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640.23萬頭，全年出欄773.91萬頭，全年產(chǎn)豬肉65.15萬t；豬肉產(chǎn)量占肉類總產(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)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上提到：“中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和[3]?！薄半p碳”行動業(yè)已開啟，綠色低碳轉(zhuǎn)型勢在必行。

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，甲烷排放主要來自動物腸道發(fā)酵(enteric fermentation)，特別是反芻動物的腸道發(fā)酵，同時動物糞便管理系統(tǒng)(manure management system)也會產(chǎn)生大量甲烷。氧化亞氮則主要來自動物糞便管理系統(tǒng)。根據(jù)《中華人民共和國氣候變化第二次兩年更新報告》顯示，2014年中國溫室氣體排放構(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%，合計占比為97.4%。在農(nóng)業(yè)活動中，甲烷排放量和氧化亞氮排放量分別為2 224.5萬 t和117.0萬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，農(nóng)業(yè)源溫室氣體減排已經(jīng)迫在眉睫。

近十年來，經(jīng)過“五水共治”和非洲豬瘟疫情的洗禮，浙江省生豬養(yǎng)殖業(yè)總體實現(xiàn)了轉(zhuǎn)型升級，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)殖過程中溫室氣體的排放情況，本文運用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，希望能夠為全省溫室氣體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

浙江省地處中國東南沿海長江三角洲南翼，屬季風(fēng)性濕潤氣候，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km2，是中國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。

1.2 數(shù)據(jù)來源

浙江省2015—2021年生豬養(yǎng)殖數(shù)據(jù)來源于《2022年浙江統(tǒng)計年鑒》，各市2021年的生豬養(yǎng)殖數(shù)據(jù)來源于各市的2022年統(tǒng)計年鑒。生豬類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，而能繁母豬因為生命周期大于1 a，故無須校正。

AAN=P×(LC/365)。

(1)

式中，AAN為每年平均飼養(yǎng)量(萬頭)；P代表全年飼養(yǎng)總量(萬頭)；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源；Eij表示j來源的i排放量(t)；EF，ij表示j來源的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。甲烷和氧化亞氮的全球增溫潛勢分別為25和298[4]。

不同來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“五水共治”工程，出臺了《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》、新《環(huán)境保護法》等環(huán)保政策，各地紛紛實施生豬限養(yǎng)禁養(yǎng)、開展養(yǎng)殖污染整治，引發(fā)了生豬養(yǎng)殖業(yè)的強烈震蕩。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730.19萬頭，一直降到2019年的427.30萬頭，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627.58萬頭和640.23萬頭(圖1)。由此可見，近幾年來，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，2019年末為歷史最低點，年末生豬存欄量只有427.30萬頭。

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，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t二氧化碳當(dāng)量，2019年溫室氣體排放量最低，為51.52萬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)殖過程中甲烷排放主要來源于動物腸道發(fā)酵和糞便管理系統(tǒng)。相比于牛、羊等反芻動物來說，豬的腸道發(fā)酵甲烷排放量相對要小得多。但由于豬飼養(yǎng)量相對較大，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與生豬飼養(yǎng)量變化趨勢一致，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，總計排放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源于動物糞便管理系統(tǒng)。2015—2021年氧化亞氮排放量同樣表現(xiàn)為先降后升的趨勢，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，從溫室氣體來源來看，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。

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表3。其中杭州市排放量最大，為13.29萬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t和10.87萬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t和8.08萬t二氧化碳當(dāng)量。舟山市排放量最小，為0.82萬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，人們對環(huán)境質(zhì)量的要求也越來越高。特別是黨的十八大提出“五位一體”中國特色社會主義事業(yè)總體布局后，生態(tài)文明建設(shè)的地位和作用更加突顯。《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》和新《環(huán)境保護法》等法律法規(guī)的出臺實施更是對養(yǎng)豬業(yè)提出了環(huán)保高要求。

《全國生豬生產(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，實行合理承載，推動綠色發(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627.58萬頭增長到2022年的778萬頭，并在2025年維持在780萬頭。豬肉產(chǎn)量從2020年的54.2萬t增長至2025年的120萬t，并且豬肉自給率從40%提升至70%。由此可見，未來幾年生豬養(yǎng)殖量勢必會只增不減，甚至超過2015年的生豬總量，并最終維持在一定的高度。因此，通過減少生豬飼養(yǎng)量以達(dá)到減排的方式是不現(xiàn)實的，與穩(wěn)產(chǎn)保供要求相違背。必須通過相關(guān)技術(shù)手段，減少腸道發(fā)酵和糞便管理系統(tǒng)帶來的溫室氣體排放量來實現(xiàn)一定程度的減排效果。

動物腸道發(fā)酵甲烷排放主要是由牛、羊等反芻動物在胃腸道中發(fā)酵產(chǎn)生，而非反芻動物腸道發(fā)酵排放相對較少。因此，研究人員圍繞反芻動物腸道發(fā)酵甲烷減排策略展開了大量的研究。如通過動物品種選育、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達(dá)到甲烷減排的效果[8]。而豬作為一種單胃動物，其個體腸道發(fā)酵甲烷排放量相對較少，相關(guān)腸道發(fā)酵減排研究也比較少。不過，在反芻動物中常用的一些減排策略，可能也同樣適用于非反芻動物[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%。但由于非反芻動物在腸道發(fā)酵過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，容易受動物品種、動物日齡、日糧結(jié)構(gòu)、環(huán)境溫度等因素的影響，目前也沒有系統(tǒng)化的可以推廣運用于生產(chǎn)實際的減排措施，因此，豬等非反芻動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)的對象是畜禽養(yǎng)殖過程中畜禽產(chǎn)生的排泄物，即畜禽糞污，包括動物糞便和尿液等。這些糞污在處理和貯存過程中，都會產(chǎn)生溫室氣體。動物糞污在厭氧環(huán)境下發(fā)酵分解會產(chǎn)生甲烷氣體。而氧化亞氮則是糞污處理和貯存過程中通過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。為最大化實現(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)。目前來看，堆肥生產(chǎn)有機肥、厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣是我國主要的糞污處理方式，也是國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程中的溫室氣體排放，實現(xiàn)綠色環(huán)?？沙掷m(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、無毒的有機肥料，而且還能夠間接減少使用化學(xué)肥料，改善土壤性質(zhì)。朱新夢等[14]以奶牛糞便為試驗材料，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，可以在實際生產(chǎn)中推廣。另外，在堆肥過程中添加一些改良劑優(yōu)化堆肥過程也可以有效減少溫室氣體的排放。堆肥過程添加10%的麥飯石，能夠減排85.26%的氧化亞氮氣體[15]。Mao等[16]研究表明，與對照相比，添加10%或者20%的蘋果渣能夠減排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]在豬糞堆肥過程中添加磷石膏，發(fā)現(xiàn)可以有效減少甲烷排放量，而對于氧化亞氮沒有明顯減排效果，但是如果配合0.2%的雙氰胺一起使用時，則能明顯起到氧化亞氮減排效果。Yang等[19]在豬糞堆肥時，單獨使用雙氰胺時，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磷酸鈣一起使用時，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，截至2021年12月，浙江省農(nóng)村沼氣工程運行率為80%，而農(nóng)村戶用沼氣池運行率不足20%，因此，需要政府加強指導(dǎo)，主動轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)科學(xué)利用，助推綠色可持續(xù)發(fā)展[21]。

另外，應(yīng)加強散養(yǎng)生豬溫室氣體排放的監(jiān)管。散養(yǎng)戶往往由于飼養(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，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。