內(nèi)蒙古呼和浩特市家畜溫室氣體排放量估算

王月，張東方，丁 瑩，荊紅俊，娜仁花＊

（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）

溫室氣體的排放受到越來越多的關(guān)注，如何減少排放同樣成為一個(gè)重要問題，而畜牧業(yè)源的排放不容忽視。聯(lián)合國政府間氣候變化專業(yè)委員會(huì)（IPCC）在1995年的報(bào)告中指出，全球每年排入大氣的甲烷（CH4）量是535（410～660）Tg，其中反芻動(dòng)物排放量為85（65～100）Tg，占總排放量的15%～25%，導(dǎo)致對(duì)全球溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)率達(dá)2%［1］。全球畜牧業(yè)及其副產(chǎn)品的溫室氣體排放量占人為溫室氣體排放總量的51%，這一數(shù)值大大超過了2006年聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）發(fā)布的報(bào)告“牲畜的巨大陰影－環(huán)境問題與選擇”中18%的數(shù)值［2］。

關(guān)于全球氣候變暖及其危害，有專家估計(jì)，每升高1℃將造成全球谷物產(chǎn)量減產(chǎn)至少10%。中國則是對(duì)氣候變化承受能力最弱的國家之一［3］。2005年，中國共排放甲烷4445×104t，其中農(nóng)業(yè)源占56.62%［4］。而農(nóng)業(yè)源溫室氣體主要涉及農(nóng)田、牲畜和糞便管理。譚秋成［5］統(tǒng)計(jì)出在1989年中國農(nóng)業(yè)溫室氣體排放中畜牧業(yè)源排放量為21245.16×104t，占農(nóng)業(yè)總排放量的20.37%，而在2009年畜牧業(yè)源排放量為42709.94×104t，占農(nóng)業(yè)總排放量的26.94%，可見中國畜牧業(yè)源溫室氣體排放量呈上升趨勢(shì)。所以針對(duì)我國畜牧業(yè)現(xiàn)狀及區(qū)域特點(diǎn)編制牲畜溫室氣體排放清單對(duì)我國實(shí)施低碳經(jīng)濟(jì)、調(diào)整畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)具有及其重要的參考價(jià)值。

我國目前針對(duì)農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀估算溫室氣體排放量的研究資料越來越多，而關(guān)于省級(jí)、市級(jí)的研究資料則相對(duì)較少。閔繼勝等［6］估算出中國畜牧業(yè)的CH4與氧化亞氮（N2O）排放總量由1996年的800.85×104t增長到2006年的1167.36×104t，繼而降到2008年的947.64×104t。徐興英等［7］估算出2000～2009年江蘇省家畜腸道甲烷排放是主要的甲烷排放源，其10年平均排放量為106.63Gg，占甲烷平均總排放量的61.06%。近些年，內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市的畜牧業(yè)得到了快速發(fā)展，并不斷朝著標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化、集約化的方向。其總奶牛頭數(shù)、奶產(chǎn)量、人均占有量等均為全國之首，并在2005年8月被中國乳制品工業(yè)協(xié)會(huì)命名為“中國乳都”。在2007～2011年中呼和浩特市奶牛5年平均存欄數(shù)為內(nèi)蒙古自治區(qū)平均存欄數(shù)的25.37%；馬略低，為0.57%；而肉牛、驢、騾、駱駝、綿羊、山羊、豬的存欄數(shù)均在1%～8%之間?？梢姾艉秃铺厥叙B(yǎng)殖業(yè)在內(nèi)蒙古地區(qū)畜牧產(chǎn)業(yè)中占有重要的地位。因此估算呼和浩特市各區(qū)縣畜牧業(yè)源溫室氣體排放量，對(duì)于在養(yǎng)殖業(yè)中采用合理減排技術(shù)，有效控制其溫室氣體排放具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

內(nèi)蒙古呼和浩特市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部。東經(jīng)110°46′－112°10′，北緯40°51′－41°8′。全市總面積17 224平方公里。屬于典型蒙古高原大陸性氣候，四季氣候變化明顯，平均氣溫年較差為34.4～35.7℃，氣溫平均日較差為13.5～13.7℃。年平均降水量為335.2～534.6 mm，且主要集中在7～8月。呼和浩特市畜牧業(yè)是帶動(dòng)農(nóng)民增收的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，在資金和技術(shù)的支持下，畜牧業(yè)得到了長足的發(fā)展，形成了以乳業(yè)為龍頭，肉羊和豬、禽養(yǎng)殖等產(chǎn)業(yè)共同發(fā)展的畜牧業(yè)生產(chǎn)格局。

