翟鄖秋， 張芊芊， 劉 芳， 應(yīng)光國， 柳王榮

(1. 華南師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院， 廣州 510006； 2. 華南師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院， 廣州 510631； 3. 生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境科學(xué)研究所， 廣州 510530)

氣候變化是現(xiàn)階段人類生存發(fā)展的重大挑戰(zhàn)之一,也是一項(xiàng)全球性的環(huán)境問題。氣候變化的主要原因是人類活動(dòng)導(dǎo)致的二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)等溫室氣體的過度排放[1]。2015年《巴黎協(xié)定》提出，為避免極端地球氣候和生態(tài)系統(tǒng)惡化，全球需控制升溫1.5 ℃。然而，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)測算報(bào)告顯示，自2020年起，人類有67%的可能性將升溫幅度控制在1.5 ℃以內(nèi)，此時(shí)全球碳排放預(yù)算僅剩4 000 億t CO2[2]，因此采取相關(guān)措施降低碳排放刻不容緩。根據(jù)英國石油公司(BP)發(fā)布的《世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)顯示，2020年全球碳排放總量為322.8億t，中國的碳排放量為99.0億t，占全球碳排放總量的30.7%。在全球綠色低碳轉(zhuǎn)型的大方向下，中國力爭在2030年前實(shí)現(xiàn)CO2排放量達(dá)到峰值，爭取在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。因此，在我國開展碳排放的研究十分必要，具有戰(zhàn)略性意義。

溫室氣體排放的主要來源是畜禽養(yǎng)殖業(yè)[3]，具體途徑包括動(dòng)物的腸道發(fā)酵和糞便管理[4]。聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織(FAO)估計(jì)，全球18%的溫室氣體排放源于畜禽養(yǎng)殖業(yè)[5]。根據(jù)FAO的數(shù)據(jù)顯示，自1960年以來，世界反芻動(dòng)物和非反芻動(dòng)物的數(shù)量急劇增長，截止2017年底，反芻動(dòng)物數(shù)量增加了66.1%，非反芻動(dòng)物數(shù)量增長了435%[6]。隨著人們對(duì)畜產(chǎn)品需求的不斷增長，預(yù)計(jì)未來幾年反芻動(dòng)物和非反芻動(dòng)物的數(shù)量都將持續(xù)增長，這將進(jìn)一步增加畜禽養(yǎng)殖業(yè)溫室氣體的排放量。因此，研究畜禽養(yǎng)殖業(yè)的碳排放對(duì)于全球畜禽養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。中國是農(nóng)業(yè)大國，畜禽養(yǎng)殖業(yè)是我國農(nóng)業(yè)的兩大支柱之一，是關(guān)系國計(jì)民生的重要產(chǎn)業(yè)，在保障食物安全、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展與提高農(nóng)牧民收入等方面發(fā)揮重要作用[7]。中國第三次全國氣候變化信息通報(bào)估計(jì)，農(nóng)業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生的溫室氣體排放量約為8.28億t CO2當(dāng)量，腸道發(fā)酵和糞便管理占農(nóng)業(yè)溫室氣體排放總量的43%。

“十四五”時(shí)期，中國生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)入了以降碳為重點(diǎn)戰(zhàn)略方向、推動(dòng)減污降碳協(xié)同增效、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型、實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善由量變到質(zhì)變的關(guān)鍵時(shí)期。目前，國內(nèi)學(xué)者對(duì)畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放問題不斷探討，圍繞碳排放量的測算，研究內(nèi)容涉及不同的測算方法、溫室氣體的種類、動(dòng)物類別、系統(tǒng)邊界、尺度、區(qū)域等。獲得碳排放量數(shù)據(jù)之后，圍繞其時(shí)空分布特征、減排措施、影響因素進(jìn)行深入的分析。本文回顧并總結(jié)了畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放的相關(guān)研究，從碳核算、時(shí)空分布、影響因素、未來發(fā)展趨勢等方面進(jìn)行分析，為相關(guān)部門制定畜禽養(yǎng)殖業(yè)減排政策提供理論依據(jù)，以實(shí)現(xiàn)我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展。

1 畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳核算

畜禽養(yǎng)殖碳排放量是指各種畜禽在從幼畜到出欄的整個(gè)養(yǎng)殖過程中所產(chǎn)生并排放到大氣中的甲烷、氧化亞氮等溫室氣體折算成CO2當(dāng)量的總和[8]。實(shí)現(xiàn)碳中和的根本在于減少碳排放，要為碳減排提供相應(yīng)的政策支撐，重要依據(jù)之一就是碳排放量的統(tǒng)計(jì)核算。因此，開展畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放量的核算是評(píng)價(jià)溫室氣體排放水平的重要和有效途徑之一。經(jīng)過不斷的探索，目前研究者已經(jīng)構(gòu)建了多種有效可行的畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放核算方法，主要分為2種方式：基于測量的方法和基于核算的方法。

