劉曉潔 胡兆民 鄧祥征 岳天祥 孫志剛 董金瑋 郭金花

1 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京,100101 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京,100049 3 中國(guó)科學(xué)院植物研究所生態(tài)草牧業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室,北京,100093

0 引言

2020年9月22日,國(guó)家主席習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上宣布我國(guó)將力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到碳達(dá)峰,努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo).“碳中和”是指在規(guī)定時(shí)期內(nèi)人為二氧化碳(CO2)移除在全球范圍抵消人為CO2排放時(shí),可實(shí)現(xiàn)CO2凈零排放,也稱之為“CO2凈零排放”[1].畜牧業(yè)是重要的溫室氣體排放來(lái)源,排放量占全球溫室氣體排放總量的18%[2],其中牛、羊等草食反芻牲畜排放量占畜牧業(yè)總排放量的55.2%[3].我國(guó)擁有60億畝草地,除用于發(fā)展草食畜牧業(yè)外,它還發(fā)揮著碳匯的重要功能.因此,探索碳中和目標(biāo)下生態(tài)草牧業(yè)(Grass-based Livestock Husbandry,GLiH)的高質(zhì)量發(fā)展至關(guān)重要.

生態(tài)草牧業(yè)是指通過(guò)天然草地管理和人工種草,經(jīng)合適的技術(shù)加工獲取優(yōu)質(zhì)高效的飼草料,進(jìn)行畜牧養(yǎng)殖和加工的生產(chǎn)體系，它強(qiáng)調(diào)的是草-畜結(jié)合、草-畜協(xié)調(diào)、草-畜互為依存,生產(chǎn)功能和生態(tài)功能的統(tǒng)一和雙贏[4].從全生命周期角度來(lái)看,生態(tài)草牧業(yè)碳排放邊界與國(guó)際畜牧業(yè)碳排放研究邊界較為近似,不僅包括草地碳匯,以及制草、養(yǎng)畜等生產(chǎn)過(guò)程溫室氣體排放,還應(yīng)包括飼草料加工、畜產(chǎn)品運(yùn)輸、消費(fèi)和廢棄物處理等各個(gè)環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的溫室氣體.以二氧化碳當(dāng)量(CO2e)計(jì)算,畜牧業(yè)溫室氣體排放高達(dá)71億t,其中飼料生產(chǎn)和加工環(huán)節(jié)占畜牧業(yè)總排放量的45%,奶牛在消化過(guò)程中產(chǎn)出的溫室氣體占39%,糞肥腐解過(guò)程產(chǎn)生的溫室氣體占10%,剩余部分來(lái)自動(dòng)物產(chǎn)品的加工和運(yùn)輸[5].我國(guó)草地植被碳儲(chǔ)量約占全球植被碳儲(chǔ)量的1.3%～11.3%,草地土壤碳儲(chǔ)量約占全球土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的9.7%～22.5%.然而,由于自然因素的影響和人為因素的干擾,草地生態(tài)受到嚴(yán)重破壞,草地碳儲(chǔ)量下降.

目前,我國(guó)對(duì)畜牧業(yè)溫室氣體排放核算,并未將畜產(chǎn)品加工、儲(chǔ)存、運(yùn)輸及廢棄物處理等環(huán)節(jié)納入進(jìn)來(lái),而是將其分別納入工業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè).從全生命周期角度,需要對(duì)生態(tài)草牧業(yè)研究范圍進(jìn)行重新界定,需要對(duì)牧草種植和飼草加工、畜牧養(yǎng)殖、畜產(chǎn)品加工與運(yùn)輸、消費(fèi)及廢棄物處理等環(huán)節(jié)進(jìn)行全方位分析.物質(zhì)流分析(Material Flow Analysis,MFA)是一種根據(jù)物質(zhì)守恒定律,系統(tǒng)且定量地評(píng)估具有時(shí)空邊界的社會(huì)-環(huán)境系統(tǒng)中物質(zhì)的存量和流量,從而追蹤物質(zhì)在該系統(tǒng)中流動(dòng)的源、路徑和匯的研究方法[6-7].利用物質(zhì)流分析法,構(gòu)建生態(tài)草牧業(yè)研究框架,可以追蹤不同資源要素流動(dòng)全過(guò)程,理解草牧業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈物質(zhì)循環(huán)利用機(jī)理,為開(kāi)展草牧業(yè)系統(tǒng)多要素和多流融合研究提供理論框架.

