江西省畜牧产业温室气体排放时空差异分析

王智鹏　孔凡斌　潘丹

[摘 要]本文运用生命周期评价方法，综合考虑江西省畜牧产业的整个过程，选取饲料粮种植、饲料粮运输和加工、畜禽肠道发酵、粪便管理系统、饲养环节耗能和畜禽产品屠宰加工六大环节，测算分析了1990—2013年江西省畜牧产业生命周期温室气体排放的时空差异。研究结果表明：总量上，1990—2013年，江西省畜牧产业生命周期及各个环节、各类别畜禽的CO2当量排放量均呈上升趋势，其中饲料粮种植、饲料粮运输加工、畜禽饲养耗能和畜禽产品屠宰加工环节CO2当量排放量上升趋势尤为明显；结构上，饲料粮种植、畜禽肠道发酵和粪便管理系统是江西省温室气体排放的主要来源，非反刍畜禽温室气体排放比例高于反刍畜禽；地区差异上，宜春市、吉安市和赣州市CO2当量排放总量位列江西省前三位，且排放总量远高于其他市区。

[关键词]畜牧产业；生命周期；时空差异；温室气体

[中图分类号]F127；F326.3；X196 [文献标识码]A [文章编号]1674-6848（2015）03-0026-11

[作者简介]王智鹏（1991— ），男，江西上饶人，江西财经大学鄱阳湖生态经济研究院农业经济管理硕士研究生，主要从事农业经济研究；孔凡斌（1967— ），男，江西九江人，江西省社会科学院副院长、研究员，江西财经大学二级教授，博士研究生导师，博士后合作导师，主要从事生态经济、资源与环境经济和农林经济研究（江西南昌 330077）；潘丹（1986— ），女，江西宜春人，江西财经大学在站博士后，主要从事环境经济和农业经济研究（江西南昌 330032）。

[基金项目]国家自然科学基金青年基金项目“大湖地区畜禽养殖污染形成机理及管控政策研究——以鄱阳湖生态经济区为例”（71303099）、江西省哲学社会科学重点研究基地（2014年）规划项目“完善我省农村环境污染治理制度研究”（14SKJD20）和江西省社会科学研究规划项目“鄱阳湖生态经济区畜禽养殖污染治理生态补偿机制研究”（13YJ50）的阶段性成果。

Title： The Spatial-temporal Changes of Greenhouse Gases Emissions in Jiangxis Graziery Sector — Base on Life Cycle Analysis（LCA）Method

By： Wang Zhipeng， Kong Fanbin & Pan Dan

Abstract： This study considers six important factors of graziery sector，including feed grain plantation， transportation and processing of feed grain， livestock enteric fermentation， manure management system， energy consumption of livestock and poultry breeding， and slaughter and processing of livestock products with the Life Cycle Analysis（LCA）method to estimate and analyze the spatial-temporal changes of greenhouse gases emissions of graziery sector during 1990 to 2013 in Jiangxi. The results show that：（1）the total amount of the CO2 emissions was on the rise from 1990 to 2013， especially for factors of feed grain plantation， transportation and processing of feed grain， energy consumption of livestock and poultry breeding， slaughter and processing of livestock products；（2）feed grain plantation， livestock enteric fermentation and manure management system are the main sources of greenhouse gases emissions where non-ruminant livestock greenhouse gases emission ratio is higher than ruminant livestock；（3）the spatial analysis of the CO2 emissions indicates that emissions from Yichun， Ji'an and Ganzhou outweigh all other regions in Jiangxi.

