張榮兵 曹鐘鑫 葉苗 羅煜 尹雙雙 李璇

摘要：以十堰市畜牧業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程中碳源和碳匯為研究對(duì)象，在參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)十堰市畜牧業(yè)生產(chǎn)全生命周期開展分析研究，選擇直接生產(chǎn)和輔助生產(chǎn)作為系統(tǒng)邊界，確定畜牧生產(chǎn)全過(guò)程CO2、CH4和N2O共3種主要溫室氣體的排放源，利用IPCC清單估算法和LCA模型對(duì)2011—2021年十堰市畜牧業(yè)生產(chǎn)碳排量、碳庫(kù)量進(jìn)行測(cè)算。結(jié)果顯示， 2011—2021年十堰市畜牧業(yè)全生命周期每年碳排放總量為11.24萬(wàn)～19.84萬(wàn)t，草地碳庫(kù)總量為83.86萬(wàn)～148.93萬(wàn)t，全生命周期每年碳凈排放總量為-132.48萬(wàn)～-64.08萬(wàn)t。另外，對(duì)實(shí)現(xiàn)畜牧業(yè)低碳發(fā)展的技術(shù)路徑和生態(tài)策略進(jìn)行了研究，以期為更好地推動(dòng)十堰市畜牧業(yè)低碳化和生態(tài)化發(fā)展，更好地實(shí)施節(jié)能減排和畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：畜牧業(yè)；碳源碳匯；低碳發(fā)展；技術(shù)路徑；生態(tài)策略；十堰市

中圖分類號(hào)：X321 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2023）11-0034-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2023.11.007 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Calculation of carbon sources and carbon sinks for animal husbandry in Shiyan City， and its technology path and ecological strategy for low-carbon development

ZHANG Rong-bing1， CAO Zhong-xin2， YE Miao3， LUO Yu1， YIN Shuang-shuang1， LI Xuan1

（1.Shiyan Animal Husbandry Technology Extension Station， Shiyan ?442000， Hubei， China； 2.Shiyan Animal Husbandry and Veterinary Service Center， Shiyan ?442000， Hubei， China； 3. Shiyan Animal Health Supervision Institute， Shiyan ?442000， Hubei， China）

Abstract： Taking the carbon source and carbon sink in the whole process of animal husbandry production in Shiyan City as the research object， and based on reference to relevant domestic and foreign literature， analysis and research on the whole life cycle of animal husbandry production in Shiyan City were conducted. Direct production and auxiliary production were selected as the system boundaries to determine the emission sources of the three main greenhouse gases （CO2， CH4 and N2O） in the whole process of livestock production， and the carbon emissions and carbon pools of animal husbandry production in Shiyan City from 2011 to 2021 were measured using IPCC inventory estimation method and the LCA model. The results showed that from 2011 to 2021， the total annual carbon emissions during the entire life cycle of animal husbandry in Shiyan City were 112 400 to 198 400 tons， the total grassland carbon pool was 838 600 to ? 1 489 300 tons， and the total annual net carbon emissions during the entire life cycle were -1 324 800 to -640 800 tons. In addition， the research on the technological path and ecological strategies for achieving low-carbon development of animal husbandry in Shiyan City was conducted， with the aim of providing a basis for better promoting low-carbon and ecological development of animal husbandry， and implementing energy conservation， emission reduction， and resource utilization of livestock and poultry waste.

Key words： animal husbandry； carbon sources and carbon sinks； low-carbon development； technology paths； ecological strategy； Shiyan City

溫室氣體的大量排放導(dǎo)致全球氣候變暖，因此，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、向低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型正成為世界各國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化的共識(shí)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大趨勢(shì)。畜牧業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是溫室氣體的一個(gè)重要來(lái)源。在應(yīng)對(duì)氣候變化的背景下，如何降低畜牧業(yè)碳排放、增強(qiáng)草牧業(yè)碳匯是畜牧業(yè)發(fā)展面臨的重要課題。本研究以十堰市畜牧業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程中二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亞氮（N2O）3種主要溫室氣體排放以及草地生物量碳庫(kù)、草地土壤碳庫(kù)為重點(diǎn)內(nèi)容，測(cè)算分析2011—2021年十堰市畜牧業(yè)碳排放和碳匯集產(chǎn)生、消長(zhǎng)、中和規(guī)律，并運(yùn)用動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)、動(dòng)物育種學(xué)、動(dòng)物繁殖學(xué)等畜牧學(xué)科基本原理以及生態(tài)學(xué)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)基本原理研究探討十堰市畜牧業(yè)低碳發(fā)展的技術(shù)路徑和生態(tài)策略。

