内蒙古地区家畜温室气体排放量估算研究*

娜仁花,张东方, 2,王 月,丁 莹,荆红俊

(1. 内蒙古农业大学动物科学学院,内蒙古 呼和浩特 010018；2. 内蒙古蒙牛乳业集团，内蒙古 呼和浩特 010010)



生态养殖

内蒙古地区家畜温室气体排放量估算研究*

娜仁花1,张东方1, 2,王 月1,丁 莹1,荆红俊1

(1. 内蒙古农业大学动物科学学院,内蒙古 呼和浩特 010018；2. 内蒙古蒙牛乳业集团，内蒙古 呼和浩特 010010)

采用《2006年IPCC国家温室气体清单编制指南》提供的计算方法，估算了内蒙古自治区2007～2011年5年间畜禽养殖温室气体排放量。结果表明：甲烷年均总排放量为758.29Gg，其中，畜禽肠道发酵年均总排放量为696.60Gg，占总排放量的91.86%，畜禽粪便管理系统的甲烷平均总排放量为61.69Gg，占甲烷总排放量的8.14%。各类家畜甲烷、氧化亚氮排放量依次递减为：反刍动物>猪>马>驴>骡，其中反刍动物甲烷、氧化亚氮排放量占年均总排放量的92.82%和86.44%。结论得出：内蒙古连续5年畜禽养殖温室气体的排放量来看，有总体下降的趋势。

内蒙古；温室气体；排放因子；甲烷；氧化亚氮

全球气候变暖已经成为影响人类生存与发展的重要原因之一，抑制全球变暖将是人类共同关注的话题。应对气候变化关键在于减少温室气体的排放。在我国温室气体排放中，畜牧业是不容忽视的重要排放源，主要来自于反刍动物肠道甲烷排放、畜禽粪便管理系统甲烷及氧化亚氮的排放。根据《中华人民共和国气候变化第二次国家信息通报》报道，2005年，中国共排放甲烷4 445×104t，其中农业源占56.62%，而动物肠道和粪便甲烷排放分别占农业源的57.13%和11.36%；氧化亚氮排放量约为127.1×104t，其中农业活动排放约93.8×104t，占73.79%，农业活动氧化亚氮排放主要来源于农用地和动物粪便管理，前者占71.65%，后者占28.35%[1]。

我国目前对畜禽甲烷排放量估算的研究资料较多[1-5]，但在畜禽粪便氧化亚氮排放方面相对较少。尤其是在省域和县域范围的研究数据更少。内蒙古自治区是我国重要的畜产品生产和商品基地。畜牧业产值已占农业的45.93%[6]。因此，了解和掌握内蒙古自治区家畜温室气体排放情况，对制定中国温室气体排放清单，提出可行的减排措施，具有重要的指导意义。本研究采用《2006年IPCC国家温室气体清单编制指南》提供的计算方法，估算了内蒙古自治区2007～2011年5年间畜禽养殖温室气体排放量及其变化趋势，为内蒙古养殖业温室气体减排提供参考。

1 材料与方法

1.1 地域概况

内蒙古自治区位于我国的北部边疆，由东北向西南斜伸，呈狭长形，东西直线距离2 400 km，南北跨度1 700 km。气候以温带大陆性季风气候为主。年平均气温为0～8 ℃。地域辽阔，牧草种类丰富，适合各种畜禽养殖，是我国著名的畜牧业生产基地。

1.2 活动水平数据和关键排放源确定

温室气体排放量取决于可获得的排放因子数据和活动水平数据。活动水平数据的收集主要根据排放源的重要程度。本文数据主要来自《2006年IPCC国家温室气体清单编制指南》、《中国统计年鉴》、《内蒙古统计年鉴2008～2012》、《中国畜牧统计年鉴》、中国统计局官方网站以及公开发表的科研文献等。确定关键排放源是畜禽养殖温室气体排放量估算的首要任务。它们对温室气体排放估算的准确程度有重要影响。根据《2006年IPCC国家温室气体清单编制指南》的规定以及内蒙古畜牧业发展情况，本研究确定奶牛、肉牛为关键排放源，绵羊、山羊、马、驴、骡、骆驼、猪为一般排放源。

1.3 畜禽养殖温室气体排放量的估算方法

本研究采用排放因子法对畜禽养殖温室气体排放量进行估算。排放因子的确定参照《2006年IPCC 国家温室气体估算指南》、《低碳发展及省级温室气体清单编制》培训材料以及城市温室气体估算研究中的排放因子。

1.3.1 源自家畜肠道发酵甲烷(CH4)排放的估算 参照《2006年IPCC 国家温室气体估算指南》，根据内蒙古养殖情况，奶牛和肉牛的肠道CH4排放量

的估算采用IPCC建议的方法2，是基于家畜总能摄入计算肠道CH4排放因子。计算公式如下：

EF=GE×(Ym/100)×365/55.65

(1)

