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新疆生產(chǎn)建設兵團畜牧業(yè)溫室氣體排放量估算及特征分析

2025-09-16 00:00:00徐婕楊晶晶
安徽農(nóng)業(yè)科學 2025年16期

關鍵詞畜牧業(yè);溫室氣體;排放量;排放結構;空間變化特征;新疆生產(chǎn)建設兵團

中圖分類號X713文獻標識碼A

文章編號 0517-6611(2025)16-0058-04

doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2025.16.012

Abstract Using the IPCC method and Guidelines for the Provincial Iventory of Greenhouse Gas(Trial) ,the greenhouse emissions of animal husbandryfrom212to22inXinjiangProductionandConstructionCos(XPCC)intermsoftotalmissions,emissonsscue,and spatialvariatioaracteristsreaadesultsshodatialusbandrygreoueessosinXPCCicreadaryyar from 2012 and peaked in 2017,the total emission reached 266.61×104 《 CO2 -eq),and then decreased. The largest greenhouse gas emissions from animal husbandry are CH4 emisions from enteric fermentation of livestock and poultry,accounting for 82.55% of the total greenhouse gas emissions,followed by N2O emissions from livestock and poultry manure management,and finally CH4 emissions from livestock and poultry manuremanagement.Greehousegasemissosfromlivestockandoultryainlycomefromcatle,sheep,andpigs,ountingforrean 75% ofthetotalgreenhousegasemissionsfromtheanimalhusbandryindustryofXPCC,folowedbypoultry,horses,camels,anddonkeys. ThroughteaalysisoftespatialangeofgreouegasmissosoflvestockandpoultryinXiO1KekedlaCityofthefourh Division had the largest greenhouse gas emission,which was 43.84×104 t( CO2 -eq),while Kunyu City of the 14th Division with the smallest greenhouse gas emission only had 4.71×104t(CO2-eq) ). The linear regression prediction of greenhouse gas emissions from animal husbandry in past years shows that greenhouse gas emissions from animal husbandry in XPCC are still increasing.

KeywordsAnalusbdr;reouses;mion;Emissonrcture;Spatialvratonchracterstic;ijiangProuctioadCo struction Corps(XPCC)

畜禽在養(yǎng)殖過程中動物腸道發(fā)酵和糞便貯存處理會釋放出大量甲烷( CH4 )和氧化亞氮( N2O )等溫室氣體[1-2],畜牧業(yè)是溫室氣體的重要排放來源之一。畜牧業(yè)溫室氣體的產(chǎn)生主要包括畜禽腸道發(fā)酵甲烷排放、畜禽糞便管理甲烷和氧化亞氮排放[3],其排放量約占全球人類活動溫室氣體排放總量的 18% 。由于溫室氣體排放量不斷增加,全球變暖這一生態(tài)環(huán)境問題已引起專家學者的廣泛關注。

近年來,新疆生產(chǎn)建設兵團(以下簡稱“新疆兵團”)不斷加快推進畜牧業(yè)發(fā)展,生豬、牛、羊養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)體系的重要組成部分,在促進農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展和改善職工群眾生活水平等方面發(fā)揮著積極作用。然而面對日益嚴峻的氣候變化形勢,探明畜牧業(yè)溫室氣體排放現(xiàn)狀以及排放趨勢顯得尤為重要。目前,關于畜禽養(yǎng)殖溫室氣體排放量估算的研究主要集中在全國尺度[4]、發(fā)達省(市)[5-7]、新疆[8]、南疆四地州[3]等,而新疆兵團溫室氣體的研究多在農(nóng)業(yè)碳排放脫鉤效應分析[9-I],在畜牧業(yè)、不同畜禽種類溫室氣體排放估算等方面的研究相對少見。因此,該研究遵循《省級溫室氣體清單編制指南(試行)》[12中的方法,對新疆兵團2012—2021年畜禽養(yǎng)殖的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行分析,研究畜禽養(yǎng)殖業(yè)溫室氣體排放總量、不同畜禽種類溫室氣體的排放量和空間變化特征,估算未來溫室氣體排放量和預測排放趨勢,以期為新疆兵團畜牧業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展和溫室氣體減排降碳提供科學依據(jù),也為政府加強畜禽養(yǎng)殖污染防治管理提供借鑒。

