李軍，傅水江，方建民，黃成

(紹興市柯橋區(qū)畜牧獸醫(yī)所，浙江 紹興 312030)

生豬養(yǎng)殖業(yè)是浙江畜牧第一產(chǎn)業(yè)，是關(guān)乎“菜籃子”的民生工程。2021年，浙江省生豬年末存欄640.23萬(wàn)頭，全年出欄773.91萬(wàn)頭，全年產(chǎn)豬肉65.15萬(wàn)t；豬肉產(chǎn)量占肉類(lèi)總產(chǎn)量的63.25%，占豬、牛、羊肉產(chǎn)量的94.11%。超大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模也預(yù)示，生豬養(yǎng)殖產(chǎn)生的環(huán)境污染不容小覷[1-2]。

2020年9月22日，習(xí)近平總書(shū)記在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上提到：“中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和[3]?！薄半p碳”行動(dòng)業(yè)已開(kāi)啟，綠色低碳轉(zhuǎn)型勢(shì)在必行。

甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)是最主要的2種非二氧化碳溫室氣體，其全球增溫潛勢(shì)分別是二氧化碳的25和298倍[4]。在畜牧養(yǎng)殖業(yè)中，甲烷排放主要來(lái)自動(dòng)物腸道發(fā)酵(enteric fermentation)，特別是反芻動(dòng)物的腸道發(fā)酵，同時(shí)動(dòng)物糞便管理系統(tǒng)(manure management system)也會(huì)產(chǎn)生大量甲烷。氧化亞氮?jiǎng)t主要來(lái)自動(dòng)物糞便管理系統(tǒng)。根據(jù)《中華人民共和國(guó)氣候變化第二次兩年更新報(bào)告》顯示，2014年中國(guó)溫室氣體排放構(gòu)成中，二氧化碳、甲烷和氧化亞氮的比重分別為81.6%、10.4%和5.4%，合計(jì)占比為97.4%。在農(nóng)業(yè)活動(dòng)中，甲烷排放量和氧化亞氮排放量分別為2 224.5萬(wàn) t和117.0萬(wàn)t，分別占甲烷和氧化亞氮總排放量的40.2%和59.5%。由此可見(jiàn)，農(nóng)業(yè)源溫室氣體減排已經(jīng)迫在眉睫。

近十年來(lái)，經(jīng)過(guò)“五水共治”和非洲豬瘟疫情的洗禮，浙江省生豬養(yǎng)殖業(yè)總體實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)型升級(jí)，全省生豬養(yǎng)殖規(guī)?；急葟?014年的56.13%提高到了2018年的84.26%[5]。

因此，為了更好地了解浙江省生豬養(yǎng)殖過(guò)程中溫室氣體的排放情況，本文運(yùn)用IPCC排放因子法估算了2015—2021年浙江省生豬養(yǎng)殖業(yè)甲烷和氧化亞氮的排放量，希望能夠?yàn)槿厥覛怏w減排提供一定的理論依據(jù)和最新決策參考。

1 材料與方法

1.1 研究地區(qū)概況

浙江省地處中國(guó)東南沿海長(zhǎng)江三角洲南翼，屬季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，氣溫適中，四季分明，光照充足，雨量豐沛。年平均氣溫在15～18 ℃，1月、7月分別為全年氣溫最低和最高的月份，5月、6月為集中降雨期。浙江省東西和南北的直線距離均為450 km左右，陸域面積10.55萬(wàn)km2，是中國(guó)面積較小的省份之一。全省陸域面積中，山地占74.6%，水面占5.1%，平坦地占20.3%，故有“七山一水兩分田”之說(shuō)。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

浙江省2015—2021年生豬養(yǎng)殖數(shù)據(jù)來(lái)源于《2022年浙江統(tǒng)計(jì)年鑒》，各市2021年的生豬養(yǎng)殖數(shù)據(jù)來(lái)源于各市的2022年統(tǒng)計(jì)年鑒。生豬類(lèi)別按照商品育肥豬和能繁母豬劃分，商品育肥豬全年飼養(yǎng)量由年末存欄數(shù)和出欄數(shù)之和與能繁母豬數(shù)的差值得到，由于商品育肥豬生命周期一般都小于1 a，因此，在這里平均生命周期為200 d[6-7]，校正為每年平均飼養(yǎng)量，而能繁母豬因?yàn)樯芷诖笥? a，故無(wú)須校正。

