江西省畜牧產業溫室氣體排放時空差異分析

王智鵬　孔凡斌　潘丹

[摘 要]本文運用生命周期評價方法，綜合考慮江西省畜牧產業的整個過程，選取飼料糧種植、飼料糧運輸和加工、畜禽腸道發酵、糞便管理系統、飼養環節耗能和畜禽產品屠宰加工六大環節，測算分析了1990—2013年江西省畜牧產業生命周期溫室氣體排放的時空差異。研究結果表明：總量上，1990—2013年，江西省畜牧產業生命周期及各個環節、各類別畜禽的CO2當量排放量均呈上升趨勢，其中飼料糧種植、飼料糧運輸加工、畜禽飼養耗能和畜禽產品屠宰加工環節CO2當量排放量上升趨勢尤為明顯；結構上，飼料糧種植、畜禽腸道發酵和糞便管理系統是江西省溫室氣體排放的主要來源，非反芻畜禽溫室氣體排放比例高于反芻畜禽；地區差異上，宜春市、吉安市和贛州市CO2當量排放總量位列江西省前三位，且排放總量遠高于其他市區。

[關鍵詞]畜牧產業；生命周期；時空差異；溫室氣體

[中圖分類號]F127；F326.3；X196 [文獻標識碼]A [文章編號]1674-6848（2015）03-0026-11

[作者簡介]王智鵬（1991— ），男，江西上饒人，江西財經大學鄱陽湖生態經濟研究院農業經濟管理碩士研究生，主要從事農業經濟研究；孔凡斌（1967— ），男，江西九江人，江西省社會科學院副院長、研究員，江西財經大學二級教授，博士研究生導師，博士后合作導師，主要從事生態經濟、資源與環境經濟和農林經濟研究（江西南昌 330077）；潘丹（1986— ），女，江西宜春人，江西財經大學在站博士后，主要從事環境經濟和農業經濟研究（江西南昌 330032）。

[基金項目]國家自然科學基金青年基金項目“大湖地區畜禽養殖污染形成機理及管控政策研究——以鄱陽湖生態經濟區為例”（71303099）、江西省哲學社會科學重點研究基地（2014年）規劃項目“完善我省農村環境污染治理制度研究”（14SKJD20）和江西省社會科學研究規劃項目“鄱陽湖生態經濟區畜禽養殖污染治理生態補償機制研究”（13YJ50）的階段性成果。

Title： The Spatial-temporal Changes of Greenhouse Gases Emissions in Jiangxis Graziery Sector — Base on Life Cycle Analysis（LCA）Method

By： Wang Zhipeng， Kong Fanbin & Pan Dan

Abstract： This study considers six important factors of graziery sector，including feed grain plantation， transportation and processing of feed grain， livestock enteric fermentation， manure management system， energy consumption of livestock and poultry breeding， and slaughter and processing of livestock products with the Life Cycle Analysis（LCA）method to estimate and analyze the spatial-temporal changes of greenhouse gases emissions of graziery sector during 1990 to 2013 in Jiangxi. The results show that：（1）the total amount of the CO2 emissions was on the rise from 1990 to 2013， especially for factors of feed grain plantation， transportation and processing of feed grain， energy consumption of livestock and poultry breeding， slaughter and processing of livestock products；（2）feed grain plantation， livestock enteric fermentation and manure management system are the main sources of greenhouse gases emissions where non-ruminant livestock greenhouse gases emission ratio is higher than ruminant livestock；（3）the spatial analysis of the CO2 emissions indicates that emissions from Yichun， Ji'an and Ganzhou outweigh all other regions in Jiangxi.

