我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放研究進(jìn)展

翟鄖秋， 張芊芊， 劉 芳， 應(yīng)光國， 柳王榮

(1. 華南師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院， 廣州 510006； 2. 華南師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院， 廣州 510631； 3. 生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境科學(xué)研究所， 廣州 510530)

氣候變化是現(xiàn)階段人類生存發(fā)展的重大挑戰(zhàn)之一,也是一項全球性的環(huán)境問題。氣候變化的主要原因是人類活動導(dǎo)致的二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)等溫室氣體的過度排放[1]。2015年《巴黎協(xié)定》提出，為避免極端地球氣候和生態(tài)系統(tǒng)惡化，全球需控制升溫1.5 ℃。然而，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)測算報告顯示，自2020年起，人類有67%的可能性將升溫幅度控制在1.5 ℃以內(nèi)，此時全球碳排放預(yù)算僅剩4 000 億t CO2[2]，因此采取相關(guān)措施降低碳排放刻不容緩。根據(jù)英國石油公司(BP)發(fā)布的《世界能源統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)顯示，2020年全球碳排放總量為322.8億t，中國的碳排放量為99.0億t，占全球碳排放總量的30.7%。在全球綠色低碳轉(zhuǎn)型的大方向下，中國力爭在2030年前實現(xiàn)CO2排放量達(dá)到峰值，爭取在2060年前實現(xiàn)碳中和。因此，在我國開展碳排放的研究十分必要，具有戰(zhàn)略性意義。

溫室氣體排放的主要來源是畜禽養(yǎng)殖業(yè)[3]，具體途徑包括動物的腸道發(fā)酵和糞便管理[4]。聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織(FAO)估計，全球18%的溫室氣體排放源于畜禽養(yǎng)殖業(yè)[5]。根據(jù)FAO的數(shù)據(jù)顯示，自1960年以來，世界反芻動物和非反芻動物的數(shù)量急劇增長，截止2017年底，反芻動物數(shù)量增加了66.1%，非反芻動物數(shù)量增長了435%[6]。隨著人們對畜產(chǎn)品需求的不斷增長，預(yù)計未來幾年反芻動物和非反芻動物的數(shù)量都將持續(xù)增長，這將進(jìn)一步增加畜禽養(yǎng)殖業(yè)溫室氣體的排放量。因此，研究畜禽養(yǎng)殖業(yè)的碳排放對于全球畜禽養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。中國是農(nóng)業(yè)大國，畜禽養(yǎng)殖業(yè)是我國農(nóng)業(yè)的兩大支柱之一，是關(guān)系國計民生的重要產(chǎn)業(yè)，在保障食物安全、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展與提高農(nóng)牧民收入等方面發(fā)揮重要作用[7]。中國第三次全國氣候變化信息通報估計，農(nóng)業(yè)活動產(chǎn)生的溫室氣體排放量約為8.28億t CO2當(dāng)量，腸道發(fā)酵和糞便管理占農(nóng)業(yè)溫室氣體排放總量的43%。

“十四五”時期，中國生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)入了以降碳為重點(diǎn)戰(zhàn)略方向、推動減污降碳協(xié)同增效、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型、實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善由量變到質(zhì)變的關(guān)鍵時期。目前，國內(nèi)學(xué)者對畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放問題不斷探討，圍繞碳排放量的測算，研究內(nèi)容涉及不同的測算方法、溫室氣體的種類、動物類別、系統(tǒng)邊界、尺度、區(qū)域等。獲得碳排放量數(shù)據(jù)之后，圍繞其時空分布特征、減排措施、影響因素進(jìn)行深入的分析。本文回顧并總結(jié)了畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放的相關(guān)研究，從碳核算、時空分布、影響因素、未來發(fā)展趨勢等方面進(jìn)行分析，為相關(guān)部門制定畜禽養(yǎng)殖業(yè)減排政策提供理論依據(jù)，以實現(xiàn)我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展。

1 畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳核算

畜禽養(yǎng)殖碳排放量是指各種畜禽在從幼畜到出欄的整個養(yǎng)殖過程中所產(chǎn)生并排放到大氣中的甲烷、氧化亞氮等溫室氣體折算成CO2當(dāng)量的總和[8]。實現(xiàn)碳中和的根本在于減少碳排放，要為碳減排提供相應(yīng)的政策支撐，重要依據(jù)之一就是碳排放量的統(tǒng)計核算。因此，開展畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放量的核算是評價溫室氣體排放水平的重要和有效途徑之一。經(jīng)過不斷的探索，目前研究者已經(jīng)構(gòu)建了多種有效可行的畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放核算方法，主要分為2種方式：基于測量的方法和基于核算的方法。

