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| 生猪养殖企业碳减排研究 |
| 第742期 作者：□文/赵晓婷 郑 杰 时间：2024/12/1 13:43:16 浏览：8次 |
［提要］ 在全球气候变化与环境问题日益加剧的背景下，碳减排已成为各国共同关注的焦点。据统计，农业生产活动所产生温室气体排放量占全球总排放量的20%左右，在全球温室气体排放中占有重要地位。而养殖企业，特别是生猪养殖企业，作为农业活动中CO2排放的主要来源，开展碳排放量估算的研究显得尤为重要。鉴于此，本文旨在剖析生猪养殖企业主要碳排放源，并运用IPCC方法进行估算。在此基础上，进一步提出一系列减排措施，为生猪养殖企业探索绿色可持续发展之路提供有益的参考。
关键词：生猪养殖企业；碳排放；碳减排
中图分类号：F27 文献标识码：A
收录日期：2024年6月7日
在全球化与工业化的浪潮中，气候变化已成为全球关注的焦点。为了应对这一挑战，2020年9月22日，习近平在第七十五届联合国大会上提出了“双碳”目标，即中国力争在2030年前实现碳达峰，在2060年前实现碳中和。这一宏伟目标不仅彰显了中国应对气候变化的决心，也标志着中国将全面推动社会经济发展向绿色低碳转型。在农业领域中，中国正站在绿色转型与高质量发展的关键节点上。除了能源消耗和工业生产外，农业生产活动已成为最大的温室气体排放源。因此，为实现2060年的碳中和目标，减少农业温室气体排放显得尤为紧迫。推进农业企业碳减排，不仅是应对农业资源环境约束的必然选择，更是推动农业产业结构优化升级、实现农业绿色可持续发展的内在动力和要求。
“双碳”目标的提出，不仅为生猪养殖企业的绿色发展指明了方向，也为其提供了强大的政策支撑。在这一背景下，生猪养殖企业需积极响应国家号召，将减排措施纳入企业发展战略，通过技术创新、管理优化等多种手段，减少温室气体排放。当前，畜牧养殖业已经成为全国碳排放的重要来源，而生猪养殖企业作为其重要组成部分，研究如何估算生猪养殖过程中的碳排放量以及减排措施，对养殖企业实现低碳减排、走低碳经济之路具有极其重要的意义。
一、文献综述
（一）生猪养殖业碳排放源研究。碳排放源，是指产生温室气体的源头。生猪产业涉及饲料生产、生猪养殖和屠宰加工等多个环节，其中生猪养殖过程是温室气体排放的关键环节。具体来说，生猪养殖过程中存在三个主要的温室气体排放环节。首先，肠道发酵环节：在无氧的情况下，生猪作为单胃动物，肠道中会产生CH4气体。其次，生猪粪便处理环节：当生猪粪便在有氧环境下储存和管理时，会发生硝化和反硝化作用，导致粪便中的氮元素通过反应转化为N2O气体。此外，粪便在无氧或厌氧条件下还会分解产生大量CH4。最后，饲养耗能环节：猪舍的生产照明、圈舍加热、通风散热、养猪所需的设备运转等都会消耗电和煤等化石能源，这会直接引起生猪养殖过程中CO2排放量的增加。
（二）畜牧业碳排放量估算方法研究。学者研究畜牧养殖业碳排放量估算的方法主要有四种，即IPCC系数法、经济合作与发展组织（OECD）法、质量平衡法、实地测算法。
1、IPCC系数法。IPCC系数法，也称排放因子法或排放系数法，针对每种排放源构造其活动数据与排放因子，以活动数据和排放因子的乘积作为该排放项目中碳排放量的估算值。具体而言，畜牧业涉及多个生产环节，如肠道发酵、粪便处理等，每个环节都可能产生温室气体排放。通过收集这些环节的活动数据，如动物数量、粪污质量、耗电量等，并结合相应的排放系数，就可以估算出每个环节的碳排放量。最后，将各环节的碳排放量相加，即可得到整个畜牧养殖过程中总的碳排放量。
2、OECD法。OECD（经济合作与发展组织）法是1991年由经济合作与发展组织提出的反刍动物甲烷排放量的估算方法，是估算畜牧业碳排放量最初使用的方法之一，这种方法的原理是甲烷的排放会伴随着能量的损失，甲烷排放量与能量摄入量存在一定关系。OECD法的计算方法为：首先计算动物采食能量转化成甲烷的比例，从而估算动物年甲烷排放量。
