宁夏市域尺度下畜牧业碳排放时空演变及驱动因子研究

任惠芹 齐娅荣 王嘉怡 钟艳霞

摘要 以宁夏5个市2001—2020年畜牧存栏统计数据为基础，探究畜牧养殖业碳排放的时空变化规律及驱动因子。结果表明，2001—2020年宁夏各市畜牧业碳排放总体呈增长趋势。在相同时限内，固原市和吴忠市碳排放增幅较大，石嘴山市增幅相对稳定。碳排放量主要受政策、经济、技术、行业因素影响。

关键词 畜牧业；碳排放；时空特征；驱动因子；宁夏

中图分类号 X713  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2024）10-0080-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.10.018

Study on the Spatial and Temporal Evolution of Carbon Emissions from Animal Husbandry and the Driving Factors at the Municipal Scale in Ningxia

REN Hui-qin1，QI Ya-rong2，WANG Jia-yi3 et al

（1.School of Geography and Planning，Ningxia University，Yinchuan，Ningxia 750021;2.School of Civil and Hydraulic Engineering，Ningxia University，Yinchuan，Ningxia 750021;3.School of Ecology and Environment，Ningxia University，Yinchuan，Ningxia 750021）

Abstract Based on the statistical data of animal husbandry inventory in five cities in Ningxia from 2001 to 2020，this study explores the spatiotemporal variation patterns and driving factors of carbon emissions from animal husbandry.The result showed that the overall trend of carbon emissions from livestock farming in Ningxia cities from 2001 to 2020 was increasing.Within the same time frame，carbon emissions increased more in Guyuan City and Wuzhong City，while the increase in Shizuishan City was relatively stable.Carbon emissions were mainly influenced by policy，economic，technological and industry factors.

Key words Animal husbandry;Carbon emission;Spatial and temporal characteristics;Driving factors;Ningxia

基金項目 国家自然科学基金项目（42277466）。

作者简介 任惠芹（1999—），女，陕西榆林人，硕士研究生，研究方向：自然地理与环境变化。*通信作者，教授，博士，博士生导师，从事环境地理与全球变化研究。

收稿日期 2023-06-25

在全球低碳转型的趋势下，我国力争在2030年前实现碳达峰，争取在2060年前实现碳中和。农业是国民经济的基础，关乎社会稳定和国家的长远发展，而畜牧养殖业随着粪尿的排放、肠道气体排放及畜牧呼吸产生的碳排放及环境污染不容忽视。农业作为我国温室气体的第三大排放源，“碳减排”行动刻不容缓。2022年颁布的《农业农村减排固碳实施方案》将“畜牧业减排降碳”作为六大重点任务之一，将“畜牧低碳减排行动”作为十大重大行动之一［1］。《宁夏应对气候变化“十四五”规划》中全区单位GDP CO2排放下降幅度达到16%，宁夏畜牧业“十四五”规划中提出宁夏畜牧业快速发展的同时，畜牧养殖过程产生的温室气体会给环境带来一定压力。因此分析宁夏畜牧养殖业碳排放影响因素，对制定畜牧养殖业碳减排政策、指导畜牧养殖业低碳发展具有重要意义。

