中国着力减少温室气体排放

1、中国农业源温室气体排放与减排技术对策064364郭鹏远气候变化是当今国际社会普遍关注的全球性问题，也是人类面临的最为严峻的全球环境问题。气候变化的主要原因是由于人类活动向大气中排放过量的二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）等温室气体而引起的。因此解决气候变化问题的根本措施也就是减少人为温室气体排放或增加对大气中温室气体的吸收。由全球3000 多名专家完成的政府间气候变化专业委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change简称IPCC第4次评估报告1表明，农业是温室气体的主要排放源，据估计,全球范围内农业排放CH4 占由于人类活动造成的

2、CH4 排放总量的50，N2O 占 60，如果不实施额外的农业政策，预计到2030年，农业源甲烷和氧化亚氮排放量将比2005年分别增加60%和35%60%,减少农业源温室气体排放对控制全球气候变化有重要作用。在农业源温室气体排放方面，国内外在农业甲烷和氧化亚氮方面做了一定研究，并对典型源开展了典型测试2-5; IPCC出版了全球通用的温室气体排放清单编制指南6，为估算温室气体排放提供了依据。农业源温室气体减排研究主要集中在不同领域减排的经济性预测1,7和各种技术措施对某单一温室气体排放的影响8，还没有对农业的减排对策进行系统研究。本文的目的是根据中国农业 源温室气体排放情况，分析探讨农业领域减

3、少温室气体排放的技术与对策，为 促进全球采取可测量、可报告和可核查的减排行动提供参考。1 中国农业源温室气体排放农业源温室气体排放主要包括反刍动物甲烷排放、水稻种植过程中的甲烷排放、施肥造成的氧化亚氮排放和动物废弃物管理过程中的甲烷和氧化亚氮排放。中国是人口众多的农业大国，中国动物饲养、水稻种植和施肥量在全球占有相当大的比例。2005年中国肉、蛋、奶产量分别占全球的29.3、41.1和4.6；中国猪、牛、羊和禽饲养量分别占世界总饲养量的50%、 8.5%、 18%、28%。 1994年至 2005年，猪、牛、羊年末存栏量分别增加了21.4、15.7、54.9，家禽出栏量增加了92.4%9。 2

4、005年中国水稻种植面积为2885万 hm2，占世界水稻种植面积的19。从 1994 年到 2005 年中国农业氮肥施用量增加了18，2005 年中国氮肥用量达到2229X 104（ t 折纯量），消费总量为世界第一，约占全球总量的3010。可见，中国农业生产活动基数数量大、增长快，如果没有相应的减排措施，农业源温室气体排放量也会相应的较大。中国政府高度重视气候变化相关问题， 2004年中国政府向联合国提交了初始国家信息通报。根据中华人民共和国气候变化初始国家信息通报11, 1994年中国温室气体的总排放量为 36.50 X 108t 二氧化碳当量，其中二氧化碳、甲烷、氧化亚氮分别占73.05

5、、19.73和7.22。农业源温室气体排放占中国温室气体排放总量的17%；农业活动甲烷排放量为1719.6X104t,占中国甲烷排放总量的50.15%,其中动物饲养过程中的甲烷排放为1104.9 X 104t,稻田甲烷排放量为614.7 X 104t （如表1） 。 1994年因施肥造成的氧化亚氮排放量为 62.8 X 104t,动物粪便和放牧管理过程排放的氧化亚氮15.5 X 104t,农业源氧化亚氮排放量估算为78.6 X 104t,占中国氧化亚氮排放总量的92.43%。2 减缓温室气体排放的技术对策1 .1 减少动物肠道发酵甲烷排放动物甲烷排放是动物采食的饲料在消化道正常发酵所产生。动物