3、质量平衡法。质量平衡法测定养殖业碳排放量的主要原理是测量通过动物群体所在空间内气体流量以及气流中甲烷浓度的变化，然后将这些参数带入公式中估算出甲烷排放量，主要有呼吸代谢箱法和饲舍质量平衡法两种方法，这两种方法均为测定反刍动物甲烷排放量的方法。其中，呼吸代谢箱法一般适用于动物数量较少的甲烷排放量测定，而饲舍平衡法比较适合测量群体动物的气体排放量。
4、实地测算法。实地测算法是一种基于现场实际测量和数据处理的方法，用于准确评估特定区域的碳排放量。这种方法的核心在于利用专业的设备和科学的技术手段，直接对样本区域进行实地测量，以获取关于碳排放源的各种相关数据。需要注意的是，这种方法虽然能够直接、准确地测量碳排放量，但在实施过程中需要较高的技术水平和充足的资金投入。此外，由于监测站和设备的限制，可能无法覆盖所有排放源或所有时间段，因此可能存在一些误差或遗漏。
综上所述，生猪养殖过程中的碳排放主要源自三个方面：肠道发酵环节产生的CH4、粪便处理系统产生的CH4、N2O和饲养耗能环节产生的CO2。鉴于这些关键的碳排放环节，本文将聚焦于生猪养殖企业在这些环节上所产生的碳排放进行深入研究。
二、碳排放相关概述
（一）全球升温潜能值。全球升温潜能值（简称GWP）是一个用于衡量温室气体对全球气候变暖影响的指标。它基于充分混合的温室气体辐射特性，用于比较不同温室气体在相同时间尺度内（如100年）相对于二氧化碳的辐射强迫效应。GWP值越高，表示该温室气体在单位质量下对全球气候变暖的潜在影响越大。其中，二氧化碳被作为参照气体，GWP值被设定为1。其他温室气体的GWP值则是通过与二氧化碳的辐射强迫效应进行比较得出的。例如，甲烷的GWP值在100年的时间尺度内约为25，这意味着相同质量的甲烷在100年内对全球气候变暖的潜在影响是二氧化碳的25倍。
（二）生猪养殖企业的碳排放。生猪养殖企业的碳排放不仅仅局限于二氧化碳排放，还包括其他温室气体排放。对于生猪养殖过程中产生的碳排放种类而言，主要包括二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）。在生猪养殖过程中，生猪的肠道发酵、粪便处理系统和饲养耗能是三个主要温室气体排放环节，因此本文的研究重点将放在这些与生猪养殖生产活动密切相关的温室气体排放上。为了更准确地估算和比较不同温室气体的排放影响，采用全球升温潜能值这一度量标准，将CH4和N2O排放量换算为CO2当量，以便于求和与比较。
（三）碳排放量估算方法的选择。目前，针对碳排放量的估算，已发展出多种方法，包括IPCC系数法、OECD法、质量平衡法以及实地测算法等。其中，IPCC系数法作为《IPCC2006年国家温室气体清单指南2019修订版》首推的估算方法，具有精度较高、易于操作等优点。因此，本文选择采用排放因子法进行碳排放量估算。
IPCC系数法在碳排放量估算领域中应用广泛。在畜牧业中，碳排放量估算是生产各环节的排放因子乘以相应的活动数据，具体计算公式如下：
Emissions=AD×EF （1）
式中，Emissions表示温室气体排放量（如CO2、CH4、N2O等）；AD表示活动数据，即与碳排放直接相关的具体使用和投入数量，包括动物数量、粪污质量、耗电量等关键指标；EF表示排放因子，反映单位某排放源使用量所释放的温室气体数量，这些数据主要来自国家相关统计和监测资料，或者来自调查资料和排放源普查数据等。通常采用《IPCC指南》公布的碳排放因子。
三、生猪养殖企业碳排放量估算
由于生猪养殖过程中存在不确定性的繁殖和屠宰，使得一年内养殖数量在不同时间点会出现扩大或缩小的情况。为了更加准确地估算生猪养殖过程中的碳排放量，需要确定生猪的年均饲养量。生猪年均饲养量是通过综合考虑生猪的出栏量和饲养周期来计算的，即年均饲养量为当年出栏量×饲养周期/365，公式表示如下：