1 碳源碳匯測(cè)算

基于生命周期評(píng)價(jià)（LCA）和過(guò)程評(píng)價(jià)理論，把十堰市畜牧業(yè)碳源分為直接碳源和間接碳源兩部分，直接碳源碳排放為畜禽呼吸系統(tǒng)CO2排放、畜禽消化系統(tǒng)CH4排放、畜禽糞尿管理環(huán)節(jié)CH4和N2O排放、畜禽飼養(yǎng)環(huán)節(jié)能源燃燒CO2排放，間接碳源碳排放為畜禽飼養(yǎng)環(huán)節(jié)電力消耗CO2排放，共6個(gè)系統(tǒng)邊界；把十堰市畜牧業(yè)碳匯分為草地牧草生物量碳匯和草地土壤碳匯2個(gè)系統(tǒng)邊界。參考IPCC（2006年）［1］推薦算法和姚成勝等［2］、孟祥海等［3］、胡向東等［4］的研究確定碳排放系數(shù)，再利用相關(guān)公式測(cè)算分析十堰市畜牧業(yè)碳源排碳量和碳匯固碳量。

1.1 測(cè)算方法

1.1.1 畜禽飼養(yǎng)量測(cè)算 十堰市畜禽飼養(yǎng)品種主要是生豬、肉牛、山羊、蛋雞、肉雜雞。其中，生豬、肉雜雞飼養(yǎng)周期分別為180、65 d，其余品種飼養(yǎng)期為 ? ? 1年及以上。為真實(shí)記錄畜禽飼養(yǎng)過(guò)程的碳足跡，區(qū)域內(nèi)畜禽年飼養(yǎng)量參照IPCC［1］推薦方法并結(jié)合十堰市畜禽養(yǎng)殖實(shí)際，采用當(dāng)年年末存欄量、當(dāng)年累計(jì)出欄量、當(dāng)年病死畜禽量之和計(jì)算而得。

[AAPi=i=1n（Bi+Si+Di）] （1）

式中，AAPi為第i類畜禽年飼養(yǎng)量；Bi為第i類畜禽當(dāng)年年末存欄量；Si為第i類畜禽當(dāng)年累計(jì)出欄量；Di為第i類畜禽當(dāng)年病死量；單位均為萬(wàn)頭或萬(wàn)只。

1.1.2 碳源排碳量測(cè)算

1）畜禽呼吸系統(tǒng)CO2排放。畜禽呼吸是機(jī)體不斷從外界環(huán)境吸入O2，并向外界環(huán)境排出CO2的過(guò)程。由于種畜禽體重相對(duì)穩(wěn)定，為便于測(cè)算，把畜禽呼吸系統(tǒng)CO2排放分為種畜禽呼吸系統(tǒng)排放和仔畜禽呼吸系統(tǒng)排放兩部分，種畜禽主要有生豬、肉牛、山羊，仔畜禽主要有生豬、肉牛、山羊、蛋雞、肉雜雞。

種畜禽呼吸系統(tǒng)CO2氣體排放：

[TCrs1=i=1nAAPi×MWi×（Ti×24）×（efi1109×44）×10-3] ?（2）

式中，TCrs1為種畜禽呼吸系統(tǒng)CO2排放量，單位為萬(wàn)t；i為畜禽種類；MWi為第i類種畜禽成熟體重，單位為kg（表1）；Ti為第i類種畜禽測(cè)算周期（種豬、種牛、種羊均為365 d，蛋雞為259 d）；efi1為第i類畜禽標(biāo)態(tài)安靜狀態(tài)下每千克體重每小時(shí)CO2排放量（表2）。

仔畜禽呼吸系統(tǒng)CO2排放量：根據(jù)仔畜禽初生重、平均日增重、飼養(yǎng)周期（表1），利用等差數(shù)列可推導(dǎo)建立如下公式。

[TCrs2=i=1n{AAPi×[FCi×BWi+2+FCi2×FCi×WGi]×24）×（efi1109×44）}×H-1i×10-3] ?（3）

式中，TCrs2為仔畜禽呼吸CO2排放量，單位為萬(wàn)t；FCi為第i類仔畜禽飼養(yǎng)周期，單位為d；BWi為第i類仔畜禽初生體重，單位為kg；WGi為第i類仔畜禽平均日增重，單位為kg；Hi為第i類仔畜禽飼養(yǎng)周期調(diào)節(jié)系數(shù)（若FCi≤365 d，則Hi=1；若FCi＞365 d，則Hi=FCi/365）。

2）畜禽消化系統(tǒng)CH4排放。畜禽胃腸發(fā)酵產(chǎn)生氣體主要為CH4，并通過(guò)噯氣、腸氣等形式排出體外，反芻家畜瘤胃產(chǎn)生的CH4占所有家畜胃腸產(chǎn)生CH4總量的80%以上，非反芻家畜（馬、騾、驢、豬等）胃腸產(chǎn)生CH4相對(duì)較少，禽類胃腸發(fā)酵產(chǎn)生CH4極少，不予考慮。

