1、中國農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放與減排技術(shù)對(duì)策064364郭鵬遠(yuǎn)氣候變化是當(dāng)今國際社會(huì)普遍關(guān)注的全球性問題，也是人類面臨的最為嚴(yán)峻的全球環(huán)境問題。氣候變化的主要原因是由于人類活動(dòng)向大氣中排放過量的二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亞氮（N2O）等溫室氣體而引起的。因此解決氣候變化問題的根本措施也就是減少人為溫室氣體排放或增加對(duì)大氣中溫室氣體的吸收。由全球3000多名專家完成的政府間氣候變化專業(yè)委員會(huì)（IntergovernmentalPanelonClimateChange簡稱IPCC第4次評(píng)估報(bào)告1表明，農(nóng)業(yè)是溫室氣體的主要排放源，據(jù)估計(jì)，全球范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)排放CH4占由于人類活動(dòng)造成的CH4排放總

2、量的50%,N2O占60%,如果不實(shí)施額外的農(nóng)業(yè)政策，預(yù)計(jì)到2030年，農(nóng)業(yè)源甲烷和氧化亞氮排放量將比2005年分別增加60%和35%60%,減少農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放對(duì)控制全球氣候變化有重要作用。在農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放方面，國內(nèi)外在農(nóng)業(yè)甲烷和氧化亞氮方面做了一定研究，并對(duì)典型源開展了典型測(cè)試2-5;IPCC出版了全球通用的溫室氣體排放清單編制指南6,為估算溫室氣體排放提供了依據(jù)。農(nóng)業(yè)源溫室氣體減排研究主要集中在不同領(lǐng)域減排的經(jīng)濟(jì)性預(yù)測(cè)1,7和各種技術(shù)措施對(duì)某單一溫室氣體排放的影響8,還沒有對(duì)農(nóng)業(yè)的減排對(duì)策進(jìn)行系統(tǒng)研究。本文的目的是根據(jù)中國農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放情況，分析探討農(nóng)業(yè)領(lǐng)域減少溫室氣體排放的技

3、術(shù)與對(duì)策，為促進(jìn)全球采取可測(cè)量、可報(bào)告和可核查的減排行動(dòng)提供參考。1中國農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放主要包括反芻動(dòng)物甲烷排放、水稻種植過程中的甲烷排放、施肥造成的氧化亞氮排放和動(dòng)物廢棄物管理過程中的甲烷和氧化亞氮排放。中國是人口眾多的農(nóng)業(yè)大國， 中國動(dòng)物飼養(yǎng)、 水稻種植和施肥量在全球占有相當(dāng)大的比例。2005年中國肉、蛋、奶產(chǎn)量分別占全球的29.3%、41.1%和4.6%;中國豬、牛、羊和禽飼養(yǎng)量分別占世界總飼養(yǎng)量的50%、8.5%18%、28%。1994年至2005年，豬、牛、羊年末存欄量分別增加了21.4%、15.7%、54.9%,家禽出欄量增加了92.4%9。2005年中國水稻種

4、植面積為2885萬hm2,占世界水稻種植面積的19%。從1994年到2005年中國農(nóng)業(yè)氮肥施用量增加了18%,2005年中國氮肥用量達(dá)到2229X104（t折純量），消費(fèi)總量為世界第一，約占全球總量的30%10?？梢姡袊r(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)基數(shù)數(shù)量大、增長快，如果沒有相應(yīng)的減排措施，農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放量也會(huì)相應(yīng)的較大。中國政府高度重視氣候變化相關(guān)問題，2004年中國政府向聯(lián)合國提交了初始國家信息通報(bào)。根據(jù)中華人民共和國氣候變化初始國家信息通報(bào)11,1994年中國溫室氣體的總排放量為36.50X108t二氧化碳當(dāng)量，其中二氧化碳、甲烷、氧化亞氮分別占73.05%、19.73%和7.22%。農(nóng)業(yè)源溫室氣

