内蒙古呼和浩特市家畜温室气体排放量估算

王月，张东方，丁 莹，荆红俊，娜仁花＊

（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）

温室气体的排放受到越来越多的关注，如何减少排放同样成为一个重要问题，而畜牧业源的排放不容忽视。联合国政府间气候变化专业委员会（IPCC）在1995年的报告中指出，全球每年排入大气的甲烷（CH4）量是535（410～660）Tg，其中反刍动物排放量为85（65～100）Tg，占总排放量的15%～25%，导致对全球温室效应的贡献率达2%［1］。全球畜牧业及其副产品的温室气体排放量占人为温室气体排放总量的51%，这一数值大大超过了2006年联合国粮农组织（FAO）发布的报告“牲畜的巨大阴影－环境问题与选择”中18%的数值［2］。

关于全球气候变暖及其危害，有专家估计，每升高1℃将造成全球谷物产量减产至少10%。中国则是对气候变化承受能力最弱的国家之一［3］。2005年，中国共排放甲烷4445×104t，其中农业源占56.62%［4］。而农业源温室气体主要涉及农田、牲畜和粪便管理。谭秋成［5］统计出在1989年中国农业温室气体排放中畜牧业源排放量为21245.16×104t，占农业总排放量的20.37%，而在2009年畜牧业源排放量为42709.94×104t，占农业总排放量的26.94%，可见中国畜牧业源温室气体排放量呈上升趋势。所以针对我国畜牧业现状及区域特点编制牲畜温室气体排放清单对我国实施低碳经济、调整畜牧业产业结构具有及其重要的参考价值。

我国目前针对农业现状估算温室气体排放量的研究资料越来越多，而关于省级、市级的研究资料则相对较少。闵继胜等［6］估算出中国畜牧业的CH4与氧化亚氮（N2O）排放总量由1996年的800.85×104t增长到2006年的1167.36×104t，继而降到2008年的947.64×104t。徐兴英等［7］估算出2000～2009年江苏省家畜肠道甲烷排放是主要的甲烷排放源，其10年平均排放量为106.63Gg，占甲烷平均总排放量的61.06%。近些年，内蒙古自治区呼和浩特市的畜牧业得到了快速发展，并不断朝着标准化、规模化、集约化的方向。其总奶牛头数、奶产量、人均占有量等均为全国之首，并在2005年8月被中国乳制品工业协会命名为“中国乳都”。在2007～2011年中呼和浩特市奶牛5年平均存栏数为内蒙古自治区平均存栏数的25.37%；马略低，为0.57%；而肉牛、驴、骡、骆驼、绵羊、山羊、猪的存栏数均在1%～8%之间。可见呼和浩特市养殖业在内蒙古地区畜牧产业中占有重要的地位。因此估算呼和浩特市各区县畜牧业源温室气体排放量，对于在养殖业中采用合理减排技术，有效控制其温室气体排放具有重大的现实意义。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

内蒙古呼和浩特市位于内蒙古自治区中部。东经110°46′－112°10′，北纬40°51′－41°8′。全市总面积17 224平方公里。属于典型蒙古高原大陆性气候，四季气候变化明显，平均气温年较差为34.4～35.7℃，气温平均日较差为13.5～13.7℃。年平均降水量为335.2～534.6 mm，且主要集中在7～8月。呼和浩特市畜牧业是带动农民增收的优势产业，在资金和技术的支持下，畜牧业得到了长足的发展，形成了以乳业为龙头，肉羊和猪、禽养殖等产业共同发展的畜牧业生产格局。

1.2 温室气体排放量估算方法

畜禽养殖甲烷的排放主要来自于反刍动物胃肠道的发酵，猪虽为单胃动物，由于其养殖数量大，其排放量不应忽视。家畜粪便在储存或管理过程中会产生甲烷和氧化亚氮。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。

根据呼和浩特市养殖业特点，本文主要估算呼和浩特市反刍动物（奶牛、肉牛、骆驼、绵羊、山羊）与非反刍动物（驴、骡、猪）的肠道和粪便管理甲烷与粪便氧化亚氮排放量。其中奶牛、肉牛为关键排放源，绵羊、山羊、马、驴、骡、骆驼、猪为一般排放源。各类家畜存栏数据来源于呼和浩特市统计年鉴。