[TCsw=i=1nAAPi×Hi×efi2×10-3] （4）

式中，TCsw為畜禽消化系統(tǒng)產(chǎn)生CH4排放量，單位為萬(wàn)t；efi2為第i類畜禽胃腸發(fā)酵CH4排放系數(shù)（表2）。

3）畜禽糞尿管理環(huán)節(jié)CH4和N2O排放。畜禽糞尿在厭氧條件下主要產(chǎn)生CH4，在有氧條件下主要產(chǎn)生N2O，因此將畜禽糞尿管理環(huán)節(jié)碳排放分兩部分計(jì)算。

糞尿管理環(huán)節(jié)CH4排放：

[TCmc=i=1nAAPi×Hi×efi3×10-3] （5）

式中，TCmc為糞尿管理環(huán)節(jié)中CH4排放量，單位為萬(wàn)t；efi3為糞尿管理中第i類畜禽CH4排放系數(shù)（表2）。

糞尿管理環(huán)節(jié)N2O排放：

[TCmd=i=1nAAPi×Hi×efi4×10-3] （6）

式中，TCmd為糞尿管理環(huán)節(jié)中N2O排放量，單位為萬(wàn)t；efi4為糞尿管理中第i類畜禽N2O 排放系數(shù)（表2）。

4）畜禽飼養(yǎng)環(huán)節(jié)能源燃燒和電力消耗CO2排放。畜禽飼養(yǎng)環(huán)節(jié)能耗主要包括燃煤和耗電。燃煤是為了增加圈舍溫度，其碳排放為畜牧生產(chǎn)輔助系統(tǒng)CO2直接排放；耗電是為了照明、通風(fēng)、輔助加熱、飼料飼草加工等用電，其碳排放為畜牧生產(chǎn)輔助系統(tǒng)CO2間接排放。

[TCsc=i=1nHi×efi5×i=1nMi×efi6×10-6] （7）

式中，TCsc為畜禽飼養(yǎng)環(huán)節(jié)能耗CO2排放量，單位為萬(wàn)t；Ni、Mi分別為第i年畜牧生產(chǎn)中燃煤量和耗電量，單位分別為萬(wàn)t、kW·h；efi5為燃煤排放CO2系數(shù)，為1.98 t/t；efi6為耗電排放CO2系數(shù)，為0.97 t/（MW·h）。

5）碳源排碳總量公式（C總排）。

C總排=TCrs1＋TCrs2＋TCsw＋TCmc＋TCmd＋TCsc （8）

1.1.3 碳匯固碳量測(cè)算

1）草地牧草生物量碳庫(kù)量。根據(jù)IPCC（2006年）［1］推薦算法，參考米微等［5］、方精云等［6］的研究，十堰市草地地下部分生物量與地上部分生物量比例確定為4.0，牧草生物量干物質(zhì)轉(zhuǎn)換比確定為0.45，牧草生物量與碳量之間轉(zhuǎn)換比例確定為0.45。天然草地牧草產(chǎn)量采用《湖北草山草坡資源調(diào)查報(bào)告》（2019年）數(shù)據(jù)［7］，地上生物量鮮重取1.71 kg/m2。

[Ch=A×V×DM×（1+R）×CF×10-4] （9）

式中，Ch為保持相對(duì)類別土地上牧草生物量總碳量，單位為萬(wàn)t；A為保持相對(duì)類別草地面積，單位為hm2；V為牧草單位面積產(chǎn)量，單位為t/hm2；DM為牧草生物量干物質(zhì)轉(zhuǎn)換比例；R為地下部生物量與地上部生物量比值；CF為牧草生物量與碳量之間的轉(zhuǎn)換比例。

2） 草地土壤碳庫(kù)量。

[Ct=A×Sd×10-3] （10）

式中，Ct為保持相對(duì)類別土地碳貯總量，單位為萬(wàn)t；Sd為保持相對(duì)類別土地土壤有機(jī)碳密度，單位為kg/m2。

十堰市天然草地土地覆類型被認(rèn)定為有林草地，人工草地土地覆類型被認(rèn)定為草地，計(jì)算土壤有機(jī)碳密度時(shí)參考李克讓等［8］的研究，天然草地土壤有機(jī)碳密度取12.76 kg/m2，人工草地土壤有機(jī)碳密度取9.99 kg/m2。

