畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放核算方法研究進(jìn)展

奚永蘭 葉小梅 杜靜 孔祥平 王莉 朱飛 韓挺

摘要：畜禽養(yǎng)殖業(yè)是農(nóng)業(yè)碳排放的重要來(lái)源，也是氣候變化的重要貢獻(xiàn)者。為了量化畜禽養(yǎng)殖業(yè)的碳排放，為畜禽養(yǎng)殖業(yè)的碳減排提供依據(jù)，尋找合適的畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放計(jì)算方法成為目前的研究熱點(diǎn)。從碳排放到碳足跡，國(guó)內(nèi)外畜禽養(yǎng)殖業(yè)的碳排放計(jì)算方法正朝著全面化和完整化的方向發(fā)展。參考國(guó)內(nèi)外有關(guān)畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放的相關(guān)文獻(xiàn)，介紹OECD（經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織）法、IPCC（聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)）系數(shù)法、質(zhì)量平衡法3種畜牧養(yǎng)殖業(yè)碳排放的計(jì)算方法及投入產(chǎn)出法、生命周期評(píng)價(jià)法2種碳足跡計(jì)算方法。在3種碳排放方法中，IPCC系數(shù)法相較于OECD法具有更全面且準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)，而IPCC系數(shù)法在計(jì)算排放設(shè)備更換頻繁、自然排放源復(fù)雜的情況下沒(méi)有質(zhì)量平衡法準(zhǔn)確。研究發(fā)現(xiàn)，在2種碳足跡的計(jì)算方法中，基于過(guò)程的生命周期評(píng)價(jià)法是目前計(jì)算碳足跡的主流方法，該方法體現(xiàn)了較高的系統(tǒng)性和完整性，適用于畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳足跡的計(jì)算。

關(guān)鍵詞：畜禽養(yǎng)殖業(yè);碳排放;碳減排;碳核算;碳足跡

中圖分類(lèi)號(hào)： S181文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2022）04-0001-08

收稿日期：2021-06-08

基金項(xiàng)目：江蘇現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)資金（編號(hào)：JATS[2020]391）;江蘇省自然科學(xué)基金（編號(hào)：BK20201242）。

作者簡(jiǎn)介：奚永蘭（1986—），女，河南信陽(yáng)人，博士，副研究員，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用。E-mail：13692311@qq.com。

通信作者：葉小梅，博士，研究員，主要從事養(yǎng)殖廢棄物環(huán)境污染控制領(lǐng)域研究。E-mail：yexiaomei@jaas.ac.cn。

目前人們普遍認(rèn)為，大氣中溫室氣體濃度的增加會(huì)導(dǎo)致全球變暖。聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織認(rèn)為，畜禽養(yǎng)殖業(yè)對(duì)全球變暖的危害較大。此外，聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織在《牲畜的巨大陰影：環(huán)境問(wèn)題與選擇》中指出，畜牧業(yè)的溫室氣體排放量占全球總排放量的18%，高于交通運(yùn)輸業(yè)的排放量[1-4]。聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約組織也同樣預(yù)計(jì)，到 2030年，畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放量（以CO2計(jì)）的最高值可能會(huì)達(dá)到每年40億～60億t，排放的溫室氣體CO2當(dāng)量約占全球排放總量的18%[5]。畜禽養(yǎng)殖業(yè)向大氣中排放的溫室氣體主要包括動(dòng)物呼吸和糞便管理產(chǎn)生的CH4、土地利用及其變化產(chǎn)生的CO2和糞便管理過(guò)程產(chǎn)生的N2O等有害氣體，這些有害氣體會(huì)影響空氣中的含氧量，造成酸雨沉降，形成溫室效應(yīng)。而作為全球第二大經(jīng)濟(jì)體和發(fā)展最快的發(fā)展中國(guó)家，我國(guó)的碳排放在總量上也呈持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，我國(guó)是目前世界上最大的人為溫室氣體排放國(guó)，其溫室氣體排放量占全球溫室氣體排放量的21.18%[6]。然而，我國(guó)是一個(gè)高度負(fù)責(zé)任的國(guó)家，本著可持續(xù)發(fā)展的理念，應(yīng)責(zé)無(wú)旁貸地付出行動(dòng)。近些年來(lái)，我國(guó)關(guān)于養(yǎng)殖業(yè)碳排放的研究逐漸增多：胡向東等為探明我國(guó)畜禽溫室氣體排放量及其趨勢(shì)，估算了全國(guó)2000—2007年和各省份2007年畜禽溫室氣體的排放量，結(jié)果表明，各省份畜禽溫室氣體排放量呈現(xiàn)區(qū)域集中的特點(diǎn)，居前2位的是四川省和河南省[7];陳瑤等對(duì)內(nèi)蒙古、新疆、西藏和青海四大牧區(qū)畜禽業(yè)溫室氣體排放量進(jìn)行了估算，結(jié)果表明，內(nèi)蒙古、西藏和青海牧區(qū)的畜禽溫室氣體排放量整體呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，新疆牧區(qū)的溫室氣體排放量則呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)，并且認(rèn)為，經(jīng)濟(jì)水平的提升是四大牧區(qū)畜禽溫室氣體排放的最主要原因[8]。本文主要對(duì)當(dāng)前的碳排放核算方法進(jìn)行概述，介紹各核算方法的基本原理，并對(duì)各核算方法進(jìn)行比較，以期為碳排放量的核算及其方法的選取提供參考依據(jù)。