式中：EF 为排放因子，kg/头·a即每个动物每年排放的甲烷重量；GE 为摄入总能，(106J/d)；Ym 为CH4转化因子，%；55.65为(106J/ kg CH4)CH4的能量含量。

内蒙古全区奶牛和肉牛肠道CH4排放因子分别采用了杨彦明[7]的计算结果，见表1。

绵羊、山羊和非反刍动物(马、骡、驴)及非家禽单胃家畜(猪)等非关键排放源采用方法1。IPCC方法1建议的肠道发酵的缺省排放因子见表2。排放因子间的差别主要来自于采食量和饲料特征。

表1 内蒙古自治区奶牛和肉牛肠道CH4 排放因子(EF)

表2 IPCC方法1推荐的肠道发酵排放因子

源自家畜肠道发酵甲烷排放量计算公式如下：

CH4肠道=∑(EF(T)×N(T))/106

(2)

式中：CH4肠道为肠道发酵CH4排放量，Gg/a，即肠道发酵的甲烷重量(1Gg=109 g)； EF(T) 为来自某种限定家畜的排放因子，kg/头·a； N (T) 为家畜类别T的数量；T为家畜的类别。

1.3.2 源自家畜粪便管理系统甲烷(CH4)排放的估算 家畜粪便中的有机质在厌氧条件下，被微生物分解会产生大量的CH4。粪便量、温度、存留时间及粪便管理形式是影响其排放的主要因素。源自家畜粪便管理甲烷排放量计算公式如下：

CH4粪便=∑(EF(T)×N(T))/106

(3)

式中：CH4粪便为某种限定种群粪便管理中的 CH4排放，Gg/a； EF(T) 为某种限定家畜种群的排放因子，kg/头·a； N (T) 为家畜类别T的数量；T为家畜的类别。

根据现有数据，计算出我国不同动物在不同区域下，粪便管理CH4排放因子，见表3。

1.3.3 源自家畜粪便管理系统氧化亚氮(N2O)排

放的估算 粪便管理系统N2O的排放产生于粪便中氮素的硝化和反硝化作用。排放量取决于粪便中的氮和碳含量，以及储存的时间和管理方式。源自家畜粪便管理氧化亚氮排放量计算公式如下：

EN2O(T)=EFN2O(T)×N(T)×10-6

(4)

式中：EN2O(T)为家畜类别T粪便管理N2O 排放量，Gg/a；EFN2O(T)为家畜类别T粪便管理N2O 排放因子，kg/头·a；N(T)为家畜类别T的数量，头数。

根据现有数据，计算出我国不同动物在不同区域下，粪便管理N2O排放因子。见表4。

表3 粪便管理CH4排放因子

注：资料来源于低碳发展及省级温室气体清单编制培训教材(2013)。下同。

Notes:Source of data training documents on Low-carbon development and Provincial Greenhouse Gas Inventories(2013).The same as below.

表4 粪便管理N2O排放因子

2 结果与分析

2.1 内蒙古自治区2007～2011 年家畜存栏数

内蒙古地区2007～2011 年家畜存栏数见表5数据来源(参考文献)。表中数据显示，内蒙古自治区主要畜种为绵羊、山羊、奶牛、肉牛和猪，饲养量均

在百万头以上。在这5年间，奶牛存栏数呈波浪形变动趋势，在2009 年有明显的下降，可能受三聚氰胺事件的影响所导致，而肉牛数量在2009年明显的上升；马、驴、骆驼、绵羊、猪的年末存栏数呈上升趋势；而骡、山羊的年末存栏数呈下降表现。

表5 内蒙古2007-2011 年家畜年末存栏数

2.2 内蒙古自治区2007～2011 年家畜肠道甲烷(CH4)排放量

家畜肠道CH4排放量差异主要体现在饲养头数及采食量方面。由表6可知，内蒙古自治区2007-2011年家畜肠道发酵CH4年平均总排放量为696.6 Gg，肉牛、奶牛、绵羊及山羊为主要排放源，CH4排放量分别占总量的29.21%、28.31%、23.54%和13.70%，反刍动物(包括奶牛、肉牛、绵羊、山羊、骆驼)排放量占总量的95.39%。连续5年各类家畜的CH4排放量与其存栏数的变化趋势相似。2010年畜禽肠道甲烷排放总量最大，为718.64 Gg，奶牛的排放贡献最大，占该年度甲烷排放总量的29.71%，2007年畜禽肠道甲烷排放总量最小，为665.76 Gg，该年度肉牛的排放贡献最大，占甲烷排放总量的28.51%。2011年畜禽肠道甲烷排放量又有所减少，主要是两大排放源奶牛和肉牛的养殖数量减少的缘故。5年间奶牛的甲烷排放量除在2009年出现明显下降外，大体呈上升趋势；而肉牛的甲烷排放量在2009年出现明显上升，之后又有下降的趋势；绵羊的甲烷排放量上升较为明显；马、驴、骆驼、猪的甲烷排放量大体呈上升趋势，但变化较为平稳；而山羊和骡子的排放量呈下降趋势。

