李喬楚 陳軍華 張 鵬

(1.西南石油大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,四川 成都 610500;2.西南石油大學(xué)土木工程與測繪學(xué)院,四川 成都 610500)

據(jù)世界氣象組織最新發(fā)布的信息顯示,2022年全球平均溫度較工業(yè)化前平均水平高出約1.15 ℃[1]。氣候變化和全球變暖成為21世紀人類面臨的巨大挑戰(zhàn),通過誘發(fā)海平面上升、極端氣候事件、土地荒漠化等危害,改變世界的陸地、淡水和海洋生態(tài)系統(tǒng)[2]。政府間氣候變化專門委員會(IPCC)發(fā)布報告指出,全球氣候變暖主要歸因于人類活動造成的溫室氣體排放量上升。中國目前尚處于“經(jīng)濟上升期”和“排放達峰期”[3],應(yīng)當積極開展應(yīng)對氣候變化和溫室氣體減排的相關(guān)舉措。為推進中國低碳發(fā)展進程,準確構(gòu)建溫室氣體排放清單是科學(xué)界定碳排放關(guān)鍵領(lǐng)域的重要前提[4]。

國內(nèi)外學(xué)者針對區(qū)域溫室氣體排放特征已開展了部分研究,但現(xiàn)有研究視角主要集中于能源活動、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)活動等單一部門的排放特征分析[5-8],因而研究結(jié)果無法體現(xiàn)多元部門間要素異質(zhì)性造成的溫室氣體排放特征差異,不利于統(tǒng)籌全局視角研判關(guān)鍵排放來源;與此同時,現(xiàn)有研究對象主要集中于京津冀、長三角、粵港澳等中東部城市群[9-12],少有研究關(guān)注成渝雙城經(jīng)濟圈等西部地區(qū)的溫室氣體排放軌跡。四川省作為我國“清潔能源示范省”,是長江上游重要生態(tài)屏障和水源涵養(yǎng)地,同時也是西部地區(qū)的經(jīng)濟社會發(fā)展中心,應(yīng)當立足自身的資源稟賦優(yōu)勢,為西部乃至中國低碳藍圖的繪制做出積極貢獻[13]?；诖?本研究立足五大單元(能源活動、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)活動、林業(yè)活動和廢棄物處置)和3類溫室氣體(CO2、CH4和N2O)構(gòu)建溫室氣體排放核算方法體系,結(jié)合四川省“經(jīng)濟-社會-環(huán)境-能源”現(xiàn)實發(fā)展的實際數(shù)據(jù)構(gòu)建2021年溫室氣體排放清單,并立足部門主體異質(zhì)性和溫室氣體品種異質(zhì)性雙重視角科學(xué)研判排放特征并界定關(guān)鍵排放來源,以期明確四川省減污降碳工作的有效抓手和著力點,為各級政府制定“碳達峰”“碳中和”中長期目標、發(fā)展思路和重點領(lǐng)域提供理論指引。

1 研究方法

1.1 研究對象與數(shù)據(jù)來源

溫室氣體是指大氣中能吸收并釋放紅外線輻射的氣體,是溫室效應(yīng)產(chǎn)生的主要誘因[14]。其中,CO2、CH4和N2O造成的熱輻射效應(yīng)在溫室氣體輻射總量中占比高達80%,因此主要核算上述3類溫室氣體的排放水平。以四川省為例,將主要排放源劃分為五大單元,立足省級層面測算溫室氣體排放清單。其中,溫室氣體排放核算的基礎(chǔ)活動數(shù)據(jù)來源于2022年的《中國統(tǒng)計年鑒》《中國能源統(tǒng)計年鑒》《中國林業(yè)和草原統(tǒng)計年鑒》《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》《世界鋼鐵統(tǒng)計數(shù)據(jù)》《四川統(tǒng)計年鑒》《四川省生態(tài)環(huán)境狀況公報》等;排放因子數(shù)據(jù)來源于IPCC發(fā)布的清單指南(2019修訂版)[15]、國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布的《省級溫室氣體清單編制指南(試行)》、國家生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的中國區(qū)域電網(wǎng)基準線排放因子等。

1.2 溫室氣體排放核算方法

1.2.1 能源活動

1) 燃料燃燒

能源加工轉(zhuǎn)換和終端能源消費過程中的化石燃料燃燒是溫室氣體關(guān)鍵排放源,核算模型見式(1)。

(1)

式中:Gfc為燃料燃燒溫室氣體排放量,萬t;Qfc,i為第i類燃料消費量,萬t;Nfc,i為第i類燃料凈發(fā)熱值,kJ/kg;Efc,i為第i類燃料燃燒溫室氣體排放因子,kg/kJ。

