南疆四地州畜牧业温室气体排放估算及特征分析

韦良焕，林 宁，莫治新

(喀什大学 化学与环境科学学院/新疆生物类固废资源化工程技术研究中心，新疆 喀什 844006)

由于人类生产和生活活动排放到大气中的二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)等温室气体含量增加引起的全球气候变暖已经成为当今世界面临的重大挑战，它们对全球变暖的贡献率分别为60%、15%和5%[1]。2006年联合国粮农组织(FAO)发布的《畜牧业长长的阴影:环境问题与解决方案》[2]中指出畜牧业温室气体排放占人类活动温室气体排放总量的18%，畜牧业已经成为造成气候变化的重要威胁[3]。畜牧业温室气体的主要来源包括畜禽肠道CH4的排放、畜禽粪便管理CH4和N2O的排放3部分，据研究表明，畜牧养殖过程中排放的CH4和N2O等温室气体占全世界总排放量的14.5%[4-5]。

国际上畜牧业温室气体的核算常用的是《2006年IPCC国家温室气体清单指南》[6]，由联合国政府间气候变化专业委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)组织编写，立足于国家层面，内容全面，全球认可度高，国内外使用也最为广泛[7]。国内温室气体核算是在IPCC的基础上由国家发展改革委员会气候司组织国家发展改革委员会能源所、清华大学、中科院大气所等科研院所专家编写的《2011年省级温室气体清单编制指南(试行)》[8],适合中国各省、市、自治区对不同区域温室气体排放的核算[9]。目前国内对畜牧业温室气体排放的研究主要集中在国家层面[10-12]、省域层面[13-14]和发达或者省会城市[15-16]的核算、特征分析、峰值预测、影响因素等，而针对偏远贫困地区的畜牧业温室气体排放特征及核算研究较少。因此，本文选取南疆四地州为研究对象，依据《2011年省级温室气体清单编制指南(试行)》[8]对1999-2020年南疆四地州畜牧业温室气体排放进行核算，以期为当地畜牧养殖温室气体减排和畜牧业的低碳、可持续发展提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

南疆四地州位于中国新疆维吾尔自治区西南部，主要包括喀什地区、克孜勒苏柯尔克孜自治州(简称“克州”)、阿克苏地区以及和田地区，周边与吉尔吉斯斯坦、巴基斯坦、塔吉克斯坦等6国接壤，边境线长达2 622 km，占全疆边境线总长的46.8%。该地区包括4市29县，截止2018年底总人口为1.035×107人，占新疆总人口的45.43%。南疆四地州气候干旱少雨，光照时间长，主要以农业和畜牧业为基础产业，自然资源禀赋较差，产业发展基础薄弱，属于中国深度贫困地区之一[17]。

1.2 研究方法与数据来源

1.2.1 研究方法 畜牧业温室气体排放的测算方法如下：

E=∑(EFi×APi×10-3)

式中：E为肠道发酵或粪便管理温室气体排放量(104t·a-1) ；EFi为第i类牲畜CH4或者N2O的排放因子(kg/(头·a)) ，排放因子的取值参考文献[18]。APi为i类牲畜的头数(104只) ，研究对象包括南疆四地州的主要畜禽：牛、马、驴、猪、羊(山羊和绵羊)。

1.2.2 数据来源 南疆四地州畜禽养殖数量通过查阅2000-2021年《新疆统计年鉴》[19]获得，其中2019年数据缺失。计算中涉及的排放因子均来自《2011年省级温室气体清单编制指南(试行)》[8]。另外，为了计算南疆四地州温室气体排放总量并对不同区域温室气体的来源进行比较，根据CO2全球变暖增温潜势，将CH4和N2O转化为CO2当量，分别乘以转化系数25和298[15]。

2 结果与分析

2.1 南疆四地州畜牧业温室气体排放量

1999-2020年南疆四地州畜牧业温室气体排放量变化趋势如图1所示。从图1可以看出，1999-2020年南疆四地州畜牧业温室气体排放总量呈现波动上升趋势，从1999年的675.34×104t CO2-eq增加到2020年的853.86×104t CO2-eq，增幅为26.43%，年均增长1.12%。其中2017年畜禽养殖数量明显下降，后又持续增加，造成温室气体排放量也出现同样的波动。

图1 1999-2020年南疆四地州畜牧业温室气排放变化趋势Fig. 1 The change of GHGs emission from animal husbandry in four prefectures in southern Xinjiang from 1999 to 2020

南疆四地州畜牧业温室气体排放主要来自于喀什地区，其次是阿克苏地区、和田地区和克州。以2020年为例，喀什、阿克苏、和田和克州温室气体排放量占南疆四地州温室气体排放总量的比例分别为36.64%、35.95%、15.68%和11.73%。首先喀什地区温室气体排放量从1999年的276.05×104t CO2-eq波动增加到2020年的32.88×104t CO2-eq，增幅为13.34%；其次是阿克苏地区，其畜牧业温室气体排放量从1999年的203.86×104t CO2-eq波动增加到2020年的306.95×104t CO2-eq，增幅为50.57%。第三是和田地区，畜牧业温室气体排放量从1999年的130.19×104t CO2-eq波动增加到2020年133.87×104t CO2-eq，增幅为2.83%，第四是克州，畜牧业温室气体排放量从1999年的65.26×104t CO2-eq波动增加到2020年的100.15×104t CO2-eq，增幅为53.47%。在研究时段内温室气体排放量增幅最大是克州，其次是阿克苏地区、喀什地区以及和田地区。