奶牛及肉牛肠道发酵甲烷采用IPCC 提供的方法2计算。排放因子计算公式如下：

式中：EF为排放因子，kg／头·a；GE 为采食总能，106J／d；Ym 为CH4转化系数，%；55.65 为CH4的能量含量，106J／kg CH4。根据呼和浩特市畜牧业饲养状况（饲草主要以农作物秸秆为主），把其归为农区，进而参照中国温室气体清单研究提供的数据［8］，奶牛及肉牛肠道甲烷排放因子见表1。

马、驴、骡、骆驼、绵羊、山羊、猪的排放因子主要参照IPCC方法1，根据采食量及饲料特征选出合适排放因子，见表2。源于家畜肠道CH4排放量计算公式为：

式中：CH4肠道为肠道发酵CH4排放量，t／a；EF为甲烷排放因子，kg／头·a；N 为家畜的数量，头。

家畜粪便在堆积过程中因厌氧发酵也会产生甲烷，其产生量受微生物种类、数量、环境温度、粪尿有机物含量、pH及碳氮比的影响。根据其影响因素

表1 中国主要反刍家畜消化道CH4 排放因子及主要参数（农区数据）Table 1 CH4emission factor and main parameter in digestive track of ruminants in China（agricultural area data）

选出合适的排放因子见表2。源自家畜粪便CH4排放量计算公式为：

式中：CH4粪便为粪便管理CH4排放量，t／a；EF为家畜粪便甲烷排放因子，kg／头·a；N 为家畜的数量，头。

家畜粪便堆积过程中产生的N2O 受家畜废弃物内部通风状况、水分含量、氮素状况、温度、pH 及粪便堆积时间长短等的影响。根据以上影响因素选出合适的排放因子，见表2。源自家畜粪便N2O 排放量计算公式为：

式中：N2O粪便为粪便管理中N2O 排放量，t／a；EF为家畜N2O排放因子，kg／头·a；N为家畜的数量，头。

表2 家畜温室气体排放因子Table 2 Livestock greenhouse gases emissions factor

2 结果与分析

2.1 呼和浩特市区2007～2011年家畜年均存栏数

根据呼和浩特市2007～2011年统计年鉴，呼和浩特市各区县5年间家畜存栏数见表3。由表3可知，呼市地区2007～2011年5年间家畜平均存栏数主要以奶牛、绵羊、山羊、猪为主，分别为：685220.4头、1846169 头、504778.4 头、400553.8 头，各占饲养总量的19.36%、52.15%、14.26%与11.32%。同期间土左旗的家畜饲养总量则最多为723704.8头，达到全市饲养总量的20.44%。回民区最少，仅12698.6头，占总饲养量的0.36%。

表3 呼和浩特市2007～2011年家畜年均存栏数Table 3 Average amount of livestock from 2007to 2011in Hohhot头

2.2 呼和浩特市2007～2011年家畜温室气体排放量估算

2.2.1 家畜肠道发酵甲烷（CH4）排放量 呼和浩特市各区县家畜肠道CH4排放量估算结果见表4。从表4知，呼和浩特市家畜肠道甲烷排放总量为54135.77t。排放量超过千吨的家畜有奶牛、肉牛、绵羊、山羊。其中奶牛肠道甲烷排放量最大，各区县总量为38762.92t，占总排放量的71.60%，主要是奶牛存栏数及肠道甲烷排放因子相对较大的缘故；而骆驼的排放量则最少，仅为46.1 6t，占总排放量的0.085%。同期间呼和浩特市各区县家畜肠道甲烷排放量间相差也较大。其中由于土左旗奶牛、肉牛、马、骆驼饲养量最多，肠道甲烷排放量也最多，为16212.91t，占排放总量的29.95%；其次为和林县，甲烷排放量为11333.81t，占排放总量的20.94%；山羊的肠道甲烷主要产自于武川县；回民区家畜甲烷排放量则最少，仅有174.01t，排放总量的0.32%。