1.1 基于測量的方法

基于測量的碳核算方法是通過匯總排放源實測的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)得到相關(guān)碳排放量[9]。根據(jù)數(shù)據(jù)的獲取方式可將其分為監(jiān)測法和實驗法。監(jiān)測法是通過監(jiān)測氣體體積分?jǐn)?shù)和空氣流量進(jìn)而計算溫室氣體的排放量，主要通過連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)來實現(xiàn)[10]，是目前環(huán)境中溫室氣體核算的重要方法，也適用于畜禽養(yǎng)殖業(yè)的碳排放量核算。RENAND等[11]通過試驗期的長度和現(xiàn)場測量的數(shù)量來評估肉用小母牛呼吸和排放溫室氣體的差異。該實驗采用GreenFeed排放監(jiān)測系統(tǒng)，在動物訪問配有頭罩和抽氣機(jī)的濃縮飼料投喂點(diǎn)時，捕獲呼吸和排出氣體，結(jié)合氣體濃度和管道中的空氣流量，計算CH4和CO2通量。實驗結(jié)果建議在35 d內(nèi)使用GreenFeed系統(tǒng)測量腸道CH4排放量是比較合適的。JI等[12]將便攜式監(jiān)測單元(PMU)升級到具有在線處理能力的IPMU，通過在商業(yè)蛋雞舍中進(jìn)行的現(xiàn)場測量和實驗室評估，證明了IPMU的可行性，使得大型牛舍空氣質(zhì)量的多點(diǎn)測量變得切實可行。

實驗法是先采集樣品再利用專業(yè)的檢測設(shè)備和技術(shù)進(jìn)行定量分析。實驗法包括呼吸室法[13]、SF6示蹤法[14]、CO2示蹤法[15]和體外產(chǎn)氣法[16]，主要從動物口鼻處收集其呼出的氣體，然后通過分析檢測獲得CH4的排放量[17]。SF6示蹤技術(shù)條件比較苛刻，需要在單個動物身上獲得多天的準(zhǔn)確排放測量值[18]，但是它可以在大量動物和自由放牧條件下確定排放量[19]。CUNHA等[20]通過SF6示蹤技術(shù)和IPCC Tier2估算2種實驗條件下乳制品系統(tǒng)的溫室氣體排放清單，結(jié)果表明：在考慮了畜群屬性的情況下，這2種估算方法之間的差異會被抵消。相比SF6示蹤技術(shù)，呼吸室法能夠更精確地估計CH4的排放量[21]。XU等[22]采用呼吸室結(jié)合氣相色譜法，對2013年寒冷季節(jié)不同年齡圈養(yǎng)藏羊所產(chǎn)生的CH4、CO2、N2O排放量進(jìn)行了表征，結(jié)果表明：CH4日排放模式受飼養(yǎng)制度的驅(qū)動，CO2日排放模式相對穩(wěn)定，N2O日排放模式受室內(nèi)溫度變化的驅(qū)動。CO2示蹤法是一種體內(nèi)測量的方法。HUHTANEN等[23]考慮了飼料效率差異對CH4排放量的影響，最終發(fā)現(xiàn)CO2示蹤法更適合用于低產(chǎn)的奶牛。體外產(chǎn)氣技術(shù)的基礎(chǔ)是在精確的實驗室條件下利用天然瘤胃微生物在特定時間段內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)氣并研究排放量[24]。QIAO等[25]使用體外產(chǎn)氣技術(shù)評估添加NaHCO3和H2對瘤胃發(fā)酵、CH4產(chǎn)量和產(chǎn)甲烷菌群的影響，證明了抗產(chǎn)甲烷菌對腸道發(fā)酵CH4排放的正向作用，為制定碳減排措施提供了理論依據(jù)。