5、體排放占中國溫室氣體排放總量的17%;農(nóng)業(yè)活動(dòng)甲烷排放量為1719.6X104t,占中國甲烷排放總量的50.15%,其中動(dòng)物飼養(yǎng)過程中的甲烷排放為1104.9X104t,稻田甲烷排放量為614.7X104t（如表1）。1994年因施肥造成的氧化亞氮排放量為62.8X104t,動(dòng)物糞便和放牧管理過程排放的氧化亞氮15.5X104t,農(nóng)業(yè)源氧化亞氮排放量估算為78.6X104t,占中國氧化亞氮排放總量的92.43%。2減緩溫室氣體排放的技術(shù)對(duì)策2.1減少動(dòng)物腸道發(fā)酵甲烷排放動(dòng)物甲烷排放是動(dòng)物采食的飼料在消化道正常發(fā)酵所產(chǎn)生。動(dòng)物腸道發(fā)酵甲烷排放量與動(dòng)物類型、動(dòng)物年齡、動(dòng)物體重，飼料質(zhì)量和采食水平有

6、關(guān)。反芻動(dòng)物（如：牛、羊）和一些非反芻動(dòng)物（如：豬、馬）均排放甲烷，但因反芻動(dòng)物消化道中的特殊微生物能分解纖維素，反芻動(dòng)物是最大的甲烷排放源。反芻動(dòng)物以甲烷的形式損失的能量約占采食總能的2%15%12,一般動(dòng)物體重越大，單個(gè)動(dòng)物甲烷排放量越大。飼料采食量越大，飼料的消化率和生產(chǎn)力越低，單位畜產(chǎn)品的甲烷排放量也越大。因此改善飼料質(zhì)量和提高動(dòng)物生產(chǎn)力是減少動(dòng)物甲烷排放的有效措施13。1）推廣秸稈青貯、氨化，減少單個(gè)動(dòng)物甲烷排放。秸稈是反芻動(dòng)物飼養(yǎng)中不可缺少的日糧成分，其纖維素含量高、能量含量低，但有利于維持瘤胃的正常功能。通過青貯和氨化等措施處理秸稈，可以有效提高秸稈的適口性和消化率，提高飼料利用

7、率減少單個(gè)動(dòng)物甲烷排放。中國反芻動(dòng)物特別是排放量大的黃牛以粗飼料為主，據(jù)估計(jì)通過秸稈氨化處理可減少單個(gè)黃牛的甲烷排放量16%30%14,相同能量攝入水平和相同精粗飼料比的情況下飼喂干玉米秸和青貯玉米秸的肉牛甲烷排放量分別為229.05L/d和196.37L/d15。2）通過日糧合理搭配，降低單個(gè)動(dòng)物甲烷排放量。日糧中精粗比不僅影響飼養(yǎng)成本也直接影響反芻動(dòng)物生產(chǎn)水平和甲烷排放量。粗纖維水平過高可能導(dǎo)致日糧營養(yǎng)濃度偏低、動(dòng)物為攝取足夠的飼料營養(yǎng)物質(zhì)而增加采食量，從而提高動(dòng)物甲烷排放。樊霞等的研究結(jié)果表明，在影響動(dòng)物甲烷排放的飼料因素中對(duì)甲烷排放量影響的主次順序?yàn)榇诛暳项愋惋暳暇直饶芰繑z入水平，粗

8、飼料類型對(duì)甲烷排放量影響最大，精粗比為40：60的日糧甲烷產(chǎn)生量低于精粗比為25:75的日糧15。韓繼福等研究了不同日糧的纖維消化和瘤胃VFA對(duì)甲烷產(chǎn)量的影響,結(jié)果表明，維持營養(yǎng)水平下精粗比為75：25時(shí)甲烷產(chǎn)量明顯減少，但粗飼料水平過低可能會(huì)造成反芻動(dòng)物阻嚼、反芻、唾液分泌減少，導(dǎo)致代謝疾病的增加，實(shí)際應(yīng)用方面考慮，筆者認(rèn)為精粗比在50：50左右是可行的16。3）使用多功能舔磚或營養(yǎng)添加劑減少甲烷排放。多功能舔磚以尿素、礦物質(zhì)、微量元素、維生素等為主要成分，澳大利亞等國外的試驗(yàn)證明，使用舔磚可提高日增重10%30%,相對(duì)減少單位畜產(chǎn)品的甲烷排放量10%40%17。另外通過添加莫能菌素可減少瘤