表4 呼和浩特市2007～2011年家畜肠道CH4年平均排放量Table 4 Average amount of methane emissions of intestinal from 2007to 2011in Hohhot t

2.2.2 家畜粪便管理系统甲烷（CH4）排放量 呼和浩特市各区县家畜粪便CH4排放量估算结果见表5。从表中得知，呼和浩特市家畜粪便甲烷排放总量为6883.24t。其中奶牛粪便CH4排放量最多，为5111.74t，占平均排放总量的74.26%；其次是猪，粪便CH4排放总量为1249.73t，占平均排放总量的18.16%；排放量最少的是骆驼，仅1.284t。同一时期内，土左旗家畜粪便CH4排放量最多，为2320.54t，占平均排放总量的33.71%；赛罕区与和林县相差不大，排放量分别为1386.32t、1311.36t，分别占粪便CH4排放总量的20.14%、19.05%；而回民区平均排放量则最少，仅为35.476t，占排放总量的0.52%。

表5 呼和浩特市2007～2011年家畜粪便管理CH4年平均排放量Table 5 Average amount of methane emissions of feces management from 2007to 2011in Hohhot t

2.2.3 家畜粪便管理系统氧化亚氮（N2O）排放量

从表6知，呼和浩特市家畜粪便氧化亚氮排放总量为1620.38t。奶牛为主要排放源，排放总量为1264.92t，占排放总量的78.06%；其次是绵羊，排放总量为171.69t，占平均排放总量的10.60%；排放量最少的是骆驼，仅0.33t。同一时期内，以土左旗家畜粪便N2O 排放总量最多，为514.70t，占平均排放总量的31.76%；赛罕区与和林县家畜粪便N2O 排放量相差不大，平均排放总量分别为322.34t、328.38t，各占排放总量的19.89%、20.27%。而回民区粪便N2O 排放量则最少，仅为6.22t，占排放总量的0.38%。

3 讨论

家畜甲烷和氧化亚氮的排放量主要受饲养量与排放因子的影响。饲养量与当地畜牧业发展水平相关。而排放因子所受的的影响则相对复杂，除受家畜种类、地域、环境等的影响外，同样与消化道类型、家畜年龄、体重、所采食饲料的质量、数量等有关。由于肠道甲烷是由家畜消化系统中饲料发酵产生的，所以，采食量越高，甲烷排放量就越大。同时，甲烷产量也受日粮组成成分的影响。曾波等［11］认为，在瘤胃内，瘤胃微生物分解饲料碳水化合物等有机物，产生H2及含有甲基的初级发酵产物（如甲酸、甲胺、甲醇及乙酸等），产甲烷菌能将这些初级发酵产物转化为CH4，通过嗳气排入大气，并以此获得其生命所需的能量。家畜粪便管理中的甲烷与氧化亚氮的排放是在家畜粪便施入到土壤之前粪便的贮存和处理所产生的。厌氧条件下，粪尿中有机物被微生物分解为有机酸、H2以及CO2，而后在微生物有机体内生成CH4。而N2O 主要产生于生物硝化与反硝化两个过程。

表6 呼和浩特市2007～2011年家畜粪便管理N2O年平均排放量Table 6 Average amount of N2O of feces management from 2007to 2011in Hohhot t

内蒙古自治区呼和浩特市2007～2011年5年间家畜养殖温室气体平均排放总量为62639.39t。其中甲烷为61019.01t，氧化亚氮为1620.38t。分别占排放总量的97.41%、2.59%。甲烷排放量又以肠道发酵为主，占甲烷排放总量的88.72%。呼和浩特市家畜肠道甲烷发酵是该地区家畜温室气体的主要贡献者。

呼和浩特市各地区家畜温室气体贡献率前三位的是土左旗、和林县、赛罕区。甲烷与氧化亚氮的排放总量分别为19048.15t、12973.55t、11446.11t，分别占全市温室气体排放总量的30.41%、20.71%、18.27%；托县排放量为9134.91t，占14.58%；而武川县、清水河县、玉泉区、新城区、回民区排放量则相对较少，分别占排放总量的6.66%、5.43%、2.10%、1.49%、0.34%。