Key words： graziery sector； life cycle； spatial-temporal changes； greenhouse gases

一、引言

江西省是全国畜牧产业养殖的大省，畜牧业已成为江西农业农村经济发展的主导产业和农民就业增收的主要渠道，然而，日趋严峻的畜牧产业温室气体排放形势给江西省的环境和气候变化带来巨大挑战。畜牧产业所排放的CO2、CH4、N2O已经成为全球温室气体排放的主要来源之一，温室气体排放对环境的影响已然成为重点关注的问题①。据统计，畜牧产业排放CO2、CH4、N2O气体已经占到人类活动所排放总量的9%、65%和37%，其温室气体排放当量总量占农业温室气体排放总量和人类活动温室气体排放总量的57%和18%②。加强江西省畜牧产业温室气体排放研究，对于降低区域畜牧产业温室气体排放、应对气候变化、引领江西畜牧产业低碳发展，具有十分重要的理论意义和现实意义。通过测算温室气体排放总量和对空间格局变化的把握，能够更有针对性和可操作性地进行温室气体减排目标和政策的制定。

目前，国内已有学者对我国畜禽温室气体排放进行了测算。徐兴英等人估算了江苏省2000—2009年畜禽温室气体排放量，研究表明，畜禽肠道发酵是重要甲烷排放来源，占畜禽甲烷排放总量的 61.06%；粪便管理甲烷排放是畜禽温室气体的另一重要来源，占甲烷排放总量的 38.94%；肠道发酵羊的甲烷排放量最大，粪便管理中温室气体排放生猪排放贡献最大，前者主要是由排放系数决定，后者取决于饲养量③。范敏等人计算了江西省2004—2011年各地区在不同时间段的生猪养殖温室气体排放特征，并对影响生猪养殖温室气体排放的因素进行了简要介绍④。刘月仙等运用IPCC分析了北京地区1978—2009年间畜禽温室气体排放特征，研究表明，牲畜肠道发酵产生的CH4比重最大，年平均排放量为0.4TgCO2-eq，排放贡献最大的是牛，占肠道发酵甲烷排放总量的54%；牲畜粪便排放的CH4平均值为0.2TgCO2-eq，牲畜粪便排放的N2O平均值为0.3TgCO2-eq，畜禽粪便管理排放的CH4和N2O主要来自猪的排放，其贡献率分别为73%和 46%⑤。孟祥海等运用生命周期评价方法，测算和分析1990—2011年中国及2011年国内各地区畜牧业温室气体排放特征。研究表明：反刍家畜的CO2当量排放量占55.25%，非反刍畜禽占44.75%。2011年西部地区畜牧业全生命周期CO2当量排放量所占比重最大，并且西部地区的排放强度最高；农区畜牧业全生命周期CO2当量排放量占63.88%，牧区占14.07%，但牧区的排放强度最高，农区最低⑥。程琼仪等运用LCA方法对江西省高安县某肉牛育肥场污染物排放量进行估算，把化肥生产、农作物种植、饲料运输、肉牛生产和粪便处理作为系统边界⑦。

当前，我国对畜禽CH4气体排放和N2O气体排放研究较多，对畜牧产业整个生命周期和省域、市域尺度的研究较少，而且这些研究多在全国尺度或畜牧产业的单个类别或畜牧产业某个环节的温室气体测算。生命周期评价（Life Cycle Assessment，LCA）是一个从“摇篮到坟墓”的全过程评价，汇总和评估一个产品体系在其整个生命周期的所有投入及产出对环境造成潜在影响的方法，生命周期评价为畜牧产业提供了一种从系统的角度来分析问题的思路和评估的标准和方法①。为此，本文以市域为基本研究单位，运用1990—2013年江西省畜禽养殖数据，采用IPCC（2006）国家温室气体排放指南，测算和分析江西省及11个设区市生命周期温室气体排放总量和排放时空特征，为江西省制定温室气体减排政策，实现江西省畜牧产业低碳发展和推进生态文明建设江西样板工程提供理论依据。

二、数据来源与研究方法

江西省及11个设区市畜禽养殖数据主要来源于1991—2014年《江西统计年鉴》，部分数据来源于《中国农村统计年鉴》和《全国农产品成本收益资料汇编》。本文基于生命周期方法和江西省畜牧产业的特点，借鉴联合国粮农组织温室气体排放量评估框架《IPCC 2006年国家温室气体清单指南》，建立畜牧产业温室气体排放量的评估方法。运用此方法，选取饲料粮种植、饲料粮运输和加工、畜禽肠道发酵、畜禽饲养环节耗能、粪便管理系统和畜禽产品屠宰加工六大环节为研究系统边界，如图1所示；采用1990—2013年江西省11个设区市面板数据测算历年江西省及各设区市畜牧产业生命周期排放量，进一步系统分析江西省畜牧产业温室气体排放的时间变化、结构特征和空间格局。本文主要借鉴胡向东、孟祥海等②的计算方法，生命周期过程中GHG排放系数的确定优先参照国内资料以及来自于IPCC准则温室气体排放系数等资料，如表1所示。