1.2 溫室氣體排放量估算方法

畜禽養(yǎng)殖甲烷的排放主要來自于反芻動(dòng)物胃腸道的發(fā)酵，豬雖為單胃動(dòng)物，由于其養(yǎng)殖數(shù)量大，其排放量不應(yīng)忽視。家畜糞便在儲(chǔ)存或管理過程中會(huì)產(chǎn)生甲烷和氧化亞氮。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。

根據(jù)呼和浩特市養(yǎng)殖業(yè)特點(diǎn)，本文主要估算呼和浩特市反芻動(dòng)物（奶牛、肉牛、駱駝、綿羊、山羊）與非反芻動(dòng)物（驢、騾、豬）的腸道和糞便管理甲烷與糞便氧化亞氮排放量。其中奶牛、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。各類家畜存欄數(shù)據(jù)來源于呼和浩特市統(tǒng)計(jì)年鑒。

奶牛及肉牛腸道發(fā)酵甲烷采用IPCC 提供的方法2計(jì)算。排放因子計(jì)算公式如下：

式中：EF為排放因子，kg／頭·a；GE 為采食總能，106J／d；Ym 為CH4轉(zhuǎn)化系數(shù)，%；55.65 為CH4的能量含量，106J／kg CH4。根據(jù)呼和浩特市畜牧業(yè)飼養(yǎng)狀況（飼草主要以農(nóng)作物秸稈為主），把其歸為農(nóng)區(qū)，進(jìn)而參照中國溫室氣體清單研究提供的數(shù)據(jù)［8］，奶牛及肉牛腸道甲烷排放因子見表1。

馬、驢、騾、駱駝、綿羊、山羊、豬的排放因子主要參照IPCC方法1，根據(jù)采食量及飼料特征選出合適排放因子，見表2。源于家畜腸道CH4排放量計(jì)算公式為：

式中：CH4腸道為腸道發(fā)酵CH4排放量，t／a；EF為甲烷排放因子，kg／頭·a；N 為家畜的數(shù)量，頭。

家畜糞便在堆積過程中因厭氧發(fā)酵也會(huì)產(chǎn)生甲烷，其產(chǎn)生量受微生物種類、數(shù)量、環(huán)境溫度、糞尿有機(jī)物含量、pH及碳氮比的影響。根據(jù)其影響因素

表1 中國主要反芻家畜消化道CH4 排放因子及主要參數(shù)（農(nóng)區(qū)數(shù)據(jù)）Table 1 CH4emission factor and main parameter in digestive track of ruminants in China（agricultural area data）

選出合適的排放因子見表2。源自家畜糞便CH4排放量計(jì)算公式為：

式中：CH4糞便為糞便管理CH4排放量，t／a；EF為家畜糞便甲烷排放因子，kg／頭·a；N 為家畜的數(shù)量，頭。

家畜糞便堆積過程中產(chǎn)生的N2O 受家畜廢棄物內(nèi)部通風(fēng)狀況、水分含量、氮素狀況、溫度、pH 及糞便堆積時(shí)間長短等的影響。根據(jù)以上影響因素選出合適的排放因子，見表2。源自家畜糞便N2O 排放量計(jì)算公式為：

式中：N2O糞便為糞便管理中N2O 排放量，t／a；EF為家畜N2O排放因子，kg／頭·a；N為家畜的數(shù)量，頭。

表2 家畜溫室氣體排放因子Table 2 Livestock greenhouse gases emissions factor

2 結(jié)果與分析

2.1 呼和浩特市區(qū)2007～2011年家畜年均存欄數(shù)

根據(jù)呼和浩特市2007～2011年統(tǒng)計(jì)年鑒，呼和浩特市各區(qū)縣5年間家畜存欄數(shù)見表3。由表3可知，呼市地區(qū)2007～2011年5年間家畜平均存欄數(shù)主要以奶牛、綿羊、山羊、豬為主，分別為：685220.4頭、1846169 頭、504778.4 頭、400553.8 頭，各占飼養(yǎng)總量的19.36%、52.15%、14.26%與11.32%。同期間土左旗的家畜飼養(yǎng)總量則最多為723704.8頭，達(dá)到全市飼養(yǎng)總量的20.44%?；孛駞^(qū)最少，僅12698.6頭，占總飼養(yǎng)量的0.36%。

表3 呼和浩特市2007～2011年家畜年均存欄數(shù)Table 3 Average amount of livestock from 2007to 2011in Hohhot頭