我国畜牧碳排放量的研究大多为趋势分析。如郭险峰等［2］利用2000—2019年面板数据研究我国31个省份的农业碳排放状况，碳排放部分只考虑CH4排放，总体呈下降趋势，年均增长率为1.13%；田云等［3］对我国30个省份2005—2019年的农业碳排放量进行了测定，畜牧养殖方面采用2006年IPCC排放因子法，结果表明，测量期间畜牧碳排放量呈明显下降趋势；胡双利等［4-11］通过IPCC清单推荐的参数，测算畜牧业碳排放量，得到畜牧业碳排放的原因和趋势。Kythreotou等［12］对塞浦路斯温室气体排放的贡献进行研究，结果表明，农业排放的重要来源是肠道发酵和粪肥管理，提高能源效率和可再生能源有助于降低农场经营成本，改善空气质量和减少温室气体排放水平。Dogˇan等［13］通过面板数据分析，揭示经济合作组织发展中国家的牲畜活动与CO2排放之间的关系，结果表明，牛和家禽的存栏数与CO2排放量总体上存在显著的正相关关系，但与羊的饲养没有显著的统计学关系，畜牧业活动对气候变化的影响很重要，因为它们对CO2排放有贡献。Forabosco等［14］研究发现发展中国家产生了大量温室气体排放，主要是由于动物饲养系统、饲料生产和粪肥管理效率低下造成的。Zwane等［15］研究1990—2019年可再生能源消费和农业经济增长对非洲农业碳排放的影响，结果表明，农业增长促进了农业碳排放。Koondhar等［16］对畜禽养殖业碳排放问题不断探讨，围绕碳排放量的测算，研究内容涉及不同的测算方法、温室气体的种类、动物类别、系统边界、尺度、区域等，计算得到碳排放量数据之后，围绕其时空分布特征、减排措施、影响因素进行深入分析。

根据IPCC的界定，畜牧温室气体排放主要包括牲畜肠道甲烷排放、粪便甲烷排放和粪便氧化亚氮排放3个部分。该研究根据《省级温室气体清单编制指南（试行）》，确定畜牧各类温室气体排放因子，计算出3个部分温室气体排放量并转换成相对应的CO2当量，汇总计算得到宁夏不同市区年度CO2当量排放总量，同时分析宁夏地区畜牧业碳排放的时间变化和空间分布情况。

1  研究方法与数据来源

1.1 研究方法 根据宁夏畜牧业饲养出栏数据的可获得性，动物肠道发酵甲烷排放源包括非奶牛、奶牛、绵羊、猪。各种动物肠道发酵甲烷、粪便发酵甲烷、粪便发酵氧化亚氮排放量等于动物的存栏量乘以相对应的排放因子，总排放量等于各种动物的排放量相加求和。在《省级温室气体清单编制指南（试试）》中，不同动物在不同地区的排放因子不同，鉴于宁夏相关实测数据较少，故采用《省级温室气体清单编制指南（试行）》给出的推荐值（表1）。该研究采取《省级温室气体清单编制指南（试行）》中温室气体估算方法对宁夏5个市温室气体排放量进行估算，再转换为CO2当量排放量（即碳排放量）。

基于宁夏畜牧饲养状况和数据的可获取性，该研究指定猪、非奶牛、奶牛和绵羊为畜牧肠道甲烷、粪便甲烷、粪便氧化亚氮排放的主要来源。

动物的肠道甲烷排放量：

ECH4，enteric，i=EFCH4，enteric，i×APi×10-7（1）

式中：ECH4，enteric，i和EFCH4，enteric，i分别为第i种动物肠道甲烷排放量（万t/a）和甲烷排放因子推荐值［kg/（头·a）］；APi为第i种动物的数量［头（只）］。

动物的粪便甲烷排放量：

ECH4，manure，i=EFCH4，manure，i×APi×10-7（2）

式中：ECH4，manure，i为第i种动物粪便甲烷排放量（万t/a）；EFCH4，manure，i为第i种动物粪便甲烷排放因子推荐值［kg/（头·a）］；APi为第i种动物的数量［头（只）］。

动物的粪便氧化亚氮排放量：

EN2O，manure，i=EFN2O，manure，i×APi×10-7（3）

式中：EN2O，manure，i为第i种动物粪便氧化亚氮排放量（万t/a）；EFN2O，manure，i为第i种动物粪便氧化亚氮排放因子推荐值［kg/（头·a）］；APi是第i种动物的数量［头（只）］。

ECH4，enteric=ECH4，enteric，i（4）

ECH4，manure=ECH4，manure，i（5）

EN2O，manure=EN2O，manure，i（6）

式中：ECH4，enteric为动物肠道发酵产生的甲烷总排放量（万t/a）；ECH4，manure、EN2O，manure分别为动物粪便甲烷、氧化亚氮总排放量（万t/a）。