1.1 基于測量的方法

基于測量的碳核算方法是通過匯總排放源實(shí)測的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)得到相關(guān)碳排放量[9]。根據(jù)數(shù)據(jù)的獲取方式可將其分為監(jiān)測法和實(shí)驗(yàn)法。監(jiān)測法是通過監(jiān)測氣體體積分?jǐn)?shù)和空氣流量進(jìn)而計(jì)算溫室氣體的排放量，主要通過連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)[10]，是目前環(huán)境中溫室氣體核算的重要方法，也適用于畜禽養(yǎng)殖業(yè)的碳排放量核算。RENAND等[11]通過試驗(yàn)期的長度和現(xiàn)場測量的數(shù)量來評(píng)估肉用小母牛呼吸和排放溫室氣體的差異。該實(shí)驗(yàn)采用GreenFeed排放監(jiān)測系統(tǒng)，在動(dòng)物訪問配有頭罩和抽氣機(jī)的濃縮飼料投喂點(diǎn)時(shí)，捕獲呼吸和排出氣體，結(jié)合氣體濃度和管道中的空氣流量，計(jì)算CH4和CO2通量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果建議在35 d內(nèi)使用GreenFeed系統(tǒng)測量腸道CH4排放量是比較合適的。JI等[12]將便攜式監(jiān)測單元(PMU)升級(jí)到具有在線處理能力的IPMU，通過在商業(yè)蛋雞舍中進(jìn)行的現(xiàn)場測量和實(shí)驗(yàn)室評(píng)估，證明了IPMU的可行性，使得大型牛舍空氣質(zhì)量的多點(diǎn)測量變得切實(shí)可行。

實(shí)驗(yàn)法是先采集樣品再利用專業(yè)的檢測設(shè)備和技術(shù)進(jìn)行定量分析。實(shí)驗(yàn)法包括呼吸室法[13]、SF6示蹤法[14]、CO2示蹤法[15]和體外產(chǎn)氣法[16]，主要從動(dòng)物口鼻處收集其呼出的氣體，然后通過分析檢測獲得CH4的排放量[17]。SF6示蹤技術(shù)條件比較苛刻，需要在單個(gè)動(dòng)物身上獲得多天的準(zhǔn)確排放測量值[18]，但是它可以在大量動(dòng)物和自由放牧條件下確定排放量[19]。CUNHA等[20]通過SF6示蹤技術(shù)和IPCC Tier2估算2種實(shí)驗(yàn)條件下乳制品系統(tǒng)的溫室氣體排放清單，結(jié)果表明：在考慮了畜群屬性的情況下，這2種估算方法之間的差異會(huì)被抵消。相比SF6示蹤技術(shù)，呼吸室法能夠更精確地估計(jì)CH4的排放量[21]。XU等[22]采用呼吸室結(jié)合氣相色譜法，對(duì)2013年寒冷季節(jié)不同年齡圈養(yǎng)藏羊所產(chǎn)生的CH4、CO2、N2O排放量進(jìn)行了表征，結(jié)果表明：CH4日排放模式受飼養(yǎng)制度的驅(qū)動(dòng)，CO2日排放模式相對(duì)穩(wěn)定，N2O日排放模式受室內(nèi)溫度變化的驅(qū)動(dòng)。CO2示蹤法是一種體內(nèi)測量的方法。HUHTANEN等[23]考慮了飼料效率差異對(duì)CH4排放量的影響，最終發(fā)現(xiàn)CO2示蹤法更適合用于低產(chǎn)的奶牛。體外產(chǎn)氣技術(shù)的基礎(chǔ)是在精確的實(shí)驗(yàn)室條件下利用天然瘤胃微生物在特定時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)氣并研究排放量[24]。QIAO等[25]使用體外產(chǎn)氣技術(shù)評(píng)估添加NaHCO3和H2對(duì)瘤胃發(fā)酵、CH4產(chǎn)量和產(chǎn)甲烷菌群的影響，證明了抗產(chǎn)甲烷菌對(duì)腸道發(fā)酵CH4排放的正向作用，為制定碳減排措施提供了理論依據(jù)。