表6 内蒙古2007～2011 年家畜肠道CH4 排放量

注：1 Gg=109g。

Notes: 1 Gg equals 109g in weight.

2.3 内蒙古自治区2007～2011年家畜粪便甲烷(CH4)排放量

由表7可知，内蒙古2007～2011年家畜粪便管理系统CH4年平均总排放量为61.69 Gg。猪、奶牛、肉牛为粪便甲烷的主要排放源，CH4排放量分别占总量的33.72%、32.68%、17.69%。猪虽是单胃动物，但其粪便管理CH4排放因子和养殖数量较大，导致排放量增加。连续5年各类家畜的粪便CH4排放量与其存栏数的变化趋势相似。与肠道甲烷排放一样，2010年畜禽粪便甲烷排放总量最

大，为64.04Gg，奶牛的排放贡献最大，占该年度CH4排放总量的34.07%。2007年畜禽粪便CH4排放总量最小，为58.84 Gg，该年度猪的排放贡献最大，占CH4排放总量的33.74%。5年间奶牛的CH4排放量在2009年出现明显下降外，大体呈上升趋势；而肉牛的CH4排放量在2009年出现了上升，之后又有下降的趋势；马、驴、骆驼、绵羊、猪的CH4排放量大体呈上升趋势，但变化较为平稳；而山羊和骡子的排放量呈下降趋势。

表7 内蒙古2007-2011 年家畜粪便CH4 排放量(Gg)

2.4 内蒙古自治区2007～2011 年家畜粪便氧化亚氮(N2O)排放量

由表8得知，家畜粪便氧化亚氮的排放量比粪便甲烷排放量少很多。内蒙古自治区2007～2011年家畜便N2O年平均总排放量14.90 Gg，奶牛为最大排放源，占总量的33.49%，其次为肉牛、绵羊、山羊、猪，N2O排放量分别占总量的20.60%、20.47%、11.88%、10.13%。N2O排放量多少取决于养殖数量和排放因子。2010年畜禽粪便N2O排放总量最大，为15.45Gg，奶牛的排放贡献最大，占该年度甲烷排放总量的34.95%。2007年畜禽粪便甲烷排放总量最小，为14.24 Gg，同样是奶牛的排放贡献最大，占甲烷排放总量的33.29%。5年间奶牛的N2O排放量在2009年出现明显下降外，大体呈上升趋势；而肉牛的N2O排放量在2009年出现了上升，之后又有下降的趋势；猪、马、驴、骆驼、绵羊的N2O排放量大体呈上升趋势，但变化较为平稳；而山羊和骡子的排放量呈下降趋势。

表8 内蒙古2007～2011 年家畜粪便管理N2O 排放量

3 讨 论

内蒙古自治区2007～2011年畜禽养殖甲烷年平均总排放量为758.29 Gg，该结果高于胡向东报道的704 Gg[8]，主要是排放因子选择的差异造成。而且略高于杨彦明(2011年)报道的752.70 Gg[7]，主要是由于排放源选择不同所致。根据《中华人民共和国气候变化第二次国家信息通报》报道，我国动物肠道及粪便甲烷排放量为1 7240 Gg，内蒙古畜禽〗养殖甲烷年排放量占4.40%，其中，畜禽肠道发酵甲烷是重要甲烷排放源，年平均总排放量696.60 Gg ，占总排放量的91.86%，畜禽粪便管理系统是甲烷的另一个来源，其平均总排放量为61.69 Gg，占甲烷总排放量的8.14%；各类家畜甲烷排放量分别占年平均总排放量的比例为奶牛28.67%、肉牛28.27%、绵羊22.27%、山羊13.01%、猪3.62%、马1.80%、驴1.27%、骆驼0.60%、骡0.49%；其中反刍动物占92.82%。2007～2011 年畜禽氧化亚氮年平均排放总量为14.90 Gg，较畜禽甲烷排放量少，但也是重要的温室气体来源。根据《中华人民共和国气候变化第二次国家信息通报》报道，我国动物粪便氧化亚氮排放量为270 Gg，内蒙古畜禽养殖氧化亚氮年排放量占5.52%，其中各类家畜占总排放量的比例为奶牛33.49%、肉牛20.60%、绵羊20.47%、山羊11.88%、猪10.13%、马1.61%、驴1.14%、骡0.47%、骆驼0.20%；其中反刍动物占86.44%，猪的排放量也较高。