2) 煤炭采掘

煤生成的地質(zhì)過程會產(chǎn)生煤層氣并封固于煤層中,直到采掘作業(yè)開展后,煤層暴露和破碎時溢散到大氣中,綜合考慮地下采掘過程的CO2和CH4排放,以及采后過程(處理、加工和輸送等)的CH4排放,核算模型見式(2)。

Gcm=Qcm×Ecm×K

(2)

式中:Gcm為煤炭采掘溫室氣體排放量,萬t;Qcm為煤炭生產(chǎn)量,萬t;Ecm為煤炭采掘溫室氣體排放因子,包括地下采掘和采后兩類情景,m3/t;K為在20 ℃和標準大氣壓下溫室氣體的密度,t/m3。

3) 區(qū)域電力交易

燃料燃燒單元已將電、熱生產(chǎn)等能源加工轉(zhuǎn)換過程的溫室氣體排放納入核算總量中,考慮到熱力基本屬于本地供應(yīng)消納,而本地發(fā)電可能通過外輸滿足臨近區(qū)域的用能需求,遵循“消費責(zé)任排放”原則,以實際消費主體作為CO2排放的歸屬主體,因此需要核算電力外省(區(qū)、市)調(diào)入與省內(nèi)調(diào)出產(chǎn)生的間接CO2排放,核算模型見式(3)。

Get=(Qin-Qout)×Eet

(3)

式中:Get為區(qū)域電力交易CO2排放量,萬t;Qin為電力外省(區(qū)、市)調(diào)入量,kW·h;Qout為電力省內(nèi)調(diào)出量,kW·h;Eet為區(qū)域電網(wǎng)基準CO2排放因子,萬t/(kW·h)。

1.2.2 工業(yè)生產(chǎn)

工業(yè)部門溫室氣體排放除了來源于終端能源消費,還形成于生產(chǎn)原材料參與的化學(xué)或物理轉(zhuǎn)化過程。

1) 水泥生產(chǎn)

水泥生產(chǎn)溫室氣體排放主要來源于熟料這一球狀中間產(chǎn)品的化學(xué)反應(yīng),即主要成分碳酸鈣被加熱或煅燒成石灰時排放的CO2,核算模型見式(4)。

Gcp=Qcp×Ccp×Ecp

(4)

式中:Gcp為水泥生產(chǎn)CO2排放量,萬t;Qcp為水泥生產(chǎn)量,萬t;Ccp為熟料在水泥生產(chǎn)中的質(zhì)量分數(shù),%;Ecp為熟料生產(chǎn)CO2排放因子,t/t。

2) 玻璃生產(chǎn)

玻璃生產(chǎn)溫室氣體排放來源于石灰石等原材料熔煉過程排放的CO2,同時生產(chǎn)中還將使用回收廢(碎)玻璃作為原料,在核算中應(yīng)當去除此部分加料比例,核算模型見式(5)。

Ggp=Qgp×(1-Cgr)×Egp

(5)

式中:Ggp為玻璃生產(chǎn)CO2排放量,萬t;Qgp為玻璃生產(chǎn)量,萬t;Cgr為玻璃生產(chǎn)原料中廢(碎)玻璃質(zhì)量分數(shù),%;Egp為玻璃生產(chǎn)CO2排放因子,t/t。

3) 硝酸生產(chǎn)

硝酸主要用作含氮化肥生產(chǎn)的原材料,其生產(chǎn)過程中的溫室氣體排放來源于氨氣高溫催化氧化反應(yīng)排放的N2O,核算模型見式(6)。

Gnap=Qnap×Enap

(6)

式中:Gnap為硝酸生產(chǎn)N2O排放量,萬t;Qnap為硝酸生產(chǎn)量,萬t;Enap為硝酸生產(chǎn)N2O排放因子,t/t。

4) 電石生產(chǎn)

電石生產(chǎn)溫室氣體排放來源于含碳原材料的化學(xué)反應(yīng),具體包括碳化硅、碳化鈣等碳化物生產(chǎn)時排放的CO2和CH4,核算模型見式(7)。

Gccp=Qccp×Eccp

(7)

式中:Gccp為電石生產(chǎn)溫室氣體排放量,萬t;Qccp為電石生產(chǎn)量,萬t;Eccp為電石生產(chǎn)溫室氣體排放因子,t/t。

5) 鋼鐵生產(chǎn)

鋼鐵生產(chǎn)溫室氣體排放一方面來源于堿性氧氣轉(zhuǎn)爐、電弧爐和開爐煉鋼三大煉鋼過程,另一方面來源于未轉(zhuǎn)換為鋼的生鐵生產(chǎn)過程,核算模型分別見式(8)和式(9)。