9、胃中產(chǎn)甲烷菌的數(shù)量從而減少甲烷產(chǎn)量。2.2減少稻田甲烷排放稻田甲烷排放是產(chǎn)甲烷菌在厭氧環(huán)境下的稻田中利用田間植株根際部的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化形成CH4的量，除去水稻根際部CH4氧化菌對(duì)CH4氧化后的剩余量。稻田甲烷排放主要受土壤性質(zhì)、灌溉和水分狀況、施肥、水稻生長和氣候等因素的影響。減少稻田甲烷排放的方法主要有施肥、灌水管理和選擇適宜的水稻品種。1)推廣間歇灌溉可減少甲烷排放。稻田中水分狀況是影響稻田甲烷排放的決定性因素。通過改變稻田的水分管理可以改變甲烷菌生存的厭氧環(huán)境從而控制甲烷產(chǎn)生和排放。王增遠(yuǎn)等的試驗(yàn)證明，水稻田采用間歇灌溉甲烷排放通量比淹灌的減少59%,比常規(guī)灌溉減少了46%,若改淹灌為常規(guī)

10、灌溉，CH4排放通量也可減少28%18,王明星、李晶等研究也得出間歇灌溉可降低稻田甲烷排放30%以上的結(jié)論19,20。2)利用沼渣替代農(nóng)家有機(jī)肥可減少稻田甲烷排放。李晶等的試驗(yàn)表明20,用沼渣肥替代普通有機(jī)肥大約可減少甲烷排放55%;全部施用有機(jī)肥(豬糞、紫云英、稻草)的早稻和晚稻的甲烷排放率分別為21.88mg/(m2h)和22.05mg/(m2h);施用沼渣肥的早稻和晚稻的甲烷排放率分別為9.90mg/(m2h)和9.75mg/(m2h)。常規(guī)施肥(化肥、紫云英、稻草、有機(jī)肥與無機(jī)肥的N、P、K含量之比為1：1：1)早稻和晚稻的甲烷排放率分別為14.19mg/(m2h)和20.16mg/(

11、m2h),而單純施用化肥早稻和晚稻的甲烷排放率分別為4.44mg/(m2h)和6.82mg/(mh)。盡管只施化學(xué)肥料對(duì)稻田CH4排放有明顯的抑制作用，但由于長期僅施用化肥會(huì)對(duì)土壤及生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大的影響，因此筆者建議在大量施用化肥的水稻產(chǎn)區(qū)施行化肥和沼渣混施的方法來減少由于施用常規(guī)有機(jī)肥造成的稻田CH4排放。3）種植和選育新的品種減少甲烷排放。不同水稻品種可導(dǎo)致稻田甲烷排放1.53.5倍的差別21。一般情況下，稻田甲烷排放和水稻的生物總量成反比關(guān)系，生物量大的水稻品種可以把更多的碳固定在水稻植株中，從而減少甲烷排放。中國科學(xué)院在四川的多年研究表明，雜交稻比普通稻的甲烷排放率約低5%37%20

