来源:Frontiers of Agricultural Science & Engineering 发布时间:2023/7/21 9:42:05
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FASE | 前沿研究:中国畜牧业温室气体排放及减排方案

论文标题:GREENHOUSE GAS EMISSIONS FROM LIVESTOCK IN CHINA AND MITIGATION OPTIONS WITHIN THE CONTEXT OF CARBON NEUTRALITY(中国畜牧业温室气体排放及减排方案)

期刊:Frontiers of Agricultural Science & Engineering

作者:Zhiping ZHU, Yue WANG, Ting YAN, Zherui ZHANG, Shunli WANG, Hongmin DONG

发表时间:15 Jun 2023

DOI:10.15302/J-FASE-2023486

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农业碳中和与低碳经济

Carbon Neutrality and a Low Carbon Economy for Agriculture

专 辑 文 章 介 绍

· 第六篇 ·

▎论文ID

Greenhouse Gas Emissions from Livestock in China and Mitigation Options within the Context of Carbon Neutrality

中国畜牧业温室气体排放及减排方案

发表年份:2023年

第一作者:朱志平

通讯作者:董红敏

 donghongmin@caas.cn

作者单位:中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所

Cite this article :

Zhiping ZHU, Yue WANG, Ting YAN, Zherui ZHANG, Shunli WANG, Hongmin DONG. GREENHOUSE GAS EMISSIONS FROM LIVESTOCK IN CHINA AND MITIGATION OPTIONS WITHIN THE CONTEXT OF CARBON NEUTRALITY. Front. Agr. Sci. Eng., 2023, 10(2): 226–233 https://doi.org/10.15302/J-FASE-2023486

· 文 章 摘 要 ·

畜牧业是农业温室气体排放的主要来源。减少畜牧业的排放对中国农业绿色发展至关重要。本研究以联合国气候变化国家信息通报为基础,分析了1994–2014年中国畜牧业温室气体排放特征,介绍了主要减排技术及其减排效果,探讨了中国畜牧业的减排方案。本文提出可以通过提高动物生产力、改善饲料质量和循环利用动物粪便来控制污染和碳排放。同时,本文还提出了畜牧业绿色低碳发展的建议,包括研发畜牧业减排固碳新技术,加强监测与评价,建立畜牧业减排固碳标准。

· 文 章 亮 点 ·

1. 畜牧业是中国农业温室气体的主要来源。

2. 1994至2014年期间,畜牧业温室气体排放量呈上升趋势。

3. 主要的减排方法包括提高生产力、饲料质量和粪肥循环利用。

4. 需要建立畜牧业减排固碳标准,并加强监测。

· Graphical abstract ·

· 研 究 内 容 ·

▎引言

碳中和是指一种平衡过程,在这个过程中,CO2的去除量等于一定时期内人类活动排放的CO2量。CO2的排放可以通过植树造林来抵消,或者通过节能减排来减少。碳中和广义上也指温室气体净零排放。中国的目标是在2030年前达到CO2排放峰值,在2060年前达到碳中和。粮食系统的温室气体排放量占全球人为温室气体排放量的三分之一。通过可持续地加强畜牧业生产、促进牧场碳固存和减少粪便排放的管理办法,以及减少对动物产品的需求,使畜牧业的技术减排潜力占农业、林业和土地利用部门的一半以上。加快畜牧业发展,对于实现农业农村地区的碳减排和固碳,以及实现中国的碳中和目标至关重要。本文介绍了中国畜牧业温室气体排放现状,综述了肠道发酵CH4减缓技术和粪肥管理的温室气体减排技术,并提出了总体减排措施和建议,以期为中国畜牧业绿色低碳发展提供指导。

▎畜牧业减排的主要技术

1. 肠道发酵CH4减缓技术

(1)饲料营养成分的调节。通过降低中性洗涤纤维与非纤维性碳水化合物的比例和添加可溶性碳水化合物来提高饲料质量,也可以减少肠道发酵产生的CH4排放。高品质饲料还可提高自愿采食量,缩短饲料在瘤胃内的停留时间,降低日粮转化为CH4的比例。

(2)日粮饲料种类的优化。以全株玉米、高粱、木薯渣和苜蓿青贮为原料制成的青贮可替代反刍动物饲料中的其他粗饲料(通常为谷类秸秆),提高饲料消化率,减少瘤胃CH4排放。高质量青贮饲料可作为减少肠道排放和提高生产率的缓解替代方案,从而减少每单位产品的温室气体排放。

(3)饲料营养成分的调节。在饲料中添加益生菌、植物提取物、益生元、酶和硝酸盐等添加剂,可以打破胃肠道微生物的生态平衡,抑制瘤胃微生物的活性,减少CH4的排放,但由于瘤胃微生物生态系统的适应性,其长期效果往往大幅下降。在各种饲料添加物中,添加一定量的脂肪或脂肪酸可以改变瘤胃发酵的模式。在日粮中添加脂肪是公认的减少肠道CH4排放的膳食选择之一,但脂肪对CH4产生的抑制作用取决于脂肪的浓度、类型和脂肪酸组成,以及日粮的整体营养组成。