AAN=P×(LC/365)。

(1)

式中，AAN為每年平均飼養(yǎng)量(萬(wàn)頭)；P代表全年飼養(yǎng)總量(萬(wàn)頭)；LC為生命周期(d)。

1.3 估算方法

根據(jù)IPCC排放因子法，采用《浙江省溫室氣體清單編制指南》(2018年修訂版)給出的方法進(jìn)行估算，公式為：

Eij=EF，ij×AAN×10。

(2)

式中：i表示某種溫室氣體；j表示該種溫室氣體的來(lái)源；Eij表示j來(lái)源的i排放量(t)；EF，ij表示j來(lái)源的i排放的排放因子(kg·頭-1·a-1)；AAN為每年平均飼養(yǎng)量(萬(wàn)頭)。

二氧化碳當(dāng)量換算公式為：

NCO2-eq，i=E(i)×NGWP，i×10-4。

(3)

式中：NCO2-eq，i表示溫室氣體i的二氧化碳當(dāng)量值(萬(wàn)t)；E(i)表示溫室氣體i的排放量(t)；NGWP，i表示溫室氣體i的全球增溫潛勢(shì)。甲烷和氧化亞氮的全球增溫潛勢(shì)分別為25和298[4]。

不同來(lái)源的甲烷和氧化亞氮排放因子采用《浙江省溫室氣體清單編制指南》(2018年修訂版)給出的默認(rèn)排放因子(表1)。

表1 生豬溫室氣體排放因子

2 結(jié)果與分析

2.1 生豬養(yǎng)殖情況

2013年底，浙江省啟動(dòng)“五水共治”工程，出臺(tái)了《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》、新《環(huán)境保護(hù)法》等環(huán)保政策，各地紛紛實(shí)施生豬限養(yǎng)禁養(yǎng)、開(kāi)展養(yǎng)殖污染整治，引發(fā)了生豬養(yǎng)殖業(yè)的強(qiáng)烈震蕩。而2018年發(fā)生的非洲豬瘟疫情更是雪上加霜，生豬年末存欄量從2015年的730.19萬(wàn)頭，一直降到2019年的427.30萬(wàn)頭，降幅達(dá)到41.5%。而2020年和2021年有了明顯的回升，年末存欄量分別為627.58萬(wàn)頭和640.23萬(wàn)頭(圖1)。由此可見(jiàn)，近幾年來(lái)，浙江省生豬養(yǎng)殖業(yè)發(fā)生了很大的變化，因此，有必要重新審視下整個(gè)生豬養(yǎng)殖業(yè)溫室氣體排放情況。2015—2021年浙江省生豬養(yǎng)殖量總體呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，2019年末為歷史最低點(diǎn)，年末生豬存欄量只有427.30萬(wàn)頭。

圖1 2015—2021年浙江省生豬養(yǎng)殖量

2.2 浙江省生豬養(yǎng)殖溫室氣體排放情況

浙江省2015—2021年生豬養(yǎng)殖溫室氣體排放量呈現(xiàn)先降后升趨勢(shì)，這跟禁限養(yǎng)和非洲豬瘟導(dǎo)致的養(yǎng)殖量變化密切相關(guān)。2015年溫室氣體排放量最高，為87.30萬(wàn)t二氧化碳當(dāng)量，2019年溫室氣體排放量最低，為51.52萬(wàn)t二氧化碳當(dāng)量。2020年增幅最大，達(dá)46.7%。2021年達(dá)到2015年之后的最高值，為78.02萬(wàn)t二氧化碳當(dāng)量(表2)。