AAF=ASV×（RC/365） （2）
式中，AAF表示生猪年均饲养量，单位为头；ASV表示生猪当年出栏量，单位为头；RC表示生猪平均饲养周期，单位为天，根据IPCC确定的生猪平均饲养周期一般为200天。
（一）生猪肠道发酵环节CH4排放量估算。当饲料在猪的消化系统中发酵时，微生物会将碳水化合物分解成简单的分子。在这个过程中，特定的微生物——主要是厌氧菌，如甲烷菌参与其中。这些微生物利用有机物质进行代谢，并在此过程中产生甲烷。生猪肠道发酵产生的甲烷排放量表示为：
C肠道CH■=AAF×EF肠道 （3）
式中，C肠道CH■表示生猪肠道发酵CH4的年均排放量，单位为千克/年；EF肠道为生猪肠道发酵产生CH4的排放因子，单位为千克/（头·年）；AAF表示生猪年均饲养数量，单位为头。
（二）生猪粪便处理环节CH4和N2O排放量估算
1、CH4排放量估算。生猪粪便中含大量有机物，在厌氧条件下降解会产生甲烷（CH4），因此粪便管理系统产生的甲烷排放量表示为：
C粪便CH■=AAF×EF粪便 （4）
式中，C粪便CH■表示生猪粪便处理系统中产生CH4的年均排放量，单位为千克/年；EF粪便为生猪粪便处理系统中产生CH4的排放因子，单位为千克/（头·年）；AAF表示生猪年均饲养数量，单位为头。
2、N2O排放量估算。粪便在堆积储存过程中，通过微生物的硝化作用和反硝化作用会产生氧化亚氮（N2O），因此粪便管理系统产生的氧化亚氮排放量表示为：
C粪便N■O=AAF×EF粪便 （5）
式中，C粪便N■O表示生猪粪便处理系统中产生N2O的年均排放量，单位为千克/年；EF粪便为生猪粪便处理系统中产生N2O的排放因子，单位为千克/（头·年）；AAF表示生猪年均饲养数量，单位为头。
（三）生猪饲养耗能环节CO2排放量估算。在饲养环节，为了维持生猪养殖过程中适宜的生长环境，需要进行照明、通风、调温等操作，这些机械设备的运转会消耗大量能源，使用电、煤炭等能源都会直接或间接地产生碳排放。生猪饲养环节耗能产生的二氧化碳排放量表示为：
C耗能CO■=AAF×EF耗能C×■+AAF×EF耗能e×■ （6）
式中，C耗能CO■表示生猪饲养环节中产生CO2的年均排放量，单位为千克/年；EF耗能C、EF耗能e分别表示生猪粪便处理系统中煤炭消耗和电能消耗的排放因子，单位为千克/（头·年）；cost1、cost2分别表示每头生猪在一个饲养周期内的煤和电支出，单位为元；price1、price2分别表示生猪养殖的煤费单价和电能单价，单位分别是元/吨、元/（千瓦·小时）；AAF表示生猪年均饲养数量，单位为头。
（四）生猪养殖过程中碳排放总量。为了便于统一温室气体产生的总量，本文根据全球升温潜能值（GWP）将肠道发酵、粪便处理环节产生的CH4和N2O转化为CO2当量。生猪养殖过程中碳排放总量为肠道发酵环节、粪便处理环节和饲养耗能三个环节排放量之和，公式如下：
C总=C肠道CH■×GWPCH■+C粪便CH■×GWPCH■+C粪便N■O×GWPN■O+C耗能CO■ （7）
式中，C总表示碳排放总量；C肠道CH■、C粪便CH■、C粪便N■O和 C耗能CO■分别表示生猪肠道发酵中产生的CH4气体排放量、粪便处理系统中产生的CH4气体排放量、粪便处理系统中产生的N2O气体排放量和饲养耗能产生的CO2气体排放量；GWPCH■和GWPN■O分别表示CH4和N2O的全球升温潜能值，根据IPCC第六次评估报告中测定，这两种气体的GWP值分别为28和265。
四、生猪养殖企业碳减排措施
生猪养殖企业可以依据上述三个主要环节所产生碳排放量的多少，采取相应的减排措施。这些措施能够有效降低生猪养殖过程中的碳排放，促进企业绿色发展。同时，也有助于企业提高养殖效率、降低生产成本，实现经济效益和环境效益的双赢。
（一）技术减排