从家畜的甲烷排放量来看，土左旗的贡献率最大，为18533.45t，占甲烷总排放量的30.37%。其中奶牛、肉牛、马、骆驼、猪的排放量均最多，分别占各类家畜甲烷排放总量的36.64%、35.20%、39.70%、92.68%、35.88%；清水河县驴、骡的甲烷排放量最多，为112.40t、139.26t，分别占驴、骡甲烷排放总量的37.62%、47.71%；和林县的绵羊甲烷排放量最多，为2965.19t，占绵羊甲烷排放总量的31.19%；而山羊主要集中饲养在武川县，其甲烷排放量占山羊甲烷排放总量的46.96%。

各类家畜粪便管理N2O 排放量中，土左旗的奶牛、肉牛、马、骆驼、猪排放量最多，分别为438.17t、11.88t、0.53t、0.31t、32.63t，分别占相应各类家畜N2O 排放总量的34.64%、35.20%、39.70%、92.68%、35.88%；驴、山羊N2O 排放量最多的是清水河县、武川县，排放量分别为2.47t、22.05t，分别占氧化亚氮排放总量的37.62%、46.96%；而骡、绵羊的粪便N2O 排放主要集中在和林县，分别占骡、绵羊氧化亚氮排放总量的47.71%、31.19%。

韦秀丽等［12］估算重庆市2005年温室气体排放量时得出牛类对温室气体的贡献率最大，达到39.93%，其次是猪，达到33.54%。本文的分析结果显示，呼和浩特市各地区家畜温室气体排放量间差异较大。排放量较多的家畜为奶牛、肉牛、绵羊、山羊与猪。赛罕区与土左旗的奶牛和肉牛甲烷排放量最多，占甲烷排放总量的41.38%。因此，赛罕区与土左旗应该在奶牛和肉牛产业中采用合理的甲烷减排调控技术。如饲料精粗比的调整、秸秆的青贮处理和饲喂优质青干草等。和林县的羊类甲烷排放量最多，占甲烷排放总量的25.29%，所以羊类是和林县养殖业温室气体减排控制的主要领域。可以通过加强精料的补饲以及提高干草的质量等减少甲烷的产生。猪的肠道甲烷排放量虽低，但是其粪便堆贮过程中产生的CH4和N2O 量不容忽视。尤其是土左旗猪的饲养量最大，占全市猪饲养总量的35.88%，是该地区畜粪管理中控制温室气体排放的重要领域。可以考虑粪便的堆肥、厌氧发酵等降低粪便中CH4和N2O 的排放。

［1］杜 玮，张 杨，张金山，等.反刍家畜甲烷排放调控的研究进展［J］.中国牛业科学，2011，37（1）：55－57.

［2］Robert G，Jeff A.Livestock and climate change［J］.World Watch，2009，11／12：10－19.

［3］李世新.“北京2011科学技术与低碳社会高峰论坛”综述［J］.哲学动态，2011（7）：108－110.

［4］国家发展和改革委员会.中华人民共和国气候变化第二次国家信息通报［M］.北京：中国经济出版社，2013.

［5］谭秋成.中国农业温室气体排放：现状及挑战［J］.中国人口·资源与环境，2011，21（10）：69－75.

［6］闵继胜，胡 浩.中国农业生产温室气体排放量的测算［J］.中国人口·资源与环境，2012，22（7）：21－27.

［7］徐兴英，段华平，卞新民，等.江苏省畜禽养殖温室气体排放量估算［J］.江西农业学报，2012，24（6）：162－165.

［8］高广升.中国温室气体清单研究［M］.北京：中国环境出版社，2007.

［9］IPCC.Guidelines for national greenhouse gas inventories［R］.Intergovernmental Panel on Climate Change，2006.

［10］国家发展和改革委员会办公厅.关于印发省级温室气体清单编制指南（试行）的通知［R］.北京：国家发展和改革委员会，2011.

［11］曾 波，种荣珍，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，2009，17（4）：811－816.

［12］韦秀丽，高立洪，徐进等.重庆市畜牧业温室气体排放量估算［J］.西南农业学报，2013，26（3）：1235－1239.