中国畜禽温室气体排放系数与发展趋势

中国畜禽温室气体排放系数与发展趋势

0中国畜禽温室气体排放量在哥本哈根世界气候大会的召开上，温室气体排放受到了更多的关注，家禽污染排放越来越受到重视。根据联合粮农组织的报告，关于牛的显著阴影：环境问题和选择的数据，每年从牛、羊、骆驼、马、猪和家禽中排放的二氧化碳量占世界排放量的18%。畜禽温室气体主要集中在甲烷和氧化亚氮,来自于畜禽的二氧化碳(CO2)不被估计因为年净二氧化碳(CO2)被假定为0,二氧化碳被作物光合作用后返回大气层。在畜牧业中,甲烷排放主要来自于各畜种的肠胃,畜禽废弃物同时产生甲烷和氧化亚氮。其中以反刍动物最多,猪其次,鸡只最少;排泄物在无氧状态下分解主要产生甲烷,但堆肥则产生大量的氧化亚氮。中国畜禽温室气体排放量,主要有董红敏等在1994年采取OECD(1991)的方法在3个时间点(1980、1985和1990年)对反刍动物甲烷排放量进行了估算。中华人民共和国气候变化初始国家信息通报也公布了1994年中国畜禽温室气体排放情况。但这些研究都是计算20世纪80年代和90年代的畜禽温室气体排放量。而且中国畜牧业发展迅速,畜产品产量和畜禽存栏量都大幅上涨。中国肉类总产量从1994年的4499.3万t增长到2007年的6865.7万t,增长了52.6%;而中国大牲畜存栏量却逐年下降,从1994年的14918.7万头减少到2007年的12309.3万头,减幅达到17.5%。中国畜禽存栏量减少但是产量逐年上升说明中国畜禽从畜种改良和饲养技术等方面有了长足的发展。对中国畜禽温室气体排放量的最新的研究是FAO(2006)利用IPCC的方法和系数估算中国2004年主要畜禽的温室气体排放量。本研究旨在估算中国2000-2007年间中国畜禽温室气体排放总量及2007年各省市的畜禽温室气体排放量,可以作为中国畜禽温室气体减排的依据。本文第1部分主要介绍如何调整畜禽温室气体排放相关计算参数以达到计算的目的,并对其进行了相关解释;第2部分主要根据第一部分的调整参数对中国畜禽温室气体排放量进行了估算,同时对2000-2007年中国畜禽气体排放量的趋势进行了分析;第3部分主要对中国各省区畜禽温室气体排放进行估算,并绘成地图表达不同区域畜禽温室气体排放量的情况。1畜禽温室气体排放量估算温室气体排放量计算方法,主要参考相关学者测定的畜禽温室气体排放的基础上,使用国际通用的IPCC(政府间气候变化专家委员会)(2006)最新推出的“温室气体统计初步准则”为参考基准,对中国主要畜禽品种温室气体排放进行了估算。本文的畜禽甲烷排放系数主要来自于IPCC准则温室气体排放系数,该系数把各大洲以及发达国家与发展中国家都进行了区分,大部分亚洲区的排放系数是根据中国的畜禽的排放系数为标准,利用这些排放系数计算中国的畜禽温室气体排放量的可信度和准确度都较高。畜禽氧化亚氮排放系数来自于2004年FAO公布中国氧化亚氮排放量除以中国畜禽年平均饲养量获得。畜禽温室气体排放量估算内容主要包括:畜禽胃肠道内发酵的温室气体排放量;畜禽排泄物处理过程中产生的温室气体排放量。估算的畜禽的品种主要包括大牲畜(奶牛、肉牛、马、驴、骡、骆驼)、猪、羊、禽类(蛋鸡、肉鸡、鸭、鹅)。1.12实际饲养量的年度变化畜禽养殖存在繁殖和屠宰会引起年度内养殖数量的增加和减少,所以需要对畜禽养殖量进行调整。调整的依据畜禽出栏率。