中國奶業(yè)生產(chǎn)生命周期溫室氣體排放評估

中圖分類號：X828；S8-1 文獻標志碼：A

Assessment of Greenhouse Gas Emissions in Life Cycle of China’s Dairy Industry Production

HAN Yuqing， FAN Xing

（Instituteof Environmentand Ecology，Shandong Normal University，Jinan25O358，Shandong，China）

Abstract：To accuratelyquantifythe contribution of China's dairy industry production process to grenhousegas emissions，three gas categories （carbon dioxide CO₂ ，methane CH₄ ，and nitrous oxide N2O），four production stages（feed cropplanting，feed processing，dairyanimal rearing，anddairyproduct processing），and four productionsystems（grazing system，smallholder system，coperative systemand intensivesystem）were distinguished toaccount forthe greenhouse gas emisions of dairy production in China in 2O2O based onthe lifecycleanalysis method.Theresults show that the total greenhouse gas emissions from China’s dairy production in 2O2O amounted to 5.171 53 Φ×10⁷ t （calculated in CO₂ equivalents）， CH₄ accounted for the largest share of total greenhouse gas emissions，with enteric fermentation in the dairyfarming stage being the largest source of greenhouse gas emissions，and the intensivesystem represented the most significant emiterof greenhouse gases amongthe production systems.In2O2O，the greenhouse gas emission intensities （calculated in CO₂ equivalents）for liquid milk，milk powder，and other dairy products produced in China were 1.47， 12.99，and 12.50kg/kg ，respectively. Compared with other production systems，the intensive system had the lowest greenhouse gas emission per unit of raw milk produced.

Keywords：greenhouse gas emission； intensive system； life cycle； dairy production

自工業(yè)革命以來，化石燃料燃燒、農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)以及土地利用變化等人類活動導致了大量的溫室氣體排放，加劇了全球變暖，給生態(tài)環(huán)境、人類健康以及社會安全帶來了嚴重威脅[1] C為了應(yīng)對全球氣候變化，《巴黎協(xié)定》提出把全球平均氣溫上升幅度限制在 1.5^°C 以內(nèi)的長期目標；然而，如果食物系統(tǒng)不減少溫室氣體排放， 1.5^°C 的溫控目標難以實現(xiàn)[2]。奶制品作為食物系統(tǒng)的重要組成部分，單位蛋白質(zhì)生產(chǎn)排放的溫室氣體高于豬肉、禽肉等單胃動物產(chǎn)品[3]，因此，深入了解奶業(yè)的溫室氣體排放情況有助于評估奶制品生產(chǎn)對全球變暖的貢獻，制定減排措施并推動奶業(yè)的綠色低碳轉(zhuǎn)型。

當前對中國奶制品生產(chǎn)的溫室氣體排放研究，大多使用清單分析法和生命周期分析（LCA）法。清單分析法通過詳細記錄和分析每個排放源的活動、過程和排放量來確定各排放源對總體環(huán)境影響的貢獻。基于清單提供的默認排放系數(shù)和不同詳細程度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)能夠簡單、快速地得到牲畜養(yǎng)殖環(huán)節(jié)的溫室氣體排放情況，但清單分析法存在時間滯后性，提供的默認排放因子無法區(qū)分更精細尺度（如單個養(yǎng)殖場水平和生產(chǎn)系統(tǒng)水平）的差異[4]。例如，政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發(fā)布的《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》的一級方法提供的每頭奶牛腸道甲烷 CH₄ 默認排放因子為 68kg/a ，適用于年產(chǎn)奶量約為 1.65t 的泌乳牛，而目前中國規(guī)模化養(yǎng)殖場的泌乳牛單產(chǎn)水平可達 6.00～13.00t^[5] 。LCA方法被廣泛用于全面評估產(chǎn)品從原材料生產(chǎn)到最終使用和處置的環(huán)境影響，其優(yōu)勢在于擴展了原有的溫室氣體排放評價研究視角，不再只關(guān)注畜牧養(yǎng)殖過程的排放，并且能清晰描述具體的工藝和技術(shù)細節(jié)，有助于確定關(guān)鍵排放環(huán)節(jié)和有效的減排策略。例如：勵汀郁等使用LCA方法測算了我國奶牛產(chǎn)業(yè)的溫室氣體排放，包括奶牛飼料種植、運輸和加工環(huán)節(jié)、奶牛腸道發(fā)酵、糞便管理和養(yǎng)殖耗能環(huán)節(jié)以及牛奶加工環(huán)節(jié)等，確定了減少奶牛腸道發(fā)酵排放是助力國家碳達峰、碳中和（簡稱“雙碳”）目標實現(xiàn)的重要措施。馬于清等[基于LCA法構(gòu)建了從畜禽飼養(yǎng)一清糞一存儲一糞污處理的溫室氣體排放核算體系，結(jié)果表明，在反芻動物的養(yǎng)殖過程中，奶牛飼喂環(huán)節(jié)產(chǎn)生的 CH₄ 對溫室氣體貢獻占比達到了 71.5% ，糞污處理環(huán)節(jié)的一氧化二氮 N₂O 排放貢獻了 13.6% 的溫室氣體。