3）碳匯固碳總量公式（C總匯）。

C總匯=Ch＋Ct ? ? （11）

1.1.4 碳凈排放公式 碳凈排放計(jì)算式如下。

C凈排=C總排－C總匯 （12）

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

畜禽（生豬、肉牛、山羊、家禽）年末存欄量和當(dāng)年出欄量數(shù)據(jù)來(lái)源于《十堰統(tǒng)計(jì)年鑒》，蛋雞、肉雜雞年末存欄量和當(dāng)年出欄量數(shù)據(jù)來(lái)源于畜牧部門直聯(lián)直報(bào)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，病死畜禽量數(shù)據(jù)來(lái)源于動(dòng)物疫病預(yù)防控制中心統(tǒng)計(jì)年報(bào)。草地?cái)?shù)據(jù)2016—2021年來(lái)源于農(nóng)業(yè)農(nóng)村部《畜牧業(yè)綜合信息平臺(tái)草業(yè)子平臺(tái)》，統(tǒng)計(jì)多年生人工牧草留床面積、一年生牧草種植面積、天然草地利用面積和牧草產(chǎn)量4個(gè)指標(biāo)；2011—2015年來(lái)源于畜牧部門專業(yè)統(tǒng)計(jì)年報(bào)。燃煤和電力消耗主要集中在肉雜雞規(guī)模場(chǎng)、蛋雞育雛場(chǎng)、生豬繁育場(chǎng)，其消耗量數(shù)據(jù)通過(guò)實(shí)地調(diào)查統(tǒng)計(jì)和結(jié)合專業(yè)統(tǒng)計(jì)年報(bào)推算獲取。

所有數(shù)據(jù)按相關(guān)公式統(tǒng)一計(jì)量單位后用Microsoft Excel軟件處理。

1.3 測(cè)算結(jié)果

1.3.1 碳源排放量 2011—2021年十堰市畜牧業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程中CO2、CH4和N2O這3種主要溫室氣體排放總量見表3。由表3可知，2011—2021年十堰市畜牧業(yè)全生命周期每年碳排放總量為11.24萬(wàn)～19.84萬(wàn)t，2020年最低，為11.24萬(wàn)t，2015年最高，為19.84萬(wàn)t。畜禽呼吸系統(tǒng)CO2排放占總排放量的43%～49%；能源燃燒CO2排放占總排放量的17%～29%；家畜消化系統(tǒng)CH4排放占總排放量的18%～24%，其中黃牛消化系統(tǒng)CH4排放占豬牛羊消化系統(tǒng)CH4總排放量的53%～67%；糞尿管理CH4和N2O排放分別占總排放量的7%～9%和2%～3%；電力消耗間接排放CO2占比很小，可忽略不計(jì)。

1.3.2 碳匯碳庫(kù)量 2011—2021年十堰市畜牧業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程中草地牧草生物量碳庫(kù)量和草地土壤碳庫(kù)量見表4。由表4可知，2011—2021年十堰市畜牧業(yè)每年草地碳庫(kù)總量為83.86萬(wàn)～148.93萬(wàn)t，2014年最低，為83.86萬(wàn)t，2017年最高，為148.93萬(wàn)t。

由碳源排碳量式（2）至式（6）可知，畜禽碳排放量與飼養(yǎng)周期、飼養(yǎng)量呈線性正相關(guān)，飼養(yǎng)周期越長(zhǎng)、飼養(yǎng)量越大，碳排放量越大，因此商品仔畜禽達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)出欄體重時(shí)應(yīng)及時(shí)出欄，既可提高飼料報(bào)酬率，亦可減少溫室氣體排放量。

1.4 不確定性分析

1.4.1 測(cè)算方法帶來(lái)的不確定性

1）種畜禽呼吸CO2排放量的測(cè)算沒(méi)有細(xì)分種公畜、空懷母畜和妊娠母畜，由于種母畜不同時(shí)期體重的變化會(huì)帶來(lái)呼吸CO2排放量的不同，由此測(cè)算結(jié)果存在不確定性。

2）CH4、N2O的排放采用IPCC推薦的排放因子測(cè)算法，由于畜禽個(gè)體、養(yǎng)殖場(chǎng)管理水平、糞尿管理方式等的差異會(huì)帶來(lái)飼料消化吸收率、飼料消耗量、有害氣體排放量的不同，用單一排放因子測(cè)算存在不確定性。

1.4.2 測(cè)算數(shù)據(jù)和參數(shù)帶來(lái)的不確定性

1）碳源排碳量和碳匯固碳量的測(cè)算中，相關(guān)參數(shù)、系數(shù)的設(shè)定多數(shù)參考IPCC推薦或相關(guān)研究文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，由于地域的差異帶來(lái)測(cè)算參數(shù)可能有一定偏差，測(cè)算結(jié)果存在不確定性。