1)当出栏率大于或等于1时,畜禽的年平均饲养量的计算采用出栏量进行调整,调整公式来自于IPCC(2006)详见式(1);2)当出栏率小于1时,畜禽的年平均饲养量本文采取年末存栏量进行调整,为了平滑单个时间点的影响,采取畜禽的上年年末存栏量与本年末的存栏量平均得到畜禽的年平均饲养量。出栏率在几年内不可能有太大的变化,本文把2006年和2007年作为计算年度,详细结果见表1。中国的畜禽中,只有生猪、兔和禽类的出栏率大于1,其余的畜种出栏率都小于1,所以对生猪、兔和禽类需进行年平均饲养量调整,调整公式见公式(1),但是国家公布的禽类分类数据较少,不同的禽的出栏周期有较大的差异无法进行调整,根据经济学的理论,可以赋予其假设条件达到分析的目的,假定禽类的补栏和出栏在一年中处于平衡,某个时点的存栏量可以看作年平均饲养量,在假定的条件下,把整个禽类归到其他出栏率小于1的畜种,年平均饲养量等于相邻2a的年末存栏量平均数代替。通过调整,得到各畜种的年平均饲养量头数见表2。式中,AAP为年平均饲养量,头、只;NAPA为年畜禽生产量,头、只;Days_alive为畜禽平均生命周期,d。1.2织物染料的氧化亚氮排放系数胃肠发酵甲烷排放系数,主要来源于IPCC(2006),在IPCC公布的系数表下面也注明了该系数存在不确定性,不确定幅度大约在正负30%~50%。禽类胃肠发酵甲烷排放量极微,IPCC和FAO不予考虑,本研究也忽略其排放量。畜禽排泄物甲烷排放系数,也是来源IPCC(2006)公布的发展中国家年平均气温在15~25℃条件下,畜禽排泄物所产生甲烷量。这些排放系数也存在不确定性波动,范围为±30%。由于甲烷排放个体差异、地区差异和饲养差异,很难给出一个非常完美的系数。本文依照比较权威的数据来源忽略其不确定性的一面,采用IPCC公布的正常值进行计算。待将来中国新的畜牧业甲烷排放系数出现后,再对现有的系数进行相应的调整。2)氧化亚氮排放系数关于甲烷(CH4),2006年IPCC直接给出中国的畜禽胃肠道和排泄物的甲烷排放系数,但是氧化亚氮排放量计算只给出了计算参数和公式,计算要求信息量较高,尤其是需要畜禽排泄物的处理比例及不同的排泄物处理系统赋予不同的参数(式(2))。中国的畜禽排泄物的处理情况,至今无法统计,一方面畜禽养殖存在点多面广比较分散的特点;另一方面究竟采用哪种方式进行处理也无法进行统计。鉴于中国的畜禽排泄物处理方式统计困难,又希望计算结果有据可依。本文参照FAO公布的2004年中国禽类排泄物氧化亚氮排放量,利用排放量除以调整后的2004年年平均饲养量(表2)可大致推算出排放系数,FAO未估算的畜种采取近似畜种合并的方法如骡、骆驼、驴和马氧化亚氮排放系数归到黄牛一类的氧化亚氮排放系数,兔氧化亚氮排放系数归到禽类氧化亚氮排放系数。IPCC给出的计算氧化亚氮排放量的计算公式如下式中,N2OD(mm)为畜禽排泄物氧化亚氮年排放量,t;N(T)T为种畜禽的饲养量,头、只;Nex(T)为平均每头(只)每年N排泄量,t;MS(T,S)为T种畜禽排泄物S处理方式的处理比例,%;EF3(S)为S处理方式下N排泄量转化成N2O-N的比例,%;S为排泄物处理系统;T为畜禽种类;44/28为N2O-N转换成N2OD(mm)的排放量。2中国饲料生产能耗的估计2.1畜禽甲烷排放量的变化趋势根据2000-2007年的畜禽甲烷排放量比例分析(表4)。