1.2 基于核算的方法

基于核算的方法是指通過活動數(shù)據(jù)乘以排放因子或通過計算生產(chǎn)過程中的碳質(zhì)量平衡來量化溫室氣體排放量[10]，可以分為統(tǒng)計法和仿真模型法。在畜禽養(yǎng)殖碳排放的計算中，活動數(shù)據(jù)一般指畜禽養(yǎng)殖量，根據(jù)不同畜禽種類的飼養(yǎng)周期，對畜禽年飼養(yǎng)量進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)飼養(yǎng)周期超過1年時，采用年末存欄量表征年飼養(yǎng)量；當(dāng)飼養(yǎng)周期小于1年時，利用飼養(yǎng)周期和年末出欄量進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整公式參照IPCC(2006版)[26]。畜禽養(yǎng)殖碳排放主要涉及了腸道發(fā)酵CH4排放因子、糞便管理CH4排放因子、糞便管理N2O排放因子，其中動物腸道發(fā)酵是CH4烷排放的主要排放源，其排放量受飼養(yǎng)方式、動物生長性能等相關(guān)因素影響較大。動物糞便管理是CH4和N2O排放的重要排放源，其溫室氣體排放受所處氣候區(qū)域、飼養(yǎng)方式、飼料消化率、糞便氮排泄量和糞便管理方式等多種因素影響[27]。

1.2.1 統(tǒng)計方法 排放因子法依照碳排放清單列表，針對每一種排放源確定其活動數(shù)據(jù)與排放因子，根據(jù)IPCC提供的計算公式：

GHG=AD×EF，

其中，GHG為溫室氣體排放量；AD是導(dǎo)致溫室氣體排放的生產(chǎn)或消費(fèi)活動的活動量，活動數(shù)據(jù)可以通過年鑒數(shù)據(jù)、調(diào)查資料、監(jiān)測數(shù)據(jù)等確定；EF是與活動水平數(shù)據(jù)對應(yīng)的系數(shù)，表征單位生產(chǎn)或消費(fèi)活動量的溫室氣體排放系數(shù)。EF既可以直接采用IPCC[28]提供的已知數(shù)據(jù)(即缺省值)，也可以基于代表性的測量數(shù)據(jù)來推算。國家發(fā)展改革委員會應(yīng)對氣候變化司基于《IPCC清單指南》，結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況，編制了《省級溫室氣體清單指南》，設(shè)置了全國各省排放因子的默認(rèn)參數(shù)。該方法適用于國家、省份、城市等較為宏觀的核算層面，可以粗略對特定區(qū)域的整體情況進(jìn)行宏觀把控。但在實際工作中，由于地區(qū)經(jīng)濟(jì)、政策、自然環(huán)境不同等原因，會導(dǎo)致排放因子的地區(qū)差異，成為碳排放核算結(jié)果誤差的主要來源。

IPCC系數(shù)法主要關(guān)注畜禽養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)過程中的碳排放情況，但未考慮畜禽養(yǎng)殖業(yè)前端與后端的碳排放[9]。為了全面測算畜禽養(yǎng)殖業(yè)的碳排放情況，相關(guān)研究開始把畜禽養(yǎng)殖業(yè)的飼料種植、畜產(chǎn)品運(yùn)輸及消費(fèi)等環(huán)節(jié)納入計算，將畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放發(fā)展成了碳足跡。對畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳足跡的研究一般采用生命周期評估方法(LCA)，包括從糧食飼料作物的生產(chǎn)加工、土地利用的變化、動物養(yǎng)殖、運(yùn)輸消費(fèi)、最后處置的過程。LCA方法需要確定系統(tǒng)邊界，分為“搖籃到農(nóng)場門”、“搖籃到墳?zāi)埂保瑑烧邊^(qū)別在于是否包括食品的零售與消費(fèi)環(huán)節(jié)和最后處置環(huán)節(jié)。LCA方法通常通過評估與農(nóng)業(yè)系統(tǒng)相關(guān)的溫室氣體來分析系統(tǒng)的節(jié)能和減排[29]。XUE等[3]采用循環(huán)模型，將LCA方法應(yīng)用于碳減排系統(tǒng)分析，與傳統(tǒng)模型相比，循環(huán)模型實現(xiàn)了碳足跡總量減少344.3萬t CO2當(dāng)量。此外，LUO等[30]開展了四川省畜禽養(yǎng)殖過程中的飼料投入、農(nóng)場管理、腸道發(fā)酵、糞便管理的碳排放，就家庭農(nóng)場的牛奶生產(chǎn)而言，腸道發(fā)酵在總碳足跡中的溫室氣體排放貢獻(xiàn)最大(43%)，糞便管理和草料投入對總碳足跡的貢獻(xiàn)分別為27%和29%。