當前對中國奶制品生產(chǎn)溫室氣體排放的核算研究仍存在局限性：首先，當前研究大多使用國家級排放因子[8-9]，不能反映多種養(yǎng)殖系統(tǒng)的差異。而中國奶牛養(yǎng)殖正處于生產(chǎn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)型中，放牧系統(tǒng)、小農(nóng)戶散養(yǎng)系統(tǒng)、大規(guī)模集約化系統(tǒng)等多種形式并存，各系統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)和管理方式參差不齊，如飼喂管理、圈舍配置、擠奶技術(shù)、飼料攪拌技術(shù)以及糞便管理方式等差異較大，這些差異都會進一步影響溫室氣體排放。其次，大多數(shù)研究僅關(guān)注動物飼養(yǎng)環(huán)節(jié)或奶制品生產(chǎn)鏈中的少數(shù)排放源，如腸道發(fā)酵和糞便管理產(chǎn)生的非二氧化碳 CO₂ 排放[0]，忽略了奶制品生產(chǎn)鏈各環(huán)節(jié)對化石能源的逐漸依賴。最后，當前生命周期評估的最終產(chǎn)品大都為原料奶，不能提供不同奶制品層面的排放信息。

本文中綜合考慮不同生產(chǎn)系統(tǒng)差異性，基于生命周期評估方法建立中國奶制品生產(chǎn)溫室氣體排放核算體系，全面評估2020年整個奶制品生產(chǎn)鏈上的CO₂ 和非 CO₂ 排放，并從產(chǎn)品層面計算不同類別的奶制品的溫室氣體排放強度，為精確評估中國奶業(yè)的溫室氣體排放貢獻，進一步發(fā)展高產(chǎn)低碳的可持續(xù)奶業(yè)提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)參考。

材料與方法

1. 1 中國奶業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)劃分

根據(jù)生產(chǎn)水平和管理方式[11]，本文中將牛奶生產(chǎn)系統(tǒng)劃分為4種類型：放牧系統(tǒng)（奶牛數(shù)為1＼～199頭）、小農(nóng)戶散養(yǎng)系統(tǒng)（奶牛數(shù)為1＼～19頭）、合作社系統(tǒng)（奶牛數(shù)為 20～199 頭）和集約化系統(tǒng)（奶牛數(shù)大于或等于200頭）。在放牧系統(tǒng)中，奶牛主要以牧草為食。全年超過1/3的時間為放牧期，奶牛糞便直接排放在草地上；而在圈養(yǎng)期，奶牛糞便由人工收集并施用到農(nóng)田。放牧系統(tǒng)主要分布在內(nèi)蒙古、新疆、甘肅、青海和西藏等?。▍^(qū)）。小農(nóng)戶散養(yǎng)系統(tǒng)中，奶牛主要食用農(nóng)作物秸稈和食品加工副產(chǎn)品，奶牛糞便管理方式與放牧系統(tǒng)類似。放牧系統(tǒng)和小農(nóng)戶散養(yǎng)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率相對較低，平均牛奶單產(chǎn)水平分別為 4000，3000kg/a 。合作社系統(tǒng)由多個農(nóng)戶組成，奶牛飼料質(zhì)量提高，添加青貯飼料和高質(zhì)量精料，使得平均牛奶單產(chǎn)水平提高到約5500kg/a 。奶牛常年被圈養(yǎng)，只有小部分牛糞施用到田間。集約化系統(tǒng)采用了更科學的飼料配方、優(yōu)質(zhì)的飼料、引進了優(yōu)良的奶牛品種以及機械化和精細化的管理技術(shù)，該系統(tǒng)的牛奶單產(chǎn)水平非常高，平均單產(chǎn)約為每頭 7900kg/a ，然而，大多數(shù)集約化養(yǎng)殖場與農(nóng)田脫鉤，幾乎所有的飼料都必須購買，并且糞便還田率很低，尤其是液體糞便排泄量大且難處理，通常直接流失到環(huán)境中。中國奶牛養(yǎng)殖系統(tǒng)的飼料組成如表1所示。不同生產(chǎn)系統(tǒng)的奶牛存欄數(shù)據(jù)來自《中國奶業(yè)年鑒》。