1.2 基于核算的方法

基于核算的方法是指通過活動(dòng)數(shù)據(jù)乘以排放因子或通過計(jì)算生產(chǎn)過程中的碳質(zhì)量平衡來量化溫室氣體排放量[10]，可以分為統(tǒng)計(jì)法和仿真模型法。在畜禽養(yǎng)殖碳排放的計(jì)算中，活動(dòng)數(shù)據(jù)一般指畜禽養(yǎng)殖量，根據(jù)不同畜禽種類的飼養(yǎng)周期，對(duì)畜禽年飼養(yǎng)量進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)飼養(yǎng)周期超過1年時(shí)，采用年末存欄量表征年飼養(yǎng)量；當(dāng)飼養(yǎng)周期小于1年時(shí)，利用飼養(yǎng)周期和年末出欄量進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整公式參照IPCC(2006版)[26]。畜禽養(yǎng)殖碳排放主要涉及了腸道發(fā)酵CH4排放因子、糞便管理CH4排放因子、糞便管理N2O排放因子，其中動(dòng)物腸道發(fā)酵是CH4烷排放的主要排放源，其排放量受飼養(yǎng)方式、動(dòng)物生長性能等相關(guān)因素影響較大。動(dòng)物糞便管理是CH4和N2O排放的重要排放源，其溫室氣體排放受所處氣候區(qū)域、飼養(yǎng)方式、飼料消化率、糞便氮排泄量和糞便管理方式等多種因素影響[27]。

1.2.1 統(tǒng)計(jì)方法 排放因子法依照碳排放清單列表，針對(duì)每一種排放源確定其活動(dòng)數(shù)據(jù)與排放因子，根據(jù)IPCC提供的計(jì)算公式：

GHG=AD×EF，

其中，GHG為溫室氣體排放量；AD是導(dǎo)致溫室氣體排放的生產(chǎn)或消費(fèi)活動(dòng)的活動(dòng)量，活動(dòng)數(shù)據(jù)可以通過年鑒數(shù)據(jù)、調(diào)查資料、監(jiān)測數(shù)據(jù)等確定；EF是與活動(dòng)水平數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的系數(shù)，表征單位生產(chǎn)或消費(fèi)活動(dòng)量的溫室氣體排放系數(shù)。EF既可以直接采用IPCC[28]提供的已知數(shù)據(jù)(即缺省值)，也可以基于代表性的測量數(shù)據(jù)來推算。國家發(fā)展改革委員會(huì)應(yīng)對(duì)氣候變化司基于《IPCC清單指南》，結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況，編制了《省級(jí)溫室氣體清單指南》，設(shè)置了全國各省排放因子的默認(rèn)參數(shù)。該方法適用于國家、省份、城市等較為宏觀的核算層面，可以粗略對(duì)特定區(qū)域的整體情況進(jìn)行宏觀把控。但在實(shí)際工作中，由于地區(qū)經(jīng)濟(jì)、政策、自然環(huán)境不同等原因，會(huì)導(dǎo)致排放因子的地區(qū)差異，成為碳排放核算結(jié)果誤差的主要來源。

IPCC系數(shù)法主要關(guān)注畜禽養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)過程中的碳排放情況，但未考慮畜禽養(yǎng)殖業(yè)前端與后端的碳排放[9]。為了全面測算畜禽養(yǎng)殖業(yè)的碳排放情況，相關(guān)研究開始把畜禽養(yǎng)殖業(yè)的飼料種植、畜產(chǎn)品運(yùn)輸及消費(fèi)等環(huán)節(jié)納入計(jì)算，將畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放發(fā)展成了碳足跡。對(duì)畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳足跡的研究一般采用生命周期評(píng)估方法(LCA)，包括從糧食飼料作物的生產(chǎn)加工、土地利用的變化、動(dòng)物養(yǎng)殖、運(yùn)輸消費(fèi)、最后處置的過程。LCA方法需要確定系統(tǒng)邊界，分為“搖籃到農(nóng)場門”、“搖籃到墳?zāi)埂?，兩者區(qū)別在于是否包括食品的零售與消費(fèi)環(huán)節(jié)和最后處置環(huán)節(jié)。LCA方法通常通過評(píng)估與農(nóng)業(yè)系統(tǒng)相關(guān)的溫室氣體來分析系統(tǒng)的節(jié)能和減排[29]。XUE等[3]采用循環(huán)模型，將LCA方法應(yīng)用于碳減排系統(tǒng)分析，與傳統(tǒng)模型相比，循環(huán)模型實(shí)現(xiàn)了碳足跡總量減少344.3萬t CO2當(dāng)量。此外，LUO等[30]開展了四川省畜禽養(yǎng)殖過程中的飼料投入、農(nóng)場管理、腸道發(fā)酵、糞便管理的碳排放，就家庭農(nóng)場的牛奶生產(chǎn)而言，腸道發(fā)酵在總碳足跡中的溫室氣體排放貢獻(xiàn)最大(43%)，糞便管理和草料投入對(duì)總碳足跡的貢獻(xiàn)分別為27%和29%。