1.2.2 仿真模型 模型不僅可以對復(fù)雜的自然、化學(xué)和生物等過程進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，而且具有現(xiàn)場監(jiān)測手段所欠缺的預(yù)測及控制方案的模擬制訂功能[31]。模型基于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，如動物特性、飼料特征等進(jìn)行畜禽養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)過程的仿真模擬，操作性和適用性強(qiáng)。GLEAM模型是FAO開發(fā)的，可以在全球尺度上評估畜禽養(yǎng)殖業(yè)的溫室氣體排放[32]。MENGHISTU等[33]利用GLEAM模型對埃塞俄比亞北部旱地的畜禽養(yǎng)殖業(yè)溫室氣體進(jìn)行了預(yù)測，設(shè)置了5種情景來評估緩解潛力，結(jié)果顯示利用綜合情景減排效果最好。美國農(nóng)業(yè)部研發(fā)的Dairy GHG模型可用于全面評估牛奶生產(chǎn)碳足跡，并且內(nèi)置了可修改的氣象參數(shù)文件，能對不同氣候類型和地區(qū)的碳排放進(jìn)行評估[34]。LESSCHEN等[35]利用MITERRA-Europe模型計算了歐盟27國的乳制品、牛肉、豬肉、家禽和雞蛋生產(chǎn)的區(qū)域差異以及相關(guān)溫室氣體排放量。結(jié)果顯示：乳制品行業(yè)的溫室氣體排放量最高，就每千克產(chǎn)品的溫室氣體排放量而言，從高到低依次為牛肉、豬肉、雞蛋、家禽、牛奶。為了評估2個及其以上政策措施的疊加效果，部分學(xué)者會選擇綜合評估模型，該模型可通過多項指標(biāo)對政策措施進(jìn)行多維度分析[36]，例如IMPACT模型[37]、CAPRI模型[38-39]等。總體來看，仿真模型通過設(shè)置與飲食、動物特征、農(nóng)場管理等相關(guān)的參數(shù)獲得不同場景下的碳排放量。然而模型的適用性受到模型模擬中考慮變量的強(qiáng)烈影響，此外，模型不能準(zhǔn)確反映動物的放牧行為和真實情況[24]。因此，目前大多數(shù)學(xué)者采用的主流方法依然是IPCC在《2006年國家溫室氣體清單指南》中推薦的碳排放清單估算法[40]。由于核算方法的選擇直接影響到畜禽養(yǎng)殖碳足跡核算結(jié)果的準(zhǔn)確性，國內(nèi)外研究通常選用生命周期的評估方法進(jìn)行核算[41]。

2 我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放的時空演變

2.1 時序演變特征分析

準(zhǔn)確把握我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放的時空特征，可以充分了解畜禽養(yǎng)殖碳排放的發(fā)展情況以及地區(qū)差異，從而因地制宜，結(jié)合區(qū)域特征制定科學(xué)合理的減排政策。田云等[42]對2005—2019年中國30個省份的農(nóng)業(yè)碳排放量進(jìn)行測算，畜禽養(yǎng)殖部分采用IPCC(2006版)排放系數(shù)法，納入計算的畜禽品種包括牛、馬、羊、豬、驢、騾、駱駝、家禽，結(jié)果顯示：畜禽養(yǎng)殖碳排放在測算期間內(nèi)表現(xiàn)出明顯的下降趨勢，累計降幅高達(dá)28.03%。胡雙利[43]使用LCA方法獲得2002—2013年的畜禽產(chǎn)品(包括豬肉、牛肉、羊肉、牛奶、羊奶、禽蛋、禽肉)的碳排放量，發(fā)現(xiàn)我國畜禽產(chǎn)品生產(chǎn)的碳排放在2002—2013年期間總體呈上升趨勢。何炫蕾[40]采用IPCC排放系數(shù)僅考慮腸道發(fā)酵和糞便管理過程中的CH4排放，對牛、馬、羊、豬、驢、騾、家禽在2002—2016年的碳排放量進(jìn)行測算，結(jié)果顯示：畜禽養(yǎng)殖碳排放量的年平均增速為-2%。黃秀全[41]根據(jù)IPCC推薦的參數(shù)針對養(yǎng)殖業(yè)中最主要的12種動物養(yǎng)殖業(yè)數(shù)據(jù)計算出中國1997—2016年31個省份的畜禽養(yǎng)殖的碳排放量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖碳排放量在1997—2003年逐漸上升，在2004—2016年逐漸下降，在樣本周期內(nèi)上升1.2%，年均微增0.06%。吳義根[44]從IPCC 2006年國家碳排放清單指南中獲取了中國31個省1997—2015年的畜禽養(yǎng)殖碳排放量，提出：由于飼養(yǎng)規(guī)模和飼養(yǎng)品種的變化，畜禽養(yǎng)殖的碳排放量分為緩慢增長期(1998—2005年)、快速下降期(2006—2008年)和平穩(wěn)期(2008—2015年)3個階段。楊寧[45]對我國31個省份2003—2015年的農(nóng)業(yè)碳排放量的研究表明：畜禽養(yǎng)殖碳排放量具有較大的波動性，2003—2006年持續(xù)上升，2006—2008年快速下降，2009年開始緩慢增加，2017年開始碳排放量有所下降。蘇旭峰等[46]參考IPCC(2006版)以及胡向東和王濟(jì)民[47]的研究確定碳排放系數(shù)，測算了2000—2018年中國30個省份的畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放量，結(jié)果顯示：中國畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放量整體呈先上升后下降的趨勢，經(jīng)歷了穩(wěn)步上升階段(2000—2006年)、急劇下降階段(2006—2009年)、緩慢上升階段(2009—2017年)，最終呈下降趨勢。郭險峰等[48]利用2000—2019年面板數(shù)據(jù)對我國31個省的農(nóng)業(yè)碳排放情況進(jìn)行研究，畜禽養(yǎng)殖碳排放部分僅考慮了CH4的排放，整體呈下降的趨勢，年平均增速為-1.13%?？傮w來看，通過對以上文獻(xiàn)報道的排放量水平進(jìn)行匯總統(tǒng)計(圖1)表明，我國畜禽養(yǎng)殖碳排放的發(fā)展大致符合在2005年之前持續(xù)上升、2005—2008年快速下降、2008—2016年平穩(wěn)上升、2016年以后緩慢下降的變化趨勢。