1. 2 溫室氣體排放核算方法

本文中將奶制品生產(chǎn)鏈分為飼料種植（包括飼料種植和農(nóng)用物資上游生產(chǎn)）、飼料加工、奶牛養(yǎng)殖和奶制品加工4個環(huán)節(jié)，生產(chǎn)鏈的最終產(chǎn)品為液態(tài)奶、奶粉和其他奶制品（如奶酪、奶油等干奶制品）。奶制品生產(chǎn)鏈中排放的溫室氣體主要包括N₂O ！ CH₄ 和 CO₂ ，根據(jù)全球升溫潛能值（GWP）轉(zhuǎn)換為二氧化碳當量。根據(jù)《2006年IPCC 國家溫室氣體清單指南》， N₂O 、 CH₄ 和 CO₂ 的GWP分別取298、25、1。本文中的研究范圍僅涵蓋中國大陸（內(nèi)地），不包括香港、澳門和臺灣。本文中的系統(tǒng)邊界不包括發(fā)生在中國境外的進口飼料生產(chǎn)和加工活動。如果一個生產(chǎn)或加工過程產(chǎn)生多種產(chǎn)品，則采用物理或經(jīng)濟分配法將環(huán)境影響分配到每種產(chǎn)品上。本文中取豆粕的分配系數(shù)為0.66，牛奶的分配系數(shù)為 0.96^[12] 。中國奶業(yè)溫室氣體排放核算的系統(tǒng)邊界如圖1所示。

飼料種植環(huán)節(jié)的溫室氣體排放量主要包括農(nóng)用物資上游生產(chǎn)溫室氣體排放、飼料田直接能源（柴油、排灌用電和煤）消耗 CO₂ 排放、化肥施用 N₂O 排放和奶牛糞便施用 N₂O 排放。飼料加工環(huán)節(jié)的排放量包括飼料原料運輸 CO₂ 排放和飼料加工能耗 CO₂ 排放。奶牛養(yǎng)殖環(huán)節(jié)的排放量包括商品飼料運輸 CO₂ 排放、腸道發(fā)酵 CH₄ 排放、糞便 CH₄ 和N₂O 排放以及奶牛養(yǎng)殖能耗 CO₂ 排放。奶制品加工環(huán)節(jié)的排放包括原料奶運輸 CO₂ 排放和奶制品加工能耗 CO₂ 排放。

1.2.1農(nóng)用物資生產(chǎn)和使用過程中溫室氣體排放

飼料種植環(huán)節(jié)投入的農(nóng)用物資包括化肥、農(nóng)藥和農(nóng)膜，這些農(nóng)用物資生產(chǎn)排放的溫室氣體計算公式為

式中： e_up 為化肥、農(nóng)藥和農(nóng)膜生產(chǎn)過程的溫室氣體排放量（以二氧化碳當量計，以下同）; Q_in，ij 為飼料田種植作物 j 時農(nóng)用物資 i 的投人量， j=1 ，2，…，n，i=1，2，…，m，n，m 分別為作物種類、農(nóng)用物資種類； A_j 為飼料作物 j 的種植面積； F_in，i 為生產(chǎn)農(nóng)用物資 i 投入物的生命周期溫室氣體排放因子（以二氧化碳當量計，以下同）。飼料種植面積由飼料總消耗量除以各類作物的單產(chǎn)水平得出。本文中假設(shè)飼料加工環(huán)節(jié)存在 1% 的質(zhì)量損耗。在集約化系統(tǒng)中，苜蓿有1/2來自國外進口。飼料作物的單產(chǎn)水平和單位面積飼料作物的農(nóng)用物資使用量數(shù)據(jù)來自《中國農(nóng)產(chǎn)品成本收益匯編》、《中國農(nóng)藥工業(yè)年鑒》和文獻［12]?；噬a(chǎn)溫室氣體排放因子為 8.30kg/kg^[13] ，農(nóng)藥生產(chǎn)溫室氣體排放因子為 13.50kg/kg^[14] ，農(nóng)膜生產(chǎn)溫室氣體排放因子為 18.99kg/kg^[15] 。

