浙江省生豬養殖業溫室氣體排放估算及減排對策探討

李軍，傅水江，方建民，黃成

(紹興市柯橋區畜牧獸醫所，浙江 紹興 312030)

生豬養殖業是浙江畜牧第一產業，是關乎“菜籃子”的民生工程。2021年，浙江省生豬年末存欄640.23萬頭，全年出欄773.91萬頭，全年產豬肉65.15萬t；豬肉產量占肉類總產量的63.25%，占豬、牛、羊肉產量的94.11%。超大的產業規模也預示，生豬養殖產生的環境污染不容小覷[1-2]。

2020年9月22日，習近平總書記在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上提到：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和[3]?！薄半p碳”行動業已開啟，綠色低碳轉型勢在必行。

甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)是最主要的2種非二氧化碳溫室氣體，其全球增溫潛勢分別是二氧化碳的25和298倍[4]。在畜牧養殖業中，甲烷排放主要來自動物腸道發酵(enteric fermentation)，特別是反芻動物的腸道發酵，同時動物糞便管理系統(manure management system)也會產生大量甲烷。氧化亞氮則主要來自動物糞便管理系統。根據《中華人民共和國氣候變化第二次兩年更新報告》顯示，2014年中國溫室氣體排放構成中，二氧化碳、甲烷和氧化亞氮的比重分別為81.6%、10.4%和5.4%，合計占比為97.4%。在農業活動中，甲烷排放量和氧化亞氮排放量分別為2 224.5萬 t和117.0萬t，分別占甲烷和氧化亞氮總排放量的40.2%和59.5%。由此可見，農業源溫室氣體減排已經迫在眉睫。

近十年來，經過“五水共治”和非洲豬瘟疫情的洗禮，浙江省生豬養殖業總體實現了轉型升級，全省生豬養殖規?；急葟?014年的56.13%提高到了2018年的84.26%[5]。

因此，為了更好地了解浙江省生豬養殖過程中溫室氣體的排放情況，本文運用IPCC排放因子法估算了2015—2021年浙江省生豬養殖業甲烷和氧化亞氮的排放量，希望能夠為全省溫室氣體減排提供一定的理論依據和最新決策參考。

1 材料與方法

1.1 研究地區概況

浙江省地處中國東南沿海長江三角洲南翼，屬季風性濕潤氣候，氣溫適中，四季分明，光照充足，雨量豐沛。年平均氣溫在15～18 ℃，1月、7月分別為全年氣溫最低和最高的月份，5月、6月為集中降雨期。浙江省東西和南北的直線距離均為450 km左右，陸域面積10.55萬km2，是中國面積較小的省份之一。全省陸域面積中，山地占74.6%，水面占5.1%，平坦地占20.3%，故有“七山一水兩分田”之說。

1.2 數據來源

浙江省2015—2021年生豬養殖數據來源于《2022年浙江統計年鑒》，各市2021年的生豬養殖數據來源于各市的2022年統計年鑒。生豬類別按照商品育肥豬和能繁母豬劃分，商品育肥豬全年飼養量由年末存欄數和出欄數之和與能繁母豬數的差值得到，由于商品育肥豬生命周期一般都小于1 a，因此，在這里平均生命周期為200 d[6-7]，校正為每年平均飼養量，而能繁母豬因為生命周期大于1 a，故無須校正。

AAN=P×(LC/365)。

(1)

式中，AAN為每年平均飼養量(萬頭)；P代表全年飼養總量(萬頭)；LC為生命周期(d)。

1.3 估算方法

根據IPCC排放因子法，采用《浙江省溫室氣體清單編制指南》(2018年修訂版)給出的方法進行估算，公式為：

Eij=EF，ij×AAN×10。

(2)

式中：i表示某種溫室氣體；j表示該種溫室氣體的來源；Eij表示j來源的i排放量(t)；EF，ij表示j來源的i排放的排放因子(kg·頭-1·a-1)；AAN為每年平均飼養量(萬頭)。

二氧化碳當量換算公式為：

NCO2-eq，i=E(i)×NGWP，i×10-4。

(3)

式中：NCO2-eq，i表示溫室氣體i的二氧化碳當量值(萬t)；E(i)表示溫室氣體i的排放量(t)；NGWP，i表示溫室氣體i的全球增溫潛勢。甲烷和氧化亞氮的全球增溫潛勢分別為25和298[4]。

不同來源的甲烷和氧化亞氮排放因子采用《浙江省溫室氣體清單編制指南》(2018年修訂版)給出的默認排放因子(表1)。

表1 生豬溫室氣體排放因子

2 結果與分析

2.1 生豬養殖情況

2013年底，浙江省啟動“五水共治”工程，出臺了《畜禽規模養殖污染防治條例》、新《環境保護法》等環保政策，各地紛紛實施生豬限養禁養、開展養殖污染整治，引發了生豬養殖業的強烈震蕩。而2018年發生的非洲豬瘟疫情更是雪上加霜，生豬年末存欄量從2015年的730.19萬頭，一直降到2019年的427.30萬頭，降幅達到41.5%。而2020年和2021年有了明顯的回升，年末存欄量分別為627.58萬頭和640.23萬頭(圖1)。由此可見，近幾年來，浙江省生豬養殖業發生了很大的變化，因此，有必要重新審視下整個生豬養殖業溫室氣體排放情況。2015—2021年浙江省生豬養殖量總體呈現先降后升的趨勢，2019年末為歷史最低點，年末生豬存欄量只有427.30萬頭。

