第 24 卷 第 10 期 2008 年 10 月 农 业 工 程 学 报 Transactions of the CSAE Vol.24 No.10 Oct. 2008 269 中国农业源温室气体排放与减排技术对策 董红敏 1，李玉娥 1，陶秀萍 1，彭小培 2，李 娜 1，朱志平 1 （1．中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，农业部畜牧环境设施设备质量监督检验测试中心，北京 100081； 2．北京农业技术职业学院，北京 102442） 摘 要：农业是重要的温室气体排放源。该文通过对文献资料和大量研究结果进行分析，得出中国农业活动产生的甲烷 和氧化亚氮分别占全国甲烷和氧化亚氮排放量的 50.15%和 92.47%，农业源占全国温室气体排放总量的 17%；通过改善 反刍动物营养可降低单个肉牛甲烷排放 15%～30%；推广稻田间歇灌溉可减少单位面积稻田甲烷排放 30%；一个户用沼 气每年最大可减少温室气体 2.0～4.1 t 二氧化碳当量；推行缓释肥、长效肥料可减少单位面积农田氧化亚氮 50%～70%。 该文建议尽快开展减排技术示范，对减排技术的适应性和经济性进行评价。 关键词：农业，粪便，温室气体，甲烷，氧化亚氮，畜牧 中图分类号：TK6 文献标识码：A 文章编号：1002-6819(2008)-10-0269-05 董红敏，李玉娥，陶秀萍，等. 中国农业源温室气体排放与减排技术对策[J].农业工程学报，2008，24(10)：269－273. Dong Hongmin, Li Yu’e, Tao Xiuping, et al. China greenhouse gas emissions from agricultural activities and its mitigation strategy[J]. Transactions of the CSAE, 2008,24(10)：269－273.(in Chinese with English abstract) 0 引 减排行动提供参考。 言 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 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 收稿日期：2007-10-06 修订日期：2008-06-14 基金项目：“十一五”科技支撑计划（2006BAD14B09，2007BAC03AD04） 作者简介：董红敏（1964－），女，河北人，研究员，博士，博士生导师。 从事环境工程方面研究。北京 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究 所，农业部畜牧环境设施设备质量监督检验测试中心，100081。 Email：donghm@mail.caas.net.cn 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]。2005 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 2229 ×104 t（折纯量），消费总量为世界第一，约占全球总量 的 30％[10]。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 36.50×108 t 二氧化碳当量，其中 二氧化碳、甲烷、氧化亚氮分别占 73.05％、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 1719.6×104 t，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 1104.9×104 t，稻田甲烷排放量为 614.7×104 t（如表 1）。 1994 年因施肥造成的氧化亚氮排放量为 62.8×104 t，动 物粪便和放牧管理过程排放的氧化亚氮 15.5×104 t，农业 源氧化亚氮排放量估算为 78.6×104 t，占中国氧化亚氮排 农业工程学报 270 放总量的 92.43％（如表 2）。 表 1 1994 年中国农业活动甲烷排放 Table 1 CH4 emission from agricultural activities in China in 1994 排放源 甲烷排放量 /103t 占农业甲烷 排放比例/％ 占全国甲烷 排放比例/％ 动物肠道发酵 10182 59.21 29.70 水稻种植 6147 35.75 17.93 动物粪便管理系统 867 5.04 2.53 农业源合计 17196 100.00 50.15 全国甲烷排放 34287 100.00 注：数据来源：《中华人民共和国气候变化初始国家信息通报》。 表 2 1994 年中国农业活动氧化亚氮排放 Table 2 N2O emission from agricultural activities in China in 1994 排放源类型 氧化亚氮 排放量/103t 占农业氧化亚氮 排放比例/％ 占全国氧化亚氮 排放比例/％ 农田直接排放 474 60.30 55.76 农田间接排放 154 19.53 18.12 放牧 110 14.03 12.94 粪便燃烧 1 0.10 0.12 动物粪便管理系统 44 5.56 5.18 田间焚烧秸秆 4 0.46 0.47 农业源合计 786 100.00 92.47 全国氧化亚氮排放 850 100.00 注：数据来源：《中华人民共和国气候变化初始国家信息通报》。 2 2.1 减缓温室气体排放的技术对策 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/d[15]。 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 2008 年 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 CH4 氧化菌对 CH4