1 養(yǎng)殖業(yè)碳排放核算方法

1.1 OECD法

OECD法是1991年由經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（Organization for Economic Co-operation and Developmen，OECD）提出的反芻動(dòng)物甲烷排放量的估算方法，是核算畜牧業(yè)初期碳排放的簡(jiǎn)易方法。OECD法采用的統(tǒng)計(jì)計(jì)算公式是由Blaxter于1965年提出的，該公式也是OECD與IPCC（聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)）在動(dòng)物甲烷排放清單編制指南中推薦的方法。Blaxterhe、Clapperton對(duì)10年間的牛羊甲烷試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，認(rèn)為消化率、采食水平是影響反芻動(dòng)物甲烷產(chǎn)生量的最重要因素，并采用統(tǒng)計(jì)法對(duì)不同飼料條件下的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，推導(dǎo)得出了甲烷產(chǎn)生量的計(jì)算公式。即根據(jù)反芻動(dòng)物攝入飼料總能的消化率和以維持機(jī)體所需能量為基準(zhǔn)的飼料營(yíng)養(yǎng)水平來(lái)推算反芻動(dòng)物的甲烷產(chǎn)量。OECD法的計(jì)算公式如下：

首先計(jì)算動(dòng)物采食能量轉(zhuǎn)化成甲烷的比例：

Y=1.300+0.112D+L（2.370-0.050D）。

式中：Y表示每攝入100 MJ能量產(chǎn)生的甲烷量，MJ;D表示飼料的表觀消化率;L表示攝入能量與維持能量之比，即采食水平。

計(jì)算動(dòng)物年甲烷排放量：

M=GE（Y/100）×365×0.018。

式中：M表示動(dòng)物年甲烷排放量[kg/（年·頭）];GE表示動(dòng)物采食總能量（MJ/d）。

在我國(guó)，將OECD法用于核算畜禽溫室氣體排放量的研究主要有以下幾個(gè)方面：董紅敏等在1994年采取OECD的方法在3個(gè)時(shí)間點(diǎn)（1980、1985和1990年）對(duì)反芻動(dòng)物甲烷排放量進(jìn)行了估算，但是由于當(dāng)時(shí)的中國(guó)基本沒(méi)有完整、準(zhǔn)確的反芻動(dòng)物采食數(shù)據(jù)，不能很好地計(jì)算采食總能量，因此還對(duì)OECD法的一些公式進(jìn)行了修改[9-10]。鐘華宜等對(duì)廣西反芻動(dòng)物的甲烷排放量進(jìn)行了估算，結(jié)果表明，從1980年至2004年，廣西的甲烷排放量呈上升趨勢(shì)，每年的增長(zhǎng)率為3.97%[11]。但是，之前的學(xué)者在采用OECD法進(jìn)行估算時(shí)，很多影響反芻動(dòng)物甲烷排放量的因素及這些因素的影響程度并沒(méi)有被考慮進(jìn)去，比如董紅敏等在估算山羊的甲烷排放量時(shí)，沒(méi)有將山羊生長(zhǎng)所需凈能及山羊存欄數(shù)考慮進(jìn)去，影響了估算結(jié)果[12]，而且受限于當(dāng)時(shí)我國(guó)的研究條件，在進(jìn)行估算時(shí)缺乏準(zhǔn)確詳盡的基礎(chǔ)資料和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，也會(huì)對(duì)估算結(jié)果產(chǎn)生很大影響。Crutzen等在1986年對(duì)全球家畜通過(guò)腸道發(fā)酵產(chǎn)生的甲烷排放量進(jìn)行了評(píng)估，考慮到動(dòng)物種類(lèi)、飼料的消化率及代謝率等因素，推導(dǎo)得出，全球動(dòng)物每年向大氣排放的甲烷總量為72～99 Tg，不穩(wěn)定性約為15%，其中以牛的甲烷排放量占比最高，為74%，其次是水牛、綿羊，大約各占8%～9%[13]。Lerner等在1988年提供了一個(gè)較為全面的全球動(dòng)物甲烷排放的數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)觀察全球動(dòng)物每年產(chǎn)生的甲烷排放量的分布發(fā)現(xiàn)，1984年在全球75.8 Tg甲烷的年排放中，約55%集中在25°N和55°N之間[14]。用OECD法估算甲烷排放量需要詳盡的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，且反芻動(dòng)物排放機(jī)制較為復(fù)雜，在評(píng)估過(guò)程中容易忽略很多影響因素，如飼料消化率、采食水平等與反芻動(dòng)物甲烷排放的相關(guān)性等，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果不精確，因此目前大多數(shù)研究者使用IPCC法用于碳排放量的核算。