本文從生命周期角度提出生態(tài)草牧業(yè)物質(zhì)流研究框架,分析框架內(nèi)相關(guān)物質(zhì)和能源的生命周期循環(huán)和規(guī)律;基于研究框架,梳理文獻(xiàn)識(shí)別草牧業(yè)不同環(huán)節(jié)碳匯和碳源的特征、影響因素和存在的問(wèn)題;通過(guò)分析生態(tài)草牧業(yè)提升固碳能力和減少碳排放的主要途徑,提出氣候變化下生態(tài)草牧業(yè)的發(fā)展方向和應(yīng)對(duì)之策,為我國(guó)生態(tài)草牧業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和高質(zhì)量發(fā)展提供理論依據(jù).

1 基于物質(zhì)流分析法的生態(tài)草牧業(yè)研究框架

本文將生態(tài)草牧業(yè)劃分為4個(gè)階段、5種流和2個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程(圖1).

圖1 基于物質(zhì)流分析方法的生態(tài)草牧業(yè)研究框架

1)4個(gè)階段:牧草種植和飼草加工(P1)，畜牧養(yǎng)殖、畜產(chǎn)品加工和運(yùn)輸(P2)，消費(fèi)(P3)到廢棄物管理(P4);

2)5種流:物質(zhì)及能量流、貿(mào)易流、價(jià)值流、環(huán)境流和生態(tài)服務(wù)流;

3)2個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程:草牧業(yè)系統(tǒng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過(guò)程(P1—P4)與市場(chǎng)交換過(guò)程(M1—M5).轉(zhuǎn)化過(guò)程用于刻畫(huà)投入與產(chǎn)出平衡,市場(chǎng)交換過(guò)程則在貿(mào)易流、價(jià)值流、國(guó)內(nèi)物質(zhì)和能量流的共同作用下刻畫(huà)物質(zhì)與產(chǎn)品供需平衡.

根據(jù)草牧業(yè)物質(zhì)流分析中的轉(zhuǎn)化過(guò)程,將4個(gè)階段劃分為7個(gè)環(huán)節(jié).從牧草種植(P11)生命周期起始到飼草加工(P12),到畜牧養(yǎng)殖(P21)和畜產(chǎn)品加工(P22),經(jīng)過(guò)運(yùn)輸環(huán)節(jié)(P23)到消費(fèi)(P3),最后以廢棄物處理(P4)作為草牧業(yè)生命周期結(jié)束.

5種流具體描述如下:

1)物質(zhì)及能量流,指在草牧業(yè)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)所發(fā)生的要素投入、半成品和成品的流動(dòng),旨在研究草牧業(yè)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)、能量和元素流量、存量及其平衡關(guān)系.

2)貿(mào)易流,指為實(shí)現(xiàn)草牧業(yè)系統(tǒng)供需平衡而產(chǎn)生的物質(zhì)和能量流動(dòng),旨在刻畫(huà)貿(mào)易總量和結(jié)構(gòu)變化對(duì)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)流動(dòng)和能量流動(dòng)的影響.

3)價(jià)值流,指從草牧業(yè)投入要素轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂卯a(chǎn)品、到廢棄并為其賦予價(jià)值的全部活動(dòng).產(chǎn)品在使用之前價(jià)值流與物質(zhì)、能量流流動(dòng)方向相反,在使用后,考慮到廢棄物處理消費(fèi)者付費(fèi)原則,價(jià)值流與物質(zhì)、能量流流動(dòng)方向相同.

4)環(huán)境流,指在草牧業(yè)全生命周期過(guò)程中所發(fā)生的環(huán)境排放,包括碳排放等,旨在研究草牧業(yè)系統(tǒng)生產(chǎn)效率及其資源環(huán)境影響.

5)生態(tài)服務(wù)流,指牧草在保護(hù)草地生態(tài)系統(tǒng)的同時(shí),對(duì)于草地生產(chǎn)力的提高.旨在解決我國(guó)人畜爭(zhēng)糧、飼草料供給不足問(wèn)題.