Gsm=QBOF×EBOF+QEAF×EEAF+QOHF×EOHF

(8)

Gpim=Qpim×Epim

(9)

式中:Gsm為煉鋼過程CO2排放量,萬t;QBOF、QEAF、QOHF分別為堿性氧氣轉(zhuǎn)爐、電弧爐和開爐煉鋼的粗鋼生產(chǎn)量,萬t;EBOF、EEAF、EOHF分別為堿性氧氣轉(zhuǎn)爐、電弧爐和開爐煉鋼過程CO2排放因子,t/t;Gpim為生鐵生產(chǎn)過程CO2排放量,萬t;Qpim為生鐵生產(chǎn)量,萬t;Epim為生鐵生產(chǎn)過程CO2排放因子,t/t。

1.2.3 農(nóng)業(yè)活動

1) 水稻種植

水稻種植溫室氣體排放來源于稻田土壤有機質(zhì)厭氧分解產(chǎn)生的CH4,并通過作物的傳輸作用釋放至大氣,核算模型見式(10)。

Grp=Arp×Erp×T

(10)

式中:Grp為水稻種植CH4排放量,萬t;Arp為水稻年度播種面積,萬hm2;Erp為水稻種植CH4日排放因子,t/(hm2·d);T為水稻年度種植期,d。

2) 氮肥施用

(11)

(12)

式中:Gnfa,dir、Gnfa,indir分別為氮肥施用直接、間接N2O排放量,萬t;Qnfa為氮肥年度施用量,萬t;Enfa為氮肥施用過程氮排放因子,t/t;Fvs為土壤中以NH3、NOx形式揮發(fā)沉積的氮肥質(zhì)量分數(shù),%;Flr為土壤中通過溶淋和徑流損失的氮肥質(zhì)量分數(shù),%;Evs為氮揮發(fā)和沉積過程氮排放因子,t/t;Elr為氮溶淋和徑流過程氮排放因子,t/t。

3) 動物腸道發(fā)酵

動物腸道發(fā)酵溫室氣體排放來源于草食家畜生理活動的副產(chǎn)物,即微生物分解碳水化合物時排放的CH4?？紤]到反芻家畜腸道結(jié)構(gòu)能促成廣泛的日糧腸道發(fā)酵,從而成為CH4主要排放源,因此選取牛和羊作為核算對象,同時考慮飼養(yǎng)量較大的非反芻牲畜豬的排放效應(yīng),核算模型見式(13)。

(13)

式中:Gaif為動物腸道發(fā)酵CH4排放量,萬t;Nj為第j類牲畜飼養(yǎng)量,萬頭(或萬只);Eaif,j為第j類牲畜腸道發(fā)酵CH4排放因子,t/頭(或t/只)。

4) 動物糞便管理

動物糞便管理溫室氣體排放來源于厭氧條件下糞便降解排放的CH4和糞肥中所含氮素通過硝化和反硝化作用排放的N2O,選取豬、馬、牛、羊等家畜和家禽作為核算對象,核算模型見式(14)和式(15)。

(14)

(15)

式中:Gamm、Gamn分別為動物糞便管理CH4、N2O排放量,萬t;Eamm,j為第j類牲畜糞便管理CH4排放因子,t/頭(或t/只);Qamn,j為第j類牲畜年度氮排泄量,t/頭(或t/只);Eamn,j為第j類牲畜糞便管理N2O排放因子,t/t。

1.2.4 林業(yè)活動

植物生物量構(gòu)成地球生態(tài)系統(tǒng)的一種重要碳庫,林業(yè)活動溫室氣體排放主要來源于生物量碳庫變化。

1) 生物量增長

生物量增長引起的年度碳庫增加集中于與木本植物和樹相關(guān)的生物量變化,核算模型見式(16)。

(16)

式中:Gbg為生物量增長引起的年度碳庫增加量,萬t;Abg為林業(yè)用地面積,萬hm2;Qbg為平均生物增長量,t/hm2;Pcf為干物質(zhì)中碳的質(zhì)量分數(shù),%。

2) 木材采伐

木材采伐將造成大量碳流失并進一步導(dǎo)致年度碳庫減少,核算模型見式(17)。

(17)

式中:Gwh為木材采伐引起的年度碳庫減少量,萬t;Hwh為木材產(chǎn)量,萬m3;Bcef為單位木材采伐量對應(yīng)的生物清除量,t/m3;R為地下部生物量與地上部生物量的質(zhì)量分數(shù),%。