2.2 南疆四地州畜牧业温室气体的构成

畜牧业温室气体排放主要包括畜禽肠道发酵CH4排放、畜禽粪便管理CH4和N2O排放。图2为南疆四地州2020年畜牧业温室气体排放的构成。从图中可以看出来，南疆四地州畜牧业温室气体的排放主要来自畜禽肠道CH4的排放，为727.42×104t CO2-eq，占温室气体排放总量的85.19%，其次是畜禽粪便管理N2O的排放,为95.19×104t CO2-eq，占温室气体排放总量的11.15%，最后是畜禽粪便管理CH4的排放,为31.25×104t CO2-eq，仅占温室气体排放总量的3.66%。

图2 2020年南疆四地州畜牧业温室气体主要来源Fig. 2 The main source of GHGS for animal husbandyfrom the four regions in southern Xinjiang in 2020

南疆四地州畜禽养殖主要是羊(山羊和绵羊)和牛为主，其中羊的养殖数量最多，且主要以绵羊养殖为主。以2020年为例，喀什、阿克苏、克州以及和田地区羊的养殖数量分别为675.55×104头、594.38×104头、174.33×104头和403.10×104头；其次是牛的养殖数量，分别为63.65×104头、68.57×104头、23.97×104头和15.37×104头；最后是驴、猪和马。从南疆四地州畜牧业养殖结构上来看，反刍动物羊和牛的养殖数量直接决定了其肠道发酵CH4排放是各地区肠道发酵温室气体排放的主要来源，也是温室气体排放总量的主要贡献者。2020年喀什、阿克苏、克州以及和田地区牛的肠道发酵CH4排放量占总的畜禽肠道CH4排放量比例分别为47.79%、52.70%、56.41%和26.74%；羊的占比分别为51.29%、46.20%、41.48%和70.93%。

2.3 南疆四地州单位畜牧业产值温室气体排放变化

由于受到畜禽资源总量基数的影响，畜禽温室气体排放总量不能真实反映区域畜牧业的温室气体排放情况，而单位畜牧业产值温室气体排放则能更加客观地反映区域畜禽温室气体排放程度，进而便于区域间的横向比较[20]。喀什、阿克苏、克州、和田地区的畜牧业产值均呈现逐年升高的趋势。南疆四地州总的畜牧业产值从1999年的26.73×108元增加到2020年的283.92×108元，增幅为962.33%，年均增长11.91%。以2020年为例，南疆四地州中畜牧业产值最高的是喀什地区为101.26×108元，其次是阿克苏，为100.35×108元，第三是和田，为61.46×108元，最后是克州，为20.85×108元。随着畜牧业的快速发展，在畜牧业生产过程中必然会排放大量的温室气体，因此可以利用单位畜牧业产值温室气体排放比较南疆四地州不同畜牧业发展水平与温室气体排放之间的关系，如图3所示。

图3 1999-2020年南疆四地州单位畜牧业产值温室气体排放Fig. 3 The change of GHGs emission per unit from animal husbandry in four prefectures in southern Xinjiang from 1999 to 2020

从图3可以看出，南疆四地州1999-2020年单位畜牧业产值温室气体排放均呈现逐年下降趋势，从1999年的25.27 t CO2-eq/104元下降到2020年的3.00 t CO2-eq/104元，降幅为88.10%，年均下降9.46%。喀什、阿克苏、克州以及和田地区单位畜牧业产值温室气体排放分别从1999年的25.21 t CO2-eq/104元、28.62 t CO2-eq/104元、27.90 t CO2-eq/104元和20.62 t CO2-eq/104元下降到2020年的3.09 t CO2-eq/104元、3.06 t CO2-eq/104元、4.80 t CO2-eq/104元和2.18 t CO2-eq/104元，降幅分别为87.74%、89.31%、82.79%和89.44%。到2020年，单位畜牧业产值温室气体排放最多的是克州，其次是喀什、阿克苏地区，最后是和田地区。说明研究时段内随着国家和自治区各项环保政策的实施，一方面其畜牧业逐渐朝着科学、规模化的方向发展，另一方面通过加强对畜禽粪便资源化和无害化处理，为南疆四地州畜牧业可持续发展提供了保障。

