黑龙江省畜禽粪便排放量估算与温室气体排放现状的分析

程云，贾永全

（黑龙江八一农垦大学动物科技学院，大庆 163319）

黑龙江省畜禽粪便排放量估算与温室气体排放现状的分析

程云，贾永全

（黑龙江八一农垦大学动物科技学院，大庆 163319）

随着畜牧业的发展，在畜产品生产量不断增加的同时，也带来了日益严重的环境污染问题。通过对黑龙江省近几年畜禽粪便排放量和温室气体排放的估算，分析了畜牧生产对黑龙江省环境的影响。在此基础上，提出了黑龙江省畜牧业节能减排若干建议。

畜牧业；粪便；温室气体

一些研究表明[1]，农业源污染已经成为环境面污染的重要组成部分。其中由畜禽养殖产生的污染排放所占比例尤其大。而其中最受关注的就是畜禽粪便排放对环境的影响和畜禽生产过程中产生的温室气体对大气的影响。很多学者估算了本区域内畜禽粪便排放量，以便对区域的污染治理提供依据。黑龙江省是国内重要的畜牧生产大省，拥有着丰富的自然资源，为了满足人们日益提高的动物性食品的需求。每年为国家提供丰厚的畜产品的同时，环境污染问题也越来越受到人们的重视。以畜禽粪便污染与畜禽温室气体排放为切入点。对近几年畜禽粪便的排放量进行估算，重点分析黑龙江畜禽环境污染现状。并在此基础上对黑龙江省的节能减排工作提出若干建议。

1 黑龙江省畜禽的粪便排放量

1.1 数据来源

畜禽的存栏量与出栏量来自《黑龙江统计年鉴2013》[2]，其数据截止于2013年底。

1.2 估算参数的确定

（1）畜禽的生产周期。由于畜禽的种类不一样，生产周期也不同，一般生产周期大于一年的，按年末的存栏量当做饲养量，生产周期为365 d。生产周期小于一年的，饲养量为当年的出栏量。不同的畜禽生产周期具体为：牛和羊的生长周期大于一年，按照365 d计算，生猪的生产周期为199 d[3]，母猪大于一年，按365 d计算。蛋禽与肉禽在生长周期和日排泄量上均有较大差异，因此在计算家禽粪便排泄量时，两者需要分开计算，肉禽饲养周期一般为55 d，蛋禽饲养周期一般为365 d。

（2）畜禽粪尿的日排放系数。畜禽粪便排泄系数根据畜禽种类与品种的不同会有差异[4]，我国目前尚没有相应的国家标准，根据[5]相关文献书籍的查阅采用高等学校农林规划教材《家畜环境卫生学》中的排泄系数。主要畜禽粪便系数如表1。

表1 畜禽粪便排泄系数（kg·d-1）Table 1 Coefficient of livestock excrements

1.3 粪便排放量计算公式

年产粪量（t·年-1）=个体日产粪量（kg·d-1）×饲养期（d）×饲养数（头、只）×10-3

年产尿量（t·年-1）=个体日产尿量（kg·d-1）×饲养期（d）×饲养数（头、只）×10-3

畜禽粪便养分量（t·年-1）=年度畜禽粪便产生量（t·年-1）×单位质量畜禽粪便养分含量（%）

耕地畜禽粪便年负荷（t·年-1*hm2）=年度畜禽粪便总量（t·年-1）/年度耕地面积（hm2）

纯养分耕地年负荷（kg·hm-2）=年度畜禽粪便养分量（kg）/年度耕地面积（hm2）

1.4 畜禽粪便的氮、磷含量

畜禽的粪便中含有大量的氮、磷等营养元素，这些营养元素可以作为丰富的有机肥源。但如果产生量过大会引起土壤富氧化等一系列环境污染问题。一些研究[6]指出畜禽的粪尿中有氮、磷的含量基本稳定。如表2。

表2 畜禽粪便中氮、磷含量百分比（%）Table 2 Percentage of Nitrogen and phosphorus content of livestock excrements

1.5 结果与分析

1.5.1 近几年黑龙江省畜禽粪便与尿的排放量

根据上述公式对黑龙江畜禽粪便排放量与排尿量进行估算，估算结果如表3和表4。近几年中，黑龙江省的畜禽粪便排放量有小范围的波动。排放量最高的是2008年，一年的排放量约等于11 600万t。随后略微下降趋于平稳，但排放量总体与2006年相比是有所上升的。畜禽尿液的排放量的波动情况与粪便量相似。截至2012年年底，黑龙江一年的畜禽排放量达到9 850万t，尿量排放达到6 900万t。其中牛粪便排放所占比重最大，达到56.85%，其次是猪，占总排放量的24.57%。这就说明黑龙江省畜禽粪便的污染问题主要集中在养牛业和养猪业，其中最重要的是养牛业。未来进行的畜禽粪便治理问题应当主要围绕在养牛行业上。