4種庫(kù)描述如下:

1)牧草品種庫(kù),指優(yōu)質(zhì)牧草品種培育與儲(chǔ)備,旨在選育和儲(chǔ)備適宜種植的優(yōu)質(zhì)牧草品種資源;

2)飼草料庫(kù),指供畜牧養(yǎng)殖所需而儲(chǔ)備的飼草料,旨在解決牧區(qū)因冬季雪災(zāi)或歉年導(dǎo)致飼草不足的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的飼草供給;

3)畜牧養(yǎng)殖庫(kù),指畜牧養(yǎng)殖的存欄量,旨在保證畜產(chǎn)品的市場(chǎng)穩(wěn)定供給,側(cè)面反映草牧業(yè)發(fā)展水平;

4)畜產(chǎn)品庫(kù),指在加工、運(yùn)輸、消費(fèi)等流通環(huán)節(jié)中畜產(chǎn)品的儲(chǔ)備,旨在滿足畜產(chǎn)品加工和人類消費(fèi)市場(chǎng)需求.

從物質(zhì)流角度分析,庫(kù)即系統(tǒng)的“存量”.從全產(chǎn)業(yè)鏈角度,庫(kù)的作用可以充分協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)上下游不同環(huán)節(jié),對(duì)抵御市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)沖擊和產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義.

2 生態(tài)草牧業(yè)不同環(huán)節(jié)的碳匯與碳源分析

生態(tài)草牧業(yè)中既有從大氣中吸收CO2的碳匯,也有向大氣釋放CO2的碳源,涉及環(huán)節(jié)多鏈條長(zhǎng)、過(guò)程復(fù)雜.碳匯包括有機(jī)碳固定和土壤固碳.有機(jī)碳固定是指天然草地、人工種植的苜蓿和燕麥草，以及玉米和大豆等綠色植物從空氣中獲取CO2,經(jīng)過(guò)光合作用轉(zhuǎn)化為葡萄糖,再合成為植物體的碳化合物,經(jīng)過(guò)食物鏈的傳遞,成為動(dòng)物體的碳化合物[8].土壤固碳是指采用退牧還草、退耕還林還草和草原修復(fù)生態(tài)工程等相應(yīng)管理措施來(lái)提高土壤中的有機(jī)和無(wú)機(jī)碳含量,將大氣中的二氧化碳固持在土壤碳庫(kù)中.碳源包括飼草料種植環(huán)節(jié)化肥、農(nóng)藥投入和農(nóng)業(yè)機(jī)械使用過(guò)程中化石燃料燃燒、飼草料加工環(huán)節(jié)能源投入、畜牧養(yǎng)殖環(huán)節(jié)CH4和N2O等溫室氣體排放和養(yǎng)殖管理過(guò)程中化石燃料消耗，以及畜產(chǎn)品加工、運(yùn)輸、消費(fèi)和廢棄物處理過(guò)程需要的能源投入(圖2).

圖2 生態(tài)草牧業(yè)碳匯、碳源分析

2.1 天然草地P11:生態(tài)草牧業(yè)的固碳主體

草地作為陸地生態(tài)系統(tǒng)重要的碳庫(kù),具備強(qiáng)大的碳匯功能.我國(guó)天然草地總碳儲(chǔ)量為28.95 Pg,其中,植被碳儲(chǔ)量為1.82 Pg(以C計(jì)),土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量為27.13 Pg(以C計(jì))[9].健康的天然草地生態(tài)系統(tǒng)多表現(xiàn)為碳匯,具有較好的固碳能力和完整的生態(tài)、生產(chǎn)功能.在干旱、風(fēng)沙、洪澇、鹽堿和地下水位變化等自然因素,以及過(guò)度放牧刈割、樵采等人為因素的影響下,草地可能發(fā)生嚴(yán)重退化,喪失原有生態(tài)功能和生產(chǎn)性能,并從碳匯轉(zhuǎn)變?yōu)樘荚?這一轉(zhuǎn)變主要?dú)w咎于嚴(yán)重退化的草地生態(tài)系統(tǒng),生產(chǎn)力大幅下降,造成植被對(duì)大氣中CO2同化和固定能力的損失.同時(shí)生態(tài)系統(tǒng)地下部分的根系生物量萎縮減少、土壤有機(jī)碳含量大幅下降,使得土壤碳庫(kù)迅速流失,失去原有的固碳能力(圖3).