化肥施用過程中的 N₂O 排放計算公式為

e_f=1.57Q_f（F_o+F_pF_de+F_qF_l）P（N₂0）

式中： e_f 為施用到飼料田的化肥 N₂O 排放量（以二氧化碳當量計，以下同）；1.57為 N₂O 態(tài)氮素（ N₂O. 2N）轉(zhuǎn)化為 N₂O 的系數(shù); Q_f 為施用到飼料田的化肥氮含量，為飼料作物實際需氮量與糞便還田氮量之差，飼料作物施氮量數(shù)據(jù)來自《中國農(nóng)產(chǎn)品成本收益匯編》； F_o?F_p?F_q 分別為化肥施用到飼料田的氮素以 N₂O?NH₃ 和 NO₃^- 形式損失的比例，參考Bai等[]研究， F_o，F(xiàn)_p 和 F_q 取值分別為 1% T 25% 和26% ; F_de 為大氣氮沉降排放 N₂O 的系數(shù)， F₁ 為淋溶或徑流損失氮的 N₂O 排放系數(shù)，參考《2006年IPCC國家溫室氣體排放清單指南》， F_de?F_l 取值分別為 0.010 0， 0.007 5^[16] ; P（N₂O） 為 N₂O 在100 a尺度上的全球增溫潛勢（以二氧化碳當量計，以下同），取為 298kg/kg

1.2.2 飼料種植、奶牛養(yǎng)殖、產(chǎn)品加工和運輸能 耗 CO₂ 排放

飼料種植田、飼料加工廠、奶牛養(yǎng)殖場和奶制品加工廠的能源消費溫室氣體排放計算公式為

式中： e_ec 為飼料種植田、飼料加工廠、奶牛養(yǎng)殖場和奶制品加工廠的能源消費溫室氣體的排放總二氧化碳當量； F_e，k 為第 k 類能源的溫室氣體排放因子，k=1，2，…，l，l 為能源種類； Q_e，k 為第 k 類能源消耗量。玉米和大豆種植田每單位面積的能源消耗量以及奶牛養(yǎng)殖場中每頭奶牛的能源消耗量來自《中國農(nóng)產(chǎn)品成本收益匯編》（能源成本除以能源單價）。奶牛養(yǎng)殖場收集到的原料奶在奶制品加工廠被加工成液態(tài)奶、奶粉和其他奶制品。加工單位質(zhì)量的奶制品的能源消費量見表2，各類奶制品的產(chǎn)量來自《中國奶業(yè)年鑒》，液態(tài)奶和干乳制品在奶制品加工環(huán)節(jié)中乳的濃縮比為1：1和 1：8 。其他飼料種植和產(chǎn)品加工的能源消費量和能源消費排放因子如表2所示。

與運輸有關(guān)的 CO₂ 排放的計算公式為

e_tr=Q_trF_trD

式中： e_tr 為產(chǎn)品運輸排放的二氧化碳當量； Q_tr 為運輸產(chǎn)品總質(zhì)量； F_tr 為產(chǎn)品運輸消耗的柴油 CO₂ 排放系數(shù)； D 為運輸距離。假設(shè)4個物理地點（飼料種植田、飼料加工廠、養(yǎng)殖場和奶制品加工廠）之間的運輸距離均為 20km 。

1.2.3 腸道發(fā)酵 CH₄ 排放

奶牛腸道發(fā)酵 CH₄ 排放的計算公式為

式中： e_ef 為奶牛腸道 CH₄ 排放量（以二氧化碳當量計）。 P（CH₄） 為 CH₄ 在 100a 尺度上的全球增溫潛勢，取為 25kg/kg 。 F_en，r 為第 r 類奶牛的腸道 CH₄ 排放因子。 Q_c，r 為第 r 類奶牛存欄數(shù)， r=1 ，2，3，1為犢牛（生長不足1a），2為青年牛（生長1＼～2a），3為泌乳牛（生長超過 2a ）。 E_tot 為奶牛攝入的總能量，根據(jù)奶牛的能量需求和飼料特性得出一對于泌乳牛， E_tot 為用于維持、妊娠、活動、泌乳和消化的凈能量之和（假設(shè)成年泌乳牛體重不再增加）；對于犢牛和青年牛， E_tot 為用于維持、生長、活動和消化的凈能量之和。 E_tot 的計算參考文獻［21]中公式10.16，本文中根據(jù)不同生產(chǎn)系統(tǒng)的奶牛體質(zhì)量、牛奶產(chǎn)量和飼料質(zhì)量等方面的差異，計算出 E_tot 如表3所示。 Y_m 為 CH₄ 轉(zhuǎn)化因子，表示飼料中總能量轉(zhuǎn)化為 CH₄ 的比例。根據(jù)IPCC的數(shù)據(jù)，犢牛、青年牛和泌乳牛在放牧和小農(nóng)戶散養(yǎng)系統(tǒng)中的 Y_m 分別為7.0、7.0和6.5，在合作社系統(tǒng)中為6.0、6.0和6.3，在集約化系統(tǒng)中均為6.0； u（CH₄） 為 CH₄ 的質(zhì)量內(nèi)能，取為 55.65MJ/kg 。