1資料與方法

1.1研究區(qū)概況新疆兵團位于我國西北部新疆維吾爾自治區(qū)境內,地理坐標為 73°50~95°34E.35°30~48°30N ,地處歐亞大陸中部,氣候屬于典型的溫帶大陸性氣候,下轄各師主要處于溫帶、暖溫帶,具有降水量少、氣候干燥、光熱充足、晝夜溫差大等特點。新疆兵團承擔著國家賦予的屯墾戍邊職責,實行黨政軍企合一體制,是在所轄墾區(qū)內,依照國家和新疆維吾爾自治區(qū)的法律、法規(guī),自行管理內部行政、司法事務,在國家實行計劃單列的特殊社會組織,受中央政府和新疆維吾爾自治區(qū)雙重領導[13],所屬師、團場及企事業(yè)單位分布于新疆維吾爾自治區(qū)各行政區(qū)內。新疆兵團下轄14個師,其中包含1個建筑工程師(第十一師),實行“師市合一”管理體制。2021年,新疆兵團畜牧業(yè)生產(chǎn)總值315.19億元[14],豬、牛、羊年末存欄分別為286.69萬、54.74萬、341.14萬只,肉類、禽蛋和牛奶產(chǎn)量分別是59.08萬、14.72萬、78.02萬t。

1.2 研究方法 畜牧業(yè)溫室氣體排放計算公式如下:

式中: E 為腸道發(fā)酵或糞便管理溫室氣體排放量 (×104t/a) ;EFi 為第 i 類牲畜 CH4 或者 N2O 的排放因子 (頭·a)或kg/λ (只·a)],如表1所示,奶牛、非奶牛、綿羊、山羊的排放因子取自規(guī)模化飼養(yǎng)、農(nóng)戶散養(yǎng)和放牧飼養(yǎng)的平均值; APi 為第 i 類牲畜的數(shù)量( ×104 只或 ×104 頭),研究對象主要包括牛、馬、驢、騾、豬、羊、駱駝、家禽。因家禽體重較小,其腸道發(fā)酵甲烷排放忽略不計。

表1新疆兵團畜牧業(yè)溫室氣體排放因子

1.3數(shù)據(jù)來源計算中的排放因子來自2021年《省級溫室氣體清單編制指南(試行)》(表1),畜禽存出欄量數(shù)據(jù)通過查閱2012—2021年《新疆生產(chǎn)建設兵團統(tǒng)計年鑒》14獲得。為方便計算新疆兵團畜牧業(yè)溫室氣體排放總量和衡量不同排放源溫室氣體對氣候變暖的影響,根據(jù)IPCC給出的全球增溫潛勢值,將 CH4 和 N2O 轉化為 CO2 當量[8,分別乘以轉化系數(shù)25和298。

2 結果與分析

2.1新疆兵團畜牧業(yè)溫室氣體排放總量及構成從圖1可以看出,2012—2021年新疆兵團畜牧業(yè)溫室氣體排放總量呈現(xiàn)先升高后降低再升高的趨勢,2012年新疆兵團畜牧業(yè)溫室氣體排放總量最小,為 209.94×104 t( CO2-eq ),在2017年畜牧業(yè)溫室氣體排放總量最大,達到 266.61×104 t( ,增幅為 26.99% ;2017—2021年波動降低,2021年畜牧業(yè)溫室氣體排放總量為 237.28×104t(CO2-eq) 。新疆兵團畜牧業(yè)溫室氣體排放量最大的是畜禽腸道發(fā)酵甲烷的排放,2017年為220.09×104 t( CO2-eq) ,占當年溫室氣體排放總量的 82.55% ,其次是畜禽糞便管理氧化亞氮的排放,2017年的排放量是31.46×104t(CO2-eq) ,占當年溫室氣體排放總量的 11.80% ,而畜禽糞便管理甲烷排放量所占溫室氣體排放總量的比例最小,僅占 5.65% 。