1.2.2 仿真模型 模型不僅可以對(duì)復(fù)雜的自然、化學(xué)和生物等過程進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，而且具有現(xiàn)場監(jiān)測手段所欠缺的預(yù)測及控制方案的模擬制訂功能[31]。模型基于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，如動(dòng)物特性、飼料特征等進(jìn)行畜禽養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)過程的仿真模擬，操作性和適用性強(qiáng)。GLEAM模型是FAO開發(fā)的，可以在全球尺度上評(píng)估畜禽養(yǎng)殖業(yè)的溫室氣體排放[32]。MENGHISTU等[33]利用GLEAM模型對(duì)埃塞俄比亞北部旱地的畜禽養(yǎng)殖業(yè)溫室氣體進(jìn)行了預(yù)測，設(shè)置了5種情景來評(píng)估緩解潛力，結(jié)果顯示利用綜合情景減排效果最好。美國農(nóng)業(yè)部研發(fā)的Dairy GHG模型可用于全面評(píng)估牛奶生產(chǎn)碳足跡，并且內(nèi)置了可修改的氣象參數(shù)文件，能對(duì)不同氣候類型和地區(qū)的碳排放進(jìn)行評(píng)估[34]。LESSCHEN等[35]利用MITERRA-Europe模型計(jì)算了歐盟27國的乳制品、牛肉、豬肉、家禽和雞蛋生產(chǎn)的區(qū)域差異以及相關(guān)溫室氣體排放量。結(jié)果顯示：乳制品行業(yè)的溫室氣體排放量最高，就每千克產(chǎn)品的溫室氣體排放量而言，從高到低依次為牛肉、豬肉、雞蛋、家禽、牛奶。為了評(píng)估2個(gè)及其以上政策措施的疊加效果，部分學(xué)者會(huì)選擇綜合評(píng)估模型，該模型可通過多項(xiàng)指標(biāo)對(duì)政策措施進(jìn)行多維度分析[36]，例如IMPACT模型[37]、CAPRI模型[38-39]等。總體來看，仿真模型通過設(shè)置與飲食、動(dòng)物特征、農(nóng)場管理等相關(guān)的參數(shù)獲得不同場景下的碳排放量。然而模型的適用性受到模型模擬中考慮變量的強(qiáng)烈影響，此外，模型不能準(zhǔn)確反映動(dòng)物的放牧行為和真實(shí)情況[24]。因此，目前大多數(shù)學(xué)者采用的主流方法依然是IPCC在《2006年國家溫室氣體清單指南》中推薦的碳排放清單估算法[40]。由于核算方法的選擇直接影響到畜禽養(yǎng)殖碳足跡核算結(jié)果的準(zhǔn)確性，國內(nèi)外研究通常選用生命周期的評(píng)估方法進(jìn)行核算[41]。