在畜牧产业整个生命周期过程中产生的温室气体主要包括CO2、CH4、和N2O，各种温室气体的排放量依据其相应的全球升温潜能值转化为CO2当量（CO2-eq）计算③。为便于分析畜牧产业生命周期的排放特征，按六大环节分类进行计算。畜禽统计数据包括年末头数和年出栏数两部分，畜禽在养殖中会有繁殖和屠宰过程，会引起一个年度内饲养数量的变化。为保证计算的严谨，故采用以下方式对畜禽年度内平均饲养量进行估算，再根据各类畜禽的平均饲养量估算其产生的温室气体量：（1）当畜禽生产周期大于或等于1a时，畜禽的年平均饲养量采用年末头数计算；（2）当畜禽生产周期小于1a时，畜禽的年平均饲养量采用年出栏数据计算得出。其公式为：

■（1）

式中：APP表示畜禽年平均饲养量，头（只）；Nend表示畜禽年末头数，头（只）；Dayalive表示畜禽平均饲养周期，天。

（一）饲料粮种植产生的CO2排放

畜禽饲料包括精饲料和粗饲料，精饲料主要成分是玉米、小麦、豆粕、麸皮和矿物质等，粗饲料主要是泔水，青菜瓜果秸秆和剩菜剩饭等。在本文中，粗饲料属于废弃物，豆粕、麸皮是经过第一次处理后的副产品，矿物质所占分量过少，都不予计算畜牧业饲料粮种植温室气体排放。在饲料粮种植过程中，所需的农药、化肥、农业灌溉、土地翻耕以及机械耗能等活动也会产生温室气体，故归类为畜牧产业间接温室气体排放计算其中。所以，饲料粮种植产生的CO2排放量公式如下所示：

■（2）

式中：EGF表示饲料加工过程中产生的CO2排放量；i表示畜禽产品，包括牛肉、牛奶、羊肉、猪肉、禽肉、禽蛋；Qi表示i类畜禽产品的年产量，吨；ti表示i类畜禽单位产品耗粮系数，kg/kg；pj表示i类畜禽饲料配方中j类粮食所占比重，包括玉米、小麦、大豆，其中：牛的精饲料中玉米占37%，豆粕类占26%；羊的精饲料中玉米占62.61%，豆粕类占12.89%；猪精饲料中玉米占56.15%，小麦占18%；禽类精饲料中玉米占57%，豆粕类占17%，小麦占5%；EFjA表示j类饲料粮运输加工过程中的CO2排放系数，t/t。

（二）饲料粮运输加工产生的CO2排放

在种植收获玉米、大豆、小麦等作物后，经过晒干、筛选、运输、碾碎、配料、混合等加工制成饲料。在此过程过，所消耗的能源也计算入间接温室气体排放中。饲料粮运输加工过程产生的CO2公式如下所示：

■（3）

式中：ESM表示饲料粮运输加工过程中产生的CO2排放量；Qi表示i类畜禽产品的年产量；ti表示单位畜禽产品耗粮系数，kg/kg；pj表示i类畜禽饲料配方中j类粮食所占比重，包括玉米、小麦、大豆；EFjB表示j类饲料粮运输加工过程中的CO2排放系数，t/t。

（三）畜禽肠道发酵产生的CH4排放

在养殖过程中，禽类肠道属于无氧条件，产生CH4气体。牛、羊属于反刍牧禽，其瘤胃是产生CH4的主要来源。猪和禽类属于非反刍畜禽，其中猪是单胃产生的CH4较少，而禽类肠道产生的CH4极微，本文不予考虑。畜禽肠道发酵产生的CH4排放量公式如下所示：