圖1 我國畜牧養(yǎng)殖業(yè)碳排放的時序變化

2.2 空間差異分析

畜禽養(yǎng)殖碳排放的空間特征是開展差異化管理的理論基礎(chǔ)。目前，主要研究包括空間格局分布特征、空間相關(guān)性與異質(zhì)性、空間聚集性與收斂性、空間溢出性等方面[49]。姚成勝等[26]選取2000、2007、2014年全國31個省(市、區(qū))畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放量數(shù)據(jù)進(jìn)行空間可視化研究。以當(dāng)年全國各省畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放量平均值的0.5、1.0、1.5倍作為劃分標(biāo)準(zhǔn)，劃分出了低畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放區(qū)(<0.5倍)、中畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放區(qū)(0.5～1.0倍)、偏高畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放區(qū)(1.0～1.5倍)和高畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放區(qū)(>1.5倍)4種類型。吳強(qiáng)等[50]采用全局和局部莫蘭指數(shù)檢驗并展示中國畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放的空間相關(guān)性及聚集特征，通過Kernel密度估計和Markov鏈等分析方法揭示動態(tài)演變規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)：全國畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放正向資源稟賦優(yōu)勢區(qū)富集，草原牧區(qū)和糧食主產(chǎn)區(qū)占全國畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放的主導(dǎo)地位；全國畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放的空間關(guān)聯(lián)性在不斷增強(qiáng)，呈現(xiàn)明顯的局部聚集特征，主要表現(xiàn)為高-高和低-低的集聚態(tài)式。利用重心模型和標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析方法，徐麗等[51]對我國農(nóng)牧業(yè)1997—2016年的空間演化特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)牧業(yè)碳排放重心在河南省擺動，1997—2004年牧業(yè)碳重心顯著向東北方向移動，2004—2016年牧業(yè)碳重心顯著向西北方向移動，標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析結(jié)果也表明牧業(yè)碳排放主體區(qū)域向東南-西北扭轉(zhuǎn)，養(yǎng)殖面積不斷擴(kuò)大。

在國家尺度的畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放研究中，本文選取了文獻(xiàn)[40]、[44]、[52]的研究進(jìn)行空間分析，繪制出不同年度畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放量。從圖2可以看出，2019年內(nèi)蒙古自治區(qū)、四川省、云南省的畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放量處于較高的水平，這是由于這些省份是我國的畜牧大省，牧業(yè)總產(chǎn)值在中國排名靠前。相比之下，經(jīng)濟(jì)相對發(fā)達(dá)的長三角區(qū)域，畜禽養(yǎng)殖的碳排量較低。田云[52]對2012年各省畜禽養(yǎng)殖碳排放的計算結(jié)果表明：四川省的碳排放量最大，達(dá)到1 147.5萬t，而上海市、浙江省、江蘇省、安徽省的碳排放量分別為17.7、104.4、197.0、248.0萬t，分別占四川省碳排放量的1.5%、9.1%、17.2%、21.6%。