1.2 IPCC系數(shù)法

IPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change）系數(shù)法，也稱排放因子法、排放系數(shù)法，是一種核算范疇略優(yōu)于 OECD的簡(jiǎn)易方法，也是目前應(yīng)用最廣泛的一種核算方法，它依照《IPCC2006年國(guó)家溫室氣體清單指南》（以下簡(jiǎn)稱《指南》），針對(duì)每種排放源構(gòu)造其活動(dòng)數(shù)據(jù)與排放因子，以活動(dòng)數(shù)據(jù)和排放因子的乘積作為該排放項(xiàng)目中碳排放量的估算值[15-17]。具體到畜牧業(yè)中，可用畜牧業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的排放系數(shù)乘以相應(yīng)的度量值（畜禽數(shù)量、糞污質(zhì)量、耗電量等），整個(gè)系統(tǒng)的碳排放量為各環(huán)節(jié)排放量的和[18]。同時(shí)，排放因子法也是國(guó)內(nèi)外相關(guān)清單編制的依據(jù)。如我國(guó)發(fā)布的《省級(jí)溫室氣體清單編制指南（試行）》就是在此基礎(chǔ)上提出的。

排放因子法計(jì)算公式：

Emissions=AD×EF。

式中：Emissions表示溫室氣體排放量;AD表示活動(dòng)數(shù)據(jù);EF表示排放因子。其中活動(dòng)數(shù)據(jù)主要來(lái)自國(guó)家相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，或者來(lái)自調(diào)查資料和排放源普查等，排放因子通常采用《指南》公布的碳排放系數(shù)[19-22]。除此之外，也可以選擇權(quán)威機(jī)構(gòu)（如國(guó)際能源署或國(guó)際合作中心等）的實(shí)際測(cè)量結(jié)果。

近20年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了很多關(guān)于IPCC系數(shù)法核算畜牧業(yè)碳排放情況的研究。國(guó)內(nèi)的研究主要集中于畜禽溫室氣體排放的產(chǎn)生機(jī)制及其對(duì)碳排放影響的因素方面。韋秀麗等采用“省級(jí)溫室氣體清單編制指南”中的排放量估算方法對(duì)重慶市畜牧業(yè)溫室氣體排放量進(jìn)行核算[23]。結(jié)果表明，重慶市畜牧養(yǎng)殖中非奶牛即能繁母牛、黃牛對(duì)溫室氣體排放的貢獻(xiàn)最大，達(dá)到39.93%;其次是豬，達(dá)到 3354%;最后是水牛，達(dá)到14.05%[23]。陳勝濤等依據(jù)IPCC的《氣候變化 2014》《江蘇省統(tǒng)計(jì)年鑒》和各地市統(tǒng)計(jì)年鑒對(duì)江蘇省畜禽養(yǎng)殖業(yè)區(qū)域溫室氣體排放進(jìn)行了核算，結(jié)果表明，江蘇省鹽城市、徐州市和南通市養(yǎng)殖業(yè)CO2排放量均超過(guò)100萬(wàn)t，其中豬的溫室氣體排放量排在首位，占比為553%，其他依次為山羊（20.3%）、牛（18.7%），最后是家禽（53%）[24]。國(guó)外相關(guān)研究起步相對(duì)較早，且研究領(lǐng)域較為寬泛。Cerri等根據(jù)IPCC提供的具體排放因子，將巴西22家大型肉牛養(yǎng)殖場(chǎng)的年活動(dòng)數(shù)據(jù)相乘，估算出溫室氣體排放量，結(jié)果表明，肉牛生產(chǎn)中溫室氣體的最大來(lái)源是畜群增加，規(guī)模牛肉生產(chǎn)中溫室氣體的最大來(lái)源為動(dòng)物腸道發(fā)酵[25]。Ominski等使用IPCC第2層次方法對(duì)加拿大牛種群的腸道甲烷排放量進(jìn)行了估算，并將估算結(jié)果和使用IPCC第1層次的估算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，加拿大每年每頭奶牛的碳排放量為 90 kg，比IPCC一級(jí)方法的核算結(jié)果多18 kg，而且使用IPCC第1層次方法的牛排放因子比第2層次的高15.1%或者低25.3%[26]。