12、。減少畜禽糞便甲烷排放動(dòng)物廢棄物厭氧儲(chǔ)存和處理過程中均產(chǎn)生和排放甲烷。動(dòng)物糞便甲烷排放通量主要取決于糞便甲烷產(chǎn)生潛力、糞便處理方式和氣候條件22。一般動(dòng)物采食飼料的能量和消化率越高，糞便甲烷產(chǎn)生潛力越大，豬糞的甲烷產(chǎn)生潛力大于牛糞。液體糞便的貯存大于固體糞便的甲烷排放率，高溫環(huán)境大于低溫環(huán)境的甲烷排放率。因此，減少糞便甲烷排放的主要措施是針對(duì)排放潛力大的糞便減少液體貯存過程，并通過厭氧發(fā)酵回收甲烷減少溫室氣體排放。1）建設(shè)沼氣工程回收利用甲烷。沼氣工程是指通過畜禽糞便和污水的厭氧消化、制取沼氣和治理污染的全套工程設(shè)施?；厥盏恼託饪勺魅剂鲜褂?，替代化石燃料等常規(guī)能源，用于炊事、采暖、照明，也可用

13、做發(fā)電和動(dòng)力燃料。根據(jù)郝先榮等的研究和調(diào)查，一個(gè)8m3的戶用沼氣池，可處理46頭豬的糞便，全國平均年產(chǎn)沼氣385m3。按照等量有效熱計(jì)算，可替代煤炭847kg23,按照IPCC20066推薦的方法學(xué)計(jì)算，在南方炎熱地區(qū)，如果一個(gè)戶用沼氣池處理4頭豬糞便、建設(shè)沼氣池前糞便為深坑或氧化塘處理，則每口沼氣池年最大可減排溫室氣體2.04.1t二氧化碳當(dāng)量。由于各地氣候條件、處理糞便種類和現(xiàn)有的糞便處理方式不同，戶用沼氣池的減排量可相差一倍。另外大中型養(yǎng)殖場(chǎng)建設(shè)大型沼氣工程也可以減少溫室氣體排放，大型養(yǎng)殖場(chǎng)沼氣工程減排量主要取決于在沼氣工程建設(shè)之前的糞便管理方式、沼氣利用方式和替代能源的種類。以位于南方

14、炎熱地區(qū)、年存欄6000頭的一個(gè)萬頭豬場(chǎng)為例，若糞便全部用于生產(chǎn)沼氣池，沼氣用于供應(yīng)周圍農(nóng)戶替代炊事用的煤炭，如果現(xiàn)有的糞便隨意堆積在場(chǎng)區(qū)，由于不產(chǎn)生厭氧環(huán)境，現(xiàn)有糞便管理的甲烷排放幾乎為0,沼氣工程溫室氣體減排量只是沼氣替代煤炭減排的二氧化碳排放量，約為5001000t二氧化碳當(dāng)量。如果現(xiàn)有糞便管理為厭氧氧化塘，由于氧化塘甲烷排放量大，沼氣工程溫室氣體減排量除沼氣替代煤炭減排的二氧化碳排放量外，還包括糞便管理方式改變?cè)斐傻臏p排，約為5007000t二氧化碳當(dāng)量。2）改濕清糞為干清糞減少甲烷排放量。厭氧環(huán)境是糞便甲烷產(chǎn)生的先決條件，通過干清糞和固體液體分離改變清糞方式，不僅可以減少污水產(chǎn)生量，

15、而且提高糞便收集率，減少進(jìn)入?yún)捬醐h(huán)境的有機(jī)物總量，從而減少甲烷排放。朱志平等的研究表明，人工干清糞的糞便收集率可達(dá)60%24,與水沖清糞和水泡糞相比可減少甲烷排放50%以上。3）通過覆蓋等改變糞便貯存方式減少甲烷排放。國外試驗(yàn)研究提出在糞漿貯存過程中添加覆蓋物是減少溫室氣體排放經(jīng)濟(jì)有效的方式25。不同的覆蓋材料和技術(shù)對(duì)減排的效果也不一樣。Sommer等證實(shí)自然形成的硬殼、小鵝卵石、稻草對(duì)降低CH4釋放量有很顯著的效果，特別是覆蓋稻草效果最好26。Hansen等在糞漿的表面罩上多孔滲水膜可以減少40%的CH4排放量27。減少農(nóng)田氧化亞氮排放土壤中N2O的產(chǎn)生主要是在微生物的參與下，通過硝化和反硝

