南疆四地州畜牧業(yè)溫室氣體排放估算及特征分析

韋良煥，林 寧，莫治新

(喀什大學 化學與環(huán)境科學學院/新疆生物類固廢資源化工程技術研究中心，新疆 喀什 844006)

由于人類生產和生活活動排放到大氣中的二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)等溫室氣體含量增加引起的全球氣候變暖已經成為當今世界面臨的重大挑戰(zhàn)，它們對全球變暖的貢獻率分別為60%、15%和5%[1]。2006年聯合國糧農組織(FAO)發(fā)布的《畜牧業(yè)長長的陰影:環(huán)境問題與解決方案》[2]中指出畜牧業(yè)溫室氣體排放占人類活動溫室氣體排放總量的18%，畜牧業(yè)已經成為造成氣候變化的重要威脅[3]。畜牧業(yè)溫室氣體的主要來源包括畜禽腸道CH4的排放、畜禽糞便管理CH4和N2O的排放3部分，據研究表明，畜牧養(yǎng)殖過程中排放的CH4和N2O等溫室氣體占全世界總排放量的14.5%[4-5]。

國際上畜牧業(yè)溫室氣體的核算常用的是《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》[6]，由聯合國政府間氣候變化專業(yè)委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)組織編寫，立足于國家層面，內容全面，全球認可度高，國內外使用也最為廣泛[7]。國內溫室氣體核算是在IPCC的基礎上由國家發(fā)展改革委員會氣候司組織國家發(fā)展改革委員會能源所、清華大學、中科院大氣所等科研院所專家編寫的《2011年省級溫室氣體清單編制指南(試行)》[8],適合中國各省、市、自治區(qū)對不同區(qū)域溫室氣體排放的核算[9]。目前國內對畜牧業(yè)溫室氣體排放的研究主要集中在國家層面[10-12]、省域層面[13-14]和發(fā)達或者省會城市[15-16]的核算、特征分析、峰值預測、影響因素等，而針對偏遠貧困地區(qū)的畜牧業(yè)溫室氣體排放特征及核算研究較少。因此，本文選取南疆四地州為研究對象，依據《2011年省級溫室氣體清單編制指南(試行)》[8]對1999-2020年南疆四地州畜牧業(yè)溫室氣體排放進行核算，以期為當地畜牧養(yǎng)殖溫室氣體減排和畜牧業(yè)的低碳、可持續(xù)發(fā)展提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

南疆四地州位于中國新疆維吾爾自治區(qū)西南部，主要包括喀什地區(qū)、克孜勒蘇柯爾克孜自治州(簡稱“克州”)、阿克蘇地區(qū)以及和田地區(qū)，周邊與吉爾吉斯斯坦、巴基斯坦、塔吉克斯坦等6國接壤，邊境線長達2 622 km，占全疆邊境線總長的46.8%。該地區(qū)包括4市29縣，截止2018年底總人口為1.035×107人，占新疆總人口的45.43%。南疆四地州氣候干旱少雨，光照時間長，主要以農業(yè)和畜牧業(yè)為基礎產業(yè)，自然資源稟賦較差，產業(yè)發(fā)展基礎薄弱，屬于中國深度貧困地區(qū)之一[17]。

1.2 研究方法與數據來源

1.2.1 研究方法 畜牧業(yè)溫室氣體排放的測算方法如下：

E=∑(EFi×APi×10-3)

式中：E為腸道發(fā)酵或糞便管理溫室氣體排放量(104t·a-1) ；EFi為第i類牲畜CH4或者N2O的排放因子(kg/(頭·a)) ，排放因子的取值參考文獻[18]。APi為i類牲畜的頭數(104只) ，研究對象包括南疆四地州的主要畜禽：牛、馬、驢、豬、羊(山羊和綿羊)。

1.2.2 數據來源 南疆四地州畜禽養(yǎng)殖數量通過查閱2000-2021年《新疆統(tǒng)計年鑒》[19]獲得，其中2019年數據缺失。計算中涉及的排放因子均來自《2011年省級溫室氣體清單編制指南(試行)》[8]。另外，為了計算南疆四地州溫室氣體排放總量并對不同區(qū)域溫室氣體的來源進行比較，根據CO2全球變暖增溫潛勢，將CH4和N2O轉化為CO2當量，分別乘以轉化系數25和298[15]。