2）碳匯固碳量的測(cè)算中，人工牧草沒(méi)有細(xì)分品種，只簡(jiǎn)單分為多年生和一年生2類，且牧草產(chǎn)量取類總量、天然草地單位牧草產(chǎn)量通過(guò)省內(nèi)臨近地區(qū)調(diào)研文獻(xiàn)獲取，對(duì)牧草生物量碳庫(kù)的測(cè)算存在不確定性。

2 低碳發(fā)展的技術(shù)路徑和生態(tài)策略

畜禽有機(jī)體以C、H、O、N、P、S等多種化學(xué)元素構(gòu)成，其中C、H、O、N、P含量最多，占總量的97%以上。根據(jù)質(zhì)量守恒理論，畜禽在采食飼料攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)保證機(jī)體生長(zhǎng)、維持和生產(chǎn)的生命活動(dòng)過(guò)程中，物質(zhì)C、N保持守恒，采食的C、N總量等于沉積的C、N量與排放的C、N量之和。C、N的沉積包括合成自身機(jī)體組織和生產(chǎn)畜禽產(chǎn)品（幼畜、蛋、奶、毛）；C、N的排放包括營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在體內(nèi)氧化分解產(chǎn)生的CO2、被消化分解的飼料在胃腸道發(fā)酵產(chǎn)生的CH4和CO2、飼料未被吸收部分及機(jī)體代謝產(chǎn)物產(chǎn)生的糞尿以糞C、糞N、尿酸、尿素形式排出體外以及體表脫落的細(xì)胞、體毛。即：

畜禽攝入飼料C=沉積C（機(jī)體組織、體外畜禽產(chǎn)品）＋排放C（呼吸道排放、消化泌尿道排泄、體表細(xì)胞體毛脫落）

畜禽攝入飼料N=沉積N（機(jī)體組織、體外畜禽產(chǎn)品）＋排放N（消化泌尿道排泄、體表細(xì)胞體毛脫落）

基于此，攝入一定量飼料C、N，實(shí)現(xiàn)畜禽沉積C、N最大化和排放C、N最小化，是實(shí)現(xiàn)畜牧業(yè)高效發(fā)展、低碳排放的根本思路。

2.1 動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)路徑

動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)是研究動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)需要以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與動(dòng)物生命活動(dòng)之間關(guān)系的學(xué)科。動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)是動(dòng)物攝取、消化、吸收、利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)一系列化學(xué)、物理及生理變化過(guò)程的總稱。畜牧業(yè)要實(shí)現(xiàn)低碳乃至零碳產(chǎn)業(yè)，動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)必須控制到從飼料到糞尿的全過(guò)程，在滿足動(dòng)物維持、生長(zhǎng)和生產(chǎn)需要的同時(shí)，盡量降低對(duì)環(huán)境的影響。

2.1.1 測(cè)定基本營(yíng)養(yǎng)需要，按需供給 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供給過(guò)剩是導(dǎo)致排泄量增加的直接原因。根據(jù)動(dòng)物不同生理階段代謝特點(diǎn)測(cè)定其營(yíng)養(yǎng)需要，采用分階段飼養(yǎng)、精準(zhǔn)飼喂技術(shù)，既能保證足夠的營(yíng)養(yǎng)供給又不造成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)浪費(fèi)和排泄量的增加。據(jù)袁森泉等［9］報(bào)道，動(dòng)物日糧的蛋白質(zhì)和氨基酸含量在逐漸增高，而且大多數(shù)飼料的蛋白質(zhì)含量都大大超過(guò)動(dòng)物的需要量，但只有小部分可沉積在動(dòng)物體內(nèi)，而大部分都會(huì)被排泄出來(lái)，在一個(gè)綜合性豬場(chǎng)這一部分高達(dá)70%以上（按每產(chǎn)1 kg豬肉耗料4 kg計(jì)算）。

2.1.2 科學(xué)配比飼料組分，提高消化吸收率 試驗(yàn)研究表明，利用理想蛋白質(zhì)、以可消化氨基酸配制日糧、添加酶制劑、添加微生態(tài)制劑、降低飼糧蛋白質(zhì)水平等飼料配制技術(shù)可大幅提高氮的沉積量，減少氮的排出量［9，10］。

王文君等［10］的研究表明，使用工業(yè)合成純氨基酸添加劑可以配制出氨基酸比例最佳且蛋白質(zhì)含量較低的新型日糧，同時(shí)日糧氮利用率升高，氮排出比傳統(tǒng)法降低50%。袁森泉等［9］的研究表明，肥育料中賴氨酸含量遠(yuǎn)高于1%，蛋白質(zhì)含量遠(yuǎn)高于20%。然而，假如日糧中蛋白質(zhì)飼料的消化率很高，則僅需1%賴氨酸和16%蛋白質(zhì)就已足夠。蛋白質(zhì)總量中約1/6是氮，故降低飼料中的蛋白質(zhì)含量就可較大程度地減少氮的排泄量（表5）。