圖1畜牧業(yè)溫室氣體排放量變化

Fig.1The change of greenhouse gas emission from animal husbandry

2.2畜禽腸道發(fā)酵甲烷排放量從圖2可以看出,2017年新疆兵團畜禽腸道發(fā)酵甲烷排放量最大,其中反芻動物牛和羊腸道發(fā)酵甲烷排放較多,從牲畜種類上來看,綿羊和奶牛的排放量較大,分別是 101.54×104 和 57.58×104t(CO2-eq) 02012一2021年,生豬、奶牛、羊養(yǎng)殖的溫室氣體排放量之和占新疆兵團畜牧業(yè)溫室氣體排放總量的比重超過 75% 。

牛的腸道發(fā)酵甲烷排放量從2012年的 79.82× 104t(CO2-eq) 增加至2021年的 109.98×104 t( CO2-eq, ,占2021年畜禽腸道發(fā)酵甲烷排放總量的 57.87% 。羊的腸道發(fā)酵甲烷排放量呈先升高后降低的趨勢,從2015年的 116.24× 104t(CO2-eq) 降低至2021年的 69.26×104t(CO2-eq) ,降幅為 40.42% ,其中綿羊的降幅達到 41.04% ;羊的排放量占2021年畜禽腸道發(fā)酵甲烷排放總量的 36.44% 。豬的腸道發(fā)酵甲烷排放量呈現(xiàn)逐年升高的趨勢,從2012年的 3.26× 104t(CO2-? eq)增加至2021年的 7.17×104t(CO2-eq) ;馬的腸道發(fā)酵甲烷排放量在 2012年最大,達到 2.48×104 U CO2 -eq),而后從2014年的 1.04×104t(CO2-eq) 開始逐年增加至2021年的 12.21×104t(CO2-eq) ;2021年豬和馬的腸道發(fā)酵甲烷排放量分別占畜禽腸道發(fā)酵甲烷排放總量的 3.77% 和 1.16% 。駱駝的腸道發(fā)酵甲烷排放量總體呈波動增加的趨勢,在2021年達到最大,為 1.17×104t(CO2-eq) ;驢的腸道發(fā)酵甲烷排放量總體呈降低的趨勢,2021年排放量最低,為 0.27× 104t(CO2-eq) ;駱駝和驢的腸道發(fā)酵甲烷排放量分別占2021年畜禽腸道發(fā)酵甲烷排放總量的 0.62%.0.14% 。

2.3畜禽糞便管理甲烷排放量從圖3可以看出,新疆兵團畜禽糞便管理甲烷排放量從2012年的 11.91×104t(CO2-eq) 波動增加至2021年的 18.17×104t(CO2-eq) ,增幅為 52.56% 。畜禽糞便管理甲烷排放中豬的排放量最大,從2012年的4.50×104t(CO2-eq) 增加至2021年的 9.89×104t(CO2-eq) 增幅為 120.00% ,2021年豬的排放量占畜禽糞便管理甲烷排放總量的 54.43% 。其次是牛和羊,2012—2021年牛的糞便管理甲烷排放量從 3.98×104t(CO2-eq) 波動增加至 5.31× 104t(CO2-eq) ,而羊的糞便管理甲烷排放量從 3.05×104 t( CO2-eq 逐年下降至 2.42×104 t( CO2-eq) ,占畜禽糞便管理甲烷排放總量的百分比也從 25.61% 降至 13.32% 。最后依次是家禽、馬、駱駝和驢,2021年這4類畜禽糞便管理甲烷排放量分別占畜禽糞便管理甲烷排放總量的 1.98% 0.72% !0.17%.0.11% 。

圖2畜禽腸道發(fā)酵甲烷排放量變化

圖3畜禽糞便管理甲烷排放量變化Fig.3The change of CH4 emission from manure management

2.4畜禽糞便管理氧化亞氮排放量從圖4可以看出,2017年新疆兵團畜禽糞便管理氧化亞氮排放量最大,牛和羊依然是畜禽糞便氧化亞氮的主要貢獻者,其中綿羊和奶牛的排放量較大。牛的糞便管理氧化亞氮排放量從2012年的 12.06× 104t(CO2-eq) 增加至2021年的 16.20×104t(CO2-eq) ,占2021年畜禽糞便管理氧化亞氮排放總量的 55.75% 。羊的糞便管理氧化亞氮排放量總體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,從2015年的 12.63×104t(CO2-eq) 逐年下降至2021年的 7.52× 104t(CO2-eq) ,降幅為 40.46% ,占畜禽糞便管理氧化亞氮排放總量的百分比從 41.44% 降至 25.88% 。其次是家禽和豬,2021年糞便管理氧化亞氮排放量分別為 3.03×104 和 1.67× 104t(CO2-eq) 。最后依次是馬、駱駝和驢,2021年馬、駱駝和驢的糞便管理氧化亞氮排放量分別為 0.48×104、0.10×104 和 0.06×104t(CO2-eq) ,分別占畜禽糞便管理氧化亞氮排放總量的 1.65%,0.34%,0.21% 。