2 結果與分析

2.1 南疆四地州畜牧業(yè)溫室氣體排放量

1999-2020年南疆四地州畜牧業(yè)溫室氣體排放量變化趨勢如圖1所示。從圖1可以看出，1999-2020年南疆四地州畜牧業(yè)溫室氣體排放總量呈現波動上升趨勢，從1999年的675.34×104t CO2-eq增加到2020年的853.86×104t CO2-eq，增幅為26.43%，年均增長1.12%。其中2017年畜禽養(yǎng)殖數量明顯下降，后又持續(xù)增加，造成溫室氣體排放量也出現同樣的波動。

圖1 1999-2020年南疆四地州畜牧業(yè)溫室氣排放變化趨勢Fig. 1 The change of GHGs emission from animal husbandry in four prefectures in southern Xinjiang from 1999 to 2020

南疆四地州畜牧業(yè)溫室氣體排放主要來自于喀什地區(qū)，其次是阿克蘇地區(qū)、和田地區(qū)和克州。以2020年為例，喀什、阿克蘇、和田和克州溫室氣體排放量占南疆四地州溫室氣體排放總量的比例分別為36.64%、35.95%、15.68%和11.73%。首先喀什地區(qū)溫室氣體排放量從1999年的276.05×104t CO2-eq波動增加到2020年的32.88×104t CO2-eq，增幅為13.34%；其次是阿克蘇地區(qū)，其畜牧業(yè)溫室氣體排放量從1999年的203.86×104t CO2-eq波動增加到2020年的306.95×104t CO2-eq，增幅為50.57%。第三是和田地區(qū)，畜牧業(yè)溫室氣體排放量從1999年的130.19×104t CO2-eq波動增加到2020年133.87×104t CO2-eq，增幅為2.83%，第四是克州，畜牧業(yè)溫室氣體排放量從1999年的65.26×104t CO2-eq波動增加到2020年的100.15×104t CO2-eq，增幅為53.47%。在研究時段內溫室氣體排放量增幅最大是克州，其次是阿克蘇地區(qū)、喀什地區(qū)以及和田地區(qū)。

2.2 南疆四地州畜牧業(yè)溫室氣體的構成

畜牧業(yè)溫室氣體排放主要包括畜禽腸道發(fā)酵CH4排放、畜禽糞便管理CH4和N2O排放。圖2為南疆四地州2020年畜牧業(yè)溫室氣體排放的構成。從圖中可以看出來，南疆四地州畜牧業(yè)溫室氣體的排放主要來自畜禽腸道CH4的排放，為727.42×104t CO2-eq，占溫室氣體排放總量的85.19%，其次是畜禽糞便管理N2O的排放,為95.19×104t CO2-eq，占溫室氣體排放總量的11.15%，最后是畜禽糞便管理CH4的排放,為31.25×104t CO2-eq，僅占溫室氣體排放總量的3.66%。

圖2 2020年南疆四地州畜牧業(yè)溫室氣體主要來源Fig. 2 The main source of GHGS for animal husbandyfrom the four regions in southern Xinjiang in 2020

南疆四地州畜禽養(yǎng)殖主要是羊(山羊和綿羊)和牛為主，其中羊的養(yǎng)殖數量最多，且主要以綿羊養(yǎng)殖為主。以2020年為例，喀什、阿克蘇、克州以及和田地區(qū)羊的養(yǎng)殖數量分別為675.55×104頭、594.38×104頭、174.33×104頭和403.10×104頭；其次是牛的養(yǎng)殖數量，分別為63.65×104頭、68.57×104頭、23.97×104頭和15.37×104頭；最后是驢、豬和馬。從南疆四地州畜牧業(yè)養(yǎng)殖結構上來看，反芻動物羊和牛的養(yǎng)殖數量直接決定了其腸道發(fā)酵CH4排放是各地區(qū)腸道發(fā)酵溫室氣體排放的主要來源，也是溫室氣體排放總量的主要貢獻者。2020年喀什、阿克蘇、克州以及和田地區(qū)牛的腸道發(fā)酵CH4排放量占總的畜禽腸道CH4排放量比例分別為47.79%、52.70%、56.41%和26.74%；羊的占比分別為51.29%、46.20%、41.48%和70.93%。