1)甲烷排放量比例处于下降趋势的畜禽品种有黄牛和水牛,黄牛和水牛具有一定的同质性,役用功能减弱,饲养量表现出下降趋势。2)甲烷排放量比例处于上升趋势的畜禽品种有奶牛,奶牛甲烷排放量占整个畜禽甲烷排放量的比例逐年上升,且上升趋势明显,与发达国家比较中国牛奶消费还处于非常低的水平,牛奶消费量还有很大的增长空间,这会带来牛奶生产量增加,相应的奶牛饲养量将会持续稳定增长,所以其甲烷排放量将会出现增加趋势,其比例还会上升。3)甲烷排放量比例处于平稳的畜禽品种如:猪、羊和其他畜禽。猪的养殖量较大,虽然年际间养殖量有一定波动但波动比例不会太大,所以总的来说比较平稳;羊的养殖量较平稳,疫病冲击小和养殖习惯影响,所以羊的饲养量变化较小,其产生的甲烷量也稳定;其他畜禽要么本身饲养量较少要么甲烷排放系数较小所以其甲烷产生量较少且变动较小。2.2畜禽氧化亚氮总量同种畜禽氧化亚氮的排放量比例趋势与其甲烷排放量趋势基本相似(表5)。黄牛氧化亚氮的排放量比例在逐年下降;奶牛由于饲养量较小,造成其排泄物少,所以其产生的氧化亚氮与其他畜禽比较起来较小,奶牛被归到其他畜禽;羊和其他畜禽氧化亚氮的排放量比例依然比较平稳。值得注意的是在各畜禽氧化亚氮排放量所占畜禽氧化亚氮总量的比例与甲烷有较大的变化。1)猪的氧化亚氮排放所占比例占第一位且比例有所上扬,年平均比例达32%;2)禽类氧化亚氮排放所占比例较大,仅次于黄牛,年平均比例达16.7%。2.3畜禽养殖结构和排放量增加2000年以后的中国畜禽温室气体排放量总体上呈先升后降趋势(表6)。2000-2005年畜禽温室气体排放总量上升,主要是中国畜牧业发展迅速,平均饲养量上升。2006和2007年畜禽温室气体排放量急剧下降,主要原因是2006年生猪行业遭遇了疫病(如蓝耳病)冲击和肉牛存栏量持续下降。中国畜牧业发展方式在逐年转变。1)中国畜牧业结构调整,反刍牲畜除了奶牛,其他的存栏趋势都是下降,因为这些反刍动物劳动力需求较大且收益不甚理想,很多散养户纷纷放弃养殖外出打工。随着中国农业机械化水平的提高,役用牛大大减少,导致水牛和黄牛最近两年下降最快。2)畜禽品种改良,集中在缩短畜禽生命周期,提高产肉率。畜禽饲养周期的缩短减少了单位畜禽的排放量如20世纪90年代中国生猪出栏需要220d以上,目前生猪出栏大致在180~200d。因此,中国畜禽温室气体排放在未来几年还将继续保持下降趋势。畜禽温室气体排放量下降,是由于中国畜禽的年平均饲养量下降,但并不是说中国畜产品产量会下降,以牛为例,虽然年末存栏量在逐年下降,但是牛肉产量在逐年上升(图1),表明在没有大幅增加畜禽存量的基础上,同时可以满足中国居民日益增长的畜产品消费;其次中国畜禽温室气体排放系数将缩小,畜禽规模化养殖推进为温室气体排放措施的实施提供可能。2.4畜禽温室气体排放系数1)最新的甲烷排放量计算。本文的甲烷排放系数严格取自于IPCC(2006)年的排放系数,是目前为止最新估算中国甲烷排放量的研究。国内学者和国家信息通报主要计算90年代的排放量情况,最新的是FAO(2006)计算的中国2004年主要畜禽温室气体排放量。2)侧重时间趋势的分析。本文估算2000-2007年中国畜禽温室气体排放量的研究。其他研究主要计算某年的数据,但并不是其畜禽温室气体排放系数就是当年测定的系数,既然排放系数无法更新到计算年,计算某年和计算一段时间序列也不会有太大的差异,所以给本研究的时间趋势分析提供了可能性。