3) 自然擾亂

自然擾亂引發(fā)的年度碳庫減少集中于森林火災(zāi)、蟲災(zāi)造成的碳損失,核算模型見式(18)。

(18)

式中:Gnd為自然擾亂引起的年度碳庫減少量,萬t;And為受自然擾亂影響的面積,萬hm2;Bnd為受擾亂地區(qū)平均地上生物量,t/hm2;Fnd為火災(zāi)、蟲災(zāi)造成的損失生物量在總量中的占比,%。

1.2.5 廢棄物處置

1) 固體廢棄物處置

固體廢棄物處置溫室氣體排放一方面來源于廢棄物中礦物碳在焚化和露天燃燒期間氧化產(chǎn)生的CO2,另一方面來源于厭氧條件下填埋處理過程中有機材料降解產(chǎn)生的CH4,核算模型分別見式(19)和式(20)。

(19)

Gswl=(Qswl×Eswl-S)×(1-Ox)

(20)

式中:Gswi、Gswl分別為固體廢棄物焚燒處理CO2、CH4排放量,萬t;Qswi為焚燒處理量,萬t;Dm為廢棄物中干物質(zhì)質(zhì)量分數(shù),%;Fcf為總含碳量中礦物碳質(zhì)量分數(shù),%;Ox為氧化因子;Qswl為填埋處理量,萬t;Eswl為填埋處理CH4排放因子,t/t;S為CH4回收量,萬t。

2) 生活污水處理

生活污水處理溫室氣體排放一方面來源于家用廢水無氧處理過程產(chǎn)生的CH4,另一方面來源于處理廠直接排放和將廢水排入下水道、湖泊或海洋等間接排放產(chǎn)生的N2O,核算模型分別見式(21)和式(22)。

(21)

(22)

式中:Gdstm為生活污水處理CH4排放量,萬t;Qtds為生活污水中含有機物量,萬t;m為人口群體類型,包括城鎮(zhèn)和農(nóng)村人口;n為處理/排放途徑或系統(tǒng),包括化糞槽、廁所、下水道等;Um為第m類人口群體數(shù)量在地區(qū)常住人口總量中的占比,%;Tm,n為第m類人口群體利用第n類處理/排放途徑或系統(tǒng)的程度;Edstm,n為第n類處理/排放途徑或系統(tǒng)的生活污水處理CH4排放因子,t/t;Gdstn為源自生活污水的N2O排放量,萬t;Nds為生活污水含氮量,萬t;Edstn為源自生活污水的氮排放因子,t/t。

3) 工業(yè)廢水處理

工業(yè)廢水處理溫室氣體排放來源于含碳廢水在厭氧處理中排放的CH4,核算模型見式(23)。

Giwt=Tiw×Biwt×Mis

(23)

式中:Giwt為工業(yè)廢水處理CH4排放量,萬t;Tiw為工業(yè)廢水含有機物量,萬t;Biwt為最大CH4產(chǎn)生能力,t/t;Mis為CH4修正因子。

2 四川省溫室氣體排放特征分析

依據(jù)構(gòu)建的核算方法體系,研究得到四川省2021年溫室氣體排放清單,具體見表1。

表1 四川省2021年溫室氣體排放清單Table 1 Greenhouse gas emissions inventory of Sichuan Province in 2021 萬t

2.1 CO2排放特征

2021年四川省CO2排放總量20 505.51萬t,其中碳源直接排放總量40 381.18萬t,碳匯間接吸收總量為-19 875.67萬t。能源活動和工業(yè)生產(chǎn)的碳源直接排放量分別為28 640.78萬、11 166.36萬t,在碳源直接排放總量中占比達到70.93%和27.65%,即為CO2主要貢獻源,這主要由于一方面能源活動貫穿于國民經(jīng)濟社會發(fā)展的方方面面,能源燃燒時的氧化反應(yīng)以及石油天然氣系統(tǒng)的溢散過程均將導(dǎo)致CO2的直接迅速排放;另一方面,裝備制造、建筑材料、能源化工等為代表的工業(yè)始終是四川省支柱性產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代經(jīng)濟基礎(chǔ),原材料在化學(xué)、物理轉(zhuǎn)化過程中將釋放大量溫室氣體。林業(yè)活動和廢棄物處置過程中的碳源直接排放量相對較小,分別僅為545.77萬、28.27萬t,幾乎可忽略不計。