1.2 数据来源与处理 该研究中2001—2020年宁夏各地区主要畜牧的年底存栏数等数据均来自历年的《宁夏统计年鉴》，其中中卫市的数据为2001—2016年。数据采用Excel 2010、Origin软件、ArcGIS软件进行整理分析。

2 结果与分析

2.1 碳排放时间变化分析 从宁夏5个市2001—2020年碳排放量趋势（图1）可以看出，2001—2020年宁夏各个市畜牧业碳排放量总体水平呈增长趋势。其中，银川市2001—2020年碳排放量整体呈上升趋势，2009年以后增长速度放缓。固原市2001—2005年碳排放量呈先增加后下降的趋势，2006—2016年碳排放量呈上升趋势，2017年碳排放量明显减少。吴忠市2001—2005年碳排放量增减浮动较大，2007—2020年呈增加趋势，吴忠市碳排放量波动起伏大，可能因吴忠市绵羊、牛养殖数目大的影响，碳排放量也随之发生变动。石嘴山市2001—2020年前5年碳排放量呈增减起伏。中卫市碳排放量2001—2016年整体呈增长趋势。

参考《省级温室气体清单编制指南（试行）》给出的排放因子推荐值，计算出2001—2020年银川市温室气体排放量和碳排放量，具体见图2。从图2可以看出，银川市2001年碳排放量为10.59万t，2006年碳排放量为22.38万t，2008年碳排放量為52.48万t，2020年碳排放量为75.86万t。宁夏银川市温室气体排放量在2001—2020年整体呈上升趋势，在2006年增加幅度大，之后趋于平缓，在2008年之后起伏波动小。

对宁夏5个市的碳排放量进行线性拟合，得到5个市碳排放量趋势图的斜率与截距，得出线性拟合图（图3）。银川市、固原市、石嘴山市、中卫市、吴忠市的碳排放量拟合方程分别为y=3 214-1.64x、y=3 629-1.84x、y=2 955-1.48x、y=7 320-3.66x、y=12 209-6.11x，其趋势图斜率分别为1.64、1.84、1.48、3.66、6.11。2001—2020年5个市畜牧业碳排放量趋势图中吴忠市斜率最大，中卫市次之，斜率最小的为石嘴山市。

从图1可以看出，宁夏固原市2001—2020年碳排放量增加了77.79万t，2007年碳排放量出现大幅度增长，2016年碳排放量为80.21 万t，比2015年碳排放量增加0.49万t，可能受2014年政府颁布的《畜禽规模养殖污染防治条例》影响，执行禁养、限养政策，对许多养殖场进行关停整治，畜牧产品生产能力受到冲击，从而导致养殖数量减少，碳排放量也减少。吴忠市2001—2020年碳排放量增加106.16万t；中卫市2001—2020年碳排放量增加了44.00万t；石嘴山市2001—2020年碳排放量增加了23.31万t。2017年以来，生猪价格逐步回升，养猪业形势趋好，石嘴山市后10年碳排放量增加18.67万t（表2），10年后，吴忠市碳排放量增加69.17万t，中卫市碳排放量增加33.66万t，固原市碳排放量增加30.44万t，银川市碳排放量增加23.39万t，石嘴山市畜牧业碳排放量增加较少。

2.2 碳排放空间变化 运用ArcGIS 10.8软件，选取2005、2010、2015和2020年4个代表年份作为观察时间点，揭示宁夏5个市畜牧业碳排放量的空间分布特征。从图4可以看出，宁夏5个市畜牧业碳排放量整体呈增加趋势。2005年，石嘴山市和固原市碳排放量为0～20万t，其他地区碳排放量均为>20万～40万t。2010年，仅石嘴山市碳排放量还维持在0～20万t。2015年，石嘴山市畜牧业碳排放量依旧保持低水平增长，银川市碳排放量增加较为缓慢，固原市和吴忠市畜牧业碳排放水平依旧保持高排放水平。2020年，石嘴山市依旧保持低碳排放，吴忠市和固原市碳排放量排放依旧保持在高排放水平。