圖3 草地退化導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)源匯功能逆轉(zhuǎn)

然而,全國(guó)90%的天然草地發(fā)生退化造成草地植被覆蓋率下降,降低了草地固碳能力[10].典型草原開(kāi)墾35年后,其土壤和根系有機(jī)碳截存比圍封草地分別降低了37.9%和70.8%[11].近40年來(lái)的過(guò)度放牧使草地表層土壤中碳貯量降低了12.1%[12].另外，草地系統(tǒng)對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)也可能影響其碳源匯功能的演變.如果未來(lái)全球氣溫升高2 ℃,青藏高原草地的土壤碳儲(chǔ)量將會(huì)下降10%,從而導(dǎo)致青藏高原生態(tài)系統(tǒng)由大氣CO2的匯轉(zhuǎn)變?yōu)樵碵13].

2.2 飼草料加工P12:飼草料用耕地中的碳排放源

目前國(guó)內(nèi)飼草料生產(chǎn)滿足不了養(yǎng)殖需求和飼料依賴進(jìn)口的窘境.苜蓿缺口為(130～430)萬(wàn)t,燕麥缺口為(30～89)萬(wàn)t[14].2017年我國(guó)燕麥和苜蓿進(jìn)口量分別為30.45萬(wàn)t和153.67萬(wàn)t,比2010年增加了4.3倍和5.7倍[15];大豆進(jìn)口量從2002年的1 131 萬(wàn)t一直增加到2019年的8 851萬(wàn)t,增加6.8倍;玉米進(jìn)口量2019年為479萬(wàn)t,比2018年增加了38.6%;飼料用魚(yú)粉進(jìn)口量常年維持在150萬(wàn)t左右,約占全球魚(yú)粉產(chǎn)量的30%(圖4,數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》).據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局資料顯示,2013年我國(guó)人工草地面積1.8億畝,僅為天然草地面積的3%.青飼料播種面積在1980—2018年期間增長(zhǎng)了10%.

圖4 2002—2019年我國(guó)主要飼料原料進(jìn)口

為提升牧草和飼料糧產(chǎn)量與品質(zhì),人工草地與青飼種植需要采取松耙、補(bǔ)播、施肥、灌溉等農(nóng)業(yè)技術(shù)措施,需要農(nóng)機(jī)、化肥和農(nóng)藥的投入.隨著消費(fèi)需求的進(jìn)一步增大,飼草料作物種植所需耕地將進(jìn)一步增長(zhǎng),溫室氣體排放問(wèn)題將越來(lái)越突出.發(fā)達(dá)國(guó)家十分重視人工草地和草畜產(chǎn)業(yè),畜牧業(yè)占農(nóng)業(yè)的比重普遍超過(guò)60%,草產(chǎn)業(yè)對(duì)畜牧業(yè)產(chǎn)值的貢獻(xiàn)率均超過(guò)60%.而我國(guó)畜牧業(yè)占農(nóng)業(yè)的比重為30%左右,草原畜牧業(yè)僅占全國(guó)畜牧業(yè)總產(chǎn)值的4%左右.建設(shè)優(yōu)質(zhì)高效低碳人工草地可以使飼草產(chǎn)量提高10～20倍,有望從根本上解決飼草料短缺的瓶頸,有效遏制過(guò)度放牧引起的草地大面積退化和生態(tài)功能衰退.

2.3 畜牧養(yǎng)殖P21:非二氧化碳溫室氣體排放的重要來(lái)源

我國(guó)畜牧業(yè)發(fā)展迅速.1980—2020年,肉類總產(chǎn)量增加了7倍,牛羊肉和牛奶的產(chǎn)量分別增加了15倍和29倍,比重也從6%增加至15%,增速遠(yuǎn)高于肉類和豬肉(圖5,數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》).畜牧養(yǎng)殖過(guò)程是農(nóng)業(yè)非二氧化碳溫室氣體主要的排放源,比重接近一半.自2005年以來(lái),聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)相繼發(fā)布《從畜牧業(yè)著手應(yīng)對(duì)氣候變化》、《反芻動(dòng)物供給鏈的溫室氣體排放》、《豬與雞供給鏈的溫室氣體排放》、《奶業(yè)溫室氣體排放》等14個(gè)相關(guān)報(bào)告.美、英、日等發(fā)達(dá)國(guó)家每年定期發(fā)布溫室氣體報(bào)告,其中2020年美國(guó)環(huán)境署發(fā)布的報(bào)告圍繞畜種和畜牧生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行了精細(xì)化測(cè)算.

