèi)蒙古主要的溫室氣體排放源。豬雖為單胃動(dòng)物，但是其糞便甲烷和糞便氧化亞氮的排放因子相對(duì)較大，導(dǎo)致其糞便管理溫室氣體排放量的增加。從內(nèi)蒙古連續(xù)5年畜禽養(yǎng)殖溫室氣體的排放情況來(lái)看，有較慢速度下降的趨勢(shì)，源于主要排放源奶牛和肉牛養(yǎng)殖數(shù)量的下降。但是不排除未來(lái)有反彈的可能。因此，優(yōu)化調(diào)整畜牧業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展規(guī)模化養(yǎng)殖模式，提倡使用減排技術(shù)如進(jìn)行青貯和氨化等措施處理秸稈、合理調(diào)配日糧精粗比、適當(dāng)使用莫能菌素、鹽霉素和拉沙里菌素等添加劑改變瘤胃發(fā)酵模式或提高動(dòng)物生產(chǎn)性能等來(lái)減少腸道發(fā)酵甲烷的排放。奶牛、肉牛、綿羊、山羊和豬糞管理系統(tǒng)是氧化亞氮的主要排放源，可以通過(guò)建設(shè)大型沼氣工程、覆蓋露天貯存的糞污以及進(jìn)行糞便堆肥處理的方法減少糞便管理系統(tǒng)甲烷和氧化亞氮的排放。

[1] 董紅敏，李玉娥，陶秀萍，等.中國(guó)農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放與減排技術(shù)對(duì)策[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24(10)：269-273.

[2] 游玉波. 肉牛甲烷排放測(cè)定與估算模型的研究[D].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2007.

[3] 鐘華宜,張 平,李鐵軍,等. 廣西反芻動(dòng)物甲烷排放總量的估算[J]． 廣西農(nóng)業(yè)生物科學(xué)，2006，25(3):269-274．

[4] 樊 霞,董紅敏，韓魯佳, 等.肉牛甲烷排放影響因素的試驗(yàn)研究.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)[J]，2006，22(8)：179-182.

[5] 曾 波，鐘榮珍，譚支良.畜牧業(yè)中的甲烷排放及其減排調(diào)控技術(shù)[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2009 (4):811-816．

[6] 中國(guó)畜牧業(yè)年鑒編輯委員會(huì). 中國(guó)畜牧業(yè)年鑒2012年[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社．2012.

[7] 楊彥明，龐 彰，烏 思.內(nèi)蒙古自治區(qū)主要畜禽甲烷排放現(xiàn)狀及對(duì)策[J]． 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2011(5)：1-3．

[8] 胡向東，王濟(jì)民.中國(guó)畜禽溫室氣體排放量估算[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2010,26(10):247-252．

Estimation of Greenhouse Gas Emissions by Livestock in Inner Mongolia

NA Ren-hua1, ZHANG Dong-fang1,2, WANG Yue1, DING Ying1, ING Hong-jun1

(1SchoolofAnimalScience,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Hohhot,InnerMongolia010018, 2MenniuDiaryGroup,InnerMongolia010010)

Employing the calculation method in 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventory, this paper calculated the greenhouse gas emissions by livestock in the Inner Mongolia Autonomous Region from 2007 to 2011. The results showed that the average annual total emissions of methane by livestock in the Inner Mongolia reached 758.29 Gg, and 1.86% of the total was by methane from livestock enteric fermentation, 696.60 Gg; and 8.14% was by the methane from livestock excrements management system,61.69 Gg.Proportions of emissions of methane from various livestock animals were: 28.67% by cows, 28.27%by beef cattle, 22.27% by sheep, 13.01% by goats, 3.62% bypigs, 1.80% by horses, 1.27% by donkeys, 0.60% by camels and 0.49% by mules; From 2007 to 2011, the average annual total emissions of nitrous oxide from livestock was14.90 Gg, proportions detailed as: cows, 33.49% , beef cattle,20.60%, sheep, 20.47% , goats,11.88%, pigs 10.13% , horses 1.61%, donkeys1.14%, mules 0.47% and donkeys,0.20%; 86.44% of which was by ruminant animals. The overall trend of emissionswas downward seen from greenhouse gas emission in livestock breeding in Inner Mongolia in the continuous five years.

Inner Mongolia; greenhouse gas; emission factor; methane; nitrous oxide

2014-10-14，

2014-11-21 [基金項(xiàng)目] 內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金(202160)

娜仁花(1969-)，女，蒙古族，內(nèi)蒙古呼和浩特人，博士，副教授,主要從事家畜環(huán)境管理研究。 E-mail: nrh0123456@hotmail.com

S811.6

A

1005-5228(2015)03-0072-06