表2 浙江省2015—2021年甲烷和氧化亞氮排放情況

生豬養(yǎng)殖過(guò)程中甲烷排放主要來(lái)源于動(dòng)物腸道發(fā)酵和糞便管理系統(tǒng)。相比于牛、羊等反芻動(dòng)物來(lái)說(shuō)，豬的腸道發(fā)酵甲烷排放量相對(duì)要小得多。但由于豬飼養(yǎng)量相對(duì)較大，其腸道發(fā)酵產(chǎn)生的甲烷也不容忽視。2015—2021年甲烷排放量變化趨勢(shì)與生豬飼養(yǎng)量變化趨勢(shì)一致，表現(xiàn)為先降后升，2015年甲烷排放量最大，為26 005 t，其中腸道發(fā)酵排放量為4 277 t，占16.4%，而糞便管理排放量為21 728 t，占83.6%。2019年為甲烷排放量最低點(diǎn)，總計(jì)排放15 340 t。而2021年甲烷排放量又升至23 234 t，僅次于2015年(表2)。

氧化亞氮排放主要來(lái)源于動(dòng)物糞便管理系統(tǒng)。2015—2021年氧化亞氮排放量同樣表現(xiàn)為先降后升的趨勢(shì)，其中，2015年氧化亞氮排放量最大，為748 t，2019年排放量最低，為442 t，2021年上升到669 t，僅次于2015年的排放量(表2)。

另外，從溫室氣體來(lái)源來(lái)看，腸道發(fā)酵約占溫室氣體排放總量的12%，糞便管理系統(tǒng)溫室氣體排放量約占總量的88%(表2)，這也意味著，糞便管理系統(tǒng)將是今后溫室氣體減排重點(diǎn)。

2.3 2021年浙江省各地溫室氣體排放情況

2021年浙江省各地養(yǎng)豬業(yè)溫室氣體排放情況見(jiàn)表3。其中杭州市排放量最大，為13.29萬(wàn)t二氧化碳當(dāng)量，占全省的17%；衢州市和金華市排放量分別為11.10萬(wàn)t和10.87萬(wàn)t二氧化碳當(dāng)量，各占14%；其次是溫州市和寧波市，各占11%，排放量分別是8.51萬(wàn)t和8.08萬(wàn)t二氧化碳當(dāng)量。舟山市排放量最小，為0.82萬(wàn)t二氧化碳當(dāng)量，占全省總排放量的1%。

表3 2021年浙江省各地甲烷和氧化亞氮排放情況

3 討論

隨著人民生活水平的提高，人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。特別是黨的十八大提出“五位一體”中國(guó)特色社會(huì)主義事業(yè)總體布局后，生態(tài)文明建設(shè)的地位和作用更加突顯?！缎笄菀?guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》和新《環(huán)境保護(hù)法》等法律法規(guī)的出臺(tái)實(shí)施更是對(duì)養(yǎng)豬業(yè)提出了環(huán)保高要求。

《全國(guó)生豬生產(chǎn)發(fā)展規(guī)劃(2016—2020年)》明確，浙江省(系南方水網(wǎng)地區(qū))為生豬養(yǎng)殖約束發(fā)展區(qū)，需要優(yōu)化區(qū)域布局，實(shí)行合理承載，推動(dòng)綠色發(fā)展。而另一方面，“菜籃子”這一民生工程又需要持續(xù)抓好生豬增產(chǎn)保供。根據(jù)2021年印發(fā)的《浙江省畜牧業(yè)高質(zhì)量發(fā)展“十四五”規(guī)劃》文件要求，生豬存欄要從2020年的627.58萬(wàn)頭增長(zhǎng)到2022年的778萬(wàn)頭，并在2025年維持在780萬(wàn)頭。豬肉產(chǎn)量從2020年的54.2萬(wàn)t增長(zhǎng)至2025年的120萬(wàn)t，并且豬肉自給率從40%提升至70%。由此可見(jiàn)，未來(lái)幾年生豬養(yǎng)殖量勢(shì)必會(huì)只增不減，甚至超過(guò)2015年的生豬總量，并最終維持在一定的高度。因此，通過(guò)減少生豬飼養(yǎng)量以達(dá)到減排的方式是不現(xiàn)實(shí)的，與穩(wěn)產(chǎn)保供要求相違背。必須通過(guò)相關(guān)技術(shù)手段，減少腸道發(fā)酵和糞便管理系統(tǒng)帶來(lái)的溫室氣體排放量來(lái)實(shí)現(xiàn)一定程度的減排效果。