2 我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放的時(shí)空演變

2.1 時(shí)序演變特征分析

準(zhǔn)確把握我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放的時(shí)空特征，可以充分了解畜禽養(yǎng)殖碳排放的發(fā)展情況以及地區(qū)差異，從而因地制宜，結(jié)合區(qū)域特征制定科學(xué)合理的減排政策。田云等[42]對(duì)2005—2019年中國30個(gè)省份的農(nóng)業(yè)碳排放量進(jìn)行測算，畜禽養(yǎng)殖部分采用IPCC(2006版)排放系數(shù)法，納入計(jì)算的畜禽品種包括牛、馬、羊、豬、驢、騾、駱駝、家禽，結(jié)果顯示：畜禽養(yǎng)殖碳排放在測算期間內(nèi)表現(xiàn)出明顯的下降趨勢，累計(jì)降幅高達(dá)28.03%。胡雙利[43]使用LCA方法獲得2002—2013年的畜禽產(chǎn)品(包括豬肉、牛肉、羊肉、牛奶、羊奶、禽蛋、禽肉)的碳排放量，發(fā)現(xiàn)我國畜禽產(chǎn)品生產(chǎn)的碳排放在2002—2013年期間總體呈上升趨勢。何炫蕾[40]采用IPCC排放系數(shù)僅考慮腸道發(fā)酵和糞便管理過程中的CH4排放，對(duì)牛、馬、羊、豬、驢、騾、家禽在2002—2016年的碳排放量進(jìn)行測算，結(jié)果顯示：畜禽養(yǎng)殖碳排放量的年平均增速為-2%。黃秀全[41]根據(jù)IPCC推薦的參數(shù)針對(duì)養(yǎng)殖業(yè)中最主要的12種動(dòng)物養(yǎng)殖業(yè)數(shù)據(jù)計(jì)算出中國1997—2016年31個(gè)省份的畜禽養(yǎng)殖的碳排放量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖碳排放量在1997—2003年逐漸上升，在2004—2016年逐漸下降，在樣本周期內(nèi)上升1.2%，年均微增0.06%。吳義根[44]從IPCC 2006年國家碳排放清單指南中獲取了中國31個(gè)省1997—2015年的畜禽養(yǎng)殖碳排放量，提出：由于飼養(yǎng)規(guī)模和飼養(yǎng)品種的變化，畜禽養(yǎng)殖的碳排放量分為緩慢增長期(1998—2005年)、快速下降期(2006—2008年)和平穩(wěn)期(2008—2015年)3個(gè)階段。楊寧[45]對(duì)我國31個(gè)省份2003—2015年的農(nóng)業(yè)碳排放量的研究表明：畜禽養(yǎng)殖碳排放量具有較大的波動(dòng)性，2003—2006年持續(xù)上升，2006—2008年快速下降，2009年開始緩慢增加，2017年開始碳排放量有所下降。蘇旭峰等[46]參考IPCC(2006版)以及胡向東和王濟(jì)民[47]的研究確定碳排放系數(shù)，測算了2000—2018年中國30個(gè)省份的畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放量，結(jié)果顯示：中國畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放量整體呈先上升后下降的趨勢，經(jīng)歷了穩(wěn)步上升階段(2000—2006年)、急劇下降階段(2006—2009年)、緩慢上升階段(2009—2017年)，最終呈下降趨勢。郭險(xiǎn)峰等[48]利用2000—2019年面板數(shù)據(jù)對(duì)我國31個(gè)省的農(nóng)業(yè)碳排放情況進(jìn)行研究，畜禽養(yǎng)殖碳排放部分僅考慮了CH4的排放，整體呈下降的趨勢，年平均增速為-1.13%。總體來看，通過對(duì)以上文獻(xiàn)報(bào)道的排放量水平進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)(圖1)表明，我國畜禽養(yǎng)殖碳排放的發(fā)展大致符合在2005年之前持續(xù)上升、2005—2008年快速下降、2008—2016年平穩(wěn)上升、2016年以后緩慢下降的變化趨勢。

圖1 我國畜牧養(yǎng)殖業(yè)碳排放的時(shí)序變化

2.2 空間差異分析

畜禽養(yǎng)殖碳排放的空間特征是開展差異化管理的理論基礎(chǔ)。目前，主要研究包括空間格局分布特征、空間相關(guān)性與異質(zhì)性、空間聚集性與收斂性、空間溢出性等方面[49]。姚成勝等[26]選取2000、2007、2014年全國31個(gè)省(市、區(qū))畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放量數(shù)據(jù)進(jìn)行空間可視化研究。以當(dāng)年全國各省畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放量平均值的0.5、1.0、1.5倍作為劃分標(biāo)準(zhǔn)，劃分出了低畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放區(qū)(<0.5倍)、中畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放區(qū)(0.5～1.0倍)、偏高畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放區(qū)(1.0～1.5倍)和高畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放區(qū)(>1.5倍)4種類型。吳強(qiáng)等[50]采用全局和局部莫蘭指數(shù)檢驗(yàn)并展示中國畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放的空間相關(guān)性及聚集特征，通過Kernel密度估計(jì)和Markov鏈等分析方法揭示動(dòng)態(tài)演變規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)：全國畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放正向資源稟賦優(yōu)勢區(qū)富集，草原牧區(qū)和糧食主產(chǎn)區(qū)占全國畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放的主導(dǎo)地位；全國畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放的空間關(guān)聯(lián)性在不斷增強(qiáng)，呈現(xiàn)明顯的局部聚集特征，主要表現(xiàn)為高-高和低-低的集聚態(tài)式。利用重心模型和標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析方法，徐麗等[51]對(duì)我國農(nóng)牧業(yè)1997—2016年的空間演化特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)牧業(yè)碳排放重心在河南省擺動(dòng)，1997—2004年牧業(yè)碳重心顯著向東北方向移動(dòng)，2004—2016年牧業(yè)碳重心顯著向西北方向移動(dòng)，標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析結(jié)果也表明牧業(yè)碳排放主體區(qū)域向東南-西北扭轉(zhuǎn)，養(yǎng)殖面積不斷擴(kuò)大。

在國家尺度的畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放研究中，本文選取了文獻(xiàn)[40]、[44]、[52]的研究進(jìn)行空間分析，繪制出不同年度畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放量。從圖2可以看出，2019年內(nèi)蒙古自治區(qū)、四川省、云南省的畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放量處于較高的水平，這是由于這些省份是我國的畜牧大省，牧業(yè)總產(chǎn)值在中國排名靠前。相比之下，經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)的長三角區(qū)域，畜禽養(yǎng)殖的碳排量較低。田云[52]對(duì)2012年各省畜禽養(yǎng)殖碳排放的計(jì)算結(jié)果表明：四川省的碳排放量最大，達(dá)到1 147.5萬t，而上海市、浙江省、江蘇省、安徽省的碳排放量分別為17.7、104.4、197.0、248.0萬t，分別占四川省碳排放量的1.5%、9.1%、17.2%、21.6%。