2.2 呼和浩特市2007～2011年家畜溫室氣體排放量估算

2.2.1 家畜腸道發(fā)酵甲烷（CH4）排放量 呼和浩特市各區(qū)縣家畜腸道CH4排放量估算結(jié)果見表4。從表4知，呼和浩特市家畜腸道甲烷排放總量為54135.77t。排放量超過千噸的家畜有奶牛、肉牛、綿羊、山羊。其中奶牛腸道甲烷排放量最大，各區(qū)縣總量為38762.92t，占總排放量的71.60%，主要是奶牛存欄數(shù)及腸道甲烷排放因子相對(duì)較大的緣故；而駱駝的排放量則最少，僅為46.1 6t，占總排放量的0.085%。同期間呼和浩特市各區(qū)縣家畜腸道甲烷排放量間相差也較大。其中由于土左旗奶牛、肉牛、馬、駱駝飼養(yǎng)量最多，腸道甲烷排放量也最多，為16212.91t，占排放總量的29.95%；其次為和林縣，甲烷排放量為11333.81t，占排放總量的20.94%；山羊的腸道甲烷主要產(chǎn)自于武川縣；回民區(qū)家畜甲烷排放量則最少，僅有174.01t，排放總量的0.32%。

表4 呼和浩特市2007～2011年家畜腸道CH4年平均排放量Table 4 Average amount of methane emissions of intestinal from 2007to 2011in Hohhot t

2.2.2 家畜糞便管理系統(tǒng)甲烷（CH4）排放量 呼和浩特市各區(qū)縣家畜糞便CH4排放量估算結(jié)果見表5。從表中得知，呼和浩特市家畜糞便甲烷排放總量為6883.24t。其中奶牛糞便CH4排放量最多，為5111.74t，占平均排放總量的74.26%；其次是豬，糞便CH4排放總量為1249.73t，占平均排放總量的18.16%；排放量最少的是駱駝，僅1.284t。同一時(shí)期內(nèi)，土左旗家畜糞便CH4排放量最多，為2320.54t，占平均排放總量的33.71%；賽罕區(qū)與和林縣相差不大，排放量分別為1386.32t、1311.36t，分別占糞便CH4排放總量的20.14%、19.05%；而回民區(qū)平均排放量則最少，僅為35.476t，占排放總量的0.52%。

表5 呼和浩特市2007～2011年家畜糞便管理CH4年平均排放量Table 5 Average amount of methane emissions of feces management from 2007to 2011in Hohhot t

2.2.3 家畜糞便管理系統(tǒng)氧化亞氮（N2O）排放量

從表6知，呼和浩特市家畜糞便氧化亞氮排放總量為1620.38t。奶牛為主要排放源，排放總量為1264.92t，占排放總量的78.06%；其次是綿羊，排放總量為171.69t，占平均排放總量的10.60%；排放量最少的是駱駝，僅0.33t。同一時(shí)期內(nèi)，以土左旗家畜糞便N2O 排放總量最多，為514.70t，占平均排放總量的31.76%；賽罕區(qū)與和林縣家畜糞便N2O 排放量相差不大，平均排放總量分別為322.34t、328.38t，各占排放總量的19.89%、20.27%。而回民區(qū)糞便N2O 排放量則最少，僅為6.22t，占排放總量的0.38%。

3 討論

家畜甲烷和氧化亞氮的排放量主要受飼養(yǎng)量與排放因子的影響。飼養(yǎng)量與當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)發(fā)展水平相關(guān)。而排放因子所受的的影響則相對(duì)復(fù)雜，除受家畜種類、地域、環(huán)境等的影響外，同樣與消化道類型、家畜年齡、體重、所采食飼料的質(zhì)量、數(shù)量等有關(guān)。由于腸道甲烷是由家畜消化系統(tǒng)中飼料發(fā)酵產(chǎn)生的，所以，采食量越高，甲烷排放量就越大。同時(shí)，甲烷產(chǎn)量也受日糧組成成分的影響。曾波等［11］認(rèn)為，在瘤胃內(nèi)，瘤胃微生物分解飼料碳水化合物等有機(jī)物，產(chǎn)生H2及含有甲基的初級(jí)發(fā)酵產(chǎn)物（如甲酸、甲胺、甲醇及乙酸等），產(chǎn)甲烷菌能將這些初級(jí)發(fā)酵產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為CH4，通過噯氣排入大氣，并以此獲得其生命所需的能量。家畜糞便管理中的甲烷與氧化亞氮的排放是在家畜糞便施入到土壤之前糞便的貯存和處理所產(chǎn)生的。厭氧條件下，糞尿中有機(jī)物被微生物分解為有機(jī)酸、H2以及CO2，而后在微生物有機(jī)體內(nèi)生成CH4。而N2O 主要產(chǎn)生于生物硝化與反硝化兩個(gè)過程。