16、化作用完成。硝化作用將鏤鹽氧化為硝酸鹽，反硝化作用則由土壤微生物將硝酸鹽還原成N2或中間產(chǎn)物NO和N20。一般認(rèn)為反硝化作用比硝化作用具有更大的N20排放貢獻(xiàn)。影響農(nóng)田N20排放的因素主要有土壤類型、 作物類型、 施肥及灌溉等農(nóng)業(yè)措施和氣候因素 （溫度、降水、光照）等28-29。氮素供應(yīng)和氮肥施用對(duì)農(nóng)業(yè)土壤N20的排放具有明顯的促進(jìn)作用30-32,過量施肥導(dǎo)致N20排放速率增加30。土壤中反硝化作用與土壤有效碳含量密切相關(guān)，而與總碳量無關(guān)，向土壤中加有機(jī)質(zhì)，如植物秸稈或廄肥，可大大增加反硝化強(qiáng)度33。旱地土壤的間歇灌溉促進(jìn)反硝化過程的進(jìn)行，因而增加N20的產(chǎn)生與排放。從生產(chǎn)應(yīng)用講，減少化肥使用

17、量、提高氮肥利用效率、采用緩釋肥和添加硝化抑制劑是減少農(nóng)田N20排放的主要途徑。1）測(cè)土配方施肥，提高氮肥利用率、避免過量施肥造成的農(nóng)田N20排放。測(cè)土配方施肥是當(dāng)今世界科學(xué)施肥的發(fā)展方向，也是中國科學(xué)施肥的主體技術(shù)。通過合理的養(yǎng)分配比、改表施為深施、有機(jī)肥與化肥混施等可提高氮肥利用率，若將氮肥利用率從20%30%提高到30%40%,則可相應(yīng)降低10%的N2O排放21。2007年農(nóng)業(yè)部免費(fèi)為1億以上農(nóng)戶提供測(cè)土配方施肥服務(wù)，推廣測(cè)土配方施肥面積4.27X108hm2,肥料利用率提高3個(gè)百分點(diǎn)以上34。按此推算，測(cè)土配方施肥將減少農(nóng)田N2O排放3%。2）采用緩釋肥和長效肥料可以降低農(nóng)田N2O排放

18、。碳酸氫鏤和尿素是中國農(nóng)業(yè)的主體肥料，但它們的肥效期短莽發(fā)損失量大，氮素利用率低。與施用普通碳酸氫鏤和尿素相比，長效碳酸氫鏤與長效尿素能顯著減少N2O排放35,黃國宏等36對(duì)玉米田試驗(yàn)研究得出長效碳酸氫鏤比碳酸氫鏤減少74%的N2O排放，比尿素減少78%;緩釋尿素比尿素減少62%的N2O排放，比碳酸氫鏤減少54%。3）施用硝化抑制劑減少農(nóng)田土壤氧化亞氮排放。硝化抑制劑與氮肥一起應(yīng)用于農(nóng)業(yè),可以減少土壤N2O釋放。Delgado和Mosier37報(bào)道DCD和尿素一起施用于大麥地，21天后N2O的釋放量降低了71%82%在室內(nèi)和田間土壤試驗(yàn)中，硝化抑制劑氟代甲烷和二甲醍均能抑制土壤NO3-的形成，提高土壤NH4+的含量，N2O釋放也顯著減少38。由于各地農(nóng)田條件不同，硝化抑制劑對(duì)不同農(nóng)田的減排效果有一定差異。另外，盡管目前還沒有關(guān)于硝化抑制劑環(huán)境影響的報(bào)道，建議在應(yīng)用前還應(yīng)做好環(huán)境影響評(píng)價(jià)。根據(jù)中國向聯(lián)合國提交的 中華人民共和國氣候變化初始國家信息通報(bào) 的數(shù)據(jù)，分析得出中國農(nóng)業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生的甲烷和氧化亞氮