圖2 畜禽養(yǎng)殖碳排放的空間分布

3 畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放的影響因素

分析畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放的影響因素，對(duì)制定畜禽養(yǎng)殖業(yè)溫室氣體減排政策、引導(dǎo)畜禽養(yǎng)殖業(yè)低碳化發(fā)展有著極為重要的意義。畜禽碳排放不僅受到農(nóng)戶或企業(yè)微觀因素的影響，還會(huì)受到城市化、畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展、區(qū)域分布變化、勞動(dòng)力就業(yè)等宏觀因素的影響[53]。在影響因素方面，研究者主要通過各種數(shù)學(xué)模型按照特定時(shí)間序列進(jìn)行影響因素的分解研究[54]。常見的模型有KAYA恒等式、迪氏對(duì)數(shù)指標(biāo)分解LMDI、STIRPAT模型、回歸模型和IPAT模型等[55-56]。姚成勝等[26]采用KAYA恒等式擴(kuò)展模型與LMDI分析方法，將畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放分解為畜禽養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)效率、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整、單位農(nóng)業(yè)人口農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益、城鎮(zhèn)化和人口增長等五大因素。結(jié)果顯示：畜禽養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)效率和城鎮(zhèn)化因素可以有效抑制碳排放，單位農(nóng)業(yè)人口生產(chǎn)效益和人口增長對(duì)碳排放起促進(jìn)作用；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放影響呈現(xiàn)由正向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)為負(fù)向驅(qū)動(dòng)的變化特征。陳瑤等[54]運(yùn)用LMDI模型對(duì)四大牧區(qū)的影響因素進(jìn)行加和分解，其中經(jīng)濟(jì)水平提升是畜禽養(yǎng)殖碳排放的最主要因素，經(jīng)濟(jì)效率起到抑制作用，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和勞動(dòng)力因素對(duì)四大牧區(qū)畜禽養(yǎng)殖碳排放的影響因地而異。XIONG等[57]采用STIRPAT模型分析人口、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)對(duì)畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放量的響應(yīng)情況。結(jié)果顯示：江蘇農(nóng)業(yè)人口的減少、農(nóng)業(yè)人口人均畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)值的提高、畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳生產(chǎn)率的提高，均減少了畜禽養(yǎng)殖業(yè)溫室氣體排放。詹晶等[58]通過對(duì)我國近20年主要畜牧產(chǎn)品生產(chǎn)對(duì)CH4排放的回歸分析發(fā)現(xiàn)，豬、牛、羊的養(yǎng)殖對(duì)CH4排放量的影響極為顯著。甘雨田[59]結(jié)合IPAT分析框架對(duì)KAYA恒等式進(jìn)行拓展，在三因素驅(qū)動(dòng)模型中加入政策因素分析中國奶牛產(chǎn)業(yè)碳排放量的影響因素。模型研究結(jié)果表明：規(guī)模擴(kuò)大是導(dǎo)致碳排放量增加的主要原因，發(fā)展水平正向影響了碳排放量，技術(shù)水平和環(huán)境規(guī)制起到了抑制作用。除了上述模型，還有固定效應(yīng)模型[8,60]、灰色關(guān)聯(lián)分析方法[61]和Tobit模型[62]?？傮w來看，畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放量受到區(qū)域經(jīng)濟(jì)水平的影響較大，而養(yǎng)殖動(dòng)物的種類也在不同程度上影響了溫室氣體排放量的總體水平。