圖1 2015—2021年浙江省生豬養殖量

2.2 浙江省生豬養殖溫室氣體排放情況

浙江省2015—2021年生豬養殖溫室氣體排放量呈現先降后升趨勢，這跟禁限養和非洲豬瘟導致的養殖量變化密切相關。2015年溫室氣體排放量最高，為87.30萬t二氧化碳當量，2019年溫室氣體排放量最低，為51.52萬t二氧化碳當量。2020年增幅最大，達46.7%。2021年達到2015年之后的最高值，為78.02萬t二氧化碳當量(表2)。

表2 浙江省2015—2021年甲烷和氧化亞氮排放情況

生豬養殖過程中甲烷排放主要來源于動物腸道發酵和糞便管理系統。相比于牛、羊等反芻動物來說，豬的腸道發酵甲烷排放量相對要小得多。但由于豬飼養量相對較大，其腸道發酵產生的甲烷也不容忽視。2015—2021年甲烷排放量變化趨勢與生豬飼養量變化趨勢一致，表現為先降后升，2015年甲烷排放量最大，為26 005 t，其中腸道發酵排放量為4 277 t，占16.4%，而糞便管理排放量為21 728 t，占83.6%。2019年為甲烷排放量最低點，總計排放15 340 t。而2021年甲烷排放量又升至23 234 t，僅次于2015年(表2)。

氧化亞氮排放主要來源于動物糞便管理系統。2015—2021年氧化亞氮排放量同樣表現為先降后升的趨勢，其中，2015年氧化亞氮排放量最大，為748 t，2019年排放量最低，為442 t，2021年上升到669 t，僅次于2015年的排放量(表2)。

另外，從溫室氣體來源來看，腸道發酵約占溫室氣體排放總量的12%，糞便管理系統溫室氣體排放量約占總量的88%(表2)，這也意味著，糞便管理系統將是今后溫室氣體減排重點。

2.3 2021年浙江省各地溫室氣體排放情況

2021年浙江省各地養豬業溫室氣體排放情況見表3。其中杭州市排放量最大，為13.29萬t二氧化碳當量，占全省的17%；衢州市和金華市排放量分別為11.10萬t和10.87萬t二氧化碳當量，各占14%；其次是溫州市和寧波市，各占11%，排放量分別是8.51萬t和8.08萬t二氧化碳當量。舟山市排放量最小，為0.82萬t二氧化碳當量，占全省總排放量的1%。

表3 2021年浙江省各地甲烷和氧化亞氮排放情況

3 討論

隨著人民生活水平的提高，人們對環境質量的要求也越來越高。特別是黨的十八大提出“五位一體”中國特色社會主義事業總體布局后，生態文明建設的地位和作用更加突顯?！缎笄菀幠ｐB殖污染防治條例》和新《環境保護法》等法律法規的出臺實施更是對養豬業提出了環保高要求。

《全國生豬生產發展規劃(2016—2020年)》明確，浙江省(系南方水網地區)為生豬養殖約束發展區，需要優化區域布局，實行合理承載，推動綠色發展。而另一方面，“菜籃子”這一民生工程又需要持續抓好生豬增產保供。根據2021年印發的《浙江省畜牧業高質量發展“十四五”規劃》文件要求，生豬存欄要從2020年的627.58萬頭增長到2022年的778萬頭，并在2025年維持在780萬頭。豬肉產量從2020年的54.2萬t增長至2025年的120萬t，并且豬肉自給率從40%提升至70%。由此可見，未來幾年生豬養殖量勢必會只增不減，甚至超過2015年的生豬總量，并最終維持在一定的高度。因此，通過減少生豬飼養量以達到減排的方式是不現實的，與穩產保供要求相違背。必須通過相關技術手段，減少腸道發酵和糞便管理系統帶來的溫室氣體排放量來實現一定程度的減排效果。

動物腸道發酵甲烷排放主要是由牛、羊等反芻動物在胃腸道中發酵產生，而非反芻動物腸道發酵排放相對較少。因此，研究人員圍繞反芻動物腸道發酵甲烷減排策略展開了大量的研究。如通過動物品種選育、調整日糧結構、使用甲烷抑制劑、增加硝酸鹽等其他電子受體等措施來達到甲烷減排的效果[8]。而豬作為一種單胃動物，其個體腸道發酵甲烷排放量相對較少，相關腸道發酵減排研究也比較少。不過，在反芻動物中常用的一些減排策略，可能也同樣適用于非反芻動物[9]。比如在飼料中添加一些植物次生代謝物或者使用益生菌、離子載體和有機酸等化學物質都有可能起到甲烷減排效果。Gong等[10]發現，在生豬日糧中添加釀酒酵母(YST2)，其腸道發酵甲烷排放量能夠減排25%。但由于非反芻動物在腸道發酵過程中甲烷的排放量并不高，并且腸道發酵是內源性的，涉及到多種微生物共同作用，容易受動物品種、動物日齡、日糧結構、環境溫度等因素的影響，目前也沒有系統化的可以推廣運用于生產實際的減排措施，因此，豬等非反芻動物的甲烷排放主要還是應該聚焦在糞便管理系統上。