對于能源活動,能源加工轉(zhuǎn)換和終端能源消費CO2排放量分別為5 297.31萬、21 842.73萬t,由于能源消費涉及國民生產(chǎn)生活的眾多行業(yè),在高利用水平驅(qū)使下其對溫室效應(yīng)的貢獻尤為顯著。能源加工轉(zhuǎn)換CO2排放中有86.31%集中于火力發(fā)電,同時考慮到常規(guī)電廠流失到環(huán)境中的能源比例往往高達70%,即使是現(xiàn)代高效率電廠,其流失比例也約達50%[16],因此能源轉(zhuǎn)化過程能耗引發(fā)的碳排放效應(yīng)不容忽略。由圖1可見,對于終端能源消費,以農(nóng)、林、牧、漁業(yè)代表的第一產(chǎn)業(yè)CO2排放占比僅為2.22%,這是由于其日常經(jīng)營活動對能源依賴性較小,同時行業(yè)發(fā)展中林木、濕地等要素具備固碳效應(yīng);第二產(chǎn)業(yè)中工業(yè)CO2排放占比高達61.77%,并成為終端消費首要排放源,這由于燃燒排放主要取決于燃料碳含量,工業(yè)生產(chǎn)依賴于煤炭、重質(zhì)油品等高碳化石能源,同時具備高水平用能需求,消費規(guī)模和碳氧化比例較大,必然帶動CO2排放同步增加;第三產(chǎn)業(yè)中交通運輸業(yè)和居民生活也存在一定碳貢獻,占比分別達到14.14%和13.34%,這由于轎車、卡車乃至高鐵、飛機等交通運輸設(shè)施仍未與汽油、柴油等化石燃料消費脫鉤,同時居民生活在采暖、炊事等領(lǐng)域的天然氣消費水平僅次于工業(yè)部門。煤炭采掘CO2排放主要集中于地下開采時煤礦除氣系統(tǒng)的高流率泄放過程[17],而露天和廢棄煤礦的排放效應(yīng)相對較小,由于四川省資源稟賦呈現(xiàn)“缺煤”特征,探明資源儲量僅為126.92億t,煤炭產(chǎn)量較小,從而帶動溢散排放貢獻相對較低,僅為21.20萬t。區(qū)域間電力調(diào)入與調(diào)出過程引發(fā)的CO2排放量分別為1 479.54萬、-12 161.77萬t,由此可知四川省電力交易過程有效間接減緩了區(qū)域碳排放強度,這得益于四川省域水力發(fā)電雄踞全國前列,2021年發(fā)電總量達到3 531.40億kW·h,其中1 416.30億kW·h通過“西電東輸”工程供給華中和華東地區(qū)的用能需求,在保障能源供應(yīng)安全的同時助力全國低碳發(fā)展新格局形成。

圖1 終端能源消費CO2排放構(gòu)成Fig.1 Composition of CO2 emissions from terminal energy consumption

對于工業(yè)生產(chǎn),水泥、玻璃、電石和鋼鐵生產(chǎn)CO2排放量分別為5 708.35萬、48.32萬、58.62萬、5 351.07萬t,其中水泥生產(chǎn)以51.12%的占比占據(jù)主導(dǎo)地位,這由于四川省是水泥生產(chǎn)大省,2021年產(chǎn)量達到14 147.10萬t,穩(wěn)居西部第一,而水泥生產(chǎn)通過加熱煅燒石灰石產(chǎn)生顯著的CO2直接排放;鋼鐵生產(chǎn)CO2排放量雖然也超過5 000萬t,但與同產(chǎn)量規(guī)模的其他省份相比排放水平相對較低,這得益于四川省是全國電爐鋼產(chǎn)業(yè)集中區(qū)域,短流程煉鋼比例已達到40%左右,遠高于全國平均水平的10.60%,其“以鋼煉鋼”的生產(chǎn)原理省去鐵礦石燒結(jié)還原過程,有助于減少近60%的能源消耗和80%的CO2排放[18];玻璃和電石生產(chǎn)CO2排放水平較低,這一方面由于玻璃生產(chǎn)商通常采用部分回收的廢玻璃(碎玻璃)作為原材料,且其在大批量生產(chǎn)中的比例高達40%～60%,即通過資源節(jié)約間接降低熔煉過程約一半的CO2排放,另一方面四川省電石產(chǎn)量較低,2021年僅占全國電石總產(chǎn)量的1.48%,同時中國電石生產(chǎn)原料以氧化鈣為主,經(jīng)由電熱法約67%的碳包含于電石產(chǎn)品中,僅有剩下不超過四成與過量氧氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CO2[19]。