6、肠道发酵甲烷排放量与动物类型、动物年龄、动物体重，饲料质量和采食水平有关。反刍动物（如：牛、羊）和一些非反刍动物（如：猪、马）均排放甲烷，但因反刍动物消化道中的特殊微生物能分解纤维素，反刍动物是最大的甲烷排放源。反刍动物以甲烷的形式损失的能量约占采食总能的2%15%12，一般动物体重越大，单个动物甲烷排放量越大。饲料采食量越大，饲料的消化率和生产力越低，单位畜产品的甲烷排放量也越大。因此改善饲料质量和提高动物生产力是减少动物甲烷排放的有效措施13。1 ）推广秸秆青贮、氨化，减少单个动物甲烷排放。秸秆是反刍动物饲养中不可缺少的日粮成分，其纤维素含量高、能量含量低，但有利于维持瘤胃的正常功能。通过

7、青贮和氨化等措施处理秸秆，可以有效提高秸秆的适口性和消化率，提高饲料利用率减少单个动物甲烷排放。中国反刍动物特别是排放量大的黄牛以粗饲料为主，据估计通过秸秆氨化处理可减少单个黄牛的甲烷排放量16% 30%14，相同能量摄入水平和相同精粗饲料比的情况下饲喂干玉米秸和青贮玉米秸的肉牛甲烷排放量分别为229.05 L/d和196.37 L/d15。2）通过日粮合理搭配，降低单个动物甲烷排放量。日粮中精粗比不仅影响饲养成本也直接影响反刍动物生产水平和甲烷排放量。粗纤维水平过高可能导致日粮营养浓度偏低、动物为摄取足够的饲料营养物质而增加采食量，从而提高动物甲烷排放。樊霞等的研究结果表明，在影响动物甲烷排

8、放的饲料因素中对甲烷排放量影响的主次顺序为粗饲料类型 >饲料精粗比 > 能量摄入水平，粗饲料类型对甲烷排放量影响最大，精粗比为40： 60的日粮甲烷产生量低于精粗比为25 : 75的日粮15。韩继福等研究了不同日粮的纤维消化和瘤胃 VFA对甲烷产量的影响, 结果表明，维持营养水平下精粗比为 75 ： 25时甲烷产量明显减少，但粗饲料水 平过低可能会造成反刍动物阻嚼、反刍、唾液分泌减少，导致代谢疾病的增加，实际应用方面考虑，笔者认为精粗比在50： 50左右是可行的16。3）使用多功能舔砖或营养添加剂减少甲烷排放。多功能舔砖以尿素、矿物质、微量元素、维生素等为主要成分，澳大利亚等国外的

9、试验证明，使用舔砖可提高日增重10%30%,相对减少单位畜产品的甲烷排放量10%40%17。另外通过添加莫能菌素可减少瘤胃中产甲烷菌的数量从而减少甲烷产量。2 .2 减少稻田甲烷排放稻田甲烷排放是产甲烷菌在厌氧环境下的稻田中利用田间植株根际部的有机物质转化形成CH4 的量，除去水稻根际部CH5 氧化菌对CH6 氧化后的剩余量。稻田甲烷排放主要受土壤性质、灌溉和水分状况、施肥、水稻生长和气候等因素的影响。减少稻田甲烷排放的方法主要有施肥、灌水管理和选择适宜的水稻品种。1 )推广间歇灌溉可减少甲烷排放。稻田中水分状况是影响稻田甲烷排放的决定性因素。通过改变稻田的水分管理可以改变甲烷菌生存的厌氧环境

10、从而控制甲烷产生和排放。王增远等的试验证明，水稻田采用间歇灌溉甲烷排放通量比淹灌的减少59%，比常规灌溉减少了46%，若改淹灌为常规灌溉，CH4 排放通量也可减少28%18，王明星、李晶等研究也得出间歇灌溉可降低稻田甲烷排放30以上的结论19,20。2)利用沼渣替代农家有机肥可减少稻田甲烷排放。李晶等的试验表明20，用沼渣肥替代普通有机肥大约可减少甲烷排放55%；全部施用有机肥(猪粪、紫云英、稻草)的早稻和晚稻的甲烷排放率分别为21.88 mg/( m2 h)和 22.05 mg/ (m2h);施用沼渣肥的早稻和晚稻的甲烷排放率分别为9.90 mg/ (m2 h)和 9.75 mg/ (m2