Key words： graziery sector； life cycle； spatial-temporal changes； greenhouse gases

一、引言

江西省是全國畜牧產業養殖的大省，畜牧業已成為江西農業農村經濟發展的主導產業和農民就業增收的主要渠道，然而，日趨嚴峻的畜牧產業溫室氣體排放形勢給江西省的環境和氣候變化帶來巨大挑戰。畜牧產業所排放的CO2、CH4、N2O已經成為全球溫室氣體排放的主要來源之一，溫室氣體排放對環境的影響已然成為重點關注的問題①。據統計，畜牧產業排放CO2、CH4、N2O氣體已經占到人類活動所排放總量的9%、65%和37%，其溫室氣體排放當量總量占農業溫室氣體排放總量和人類活動溫室氣體排放總量的57%和18%②。加強江西省畜牧產業溫室氣體排放研究，對于降低區域畜牧產業溫室氣體排放、應對氣候變化、引領江西畜牧產業低碳發展，具有十分重要的理論意義和現實意義。通過測算溫室氣體排放總量和對空間格局變化的把握，能夠更有針對性和可操作性地進行溫室氣體減排目標和政策的制定。

目前，國內已有學者對我國畜禽溫室氣體排放進行了測算。徐興英等人估算了江蘇省2000—2009年畜禽溫室氣體排放量，研究表明，畜禽腸道發酵是重要甲烷排放來源，占畜禽甲烷排放總量的 61.06%；糞便管理甲烷排放是畜禽溫室氣體的另一重要來源，占甲烷排放總量的 38.94%；腸道發酵羊的甲烷排放量最大，糞便管理中溫室氣體排放生豬排放貢獻最大，前者主要是由排放系數決定，后者取決于飼養量③。范敏等人計算了江西省2004—2011年各地區在不同時間段的生豬養殖溫室氣體排放特征，并對影響生豬養殖溫室氣體排放的因素進行了簡要介紹④。劉月仙等運用IPCC分析了北京地區1978—2009年間畜禽溫室氣體排放特征，研究表明，牲畜腸道發酵產生的CH4比重最大，年平均排放量為0.4TgCO2-eq，排放貢獻最大的是牛，占腸道發酵甲烷排放總量的54%；牲畜糞便排放的CH4平均值為0.2TgCO2-eq，牲畜糞便排放的N2O平均值為0.3TgCO2-eq，畜禽糞便管理排放的CH4和N2O主要來自豬的排放，其貢獻率分別為73%和 46%⑤。孟祥海等運用生命周期評價方法，測算和分析1990—2011年中國及2011年國內各地區畜牧業溫室氣體排放特征。研究表明：反芻家畜的CO2當量排放量占55.25%，非反芻畜禽占44.75%。2011年西部地區畜牧業全生命周期CO2當量排放量所占比重最大，并且西部地區的排放強度最高；農區畜牧業全生命周期CO2當量排放量占63.88%，牧區占14.07%，但牧區的排放強度最高，農區最低⑥。程瓊儀等運用LCA方法對江西省高安縣某肉牛育肥場污染物排放量進行估算，把化肥生產、農作物種植、飼料運輸、肉牛生產和糞便處理作為系統邊界⑦。

當前，我國對畜禽CH4氣體排放和N2O氣體排放研究較多，對畜牧產業整個生命周期和省域、市域尺度的研究較少，而且這些研究多在全國尺度或畜牧產業的單個類別或畜牧產業某個環節的溫室氣體測算。生命周期評價（Life Cycle Assessment，LCA）是一個從“搖籃到墳墓”的全過程評價，匯總和評估一個產品體系在其整個生命周期的所有投入及產出對環境造成潛在影響的方法，生命周期評價為畜牧產業提供了一種從系統的角度來分析問題的思路和評估的標準和方法①。為此，本文以市域為基本研究單位，運用1990—2013年江西省畜禽養殖數據，采用IPCC（2006）國家溫室氣體排放指南，測算和分析江西省及11個設區市生命周期溫室氣體排放總量和排放時空特征，為江西省制定溫室氣體減排政策，實現江西省畜牧產業低碳發展和推進生態文明建設江西樣板工程提供理論依據。

