肉牛养殖场尺度气体排放特征及其减排机制研究

Presently, the national methane (CH4), nitrous oxide (N2O) and ammonia (NH3) emissions from the beef production in China ranked in the very front at a respective global scale, which accounted for 46%, 15% and 25.6% of the respective total emissions from the entire animal production in China. However, no integrative mitigation strategies for such situation were provided up to now due to the lack of systematic investigations. Thus, the successful mitigation of gases emissions from the beef production in China became the perquisite condition to fulfill the target of the China 12th 5-year plan and the commitment in Copenhagen Conference. In this project, with the obtained specific characteristics and accurate emission estimates of methane, N2O and NH3, the relations of these gases emissions to the environmental and management factors including feed composition, nutrition characteristics, manure managements, manure chemical and physical properties and climatic characteristics will be specified; a prediction model at farm scale to evaluate gases emissions under various management conditions based on the observed relations will be established accordingly in order to investigate mitigation potentials of various practices proposed. This research is not only to provide techniques and recommendations for the sustainability of China beef production, and is also very helpful for the productions of dairy, pork, chicken layers and broilers, etc. in China.

目前，我国肉牛养殖业的甲烷、氧化亚氮和氨气的年排放总量均排在世界同行的前列，分别占我国畜牧业排放总量的46%、15%和25.6%。但我国在肉牛养殖业的气体排放方面的研究仍较薄弱，更没有形成系统有效的减排方案。因此，能否降低我国肉牛业温室气体和氨气排放已成为顺利实现"十二五规划"目标、完成我国哥本哈根会议承诺的重要前提条件。本研究拟选定采用不同类型管理方式（饲料、粪尿）的肉牛养殖场，在准确测定各排放源的甲烷、氧化亚氮和氨气排放特征与排放量的基础上，深入探讨上述各种气体排放与肉牛日粮配方及其营养特点、粪尿的管理方式、粪尿理化性质、气候条件等因素之间的数量关系；在此基础上，建立管理肉牛养殖场尺度气体排放的预测模型，并采用情景分析方法探讨各种措施的减排潜力。这不仅可为实现我国肉牛业温室气体减排目标提供思路和技术，同时也为奶牛、肉猪、肉鸡等其他养殖业的可持续发展提供重要的理论与方法。

目前，我国肉牛养殖业的甲烷、氧化亚氮和氨气的年排放总量均排在世界同行的前列，分别占我国畜牧业排放总量的46%、15%和25.6%。但我国在肉牛养殖业的气体排放方面的研究仍较薄弱，更没有形成系统有效的减排方案。本课题利用自行设计的自动采样系统与反演式气体扩散模型相结合的方法，测定了京津冀地区自由采食和限制性采食两种饲料管理方式下肉牛养殖场的氨、甲烷和氧化亚氮的排放特征。肉牛养殖场尺度的氨气、甲烷和氧化亚氮的排放均表现出明显日变化特征，其中氨和氧化亚氮均呈现出白天高、夜间低的特点，自由采食养殖方式下甲烷排放呈现单峰而限制性采食呈现出多峰型。京津冀地区的肉牛养殖场的氨排放因子为19.8 kg/head/yr，占饲料氮素投入的30%左右；甲烷的平均排放速率为198-230 g /head/d，其能量损失占饲料能量投入的6.8%，氧化亚氮排放速率为9.2-21.2 g/animal/d。室内培养表明，养殖场下垫面的使用年限对粪斑区和尿斑区温室气体和氨排放存在明显的影响。同时，本课题通过完善养殖业氨排放清单模型，即将饲料能量和氮素摄入与其温室气体排放相联系，证实我国畜禽养殖业个体小、干物质等摄入量低及单头污染物排放量低的特点，并探明近50年来我国奶牛和肉牛养殖业的温室气体排放主要以反刍排放过程为主，其反刍和粪尿的温室气体排放因子不断增加，但其生产单位畜产品的排放强度正在逐渐降低。情景分析表明，将以精饲料为主的配方调整为以粗饲料为主时，奶牛和肉牛的玉米消耗量可大幅度降低，但却会导致养殖业环节的温室气体排放升高，而由玉米消费量下降所引起的种植业温室气体和氨排放下降可能大幅度抵消养殖业温室气体排放的增加。综上，本研究初步探明了我国肉牛养殖业气体排放的基本特征，明确了我国肉牛养殖业温室气体和氨排放总量，揭示了饲料配方变化对粮食消耗量和温室气体排放的影响。这不仅可为实现我国肉牛业温室气体减排目标提供理论和数据支持，同时对奶牛、肉猪、肉鸡等其他养殖业的可持续发展具有重要参考价值。