2.4 南疆四地州畜牧业温室气体排放空间变化

表1为2020年南疆四地州各县、市畜牧业温室气体排放量。从表1可以看出，南疆四地州各县、市中畜牧业温室气体排放量最高的拜城县、叶城县、库车县、莎车县和阿克陶县。叶城县和莎车县隶属于喀什地区，喀什地区辖1市12县，叶城县畜牧业温室气体排放占18.17%，莎车县占14.97%，二者共占喀什地区畜牧业温室气体排放量的33.14%；阿克苏地区辖1市8县，拜城县畜牧业温室气体排放占比为18.84%，库车县为16.36%；克州辖1市3县，阿克陶县占43.97%。这5县畜牧业温室气体排放占2020年南疆四地州畜牧业温室气体排放总量的29.96%。温室气体排放最低的是民丰县、柯坪县、和田市、喀什市和塔县，占南疆四地州温室气体排放总量的比例仅为6.12%，说明南疆四地州各县、市畜牧业温室气体排放存在明显的区域性差异。

表1 2020年南疆四地州各县市温室气体排放量Table 1 GHGS emissions of counties and cities from the four regions in southern Xinjiang in 2020 104 t CO2-eq

3 讨 论

韦良焕等[18]根据畜牧业温室气体测算方法计算新疆2014年畜牧业温室气体排放量为1.98×107t CO2-eq，本研究中南疆四地州的畜牧业温室气体排放量为840.49×104t CO2-eq，占新疆的42.94%，成为新疆畜牧业温室气体排放的重点区域，这与唐洪松等[21]的研究结果基本一致。南疆四地州是新疆主要畜牧业区域，受地理、自然条件限制，该地区经济发展水平较低，水、草资源缺乏。近几年随着全国对口支援政策的实施以及自治区对南疆的政策扶持，南疆四地州畜牧业迅速发展，只有实现了畜牧业稳定、低碳发展才能为实现南疆四地州的可持续发展提供有利支撑。

3.1 南疆四地州畜牧业温室气体影响因素分析

根据IPCC关于畜牧业温室气体排放量的计算可知，畜牧业温室气体排放量主要受畜禽养殖数量和温室气体排放因子的影响[16]。2013年联合国粮农组织(FAO)的研究报告[22]指出，通过科学、规模化养殖、技术进步、饲料配比优化、畜舍改进及粪便管理等，养殖业能够减少温室气体排放30%以上[23-24]。2017年南疆四地州畜禽养殖数量为1.78×107头，占新疆畜禽养殖总量的36.01%，畜禽养殖数量多，但规模化程度不高，这是导致南疆四地州畜牧业温室气体排放较高的主要原因之一；另外，由于南疆四地州经济发展水平落后，生态环境脆弱，气候干旱少雨，草地退化等导致其畜禽的科学养殖程度较低，比如畜禽品种、饲料喂养质量、畜禽粪便管理方式等是造成南疆四地州畜牧业温室气体排放的另一个重要原因。在排放因子方面，本文中涉及到的所有排放因子均取自中国《2011年省级温室气体清单编制指南》[8]，在计算过程中并未对畜禽种类、年龄、性别等做详细的区分，这可能会增加南疆四地州畜牧业温室气体排放的不确定性，但总体上不会影响政府或有关部门对南疆四地州温室气体减排政策的制定和实施。

3.2 南疆四地州畜牧业温室气体减排分析

南疆四地州畜牧业温室气体主要来源是畜禽肠道CH4的排放，2020年占畜禽温室气体排放总量的比例是85%左右。喀什、阿克苏、克州以及和田地区反刍动物羊和牛采食饲料在消化道内正常发酵产生的CH4占畜禽肠道CH4的百分比分别为99.08%、98.90%、97.89%和97.67%。通过推广农作物秸秆的青贮、氨化，合理调配日粮的精粗比，增加饲料的营养价值等来减少反刍动物CH4的排放[25]，同时还能实现对秸秆的有效利用，减少环境污染。除畜禽肠道CH4排放之外，畜牧业温室气体排放的另一个重要来源即畜禽粪便管理中N2O和CH4的排放，这主要是由于畜禽粪便中含有大量的有机物、氮和水[26]。要减少这一部分温室气体的排放，可以通过将畜禽粪便应用于沼气工程和有机肥的生产，不仅可以减少环境污染，也可以实现畜禽粪便的资源化和无害化管理。

4 小 结

本文在IPCC和《省级温室气体清单编制指南》的基础上，对南疆四地州1999-2020年畜牧业温室气体排放时空特征进行分析，得出如下结论：(1)1999-2020年南疆四地州畜牧业温室气体排放总量呈现波动上升趋势，其中喀什地区最多，其次是阿克苏地区、和田地区和克州。(2)南疆四地州畜牧业温室气体的排放主要来自于畜禽肠道CH4的排放，其次是畜禽粪便管理N2O的排放，最后是畜禽粪便管理CH4的排放。其中反刍动物羊和牛的肠道发酵CH4排放是各地区肠道发酵温室气体排放的主要来源，也是温室气体排放总量的主要贡献者。(3)1999-2020南疆四地州畜牧业总产值在研究时段内逐年升高，单位畜牧业产值温室气体排放逐年下降，说明南疆四地州畜牧产业逐渐呈现低碳、可持续发展趋势。(4)2020年南疆四地州各县、市畜牧业温室气体排放最高的是拜城县、叶城县、库车县、莎车县和阿克陶县，最低的是民丰县、柯坪县、和田市、喀什市和塔县，南疆四地州各县、市畜牧业温室气体排放存在明显的区域性差异。