浙江省生猪养殖业温室气体排放估算及减排对策探讨

李军，傅水江，方建民，黄成

(绍兴市柯桥区畜牧兽医所，浙江 绍兴 312030)

生猪养殖业是浙江畜牧第一产业，是关乎“菜篮子”的民生工程。2021年，浙江省生猪年末存栏640.23万头，全年出栏773.91万头，全年产猪肉65.15万t；猪肉产量占肉类总产量的63.25%，占猪、牛、羊肉产量的94.11%。超大的产业规模也预示，生猪养殖产生的环境污染不容小觑[1-2]。

2020年9月22日，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上提到：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和[3]。”“双碳”行动业已开启，绿色低碳转型势在必行。

甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)是最主要的2种非二氧化碳温室气体，其全球增温潜势分别是二氧化碳的25和298倍[4]。在畜牧养殖业中，甲烷排放主要来自动物肠道发酵(enteric fermentation)，特别是反刍动物的肠道发酵，同时动物粪便管理系统(manure management system)也会产生大量甲烷。氧化亚氮则主要来自动物粪便管理系统。根据《中华人民共和国气候变化第二次两年更新报告》显示，2014年中国温室气体排放构成中，二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的比重分别为81.6%、10.4%和5.4%，合计占比为97.4%。在农业活动中，甲烷排放量和氧化亚氮排放量分别为2 224.5万 t和117.0万t，分别占甲烷和氧化亚氮总排放量的40.2%和59.5%。由此可见，农业源温室气体减排已经迫在眉睫。

近十年来，经过“五水共治”和非洲猪瘟疫情的洗礼，浙江省生猪养殖业总体实现了转型升级，全省生猪养殖规模化占比从2014年的56.13%提高到了2018年的84.26%[5]。

因此，为了更好地了解浙江省生猪养殖过程中温室气体的排放情况，本文运用IPCC排放因子法估算了2015—2021年浙江省生猪养殖业甲烷和氧化亚氮的排放量，希望能够为全省温室气体减排提供一定的理论依据和最新决策参考。

1 材料与方法

1.1 研究地区概况

浙江省地处中国东南沿海长江三角洲南翼，属季风性湿润气候，气温适中，四季分明，光照充足，雨量丰沛。年平均气温在15～18 ℃，1月、7月分别为全年气温最低和最高的月份，5月、6月为集中降雨期。浙江省东西和南北的直线距离均为450 km左右，陆域面积10.55万km2，是中国面积较小的省份之一。全省陆域面积中，山地占74.6%，水面占5.1%，平坦地占20.3%，故有“七山一水两分田”之说。

1.2 数据来源

浙江省2015—2021年生猪养殖数据来源于《2022年浙江统计年鉴》，各市2021年的生猪养殖数据来源于各市的2022年统计年鉴。生猪类别按照商品育肥猪和能繁母猪划分，商品育肥猪全年饲养量由年末存栏数和出栏数之和与能繁母猪数的差值得到，由于商品育肥猪生命周期一般都小于1 a，因此，在这里平均生命周期为200 d[6-7]，校正为每年平均饲养量，而能繁母猪因为生命周期大于1 a，故无须校正。

AAN=P×(LC/365)。

(1)

式中，AAN为每年平均饲养量(万头)；P代表全年饲养总量(万头)；LC为生命周期(d)。

1.3 估算方法

根据IPCC排放因子法，采用《浙江省温室气体清单编制指南》(2018年修订版)给出的方法进行估算，公式为：

Eij=EF，ij×AAN×10。

(2)

式中：i表示某种温室气体；j表示该种温室气体的来源；Eij表示j来源的i排放量(t)；EF，ij表示j来源的i排放的排放因子(kg·头-1·a-1)；AAN为每年平均饲养量(万头)。

二氧化碳当量换算公式为：

NCO2-eq，i=E(i)×NGWP，i×10-4。

(3)

式中：NCO2-eq，i表示温室气体i的二氧化碳当量值(万t)；E(i)表示温室气体i的排放量(t)；NGWP，i表示温室气体i的全球增温潜势。甲烷和氧化亚氮的全球增温潜势分别为25和298[4]。

不同来源的甲烷和氧化亚氮排放因子采用《浙江省温室气体清单编制指南》(2018年修订版)给出的默认排放因子(表1)。

表1 生猪温室气体排放因子

2 结果与分析

2.1 生猪养殖情况

2013年底，浙江省启动“五水共治”工程，出台了《畜禽规模养殖污染防治条例》、新《环境保护法》等环保政策，各地纷纷实施生猪限养禁养、开展养殖污染整治，引发了生猪养殖业的强烈震荡。而2018年发生的非洲猪瘟疫情更是雪上加霜，生猪年末存栏量从2015年的730.19万头，一直降到2019年的427.30万头，降幅达到41.5%。而2020年和2021年有了明显的回升，年末存栏量分别为627.58万头和640.23万头(图1)。由此可见，近几年来，浙江省生猪养殖业发生了很大的变化，因此，有必要重新审视下整个生猪养殖业温室气体排放情况。2015—2021年浙江省生猪养殖量总体呈现先降后升的趋势，2019年末为历史最低点，年末生猪存栏量只有427.30万头。

