规模化奶牛场温室气体排放量评估孙亚男

第26卷第6期农业工程学报Vol.26No.62962010年6月TransactionsoftheCSAEJun.2010规模化奶牛场温室气体排放量评估孙亚男1，刘继军1,2※，马宗虎1（1．中国农业大学动物科技学院，北京100193；2．动物营养学国家重点实验室，北京100193）摘要：为了对组织层次上温室气体排放进行量化，为企业选择最有效的减排措施提供依据。该文以河北保定一规模化奶牛场为案例，利用气候变化框架公约（UNFCCC）清洁发展机制理事会批准的相关方法学、IPCC排放系数法及相关文献，在组织层次上量化了该奶牛场运行过程中的温室气体的排放与清除。案例研究结果表明，采用规模化运行管理方式及粪便管理系统时，该2300头存栏的奶牛场年排放温室气体为11333.2tCO2-e或者说每头存栏奶牛年排放温室气体4.9tCO2-e，并提出了组织温室气体的减排建议。这对同类牛场温室气体排放量的评估具有参考意义。关键词：温室气体，规模化奶牛场，估算，减排doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2010.06.052中图分类号：X51文献标识码：A文章编号：1002-6819(2010)-06-0296-06孙亚男，刘继军，马宗虎.规模化奶牛场温室气体排放量评估[J].农业工程学报，2010，26(6)：296－301.SunYa’nan,LiuJijun,MaZonghu.Evaluationofgreenhousegasemissionsfromscaledairyfarm[J].TransactionsoftheCSAE,2010,26(6):296－301.(inChinesewithEnglishabstract)0引言农业源排放的CO2、N2O、CH4已成为全球温室气体主要来源。其中畜牧业温室气体主要来自反刍动物瘤胃发酵、畜禽粪便处理过程中产生的CH4及粪便还田利用过程中直接或间接的N2O排放，成为农业温室气体排放的主要排放源[1]。据研究，全球养殖业中畜禽粪便甲烷排放总量约2000～3000万t/a，占已知人为甲烷年排放总量的5.5%～8%，占农业甲烷气体年排放的12%[2]。随着集约化畜牧业的发展，养殖场规模越来越大，其释放的温室气体也随之增加，导致的全球气候变暖等一系列严重问题引起了全世界各国的关注。2006年国际标准化组织环境管理技术委员会（ISO/TC207）发布了温室气体管理系列标准，包括3个部分，分别为：组织层次上的温室气体排放和清除的量化及报告的规范与指南、项目层次上的温室气体排放和清除的量化及报告的规范与指南和温室气体声明审定与核查的规范及指南。随着清洁发展机制（CDM）的发展，国内外学者进行了很多CDM项目层次上畜牧场的温室气体减排的研究，关注点集中在用厌氧—好氧粪污处理系统替代畜牧场的现有粪污管理方式所带来的减排效果上[4-8]。目前鲜有学者对养殖企业从组织层次上进行温室气体排放的评估。据统计，中国90%以上的大中型养殖场没有畜禽粪便处理设施，大量畜禽粪便不经任何处收稿日期：2009-11-12修订日期：2009-12-07基金项目：现代农业产业技术体系（奶牛）（nycytx-0402）作者简介：孙亚男（1985－），男，山东临沂人，研究方向为畜牧环境工程。北京中国农业大学动物科技学院，100193。Email:[e-mail]※通信作者：刘继军（1963－），男，吉林榆树人，副教授，研究方向为畜牧环境工程。北京中国农业大学动物科技学院，100193。Email:[e-mail]理，直接被排到蓄粪池，蓄粪池充满后自然溢流，粪便堆置过程产生的温室气体也未经任何处理便进入大气，造成了严重的环境污染[3]。所以养殖企业通过对粪便进行合理的管理以及有效实施温室气体减排项目，对控制温室气体的排放将具有重大意义。