大庆市畜禽粪尿及温室气体排放量的估算研究

陈鑫洁

（黑龙江八一农垦大学动物科技学院，大庆 163319）

畜牧业是一个以植物性生产为基础的过腹增值的产业，由于畜牧业自身所存在的这样的特点，所以黑龙江具有得天独厚的畜牧业发展优势。目前我国畜禽粪便污染已成为许多畜牧业发达国家所需要解决的严峻问题，尤其是对畜牧业发展较快、人口密度高的国家危害更大。如何实现大规模畜禽的生产发展已经成为环境卫生与保护领域中一个全球性问题。大庆市自实施“农转牧”战略以来，畜牧业已经成为大庆市农业经济的重要组成部分，已经成为了大庆市农业增效、农民增收、农村发展的主要手段。大庆市畜牧生产总体上是标准化的，但是缺乏合理的环境管理措施和技术，而其控制处理畜牧养殖过程中产生的粪、尿、废弃物等方式不当，对环境造成了严重的威胁。如果排泄物处理不当，就会对环境造成潜在的影响和压力。同时，畜牧业的环境污染也成为制约畜牧业发展的瓶颈。粪便和污水的随意排放将会严重污染四围的环境，直接或间接影响农场本身，并且容易引起传染病，降低畜产品的质量和繁殖效率[1]。温室气体（Greenhouse gas，GHG）指大气中的一种特定波长辐射微量气体成分，其可由自然产生或人为创造，它能够吸收和反射从地球表面、大气和云射出的热红外辐射谱段[2]。甲烷是导致温室效应的重要因素之一，这也是反刍动物发酵过程中能量损失的重要原因之一。运用有效措施控制并且减少甲烷产生量，不仅可以减少畜牧业排放温室气体，而且畜牧业的生产效率、盈利能力和风险承受能力均会被提高，从而为我国的节粮型农业和可持续农业的发展提供理论基础。据估计，牲畜粪便向大气贡献了约2.4 亿t 相当于甲烷的二氧化碳，是最大的人为甲烷来源之一。甲烷是仅次于二氧化碳导致全球变暖的第二大因素[3]。动物在大肠肠道内进行发酵所产生的CH4的排放量主要通过对不同动物种类年终存栏量乘以对应CH4排放因子获得，对于动物在大肠道内进行的发酵，建议利用当地特性参数来计算获得CH4的排放因子，如果没有进行实际测量数据，则可以使用《省级温室气体清单编制指南》中的建议排放因子[4]。据估计，在目前导致全球变暖的其他自然和人为来源的甲烷中，以粪肥为基础的甲烷占4%。因此，对大庆畜禽粪尿和温室气体排量进行了科学研究和分析，估算黑龙江省大庆市畜禽粪便产生的总含量及温室气体等有害物质的含量[5]，以期能够对大庆市畜牧业的发展和环境卫生保护工作提供有益的指导。

1 数据与方法

数据来源于2019 年大庆市统计年鉴及实地调研。

1.1 畜禽粪便排泄系数与生长周期

畜禽粪便排泄系数是一个运算各种畜禽粪便产生量的基本指标，它与个体畜禽的健康状态、生长阶段、生长季节、饲料组成成分等密切相关，用来计算每天个体动物平均产生的排泄粪便量[6]。畜禽粪便日排泄系数是根据国家环保总局以及有关研究机构建议的估算系数[7]，每日排泄系数是一组动态数据。黑龙江省平均生长期分别是猪180 d、牛365 d、羊180 d、禽为80 d[8]。畜禽粪便的日排泄系数和年排泄系数见表1。

表1 畜禽粪便的日排泄系数和年排泄系数Table 1 Daily excretion coefficient and annual excretion coefficient of livestock and poultry manure