表32020年中國奶業(yè)不同生產(chǎn)系統(tǒng)的奶牛腸道甲烷排放因子 單位： MJ/a

1.2.4 糞便管理溫室氣體排放

糞便管理溫室氣體排放包括 CH₄ 和 N₂O 。奶牛糞便 CH₄ 排放計算公式為

式中： e_mm 為奶牛糞便 CH₄ 排放量（以二氧化碳當量計）； F_m，r 為糞便 CH₄ 排放因子（以全年365d計）；0.67為 1m³ 的 CH₄ 換算為 1kg 的 CH₄ 的換算系數(shù); B₀ 為奶牛糞便最大 CH₄ 生產(chǎn)潛力，小農(nóng)戶散養(yǎng)系統(tǒng)和放牧系統(tǒng)為 0.13m³/kg ，合作社系統(tǒng)和集約化系統(tǒng)為 0.24m³/kg ; m_v 為日揮發(fā)固體排泄物質(zhì)量; s（s=1，2，3，…，u） 表示糞便管理系統(tǒng)的類型； f_mc，s 為糞便管理系統(tǒng) s 的 CH₄ 轉(zhuǎn)化因子； γ_s 為糞便管理系統(tǒng) s 管理奶牛糞便的比例，根據(jù)Xue等[22]的研究，奶牛糞便處理分別采用液體或漿液體系（占比 25% ）和固體儲藏體系（占比 75% ）2種方式， f_mc，s 分別為 20% 和 2% ； ε 為奶牛飼料消化率，放牧和小農(nóng)戶散養(yǎng)系統(tǒng)的奶牛飼料消化率為50% ，合作社系統(tǒng)為 65% ，集約化系統(tǒng)為 80%^[21] ： ηE_tot 為 E_tot 的尿中能量，一般認為多數(shù)反芻家畜排泄的尿中能量為 0.04E_tot;w_a 為糞便中的灰分質(zhì)量分數(shù)，奶牛為0. 08; u 為奶牛日糧的質(zhì)量內(nèi)能，取為 18.45MJ/kg 奶牛糞便管理鏈上的 N₂O 排放計算公式如下：

e_m，n=e_g+e_h+e_dis+e_ma，

式中： e_m，n 為奶牛糞便管理鏈上的 N₂O 排放總量（以二氧化碳當量計，以下同）； e_g 為放牧期間奶牛糞便還草的 N₂O 排放量； e_h 為奶牛養(yǎng)殖場的糞便收集一儲存—處理過程的 N₂O 排放量； e_dis?e_ma 分別指未利用糞便直接排放到環(huán)境中的 N₂O 排放量和糞便還田 N₂O 排放量。糞便管理各階段的糞便 N₂O 排放根據(jù)原料奶產(chǎn)量乘以各階段的 N₂O 排放因子得到，各階段的糞便 N₂O 排放系數(shù)如表4所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 2020年中國奶業(yè)生產(chǎn)情況

2020年中國奶牛存欄量為1043.30萬頭，原料奶產(chǎn)量為3440.10萬t。在4個不同的牛奶生產(chǎn)系統(tǒng)中，集約化系統(tǒng)的奶牛存欄量和原料奶產(chǎn)量最高，分別占全國奶?？偞鏅诹亢涂傇夏坍a(chǎn)量的63.70% 和 75.32% ；合作社系統(tǒng)的奶牛存欄量和原料奶產(chǎn)量占比分別為 15.60% 和 12.84% ；放牧系統(tǒng)的奶牛存欄量和原料奶產(chǎn)量占比分別為 17.02% 和10.19% ；小農(nóng)戶散養(yǎng)系統(tǒng)的奶牛存欄量和原料奶產(chǎn)量最低，分別占全國奶?？偞鏅诹亢涂傇夏坍a(chǎn)量的 3.68% 和 1.65% 。2020年中國奶制品總產(chǎn)量達到2339.58萬 t ，其中，液態(tài)奶產(chǎn)量為2187.27萬t，奶粉產(chǎn)量為85.16萬t，其他奶制品（如奶酪）產(chǎn)量為67.15萬t。