■（4）

式中：EMT表示畜禽肠道发酵产生的二氧化碳排放当量（CO2-eq）；i表示畜禽养殖类别，包括牛、羊、禽类、生猪；APPi表示i类畜禽年平均饲养量；EFiD表示i类畜禽粪肠道发酵CH4排放系数，kg/（头·a）；GWPCH4表示CH4全球升温潜能值。

（四）粪便管理系统产生的CH4排放

在禽类粪便管理系统中，产生的CH4排放量取决于粪便的排放量以及粪便厌氧条件的降解比例。粪便在厌氧条件下产生CH4，在其管理和储存过程中都会释放CH4。当养殖场将大量粪便排放进化粪池、粪坑或沼气池等储存系统下，便会形成厌氧条件，从而产生大量CH4。粪便管理系统产生的CH4排放量如下所示：

■（5）

式中：EGC表示畜禽粪便管理系统产生的二氧化碳排放当量（CO2-eq）；APPi表示i类畜禽年平均饲养量；EFiF表示i类畜禽粪便管理系统CH4排放系数，kg/（头·a）；GWPCH4表示CH4全球升温潜能值。

（五）粪便管理系统产生的N2O排放

在畜禽粪便管理系统中，当粪便在管理和储存时为有氧条件下产生N2O气体。粪便中所含的氮元素经过相关的硝化和反硝化作用，将粪便中的蛋白质所含的氮反应转化为N2O气体。粪便管理系统产生的N2O排放量公式如下所示：

■（6）

式中：EGD表示畜禽粪便管理系统产生的二氧化碳排放当量（CO2-eq）；APPi表示i类畜禽年平均饲养量；EFiG表示i类畜禽粪便管理系统N2O排放系数，kg/（头·a）；GWPN2O表示N2O全球升温潜能值。

（六）畜禽饲养环节的CO2排放

在畜禽饲养过程中，生产照明、栏舍防寒保暖、通风散热、设备运转等环节，所需要消耗的电能、煤等能源，也会直接或间接产生温室气体的排放。畜禽饲养环节产生的CO2排放量如下所示：

■

■（7）

式中：EGE表示畜禽饲养环节耗能产生的CO2排放量；NAPAi表示i类畜禽年生产总量；Cie表示i类畜禽每只（头）在一个饲养周期所消耗的用电支出，元/头；pricee表示畜禽养殖的用电单价，元/（KW·h）；EFe表示电能消耗的CO2排放系数，t CO2/（MW·h）；Cic表示i类畜禽每只（头）在一个饲养周期所消耗的用煤支出，元/头；pricec表示畜禽养殖的用煤单价，元/t；EFc表示煤燃烧的CO2排放系数，t/t。

（七）畜禽屠宰加工产生的CO2排放

活的畜禽从养殖场经过运输到屠宰厂，然后经过屠宰、分类加工制成畜禽产品，如：肉制品、奶制品和蛋等。这些过程中所需的能耗也要计算入间接温室气体排放中去，所以畜禽屠宰加工温室气体产生的CO2排放公式如下所示：

■（8）

式中：ESF表示畜禽屠宰加工产生的CO2排放量；Qi表示i类畜禽产品年产量，其中包括猪肉、羊肉、禽肉、牛肉、牛奶、禽蛋；KJj表示单位畜牧产品屠宰加工耗能，KJ/kg；en表示每度电的热值，MJ/（KW·h）；EFe表示电能消耗的CO2排放系数，t CO2 /（MW·h）。

（八）排放总量计算

综上所计算，江西省畜牧产业生命周期温室气体排放计算的公式如下所示：

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■

■

（9）

式中：ETotal表示畜牧业生命周期温室气体的排放总量；EGF表示饲料粮运输加工产生的CO2排放量；ESM表示饲料粮运输加工产生的CO2排放量；EMT表示畜禽肠道发酵产生的二氧化碳当量（CO2-eq）排放量；ECD表示粪便管理系统产生的二氧化碳当量（CO2-eq）排放量；EGE表示畜禽饲养环节的CO2排放量；ESF表示畜禽屠宰加工产生的CO2排放量。