表6 呼和浩特市2007～2011年家畜糞便管理N2O年平均排放量Table 6 Average amount of N2O of feces management from 2007to 2011in Hohhot t

內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市2007～2011年5年間家畜養(yǎng)殖溫室氣體平均排放總量為62639.39t。其中甲烷為61019.01t，氧化亞氮為1620.38t。分別占排放總量的97.41%、2.59%。甲烷排放量又以腸道發(fā)酵為主，占甲烷排放總量的88.72%。呼和浩特市家畜腸道甲烷發(fā)酵是該地區(qū)家畜溫室氣體的主要貢獻(xiàn)者。

呼和浩特市各地區(qū)家畜溫室氣體貢獻(xiàn)率前三位的是土左旗、和林縣、賽罕區(qū)。甲烷與氧化亞氮的排放總量分別為19048.15t、12973.55t、11446.11t，分別占全市溫室氣體排放總量的30.41%、20.71%、18.27%；托縣排放量為9134.91t，占14.58%；而武川縣、清水河縣、玉泉區(qū)、新城區(qū)、回民區(qū)排放量則相對(duì)較少，分別占排放總量的6.66%、5.43%、2.10%、1.49%、0.34%。

從家畜的甲烷排放量來看，土左旗的貢獻(xiàn)率最大，為18533.45t，占甲烷總排放量的30.37%。其中奶牛、肉牛、馬、駱駝、豬的排放量均最多，分別占各類家畜甲烷排放總量的36.64%、35.20%、39.70%、92.68%、35.88%；清水河縣驢、騾的甲烷排放量最多，為112.40t、139.26t，分別占驢、騾甲烷排放總量的37.62%、47.71%；和林縣的綿羊甲烷排放量最多，為2965.19t，占綿羊甲烷排放總量的31.19%；而山羊主要集中飼養(yǎng)在武川縣，其甲烷排放量占山羊甲烷排放總量的46.96%。

各類家畜糞便管理N2O 排放量中，土左旗的奶牛、肉牛、馬、駱駝、豬排放量最多，分別為438.17t、11.88t、0.53t、0.31t、32.63t，分別占相應(yīng)各類家畜N2O 排放總量的34.64%、35.20%、39.70%、92.68%、35.88%；驢、山羊N2O 排放量最多的是清水河縣、武川縣，排放量分別為2.47t、22.05t，分別占氧化亞氮排放總量的37.62%、46.96%；而騾、綿羊的糞便N2O 排放主要集中在和林縣，分別占騾、綿羊氧化亞氮排放總量的47.71%、31.19%。

韋秀麗等［12］估算重慶市2005年溫室氣體排放量時(shí)得出牛類對(duì)溫室氣體的貢獻(xiàn)率最大，達(dá)到39.93%，其次是豬，達(dá)到33.54%。本文的分析結(jié)果顯示，呼和浩特市各地區(qū)家畜溫室氣體排放量間差異較大。排放量較多的家畜為奶牛、肉牛、綿羊、山羊與豬。賽罕區(qū)與土左旗的奶牛和肉牛甲烷排放量最多，占甲烷排放總量的41.38%。因此，賽罕區(qū)與土左旗應(yīng)該在奶牛和肉牛產(chǎn)業(yè)中采用合理的甲烷減排調(diào)控技術(shù)。如飼料精粗比的調(diào)整、秸稈的青貯處理和飼喂優(yōu)質(zhì)青干草等。和林縣的羊類甲烷排放量最多，占甲烷排放總量的25.29%，所以羊類是和林縣養(yǎng)殖業(yè)溫室氣體減排控制的主要領(lǐng)域?？梢酝ㄟ^加強(qiáng)精料的補(bǔ)飼以及提高干草的質(zhì)量等減少甲烷的產(chǎn)生。豬的腸道甲烷排放量雖低，但是其糞便堆貯過程中產(chǎn)生的CH4和N2O 量不容忽視。尤其是土左旗豬的飼養(yǎng)量最大，占全市豬飼養(yǎng)總量的35.88%，是該地區(qū)畜糞管理中控制溫室氣體排放的重要領(lǐng)域?？梢钥紤]糞便的堆肥、厭氧發(fā)酵等降低糞便中CH4和N2O 的排放。

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