圖2 畜禽養(yǎng)殖碳排放的空間分布

3 畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放的影響因素

分析畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放的影響因素，對制定畜禽養(yǎng)殖業(yè)溫室氣體減排政策、引導(dǎo)畜禽養(yǎng)殖業(yè)低碳化發(fā)展有著極為重要的意義。畜禽碳排放不僅受到農(nóng)戶或企業(yè)微觀因素的影響，還會受到城市化、畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展、區(qū)域分布變化、勞動力就業(yè)等宏觀因素的影響[53]。在影響因素方面，研究者主要通過各種數(shù)學(xué)模型按照特定時間序列進(jìn)行影響因素的分解研究[54]。常見的模型有KAYA恒等式、迪氏對數(shù)指標(biāo)分解LMDI、STIRPAT模型、回歸模型和IPAT模型等[55-56]。姚成勝等[26]采用KAYA恒等式擴(kuò)展模型與LMDI分析方法，將畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放分解為畜禽養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)效率、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整、單位農(nóng)業(yè)人口農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益、城鎮(zhèn)化和人口增長等五大因素。結(jié)果顯示：畜禽養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)效率和城鎮(zhèn)化因素可以有效抑制碳排放，單位農(nóng)業(yè)人口生產(chǎn)效益和人口增長對碳排放起促進(jìn)作用；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整對畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放影響呈現(xiàn)由正向驅(qū)動轉(zhuǎn)為負(fù)向驅(qū)動的變化特征。陳瑤等[54]運(yùn)用LMDI模型對四大牧區(qū)的影響因素進(jìn)行加和分解，其中經(jīng)濟(jì)水平提升是畜禽養(yǎng)殖碳排放的最主要因素，經(jīng)濟(jì)效率起到抑制作用，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和勞動力因素對四大牧區(qū)畜禽養(yǎng)殖碳排放的影響因地而異。XIONG等[57]采用STIRPAT模型分析人口、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)對畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放量的響應(yīng)情況。結(jié)果顯示：江蘇農(nóng)業(yè)人口的減少、農(nóng)業(yè)人口人均畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)值的提高、畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳生產(chǎn)率的提高，均減少了畜禽養(yǎng)殖業(yè)溫室氣體排放。詹晶等[58]通過對我國近20年主要畜牧產(chǎn)品生產(chǎn)對CH4排放的回歸分析發(fā)現(xiàn)，豬、牛、羊的養(yǎng)殖對CH4排放量的影響極為顯著。甘雨田[59]結(jié)合IPAT分析框架對KAYA恒等式進(jìn)行拓展，在三因素驅(qū)動模型中加入政策因素分析中國奶牛產(chǎn)業(yè)碳排放量的影響因素。模型研究結(jié)果表明：規(guī)模擴(kuò)大是導(dǎo)致碳排放量增加的主要原因，發(fā)展水平正向影響了碳排放量，技術(shù)水平和環(huán)境規(guī)制起到了抑制作用。除了上述模型，還有固定效應(yīng)模型[8,60]、灰色關(guān)聯(lián)分析方法[61]和Tobit模型[62]?？傮w來看，畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放量受到區(qū)域經(jīng)濟(jì)水平的影響較大，而養(yǎng)殖動物的種類也在不同程度上影響了溫室氣體排放量的總體水平。