畜牧业碳排放量在宁夏两极分化趋势日益凸显，碳排放高水平值逐渐向南移动，从图4可以看出，宁夏固原市畜牧业碳排放水平持续走高。主要原因可能是农牧业生产基础良好，固原市拥有丰富的饲草资源，小麦秸秆、玉米秸秆、高粱秸秆和紫花苜蓿作为主要粗饲料，精饲料为玉米、麸皮、胡麻油渣和谷子为主的肉牛养殖模式［13］。肉牛产业发展为固原市第一大产业及主导产业，加之牛肉价格近2年来的高位运行，养殖户生产积极性高涨，肉牛饲养量不断增长，全市养殖规模不断扩大，肉牛生产形势保持稳定向好发展态势。

2.3 政策调整影响畜牧业碳排放 自2010年《关于加快推进畜牧标准化规模养殖的意见》实施以来，我国畜牧养殖标准化有了重大进展。各类主要畜牧品种如猪、羊等的存栏量也相应增加，但这也导致整个养殖业的碳排放量不断上升。自2014年起，《畜牧规模养殖污染防治条例》正式实施禁养、限养政策，导致许多养殖场关闭整顿，从而对宁夏部分市（区）畜牧产业造成一定程度的生产影响［1］。因此，在2015年，宁夏部分市（区）的畜牧养殖业的碳排放量呈逐渐降低的趋势。《“十三五”生态环境保护规划》（2016年）规定，国务院将加强对依法禁止在搬迁禁养区内进行畜牧养殖的场所和专业户的监管，重视畜牧规模化建设，这推动了宁夏畜牧业市场快速回暖，并导致各市（区）畜牧养殖业的碳排放量呈上升趋势。随着非洲猪瘟的有效控制以及《加快生猪生产恢复发展三年行动方案》的出台，2020年宁夏各市区畜牧养殖的碳排放量大幅度增长。

由于猪繁殖与呼吸综合征以及饲料价格上涨的影响，宁夏生猪大幅下滑，2007年下半年，按照国务院和农业部关于促进生猪生产发展稳定市场供应的一系列政策意见，自治区政府及时落实扶持政策，市场迅速扩大，猪肉价格的大幅上涨，很快使生猪生产得到了恢复和发展［17-18］。故2007年宁夏各市（区）畜牧业碳排放快速增长。我国政府于2008年11月推出了进一步扩大内需、促进经济平稳较快增长的10项措施，同期的

固定资产投资也出现快速增长的趋势，2008年的固定资产投资增长率高达38.1%［19］。2007年宁夏地区生产总值683.28亿元，比2006年增加194.31亿元，宁夏地方经济的快速发展使宁夏各市（区）2007年碳排放量均大幅度增长。2011年宁夏地区生产总值1 931.83亿元，同比2010年生产总值（1 571.68亿元）增长22.9%。宁夏各市畜牧业碳排放量呈上升趋势。宁夏回族自治区2014年国民经济和社会发展统计公报显示，2014年宁夏畜牧业产值125.96亿元，比2013年增加9.2%，2020年畜牧业产值131.16亿元，比2019年增加4.6%，宁夏多个地区碳排放量出现上升。在追求经济高速增长的情况下，尤其是畜牧业在发展过程中很可能会出现持续性粗放经营等现象［20］。我国2020年肉类进口额302亿美元，比2016年进口多102亿美元，5年内肉类进口量增长了195%［21］。宁夏畜牧业市场发展迅速，对畜牧业碳排放造成较大影响。

饲料粮的运输加工与反刍动物瘤胃消化过程均会排放大量温室气体，同时畜牧业低碳养殖技术研发与养殖主体需求匹配度低，且推广应用难度较高［22］，因此畜牧业碳排放增加的趋势与饲料加工处理相关联。畜牧业养殖方式较为粗放，畜牧粪便治理能力较低，使得畜牧业绿色生产率均落后［20］。