11、h)。常规施肥(化肥、紫云英、稻草、有机肥与无机肥的N、P、K含量之比为1 ： 1 ： 1)早稻和晚稻的甲烷排放率分别为 14.19 mg/ (m2 h)和20.16 mg/( m2 h),而单纯施用化肥早稻和晚稻的甲烷排放率分别为4.44 mg/ (m2 h)和 6.82mg/ (m2 h)。尽管只施化学肥料对稻田 CH4 排放有明显的抑制作用，但由于长期仅施用化肥会对土壤及生态环境产生较大的影响，因此笔者建议在大量施用化肥的水稻产区施行化肥和沼渣混施的方法来减少由于施用常规有机肥造成的稻田CH4 排放。3）种植和选育新的品种减少甲烷排放。不同水稻品种可导致稻田甲烷排放1.53.5倍的差别2

12、1。一般情况下，稻田甲烷排放和水稻的生物总量成反比关系，生物量大的水稻品种可以把更多的碳固定在水稻植株中，从而减少甲烷排放。中国科学院在四川的多年研究表明，杂交稻比普通稻的甲烷排放率约低5% 37%20。2.3 减少畜禽粪便甲烷排放动物废弃物厌氧储存和处理过程中均产生和排放甲烷。动物粪便甲烷排放通量主要取决于粪便甲烷产生潜力、粪便处理方式和气候条件22。一般动物采食饲料的能量和消化率越高，粪便甲烷产生潜力越大，猪粪的甲烷产生潜力大于牛粪。液体粪便的贮存大于固体粪便的甲烷排放率，高温环境大于低温环境的甲烷排放率。因此，减少粪便甲烷排放的主要措施是针对排放潜力大的粪便减少液体贮存过程，并通过厌氧发

13、酵回收甲烷减少温室气体排放。1 ）建设沼气工程回收利用甲烷。沼气工程是指通过畜禽粪便和污水的厌氧消化、制取沼气和治理污染的全套工程设施。回收的沼气可作燃料使用,替代化石燃料等常规能源,用于炊事、采暖、照明，也可用做发电和动力燃料。根据郝先荣等的研究和调查，一个8 m3的户用沼气池，可处理46头猪的粪便，全国平均年产沼气 385m3。按照等量有效热计算，可替代煤炭847kg23，按照IPCC20066推荐的方法学计算，在南方炎热地区，如果一个户用沼气池处理4头猪粪便、建设沼气池前粪便为深坑或氧化塘处理，则每口沼气池年最大可减排温室气体2.04.1 t二氧化碳当量。由于各地气候条件、处理粪便种类和

14、现有的粪便处理方式不同，户用沼气池的减排量可相差一倍。另外大中型养殖场建设大型沼气工程也可以减少温室气体排放，大型养殖场沼气工程减排量主要取决于在沼气工程建设之前的粪便管理方式、沼气利用方式和替代能源的种类。以位于南方炎热地区、年存栏6000 头的一个万头猪场为例，若粪便全部用于生产沼气池，沼气用于供应周围农户替代炊事用的煤炭，如果现有的粪便随意堆积在场区，由于不产生厌氧环境，现有粪便管理的甲烷排放几乎为0，沼气工程温室气体减排量只是沼气替代煤炭减排的二氧化碳排放量，约为5001000t二氧化碳当量。如果现有粪便管理为厌氧氧化塘，由于氧化塘甲烷排放量大，沼气工程温室气体减排量除沼气替代煤炭减排