3)甲烷排放总量低于已有研究结果。本文估算的2004年畜禽胃肠发酵甲烷排放量接近FAO(2006)公布的主要畜禽胃肠甲烷排放量,但是排泄物的甲烷排放量仅为FAO公布值的一半左右,由于FAO没有公布具体计算过程,无法对比其具体差距,本文畜禽排泄物甲烷排放系数来自IPCC,而且有具体的计算过程及推理,参照国家信息通报公布的1994年畜禽排泄物甲烷排放量,可以推测FAO对中国畜禽甲烷排放量存在高估现象。本文与国内研究结果比较国内学者计算的范围较窄只包含反刍动物无法进行对比,国家信息通报主要计算90年代的排放量情况,时间点不同也很难作比较。4)畜禽排泄物氧化亚氮排放量源于FAO,所以无法做进一步的比较。本文估算的畜禽氧化亚氮排放量高于FAO,因为本文包括的畜禽品种多于FAO。值得注意的是:根据与FAO畜禽排泄物甲烷排放量的对比,畜禽排泄物产物的氧化亚氮排放量,同样可以推测也存在高估,但是没有具体的修正标准,因此依然采取FAO的反推排放系数。3对畜禽温室气体排放量的调查与分析中国幅员辽阔,地区差异明显。畜禽发展也呈现不同发展格局,在完成总量估算的基础上,对各地区畜禽温室气体排放进行估算是必要的。完成省区估算,可以看出不同地区畜禽温室气体排放量对中国畜禽温室气体排放总量的贡献,政府可以针对重点区域实施重点项目支持和各项改造工程。各省采取的是2007年畜禽年末存栏量,所以其计算结果与第2部分2007年全国畜禽温室气体排放量有一定的差别(见表8注)。根据2007年省级数据计算加总,全国畜禽胃肠发酵产生的甲烷量746.8万t,排泄物产生的甲烷量171.4万t,氧化亚氮46.2万t。由于篇幅原因,本文只报告畜禽温室气体排放量前10位的省份。3.1全国区体现出片段性10省(区)畜禽甲烷排放量总量占全国畜禽甲烷排放量总量的60.2%,说明集中度较高而且10个省在区域上表现出连片性。黑龙江、内蒙古、新疆、西藏和云南5省区为第1片区,畜禽甲烷排放量占全国畜禽甲烷排放量总量的27.6%;河北、山东和河南为第2片区,畜禽甲烷排放量占全国畜禽甲烷排放量总量的19.6%;四川和湖南为第3片区,畜禽甲烷排放量占全国畜禽甲烷排放量总量的12.9%。3.2畜禽甲烷排放量10省(区)畜禽排泄物氧化亚氮的排放总量占全国畜禽排泄物氧化亚氮排放总量的59.2%,这10省(区)如畜禽甲烷排放量前10省的区域分布一样表现连片性。广东、广西、湖南、湖北、云南和四川为第1片区,畜禽氧化亚氮排放量占全国畜禽氧化亚氮排放量总量的33.47%;河南、山东、河北和辽宁为第2片区,畜禽氧化亚氮排放量占全国畜禽氧化亚氮排放量总量的25.71%。3.3畜禽甲烷排放量和畜禽产品外污染源有所增加前10位的省(区)畜禽甲烷排放量及氧化亚氮排放量占全国畜禽甲烷排放量及氧化亚氮排放总量都在60%左右,有6个省(四川、河南、山东、云南、河北和湖南)的畜禽甲烷排放量和畜禽排泄物氧化亚氮排放量都是排在前10位,应该被列为重点区域关注。四川和河南畜禽甲烷排放量和畜禽排泄物氧化亚氮排放量都处于全国前2位,应该被列畜禽温室气体排放的重点省份。4各区畜禽温室气体排放量年平均畜禽温室气体排放量显示:畜禽胃肠发酵甲烷排放量达834.6万t大约占畜禽甲烷排放总量83.2%;畜禽的排泄物也是温室气体的重要来源,畜禽排泄物既产生168万t甲烷,同时还产生57.7万t氧化亚氮。各畜禽温室气体排放量比较,反刍动物