圖4畜禽糞便管理氧化亞氮排放量變化

Fig.4The change of N2O emission from manure management

2.5新疆兵團畜牧業(yè)溫室氣體排放空間變化從表2可以看出,新疆兵團各師市2021年畜牧業(yè)溫室氣體排放量較多的依次是第四師可克達拉市、第八師石河子市、第六師五家渠市、第七師胡楊河市、第九師白楊市,這5個師市占新疆兵團畜牧業(yè)溫室氣體排放總量的 64.44% ;其次是第一師阿拉爾市、第三師圖木舒克市、第十師北屯市、第二師鐵門關市、第五師雙河市、第十三師新星市;最少的是第十四師昆玉市,僅占新疆兵團畜牧業(yè)溫室氣體排放總量的 1.94% 。各師市畜牧業(yè)溫室氣體排放構成中最大的依然是腸道發(fā)酵甲烷的排放,其次是糞便管理氧化亞氮的排放,最小的是糞便管理甲烷的排放。

表22021年新疆兵團各師市畜牧業(yè)溫室氣體排放量

Table2GHGsemission of animal husbandryby divisioncity in XPCCin202

2.6未來預測基于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)分析,對新疆兵團歷年畜牧業(yè)溫室氣體排放總量進行線性回歸分析(圖5),得到線性回歸方程 y=1.661 1x-3 108.8(R2=0.070 7) ,其中, y 為畜牧業(yè)溫室氣體排放總量; x 為年份。假設按照現(xiàn)有牧草和飼料充裕且排放機理不改變的條件下,根據(jù)預測,到2035和2060年新疆兵團畜牧業(yè)溫室氣體排放總量將分別達到 271.54×104 和 313.07×104t(CO2-eq) 。

圖5新疆兵團畜牧業(yè)溫室氣體排放總量線性擬合 Fig.5Linear fitting of greenhouse gases emissions from animal husbandryinXPCC

3討論

畜禽飼養(yǎng)方式分為規(guī)模化養(yǎng)殖、農(nóng)戶養(yǎng)殖和放牧養(yǎng)殖,而畜禽腸道發(fā)酵甲烷的排放因子會因不同的養(yǎng)殖模式、畜禽種類、年齡、體重、采食飼料數(shù)量和質量而不同[],該研究在計算過程中采用了《省級溫室氣體清單編制指南(試行)》中西北區(qū)域的推薦值,均取了3種飼養(yǎng)方式排放因子推薦值的平均值,其次統(tǒng)計數(shù)據(jù)與真實畜禽數(shù)量也存在差異[15],不同的畜禽糞便管理模式也會影響甲烷和化亞氮的排放,因此計算結果在一定程度上存在不確定性。采用現(xiàn)有排放因子均值,通過對歷年畜牧業(yè)溫室氣體排放總量的線性回歸分析顯示,新疆兵團溫室氣體排放量仍呈增加趨勢,但隨著畜牧業(yè)的發(fā)展,排放因子會發(fā)生改變,關于新疆兵團畜牧業(yè)溫室氣體未來趨勢預測還有待進一步研究。