三、结果分析

（一）江西省畜牧产业生命周期温室气体排放时间变化分析

1990—2013年江西省畜牧产业生命周期CO2当量排放量及排放强度如表2、图2所示。从中可以发现：1990-2013年江西省畜牧产业生命周期及各个环节的CO2当量排放量均呈上升趋势而同时期畜牧产业CO2当量排放强度呈波动下降趋势；江西省畜牧产业生命周期CO2当量排放量可以分为三个阶段：1990—1997年为第一阶段，1998—2002年为第二阶段，2003—2013年为第三阶段。在第一阶段，CO2当量排放总量（ETotal）从1990年974.12万吨增长到1997年1548.13万吨，呈上升趋势；第二阶段，CO2当量排放总量（ETotal）从1998年1464.18万吨下降到2002年1346.17万吨，呈下降趋势；第三阶段，CO2当量排放总量（ETotal）从2003年1369.68万吨增长到2013年1782.41万吨，呈上升趋势。

江西省畜牧产业生命周期CO2当量排放总量（ETotal）年均增长率为2.66%，饲料粮种植（EGF）、饲料粮运输加工（ESM）、畜禽肠道发酵（EMT）、粪便管理系统（ECD）、饲养环节能耗（EGE）和畜禽屠宰加工（ESF）各环节CO2当量排放量年均增长率分别为4.82%、5.53%、0.33%、2.6%、5.36%和5.07%，其中EMT和ECD的年均增长率明显低于EGF、ESM、EGE和ESF的年均增长率。从江西省畜牧产业生命周期温室气体排放各环节的增长速度可以发现，饲料粮种植、饲料粮运输加工、饲养环节耗能、畜禽产品屠宰加工的增速明显高于畜禽肠道发酵和粪便管理系统环节的温室气体排放量增速。反映出江西省畜牧产业由家庭散养模式向规模化模式转变，由以农户废弃食物为主向高投入、高能量、高蛋白为特征的集约化、商品化生产模式转变。

（二）江西省畜牧产业生命周期温室气体排放结构特征分析

分别用EGF、ESM、EMT、ECD、EGE和ESF表示江西省畜牧产业生命周期六大环节CO2当量排放量占总排放量的比例。如表3所示，在1990—2013年的24年间，EGF、ESM、EGE和ESP呈现上升趋势，年均增长率分别为2.11%、2.66%、2.63%和2.35%。EMT和ECD呈现下降的趋势，年均增长率分别为-2.27%和-0.06%，但ESM和ESF所占比例分别低于1%和0.04%。在CO2当量排放总量所占比例中，饲料粮种植、畜禽肠道发酵和粪便管理系统三大环节所占比例远高于饲料粮运输加工、畜禽饲养环节耗能和畜禽产品屠宰加工三大环节，这表明饲料粮种植、畜禽肠道发酵和粪便管理系统三大环节是温室气体排放的主要来源。

根据1990—2013年江西省畜牧产业各畜禽类别CO2当量排放量占总排放量的比例（见表4）分析：24年间，江西省生猪、牛、羊和禽类的CO2当量排放比例变化幅度相对平缓。生猪和禽类呈上升趋势，牛呈下降趋势，羊呈先上升后下降的趋势；牛、羊、生猪和禽类的CO2当量排放量占江西省畜牧产业生命周期排放总量的平均比例分别为44.13%、1.03%、42.28%和12.56%，生猪和牛养殖占CO2当量排放总量主导地位。反刍畜禽（牛、羊）总排放量占45.16%，非反刍畜禽（生猪、禽类）总排放量占54.84%。