15、的二氧化碳排放量外，还包括粪便管理方式改变造成的减排，约为5007000 t二氧化碳当量。2）改湿清粪为干清粪减少甲烷排放量。厌氧环境是粪便甲烷产生的先决条件，通过干清粪和固体液体分离改变清粪方式，不仅可以减少污水产生量，而且提高粪便收集率，减少进入厌氧环境的有机物总量，从而减少甲烷排放。朱志平等的研究表明，人工干清粪的粪便收集率可达60 24，与水冲清粪和水泡粪相比可减少甲烷排放50以上。3）通过覆盖等改变粪便贮存方式减少甲烷排放。国外试验研究提出在粪浆贮存过程中添加覆盖物是减少温室气体排放经济有效的方式25。不同的覆盖材料和技术对减排的效果也不一样。Sommer等证实自然形成的硬壳、小鹅卵

16、石、稻草对降低CH4 释放量有很显著的效果,特别是覆盖稻草效果最好26。Hansen等在粪浆的表面罩上多孔渗水膜可以减少 40%的CH4 排放量27。2.4减少农田氧化亚氮排放土壤中 N2O 的产生主要是在微生物的参与下，通过硝化和反硝化作用完成。硝化作用将铵盐氧化为硝酸盐,反硝化作用则由土壤微生物将硝酸盐还原成N2或中间产物NO和N20。一般认为反硝化作用比硝化作用具有更大的N2O 排放贡献。影响农田N2O 排放的因素主要有土壤类型、作物类型、施肥及灌溉等农业措施和气候因素 （温度、降水、光照）等28-29。氮素供应和氮肥施用对农业土壤N2O 的排放具有明显的促进作用30-32，过量施肥导致

17、N2O 排放速率增加30。土壤中反硝化作用与土壤有效碳含量密切相关，而与总碳量无关，向土壤中加有机质，如植物秸秆或厩肥，可大大增加反硝化强度33。旱地土壤的间歇灌溉促进反硝化过程的进行,因而增加N2O 的产生与排放。从生产应用讲，减少化肥使用量、提高氮肥利用效率、采用缓释肥和添加硝化抑制剂是减少农田N2O 排放的主要途径。1 ）测土配方施肥，提高氮肥利用率、避免过量施肥造成的农田N2O 排放。测土配方施肥是当今世界科学施肥的发展方向，也是中国科学施肥的主体技术。通过合理的养分配比、改表施为深施、有机肥与化肥混施等可提高氮肥利用率，若将氮肥利用率从 20%30%提高到30%40%,则可相应降低

18、10的N2O 排放21。 2007年农业部免费为1 亿以上农户提供测土配方施肥服务，推广测土配方施肥面积4.27X108hm2，肥料利用率提高3 个百分点以上34。按此推算，测土配方施肥将减少农田N2O 排放3%。2）采用缓释肥和长效肥料可以降低农田N2O 排放。碳酸氢铵和尿素是中国农业的主体肥料，但它们的肥效期短,挥发损失量大，氮素利用率低。与施用普通碳酸氢铵和尿素相比，长效碳酸氢铵与长效尿素能显著减少N2O 排放35，黄国宏等36对玉米田试验研究得出长效碳酸氢铵比碳酸氢铵减少74%的 N2O 排放，比尿素减少78%；缓释尿素比尿素减少62%的 N2O 排放，比碳酸氢铵减少54%。3）施用硝化抑制剂减少农田土壤氧化亚氮排放。硝化抑制剂与氮肥一起应用于农业,可以减少土壤N2O 释放。Delgado 和 Mosier37报道DCD和尿素一起施用于大麦地，21天后N20的释放量降低了 71%82%在室内和田间土壤试验中，硝化抑制剂氟 代甲烷和二甲醚均能抑制土壤NO3-的形成，提高土壤NH4+的含量，N2O 释放也显著减少38。由于各地农田条件不同，硝化抑制剂对不同农田的减排效果有一定差异。另外，尽管目前还没有关于硝化抑制剂环境影响的报道，建议在应用前还应做好环境影响评价。根据中国向联合国提交的中华人民共和国气候变化初始国家信息通报的数据，分析得出中国农业活动产生的甲烷和氧化