2.22020年中國奶業(yè)溫室氣體排放總量

2020年中國奶制品生產(chǎn)溫室氣體排放量如圖2所示。從圖2（a）中可知：2020年中國奶制品生產(chǎn)生命周期的總溫室氣體排放量為5171.53萬t，與液態(tài)奶生產(chǎn)有關(guān)的溫室氣體排放量為3226.16萬t，約占總排放量的 62.38% ；干奶制品生產(chǎn)中溫室氣體排放量為1945.37萬t，其中奶粉生產(chǎn)、其他奶制品生產(chǎn)中溫室氣體排放量分別為1106.34、839.03萬t。

從圖2（b）中可以看出，3種溫室氣體中， CH₄ 排放量占總溫室氣體排放量的比例最大 （42.41% ），其次是 CO₂ 排放量，占比約為 37.86% 。 N₂O 排放量占總溫室氣體排放量的 19.73% 。奶制品生產(chǎn)鏈中，奶牛養(yǎng)殖環(huán)節(jié)的溫室氣體排放量最多，占總排放量的 62.09% ，其中絕大部分來自奶牛的腸道發(fā)酵。飼料種植環(huán)節(jié)和奶制品加工環(huán)節(jié)的溫室氣體排放分別占總排放量的 23.61% 和 11.07% ，飼料加工環(huán)節(jié)的排放占總排放量的 3.23% 。2020年中國奶制品生產(chǎn)鏈上各排放源的溫室氣體排放量如表5所示。

2020年不同類型生產(chǎn)系統(tǒng)的溫室氣體排放量如圖3所示。由圖可以看出：集約化系統(tǒng)的溫室氣體排放量最多，約占總溫室氣體排放量的 71.51% ，放牧、小農(nóng)戶散養(yǎng)和合作社系統(tǒng)的排放量占比分別為 12.57% 、2. 49% 和 13.43% 。在集約化系統(tǒng)中，能源消耗是最大的溫室氣體排放源，占總排放量的 46.72% ，腸道發(fā)酵 CH₄ 排放占比為 29.18% ，來自糞便管理鏈的排放和化肥施用排放占比分別為 14.19% （包括 3.64% 的糞便 CH₄ 排放和 10.55% 的糞便 N₂O 排放）和 9.91% 。在合作社系統(tǒng)中，腸道發(fā)酵是最大的溫室氣體排放源，占總排放量的43.87% ，其次是與能源相關(guān)的 CO₂ 排放（占比29.39% ），來自糞便管理鏈的排放和化肥施用排放分別占 22.32% 和 4.42% 。對于小農(nóng)戶散養(yǎng)系統(tǒng)來說，腸道發(fā)酵是最大的溫室氣體排放源（ 68.64% ），其次是來自糞便管理鏈的排放（ 20.87% ，來自能源消耗和化肥施用的溫室氣體排放很少，分別占小農(nóng)戶散養(yǎng)系統(tǒng)總排放量的 10.10% 和 0.39% 。對于放牧系統(tǒng)來說，腸道發(fā)酵是最大的溫室氣體排放源，占比為 69.15% ，其次是來自糞便管理鏈的排放（占比 20.76% ），來自能源消耗和化肥施用的溫室氣體排放很少，分別占該系統(tǒng)總排放量的 9.69% 和0.40% 。小農(nóng)戶散養(yǎng)和放牧系統(tǒng)主要消耗草和秸稈等粗飼料，對玉米、大豆等精料的消耗較少，因此有較低的化肥需求。這2個系統(tǒng)中的可還田動物糞便量除滿足系統(tǒng)內(nèi)飼料施肥需求外，還可輸出到其他種植系統(tǒng)（如蔬菜大棚、果園等）中，圖3中化肥生產(chǎn)環(huán)節(jié)的負排放反映了糞肥替代化肥帶來的減排潛力。