（三）江西省畜牧产业生命周期温室气体排放空间格局分析

1990—2013年共24年，江西省11个设区市畜牧产业生命周期CO2当量排放量的空间格局如图3所示。图形结果显示：江西省生命周期CO2当量排放量空间聚集特征明显，主要年份CO2当量排放量高的排放区主要集中在宜春市、吉安市和赣州市。以1990年为例，江西省11个设区市CO2当量排放总量相对较少，CO2当量排放量前三位为宜春市、吉安市和赣州市，CO2当量排放总量均在150万吨以上。这与这三个市是传统的畜牧业大市有关，生猪和牛的饲养数量占据全省的前三。低CO2当量排放区主要集中在赣中北部，包括6个设区市，分别为南昌市、景德镇市、萍乡市、九江市、新余市和鹰潭市，其排放总量都低于80万吨。2000年，宜春市、吉安市和赣州市的CO2当量排放总量进一步提升，达到200万—300万吨，南昌市和九江市的CO2当量排放总量也提升明显，与抚州市、上饶市CO2当量排放总量一起达到80万—150万吨。景德镇市、萍乡市、新余市和鹰潭市排放总量变化不大，仍然低于80万吨。2010年，赣州市的CO2当量排放总量继续呈上升趋势，CO2当量排放总量达到300万—350万吨。南昌市和抚州市的CO2当量排放总量也呈明显的上升趋势，CO2当量排放总量达到150万—200万吨。景德镇市、萍乡市、新余市和鹰潭市依旧维持低排放水平。2013年，吉安市和宜春市的CO2当量排放总量增加明显，与赣州市一起达到300万—350万吨。上饶市的CO2当量排放总量增加明显，与抚州市、上饶市的CO2当量排放总量一起达到150万—200万吨。从1990—2013年的24年间，景德镇市、萍乡市、新余市和鹰潭市的CO2当量排放总量基本维持在一个较低的水平。宜春市、吉安市和赣州市的CO2当量排放总量上升趋势最为明显，且增量最大。南昌市、抚州市、上饶市和九江市的CO2当量排放总量上升趋势也较为明显。

四、结论及建议

本文运用生命周期方法，综合考虑江西省畜牧产业的整个过程，选取饲料粮种植、饲料粮运输加工到畜禽肠道发酵、粪便管理系统、饲养环节耗能和畜禽产品屠宰加工六大环节，测算和分析了1990—2013年江西省畜牧产业生命周期温室气体排放时空差异。研究结果表明：总量上，1990—2013年江西省畜牧产业生命周期及各个环节、各类别畜禽的CO2当量排放量均呈上升趋势，其中饲料粮种植、饲料粮运输加工、畜禽饲养耗能和畜禽产品屠宰加工环节CO2当量排放量上升趋势尤为明显；结构上，饲料粮种植、畜禽肠道发酵和粪便管理系统三大环节CO2当量排放量占总排放量的比例远高于饲料粮运输加工、畜禽饲养环节耗能和畜禽产品屠宰加工三大环节，饲料粮种植、畜禽肠道发酵和粪便管理系统是江西省温室气体排放的主要来源，反刍畜禽（牛、羊）CO2当量排放量占总排放量的比例为45.16%，非反刍畜禽（生猪、禽类）CO2当量排放量占总排放量的比例为54.84%，非反刍畜禽温室气体排放比例高于反刍畜禽。地区差异上，宜春市、吉安市和赣州市CO2当量排放总量位列江西省前三位，且排放总量远高于其他设区市。

结合江西省畜牧产业温室气体排放时空结构特征，提出以下几点建议：一是从总量上看，要努力降低饲料量种植、饲料粮运输加工、畜禽饲养环节能耗、畜禽产品屠宰加工环节的能源消耗，同时还要通过提高饲养及养殖规模化水平以及畜禽粪便管理与利用效率来降低禽类肠道和粪便管理系统环节的温室气体排放；二是从结构上看，要大力调整生猪、牛、羊和禽类的结构分布，降低结构不合理导致的温室气体排放；三是从区域差异上看，要通过提高养殖效率、优化区域布局，因地制宜饲养各类畜禽，对不同地区制定差异化的畜禽温室气体排放控制政策，同时，将宜春市、吉安市和赣州市列为江西省畜禽温室气体排放政策实施的重点区域。