2. 粪肥管理的温室气体减排技术

(1)固液粪肥分离。粪便固液分离是公认的一种有效的减排技术。该工艺可降低液体出水中的有机物含量,经储存或处理后可用于农田,并可进行好氧堆肥,使固体粪便成为肥料。

(2)通过粪便储存减少排放。本研究系统地评价了覆盖、冷却和酸化等主要技术对泥浆储存的缓解效果。研究发现泥浆储存的CH4减排潜力可达到9%–88%,而N2O排放量可通过合适的减排技术大幅减少80%以上。由于产甲烷菌对温度非常敏感,较低的储存温度对CH4的排放有减少作用。在较低温度下储存的浆料可减少15%–93%的CH4排放量,而从生产设施内去除浆料以降低其温度可使CH4排放量降低23%–46%。此外,通过酸化原料猪浆,总温室气体 (包括CH4和N2O) 排放量减少了31%–92%。

(3)通过好氧堆肥减少温室气体排放。在堆肥过程中使用一些添加剂可以减少CH4和N2O的排放。常见的添加剂包括改性赤泥、过磷酸酯、改性镁橄榄石、生物炭和微生物添加剂。添加剂的作用因目标和操作环境而异。添加磷石膏会释放SO42−离子,SO42−离子对产甲烷菌有毒,导致CH4产量减少。添加生物炭可使堆肥的CH4排放量减少78%–84%,还可增加堆肥的孔隙度,促进更好的通风以减缓CH4。在粪肥堆肥中加入镁盐和磷酸形成鸟粪石结晶,可使N2O排放减少9%?80%。

▎中国畜牧业温室气体减排战略

1. 提高动物生产能力,优化膳食结构

基于国家统计年鉴和清查数据,对2005?2014年中国主要畜产品生产阶段的温室气体排放强度进行了比较分析。结果表明:牛肉、牛奶和家禽产品(肉和蛋)的排放强度呈逐渐下降趋势;猪肉排放强度总体稳定,羊肉排放强度缓慢上升。生产阶段排放强度从高到低依次为羊肉、牛肉、猪肉、牛奶和家禽产品(肉和蛋),其中羊肉和牛肉的排放量明显高于其他产品,在12–33倍之间(图1)。可以通过提高动物生产力、缩小养殖规模或缩短育种周期来减少温室气体的排放。同时,优化动物性食品的膳食结构,提高牛奶和禽肉的比例也有助于减少温室气体排放。

图1 中国主要畜禽产品温室气体排放强度的演变

2. 优化饲料营养成分配方,提高饲料效率

改变反刍动物日粮中的精粗比(CTFR),提高饲料品质,推广全株玉米青贮,可有效提高奶牛饲料消化率,减少肠道发酵过程中CH4的排放。已有研究表明,在CTFR为4 : 6时,玉米青贮作为饲料源,与干玉米秸秆相比,可减少20%以上的肠道CH4排放。肠道发酵CH4的转化率从6.5%下降到6%,甚至更低。近年来,中国不断推进农业供给侧结构性改革,调整粮食作物、经济作物和饲料作物结构,通过畜牧与饲料一体化优化作物品种组合,扩大青贮玉米、苜蓿、燕麦、甜高粱、豆类等饲料作物的种植面积。

3. 不断扩大畜禽粪便循环利用

粪便管理是畜牧业温室气体排放的主要来源之一。目前,粪肥处理主要集中在固体废物的储存和堆肥及液体废物的储存。近年来,国家兽医局、财政部、发改委加大了对动物粪便资源化利用的支持力度,实施了县级动物粪便资源化利用计划、重点流域面源污染治理工程、种植业和养殖业生物肥料综合利用工程等。这些努力大大拓宽了现有的动物粪便回收方法。到2021年,全国约76%的动物粪便得到综合再利用,97%的大型动物养殖场配备了废物回收设备。随着动物粪便回收利用行动的不断扩大,越来越多的动物粪便可供利用,从而有效地减少了粪便管理过程中的温室气体排放。

▎结论

目前,中国的温室气体减排研究仍处于起步阶段,主要集中在动物生产力和粪便循环利用,以及温室气体减排方面。未来,中国畜牧业的低碳工作应集中在以下三个方面:(1) 加强畜牧业全过程污染控制和碳减排的基础研究和应用技术的创新研究,追求畜牧业的绿色、低碳、高效发展;(2) 综合运用现代信息技术,加强监测和评估,对温室气体排放进行全过程监测,对各环节温室气体排放和减排潜力进行科学评估;(3) 建立畜牧业减排和固碳标准化体系,制定温室气体减排监测、核算、评估和核查的方法和技术标准,建立可报告、可衡量、可核查的技术体系。

美编 | 冯晨晨

编辑 | 唐静月 李云舟

审稿 | 许建香

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