二、數據來源與研究方法

江西省及11個設區市畜禽養殖數據主要來源于1991—2014年《江西統計年鑒》，部分數據來源于《中國農村統計年鑒》和《全國農產品成本收益資料匯編》。本文基于生命周期方法和江西省畜牧產業的特點，借鑒聯合國糧農組織溫室氣體排放量評估框架《IPCC 2006年國家溫室氣體清單指南》，建立畜牧產業溫室氣體排放量的評估方法。運用此方法，選取飼料糧種植、飼料糧運輸和加工、畜禽腸道發酵、畜禽飼養環節耗能、糞便管理系統和畜禽產品屠宰加工六大環節為研究系統邊界，如圖1所示；采用1990—2013年江西省11個設區市面板數據測算歷年江西省及各設區市畜牧產業生命周期排放量，進一步系統分析江西省畜牧產業溫室氣體排放的時間變化、結構特征和空間格局。本文主要借鑒胡向東、孟祥海等②的計算方法，生命周期過程中GHG排放系數的確定優先參照國內資料以及來自于IPCC準則溫室氣體排放系數等資料，如表1所示。

在畜牧產業整個生命周期過程中產生的溫室氣體主要包括CO2、CH4、和N2O，各種溫室氣體的排放量依據其相應的全球升溫潛能值轉化為CO2當量（CO2-eq）計算③。為便于分析畜牧產業生命周期的排放特征，按六大環節分類進行計算。畜禽統計數據包括年末頭數和年出欄數兩部分，畜禽在養殖中會有繁殖和屠宰過程，會引起一個年度內飼養數量的變化。為保證計算的嚴謹，故采用以下方式對畜禽年度內平均飼養量進行估算，再根據各類畜禽的平均飼養量估算其產生的溫室氣體量：（1）當畜禽生產周期大于或等于1a時，畜禽的年平均飼養量采用年末頭數計算；（2）當畜禽生產周期小于1a時，畜禽的年平均飼養量采用年出欄數據計算得出。其公式為：

■（1）

式中：APP表示畜禽年平均飼養量，頭（只）；Nend表示畜禽年末頭數，頭（只）；Dayalive表示畜禽平均飼養周期，天。

（一）飼料糧種植產生的CO2排放

畜禽飼料包括精飼料和粗飼料，精飼料主要成分是玉米、小麥、豆粕、麩皮和礦物質等，粗飼料主要是泔水，青菜瓜果秸稈和剩菜剩飯等。在本文中，粗飼料屬于廢棄物，豆粕、麩皮是經過第一次處理后的副產品，礦物質所占分量過少，都不予計算畜牧業飼料糧種植溫室氣體排放。在飼料糧種植過程中，所需的農藥、化肥、農業灌溉、土地翻耕以及機械耗能等活動也會產生溫室氣體，故歸類為畜牧產業間接溫室氣體排放計算其中。所以，飼料糧種植產生的CO2排放量公式如下所示：

■（2）

式中：EGF表示飼料加工過程中產生的CO2排放量；i表示畜禽產品，包括牛肉、牛奶、羊肉、豬肉、禽肉、禽蛋；Qi表示i類畜禽產品的年產量，噸；ti表示i類畜禽單位產品耗糧系數，kg/kg；pj表示i類畜禽飼料配方中j類糧食所占比重，包括玉米、小麥、大豆，其中：牛的精飼料中玉米占37%，豆粕類占26%；羊的精飼料中玉米占62.61%，豆粕類占12.89%；豬精飼料中玉米占56.15%，小麥占18%；禽類精飼料中玉米占57%，豆粕類占17%，小麥占5%；EFjA表示j類飼料糧運輸加工過程中的CO2排放系數，t/t。

（二）飼料糧運輸加工產生的CO2排放

在種植收獲玉米、大豆、小麥等作物后，經過曬干、篩選、運輸、碾碎、配料、混合等加工制成飼料。在此過程過，所消耗的能源也計算入間接溫室氣體排放中。飼料糧運輸加工過程產生的CO2公式如下所示：

■（3）

式中：ESM表示飼料糧運輸加工過程中產生的CO2排放量；Qi表示i類畜禽產品的年產量；ti表示單位畜禽產品耗糧系數，kg/kg；pj表示i類畜禽飼料配方中j類糧食所占比重，包括玉米、小麥、大豆；EFjB表示j類飼料糧運輸加工過程中的CO2排放系數，t/t。

（三）畜禽腸道發酵產生的CH4排放

在養殖過程中，禽類腸道屬于無氧條件，產生CH4氣體。牛、羊屬于反芻牧禽，其瘤胃是產生CH4的主要來源。豬和禽類屬于非反芻畜禽，其中豬是單胃產生的CH4較少，而禽類腸道產生的CH4極微，本文不予考慮。畜禽腸道發酵產生的CH4排放量公式如下所示：