4 未來趨勢

4.1 碳排放預(yù)測

對(duì)于未來碳排放量的預(yù)測，可針對(duì)性提高碳排放的管理策略，有助于提高管理效率。開展各種影響因子影響下不同情境模式中碳排放量的核算，是碳排放量預(yù)測的主要研究內(nèi)容。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和生活水平的提高，人們對(duì)動(dòng)物產(chǎn)品(包括肉和蛋)的需求在不斷增加[3]。畜禽養(yǎng)殖量的變化也是碳排放量變化的一個(gè)重要的影響因素。謝婷等[63]采用Logistic growth model、Gompertz curve model等非線性時(shí)間序列模型模擬2030年華中地區(qū)牲畜數(shù)量，根據(jù)不同牲畜飼養(yǎng)量預(yù)測結(jié)果計(jì)算獲得了2030年華中地區(qū)畜禽養(yǎng)殖業(yè)溫室氣體排放總量(4 990.1～5 932.7萬t的CO2當(dāng)量)。李陽等[64]結(jié)合情景預(yù)測法和向量自回歸模型(VAR)預(yù)測了全國各省農(nóng)業(yè)源溫室氣體的排放。結(jié)果表明：高情景和中情景下農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放整體呈上升趨勢，未能在2050年達(dá)峰；低情景下溫室氣體排放量整體呈下降趨勢，并且已于2018年達(dá)峰。胡雙利[43]根據(jù)相關(guān)研究確定了畜禽產(chǎn)品生產(chǎn)量影響因素在2015、2020、2030年的預(yù)測值，進(jìn)而預(yù)測了畜禽產(chǎn)品生產(chǎn)量并劃分了高、中、低發(fā)展情景，結(jié)合影響因素和生產(chǎn)量得到了碳排放情況。結(jié)果顯示：我國的畜禽產(chǎn)品碳排放量將在2015、2020、2030年分別比2013年上漲2.1%～2.7%、26.6%～39.9%、72.2%～112.0%。郭嬌等[65]以歐盟、美國2013年的人均畜產(chǎn)品蛋白占有量為衡量指標(biāo)，根據(jù)我國各畜禽飼養(yǎng)量的變化趨勢，預(yù)估中國畜禽養(yǎng)殖業(yè)溫室氣體排放峰值分別出現(xiàn)在2034年和2043年，排放量分別為4.9億t和5.1億t CO2當(dāng)量。然而，目前針對(duì)畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放量的預(yù)測，仍然以畜禽養(yǎng)殖量為主要變量進(jìn)行核算，忽視了其他排放因子在未來碳排放量核算中發(fā)揮的作用。因此，通過綜合養(yǎng)殖量和各種排放因子的未來變化，利用情境模式開展碳排放量的研究，是碳排放量預(yù)測的可能方向。

4.2 畜禽養(yǎng)殖業(yè)的碳減排措施

各種碳排放總量核算和預(yù)測結(jié)果顯示，我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)減排形勢嚴(yán)峻，如果不采取措施進(jìn)行碳減排，隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖業(yè)碳排放量的增長速率將會(huì)持續(xù)升高，因此需要進(jìn)一步加強(qiáng)低碳減排措施。目前，研究者主要通過源頭控制排放量、情景分析控制排放量因子以及末端碳中和的方式，為畜禽養(yǎng)殖碳排放提供減排措施。

源頭控制排放量是從畜禽動(dòng)物自身產(chǎn)生溫室氣體的機(jī)理方面，減少碳排放。畜禽養(yǎng)殖碳排放主要包括腸道發(fā)酵CH4排放、糞便管理CH4排放、糞便管理N2O排放等方法。LLONCH等[66]針對(duì)減少腸道發(fā)酵CH4的措施進(jìn)行了總結(jié)，并將所有的減排措施分為了抑制CH4產(chǎn)生和降低排放強(qiáng)度2種類別。抑制CH4產(chǎn)生的方法有化學(xué)抑制劑、電子受體(硝酸鹽)、離子載體(莫能菌素)、膳食脂質(zhì)。降低排放強(qiáng)度的方法有提高飲食消化率、密集畜舍、改善健康、提高繁殖效率、優(yōu)化育種，其中，提高飼養(yǎng)效率是減少溫室氣體排放的一種很有前景的方法。SCHILS等[67]沿著動(dòng)物、糞便、土壤和作物氮流沿線構(gòu)建緩解N2O的方案，主要涉及到飲食干預(yù)(降低蛋白含量、補(bǔ)充濃縮單寧或鹽等)，提高生產(chǎn)效率(育種、改善健康和繁殖效率)，加強(qiáng)糞便儲(chǔ)存(密閉覆蓋)、糞便管理(厭氧消化、固液分離)，提高肥料利用率(添加硝化抑制劑)，控制地下水位，減少放牧及翻耕操作。然而，N2O緩解方案需要同時(shí)關(guān)注對(duì)CH4或者CO2的影響。