表3 2006～2012年黑龙江省畜禽粪便排放量（万t）Table 3 Emission load of livestock excrements in Heilongjiang from 2006 to 2012

表4 2006～2012年黑龙江省畜禽尿量排放（万t）Table 4 Urine volume of livestock excrements in Heilongjiang from 2006 to 2012

1.5.2 粪便的主要污染物氮、磷含量与土地承载能力

根据上述系数与公式对粪便中氮、磷的含量进行估算，估算结果如表5。耕地畜禽粪便年负荷可以间接的体现出当地畜禽饲养密度与布局的合理性。截至目前，我国尚无耕地的畜禽粪便负荷量及N、P养分负荷量限量标准。据研究表明[7]，尽管不同畜禽品种和不同区域特点耕地粪便负荷量会有所变化，但是一般认为的土地能够负荷的畜禽粪便量在30～45 t·hm-2左右，如果超过这一水平土壤就会富营养化，对环境产生很大的负面影响。从环境风险的角度考虑，将最低水平30 t·hm-2为最大理论适宜量。显然，黑龙江耕地年负荷要低于这一水平，据分析主要有两方面因素，一方面是与其他省市相比较，黑龙江的整体耕地面积较大。另一方面所估算的畜禽粪便量只包括一些主要种类的畜禽，所以相对估算值要偏低。从2008年开始，黑龙江省的耕地畜禽年负荷正在缓慢降低趋于平稳，说明近几年中黑龙江省畜禽粪便排放量控制良好。此外，单位耕地面积上畜禽粪便营养元素氮、磷的负荷同样能反映了畜禽粪便对于耕地土壤的污染风险。欧盟的农业政策规定，粪肥年施氮量的限量标准为170 kg·hm-2，超过这一极限值将会带来硝酸盐的淋洗。土壤的粪便年施磷量不能超过35 kg·hm-2[8]，过量的磷会通过土壤的淋洗造成水体的富营养化。

表5 2008～2012年畜禽粪便主要污染物含量与年负荷Table 5 Contaminants and load of livestock excrements in Heilongjiang from 2008 to 2012

1.5.3 黑龙江各个地区的粪便排放现状

根据2012年黑龙江省各地级市主要畜禽存栏与出栏量计算出各地畜禽粪便排放总量，并通过各个地区的耕地面积算出相应的耕地年负荷如表6。粪便排放前五名由高到低分别是绥化、哈尔滨、齐齐哈尔、农垦总局、大庆。这五个地区的粪便排放量约占总排放量的75%。说明黑龙江省畜禽养殖量与畜禽粪便排放量呈区域式分布，主要集中在这五个区域内。耕地畜禽粪便年负荷总体不高，最高地区为大庆，达到19.75 t·hm-2，没有超过30 t·hm-2这一理论最大值。说明现阶段黑龙江省的畜禽粪便排放量与饲养密度相对合理。除大庆外，绥化、双鸭山、绥芬河、哈尔滨等地区的耕地畜禽粪负荷相对较高，应当划入省内重点优化地区。氮纯养分耕地负荷与磷纯养分耕地负荷最高的地区分别是绥化82.19 kg·hm-2与大庆36.62 kg·hm-2。同样没有超过其相应的理论最大值，黑龙江整体畜禽养殖饱和度与粪便污染控制良好。相应的该预防治理的地区还有绥化、哈尔滨、绥芬河。

根据上述分析研究发现，近几年黑龙江省的畜禽粪便排放量趋于平稳，由于辽阔的耕地面积作为依托，整体耕地畜禽粪便负荷量相对比较合理，相应的纯养分负荷量均低于极限值。但黑龙江省畜禽养殖较为集中，应当对集中地区进行优化控制，不饱和地区加以发展，走上养殖业的可持续发展之路。

表6 黑龙江主要地区的畜禽粪尿排放量与耕地负荷Table 6 Urine volume and plough load of livestock excrements in Heilongjiang

2 畜禽生产的温室气体排放量估算

2.1 畜牧业温室气体的来源

畜牧业产生的温室气体主要包括二氧化碳、甲烷和氧化亚氮。由畜牧业排放的CO2主要源自于动物本身呼吸、动物饲料的生产、饲料及动物产品的运输、集中饲养动物所需的加热冷却通风等机械设备消耗等，大约占总排放量的9%。甲烷主要来自反刍动物瘤胃微生物的发酵、非反刍动物大肠气体和畜禽粪便处理过程。研究显示畜牧业有关的甲烷排放量达到人为排放的35%～40%，这与动物的种类、饲养方式、成长阶段、饲料质量、个体消化效率及运动情况均有一定关系。N2O主要来源于粪便还田利用过程中直接或间接的排放。N2O的直接排放通过粪肥中所含氮素共同的硝化和反硝化作用发生。粪便储存和管理中产生的N2O排放取决于粪便中的氮含量和碳含量，以及储存的持续时间和管理方法的类型。在不同的情况下产生量有所不同。