IPCC系數(shù)法有成熟的核算公式及排放因子數(shù)據(jù)庫(kù)，而且應(yīng)用較為廣泛，有較多實(shí)例可供參考。但當(dāng)面臨排放系統(tǒng)變化時(shí)，其適應(yīng)性較差[27]。甲烷是養(yǎng)殖業(yè)碳排放的主要來(lái)源，在養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，甲烷排放主要來(lái)自牲畜腸道發(fā)酵和糞便管理2個(gè)方面。IPCC的《指南》中提出了計(jì)算反芻動(dòng)物的3個(gè)甲烷排放層級(jí)的方法，其中方法1直接選用排放因子缺省值，但在估算腸道發(fā)酵排放值時(shí)缺乏對(duì)飼料質(zhì)量、氣候條件等不同因素劃分下的排放因子推薦值，在估算糞便管理排放值時(shí)，只考慮區(qū)域溫度差異的影響而沒(méi)有考慮不同廢棄物管理水平的影響，所以估算結(jié)果較為粗略，只能作為參考值而不能用于不同地域之間排放量差異的比較;方法2根據(jù)公式計(jì)算出排放因子，這樣得到的碳排放估算值雖然在各方面更具有代表性，但是目前關(guān)于飼料總能、飼料能量中甲烷轉(zhuǎn)化率的科研文獻(xiàn)太少，而且缺少相關(guān)參數(shù)的推薦值;方法3是結(jié)合各個(gè)國(guó)家更加具體的特定信息來(lái)建立排放模型，我國(guó)在相關(guān)方面的研究主要體現(xiàn)在反芻動(dòng)物腸道發(fā)酵甲烷排放模型的建立，例如謝天宇等評(píng)估和比較了8個(gè)常用奶牛胃腸道甲烷排放模型的估算精度，并進(jìn)一步分析影響模型估算精度的原因，希望能建立更加準(zhǔn)確、可靠的甲烷排放模型估算方法[28]，此外還有采用拉丁方試驗(yàn)設(shè)計(jì)的中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)模型。國(guó)外的相關(guān)研究主要有Vermorel等提出的法國(guó)INRA模型[29]、Kebreab等提出的美國(guó)Molly模型[30]等。

1.3 質(zhì)量平衡法

用質(zhì)量平衡法測(cè)定養(yǎng)殖業(yè)碳排放量的主要原理是測(cè)量通過(guò)動(dòng)物群體所在空間的氣體流量及氣流中甲烷濃度的變化，然后將這些參數(shù)帶入公式中計(jì)算出甲烷排放量，主要有呼吸代謝箱法和飼舍質(zhì)量平衡法2種方法，這2種方法均為測(cè)定反芻動(dòng)物甲烷排放量的方法。其中呼吸代謝箱法是早期測(cè)定反芻動(dòng)物甲烷排放量的經(jīng)典方法[31-33]。呼吸箱法的原理主要是將事先馴化好的N頭動(dòng)物置于密閉性良好且能承受一定負(fù)壓力差的呼吸代謝箱內(nèi)，然后分別測(cè)定進(jìn)口處甲烷濃度（Ci）、出口處甲烷濃度（Co），并測(cè)定通過(guò)呼吸箱的氣體流量（F）。將上述變量帶入公式中，可得試驗(yàn)期間反芻動(dòng)物的平均甲烷排放通量[34]（QCH4）：

QCH4=F×（Co-Ci）/N。

呼吸箱測(cè)定法一般適用于動(dòng)物數(shù)量較少的甲烷排放量測(cè)定，因此在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中較為常見(jiàn)。史海山等采用呼吸代謝箱法對(duì)3頭舍飼綿羊24 h（有間斷）的甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）日排放特征進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，舍飼綿羊每天大約排放11 g CH4、147 g CO2;舍飼綿羊CH4排放的峰值集中在 17：00、22：00，CO2排放量在每個(gè)時(shí)間段間的差異不大，相對(duì)平穩(wěn)[35]。Islam等采用呼吸代謝箱法對(duì)平均年齡為1歲、體質(zhì)量為（35±5） kg的綿羊進(jìn)行甲烷排放量的估算，測(cè)得單位綿羊的CH4排放量為 17 g/d[36]，這與史海山的測(cè)定結(jié)果是一致的。英國(guó)Blaxter等也曾使用呼吸箱法測(cè)定了牛羊甲烷產(chǎn)生量和消化能力之間的關(guān)系[37]。除此之外，還有關(guān)于呼吸箱的研究。比如，楊其長(zhǎng)等在測(cè)定甲烷排放方法的基礎(chǔ)上研制了AMI-2000型反芻動(dòng)物甲烷測(cè)定箱，主要結(jié)構(gòu)包括空調(diào)系統(tǒng)、流量測(cè)定系統(tǒng)、甲烷分析系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)[38]。飼舍質(zhì)量平衡法是在呼吸代謝箱法的基礎(chǔ)上發(fā)展來(lái)的，其原理與呼吸代謝箱法較為相似，這種技術(shù)是將整個(gè)飼舍當(dāng)作代謝箱，對(duì)飼舍進(jìn)行改裝，只保留幾個(gè)進(jìn)氣口和出氣口，同呼吸代謝箱法一樣測(cè)得進(jìn)、出口甲烷濃度和氣體流量，然后帶入公式中，得到整個(gè)飼舍及單個(gè)反芻動(dòng)物的甲烷排放量。其中，飼舍平衡法較適合測(cè)量群體動(dòng)物的氣體排放量。這2種方法雖然可以測(cè)得反芻動(dòng)物的甲烷排放量，但根據(jù)此公式得出的估計(jì)量并不是很準(zhǔn)確，所以這2種方法一般用于正式試驗(yàn)之前的預(yù)測(cè)試驗(yàn)[39]。此外，這2種方法的測(cè)量范圍較小，不像IPCC系數(shù)法可以測(cè)定某一國(guó)家或地區(qū)的溫室氣體排放量。另外，在使用呼吸代謝箱法時(shí)，由于動(dòng)物在全封閉狀態(tài)下的正常生理活動(dòng)會(huì)受到一定影響，從而影響測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性[40]。