■（4）

式中：EMT表示畜禽腸道發酵產生的二氧化碳排放當量（CO2-eq）；i表示畜禽養殖類別，包括牛、羊、禽類、生豬；APPi表示i類畜禽年平均飼養量；EFiD表示i類畜禽糞腸道發酵CH4排放系數，kg/（頭·a）；GWPCH4表示CH4全球升溫潛能值。

（四）糞便管理系統產生的CH4排放

在禽類糞便管理系統中，產生的CH4排放量取決于糞便的排放量以及糞便厭氧條件的降解比例。糞便在厭氧條件下產生CH4，在其管理和儲存過程中都會釋放CH4。當養殖場將大量糞便排放進化糞池、糞坑或沼氣池等儲存系統下，便會形成厭氧條件，從而產生大量CH4。糞便管理系統產生的CH4排放量如下所示：

■（5）

式中：EGC表示畜禽糞便管理系統產生的二氧化碳排放當量（CO2-eq）；APPi表示i類畜禽年平均飼養量；EFiF表示i類畜禽糞便管理系統CH4排放系數，kg/（頭·a）；GWPCH4表示CH4全球升溫潛能值。

（五）糞便管理系統產生的N2O排放

在畜禽糞便管理系統中，當糞便在管理和儲存時為有氧條件下產生N2O氣體。糞便中所含的氮元素經過相關的硝化和反硝化作用，將糞便中的蛋白質所含的氮反應轉化為N2O氣體。糞便管理系統產生的N2O排放量公式如下所示：

■（6）

式中：EGD表示畜禽糞便管理系統產生的二氧化碳排放當量（CO2-eq）；APPi表示i類畜禽年平均飼養量；EFiG表示i類畜禽糞便管理系統N2O排放系數，kg/（頭·a）；GWPN2O表示N2O全球升溫潛能值。

（六）畜禽飼養環節的CO2排放

在畜禽飼養過程中，生產照明、欄舍防寒保暖、通風散熱、設備運轉等環節，所需要消耗的電能、煤等能源，也會直接或間接產生溫室氣體的排放。畜禽飼養環節產生的CO2排放量如下所示：

■

■（7）

式中：EGE表示畜禽飼養環節耗能產生的CO2排放量；NAPAi表示i類畜禽年生產總量；Cie表示i類畜禽每只（頭）在一個飼養周期所消耗的用電支出，元/頭；pricee表示畜禽養殖的用電單價，元/（KW·h）；EFe表示電能消耗的CO2排放系數，t CO2/（MW·h）；Cic表示i類畜禽每只（頭）在一個飼養周期所消耗的用煤支出，元/頭；pricec表示畜禽養殖的用煤單價，元/t；EFc表示煤燃燒的CO2排放系數，t/t。

（七）畜禽屠宰加工產生的CO2排放

活的畜禽從養殖場經過運輸到屠宰廠，然后經過屠宰、分類加工制成畜禽產品，如：肉制品、奶制品和蛋等。這些過程中所需的能耗也要計算入間接溫室氣體排放中去，所以畜禽屠宰加工溫室氣體產生的CO2排放公式如下所示：

■（8）

式中：ESF表示畜禽屠宰加工產生的CO2排放量；Qi表示i類畜禽產品年產量，其中包括豬肉、羊肉、禽肉、牛肉、牛奶、禽蛋；KJj表示單位畜牧產品屠宰加工耗能，KJ/kg；en表示每度電的熱值，MJ/（KW·h）；EFe表示電能消耗的CO2排放系數，t CO2 /（MW·h）。

（八）排放總量計算

綜上所計算，江西省畜牧產業生命周期溫室氣體排放計算的公式如下所示：

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■

（9）

式中：ETotal表示畜牧業生命周期溫室氣體的排放總量；EGF表示飼料糧運輸加工產生的CO2排放量；ESM表示飼料糧運輸加工產生的CO2排放量；EMT表示畜禽腸道發酵產生的二氧化碳當量（CO2-eq）排放量；ECD表示糞便管理系統產生的二氧化碳當量（CO2-eq）排放量；EGE表示畜禽飼養環節的CO2排放量；ESF表示畜禽屠宰加工產生的CO2排放量。