2.32020年中國奶業(yè)溫室氣體排放強度

2020年中國各類奶制品生產(chǎn)溫室氣體排放強度如圖4所示。由圖可以看出，2020年中國生產(chǎn)單位質(zhì)量液態(tài)奶的溫室氣體排放強度（以二氧化碳當量計，以下同）平均值為 1.47kg/kg ，生產(chǎn)單位質(zhì)量奶粉、其他奶制品的溫室氣體排放強度平均值分別為12.99、 12.50kg/kg 。奶制品加工活動的本質(zhì)是牛奶濃縮的過程，而奶粉和其他奶制品的牛奶濃度較高，用于加工奶制品的原料奶的數(shù)量直接影響產(chǎn)品的溫室氣體排放，因此，生產(chǎn)單位質(zhì)量干奶制品的溫室氣體排放強度高于生產(chǎn)單位質(zhì)量液態(tài)奶的。

由于各生產(chǎn)系統(tǒng)的原料奶都必須集中收集到奶制品加工廠統(tǒng)一加工，各系統(tǒng)在奶制品加工環(huán)節(jié)并無差異，因此，本文中在分析和比較生產(chǎn)系統(tǒng)層面的溫室氣體排放強度時將奶制品加工環(huán)節(jié)的排放排除在外。不同生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)乳脂矯正乳（FPCM）的溫室氣體排放強度如圖5所示。由圖可以看出，集約化系統(tǒng)的溫室氣體排放強度最低，生產(chǎn)FPCM的溫室氣體排放強度為 1.35kg/kg ，其他3種生產(chǎn)系統(tǒng)的溫室氣體排放強度從低到高依次為合作社系統(tǒng) （1.51kg/kg） ）、放牧系統(tǒng)（ 1.81kg/kg ）、小農(nóng)戶散養(yǎng)系統(tǒng)（ 2.12kg/kg ）。

從 CH₄ 排放來看，小農(nóng)戶散養(yǎng)系統(tǒng)的 CH₄ 排放強度最高，為 1.73kg/kg ，隨后依次是放牧系統(tǒng)（1.47kg/kg） 和合作社系統(tǒng) （0.89kg/kg） ），集約化系統(tǒng)的 CH₄ 排放強度最低 （0.51kg/kg） 。與其他3個系統(tǒng)相比，集約化系統(tǒng)更合理的精粗配比和營養(yǎng)平衡在提升產(chǎn)奶效率的同時減少了奶牛腸道 CH₄ 排放。從 CO₂ 排放來看，由于集約化系統(tǒng)中機械化水平提高、精飼料和優(yōu)質(zhì)飼草的使用增多，使得化石能源和能源密集型產(chǎn)品（如化肥、農(nóng)藥等）的消耗量增加，因此導致生產(chǎn)單位牛奶的 CO₂ 排放最高（0.52kg/kg） 。其他3個系統(tǒng)的 CO₂ 排放強度由高到低依次為合作社系統(tǒng) （0.31kg/kg） ）、小農(nóng)戶散養(yǎng)系統(tǒng) （0.07kg/kg） 、放牧系統(tǒng) （0.03kg/kg） 。從N₂O 排放來看，小農(nóng)戶散養(yǎng)系統(tǒng)和集約化系統(tǒng)的N₂O 排放強度較高，為 0.32kg/kg ，放牧系統(tǒng)和合作社系統(tǒng)的 N₂O 排放強度均為 0.31kg/kg

3討論

2020年中國生產(chǎn)原料奶的溫室氣體排放強度平均值為 1.50kg/kg ，由于當前對中國奶業(yè)生產(chǎn)溫室氣體排放的核算研究缺少產(chǎn)品層面的分析，因此本文中對比了原料奶生產(chǎn)的溫室氣體排放強度。由圖4（b）可以看出，本文中的核算結(jié)果均在相關(guān)學者對中國奶業(yè)溫室氣體排放強度的核算結(jié)果的范圍內(nèi)[6，8-9]，驗證了本文中核算結(jié)果的準確性。相比之下，歐洲奶業(yè)發(fā)達國家的原料奶生產(chǎn)溫室氣體排放強度為 0.93～1.40kg/kg^[20] ，因此中國奶業(yè)的低碳發(fā)展仍有很大潛力。從生產(chǎn)系統(tǒng)角度來看，當前對集約化奶牛養(yǎng)殖場溫室氣體排放的案例研究較多[23-25]，如Wang等[24-25]核算中國關(guān)中平原、華北平原地區(qū)集約化奶牛場的溫室氣體排放強度分別為1.31～1.90，0.95～1.88kg/kg ，本文中對集約化系統(tǒng)的核算結(jié)果也在上述核算范圍內(nèi)。本文中核算的放牧系統(tǒng)溫室氣體排放強度高于劉欣超等[26核算的結(jié)果，主要原因在于文獻［26]中的核算方法基于過時的腸道 CH₄ 排放因子，并且沒有全面考慮糞便管理鏈上的溫室氣體排放源。目前尚缺乏其他生產(chǎn)系統(tǒng)的溫室氣體排放核算研究。