圖5 1980—2020年我國(guó)肉類和牛奶產(chǎn)量情況

2010年我國(guó)的溫室氣體排放總量約為95.5億t CO2e,其中農(nóng)業(yè)活動(dòng)約占8.7%,畜牧業(yè)約占農(nóng)業(yè)的42.8%.甲烷和氧化亞氮排放主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)活動(dòng),占比高達(dá)40.5%和65.4%[16].畜禽養(yǎng)殖溫室氣體排放主要源自動(dòng)物的腸道發(fā)酵和糞便管理排放.其中：腸道發(fā)酵CH4排放占我國(guó)畜牧業(yè)溫室氣體排放總量的66.6%,糞便管理過(guò)程中的N2O和CH4排放占比分別為18.2%和15.1%;從畜禽種類來(lái)看,反芻動(dòng)物(牛、羊)為主要來(lái)源,排放占比高達(dá)72.4%[17].

2.4 畜產(chǎn)品加工與運(yùn)輸P22、P23:不容忽視的碳排放環(huán)節(jié)

畜禽屠宰加工環(huán)節(jié)的能源消耗所產(chǎn)生的溫室氣體排放屬于畜牧業(yè)間接的溫室氣體排放.根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)測(cè)算,全球動(dòng)物產(chǎn)品的加工和運(yùn)輸所產(chǎn)生的碳排放約占部門碳排放的10%.孟祥海等[3]根據(jù)FAO 2006年發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn),我國(guó)豬肉、牛肉、羊肉、禽肉、牛奶和禽蛋的屠宰加工耗能系數(shù)分別為3.76、4.37、10.4、2.59、1.12和8.16 MJ/kg.另外,畜產(chǎn)品加工環(huán)節(jié)的碳排放呈現(xiàn)逐年增加趨勢(shì)[3].農(nóng)產(chǎn)品加工二氧化碳排放的因素主要有碳排放強(qiáng)度、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、人口規(guī)模和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)4個(gè)因素[18].

冷鏈物流是畜產(chǎn)品重要的運(yùn)輸模式,其碳排放主要由車輛行駛和制冷機(jī)組在運(yùn)輸和卸貨過(guò)程中運(yùn)行所消耗的燃油產(chǎn)生[19-20].冷藏車類型、運(yùn)輸批量和轉(zhuǎn)運(yùn)配送方式是影響能源消耗的關(guān)鍵因素[21].冷鏈物流可以減少生鮮農(nóng)產(chǎn)品的運(yùn)輸損耗,減少的部分可以抵扣一部分碳排放,而當(dāng)運(yùn)輸過(guò)程的腐損率增加時(shí),相應(yīng)的冷鏈模式的碳足跡也會(huì)增加[22-25].

2.5 消費(fèi)P3:膳食結(jié)構(gòu)變化帶來(lái)的碳排放新挑戰(zhàn)

近30年來(lái)我國(guó)居民膳食結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生顯著變化:糧食消費(fèi)量明顯減少,肉、禽、蛋、奶類消費(fèi)持續(xù)增加.1981年我國(guó)居民家庭肉禽及制品、蛋類、奶類人均消費(fèi)量分別僅為16.7、4.9和6.4 kg,2019年相應(yīng)增加至37.7、10.7和12.5 kg.與之對(duì)應(yīng)的是,我國(guó)居民口糧消費(fèi)量呈現(xiàn)出快速下降趨勢(shì).1981—2019年間,人均口糧(原糧)消費(fèi)量從241 kg下降到130.1 kg,降幅達(dá)46.0%(圖6,數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》).隨著膳食結(jié)構(gòu)升級(jí),國(guó)民對(duì)營(yíng)養(yǎng)健康的剛性需求激增,對(duì)畜產(chǎn)品的消費(fèi)需求將不斷增加.

圖6 1980—2019年我國(guó)居民人均主要食物消費(fèi)量

在高化肥投入的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式、飲食結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，以及食物損失和浪費(fèi)行為等因素的綜合影響下,中國(guó)居民食品消費(fèi)造成的溫室氣體排放迅速增長(zhǎng)[26].由于消費(fèi)同重量的動(dòng)物性食物所產(chǎn)生的碳排放量高于植物性食物[27],飲食結(jié)構(gòu)演替成為中國(guó)居民食物消費(fèi)碳排放總量整體變化的主要驅(qū)動(dòng)因素[28].另外,《2018中國(guó)城市餐飲食物浪費(fèi)報(bào)告》指出,居民消費(fèi)42%的碳排放與食物消費(fèi)行為有直接或間接的關(guān)系,食物浪費(fèi)造成的溫室氣體排放占到食物領(lǐng)域總溫室氣體排放的11%～13%.