畜牧业产业集聚对畜牧业绿色全要素生产率增长产生了负面影响，通过了0.05水平以上的显著性检验，产生这一现象可能的原因是，畜牧业产业过度聚集产生负外部性，在一定程度上削弱了产业竞争力和经济发展。畜牧业产业集聚使其区域内畜牧业生产规模和饲养规模逐渐扩大，饲料添加剂、兽药等生产要素投入不断增加，从而带来畜产品的药物残留污染以及环境污染，产生拥挤效应，抑制畜牧业绿色全要素生产率的增长［20］。同时，粗放型畜牧业生产经营主体大量集中，该类生产经营主体生产效率和效益较为低下，低效率地进行生产从而导致资源消耗加剧，畜牧粪便污染、碳排放等污染排放增加，致使其生态环境压力过大。

3 结论与讨论

该研究以宁夏5个市2001—2020年畜牧存栏统计数据为基础，探究宁夏5个市畜牧养殖业碳排放的时间变化、空间变化及相关驱动因子。结果表明：①2001—2020年宁夏各个市畜牧业碳排放总体水平呈增长趋势。银川市虽整体呈上升趋势，2009年以后增长速度放缓。吴忠市碳排放量波动起伏大，2001—2005年碳排放增减浮动较大，2007—2020年呈增加趨势。石嘴山市2001—2020年前5年碳排放呈增减起伏。中卫市碳排放量2001—2016年整体呈增长趋势。②畜牧业碳排放量在宁夏两极分化趋势日益凸显，碳排放高水平值逐渐向南移动。固原市畜牧业碳排放水平持续走高。

在相同时限内，固原市和吴忠市碳排放增幅较大，石嘴山市增幅相对稳定，宁夏5个市碳排放量主要受政策、经济、技术、行业因素影响［23］。受政策导向影响明显，未来调整产业结构、改变产业布局、绿色环保产业模式可有效减少畜牧业碳排放量。具体提出以下建议：①推进畜牧养殖业标准化规模化建设。提高畜牧养殖规模化率以及养殖基地规模化、标准化水平，加强新型经营主体培育。②减少动物肠道发酵甲烷排放。反刍动物是动物肠道发酵甲烷排放的主要排放源［24］，而肉牛和滩羊是宁夏特色养殖业，随着饲养规模不断增大，故需探寻减少动物肠道发酵甲烷的方法以促进双碳目标。③提高饲料无害化技术。国外试验证明使用舔砖饲料可使每日质量增加10%～30%，相对减少甲烷排放量10%～40%［25］。提高饲料、饲喂技术以期从源头减少碳排放。④加大政府的制度引导。政府部门缺乏畜牧业养殖的规范化管理和畜牧养殖场地信息共享，未能针对场地合规与饲养条件提供适当的执行方案，引导低碳环保的养殖环境建设。同时相关监管部门对于畜牧用地监督措施设置不严格、不完善，缺乏对畜牧业的养殖方式和生态环境容纳率的分析和限制，导致部分畜牧业的生产规模程度超过环境容纳限度。⑤提升从业人员绿色意识。应进一步加强对畜牧业从业人员，尤其是农村及偏远地区养殖户的绿色环保的推广力度和宣传力度，灌输的环保观念。在实际的落实过程中，有关部门应形成较为完备的宣传方案和绿色畜牧技术推广方案，增配技术人员协助加强绿色畜牧业技术运用效果。此外，有关部门可以挑选优秀绿色养殖企业作为代表，与其他企业进行经验分享与交流，推广绿色养殖技术。⑥加强节能减排与污染治理攻坚技术研发。应从传统单一的畜牧养殖方法逐步过渡到生态养殖技术，深入对交互式技术和动物管理研究，着眼于生物与生物、生物与环境的相互作用影响，从整个生态环境的视角进行绿色畜牧业技术研发与治理。

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