2 養(yǎng)殖業(yè)碳足跡核算方法

碳排放量核算方法只能核算出養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放情況，但未考慮養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)前端與后端的碳排放，有的學(xué)者認(rèn)為這樣不是特別全面。比如，耶魯大學(xué)的Mendelsohn認(rèn)為，IPCC 2014年的報(bào)告很好地論證了人為溫室氣體排放導(dǎo)致的氣候變化，但該報(bào)告的各個(gè)組成部分彼此之間缺乏足夠的聯(lián)系[41]。養(yǎng)殖業(yè)碳排放量的估算不僅包括養(yǎng)殖業(yè)牲畜的生產(chǎn)過(guò)程，還應(yīng)當(dāng)包括養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)前端與后端的碳排放，即碳足跡。碳足跡起源于生態(tài)足跡的概念，關(guān)注的是某項(xiàng)活動(dòng)或某個(gè)組織所排放的溫室氣體量。目前關(guān)于碳足跡的研究越來(lái)越多，但是關(guān)于碳足跡的定義并不一致。2007年Wiedmann等列舉了之前對(duì)碳足跡的不同定義，并經(jīng)探討后給出了他們對(duì)碳足跡的定義：一項(xiàng)活動(dòng)中包括的所有直接、間接的二氧化碳排放質(zhì)量，并明確表示衡量單位為質(zhì)量單位[42]。另外他們特別強(qiáng)調(diào)碳足跡是對(duì)二氧化碳排放量的衡量，不應(yīng)包括其他溫室氣體。而歐盟則將碳足跡定義為一個(gè)產(chǎn)品或服務(wù)在整個(gè)生命周期中所排放的二氧化碳和其他溫室氣體的總量。綜合來(lái)看，不同文獻(xiàn)對(duì)碳足跡的度量單位、溫室氣體種類(lèi)、系統(tǒng)邊界的定義及碳足跡的核算方法并不一致，但是目前養(yǎng)殖業(yè)中關(guān)于碳足跡核算方法使用較多的主要包括生命周期評(píng)價(jià)法和投入產(chǎn)出法2種。

2.1 生命周期評(píng)價(jià)法

生命周期評(píng)價(jià)法（life cycle assessment，LCA）是用來(lái)評(píng)估整個(gè)生命周期內(nèi)活動(dòng)、服務(wù)、過(guò)程或產(chǎn)品相關(guān)的全部產(chǎn)出和投入間接或直接對(duì)環(huán)境造成影響的方法，其適用于微觀尺度，用于自上而下的算法且計(jì)算詳盡[43]。該評(píng)價(jià)方法要求詳細(xì)研究其生命周期內(nèi)的能源需求、原材料利用和活動(dòng)造成的向環(huán)境排放的廢棄物，對(duì)產(chǎn)品“從搖籃到墳?zāi)埂钡倪^(guò)程有關(guān)的環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行后續(xù)評(píng)價(jià)。采用生命周期評(píng)價(jià)法的關(guān)鍵問(wèn)題是要明確生命周期的劃分及碳排放系統(tǒng)邊界的界定[44]。具體到養(yǎng)殖業(yè)，一般的劃分方法有“從搖籃到農(nóng)場(chǎng)”和“從搖籃到消費(fèi)者”2種，其中研究工作者采用“從搖籃到農(nóng)場(chǎng)”的居多。