1、优化饲料配方与饲养技术。一方面通过改善肠道健康，开发出营养丰富、消化率高的饲料配方，减少因消化不良而产生的温室气体排放。健康的肠道能够更有效地吸收饲料中的营养，减少养分的流失，从而降低因养分在肠道内发酵而产生的甲烷等温室气体。另一方面使用精准饲喂技术，该技术是现代畜牧业中一种重要的饲养管理方法，它根据动物的生理特性和环境条件，结合科技手段和管理经验，对饲料进行精准计量和分配，以满足动物生长发育所需，达到提高养殖效益、减少能源和饲料的浪费、提高产品质量、保护环境等综合效益的饲喂方式。
2、推广废弃物资源化利用技术。生猪养殖过程中产生的废弃物，如粪便、废水等，可以通过资源化利用技术转化为有机肥、沼气等，减少废弃物的排放。粪便可以通过堆肥、发酵等技术手段转化为有机肥。相较于传统化肥，有机肥不仅能够提高土壤的肥力，改善土壤结构，还能够促进微生物的繁殖，提高土壤的生物活性；除了粪便，生猪养殖过程中产生的废水也可以通过厌氧发酵等技术转化为沼气。沼气是一种清洁能源，可以用于发电、供暖等领域，减少了对化石能源的依赖，降低了碳排放。同时，经过处理的废水还可以达到排放标准，减少对水环境的污染。
3、改善饲养环境。一方面在猪舍内使用节能灯具、高效通风设备等，减少能源消耗。此外，还可以利用太阳能、风能等可再生能源为猪舍供电，进一步降低碳排放；另一方面猪舍的布局和设计应充分考虑通风、采光和保温等要素。良好的通风系统可以有效降低猪舍内有害气体浓度，减少因通风不良导致的疾病和应激反应，从而减少药物使用和能源消耗。同时，合理的采光设计可以提高猪只的自然光照时间，促进其健康生长。
（二）管理减排
1、建立健全碳排放监测与报告制度。建立健全碳排放监测与报告制度对于生猪养殖企业乃至整个行业来说都是至关重要的。它能够对生猪养殖过程中的碳排放进行实时监测和记录，有助于企业准确掌握碳排放的情况，为制定科学碳减排措施提供有力支撑。同时，建立碳排放报告制度，定期向社会公众发布养殖过程中碳排放的情况。这样，外部环境的关注能促使企业积极履行社会责任，同时有利于报告使用者更加全面了解企业的情况。
2、加强员工培训和意识提升。企业定期开展员工碳管理培训，是提升员工对碳排放和碳减排措施认识的有效途径。通过培训，员工可以深入了解碳排放的来源、影响以及减少碳排放的重要性。同时，培训还可以帮助员工掌握碳减排技术和方法，了解企业在减排方面的目标和计划。这种培训不仅能够增强员工的环保意识，还能够提升他们在工作中实施减排措施的能力。
企业不仅要培训员工，还要建立与碳减排绩效挂钩的奖惩机制，以激励员工积极参与减排工作。当员工意识到他们的减排行为将直接影响到企业的减排成果，并可能因此获得奖励或避免惩罚时，他们会更愿意投入时间和精力去实施减排措施。这种机制能够激发员工的积极性和创造力，推动他们主动寻找和实施更有效的减排方法。
3、提高企业社会责任意识。作为社会的一员，企业应当认识到其经营行为不仅会影响股东和员工的利益，更会对社会和环境产生深远影响。同时，企业也应当认识到实施低碳发展策略虽然在短时间内会增加成本费用，但是从长远来看，带来的效益会增加企业综合价值。例如，通过降低能耗和减少排放，企业可以降低生产成本。通过提升产品和服务的环保性能，企业可以赢得更多消费者的青睐。通过积极参与环保事业，企业可以提升品牌形象和声誉。
五、总结
采用IPCC法对生猪养殖企业的碳排放量进行估算，无疑是实现绿色可持续发展的关键一步。基于这些估算结果，结合企业的实际情况，制定针对性的减排措施至关重要。这不仅要求企业自身在技术减排、管理减排等方面下工夫，更需要政府和社会各界的积极参与和协同合作。政府未来可以推动农业企业参与碳排放权交易市场，促进整个畜牧业的低碳转型。此外，政府还可以通过制定相关政策，如提供减排补贴、优惠贷款等，来鼓励企业加大减排投入。同时，加强监管和执法力度，确保企业遵守相关环保法规，也是保障减排措施有效实施的重要环节。 （通讯作者：郑杰）
（作者单位：新疆农业大学）
主要参考文献：
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