作為非反芻動物，其糞便管理系統溫室氣體排放將占據主導地位。糞便管理系統的對象是畜禽養殖過程中畜禽產生的排泄物，即畜禽糞污，包括動物糞便和尿液等。這些糞污在處理和貯存過程中，都會產生溫室氣體。動物糞污在厭氧環境下發酵分解會產生甲烷氣體。而氧化亞氮則是糞污處理和貯存過程中通過硝化作用和反硝化作用產生，硝化作用需要有氧氣的參與，而反硝化作用則需要在厭氧環境進行。甲烷和氧化亞氮的排放跟氣候溫度、底物碳氮比、處理方式等多種因素密切相關[11]。

畜禽糞便管理系統可以大致分為固體管理系統和液體管理系統，前者包括直接散施、固體堆放、氧化塘、堆肥等，后者包括糞漿貯存、厭氧塘、厭氧發酵等[12]。不同的糞便管理系統具有不同的溫室氣體排放特點。為最大化實現糞便管理系統減排，需要選擇合適的糞便管理系統，并采取相應的減排措施。

首先，應該從源頭入手，利用低蛋白日糧技術，提高飼料利用率，較少糞便氮素含量，間接達到氧化亞氮減排效果。清糞方式選擇干清糞，則可以減少污水產生，有效減少甲烷排放。

其次，選擇合適的糞便管理系統。目前來看，堆肥生產有機肥、厭氧發酵生產沼氣是我國主要的糞污處理方式，也是國家主推的糞污處理方式[13]。利用好糞便管理系統，不僅可以實現糞污的資源化利用，變廢為寶，也可以極大地降低糞污處理過程中的溫室氣體排放，實現綠色環?？沙掷m發展。

堆肥作為一種優良的管理模式，不僅能夠提供安全、無毒的有機肥料，而且還能夠間接減少使用化學肥料，改善土壤性質。朱新夢等[14]以奶牛糞便為試驗材料，比較了農民堆肥、覆蓋堆肥、覆蓋-翻堆堆肥和覆蓋通風-翻堆堆肥4種堆肥方式對溫室氣體排放的影響，結果發現，覆蓋通風-翻堆堆肥不僅能夠滿足堆肥產品的腐熟度要求，而且其總溫室效應最低，可以在實際生產中推廣。另外，在堆肥過程中添加一些改良劑優化堆肥過程也可以有效減少溫室氣體的排放。堆肥過程添加10%的麥飯石，能夠減排85.26%的氧化亞氮氣體[15]。Mao等[16]研究表明，與對照相比，添加10%或者20%的蘋果渣能夠減排24%的氧化亞氮，而添加1%的檸檬酸，也能減排18%的氧化亞氮。Wang等[17]在豬糞堆肥過程中，添加10%生物炭，10%沸石和2%的木醋液，可以減排甲烷61.15%，減排氧化亞氮81.10%。Luo等[18]在豬糞堆肥過程中添加磷石膏，發現可以有效減少甲烷排放量，而對于氧化亞氮沒有明顯減排效果，但是如果配合0.2%的雙氰胺一起使用時，則能明顯起到氧化亞氮減排效果。Yang等[19]在豬糞堆肥時，單獨使用雙氰胺時，同樣發現能夠減排9.6%的甲烷和31.79%的氧化亞氮。如果雙氰胺與磷石膏或者過磷酸鈣一起使用時，則能減排29.55%～37.46%的溫室氣體。雙氰胺和磷石膏組合添加使用，可以分別減排38.58%的甲烷和36.14%的氧化亞氮排放量。

沼氣工程則是另一種優良的管理模式。通過厭氧發酵生產沼氣，可以使糞污能源化，沼液沼渣則可以就近還田，種養結合，形成現代生態循環農業。然而，沼氣工程初始投資大、融資困難、規模效益差、資源可獲得性不穩定、副產品市場需求不足、技術保障與服務體系不完善等因素一定程度上制約了沼氣工程的應用[20]。據統計，截至2021年12月，浙江省農村沼氣工程運行率為80%，而農村戶用沼氣池運行率不足20%，因此，需要政府加強指導，主動轉型，實現科學利用，助推綠色可持續發展[21]。

另外，應加強散養生豬溫室氣體排放的監管。散養戶往往由于飼養環境和飼養技術等原因，飼料轉化力較低，且飼養周期通常較長，導致溫室氣體排放較大[22]，因此，需要盡量提高飼養技術、縮短飼養周期，減少溫室氣體的排放。