基于此，本文从组织（养殖企业）层次上量化规模奶牛场所产生的温室气体排放量，为评估温室气体的减排潜力提供依据。1组织案例及基本概念该规模奶牛场为私人企业，位于河北省保定市，年平均气温为12.7℃。牛场年平均存栏2300头，泌乳牛1320头，存栏牛的平均体质量为539kg，牛舍为双坡半开放式牛舍。饲养工艺采用散栏式饲养，TMR饲料搅拌车饲喂，年消耗青贮玉米等饲料原料16800t，牛奶用专用奶车运至奶站销售，集粪系统实行定时干清粪后经农用运输车运至蓄粪池贮存30～180d后，直接施用到农田。该牛场2008年各月运行过程中能源消耗量（电、柴油、煤）记录如表1。1）组织边界：组织（公司）运行过程中温室气体排放和吸收的边界[9]。本案例组织边界如图1所示。2）温室气体（greenhousegas，GHG）源：向大气中排放GHG的物理单元或过程[9]。本案例温室气体排放源包括直接GHG排放（奶牛肠道发酵产生甲烷、粪便贮存施用过程时产生的GHG排放、土地利用过程中的GHG排放）、能源间接GHG排放（组织运行过程中消耗能源所导致的温室气体排放）和其他间接GHG排放（其他组织负责的产品、原料、人员或废物的运输过程中产生的GHG排放）。3）温室气体汇（简称为GHG汇）：从大气中清除GHG的物理单元或过程[9]。本案例GHG汇包括奶牛场绿第6期孙亚男等：规模化奶牛场温室气体排放量评估297化植物对GHG的吸收。4）温室气体库（简称为GHG库）：有能力储存或积累GHG汇的生物圈、岩石圈或水圈中的物理单元或组成部分[9]。本案例不计量温室气体库。表1该奶牛场2008年能源消耗统计Table1Energyconsumptionstatisticsofdairyfarmin2008月份电/MW•h柴油/t煤/t178.17.634.1294.56.831.9371.75.228.6445.88.132559.19.921.9682.96.330.6788.65.929.8898.76.232.9984.65.628.61056.97.6321176.36.130.91282.95.732.5总计837.275.3333.2图1组织边界Fig.1Organizationboundary2排放量的估算方法2.1方法学的选择根据该组织的温室气体主要来源类型，采用联合国气候变化框架公约（unitednationsframeworkconventiononclimatechange，UNFCCC）颁布的整合方法学，ACM0010（2006）[10]、小项目方法学AMS-I.D.(Version13)-Gridconnectedrenewableelectricitygeneration[12]、AMS-I.C.(Version12)-Thermalenergyfortheuserwithorwithoutelectricity[15]，饲料道路运输温室气体排放参考ACM0006（生物质发电）（2006）方法学中运输秸秆耗用燃料产生GHG排放的计算方法[11]。2.2组织GHG源排放量估算2.2.1直接温室气体排放1）奶牛胃肠道发酵甲烷排放（BErumen）由于本养殖场的奶牛品种、体质量、饲料及产奶量已与西欧发达国家一致，因此，在估算排放量时采用了《IPCC2006指南》推荐的西欧国家奶牛温室气体排放因子[13]。rumenLTCHarumenCHEFNGWPBE44,,（1）式中：GWPCH4——甲烷全球升温潜能值，取21；BECH4,rumen,a——年奶牛胃肠道发酵CH4排放，t/a；NLT——年奶牛数量，用数字表示；EFrumen——每头奶牛胃肠道发酵CH4排放系数，kg/a。