三、結果分析

（一）江西省畜牧產業生命周期溫室氣體排放時間變化分析

1990—2013年江西省畜牧產業生命周期CO2當量排放量及排放強度如表2、圖2所示。從中可以發現：1990-2013年江西省畜牧產業生命周期及各個環節的CO2當量排放量均呈上升趨勢而同時期畜牧產業CO2當量排放強度呈波動下降趨勢；江西省畜牧產業生命周期CO2當量排放量可以分為三個階段：1990—1997年為第一階段，1998—2002年為第二階段，2003—2013年為第三階段。在第一階段，CO2當量排放總量（ETotal）從1990年974.12萬噸增長到1997年1548.13萬噸，呈上升趨勢；第二階段，CO2當量排放總量（ETotal）從1998年1464.18萬噸下降到2002年1346.17萬噸，呈下降趨勢；第三階段，CO2當量排放總量（ETotal）從2003年1369.68萬噸增長到2013年1782.41萬噸，呈上升趨勢。

江西省畜牧產業生命周期CO2當量排放總量（ETotal）年均增長率為2.66%，飼料糧種植（EGF）、飼料糧運輸加工（ESM）、畜禽腸道發酵（EMT）、糞便管理系統（ECD）、飼養環節能耗（EGE）和畜禽屠宰加工（ESF）各環節CO2當量排放量年均增長率分別為4.82%、5.53%、0.33%、2.6%、5.36%和5.07%，其中EMT和ECD的年均增長率明顯低于EGF、ESM、EGE和ESF的年均增長率。從江西省畜牧產業生命周期溫室氣體排放各環節的增長速度可以發現，飼料糧種植、飼料糧運輸加工、飼養環節耗能、畜禽產品屠宰加工的增速明顯高于畜禽腸道發酵和糞便管理系統環節的溫室氣體排放量增速。反映出江西省畜牧產業由家庭散養模式向規模化模式轉變，由以農戶廢棄食物為主向高投入、高能量、高蛋白為特征的集約化、商品化生產模式轉變。

（二）江西省畜牧產業生命周期溫室氣體排放結構特征分析

分別用EGF、ESM、EMT、ECD、EGE和ESF表示江西省畜牧產業生命周期六大環節CO2當量排放量占總排放量的比例。如表3所示，在1990—2013年的24年間，EGF、ESM、EGE和ESP呈現上升趨勢，年均增長率分別為2.11%、2.66%、2.63%和2.35%。EMT和ECD呈現下降的趨勢，年均增長率分別為-2.27%和-0.06%，但ESM和ESF所占比例分別低于1%和0.04%。在CO2當量排放總量所占比例中，飼料糧種植、畜禽腸道發酵和糞便管理系統三大環節所占比例遠高于飼料糧運輸加工、畜禽飼養環節耗能和畜禽產品屠宰加工三大環節，這表明飼料糧種植、畜禽腸道發酵和糞便管理系統三大環節是溫室氣體排放的主要來源。

根據1990—2013年江西省畜牧產業各畜禽類別CO2當量排放量占總排放量的比例（見表4）分析：24年間，江西省生豬、牛、羊和禽類的CO2當量排放比例變化幅度相對平緩。生豬和禽類呈上升趨勢，牛呈下降趨勢，羊呈先上升后下降的趨勢；牛、羊、生豬和禽類的CO2當量排放量占江西省畜牧產業生命周期排放總量的平均比例分別為44.13%、1.03%、42.28%和12.56%，生豬和牛養殖占CO2當量排放總量主導地位。反芻畜禽（牛、羊）總排放量占45.16%，非反芻畜禽（生豬、禽類）總排放量占54.84%。