1.2 粪污排放量计算方法

研究估算的畜禽的粪便和尿液，每年的粪便产量是根据牲畜和家禽的日排泄系数其摄食和生长期计算的。计算公式为：

1.3 温室气体的排放量

运用《低碳发展及省级温室气体清单编制培训教材》中的方法估算该地温室气体排放量[9]，公式为：

式中：Eenteric为某种GHG 的排放量，t/a；EFenteric为某种气体的排放因子，kg·头-1·a ；AP 为生猪年平均饲养量。

2 结果与分析

2.1 2019 年不同家畜粪尿产生量

利用上述的估算公式，对2019 年大庆市不同畜禽产生的粪便量进行了估算，结果见表2。

表2 2019 年大庆市不同畜禽粪便产生量（单位：万t）Table 2 Daily excretion coefficient and annual excretion coefficient of livestock and poultry manure

从表2 可知，2019 年黑龙江省奶牛、生猪、繁殖母猪、肉牛、羊和家禽的粪尿量分别为801.19、530.35、59.28、1 306.87、301.8 万t 和225.38 万t。同时，畜禽的粪尿产生量按大小排列依次为：肉牛＞奶牛＞生猪＞羊＞家禽＞繁殖母猪，其中粪尿产生最小的是羊，仅仅在畜禽粪尿总量中占据约2%；而粪尿产生最大的就属猪和牛，这两种动物产生的粪尿量在总量中占据90% 以上。猪和牛粪尿产生量大是因为畜禽饲养量、个体年产生量是影响畜禽粪尿总量的主要因素。因此，有必要密切注意牛粪和猪粪的污染，加快节粮型畜牧业的发展，扩大奶牛，牛，羊肉羊等食用牲畜的繁殖规模[10]。此外，大庆市实施了“一头猪两头牛”的畜牧业发展战略，带动了养牛和养猪业的发展，养殖量逐年增加，直接带动了畜禽粪尿产量的持续增长。

2.2 2019 年不同家畜温室气体产生量的计算

通过查阅有关资料，确定了温室气体的排泄系数。具体的参数见表3。利用表3 的系数，估算了大庆市温室气体的排放量，见表4。

表3 温室气体排放因子Table 3 Greenhouse gas emission factor kg·（头·a）-1

表4 大庆地区温室气体排放量估算结果Table 4 Estimates of greenhouse gas emissions in the Daqing Region（t·a-1）

排放结果见表4，大庆2019 年畜禽肠道甲烷排放、粪便甲烷排放、氧化亚氮排放分别为1.78 万t、654.83 t、289.79 t。由此可见，在满足人们日益增长的物质文化消费需求的前提下，我们应该适当减少养殖畜禽数量，从而可以降低养殖业对环境的负面影响。这也为实现畜牧行业的节能减排提供更多的可能[11]。

2.3 影响温室气体排放估算的因素

估算温室气体排放量存在一些不确定性。首先，估算温室气体的主要参数是排放系数，它受许多因素影响，包括畜禽的生长和发育水平、繁殖的具体环境条件、日常饮食组成、粪尿的储存和利用等原因上存在偏差，导致估计值也会有一定的偏差。鉴于牲畜和家禽的数量中死亡淘汰数量与繁殖母猪计入生猪相互抵消，但是该数据与温室气体排放潜力的比例仍然具有不确定性。

畜禽的粪便成分、储存其温度和湿度等都会影响温室气体的排放，实现温室气体减排可以通过改善粪便存储条件、选用固体粪便的处理方法、减少粪便储存时间等方式。规模化养殖场可以使用除肥技术来收集肥料，在有效使用粪尿的基础上，使用新的沼气技术、工艺，来实现减少温室气体的排放[12]。

2.3 发展低碳畜牧业

发展低碳养殖是减少环境污染、实现资源再利用的重要手段。低碳牲畜是一种将生态循环利用，绿色和低排放结合在一起的牲畜发展模式，同时考虑到在现代牲畜发展模式的基础上产生经济，生态和社会的影响。期望在追求高质量、高产量和安全性的基础上提高对低碳排放的认识，并在过程中尽可能减少能源消耗和温室气体排放。低碳牲畜的本质是节能减排，最大限度地利用畜禽废物，发挥可再生价值，减少污染物排放以及在先进技术支持下实现资源回收。为了促进大庆市畜牧业的温室气体减排和治理，有必要从大城市的温室气体减排和畜牧业角度评估温室气体排放，并根据区域特点进行温室气体减排技术的研究促进畜牧业的可持续性发展。