2）舍外粪便贮存系统甲烷排放（BECH4,liquid）根据方法学ACM0010（2006），粪便管理系统CH4排放利用下式进行计算444CH,liquid,aCHCHbj0,LTLTLT,aj%BEGWPDUFMCFBNVSMS（2）式中：BECH4,manure,a——年粪便管理系统甲烷排放，t/a；DCH4——甲烷密度（0.00067t/m3）；MCFj——牲畜粪污处理系统（AWMSj）甲烷转换因子；B0,LT——挥发性固体产生的最大甲烷生产潜值，m3/kg；VSLT,a——进入全部牲畜粪污处理系统（AWMSj）的每头牲畜年挥发性固体（干物质质量），kg/a；MS%j——进入j系统内的粪污的百分数；UFb——不确定性的修正因子（0.94）。VSLT,a=(Wsite/Wdefault)·VSdefault·nda（3）式中：Wsite——案例奶牛场奶牛平均质量，kg；Wdefault——奶牛的默认平均体质量，kg，本项目采用IPCC2006默认值；VSdefault——每头奶牛每日排泄的挥发性固体物的干质量，取《IPCC2006指南》[13]保守数值，kg/a；nda——第a年奶牛场运行的日数。公式（3）中的其他参数含义与公式（2）中的参数相同。3）舍外粪便贮存系统氧化亚氮排放（BEliquid,N2O）粪便管理系统中N2O的排放包括两个方面：一是蓄粪池的N2O排放，一是蓄粪池中的氮以NH3和NOx形式造成的N2O间接排放。22222NO,liquid,NONO-N,NNO,D,NO,ID,1·()1000aaaBEGWPCFEE（4）22NO,D,NO,DLTLTliquid··%aLTEEFNEXNMS（5）22NO,ID,gasmNO,IDLTLTliquid···%aLTEFEFNEXNMS（6）式中：BEN2O,a——年粪便管理系统N2O排放的CO2当量，t/a；GWPN2O——氧化亚氮的全球升温潜能值（取310）；CFN2O-N,N——N2O-N向N2O转换因子（44/28）；EN2O,D,a——年N2O的直接排放，kg/a；EN2O,ID,a——年N2O的间接排放，kg/a；EFN2O,D——蓄粪池粪便管理阶段的直接N2O排放因子，N2O-N/N(kg/kg)（EFN2O,D=0，选自《IPCC2006指南》）；EFN2O,ID——蓄粪池粪便管理阶段的间接N2O排放因子，N2O-N/N(kg/kg)（选自《IPCC2006指南》）（EFN2O,D=0.01）；NEXLT——每1000kg体质量奶牛的年平均氮排泄量，kg/a；MS%liquid——蓄粪池粪便管理方式利用百分率，%；Fgasm——粪便管理系统中以NH3和NOx形式挥发的氮的比例，参数选自《IPCC2006指南》（取40%）。项目活动所处理的总氮的排泄量（NEXsite）由下式进298农业工程学报2010年行估算sitesitedefaultdefault()NEXW/WNEX（7）式中：NEXsite——指定的畜群调节后的每头年平均排泄氮的数量，kg/a；Wsite——项目地区指定畜群年平均质量，kg；Wdefault——指定畜群默认的平均动物质量，kg；NEXdefault——指定的畜群每头排泄氮的数量默认值（IPCC2006），kg/a。但由于IPCC2006中对氮排泄默认值（Nrate,LT）是以每1000kg动物质量每天的氮排泄量来表示的，因此上式中提到的NEXdefault需要用下式来进行修正defaultrate,LTdefault·(/1000)365NEXNW（8）式中：Nrate,LT——每1000kg体质量默认排氮率，kg/d；Wdefault——指定畜群默认的平均动物质量，kg。4）舍内粪便贮存甲烷排放（BEB,CH4）4CH,rumen,LT1aBENEF（9）式中EF1——每头奶牛舍内粪便贮存CH4排放系数，kg/a。5）舍内粪便贮存氧化亚氮排放（BEB,N2O）22NO,landNO2LTLT1·LTLEGWPEFNEXN（10）式中EF2——每头奶牛舍内粪便贮存N2O排放系数，kg/a。6）土地利用过程甲烷排放（LEB,CH4）在一般管理情况下，牛粪最终施用到农田，造成温室气体的排放。土地利用过程甲烷排放，利用