2.6 廢棄物處理P4:農(nóng)業(yè)廢棄物中最大的碳源

《第二次全國(guó)污染源普查公報(bào)》顯示,截止到2017年底,我國(guó)畜禽養(yǎng)殖糞污排放的化學(xué)需氧量(COD)達(dá)1 000.53萬(wàn)t,占農(nóng)業(yè)污染源排放總量的93.7%.《中華人民共和國(guó)氣候變化第三次國(guó)家信息通報(bào)》顯示,我國(guó)動(dòng)物糞便管理溫室氣體排放量為1.37億t CO2e,占畜牧業(yè)溫室氣體總排放量的16.6%[16].

畜禽糞便管理過(guò)程中的溫室氣體排放不僅與動(dòng)物養(yǎng)殖數(shù)量有關(guān),還與養(yǎng)殖方式、清糞工藝以及糞便貯存和處理工藝等密切相關(guān).畜禽糞便管理溫室氣體排放占農(nóng)業(yè)源排放比例呈現(xiàn)顯著增加的趨勢(shì),從1994年的5.3%逐漸增加到2014年的17.7%[29].我國(guó)養(yǎng)殖糞污的產(chǎn)生量大,且隨著畜牧業(yè)規(guī)?；讲粩嗵岣?單位動(dòng)物糞便管理溫室氣體排放強(qiáng)度也在逐年增加[30-31].

3 生態(tài)草牧業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和的主要途徑

要想實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo),必須提升草地生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力,同時(shí)減少草牧業(yè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的碳排放,從而實(shí)現(xiàn)碳源和碳匯的平衡.

3.1 固碳增匯:加強(qiáng)草地恢復(fù)和保護(hù)

嚴(yán)格推進(jìn)禁牧、休牧和劃區(qū)輪牧的三牧措施,實(shí)施退牧還草、退耕還草、天然草原治理等草原保護(hù)工程,提高草地生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力.截至2018年,我國(guó)落實(shí)禁牧休牧1.59億hm2,占草原總面積的40%.“十三五”時(shí)期,我國(guó)累計(jì)種草改良1.7億畝,草原禁牧面積12億畝,草畜平衡面積26億畝.“十四五”時(shí)期我國(guó)將繼續(xù)加強(qiáng)草原保護(hù)修復(fù),預(yù)計(jì)實(shí)施退化草原修復(fù)2.3億畝.各類草地保護(hù)與修復(fù)工程對(duì)草地固碳和碳匯功能具有積極作用,據(jù)測(cè)算，2003—2010年北方退牧還草工程區(qū)內(nèi)草地生態(tài)系統(tǒng)碳匯總量約為120.3±16.89 Tg,由于工程措施貢獻(xiàn)導(dǎo)致的草地生態(tài)系統(tǒng)碳累積量約為116.76±9.95 Tg.2003—2012年10年間圍欄建設(shè)工程固碳量約為54.6 Tg(40.8～68.7 Tg),補(bǔ)播工程固碳量約為20.9 Tg(14.1～28.1 Tg)[32].

3.2 養(yǎng)地提力:增強(qiáng)土壤固碳能力

積極推廣玉米與大豆輪作,實(shí)行秸稈“過(guò)腹還田”,增加土壤碳儲(chǔ)存和腐殖質(zhì).推廣深松深耕整地,提高土壤蓄水保肥能力.如果將我國(guó)1.2億hm2的農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)提高1%,則相當(dāng)于土壤從空氣中凈吸收二氧化碳306億t[33].積極鼓勵(lì)在鹽堿地等中低產(chǎn)田發(fā)展青貯玉米、飼料油菜、苜蓿、黑麥草、燕麥等優(yōu)質(zhì)牧草,提高土壤系統(tǒng)固碳能力.目前我國(guó)農(nóng)區(qū)草業(yè)的資源優(yōu)勢(shì)尚未得到有效發(fā)揮,若將我國(guó)中低產(chǎn)田、農(nóng)閑田、輪歇地、四邊地、灘海涂地、林(茶、果)間地等農(nóng)區(qū)土地利用面積提高5%,用于種植高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)牧草,可增收牧草干物質(zhì)1 420萬(wàn)t[34].如果按照家畜飼養(yǎng)羊單位需要660 kg牧草干物質(zhì)轉(zhuǎn)化的話,理論上可以增加羊單位2 150萬(wàn)個(gè),根據(jù)羊單位甲烷排放5 kg/a,可以實(shí)現(xiàn)甲烷減排10.75萬(wàn)t.

