关于《基于 IPCC 法吉林省畜禽养殖业碳排放时空特征分析》的学术报告

作者与研究机构

本文为一项发表在《黑龙江八一农垦大学学报》第36卷第5期（2024年10月）的原创研究。主要作者为徐蔚、李京潞、李嘉琦及韦春波，供职于黑龙江八一农垦大学动物科技学院及农业农村部东北平原农业绿色低碳重点实验室。通讯作者为韦春波副教授，是硕士研究生导师。本研究得到了黑龙江省大学生创新创业训练计划项目（s202410223052s）的支持。

研究背景与目的

全球气候变暖问题日益严重，其中温室气体（GHG）的排放是关键驱动因素。甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）在温室气体总排放中占比高达90%，而畜牧业被认为是温室气体的主要排放来源之一。根据联合国粮食及农业组织（FAO）的调查，畜牧业温室气体排放占全球总排放的18%，甚至超过交通运输行业。因此，减少畜牧业碳排放已成为应对气候变化的重要措施。

吉林省是我国畜牧业的主产区，其牛、猪和羊的养殖位于全国前列。但随着畜牧业的快速发展，也引发了大量温室气体排放及环境污染问题。鉴于此，本研究旨在利用IPCC系数法对吉林省2000年至2021年间的畜禽碳排放进行量化分析，并从时间与空间两个维度揭示其特征。这项研究为吉林省畜牧业的温室气体减排提供科学依据，同时为低碳农业的发展提出参考建议。

研究方法

本研究采用以下分析流程：

1. 数据来源与样本选取
   研究数据主要来源于《吉林统计年鉴》和《IPCC 2006年国家温室气体清单指南》。研究对象为吉林省2000至2021年间的主要畜禽，包括猪、牛（奶牛与肉牛）、羊（山羊与绵羊）、马、骡、驴及家禽。

2. IPCC系数法
   本研究使用IPCC系数法计算畜禽温室气体的排放量。具体公式分为三种：

   • 总排放量公式: ( E{em} = AP \cdot EF{i} )，其中( AP )为畜禽数量，( EF_{i} )为对应排放系数。
   • 胃肠发酵CH4排放公式: ( E{ef} = AAP \cdot EF{a} )，( AAP )为年均畜禽饲养量，( EF_{a} )为肠道甲烷排放因子。
   • 粪便管理CH4和N2O排放公式: ( E{mc} = APP \cdot EF{b} ) 和 ( E{md} = APP \cdot EF{c} )，其中EF分别为粪便管理相关的排放因子。

3. 温室气体当量（CO2-eq）折算
   根据全球增温潜势（GWP）值对温室气体排放进行折算，其中CH4的GWP值为25，N2O为298。

4. 数据处理与分析
   畜禽温室气体排放分为三个主要来源：胃肠发酵CH4排放、粪便管理CH4排放和N2O排放。通过时空分析揭示吉林省不同地区在2021年的碳排放量分布差异。

研究结果与分析

1. 吉林省畜禽养殖数量变化

• 从2000至2021年，吉林省畜禽养殖数量呈现“钟型”波动趋势。
• 生猪作为主导品种，2008年达到存栏量高峰2450万头，但此后逐步下降，2021年恢复至1750.17万头。
• 牛的养殖也从2000年的431.9万头增至2008年的722.5万头，但随后呈现波动下降趋势，其中黄牛占主导地位。
• 相比之下，家禽养殖数量在2008年出现骤降，但2021年恢复至45000万只。

2. 胃肠发酵CH4排放

• 胃肠发酵是吉林省畜禽碳排放的首要来源，占总排放量的56%。
• 在2000至2021年间，胃肠发酵CH4排放呈现先上升后下降的趋势，2008年达到峰值1004.99×10⁴tCO2-eq，随后回落至2021年的621.49×10⁴tCO2-eq。
• 主要贡献物种为牛，其排放量占胃肠发酵总排放的83.3%，其次为羊和猪。

3. 粪便管理排放

• 粪便管理过程产生的温室气体包括CH4和N2O。
• CH4排放量在2000至2021年间增加了34.8%，从77.42×10⁴tCO2-eq增长至104.33×10⁴tCO2-eq。生猪是主要贡献者，占比80.43%。
• N2O排放量在2000年达到394.5×10⁴tCO2-eq，此后波动下降，于2021年恢复至399.94×10⁴tCO2-eq。

4. 时空特征分析

• 吉林省畜禽碳排放呈“钟型”变化：
  • 2000至2008年为快速增长期，排放量从1093.42×10⁴tCO2-eq升至1783.52×10⁴tCO2-eq。
  • 2009至2014年为波动下降期，2020年达到最低值832.69×10⁴tCO2-eq。
  • 2021年起排放量回升至1025.42×10⁴tCO2-eq。
• 空间分布上，长春市碳排放量最高（229.16×10⁴tCO2-eq），而白山市最低，仅18.88×10⁴tCO2-eq。

结论与重要意义

1. 结论

   • 吉林省畜禽碳排放存在显著的时间与空间差异。
   • 从时间维度来看，碳排放量随养殖规模的波动呈现先升后降再趋稳的规律；从空间维度来看，畜禽碳排放量在不同地区之间分布不均，长春市与白山市两地差异显著。
   • 胃肠发酵甲烷排放是主要碳排放来源，其中牛的排放占绝对主导地位。

2. 意义

   • 本研究为制定更科学的畜牧业减排政策提供了理论依据，尤其是在低碳养殖管理、结构优化和区域减排方面具有指导性。
   • 对于实现吉林省乃至全国畜牧业的可持续发展和“双碳”目标具有重要意义。

研究亮点与不足

• 研究亮点

  • 系统揭示了吉林省畜禽碳排放的时空特征，为精准减排提供实用依据。
  • 使用IPCC系数法进行碳排放测算，兼顾全球标准与区域实际。
  • 数据来源可靠，时空跨度大，覆盖研究全面。

• 研究不足

  • 温室气体排放数据可能受标准化转化过程影响，偏差不可避免。
  • 区域间差异的深层机制阐释较少，需结合更多社会经济因素进行综合研究。

展望

未来研究应更加深入地探讨碳排放与社会经济发展、饲养技术改进的关联：推动碳中和目标下的畜禽绿色政策落地，从而助力吉林省乃至全国实现畜牧业的生态可持续性发展。