2.2 估算系数的确定

由于畜牧业排放二氧化碳对环境作用不大，重点估算甲烷与氧化亚氮的排放量。在个体差异，区域差异和饲养差异的作用下很难确定标准的排泄系数。采用省级温室气体清单编制[12]中采用的估算系数，由于不同的养殖方式下排泄系数不同，但真实数值往往很难统计，所以选择用均值计算，排泄系数如表7。

表7 温室气体排放因子（kg·年-1·头-1）Table 7 Emission factors of greenhouse gas

2.3 温室气体排放计算公式

采用省级温室气体清单编制中所应用的估算方法：

式中，ECH4，enteric，i为第i种动物甲烷排放量，万吨CH4/年；EFCH4，enteric，i为第i种动物的甲烷排放因子，千克/头/年；APi为第i种动物的数量，头（只）。

式中，ECH4为动物肠道发酵甲烷总排放量，万吨CH4/年；ECH4，enteric，i为第i种动物甲烷排放量，万吨CH4/年。

式中，ECH4，manure，i为第i种动物粪便管理甲烷排放量，万吨CH4/年；EFCH4，manure，i为第i种动物粪便管理甲烷排放因子，千克/头/年；APi为第i种动物的数量，头（只）。

对T2WI、T1WI和DWI三种成像方式的检测结果进行分析。缺血性病灶包括皮质病灶、基底节病灶以及白质病灶;出血性病灶包括脑部出血、脑实质出血、蛛网膜下腔出血以及硬膜下出血。

式中，EN2O，manure，i为第i种动物粪便管理氧化亚氮排放量，万吨N2O/年；EFN2O，manure，i为特定种群粪便管理氧化亚氮排放因子，千克/头/年；APi为第i种动物的数量，头数。

2.4 黑龙江省畜禽温室气体的估算结果

2.4.1 黑龙江畜禽温室气体的排放情况

根据上述公式与排放因子，对黑龙江省近几年温室气体排放量进行估算，估算结果如表8。如表所示，黑龙江省温室气体排放呈现的是先升高后降低再逐步平稳的趋势，在2008年达到最大值，甲烷排达到放量为65.38万t，氧化亚氮排放量达到1.87万t。2006～2008年期间黑龙江省畜禽发展较为迅速，养殖量增加较快，随之温室气体排放量增加。2008年之后温室气体排放量突然降低并慢慢趋于平稳。其主要原因为受金融危机和国际大环境的影响，黑龙江省开始实行畜牧业高效转型，养殖量快速下降。随后在政府政策扶持调控下养殖量趋于平稳。2008～2011年期间养殖量与畜禽温室气体排放量在逐渐降低，但畜产品的产量却在缓慢增加，这就说明黑龙江省实行高效养殖业已经初见效果，在满足人们日益增长的消费需求的前提下，适当降低养殖量，降低养殖业对环境的不良影响。这也为实行畜牧行业的节能减排提供可能。

表8 黑龙江省温室气体排放量（万t）Table 8 Greenhouse gas emissions in Heilongjiang

2.4.2 畜禽的甲烷排放情况

对近几年畜禽甲烷的排放比例进行估算，估算结果如表9。奶牛的甲烷排放比例在逐年增加，而且上升趋势明显，主要是由于人们对奶制品的需求量逐年增大，为了满足这一需求，奶牛的养殖量在逐年上升，预计还会继续上升，奶牛排放甲烷的比例会继续升高。黄牛及肉牛的甲烷排放量虽然一直保持同年最高比例，但其排放比例却一直保持逐年下降，分析其原因主要有两点，随着科技的发展，役用黄牛数量随着使役年限的增长逐年减少。另一原因是黑龙江肉牛的集约化水平在逐年增加，畜产品增加的同时降低养殖数量，使得甲烷的排放量在逐渐减少。猪和羊的养殖体系相对健全，抵御疾病与外来波动的的能力较强，所以饲养量稳定，相应甲烷的排放比例也较为稳定。