動(dòng)物腸道發(fā)酵甲烷排放主要是由牛、羊等反芻動(dòng)物在胃腸道中發(fā)酵產(chǎn)生，而非反芻動(dòng)物腸道發(fā)酵排放相對(duì)較少。因此，研究人員圍繞反芻動(dòng)物腸道發(fā)酵甲烷減排策略展開(kāi)了大量的研究。如通過(guò)動(dòng)物品種選育、調(diào)整日糧結(jié)構(gòu)、使用甲烷抑制劑、增加硝酸鹽等其他電子受體等措施來(lái)達(dá)到甲烷減排的效果[8]。而豬作為一種單胃動(dòng)物，其個(gè)體腸道發(fā)酵甲烷排放量相對(duì)較少，相關(guān)腸道發(fā)酵減排研究也比較少。不過(guò)，在反芻動(dòng)物中常用的一些減排策略，可能也同樣適用于非反芻動(dòng)物[9]。比如在飼料中添加一些植物次生代謝物或者使用益生菌、離子載體和有機(jī)酸等化學(xué)物質(zhì)都有可能起到甲烷減排效果。Gong等[10]發(fā)現(xiàn)，在生豬日糧中添加釀酒酵母(YST2)，其腸道發(fā)酵甲烷排放量能夠減排25%。但由于非反芻動(dòng)物在腸道發(fā)酵過(guò)程中甲烷的排放量并不高，并且腸道發(fā)酵是內(nèi)源性的，涉及到多種微生物共同作用，容易受動(dòng)物品種、動(dòng)物日齡、日糧結(jié)構(gòu)、環(huán)境溫度等因素的影響，目前也沒(méi)有系統(tǒng)化的可以推廣運(yùn)用于生產(chǎn)實(shí)際的減排措施，因此，豬等非反芻動(dòng)物的甲烷排放主要還是應(yīng)該聚焦在糞便管理系統(tǒng)上。

作為非反芻動(dòng)物，其糞便管理系統(tǒng)溫室氣體排放將占據(jù)主導(dǎo)地位。糞便管理系統(tǒng)的對(duì)象是畜禽養(yǎng)殖過(guò)程中畜禽產(chǎn)生的排泄物，即畜禽糞污，包括動(dòng)物糞便和尿液等。這些糞污在處理和貯存過(guò)程中，都會(huì)產(chǎn)生溫室氣體。動(dòng)物糞污在厭氧環(huán)境下發(fā)酵分解會(huì)產(chǎn)生甲烷氣體。而氧化亞氮?jiǎng)t是糞污處理和貯存過(guò)程中通過(guò)硝化作用和反硝化作用產(chǎn)生，硝化作用需要有氧氣的參與，而反硝化作用則需要在厭氧環(huán)境進(jìn)行。甲烷和氧化亞氮的排放跟氣候溫度、底物碳氮比、處理方式等多種因素密切相關(guān)[11]。

畜禽糞便管理系統(tǒng)可以大致分為固體管理系統(tǒng)和液體管理系統(tǒng)，前者包括直接散施、固體堆放、氧化塘、堆肥等，后者包括糞漿貯存、厭氧塘、厭氧發(fā)酵等[12]。不同的糞便管理系統(tǒng)具有不同的溫室氣體排放特點(diǎn)。為最大化實(shí)現(xiàn)糞便管理系統(tǒng)減排，需要選擇合適的糞便管理系統(tǒng)，并采取相應(yīng)的減排措施。

首先，應(yīng)該從源頭入手，利用低蛋白日糧技術(shù)，提高飼料利用率，較少糞便氮素含量，間接達(dá)到氧化亞氮減排效果。清糞方式選擇干清糞，則可以減少污水產(chǎn)生，有效減少甲烷排放。