對于林業(yè)活動,林木連續(xù)生長引起的年度碳庫增加7 713.90萬t,與木本植物相關(guān)的生物量構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的重要碳庫,四川省森林碳匯對區(qū)域溫室效應(yīng)緩解效果顯著,這主要得益于“十三五”期間積極推進大規(guī)模“綠化全川”行動,2021年森林資源覆蓋率達到40.23%,遠高于全國平均水平22.96%。木材采伐、森林火災(zāi)、森林蟲災(zāi)等引起的年度碳庫減少量分別為327.24萬、2.67萬、215.86萬t,上述離散事件的影響取決于不同年限特定地區(qū)的實際情況,通過將碳從活生物量碳匯轉(zhuǎn)移到死有機物質(zhì)池,引發(fā)CO2排放和生態(tài)系統(tǒng)碳構(gòu)成的重新分配。具體來看,2021年四川省木材產(chǎn)量為302.65萬m3,由于分散的經(jīng)營方式和高額的采伐成本導(dǎo)致采伐限額空置率居高不下,故其引發(fā)的年度碳庫減少量不甚顯著;另外,在2020年森林火災(zāi)受害面積高達1 487.20 hm2的警示下,省域內(nèi)著力開展“常態(tài)化”森林草原火災(zāi)防控工作,科學(xué)有序?qū)嵤┛扇嘉锴宄陀媱潫?積極推進督導(dǎo)檢查、防滅火演練和信息化建設(shè),助力2021年受災(zāi)面積控制于239.20 hm2,受害率僅為0.01%,故其引發(fā)的碳庫減少量幾乎忽略不計;但與此同時,2021年是四川省“病蟲害高發(fā)年”,松材線蟲、紅火蟻等檢疫性有害生物呈持續(xù)擴散趨勢,林業(yè)有害生物成災(zāi)面積高達64 473 hm2,相比于上一年的1 220 hm2增長51.85倍,其成因主要在于外來入侵物種的快速蔓延和本土生態(tài)脆弱區(qū)的固有缺陷[20]。

對于廢棄物處置,CO2排放主要集中于固體廢棄物焚燒處理過程,但排放量較小僅為28.27萬t,目前四川省生活垃圾無害化處理率已達到99.99%,其中焚燒處理能力占比為82.10%,無害化處理雖然可消除致癌氣體、水體污染等危害,但高溫焚燒氧化過程不可避免產(chǎn)生CO2排放,此時碳捕捉和儲存技術(shù)成為控制溫室氣體排放的重要手段。

2.2 CH4排放特征

2021年四川省CH4排放總量為152.19萬t,其中農(nóng)業(yè)活動排放量(113.21萬t,占74.39%)成為第一貢獻源,能源活動和廢棄物處置次之(占比分別為17.97%和7.25%),工業(yè)生產(chǎn)可忽略不計,CH4排放二級單元的具體構(gòu)成見圖2。造成上述現(xiàn)象的主要原因為,農(nóng)業(yè)活動中水稻種植和動物糞便管理的厭氧過程,以及動物腸道發(fā)酵過程是CH4排放的主要來源;能源活動中大部分碳通過氧化反應(yīng)以CO2形式迅速排放而僅有少部分轉(zhuǎn)化為CH4;工業(yè)生產(chǎn)CH4排放集中于電石生產(chǎn),但省域產(chǎn)量水平較低,在規(guī)模效應(yīng)影響下CH4排放水平同步較低。

圖2 CH4排放二級單元構(gòu)成Fig.2 Composition of secondary unit for CH4 emissions

對于農(nóng)業(yè)活動,動物腸道發(fā)酵CH4排放量為61.64萬t,并以農(nóng)業(yè)活動54.45%的占比占據(jù)主導(dǎo)地位,不同品種牲畜的排放水平排序為牛>羊>豬,這由于四川省是全國養(yǎng)牛第一大省,2021年飼養(yǎng)量為830.51萬頭,且羊飼養(yǎng)量也達到1 511.69萬頭,牛、羊等反芻動物具有瘤胃等膨脹室,能支持日糧的密集微生物發(fā)酵,最終導(dǎo)致腸道消化系統(tǒng)呈現(xiàn)高水平CH4排放率,豬等非反芻牲畜排放水平則相對較小。動物糞便管理CH4排放一方面取決于家畜糞便處置到液基系統(tǒng)(化糞池、池塘等)中的比例,即是否處于厭氧條件,另一方面受到系統(tǒng)溫度和滯留時間的影響,在多元限制條件下其排放量(22.28萬t)明顯小于動物腸道發(fā)酵;不同品種牲畜的排序為豬>牛>家禽>羊>馬,這由于四川省豬、牛飼養(yǎng)量較大,且牛糞便大多在肥育場中管理,豬糞便約40%按液體管理,而馬、羊和家禽糞便分布于牧場、草原、日常散施田間等“干”糞便管理系統(tǒng)中[21],因此排放群體和排放因子均相對較小。水稻種植CH4排放量為29.29萬t,在農(nóng)業(yè)活動CH4排放量中占25.87%,一方面四川省屬于農(nóng)業(yè)強省,同時也是中國十大水稻產(chǎn)量大省之一,CH4排放具備規(guī)模效應(yīng);另一方面,為推動“天府糧倉”建設(shè),省域內(nèi)近年來積極開展增施有機肥、秸稈還田、種植綠肥等舉措,有機物投入帶動土壤內(nèi)碳含量增加,同時西南地區(qū)的溫暖氣候和充足水分條件也均有助于溫室氣體的形成擴散,在上述因素綜合影響下引發(fā)一定水平CH4排放。