2.4.3 畜禽的氧化亚氮排放情况

由于排放因子与稀有动物数量无法统计的双重限定，估算的黑龙江畜禽温室气体排放量只估算主要畜禽的排放量，与真实数值相比较低。根据上述估算结果可以看出，畜禽甲烷排放量大部分是由畜禽肠道产生的，大约占总排放量的92%。由畜禽肠道的排放因子可以看出，奶牛，黄牛及肉牛是最主要的甲烷成产源，奶牛甲烷排放的比例还在逐年增加，人们对奶制品的需求也不断增加。所以控制黑龙江畜牧业甲烷气体的排放，奶牛养殖的优化是重中之重。氧化亚氮排放量占首位的是猪，平均占总排放量的54%。如何高效利用猪粪同时减少氧化亚氮的排放是黑龙江畜禽节能减排的重要内容。

表9 甲烷的排放比例（%）Table 9 Emissions ratio of methane

表10 氧化亚氮的排放比例（%）Table 10 Emissions ratio of nitrous oxide

3 黑龙江畜牧业节能减排的建议

3.1 发展生态养殖，循环利用资源

畜禽养殖迅速发展过程中不应当与农业脱节，提到黑龙江耕地的畜禽粪便氮、磷的负荷量较低。有很大的发展空间。耕地利用畜禽粪便中的营养物质，将畜禽粪便用于农田，可以改良土壤结构，同时提高农作物产量。所以，利用好畜禽粪便，可以减轻畜禽粪便对环境的污染，还能减轻后期环境工程的治理投入，而且可以有效的改善土壤肥力，提高耕地质量。将畜禽养殖业纳入整个农业生产体系中，实现农业生产和生态环境的良性循环[8]。

3.2 大力发展畜禽粪便的处理加工

畜禽粪便中含有大量的病原微生物等有害物质，自然堆放的同时还会产生温室气体破坏环境，所以要发展畜禽粪便的循环利用，首先应当对畜禽粪便做处理加工。大力发展畜禽粪便加工产业，对环境保护产生积极的影响。

3.3 合理畜禽养殖布局

对于环境的角度来讲，养殖规模并不是越大越好，要根据自身的承载能力发展适度规模。通过耕地畜禽粪便年负荷的大小间接体现出黑龙江各个地区的饲养密度与养殖合理性，对不饱和地区加以发展，饱和地区加以控制，实现黑龙江畜牧养殖区域化，最优化。

3.4 发展高效养殖业

畜禽粪便的排放与温室气体的排放都是以畜禽的养殖量为依托的。在满足人们日常对畜产品需求的大前提下，减少养殖量，增加养殖效率，是减少畜禽对环境污染的最长远办法。随着科技的进步，集约化养殖的普及，如何实行高效养殖，是实现畜牧业节能减排的重要方向。

3.5 确定适度的养殖规模

要科学确定畜牧生产的规模，既要根据市场的需求，也要考虑环境与资源的约束。

力争使黑龙江省的畜牧生产做到生态效益和生态效益的和谐统一。

［1］张晖.中国畜牧业面源污染研究［D］.南京：南京农业大学，2010.

［2］黑龙江统计局.2012年黑龙江统计年鉴［M］.北京：统计出版社，2012.

［3］张克强，高怀友.畜禽养殖业污染物处理与处置［M］.北京：化学工业出版社，2004.

［4］王新谋.家畜粪便学［M］.上海：上海交通大学出版社，1999.

［5］安立龙.家畜环境卫生学［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［6］全国农业技术推广服务中心.中国有机肥料养分志［M］.北京：中国农业出版社，1999.

［7］韦春波，赵鑫，程云，等.大庆市畜牧生产状况的评价分析［J］.黑龙江八一农垦大学学报，2013，25（4）：36-39.

［8］杨国义，陈俊坚，何嘉文.广东省畜禽粪便污染及综合防治对策［J］.土壤肥料，2005（2）：47-48.

Analysis of Emission Load Estimation of Livestock Excrements and Emission Situation of Greenhouse Gases in Heilongjiang

Chen Yun，Jia Yongquan
（College of Animal Science and Technology，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319）

With the development of animal husbandry，the production of livestock increased，also brought serious environmental pollution problems.Through the estimation of emission load of livestock excrements and greenhouse gases emission of Heilongjiang in recent years，the effects of animal husbandry on environment were analyzed.On this basis，the article put forward some suggestions of conservation and emissions reduction about animal husbandry in Heilongjiang province.

animal husbandry；excrements；greenhouse gases

S811.5

A

1002-2090（2016）06-0126-06

10.3969/j.issn.1002-2090.2016.06.026

2014-11-07

“十二五”国家科技支撑计划课题（2013BAD21B01-4）。

程云（1989-），女，黑龙江八一农垦大学动物科技学院2012级硕士研究生。

贾永全，男，教授，硕士研究生导师，E-mail：jyongq@163.com。