3 结论

畜禽粪尿的产生量可以直接表达黑龙江省的污染程度。2019 年，黑龙江省的猪，牛，绵羊和家禽粪便和尿液产量最高。黑龙江省内大庆市的承载量最高，但远远小于我国最合适的粪便负荷量。主要原因是因为大庆市耕地面积小，平均每单位耕地面积粪便承载量多，这将对该地区的畜禽粪便产生重要的影响。此内容需要进行进一步研究。畜禽养殖规模之间的差异表明，导致畜禽粪便排放量存在明显差异。近年来，黑龙江省实施“1 猪、2 牛、3 禽”的畜牧养殖发展战略，直接影响了牲畜的组成和家禽粪便的排泄量。2019 年黑龙江省奶牛、生猪、繁殖母猪、肉牛、羊和家禽的粪尿量分别为 801.19、530.35、59.28、1 306.87、301.8 万t 和225.38 万t。同时，畜禽的粪尿产生量按大小排列依次为：肉牛＞奶牛＞生猪＞羊＞家禽＞繁殖母猪。

大庆市通过积极执行国家和地区对畜禽粪便资源利用的要求，并与环境保护和农业委员会等12 个组织联系，制定方案、落实层级责任，经不断努力，全市符合省级标准282 个养殖场中有132 个建设配套设施，粪污处理设施装备配套率达到46.81%。粪污产生量1 082.2 万t，通过堆肥发酵、干湿分离回床垫料、制作有机肥等方式实现资源化利用的有744.9 万t，占总量的68.82%。

禽粪尿是全球变暖气体甲烷的最大人为来源之一。全面评估大庆市范围动物温室气体排放得出以下结论。在大庆市畜牧业的温室气体排放量与畜牧养殖数量成正比；大庆市畜牧业温室气体排放的主要排放源来自于牛，对温室气体排放的影响最大，其次是猪；农户散养的畜禽动物比大规模繁殖的畜禽肠道发酵甲烷排放量更高。甲烷不仅具有的燃料价值，期望能够寻找到方式和方法来捕获粪便产生的甲烷作为能源。我国鼓励使用沼气厂来从粪便中收集甲烷，这些沼气厂主要是“家庭规模”的厌氧消化器，处理普通家庭饲养的牲畜粪便。还使用了几个规模较大的“社区消化器”[3]。通过增加畜牧业规模化养殖，减少反刍动物肠道发酵甲烷的排放、合理使用畜禽粪便和沼液以及通过绿化增加碳吸收等方法，可以使畜牧业的温室气体排放量减少。有多种粪便管理方式，例如放牧、每日施肥、自然风干、液体贮存、氧化塘、舍内粪坑贮存、沼气池、燃烧、垫草垫料、堆肥和沤肥、好氧处理等方法[13]。粪污具有极大的影响力，要有必要加强粪污资源化利用回收。坚持“源头减量、过程控制、末端利用”基本理念，促进农牧对接、种养结合、绿色循环发展[14]。根据土地的情况，粪便污染的处理方式包括种养结合、深度处理、发酵床养殖等粪污处理模式；支持规模化畜场配套相应数量的土地，实现粪污的自产自消。协助社会服务机构和专业公司在奶牛养殖集中的地区建立粪便集约化处理中心或有机肥料加工厂，奶牛粪便的储存、收集、运输、加工和综合利用产业促进整个发展。发展现代化畜牧业，用科技和生态引领产业发展。一要推进标准化饲养。积极引导畜禽养殖场开展标准化的创建，加快场区基础设施改造提升，提高生产设施装备水平。按照国家标准执行行业养殖生产，结合以奶业技术合作项目，大力推广先进应用，实用配套化生产技术，加快畜禽养殖从粗放经营向高科技含量的转变，实现畜禽良种化、生产标准规范化、防疫制度体系化、粪污处理无害化和监管常态化。