將日糧中的蛋白質(zhì)含量從18%降低到16%，可以使肥育豬的氮排泄量減少15%，而將日糧蛋白質(zhì)含量從18%增加至24%，則氮排泄量可增加47%（表5）。李平化等［11］的研究表明，日糧干物質(zhì)的消化率從85%提高到90%，隨糞便排出的干物質(zhì)就可減少1/3。同樣也可算出日糧成分中被看作環(huán)境污染物（如氮和磷）的有關(guān)數(shù)據(jù)。

歐洲飼料聯(lián)合會(huì)（DLG，1995）指出，通過(guò)改進(jìn)畜牧生產(chǎn)可減少動(dòng)物氮排出量，以養(yǎng)豬生產(chǎn)為例，具體措施和成效見表6。

2.2 動(dòng)物育種學(xué)路徑

動(dòng)物育種學(xué)是應(yīng)用有關(guān)遺傳理論和選育技術(shù)來(lái)控制、改造動(dòng)物遺傳種性的一門學(xué)科，目的是提高動(dòng)物生產(chǎn)性能（包括繁殖力、生長(zhǎng)速度等），提高動(dòng)物抗病力，提高肉質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等。動(dòng)物生產(chǎn)性能越高、生產(chǎn)效率越高，每單位產(chǎn)品產(chǎn)生的碳排放越少。

IPCC調(diào)查報(bào)告顯示，提高家畜生產(chǎn)力可以減少動(dòng)物腸道CH4排放總量的10%～30%。汪開英等［12］的研究表明，美國(guó)2007年的奶牛頭數(shù)、飼料飼喂量和土地使用量分別只有1944年的21%、23%和10%，而奶牛單產(chǎn)是1944年的4.43倍。2007年奶牛的CO2排放當(dāng)量比1944年增加了近2倍，但由于奶牛頭數(shù)的大幅減少，奶牛單產(chǎn)的提高以及相應(yīng)的在飼料、水、土地等資源的使用上使得糞便產(chǎn)生的溫室氣體排放量只有1944年的36%，可見提高動(dòng)物生產(chǎn)力是減少動(dòng)物CH4排放的有效措施。

王晶晶等［13］的研究表明，全球豬肉生產(chǎn)的總體趨勢(shì)是培育具有更高生產(chǎn)效率和更高瘦肉率的種豬，育種重點(diǎn)仍然是提高豬的瘦肉率和生產(chǎn)效率，并給出了最近50年中豬遺傳改良變化趨勢(shì)，日增重幾乎翻了一倍，生產(chǎn)1 kg豬肉所需的飼料量從3.20 kg下降到2.15 kg。

目前育種工作的重點(diǎn)是投資回報(bào)率的最大化和生產(chǎn)效率提升最大化。這樣的遺傳改良方案在提高養(yǎng)豬生產(chǎn)效率的同時(shí)，降低了每生產(chǎn)1 kg豬肉對(duì)環(huán)境的影響。傳統(tǒng)的遺傳改良方案建立在最佳線性無(wú)偏預(yù)測(cè)（Best linear unbiased prediction，BLUP）方法得到的預(yù)測(cè)育種值上，通過(guò)這個(gè)方法，養(yǎng)豬生產(chǎn)效率得到持續(xù)的改良。但隨著新的育種技術(shù)的出現(xiàn)，例如基因組選擇，改良的速度會(huì)進(jìn)一步提高。王晶晶等［13］的研究表明，應(yīng)用基因組選擇進(jìn)行遺傳改良，豬肉生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)境影響將會(huì)在未來(lái)50年內(nèi)得到極大的降低。應(yīng)用基因組選擇技術(shù)后，總計(jì)會(huì)減少高達(dá)27%的溫室氣體排放量、44%的酸性氣體排放量和58%的富營(yíng)養(yǎng)物排放量。

2.3 動(dòng)物繁殖學(xué)路徑

動(dòng)物繁殖學(xué)是研究動(dòng)物生殖活動(dòng)及其調(diào)控規(guī)律和調(diào)控技術(shù)的學(xué)科，是加強(qiáng)畜禽品種改良、保證畜牧業(yè)優(yōu)質(zhì)高效發(fā)展的重要手段。在畜牧生產(chǎn)中，提高種畜禽繁殖力是擴(kuò)大畜禽數(shù)量、降低生產(chǎn)成本的基本手段，也是降低單位畜禽碳排放的有效措施。

畜禽繁殖力的高低體現(xiàn)在多方面，在實(shí)際生產(chǎn)中母畜禽年繁殖力可以認(rèn)為是1年的產(chǎn)仔成活數(shù)，即：

畜禽年繁殖力（X）=（365 d/繁殖周期）×產(chǎn)仔成活數(shù)