4 未來趨勢

4.1 碳排放預(yù)測

對于未來碳排放量的預(yù)測，可針對性提高碳排放的管理策略，有助于提高管理效率。開展各種影響因子影響下不同情境模式中碳排放量的核算，是碳排放量預(yù)測的主要研究內(nèi)容。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和生活水平的提高，人們對動物產(chǎn)品(包括肉和蛋)的需求在不斷增加[3]。畜禽養(yǎng)殖量的變化也是碳排放量變化的一個重要的影響因素。謝婷等[63]采用Logistic growth model、Gompertz curve model等非線性時間序列模型模擬2030年華中地區(qū)牲畜數(shù)量，根據(jù)不同牲畜飼養(yǎng)量預(yù)測結(jié)果計算獲得了2030年華中地區(qū)畜禽養(yǎng)殖業(yè)溫室氣體排放總量(4 990.1～5 932.7萬t的CO2當(dāng)量)。李陽等[64]結(jié)合情景預(yù)測法和向量自回歸模型(VAR)預(yù)測了全國各省農(nóng)業(yè)源溫室氣體的排放。結(jié)果表明：高情景和中情景下農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放整體呈上升趨勢，未能在2050年達(dá)峰；低情景下溫室氣體排放量整體呈下降趨勢，并且已于2018年達(dá)峰。胡雙利[43]根據(jù)相關(guān)研究確定了畜禽產(chǎn)品生產(chǎn)量影響因素在2015、2020、2030年的預(yù)測值，進(jìn)而預(yù)測了畜禽產(chǎn)品生產(chǎn)量并劃分了高、中、低發(fā)展情景，結(jié)合影響因素和生產(chǎn)量得到了碳排放情況。結(jié)果顯示：我國的畜禽產(chǎn)品碳排放量將在2015、2020、2030年分別比2013年上漲2.1%～2.7%、26.6%～39.9%、72.2%～112.0%。郭嬌等[65]以歐盟、美國2013年的人均畜產(chǎn)品蛋白占有量為衡量指標(biāo)，根據(jù)我國各畜禽飼養(yǎng)量的變化趨勢，預(yù)估中國畜禽養(yǎng)殖業(yè)溫室氣體排放峰值分別出現(xiàn)在2034年和2043年，排放量分別為4.9億t和5.1億t CO2當(dāng)量。然而，目前針對畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放量的預(yù)測，仍然以畜禽養(yǎng)殖量為主要變量進(jìn)行核算，忽視了其他排放因子在未來碳排放量核算中發(fā)揮的作用。因此，通過綜合養(yǎng)殖量和各種排放因子的未來變化，利用情境模式開展碳排放量的研究，是碳排放量預(yù)測的可能方向。

4.2 畜禽養(yǎng)殖業(yè)的碳減排措施

各種碳排放總量核算和預(yù)測結(jié)果顯示，我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)減排形勢嚴(yán)峻，如果不采取措施進(jìn)行碳減排，隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放量的增長速率將會持續(xù)升高，因此需要進(jìn)一步加強(qiáng)低碳減排措施。目前，研究者主要通過源頭控制排放量、情景分析控制排放量因子以及末端碳中和的方式，為畜禽養(yǎng)殖碳排放提供減排措施。

源頭控制排放量是從畜禽動物自身產(chǎn)生溫室氣體的機(jī)理方面，減少碳排放。畜禽養(yǎng)殖碳排放主要包括腸道發(fā)酵CH4排放、糞便管理CH4排放、糞便管理N2O排放等方法。LLONCH等[66]針對減少腸道發(fā)酵CH4的措施進(jìn)行了總結(jié)，并將所有的減排措施分為了抑制CH4產(chǎn)生和降低排放強(qiáng)度2種類別。抑制CH4產(chǎn)生的方法有化學(xué)抑制劑、電子受體(硝酸鹽)、離子載體(莫能菌素)、膳食脂質(zhì)。降低排放強(qiáng)度的方法有提高飲食消化率、密集畜舍、改善健康、提高繁殖效率、優(yōu)化育種，其中，提高飼養(yǎng)效率是減少溫室氣體排放的一種很有前景的方法。SCHILS等[67]沿著動物、糞便、土壤和作物氮流沿線構(gòu)建緩解N2O的方案，主要涉及到飲食干預(yù)(降低蛋白含量、補(bǔ)充濃縮單寧或鹽等)，提高生產(chǎn)效率(育種、改善健康和繁殖效率)，加強(qiáng)糞便儲存(密閉覆蓋)、糞便管理(厭氧消化、固液分離)，提高肥料利用率(添加硝化抑制劑)，控制地下水位，減少放牧及翻耕操作。然而，N2O緩解方案需要同時關(guān)注對CH4或者CO2的影響。

利用情景分析，調(diào)整畜禽養(yǎng)殖過程的碳排放因子，可以獲得不同處置模式下碳排放量的控制水平，為開展碳排放量減量措施提供理論依據(jù)。WEI等[68]通過情景分析探索不同農(nóng)場類型和肥料管理鏈的減排潛力，設(shè)置基礎(chǔ)情景、綜合情景,提高集約化率,優(yōu)化牲畜飲食,改進(jìn)畜群管理。結(jié)果顯示：綜合方案比單一緩解方案更有效，在單一緩解策略中，優(yōu)化牲畜飲食比其他措施更加有效。LUO等[30]基于2012年對四川省家庭和綜合農(nóng)場的問卷調(diào)查數(shù)據(jù)，對畜禽養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)的碳足跡進(jìn)行表征和量化，發(fā)現(xiàn)家庭農(nóng)場的碳足跡高于綜合農(nóng)場，從而發(fā)現(xiàn)綜合農(nóng)場管理對碳排放的緩解作用，同時采用合理的膳食結(jié)構(gòu)與糞便管理方式，提高飼料生產(chǎn)中氮的利用效率也是減少碳排放的有效途徑。XUE等[3]采用LCA方法比較了傳統(tǒng)養(yǎng)殖和基于沼氣的養(yǎng)豬循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式的差異。結(jié)果顯示：將原本堆積的豬糞轉(zhuǎn)移用于沼氣生產(chǎn)可以有效降低309.2萬t CO2當(dāng)量，利用沼氣減排既能帶來重大的環(huán)境效益也能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。