3.3 提質(zhì)增效:提高飼草料轉(zhuǎn)化率

發(fā)展?jié)M足當(dāng)?shù)匦笕盒枨鬄楹诵牡膬?yōu)質(zhì)草產(chǎn)品和TMR全混合日糧調(diào)制技術(shù),提高優(yōu)質(zhì)飼草的利用和轉(zhuǎn)化效率,降低單位畜產(chǎn)品碳排放量.由于胃腸道甲烷主要來(lái)自瘤胃微生物的發(fā)酵,因此改善飼糧營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)可有效降低胃腸道甲烷的排放量,其中飼糧精粗比是影響甲烷排放量的重要指標(biāo)[35].反芻動(dòng)物采食處理過(guò)的秸稈有效降低甲烷排放量[36].通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)荷蘭的泌乳牛日糧中,平均精粗料比為45∶55時(shí),隨著牧草質(zhì)量的提高,甲烷排放量有降低的趨勢(shì)[37].連鎖經(jīng)營(yíng)餐廳漢堡王的研究結(jié)果表明,在牛的飼料中添加檸檬草,可在其生命的最后3～4月內(nèi),將甲烷排放量減少33%[38].

3.4 綠色生態(tài):發(fā)展種養(yǎng)循環(huán)農(nóng)牧業(yè)

推進(jìn)畜禽糞污資源化利用.按減量化、資源化、無(wú)害化要求,深入開(kāi)展畜禽糞污資源化利用行動(dòng),加快推進(jìn)畜牧業(yè)綠色發(fā)展，積極構(gòu)建種養(yǎng)循環(huán)發(fā)展模式.根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部估算,全國(guó)每年產(chǎn)生畜禽糞污38億t,有機(jī)肥生產(chǎn)潛力約為12億t,可以抵扣部分替代化肥生產(chǎn)過(guò)程中的溫室氣體排放[39].采用有機(jī)肥替代化肥可顯著降低溫室氣體排放.將作物秸稈用于牛飼料,將堆肥后的牛糞返回農(nóng)田,可以提高土壤肥力[40].糞便循環(huán)利用后的土壤固碳量對(duì)整個(gè)過(guò)程的減排量的貢獻(xiàn)可以達(dá)到30%～55%[41].

3.5 低碳減排:提倡可持續(xù)健康飲食

以營(yíng)養(yǎng)健康為目標(biāo),合理引導(dǎo)肉類消費(fèi),適當(dāng)減少動(dòng)物性肉類食物消費(fèi),可以顯著減少溫室氣體排放.按照《中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng)發(fā)展綱要(2014—2020年)》推薦的食物消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)中肉類為29 kg,奶類36 kg,而目前我國(guó)居民人均畜禽肉類消費(fèi)高于推薦值,奶類消費(fèi)未達(dá)到推薦值.雖然奶類消費(fèi)的增加會(huì)增加溫室氣體的排放,但減少肉類消費(fèi)可以抵消增加的溫室氣體.綜合比較得出,基于中國(guó)居民膳食指南的膳食結(jié)構(gòu)調(diào)整后可以減少1.46億t的溫室氣體排放[42].2014—2018年間,我國(guó)食物消費(fèi)階段的食物浪費(fèi)碳足跡占整個(gè)食物供應(yīng)鏈的食物浪費(fèi)總量的51%,浪費(fèi)減量化可減低碳足跡1.28億t,可以抵消中國(guó)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)碳排放的19%[43].

4 碳中和目標(biāo)下生態(tài)草牧業(yè)發(fā)展策略

隨著肉蛋奶消費(fèi)需求的持續(xù)增長(zhǎng),實(shí)現(xiàn)生態(tài)草牧業(yè)碳中和壓力較大.本文建議從科學(xué)研究和戰(zhàn)略管理方面著重加強(qiáng)下述5個(gè)方面的工作.