繁殖周期=妊娠期+空懷期

則商品仔畜禽飼養(yǎng)成本為：

Y=Ym/Xm+Yz

式中，Y為商品仔畜禽飼養(yǎng)成本；Ym為母畜禽飼養(yǎng)成本；Yz為商品仔畜禽的直接飼養(yǎng)成本；Xm為母畜禽的年繁殖力［14］。

同理商品仔畜禽碳排放為：

Yi=Yim/Xi+Yiz

式中，Yi為第i類商品仔畜禽碳排放；Yim為第i類母畜禽碳排放；Yiz為第i類商品仔畜禽的直接碳排放；Xi為第i類母畜禽的年繁殖力。

由上式可知，商品仔畜禽的碳排放與母畜禽年繁殖力呈線性負(fù)相關(guān)，母畜禽的年繁殖力越高，商品仔畜禽年碳排放越低，而母畜禽年繁殖力與繁殖周期呈線性負(fù)相關(guān)，與產(chǎn)仔成活數(shù)呈線性正相關(guān)，因此，縮短繁殖周期、提高產(chǎn)仔成活數(shù)可降低商品仔畜禽碳排放量。在畜牧生產(chǎn)中通過(guò)提高良種覆蓋率、優(yōu)化配種方式、縮短空懷期、采用超數(shù)排卵技術(shù)、提高受胎率和產(chǎn)仔成活率、提高育成率、淘汰不合格種畜禽等手段提高畜禽繁殖力、繁殖效率和生產(chǎn)性能，降低單位畜禽的碳排放量。

2.4 畜牧業(yè)清潔生產(chǎn)策略

清潔生產(chǎn)是指將綜合預(yù)防的環(huán)境保護(hù)策略持續(xù)應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品中，以期降低其危害人類健康和環(huán)境安全的風(fēng)險(xiǎn)。其實(shí)質(zhì)是一種物料和能耗最少的人類生產(chǎn)活動(dòng)的規(guī)劃和管理，將廢物減量化、資源化和無(wú)害化，同時(shí)充分滿足人類需要，使社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益最大化的一種生產(chǎn)模式。

畜牧業(yè)清潔生產(chǎn)是對(duì)畜牧業(yè)生產(chǎn)實(shí)行產(chǎn)前、產(chǎn)中全過(guò)程控制以減少?gòu)U棄物、污染物的生成和排放，降低畜牧生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響［15］。其包括3個(gè)方面內(nèi)容：一是創(chuàng)造一個(gè)適宜畜禽生長(zhǎng)、生產(chǎn)的微環(huán)境，提升動(dòng)物福利，提高養(yǎng)殖效益；二是合理管控養(yǎng)殖投入，科學(xué)管理養(yǎng)殖廢棄物，減少畜牧生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響；三是生產(chǎn)安全、營(yíng)養(yǎng)的畜禽產(chǎn)品。

2.4.1 正確選址，合理布局，科學(xué)設(shè)計(jì) 污染的環(huán)境不僅危害畜禽生長(zhǎng)發(fā)育，阻礙繁殖，使生產(chǎn)力下降，并誘發(fā)各種疾病以致其死亡，而且污染物質(zhì)在動(dòng)物體內(nèi)蓄積帶入畜禽產(chǎn)品可直接危害人的健康。因此，場(chǎng)址選擇要符合《畜牧法》《動(dòng)物防疫法》等法律法規(guī)要求，同時(shí)避開廢水、廢氣、廢渣等污染源，既不讓畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)成為環(huán)境的污染源，也不讓畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)受環(huán)境的污染；場(chǎng)房功能分區(qū)合理，布局協(xié)調(diào)統(tǒng)一，便于生產(chǎn)管理和疫病防控；圈舍空間符合標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)牢固，設(shè)計(jì)符合動(dòng)物環(huán)境衛(wèi)生學(xué)要求，能滿足畜禽生長(zhǎng)、發(fā)育、生產(chǎn)的最佳環(huán)境條件；場(chǎng)區(qū)綠化，改善場(chǎng)區(qū)小氣候，凈化場(chǎng)區(qū)微環(huán)境，在畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)四周、道路兩旁栽植灰木蓮、馬尾松、厚莢相思等優(yōu)良碳匯樹種形成隔離帶，不僅能減少場(chǎng)內(nèi)臭味外逸，吸附空氣中的微粒和微生物，減輕外界噪音，還能發(fā)揮生物量碳匯作用。

養(yǎng)殖場(chǎng)建造要做到場(chǎng)房設(shè)施、防疫設(shè)施、廢棄物處理設(shè)施、循環(huán)利用設(shè)施、場(chǎng)區(qū)綠化同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工、同時(shí)投入使用。