除了上述直接影響畜禽養(yǎng)殖碳排放的緩解措施外，還有一些間接措施，例如：YUE等[69]收集了南京市的飲食習(xí)慣實地調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行情景分析，提出可以通過均衡飲食來緩解碳排放；ROBERTO等[70]考慮了植物固碳對緩解意大利畜禽養(yǎng)殖業(yè)溫室氣體排放和實現(xiàn)碳中和的影響，從而從末端控制方面減少碳排放量。

無論哪種減排策略，在實際應(yīng)用過程中都有大量的發(fā)展空間。例如以沼氣為核心的循環(huán)農(nóng)業(yè)模式可以通過減少化石能源的使用以及隨后的溫室氣體排放來實現(xiàn)節(jié)能和碳減排[71]。然而，目前對糞便處理技術(shù)的財政補(bǔ)貼僅提供與減排設(shè)施建設(shè)過程相關(guān)的一次性補(bǔ)助，而溫室氣體減排的實施是一個長期過程，許多農(nóng)場的沼氣設(shè)施利用率不高，導(dǎo)致減排效果達(dá)不到預(yù)期[68]。提高飼料效率是減少溫室氣體排放的一種很有前景的方法，并且已經(jīng)通過育種在這個方向上取得了進(jìn)展[66]。但是目前沒有直接的經(jīng)濟(jì)激勵措施促使畜禽養(yǎng)殖戶采用這種減排的方法或技術(shù)[72]。有些飼料添加劑價格貴，除了減少排放外，并沒有其他效益，使用成本和獲取的社會效益相抵消，因此，在這種情況下，也不是一種值得推廣的方法。因此，綜合畜禽養(yǎng)殖的碳排放源頭、影響因素和控制技術(shù)等，未來的減排措施可以從以下3個方面開展：(1)源頭控制。主要是對動物的飲食進(jìn)行調(diào)整，包括添加抗產(chǎn)甲烷菌抑制CH4的產(chǎn)生，改變飼料結(jié)構(gòu)提高飲食消化率。(2)差別化減排因子。糞便管理方式會影響CH4、N2O的排放，IPCC指南提供的排放因子計算公式中均涉及到不同糞便管理方式及其使用比例。通過改變糞便管理方式即可改變排放因子。董紅敏等[27]將液體貯存的方式全部更改為沼氣處理后，減排比例達(dá)到了21.5%。(3)末端碳中和。實現(xiàn)雙碳目標(biāo)，除了減排，還需要固碳，固碳和碳轉(zhuǎn)化已經(jīng)成為未來碳減排的發(fā)展趨勢?！?030年前碳達(dá)峰行動方案》要求“開展森林、草原、濕地、海洋、土壤、凍土、巖溶等碳匯本底調(diào)查、碳儲量評估、潛力分析，實施生態(tài)保護(hù)修復(fù)碳匯成效監(jiān)測評估”[73]。目前主要有物理固碳和生物固碳2種方式：(1)物理固碳是將CO2長期儲存在開采過的油氣井、煤層和深海里；(2)生物固碳是利用植物的光合作用，將CO2轉(zhuǎn)化為碳水化合物，以有機(jī)碳的形式固定在植物體內(nèi)或土壤里。劉天奇等[74]發(fā)現(xiàn)相對于常規(guī)稻田秸稈還田模式，間歇性節(jié)水灌溉、秸稈氮肥配施等管理技術(shù)可以提高秸稈外源碳循環(huán)固定率57.3%～59.9%。總體來看，雖然單一的緩解方案能達(dá)到一定的減排效果，但是結(jié)合以往的研究可以發(fā)現(xiàn)，綜合不同排放控制策略，才能更大程度減少畜禽養(yǎng)殖的碳排放。