图1 2015—2021年浙江省生猪养殖量

2.2 浙江省生猪养殖温室气体排放情况

浙江省2015—2021年生猪养殖温室气体排放量呈现先降后升趋势，这跟禁限养和非洲猪瘟导致的养殖量变化密切相关。2015年温室气体排放量最高，为87.30万t二氧化碳当量，2019年温室气体排放量最低，为51.52万t二氧化碳当量。2020年增幅最大，达46.7%。2021年达到2015年之后的最高值，为78.02万t二氧化碳当量(表2)。

表2 浙江省2015—2021年甲烷和氧化亚氮排放情况

生猪养殖过程中甲烷排放主要来源于动物肠道发酵和粪便管理系统。相比于牛、羊等反刍动物来说，猪的肠道发酵甲烷排放量相对要小得多。但由于猪饲养量相对较大，其肠道发酵产生的甲烷也不容忽视。2015—2021年甲烷排放量变化趋势与生猪饲养量变化趋势一致，表现为先降后升，2015年甲烷排放量最大，为26 005 t，其中肠道发酵排放量为4 277 t，占16.4%，而粪便管理排放量为21 728 t，占83.6%。2019年为甲烷排放量最低点，总计排放15 340 t。而2021年甲烷排放量又升至23 234 t，仅次于2015年(表2)。

氧化亚氮排放主要来源于动物粪便管理系统。2015—2021年氧化亚氮排放量同样表现为先降后升的趋势，其中，2015年氧化亚氮排放量最大，为748 t，2019年排放量最低，为442 t，2021年上升到669 t，仅次于2015年的排放量(表2)。

另外，从温室气体来源来看，肠道发酵约占温室气体排放总量的12%，粪便管理系统温室气体排放量约占总量的88%(表2)，这也意味着，粪便管理系统将是今后温室气体减排重点。

2.3 2021年浙江省各地温室气体排放情况

2021年浙江省各地养猪业温室气体排放情况见表3。其中杭州市排放量最大，为13.29万t二氧化碳当量，占全省的17%；衢州市和金华市排放量分别为11.10万t和10.87万t二氧化碳当量，各占14%；其次是温州市和宁波市，各占11%，排放量分别是8.51万t和8.08万t二氧化碳当量。舟山市排放量最小，为0.82万t二氧化碳当量，占全省总排放量的1%。

表3 2021年浙江省各地甲烷和氧化亚氮排放情况

3 讨论

随着人民生活水平的提高，人们对环境质量的要求也越来越高。特别是党的十八大提出“五位一体”中国特色社会主义事业总体布局后，生态文明建设的地位和作用更加突显。《畜禽规模养殖污染防治条例》和新《环境保护法》等法律法规的出台实施更是对养猪业提出了环保高要求。

《全国生猪生产发展规划(2016—2020年)》明确，浙江省(系南方水网地区)为生猪养殖约束发展区，需要优化区域布局，实行合理承载，推动绿色发展。而另一方面，“菜篮子”这一民生工程又需要持续抓好生猪增产保供。根据2021年印发的《浙江省畜牧业高质量发展“十四五”规划》文件要求，生猪存栏要从2020年的627.58万头增长到2022年的778万头，并在2025年维持在780万头。猪肉产量从2020年的54.2万t增长至2025年的120万t，并且猪肉自给率从40%提升至70%。由此可见，未来几年生猪养殖量势必会只增不减，甚至超过2015年的生猪总量，并最终维持在一定的高度。因此，通过减少生猪饲养量以达到减排的方式是不现实的，与稳产保供要求相违背。必须通过相关技术手段，减少肠道发酵和粪便管理系统带来的温室气体排放量来实现一定程度的减排效果。

动物肠道发酵甲烷排放主要是由牛、羊等反刍动物在胃肠道中发酵产生，而非反刍动物肠道发酵排放相对较少。因此，研究人员围绕反刍动物肠道发酵甲烷减排策略展开了大量的研究。如通过动物品种选育、调整日粮结构、使用甲烷抑制剂、增加硝酸盐等其他电子受体等措施来达到甲烷减排的效果[8]。而猪作为一种单胃动物，其个体肠道发酵甲烷排放量相对较少，相关肠道发酵减排研究也比较少。不过，在反刍动物中常用的一些减排策略，可能也同样适用于非反刍动物[9]。比如在饲料中添加一些植物次生代谢物或者使用益生菌、离子载体和有机酸等化学物质都有可能起到甲烷减排效果。Gong等[10]发现，在生猪日粮中添加酿酒酵母(YST2)，其肠道发酵甲烷排放量能够减排25%。但由于非反刍动物在肠道发酵过程中甲烷的排放量并不高，并且肠道发酵是内源性的，涉及到多种微生物共同作用，容易受动物品种、动物日龄、日粮结构、环境温度等因素的影响，目前也没有系统化的可以推广运用于生产实际的减排措施，因此，猪等非反刍动物的甲烷排放主要还是应该聚焦在粪便管理系统上。