利用情景分析，調(diào)整畜禽養(yǎng)殖過程的碳排放因子，可以獲得不同處置模式下碳排放量的控制水平，為開展碳排放量減量措施提供理論依據(jù)。WEI等[68]通過情景分析探索不同農(nóng)場類型和肥料管理鏈的減排潛力，設(shè)置基礎(chǔ)情景、綜合情景,提高集約化率,優(yōu)化牲畜飲食,改進(jìn)畜群管理。結(jié)果顯示：綜合方案比單一緩解方案更有效，在單一緩解策略中，優(yōu)化牲畜飲食比其他措施更加有效。LUO等[30]基于2012年對(duì)四川省家庭和綜合農(nóng)場的問卷調(diào)查數(shù)據(jù)，對(duì)畜禽養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)的碳足跡進(jìn)行表征和量化，發(fā)現(xiàn)家庭農(nóng)場的碳足跡高于綜合農(nóng)場，從而發(fā)現(xiàn)綜合農(nóng)場管理對(duì)碳排放的緩解作用，同時(shí)采用合理的膳食結(jié)構(gòu)與糞便管理方式，提高飼料生產(chǎn)中氮的利用效率也是減少碳排放的有效途徑。XUE等[3]采用LCA方法比較了傳統(tǒng)養(yǎng)殖和基于沼氣的養(yǎng)豬循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式的差異。結(jié)果顯示：將原本堆積的豬糞轉(zhuǎn)移用于沼氣生產(chǎn)可以有效降低309.2萬t CO2當(dāng)量，利用沼氣減排既能帶來重大的環(huán)境效益也能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。

除了上述直接影響畜禽養(yǎng)殖碳排放的緩解措施外，還有一些間接措施，例如：YUE等[69]收集了南京市的飲食習(xí)慣實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行情景分析，提出可以通過均衡飲食來緩解碳排放；ROBERTO等[70]考慮了植物固碳對(duì)緩解意大利畜禽養(yǎng)殖業(yè)溫室氣體排放和實(shí)現(xiàn)碳中和的影響，從而從末端控制方面減少碳排放量。

無論哪種減排策略，在實(shí)際應(yīng)用過程中都有大量的發(fā)展空間。例如以沼氣為核心的循環(huán)農(nóng)業(yè)模式可以通過減少化石能源的使用以及隨后的溫室氣體排放來實(shí)現(xiàn)節(jié)能和碳減排[71]。然而，目前對(duì)糞便處理技術(shù)的財(cái)政補(bǔ)貼僅提供與減排設(shè)施建設(shè)過程相關(guān)的一次性補(bǔ)助，而溫室氣體減排的實(shí)施是一個(gè)長期過程，許多農(nóng)場的沼氣設(shè)施利用率不高，導(dǎo)致減排效果達(dá)不到預(yù)期[68]。提高飼料效率是減少溫室氣體排放的一種很有前景的方法，并且已經(jīng)通過育種在這個(gè)方向上取得了進(jìn)展[66]。但是目前沒有直接的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)措施促使畜禽養(yǎng)殖戶采用這種減排的方法或技術(shù)[72]。有些飼料添加劑價(jià)格貴，除了減少排放外，并沒有其他效益，使用成本和獲取的社會(huì)效益相抵消，因此，在這種情況下，也不是一種值得推廣的方法。因此，綜合畜禽養(yǎng)殖的碳排放源頭、影響因素和控制技術(shù)等，未來的減排措施可以從以下3個(gè)方面開展：(1)源頭控制。主要是對(duì)動(dòng)物的飲食進(jìn)行調(diào)整，包括添加抗產(chǎn)甲烷菌抑制CH4的產(chǎn)生，改變飼料結(jié)構(gòu)提高飲食消化率。(2)差別化減排因子。糞便管理方式會(huì)影響CH4、N2O的排放，IPCC指南提供的排放因子計(jì)算公式中均涉及到不同糞便管理方式及其使用比例。通過改變糞便管理方式即可改變排放因子。董紅敏等[27]將液體貯存的方式全部更改為沼氣處理后，減排比例達(dá)到了21.5%。(3)末端碳中和。實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，除了減排，還需要固碳，固碳和碳轉(zhuǎn)化已經(jīng)成為未來碳減排的發(fā)展趨勢。《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》要求“開展森林、草原、濕地、海洋、土壤、凍土、巖溶等碳匯本底調(diào)查、碳儲(chǔ)量評(píng)估、潛力分析，實(shí)施生態(tài)保護(hù)修復(fù)碳匯成效監(jiān)測評(píng)估”[73]。目前主要有物理固碳和生物固碳2種方式：(1)物理固碳是將CO2長期儲(chǔ)存在開采過的油氣井、煤層和深海里；(2)生物固碳是利用植物的光合作用，將CO2轉(zhuǎn)化為碳水化合物，以有機(jī)碳的形式固定在植物體內(nèi)或土壤里。劉天奇等[74]發(fā)現(xiàn)相對(duì)于常規(guī)稻田秸稈還田模式，間歇性節(jié)水灌溉、秸稈氮肥配施等管理技術(shù)可以提高秸稈外源碳循環(huán)固定率57.3%～59.9%?？傮w來看，雖然單一的緩解方案能達(dá)到一定的減排效果，但是結(jié)合以往的研究可以發(fā)現(xiàn)，綜合不同排放控制策略，才能更大程度減少畜禽養(yǎng)殖的碳排放。