對于能源活動,燃料燃燒和煤炭采掘CH4排放量分別為0.53萬、26.82萬t,且在煤礦排放中有87.81%集中于采掘過程,僅有12.19%發(fā)生于采后過程,這由于采掘操作期間將直接釋放破碎煤層及周圍儲層中的CH4,而不依賴于氧化反應(yīng),而采后雖繼續(xù)排放溫室氣體,但氣體含量和排放速度相比于煤層破碎階段顯著較低[22]。

對于廢棄物處置,固體廢棄物填埋處理、生活污水處理和工業(yè)廢水處理CH4排放量分別為0.46萬、10.25萬、0.33萬t,其中生活污水處理CH4排放量以92.84%的比例占據(jù)主導(dǎo),這一方面是由于廢水處理CH4排放取決于有機物含量,而2021年四川省城鎮(zhèn)生活污水中排放的化學(xué)需氧量(COD)為82.03萬t,是工業(yè)廢水COD排放量(2.68萬t)的30.61倍,因此CH4排放量也同步較高;另一方面,近年來省域相繼發(fā)布《關(guān)于加強城市建筑垃圾管理與資源化利用的指導(dǎo)意見》《四川省推進生活垃圾分類工作提質(zhì)增效三年行動方案》等文件,積極開展垃圾分類回收和資源化處理(焚燒發(fā)電等),在政策規(guī)制下固體廢棄物填埋處理比例減少至17.90%,可發(fā)生降解的廢棄物原料總量較小,導(dǎo)致CH4排放水平相應(yīng)較低。

2.3 N2O排放特征

2021年四川省N2O排放總量為38.15萬t,其中農(nóng)業(yè)活動N2O排放量(37.79萬t,占比99.06%)成為第一貢獻源,能源活動、工業(yè)生產(chǎn)和固體廢棄物處置N2O排放量分別為0.27萬、0.05萬、0.04萬t,數(shù)量級較小,幾乎可忽略不計,N2O排放二級單元的具體構(gòu)成見圖3。對于農(nóng)業(yè)活動,氮肥施用和動物糞便管理N2O排放量分別為1.72萬、36.07萬t,動物糞便管理占據(jù)主導(dǎo),這由于糞便管理N2O排放一方面來源于氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮的硝化作用,另一方面來源于厭氧條件下亞硝酸鹽和硝酸鹽轉(zhuǎn)化的反硝化作用,在上述過程中尿素(家畜)和尿酸(家禽)等有機氮迅速形成NOx,其具有高揮發(fā)特性故極易在周圍空氣中直接擴散;同時,無機氮可供量是土壤中N2O形成的主控因素,氮肥施用等人為氮投入過程雖能補充土壤中的氮含量,但即使是直接排放也需經(jīng)歷氨基氧化或微生物還原等化學(xué)反應(yīng)過程,且間接排放又進一步增加了再沉積、氮溶淋、徑流等復(fù)雜過程,涉及大氣、土體、生物等多元主體,故不確定性更大、排放水平較低。動物糞便管理中不同品種牲畜的N2O排放水平排序為牛>豬>羊>馬>家禽,這由于N2O排放受到牲畜飼養(yǎng)數(shù)量、氮排泄量和排放因子的綜合影響,其中氮排泄量取決于牲畜年攝取氮總量,四川省豬、牛飼養(yǎng)具備一定數(shù)量規(guī)模,同時牛等家畜需承擔(dān)產(chǎn)肉、產(chǎn)奶、勞役等多重任務(wù),含氮飼料攝取量較大且氮排泄量同步較大,而雞等家禽體積量、采食量和消化率均較小,因此氮排泄量顯著較小。