目前有很多成熟的碳足跡估算方面的標(biāo)準(zhǔn)都是基于生命周期評(píng)價(jià)法，而從眾多的研究中不難發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)殖業(yè)碳足跡主要受區(qū)域因素及養(yǎng)殖規(guī)模與管理方式的影響。以羊?yàn)槔?，羊的主要用途有羊肉、羊奶和羊?種。眾多研究者研究發(fā)現(xiàn)，不同國(guó)家之間的碳足跡存在一定差距。比如羊肉，西班牙 1 kg 羊肉的碳足跡為2.11～5.35 kg當(dāng)量CO2，澳大利亞1 kg羊肉的碳足跡為10.1～21.7 kg當(dāng)量CO2，美國(guó)1 kg羊肉的碳足跡為10.4～18.1 kg當(dāng)量CO2，而英國(guó)1 kg羊肉的碳足跡則為2.8～12.9 kg當(dāng)量CO2。曹淑艷等在研究畜牧業(yè)產(chǎn)品的生態(tài)足跡時(shí)得出，中國(guó)1 kg羊肉的碳足跡約為8.24 kg當(dāng)量CO2[45]?？梢钥闯?，區(qū)域差異會(huì)導(dǎo)致碳足跡不同，出現(xiàn)這種差異的原因與不同區(qū)域的氣候條件、溫度及當(dāng)?shù)氐娘暳腺|(zhì)量等有關(guān)。另外，養(yǎng)殖規(guī)模與管理方式也會(huì)影響碳足跡。中國(guó)四川家庭農(nóng)場(chǎng)1 kg雞蛋、雞肉、豬肉的碳足跡分別為 3.70、20.02、5.42 kg（以CO2計(jì)），而規(guī)?；B(yǎng)殖后則分別為3.46、7.86、4.29 kg（以CO2計(jì)）[46]。可以看出，規(guī)模化養(yǎng)殖相較于散養(yǎng)模式會(huì)降低碳排放量[47]。分析出現(xiàn)這種情況的原因，可能主要是規(guī)?；B(yǎng)殖會(huì)降低牲畜的死亡率，獲得更高的回報(bào)率，且規(guī)模化養(yǎng)殖可以集中化管理，降低供電和供熱能源消耗。黃文強(qiáng)等在畜禽產(chǎn)品碳足跡的研究中發(fā)現(xiàn)，飼料生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)的碳排放貢獻(xiàn)率占雞蛋生產(chǎn)系統(tǒng)碳足跡的55%～85%，豬肉碳足跡的50%～73%[48]。因此可見(jiàn)，在進(jìn)行規(guī)模養(yǎng)殖時(shí)可以通過(guò)降低飼料加工環(huán)節(jié)的溫室氣體排放量來(lái)降低養(yǎng)殖業(yè)中的總碳排放量。

2.2 投入-產(chǎn)出法

投入產(chǎn)出法（input-output，I-O）最早是由美國(guó)人Wassily Leontief創(chuàng)立的，目前作為一種方便的估算工具被用來(lái)研究經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中每個(gè)部分之間在產(chǎn)出和投入方面互相依存的經(jīng)濟(jì)數(shù)量關(guān)系。具體到養(yǎng)殖業(yè)，是根據(jù)投入產(chǎn)出表建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并以此系統(tǒng)反映各部門(mén)的關(guān)系[49-51]。結(jié)合各部門(mén)的碳排放數(shù)據(jù)，核算其在整個(gè)生產(chǎn)鏈上引起的碳排放量。1980年李長(zhǎng)勝等在投入產(chǎn)出表的基礎(chǔ)上逐漸深化發(fā)展，于1989年在遼寧省朝陽(yáng)市朝陽(yáng)縣的畜牧業(yè)戰(zhàn)略分析中，建立了畜牧業(yè)投入產(chǎn)出模型，這是投入產(chǎn)出法在畜牧業(yè)的首次應(yīng)用，對(duì)之后的畜牧業(yè)發(fā)展規(guī)劃和經(jīng)濟(jì)平衡分析起到了重大作用[52]。為了推進(jìn)低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展，張玉梅等基于脫鉤理論，采用Tapio彈性方法建立了脫鉤模型，并運(yùn)用脫鉤模型對(duì)比了近10年來(lái)北京市農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放量?jī)烧咧g的關(guān)系，結(jié)果表明，北京市畜牧業(yè)碳排放的主要來(lái)源是牛、豬，約占全部畜種碳排放量的80%，其中腸道發(fā)酵碳排放量最大的為牛;糞便管理過(guò)程中碳排放量最大的為生豬，占所有糞便管理碳排放量的55%左右[53]。Bai等基于西藏畜牧業(yè)溫室氣體排放與畜產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)脫鉤的思想，運(yùn)用該脫鉤模型對(duì)西藏1980—2015年畜牧業(yè)溫室氣體排放量進(jìn)行了估算。畜牧業(yè)溫室氣體排放與畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的權(quán)衡分析結(jié)果表明，畜牧業(yè)溫室氣體排放量下降了39%，畜禽CH4排放量下降了33%，N2O排放量下降了34%[54]。Weiss等使用CAPRI模型對(duì)整個(gè)歐盟27個(gè)國(guó)家畜牧業(yè)的溫室氣體排放量進(jìn)行生命周期評(píng)估，結(jié)果表明，歐洲畜牧業(yè)生產(chǎn)的溫室氣體總通量為623～852 Mt當(dāng)量CO2，其中28%～29%來(lái)自牛肉生產(chǎn)，28%～30%來(lái)自牛奶生產(chǎn)，25%～27%來(lái)自豬肉生產(chǎn)[4]。Prado等基于SIMSDAIRY和DairyGHG等原有模型建立了1種新型模型 LANDDAIRY，并用它計(jì)算了西班牙北部17個(gè)商業(yè)圈養(yǎng)奶牛系統(tǒng)的碳足跡。結(jié)果表明，奶牛的飲食選擇是影響碳足跡的主要因素[55]。