有研究表明,畜禽養(yǎng)殖數(shù)量會影響畜牧業(yè)溫室氣體的排放量[3],2012—2017年新疆兵團畜禽養(yǎng)殖數(shù)量的明顯增加,導致溫室氣體排放量也呈現(xiàn)逐年增加,2018年以后因受到新冠疫情和非洲豬瘟疫情的影響,導致牲畜存欄量減少,溫室氣體排放量隨之降低。畜牧業(yè)溫室氣體排放量最大的是畜禽腸道發(fā)酵甲烷排放,這可能與新疆兵團牛、羊和豬的養(yǎng)殖數(shù)量較多有關,隨著養(yǎng)殖規(guī)模化程度不斷提高,且反芻動物牛和羊瘤胃容積大,寄生的微生物豐富,能分解更多纖維素[1],采食量越大,單個動物可產(chǎn)生的 CH4 排放量越大,生豬在養(yǎng)殖和糞污管理過程中也會釋放大量 CO2、CH4、N2O 和SO2 等溫室氣體[17],因此,牛、羊、生豬是溫室氣體甲烷和氧化亞氮的主要來源,其次是家禽、馬、駱駝和驢,這也與娜仁花等[18]郭嬌等[4]的研究結果一致,因此,適時調整畜禽養(yǎng)殖結構可以減少溫室氣體的排放量。朱志平等研究得出,畜禽糞便管理過程中清糞工藝、糞便貯存和處理工藝對溫室氣體排放的影響差異顯著,液體糞便管理方式占比增加,將導致溫室氣體排放量呈增加趨勢。目前新疆兵團畜禽糞便管理過程中清糞工藝逐步以干清糞為主,這也從源頭上降低了溫室氣體的排放。氣象因素也是影響溫室氣體排放的重要原因之一[20],2021年第十四師昆玉市畜禽養(yǎng)殖總量為 67.79×104 頭,僅占新疆兵團畜禽養(yǎng)殖總量的 3.16%[14] ,由于規(guī)模化養(yǎng)殖程度不高,再加上第十四師自然生態(tài)環(huán)境脆弱、干旱荒漠性氣候、降水量較少等原因,畜牧業(yè)溫室氣體排放量最小。該研究結果也表明新疆兵團各師市畜牧業(yè)溫室氣體排放量存在明顯的區(qū)域性差異,這也與張頌心[21]、韋良煥等[8]的研究結果相似。

為實現(xiàn)新疆兵團畜牧業(yè)綠色低碳高質量發(fā)展,需要提出切實可行的減排策略。有研究發(fā)現(xiàn),推廣科學的飼養(yǎng)模式、適當增加日糧的精粗比、提高飼料品質和產(chǎn)量等有利于減少畜禽腸道內甲烷的產(chǎn)生量[22]。2021年,新疆兵團辦公廳印發(fā)了《關于促進兵團畜牧業(yè)高質量發(fā)展的意見》[23],提出要積極發(fā)展規(guī)模化、標準化養(yǎng)殖,強化畜禽品種改良和良種引進擴繁,提升畜牧業(yè)機械化、集約化、自動化、智能化水平,建立與養(yǎng)殖規(guī)模相匹配的穩(wěn)定的優(yōu)質飼草料基地,擴大優(yōu)質飼草料種植,因此,以上政策可成為降低畜牧業(yè)溫室氣體排放的重要途徑。對于畜禽糞便管理中的溫室氣體,可以通過畜禽糞便資源化進行利用,即推進種養(yǎng)結合,完善固液糞污貯存發(fā)酵設施,優(yōu)化糞污處理利用模式[24],合理開發(fā)沼氣資源[25]和有機肥生產(chǎn)等[26],同時制定畜禽規(guī)模養(yǎng)殖場碳排放計算、核查、報告等相關技術規(guī)范,建立健全畜禽糞污綜合利用和無害化處理等污染防治長效機制,從政策層面加強畜禽溫室氣體降碳增效,推動實現(xiàn)新疆兵團畜牧業(yè)綠色、低碳、可持續(xù)發(fā)展。

4結論

該研究結果表明,新疆兵團畜牧業(yè)溫室氣體排放量從2012年逐年升高,到2017年排放總量最大,之后波動降低;畜牧業(yè)溫室氣體排放量從高到低依次是畜禽腸道發(fā)酵甲烷排放、畜禽糞便管理氧化亞氮排放、畜禽糞便管理甲烷排放;畜禽溫室氣體排放主要以牛、羊、豬為主,其次是家禽、馬、駱駝和驢;對2021年新疆兵團畜牧業(yè)溫室氣體排放空間變化分析可知,第四師可克達拉市溫室氣體排放量最大,而第十四師昆玉市最小;對歷年畜牧業(yè)溫室氣體排放進行線性回歸預測顯示,新疆兵團畜牧業(yè)溫室氣體排放量仍呈增加趨勢。

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