其次，選擇合適的糞便管理系統(tǒng)。目前來(lái)看，堆肥生產(chǎn)有機(jī)肥、厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣是我國(guó)主要的糞污處理方式，也是國(guó)家主推的糞污處理方式[13]。利用好糞便管理系統(tǒng)，不僅可以實(shí)現(xiàn)糞污的資源化利用，變廢為寶，也可以極大地降低糞污處理過(guò)程中的溫室氣體排放，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保可持續(xù)發(fā)展。

堆肥作為一種優(yōu)良的管理模式，不僅能夠提供安全、無(wú)毒的有機(jī)肥料，而且還能夠間接減少使用化學(xué)肥料，改善土壤性質(zhì)。朱新夢(mèng)等[14]以奶牛糞便為試驗(yàn)材料，比較了農(nóng)民堆肥、覆蓋堆肥、覆蓋-翻堆堆肥和覆蓋通風(fēng)-翻堆堆肥4種堆肥方式對(duì)溫室氣體排放的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，覆蓋通風(fēng)-翻堆堆肥不僅能夠滿(mǎn)足堆肥產(chǎn)品的腐熟度要求，而且其總溫室效應(yīng)最低，可以在實(shí)際生產(chǎn)中推廣。另外，在堆肥過(guò)程中添加一些改良劑優(yōu)化堆肥過(guò)程也可以有效減少溫室氣體的排放。堆肥過(guò)程添加10%的麥飯石，能夠減排85.26%的氧化亞氮?dú)怏w[15]。Mao等[16]研究表明，與對(duì)照相比，添加10%或者20%的蘋(píng)果渣能夠減排24%的氧化亞氮，而添加1%的檸檬酸，也能減排18%的氧化亞氮。Wang等[17]在豬糞堆肥過(guò)程中，添加10%生物炭，10%沸石和2%的木醋液，可以減排甲烷61.15%，減排氧化亞氮81.10%。Luo等[18]在豬糞堆肥過(guò)程中添加磷石膏，發(fā)現(xiàn)可以有效減少甲烷排放量，而對(duì)于氧化亞氮沒(méi)有明顯減排效果，但是如果配合0.2%的雙氰胺一起使用時(shí)，則能明顯起到氧化亞氮減排效果。Yang等[19]在豬糞堆肥時(shí)，單獨(dú)使用雙氰胺時(shí)，同樣發(fā)現(xiàn)能夠減排9.6%的甲烷和31.79%的氧化亞氮。如果雙氰胺與磷石膏或者過(guò)磷酸鈣一起使用時(shí)，則能減排29.55%～37.46%的溫室氣體。雙氰胺和磷石膏組合添加使用，可以分別減排38.58%的甲烷和36.14%的氧化亞氮排放量。

沼氣工程則是另一種優(yōu)良的管理模式。通過(guò)厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，可以使糞污能源化，沼液沼渣則可以就近還田，種養(yǎng)結(jié)合，形成現(xiàn)代生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)。然而，沼氣工程初始投資大、融資困難、規(guī)模效益差、資源可獲得性不穩(wěn)定、副產(chǎn)品市場(chǎng)需求不足、技術(shù)保障與服務(wù)體系不完善等因素一定程度上制約了沼氣工程的應(yīng)用[20]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2021年12月，浙江省農(nóng)村沼氣工程運(yùn)行率為80%，而農(nóng)村戶(hù)用沼氣池運(yùn)行率不足20%，因此，需要政府加強(qiáng)指導(dǎo)，主動(dòng)轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)科學(xué)利用，助推綠色可持續(xù)發(fā)展[21]。

另外，應(yīng)加強(qiáng)散養(yǎng)生豬溫室氣體排放的監(jiān)管。散養(yǎng)戶(hù)往往由于飼養(yǎng)環(huán)境和飼養(yǎng)技術(shù)等原因，飼料轉(zhuǎn)化力較低，且飼養(yǎng)周期通常較長(zhǎng)，導(dǎo)致溫室氣體排放較大[22]，因此，需要盡量提高飼養(yǎng)技術(shù)、縮短飼養(yǎng)周期，減少溫室氣體的排放。