投入產(chǎn)出法計(jì)算簡(jiǎn)單，適合用于宏觀層面的碳排量計(jì)算。耿涌等對(duì)I-O法進(jìn)行了總結(jié)，認(rèn)為這種方法是將深刻復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)內(nèi)涵與直觀的數(shù)學(xué)表達(dá)形式相結(jié)合的計(jì)算方法[56]。但是由于畜牧業(yè)部門(mén)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中的單位產(chǎn)值碳排放強(qiáng)度具有差異性，數(shù)據(jù)具有滯后性，因而導(dǎo)致采用該方法核算畜牧業(yè)碳排放具有時(shí)滯性。從這個(gè)角度看，用生命周期評(píng)價(jià)法核算碳足跡相對(duì)準(zhǔn)確，使用投入產(chǎn)出法核算畜牧業(yè)碳足跡不如生命周期評(píng)價(jià)法。

3 不同核算方法的比較

OECD法是核算畜牧業(yè)碳排放最初使用的方法之一，該方法的原理是甲烷的排放伴隨著能量的損失，甲烷的排放量與能量的攝入量存在一定關(guān)系[57]。通過(guò)估算單個(gè)動(dòng)物的采食總能量及其可轉(zhuǎn)化成甲烷的比例，可以算出該動(dòng)物的年甲烷排放量，然后將各種反芻動(dòng)物甲烷釋放量乘以當(dāng)?shù)氐膭?dòng)物數(shù)量并求和，最終得到該地區(qū)的反芻動(dòng)物甲烷釋放總量[9]。該方法作為早期方法，僅涉及反芻動(dòng)物甲烷的排放，其他溫室氣體的核算沒(méi)有考慮在內(nèi)。此外，由于計(jì)算方法較為簡(jiǎn)易，僅為估算，因此其計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度不高，僅在20世紀(jì)末期被少數(shù)學(xué)者使用[58]。

投入產(chǎn)出法通過(guò)編制投入產(chǎn)出表及建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，能夠反映經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)各個(gè)部門(mén)（產(chǎn)業(yè)間）的關(guān)系。將投入產(chǎn)出法與各部門(mén)的溫室氣體排放數(shù)據(jù)相結(jié)合，可用于計(jì)算各部門(mén)為終端用戶生產(chǎn)產(chǎn)品或提供服務(wù)而在整個(gè)生產(chǎn)鏈上引起的溫室氣體排放量。該方法以整個(gè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)為邊界，綜合性較強(qiáng)，且核算碳足跡所需的人力、物力資源較少，適用于宏觀（如國(guó)家、部門(mén)、企業(yè)等）的分析[59]。與此同時(shí)，投入產(chǎn)出法還可以用于計(jì)算產(chǎn)品和服務(wù)中的隱含碳排放[60]。在國(guó)際貿(mào)易過(guò)程中，凈出口國(guó)出口商品時(shí)并沒(méi)有帶走其生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放，這導(dǎo)致凈進(jìn)口國(guó)的碳足跡被嚴(yán)重低估，因此凈進(jìn)口國(guó)應(yīng)對(duì)該隱含碳排放負(fù)一定的責(zé)任[61]。該方法的缺陷是需要得出部門(mén)平均排放強(qiáng)度的宏觀數(shù)據(jù)來(lái)編制投入產(chǎn)出表，而我國(guó)在這方面的數(shù)據(jù)較少，且時(shí)效性不強(qiáng)，不利于碳足跡的準(zhǔn)確計(jì)算，而且該方法缺少詳細(xì)的計(jì)算細(xì)節(jié)和過(guò)程，無(wú)法對(duì)應(yīng)到具體產(chǎn)品，因此不適合用于分析微觀系統(tǒng)。

生命周期評(píng)價(jià)法強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品或服務(wù)整個(gè)生命周期各環(huán)節(jié)對(duì)環(huán)境的影響（包括能源使用、資源消耗、污染排放等），由于該方法綜合考慮了某項(xiàng)產(chǎn)品或活動(dòng)直接、間接的投入，并從總體上考慮其各方面的環(huán)境影響，使其分析結(jié)果更具有針對(duì)性，適合用于微觀系統(tǒng)的碳足跡核算[56]。此方法具有全面性和綜合性等優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣泛用于碳足跡研究中。然而，該方法也存在一些缺點(diǎn)。使用生命周期法需要確定計(jì)算對(duì)象的系統(tǒng)邊界，不同邊界條件對(duì)計(jì)算結(jié)果有較大影響，當(dāng)邊界條件復(fù)雜時(shí)，會(huì)造成參數(shù)獲取和計(jì)算的困難，需要投入較高的人力、物力資源;當(dāng)選擇的邊界簡(jiǎn)單時(shí)，又會(huì)破壞系統(tǒng)的完整性，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)截?cái)嗾`差。此外，使用生命周期法需要考慮核算方法和數(shù)據(jù)2個(gè)方面的不確定性，所得數(shù)據(jù)質(zhì)量需滿足一定的標(biāo)準(zhǔn)[59]。