作为非反刍动物，其粪便管理系统温室气体排放将占据主导地位。粪便管理系统的对象是畜禽养殖过程中畜禽产生的排泄物，即畜禽粪污，包括动物粪便和尿液等。这些粪污在处理和贮存过程中，都会产生温室气体。动物粪污在厌氧环境下发酵分解会产生甲烷气体。而氧化亚氮则是粪污处理和贮存过程中通过硝化作用和反硝化作用产生，硝化作用需要有氧气的参与，而反硝化作用则需要在厌氧环境进行。甲烷和氧化亚氮的排放跟气候温度、底物碳氮比、处理方式等多种因素密切相关[11]。

畜禽粪便管理系统可以大致分为固体管理系统和液体管理系统，前者包括直接散施、固体堆放、氧化塘、堆肥等，后者包括粪浆贮存、厌氧塘、厌氧发酵等[12]。不同的粪便管理系统具有不同的温室气体排放特点。为最大化实现粪便管理系统减排，需要选择合适的粪便管理系统，并采取相应的减排措施。

首先，应该从源头入手，利用低蛋白日粮技术，提高饲料利用率，较少粪便氮素含量，间接达到氧化亚氮减排效果。清粪方式选择干清粪，则可以减少污水产生，有效减少甲烷排放。

其次，选择合适的粪便管理系统。目前来看，堆肥生产有机肥、厌氧发酵生产沼气是我国主要的粪污处理方式，也是国家主推的粪污处理方式[13]。利用好粪便管理系统，不仅可以实现粪污的资源化利用，变废为宝，也可以极大地降低粪污处理过程中的温室气体排放，实现绿色环保可持续发展。

堆肥作为一种优良的管理模式，不仅能够提供安全、无毒的有机肥料，而且还能够间接减少使用化学肥料，改善土壤性质。朱新梦等[14]以奶牛粪便为试验材料，比较了农民堆肥、覆盖堆肥、覆盖-翻堆堆肥和覆盖通风-翻堆堆肥4种堆肥方式对温室气体排放的影响，结果发现，覆盖通风-翻堆堆肥不仅能够满足堆肥产品的腐熟度要求，而且其总温室效应最低，可以在实际生产中推广。另外，在堆肥过程中添加一些改良剂优化堆肥过程也可以有效减少温室气体的排放。堆肥过程添加10%的麦饭石，能够减排85.26%的氧化亚氮气体[15]。Mao等[16]研究表明，与对照相比，添加10%或者20%的苹果渣能够减排24%的氧化亚氮，而添加1%的柠檬酸，也能减排18%的氧化亚氮。Wang等[17]在猪粪堆肥过程中，添加10%生物炭，10%沸石和2%的木醋液，可以减排甲烷61.15%，减排氧化亚氮81.10%。Luo等[18]在猪粪堆肥过程中添加磷石膏，发现可以有效减少甲烷排放量，而对于氧化亚氮没有明显减排效果，但是如果配合0.2%的双氰胺一起使用时，则能明显起到氧化亚氮减排效果。Yang等[19]在猪粪堆肥时，单独使用双氰胺时，同样发现能够减排9.6%的甲烷和31.79%的氧化亚氮。如果双氰胺与磷石膏或者过磷酸钙一起使用时，则能减排29.55%～37.46%的温室气体。双氰胺和磷石膏组合添加使用，可以分别减排38.58%的甲烷和36.14%的氧化亚氮排放量。

沼气工程则是另一种优良的管理模式。通过厌氧发酵生产沼气，可以使粪污能源化，沼液沼渣则可以就近还田，种养结合，形成现代生态循环农业。然而，沼气工程初始投资大、融资困难、规模效益差、资源可获得性不稳定、副产品市场需求不足、技术保障与服务体系不完善等因素一定程度上制约了沼气工程的应用[20]。据统计，截至2021年12月，浙江省农村沼气工程运行率为80%，而农村户用沼气池运行率不足20%，因此，需要政府加强指导，主动转型，实现科学利用，助推绿色可持续发展[21]。

另外，应加强散养生猪温室气体排放的监管。散养户往往由于饲养环境和饲养技术等原因，饲料转化力较低，且饲养周期通常较长，导致温室气体排放较大[22]，因此，需要尽量提高饲养技术、缩短饲养周期，减少温室气体的排放。