從溫室氣體排放源來看，2020年中國奶制品生產(chǎn)鏈中的能源消耗 CO₂ 排放已經(jīng)超過總排放的 1/3 甚至在集約化系統(tǒng)中，能源消耗已超過腸道 CH₄ 成為最大的溫室氣體排放源，充分體現(xiàn)了將 CO₂ 納入奶業(yè)溫室氣體核算評估的必要性。集約化系統(tǒng)的能源依賴可歸因于養(yǎng)殖場機械化水平的提高，包括機械化擠奶、牛奶冷卻設(shè)備、飼料攪拌機、圈舍溫度控制和照明設(shè)備等[27]，以及精飼料投入增加導致的化肥生產(chǎn)能耗增加，因此，未來應(yīng)考慮采用清潔能源（如沼氣和光能）替代化石能源、循環(huán)使用農(nóng)業(yè)殘余物等低機會成本飼料，在飼料種植田繼續(xù)開展化肥和農(nóng)藥減量行動，以及在能源部門深化效率提升和能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，

除了能源消耗，不同生產(chǎn)系統(tǒng)的奶牛飼料配方和糞便管理方面也存在較大差異，因此進一步影響溫室氣體排放。放牧、小農(nóng)戶散養(yǎng)系統(tǒng)的飼料質(zhì)量相對較差，提高奶牛日糧中精料占比能夠增加丙酸鹽產(chǎn)量、降低奶牛瘤胃中酸堿度 pH 和抑制產(chǎn)甲烷菌生長速率，從而改善奶牛的飼料消化率，減少 CH₄ 轉(zhuǎn)化率[28]，因此，集約化系統(tǒng)的 CH₄ 排放強度最低。此外，集約化養(yǎng)殖場與農(nóng)田脫鉤，降低了糞便氮還田率，增加了農(nóng)田化肥施用，不僅造成資源浪費，也加劇了水體富營養(yǎng)化、氨揮發(fā)等生態(tài)環(huán)境問題[29]，因此，集約化養(yǎng)殖場應(yīng)積極改善糞便管理，促進種養(yǎng)結(jié)合，如采用熱烘干技術(shù)制作牛床墊料、利用厭氧消化工藝生產(chǎn)沼氣，以及生產(chǎn)商品有機肥還田利用等。

目前，中國人均奶制品消費量僅為世界平均水平的1/3，未來有很大的增長潛力。從產(chǎn)品層面來看，干奶制品生產(chǎn)的溫室氣體排放強度高于液態(tài)奶生產(chǎn)的，但等質(zhì)量產(chǎn)品中干奶制品蛋白質(zhì)含量更高，考慮營養(yǎng)健康與減排協(xié)同，需要產(chǎn)業(yè)、政府和消費者之間的合作，以促進奶業(yè)生產(chǎn)和消費的可持續(xù)發(fā)展

4結(jié)論

本文中全面考慮了不同規(guī)模的奶牛場在生產(chǎn)和管理技術(shù)上的差異和奶制品加工環(huán)節(jié)各產(chǎn)品的能耗差異，核算了2020 年中國奶制品生產(chǎn)鏈的 CO₂ ）CH₄ 和 N₂O 排放，得到以下主要結(jié)論：

1）2020年中國奶制品生產(chǎn)生命周期的總溫室氣體排放量為5171.53萬t，其中，奶牛養(yǎng)殖環(huán)節(jié)的溫室氣體排放量最多，占總排放量的 62.09% ，其中絕大部分來自奶牛的腸道發(fā)酵。3種溫室氣體中，CH₄ 占總溫室氣體排放量的 42.41% ， CO₂ 、 N₂O 占比分別為 37.86% 、 19.73% 。

2）2020年中國生產(chǎn)液態(tài)奶的溫室氣體排放強度平均值為 1.47kg/kg ，生產(chǎn)奶粉、其他奶制品的溫室氣體排放強度平均值分別為12.99、 12.50kg/kg 。

3）相比于其他生產(chǎn)系統(tǒng)，集約化系統(tǒng)生產(chǎn)單位質(zhì)量的原料奶的 CO₂ 排放強度最高， CH₄ 排放強度最低， N₂O 排放居中。綜合來看，集約化系統(tǒng)的溫室氣體排放強度低于其他系統(tǒng)的。

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（責任編輯：于海琴）