4.1 加強(qiáng)天然草原的保護(hù)和合理利用,有效提高草地固碳能力

實(shí)施退牧還草、退耕還草、草原獎(jiǎng)補(bǔ)政策和天然草原治理工程,通過(guò)天然草原輪牧、休牧、禁牧、打草場(chǎng)輪刈等放牧管理模式和草畜平衡制度,促進(jìn)天然草原的合理利用;重點(diǎn)積極研發(fā)草地肥水耦合技術(shù)、有機(jī)無(wú)機(jī)平衡施肥技術(shù)、營(yíng)養(yǎng)繁殖體恢復(fù)技術(shù),為天然草原植被的改良和恢復(fù)提供技術(shù)支撐;采用松耙、切根、補(bǔ)播、施肥、封育、除雜、毒害草防治和蟲(chóng)鼠害防治等措管理措施,對(duì)天然草原進(jìn)行恢復(fù)和改良.

4.2 充分挖掘優(yōu)質(zhì)牧草潛力,優(yōu)化飼草資源配置和布局

利用中低產(chǎn)田、退耕地、鹽堿地、荒地等閑置土地資源和邊疆地區(qū)、貧困地區(qū)等邊際土地,充分挖掘苜蓿等優(yōu)質(zhì)牧草生產(chǎn)潛力;加強(qiáng)禾本科羊草、燕麥草等其他飼草資源開(kāi)發(fā)利用,實(shí)現(xiàn)“牧草替糧”與“草飼互補(bǔ)”齊頭并進(jìn);利用飼料間的組合效應(yīng),挖掘秸稈等副產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,緩解我國(guó)粗飼料資源短缺,促進(jìn)飼草作物種植與草食動(dòng)物養(yǎng)殖匹配發(fā)展.

4.3 加強(qiáng)減排關(guān)鍵技術(shù)或設(shè)備研發(fā),降低單位產(chǎn)量或畜產(chǎn)品的碳排放強(qiáng)度

通過(guò)提供補(bǔ)充飼料或使用飼料添加劑等方式改變飼料組成,提高飼草料轉(zhuǎn)化率或控制草食動(dòng)物瘤胃的腸道發(fā)酵活動(dòng),減少單位畜產(chǎn)品溫室氣體排放量;實(shí)施化肥減量增效技術(shù),開(kāi)發(fā)“零碳”肥料,提高牧草種植效率;加大畜禽糞污干濕分離技術(shù)的研發(fā),根據(jù)不同區(qū)域不同氣候,研發(fā)適宜的堆肥技術(shù)和還田方式,從源頭和循環(huán)利用協(xié)同減少溫室氣體排放;推廣環(huán)保節(jié)能新設(shè)備和低能耗冷鏈技術(shù),建立高效綠色低碳的物流體系.

4.4 積極實(shí)施綠色能源替代工程,減少或抵扣草牧業(yè)生產(chǎn)的碳排放

在加工環(huán)節(jié),加大清潔能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石能源的比例,促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)化轉(zhuǎn)型,發(fā)展綠色加工模式;在物流環(huán)節(jié),推動(dòng)電氣化新能源貨運(yùn)體系,減少化石燃料的消耗;在消費(fèi)環(huán)節(jié),改善飲食結(jié)構(gòu),推行食物碳標(biāo)簽標(biāo)志,引導(dǎo)低碳綠色消費(fèi)行為;在廢棄物處理環(huán)節(jié),開(kāi)展秸稈、畜禽糞便等廢棄物處理工程,減少畜牧養(yǎng)殖過(guò)程的溫室氣體排放.

4.5 設(shè)立重大科技創(chuàng)新專項(xiàng),支撐草牧業(yè)碳中和研究

建議設(shè)立專項(xiàng)開(kāi)展生態(tài)草牧業(yè)低碳研究,組織多部門形成研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行聯(lián)合技術(shù)攻關(guān),研發(fā)飼草料精細(xì)化加工技術(shù),創(chuàng)新廢棄物資源化利用技術(shù);開(kāi)展草牧業(yè)低碳綠色政策支持研究,制定減排固碳關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);集成生態(tài)草牧業(yè)溫室氣體減排固碳技術(shù)模式,開(kāi)展減排、固碳、能源替代等示范.