2.3 南疆四地州單位畜牧業(yè)產值溫室氣體排放變化

由于受到畜禽資源總量基數的影響，畜禽溫室氣體排放總量不能真實反映區(qū)域畜牧業(yè)的溫室氣體排放情況，而單位畜牧業(yè)產值溫室氣體排放則能更加客觀地反映區(qū)域畜禽溫室氣體排放程度，進而便于區(qū)域間的橫向比較[20]?？κ?、阿克蘇、克州、和田地區(qū)的畜牧業(yè)產值均呈現逐年升高的趨勢。南疆四地州總的畜牧業(yè)產值從1999年的26.73×108元增加到2020年的283.92×108元，增幅為962.33%，年均增長11.91%。以2020年為例，南疆四地州中畜牧業(yè)產值最高的是喀什地區(qū)為101.26×108元，其次是阿克蘇，為100.35×108元，第三是和田，為61.46×108元，最后是克州，為20.85×108元。隨著畜牧業(yè)的快速發(fā)展，在畜牧業(yè)生產過程中必然會排放大量的溫室氣體，因此可以利用單位畜牧業(yè)產值溫室氣體排放比較南疆四地州不同畜牧業(yè)發(fā)展水平與溫室氣體排放之間的關系，如圖3所示。

圖3 1999-2020年南疆四地州單位畜牧業(yè)產值溫室氣體排放Fig. 3 The change of GHGs emission per unit from animal husbandry in four prefectures in southern Xinjiang from 1999 to 2020

從圖3可以看出，南疆四地州1999-2020年單位畜牧業(yè)產值溫室氣體排放均呈現逐年下降趨勢，從1999年的25.27 t CO2-eq/104元下降到2020年的3.00 t CO2-eq/104元，降幅為88.10%，年均下降9.46%。喀什、阿克蘇、克州以及和田地區(qū)單位畜牧業(yè)產值溫室氣體排放分別從1999年的25.21 t CO2-eq/104元、28.62 t CO2-eq/104元、27.90 t CO2-eq/104元和20.62 t CO2-eq/104元下降到2020年的3.09 t CO2-eq/104元、3.06 t CO2-eq/104元、4.80 t CO2-eq/104元和2.18 t CO2-eq/104元，降幅分別為87.74%、89.31%、82.79%和89.44%。到2020年，單位畜牧業(yè)產值溫室氣體排放最多的是克州，其次是喀什、阿克蘇地區(qū)，最后是和田地區(qū)。說明研究時段內隨著國家和自治區(qū)各項環(huán)保政策的實施，一方面其畜牧業(yè)逐漸朝著科學、規(guī)?；姆较虬l(fā)展，另一方面通過加強對畜禽糞便資源化和無害化處理，為南疆四地州畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了保障。

2.4 南疆四地州畜牧業(yè)溫室氣體排放空間變化

表1為2020年南疆四地州各縣、市畜牧業(yè)溫室氣體排放量。從表1可以看出，南疆四地州各縣、市中畜牧業(yè)溫室氣體排放量最高的拜城縣、葉城縣、庫車縣、莎車縣和阿克陶縣。葉城縣和莎車縣隸屬于喀什地區(qū)，喀什地區(qū)轄1市12縣，葉城縣畜牧業(yè)溫室氣體排放占18.17%，莎車縣占14.97%，二者共占喀什地區(qū)畜牧業(yè)溫室氣體排放量的33.14%；阿克蘇地區(qū)轄1市8縣，拜城縣畜牧業(yè)溫室氣體排放占比為18.84%，庫車縣為16.36%；克州轄1市3縣，阿克陶縣占43.97%。這5縣畜牧業(yè)溫室氣體排放占2020年南疆四地州畜牧業(yè)溫室氣體排放總量的29.96%。溫室氣體排放最低的是民豐縣、柯坪縣、和田市、喀什市和塔縣，占南疆四地州溫室氣體排放總量的比例僅為6.12%，說明南疆四地州各縣、市畜牧業(yè)溫室氣體排放存在明顯的區(qū)域性差異。

表1 2020年南疆四地州各縣市溫室氣體排放量Table 1 GHGS emissions of counties and cities from the four regions in southern Xinjiang in 2020 104 t CO2-eq

3 討 論

韋良煥等[18]根據畜牧業(yè)溫室氣體測算方法計算新疆2014年畜牧業(yè)溫室氣體排放量為1.98×107t CO2-eq，本研究中南疆四地州的畜牧業(yè)溫室氣體排放量為840.49×104t CO2-eq，占新疆的42.94%，成為新疆畜牧業(yè)溫室氣體排放的重點區(qū)域，這與唐洪松等[21]的研究結果基本一致。南疆四地州是新疆主要畜牧業(yè)區(qū)域，受地理、自然條件限制，該地區(qū)經濟發(fā)展水平較低，水、草資源缺乏。近幾年隨著全國對口支援政策的實施以及自治區(qū)對南疆的政策扶持，南疆四地州畜牧業(yè)迅速發(fā)展，只有實現了畜牧業(yè)穩(wěn)定、低碳發(fā)展才能為實現南疆四地州的可持續(xù)發(fā)展提供有利支撐。