圖3 N2O排放二級單元構(gòu)成Fig.3 Composition of secondary unit for N2O emissions

對于能源活動,N2O排放僅作為化石燃料氧化反應(yīng)的副產(chǎn)品。對于工業(yè)生產(chǎn),N2O排放主要集中于硝酸生產(chǎn)過程,即為高溫催化反應(yīng)的意外產(chǎn)物,但省域2021年硝酸產(chǎn)量僅為8.2萬t。對于廢棄物處置,N2O排放主要集中于生活污水處理過程,但IPCC給出的生活污水處理N2O缺省排放因子極小,僅為0.005 t/t(基于有限的現(xiàn)場數(shù)據(jù))。在上述因素影響下,能源活動、工業(yè)生產(chǎn)和廢棄物處置3個單元的N2O排放水平均較低。

3 結(jié)論與建議

1) 能源活動是溫室氣體排放首要貢獻源,能源加工轉(zhuǎn)換和終端能源消費是關(guān)鍵排放領(lǐng)域,區(qū)域電力交易在保障能源供應(yīng)安全的同時間接減緩排放強度。因此,未來四川省應(yīng)積極聚焦發(fā)電等能源加工轉(zhuǎn)換部門,工業(yè)、交通運輸業(yè)、居民生活等終端能源消費部門,遵循“減煤、控油、增電、穩(wěn)氣、推廣新能源”的整體思路,做好化石能源“減法”和可再生能源“加法”,積極開展“西氣東輸”“西電東送”等減排項目,統(tǒng)籌能源供給安全和能源低碳發(fā)展。

2) 工業(yè)生產(chǎn)中,四川省作為水泥生產(chǎn)大省帶動水泥行業(yè)CO2排放占據(jù)主導(dǎo);四川省電爐鋼產(chǎn)業(yè)的示范性發(fā)展有效控制了鋼鐵行業(yè)CO2排放水平;資源回收利用導(dǎo)致玻璃生產(chǎn)CO2排放較小;N2O排放主要來源于硝酸生產(chǎn)的高溫催化反應(yīng)。因此,未來四川省應(yīng)推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)高端化,聚焦前沿,促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、低碳發(fā)展,一體化布局鋰電關(guān)鍵材料、氫能、高性能工程塑料、工業(yè)廢料綜合利用等“新材料+新能源+生態(tài)環(huán)保”前沿產(chǎn)業(yè);推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展清潔化,利用工業(yè)固體廢棄物等非碳酸鹽原料替代常規(guī)水泥生產(chǎn)原料,推廣新型鋼鐵材料、持續(xù)發(fā)揮全國電爐鋼產(chǎn)業(yè)集中區(qū)優(yōu)勢。

3) 農(nóng)業(yè)活動中,動物腸道發(fā)酵CH4排放占據(jù)主導(dǎo),糞便管理N2O排放較顯著;水稻種植CH4排放受到作物種植的規(guī)模效應(yīng)以及肥料等有機物投入的綜合影響。因此,未來四川省應(yīng)著力提升畜禽糞污綜合利用率和資源化設(shè)施裝備配套率,推動畜禽糞污穩(wěn)定化、清潔化、資源化;重點提高農(nóng)田土壤固碳能力,持續(xù)推廣優(yōu)良品種、綠肥種植和綠色高效栽培技術(shù),促進農(nóng)業(yè)由“碳源”向“碳匯”的生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。

4) 林業(yè)活動中,森林碳匯對省域溫室效應(yīng)的緩解效果顯著;常態(tài)化風(fēng)險防控有效降低了森林火災(zāi)引起的碳庫減少量;2021年由于四川省病蟲害高發(fā)致使森林蟲災(zāi)造成的碳庫減少量陡增。因此,未來四川省應(yīng)依托國土綠化、生態(tài)修復(fù)等工程支持森林碳匯項目建設(shè),持續(xù)開展“常態(tài)化”森林草原火災(zāi)防控工作,積極推進督導(dǎo)檢查、防滅火演練和信息化建設(shè),做好松材線蟲、紅火蟻等檢疫性有害生物的日常監(jiān)測,結(jié)合森林撫育、提高林分質(zhì)量,充分發(fā)揮林草碳匯對碳排放的對沖作用。

5) 廢棄物處置溫室氣體排放貢獻較小,CO2排放主要來源于固體廢棄物焚燒處理;處理有機物含量較高的生活污水時產(chǎn)生的CH4排放明顯高于工業(yè)廢水。因此,未來四川省應(yīng)大力倡導(dǎo)節(jié)能降碳的生產(chǎn)方式和生活理念,提高城市生活垃圾減量化、無害化和資源化處理水平,持續(xù)推廣“碳中和垃圾分類站”等創(chuàng)新性低碳基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),拓展生態(tài)保護領(lǐng)域的人口質(zhì)量紅利。