排放因子和饲养头数是影响家畜温室气体排放的主要因素。内蒙古不仅奶牛、肉牛、绵羊、山羊养殖数量大，而且它们的排放因子也较大，因此反刍动物是内蒙古主要的温室气体排放源。猪虽为单胃动物，但是其粪便甲烷和粪便氧化亚氮的排放因子相对较大，导致其粪便管理温室气体排放量的增加。从内蒙古连续5年畜禽养殖温室气体的排放情况来看，有较慢速度下降的趋势，源于主要排放源奶牛和肉牛养殖数量的下降。但是不排除未来有反弹的可能。因此，优化调整畜牧业结构，发展规模化养殖模式，提倡使用减排技术如进行青贮和氨化等措施处理秸秆、合理调配日粮精粗比、适当使用莫能菌素、盐霉素和拉沙里菌素等添加剂改变瘤胃发酵模式或提高动物生产性能等来减少肠道发酵甲烷的排放。奶牛、肉牛、绵羊、山羊和猪粪管理系统是氧化亚氮的主要排放源，可以通过建设大型沼气工程、覆盖露天贮存的粪污以及进行粪便堆肥处理的方法减少粪便管理系统甲烷和氧化亚氮的排放。

[1] 董红敏，李玉娥，陶秀萍，等.中国农业源温室气体排放与减排技术对策[J].农业工程学报，2008，24(10)：269-273.

[2] 游玉波. 肉牛甲烷排放测定与估算模型的研究[D].北京：中国农业科学院，2007.

[3] 钟华宜,张 平,李铁军,等. 广西反刍动物甲烷排放总量的估算[J]． 广西农业生物科学，2006，25(3):269-274．

[4] 樊 霞,董红敏，韩鲁佳, 等.肉牛甲烷排放影响因素的试验研究.农业工程学报[J]，2006，22(8)：179-182.

[5] 曾 波，钟荣珍，谭支良.畜牧业中的甲烷排放及其减排调控技术[J]. 中国生态农业学报，2009 (4):811-816．

[6] 中国畜牧业年鉴编辑委员会. 中国畜牧业年鉴2012年[M].北京:中国农业出版社．2012.

[7] 杨彦明，庞 彰，乌 思.内蒙古自治区主要畜禽甲烷排放现状及对策[J]． 内蒙古农业科技，2011(5)：1-3．

[8] 胡向东，王济民.中国畜禽温室气体排放量估算[J]．农业工程学报,2010,26(10):247-252．

Estimation of Greenhouse Gas Emissions by Livestock in Inner Mongolia

NA Ren-hua1, ZHANG Dong-fang1,2, WANG Yue1, DING Ying1, ING Hong-jun1

(1SchoolofAnimalScience,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Hohhot,InnerMongolia010018, 2MenniuDiaryGroup,InnerMongolia010010)

Employing the calculation method in 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventory, this paper calculated the greenhouse gas emissions by livestock in the Inner Mongolia Autonomous Region from 2007 to 2011. The results showed that the average annual total emissions of methane by livestock in the Inner Mongolia reached 758.29 Gg, and 1.86% of the total was by methane from livestock enteric fermentation, 696.60 Gg; and 8.14% was by the methane from livestock excrements management system,61.69 Gg.Proportions of emissions of methane from various livestock animals were: 28.67% by cows, 28.27%by beef cattle, 22.27% by sheep, 13.01% by goats, 3.62% bypigs, 1.80% by horses, 1.27% by donkeys, 0.60% by camels and 0.49% by mules; From 2007 to 2011, the average annual total emissions of nitrous oxide from livestock was14.90 Gg, proportions detailed as: cows, 33.49% , beef cattle,20.60%, sheep, 20.47% , goats,11.88%, pigs 10.13% , horses 1.61%, donkeys1.14%, mules 0.47% and donkeys,0.20%; 86.44% of which was by ruminant animals. The overall trend of emissionswas downward seen from greenhouse gas emission in livestock breeding in Inner Mongolia in the continuous five years.

Inner Mongolia; greenhouse gas; emission factor; methane; nitrous oxide

2014-10-14，

2014-11-21 [基金项目] 内蒙古自治区自然科学基金(202160)

娜仁花(1969-)，女，蒙古族，内蒙古呼和浩特人，博士，副教授,主要从事家畜环境管理研究。 E-mail: nrh0123456@hotmail.com

S811.6

A

1005-5228(2015)03-0072-06