（三）江西省畜牧產業生命周期溫室氣體排放空間格局分析

1990—2013年共24年，江西省11個設區市畜牧產業生命周期CO2當量排放量的空間格局如圖3所示。圖形結果顯示：江西省生命周期CO2當量排放量空間聚集特征明顯，主要年份CO2當量排放量高的排放區主要集中在宜春市、吉安市和贛州市。以1990年為例，江西省11個設區市CO2當量排放總量相對較少，CO2當量排放量前三位為宜春市、吉安市和贛州市，CO2當量排放總量均在150萬噸以上。這與這三個市是傳統的畜牧業大市有關，生豬和牛的飼養數量占據全省的前三。低CO2當量排放區主要集中在贛中北部，包括6個設區市，分別為南昌市、景德鎮市、萍鄉市、九江市、新余市和鷹潭市，其排放總量都低于80萬噸。2000年，宜春市、吉安市和贛州市的CO2當量排放總量進一步提升，達到200萬—300萬噸，南昌市和九江市的CO2當量排放總量也提升明顯，與撫州市、上饒市CO2當量排放總量一起達到80萬—150萬噸。景德鎮市、萍鄉市、新余市和鷹潭市排放總量變化不大，仍然低于80萬噸。2010年，贛州市的CO2當量排放總量繼續呈上升趨勢，CO2當量排放總量達到300萬—350萬噸。南昌市和撫州市的CO2當量排放總量也呈明顯的上升趨勢，CO2當量排放總量達到150萬—200萬噸。景德鎮市、萍鄉市、新余市和鷹潭市依舊維持低排放水平。2013年，吉安市和宜春市的CO2當量排放總量增加明顯，與贛州市一起達到300萬—350萬噸。上饒市的CO2當量排放總量增加明顯，與撫州市、上饒市的CO2當量排放總量一起達到150萬—200萬噸。從1990—2013年的24年間，景德鎮市、萍鄉市、新余市和鷹潭市的CO2當量排放總量基本維持在一個較低的水平。宜春市、吉安市和贛州市的CO2當量排放總量上升趨勢最為明顯，且增量最大。南昌市、撫州市、上饒市和九江市的CO2當量排放總量上升趨勢也較為明顯。

四、結論及建議

本文運用生命周期方法，綜合考慮江西省畜牧產業的整個過程，選取飼料糧種植、飼料糧運輸加工到畜禽腸道發酵、糞便管理系統、飼養環節耗能和畜禽產品屠宰加工六大環節，測算和分析了1990—2013年江西省畜牧產業生命周期溫室氣體排放時空差異。研究結果表明：總量上，1990—2013年江西省畜牧產業生命周期及各個環節、各類別畜禽的CO2當量排放量均呈上升趨勢，其中飼料糧種植、飼料糧運輸加工、畜禽飼養耗能和畜禽產品屠宰加工環節CO2當量排放量上升趨勢尤為明顯；結構上，飼料糧種植、畜禽腸道發酵和糞便管理系統三大環節CO2當量排放量占總排放量的比例遠高于飼料糧運輸加工、畜禽飼養環節耗能和畜禽產品屠宰加工三大環節，飼料糧種植、畜禽腸道發酵和糞便管理系統是江西省溫室氣體排放的主要來源，反芻畜禽（牛、羊）CO2當量排放量占總排放量的比例為45.16%，非反芻畜禽（生豬、禽類）CO2當量排放量占總排放量的比例為54.84%，非反芻畜禽溫室氣體排放比例高于反芻畜禽。地區差異上，宜春市、吉安市和贛州市CO2當量排放總量位列江西省前三位，且排放總量遠高于其他設區市。

結合江西省畜牧產業溫室氣體排放時空結構特征，提出以下幾點建議：一是從總量上看，要努力降低飼料量種植、飼料糧運輸加工、畜禽飼養環節能耗、畜禽產品屠宰加工環節的能源消耗，同時還要通過提高飼養及養殖規模化水平以及畜禽糞便管理與利用效率來降低禽類腸道和糞便管理系統環節的溫室氣體排放；二是從結構上看，要大力調整生豬、牛、羊和禽類的結構分布，降低結構不合理導致的溫室氣體排放；三是從區域差異上看，要通過提高養殖效率、優化區域布局，因地制宜飼養各類畜禽，對不同地區制定差異化的畜禽溫室氣體排放控制政策，同時，將宜春市、吉安市和贛州市列為江西省畜禽溫室氣體排放政策實施的重點區域。