2.4.2 精準(zhǔn)飼喂，安全投入，科學(xué)管理 按畜禽不同生理階段的營(yíng)養(yǎng)需要實(shí)施分階段飼喂，飼料品質(zhì)安全可控、科學(xué)營(yíng)養(yǎng)、無(wú)毒無(wú)抗，疫病防控遵規(guī)守章，養(yǎng)殖廢棄物收集處理科學(xué)無(wú)害等，達(dá)到節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)、低碳發(fā)展的目的。

2.5 畜牧業(yè)生態(tài)循環(huán)策略

生態(tài)循環(huán)是指生態(tài)系統(tǒng)中生物同環(huán)境以及不同種群生物之間不斷進(jìn)行物質(zhì)交換和能量流動(dòng)的過(guò)程。畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)屬人工生態(tài)系統(tǒng)，畜禽作為消費(fèi)者通過(guò)牧草、飼料獲得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能量完成個(gè)體生長(zhǎng)及生產(chǎn)，并向環(huán)境排泄糞、尿等有機(jī)質(zhì)廢棄物，根據(jù)生態(tài)學(xué)基本原理，對(duì)畜禽糞尿等有機(jī)質(zhì)廢棄物的分解利用是完成生態(tài)循環(huán)的必要環(huán)節(jié)，是維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)完整和平衡的必要過(guò)程。因此，對(duì)畜禽養(yǎng)殖廢棄物的管控、處理和利用是維持畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)生態(tài)系統(tǒng)乃至生物圈這個(gè)地球最大生態(tài)系統(tǒng)保持生態(tài)平衡的重要舉措，只有發(fā)展生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)才是實(shí)現(xiàn)這一舉措的有效策略。

生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)是運(yùn)用生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)基本原理和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)，調(diào)整和優(yōu)化農(nóng)業(yè)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高農(nóng)業(yè)系統(tǒng)物質(zhì)和能量的多級(jí)循環(huán)利用，最大限度降低對(duì)環(huán)境影響的一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式。循環(huán)農(nóng)業(yè)通過(guò)對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與綜合管理，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)投入資源和可再生資源的高效利用，最大程度地減少污染物的排放，是農(nóng)業(yè)應(yīng)對(duì)節(jié)能減排和促進(jìn)低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要途徑［16］。Liu等［17］為研究畜禽糞肥在生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)中對(duì)農(nóng)田固碳潛力和糧食產(chǎn)量的影響，在中國(guó)東部溫帶農(nóng)村設(shè)計(jì)了一個(gè)生態(tài)循環(huán)農(nóng)場(chǎng)，用玉米秸稈飼養(yǎng)肉牛，將腐熟后的牛糞施入冬小麥-夏玉米輪作農(nóng)田中，結(jié)果表明，用有機(jī)肥替代化肥可顯著減少溫帶農(nóng)田溫室氣體排放量，同時(shí)施用有機(jī)肥還增加了土壤肥力，進(jìn)而提高了小麥和玉米產(chǎn)量。十堰市2021年畜禽糞肥產(chǎn)生量為8 068.96萬(wàn)t，耕地面積為21.93萬(wàn)hm2，若糞肥替代全部化肥返田可減少碳排放192.98萬(wàn)t；2021年十堰市有7.19萬(wàn)m3沼氣工程，年產(chǎn)沼氣647.1萬(wàn)m3，按0.714 kg標(biāo)準(zhǔn)煤/m3沼氣和70%使用率折算，相當(dāng)于減少0.32萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤使用量，可減少0.86萬(wàn)t碳排放量。

目前生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)模式眾多，在實(shí)際生產(chǎn)中不宜生搬硬套，應(yīng)遵循“整體、協(xié)調(diào)、循環(huán)、再生”的原則，必須和當(dāng)?shù)刭Y源相結(jié)合，因地制宜，按照畜禽排泄物產(chǎn)生量和環(huán)境容納量相匹配的原則，以《畜禽糞便還田技術(shù)規(guī)范》（GB/T25246—2010）、《肥料合理使用準(zhǔn)則 有機(jī)肥料》（NY/T1868—2021）為指南，科學(xué)合理確定糞肥施用的數(shù)量、時(shí)間和方法，就近高效消納畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的糞污?；谑呤猩搅置娣e大、耕地面積少、人口居住集中、畜禽養(yǎng)殖規(guī)模不大等特點(diǎn)，適宜對(duì)“農(nóng)、林、牧、草、園”進(jìn)行有機(jī)組合、科學(xué)布局，形成多種群、多層次、多產(chǎn)業(yè)、多效益的人工復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，在生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)、多產(chǎn)融合農(nóng)業(yè)、旅游觀光農(nóng)業(yè)、優(yōu)質(zhì)精致農(nóng)業(yè)等方面打造典范。

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