IPCC法是指依據(jù)聯(lián)合國(guó)氣候變化委員會(huì)編寫(xiě)的《國(guó)家溫室氣體清單指南》列出的溫室氣體排放源和提供的基本方法、計(jì)算公式和可供參考的基本參數(shù)等，計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)所有溫室氣體排放總量的詳細(xì)方法。該法的優(yōu)點(diǎn)是詳細(xì)、全面地考慮了幾乎所有的溫室氣體排放源，并提供了具體排放原理和計(jì)算方法，因此具有較高的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義，可作為碳足跡計(jì)算理論的依托;缺點(diǎn)是未考慮消費(fèi)角度的隱含碳排放。IPCC法擁有3個(gè)層級(jí)核算方法，方法1與方法2都是依據(jù)活動(dòng)數(shù)據(jù)乘以排放因子來(lái)計(jì)算排放量。從方法1到方法3核算排放的準(zhǔn)確性和精度不斷提高，3種方法的區(qū)別見(jiàn)表1。

在計(jì)算排放源的碳排放時(shí)，應(yīng)盡量選擇高層次的方法[62]。目前，國(guó)內(nèi)外已有較多使用方法2核算碳排放的研究，例如，Ominski等使用IPCC Tier-2方法估計(jì)加拿大牛的腸道甲烷排放量[63]，Azizi等使用IPCC方法2估算牛腸道發(fā)酵產(chǎn)生的甲烷排放的當(dāng)?shù)嘏欧乓蜃覽64]。中國(guó)基于種植參數(shù)的N2O排放因子分類(lèi)為IPCC Tier-2方法的使用提供了一種可靠的方法[65]。張哲瑜等使用方法2對(duì)生豬養(yǎng)殖企業(yè)溫室氣體排放中的豬糞便管理甲烷與N2O排放進(jìn)行計(jì)算[62]。此外，在使用IPCC法的具體計(jì)算過(guò)程中，在不同領(lǐng)域，由于地域分布、技術(shù)水平和生產(chǎn)工藝等的差異，其排放因子往往是不同的，這就導(dǎo)致計(jì)算碳排放量的方法不完全相同，可能會(huì)造成重復(fù)計(jì)算[59]。目前，IPCC《國(guó)家溫室氣體清單指南》在2019年進(jìn)行了修訂，我國(guó)有11位專(zhuān)家參與了該指南的增補(bǔ)和精細(xì)化，此次修訂將對(duì)未來(lái)我國(guó)溫室氣體清單的編制和排放核算產(chǎn)生影響[66-67]。各種養(yǎng)殖業(yè)碳排放、碳足跡核算方法的對(duì)比分別見(jiàn)表2、表3。

4 總結(jié)與展望

本研究介紹了幾種養(yǎng)殖業(yè)碳排放或碳足跡的計(jì)算方法，并對(duì)比分析了這些方法的優(yōu)缺點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)基于過(guò)程的生命周期法在設(shè)置邊界條件時(shí)考慮到了養(yǎng)殖業(yè)整個(gè)系統(tǒng)的全面性和完整性，準(zhǔn)確性較高。IPCC法拓展了可核算溫室氣體的種類(lèi)，養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中不同環(huán)節(jié)的碳排放計(jì)算都需要用到該計(jì)算方法。投入產(chǎn)出法結(jié)合各部門(mén)的溫室氣體排放數(shù)據(jù)可以對(duì)該部門(mén)的溫室氣體排放進(jìn)行宏觀分析，未來(lái)在使用該計(jì)算方法時(shí)應(yīng)注意投入產(chǎn)出表的時(shí)效性。

我國(guó)在養(yǎng)殖業(yè)碳排放核算方面的體系不夠完善，今后應(yīng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，規(guī)范養(yǎng)殖業(yè)碳排放邊界條件、核算流程和核算方法。此外，我國(guó)在養(yǎng)殖業(yè)碳排放方面缺少大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致我國(guó)在許多動(dòng)物養(yǎng)殖排放因子的研究方面較為落后，今后應(yīng)鼓勵(lì)開(kāi)展養(yǎng)殖業(yè)碳排放長(zhǎng)期定點(diǎn)觀測(cè)研究工作，建立各類(lèi)養(yǎng)殖企業(yè)溫室氣體排放活動(dòng)水平和排放因子數(shù)據(jù)庫(kù)，以利于更準(zhǔn)確地計(jì)算不同區(qū)域或不同養(yǎng)殖管理方式養(yǎng)殖企業(yè)的碳排放值。

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