3.1 南疆四地州畜牧業(yè)溫室氣體影響因素分析

根據IPCC關于畜牧業(yè)溫室氣體排放量的計算可知，畜牧業(yè)溫室氣體排放量主要受畜禽養(yǎng)殖數量和溫室氣體排放因子的影響[16]。2013年聯合國糧農組織(FAO)的研究報告[22]指出，通過科學、規(guī)模化養(yǎng)殖、技術進步、飼料配比優(yōu)化、畜舍改進及糞便管理等，養(yǎng)殖業(yè)能夠減少溫室氣體排放30%以上[23-24]。2017年南疆四地州畜禽養(yǎng)殖數量為1.78×107頭，占新疆畜禽養(yǎng)殖總量的36.01%，畜禽養(yǎng)殖數量多，但規(guī)?；潭炔桓?，這是導致南疆四地州畜牧業(yè)溫室氣體排放較高的主要原因之一；另外，由于南疆四地州經濟發(fā)展水平落后，生態(tài)環(huán)境脆弱，氣候干旱少雨，草地退化等導致其畜禽的科學養(yǎng)殖程度較低，比如畜禽品種、飼料喂養(yǎng)質量、畜禽糞便管理方式等是造成南疆四地州畜牧業(yè)溫室氣體排放的另一個重要原因。在排放因子方面，本文中涉及到的所有排放因子均取自中國《2011年省級溫室氣體清單編制指南》[8]，在計算過程中并未對畜禽種類、年齡、性別等做詳細的區(qū)分，這可能會增加南疆四地州畜牧業(yè)溫室氣體排放的不確定性，但總體上不會影響政府或有關部門對南疆四地州溫室氣體減排政策的制定和實施。

3.2 南疆四地州畜牧業(yè)溫室氣體減排分析

南疆四地州畜牧業(yè)溫室氣體主要來源是畜禽腸道CH4的排放，2020年占畜禽溫室氣體排放總量的比例是85%左右?？κ病⒖颂K、克州以及和田地區(qū)反芻動物羊和牛采食飼料在消化道內正常發(fā)酵產生的CH4占畜禽腸道CH4的百分比分別為99.08%、98.90%、97.89%和97.67%。通過推廣農作物秸稈的青貯、氨化，合理調配日糧的精粗比，增加飼料的營養(yǎng)價值等來減少反芻動物CH4的排放[25]，同時還能實現對秸稈的有效利用，減少環(huán)境污染。除畜禽腸道CH4排放之外，畜牧業(yè)溫室氣體排放的另一個重要來源即畜禽糞便管理中N2O和CH4的排放，這主要是由于畜禽糞便中含有大量的有機物、氮和水[26]。要減少這一部分溫室氣體的排放，可以通過將畜禽糞便應用于沼氣工程和有機肥的生產，不僅可以減少環(huán)境污染，也可以實現畜禽糞便的資源化和無害化管理。

4 小 結

本文在IPCC和《省級溫室氣體清單編制指南》的基礎上，對南疆四地州1999-2020年畜牧業(yè)溫室氣體排放時空特征進行分析，得出如下結論：(1)1999-2020年南疆四地州畜牧業(yè)溫室氣體排放總量呈現波動上升趨勢，其中喀什地區(qū)最多，其次是阿克蘇地區(qū)、和田地區(qū)和克州。(2)南疆四地州畜牧業(yè)溫室氣體的排放主要來自于畜禽腸道CH4的排放，其次是畜禽糞便管理N2O的排放，最后是畜禽糞便管理CH4的排放。其中反芻動物羊和牛的腸道發(fā)酵CH4排放是各地區(qū)腸道發(fā)酵溫室氣體排放的主要來源，也是溫室氣體排放總量的主要貢獻者。(3)1999-2020南疆四地州畜牧業(yè)總產值在研究時段內逐年升高，單位畜牧業(yè)產值溫室氣體排放逐年下降，說明南疆四地州畜牧產業(yè)逐漸呈現低碳、可持續(xù)發(fā)展趨勢。(4)2020年南疆四地州各縣、市畜牧業(yè)溫室氣體排放最高的是拜城縣、葉城縣、庫車縣、莎車縣和阿克陶縣，最低的是民豐縣、柯坪縣、和田市、喀什市和塔縣，南疆四地州各縣、市畜牧業(yè)溫室氣體排放存在明顯的區(qū)域性差異。