运用生命周期评价方法评估奶牛养殖系统温室气体排放量

准确评估奶牛养殖系统温室气体排放量是寻求有效减排措施和引导奶牛养殖业低碳发展的基础。该文应用生命周期评价方法,结合中国奶牛养殖业现状,建立了奶牛养殖系统温室气体排放量评估方法;并以此方法分析了西安郊区典型的规模化奶牛场的奶牛养殖系统温室气体排放特点和排放量。结果表明,该奶牛养殖系统主要的温室气体排放环节是奶牛肠道发酵CH4排放、饲料生产与加工、粪便贮存,其排放量分别占整个系统的48.86%、18.97%和16.39%。主要排放的温室气体是CH4、N2O,排放量分别占整个系统的55.56%和26.9%。该奶牛养殖系统每生产1kg按脂肪和蛋白质纠正的原奶(FPCT)的温室气体排放量(以CO2当量计)为1.52kg,低于全球平均的混合饲养模式原奶生产的排放量,而高于欧洲国家原奶生产的排放水平,说明减排潜力还很大。通过改善饲料、改进粪便管理模式和肥料田间管理等措施均能够减少单个环节的温室气体排放量,而不同措施对整个系统减排的贡献率还应通过生命周期评价方法进行分析。因此,建议开展不同减排措施下的生命周期评估,以获得对系统减排更有效的措施。     

陕西关中地区冬小麦-夏玉米轮作系统生命周期评价

应用生命周期评价方法分别对陕西关中地区耕作方式存在差异的富平和杨凌两地的冬小麦-夏玉米轮作系统进行评价,分析了轮作系统生命周期对能源消耗、土地资源利用、水资源消耗、全球变暖、环境酸化、富营养化、水体毒性、土壤毒性和人体毒性的影响,得到两地的生态环境综合影响指数分别为0.166 9和0.378 8。富平县小麦、玉米秸秆皆还田,而杨凌区仅小麦秸秆还田,两地的主要环境影响潜在因素不同,分别是富营养化和水体毒性,在冬小麦-夏玉米轮作系统下,富营养化、水体毒性和环境酸化对整个生命周期的生态环境影响较大,富平、杨凌两地的生态环境影响指数分别是0.078 3、0.020 2、0.016 4和0.110 5、0.214 1、0.023 2。农作系统产生了大量引起环境酸化和富营养化的污染物,主要是由于施肥方式不科学和农药施用过量,化肥、农药利用率低,造成了严重的环境负担,因而实施配方施肥、推广低毒农药是降低关中地区冬小麦-夏玉米轮作系统生命周期的生态环境影响的关键。     

施肥与灌溉对甘肃省苜蓿碳足迹的影响

【目的】评估甘肃省苜蓿不同种植模式的碳足迹,探明温室气体的主要排放环节。分析施肥与灌溉对甘肃省苜蓿碳足迹的影响,评估可能的减排潜力,为甘肃省苜蓿生产的可持续发展提供理论依据。【方法】应用生命周期评价理论和IPCC（2006）田间温室气体计算方法,建立苜蓿碳足迹评估方法。通过调研甘肃省苜蓿主产区陇东、陇中和河西地区10个县区的苜蓿种植农户和农场,收集苜蓿的产量、化肥、灌溉等生产数据。根据施肥和灌溉水平及灌溉水源将甘肃省苜蓿种植模式分为4种,使用建立的苜蓿碳足迹评估方法和甘肃省苜蓿生产投入/产出数据,分析4种种植模式的碳足迹构成特点、施氮水平与灌溉对苜蓿干物质产量和碳足迹的影响特征。使用情景分析方法揭示氮肥减施、改进氮肥生产工艺、无机有机肥混施、滴灌和喷灌技术降低苜蓿种植过程温室气体排放的潜力。【结果】甘肃省苜蓿4种种植模式的碳足迹（以CO₂ eq计）从小到大依次为0.02（不施肥不灌溉模式,NFNI）、0.19（施肥不灌溉模式,SFNI）、0.22（施肥+河水灌溉模式,SFRI）、0.64（施肥+井灌模式,SFWI）kg CO₂ eq·kg^-1苜蓿干物质（DM）。SFNI模式除与SFRI模式之间碳足迹差异不显著外,与其他种植模式之间的差异均显著。不同种植模式之间的碳足迹构成环节和各环节对碳足迹的贡献率存在差异。NFNI模式的碳足迹主要由苜蓿残茬和农机使用两部分的排放组成;SFNI模式和SFRI模式碳足迹的主要产生环节是化肥生产和氮肥田间施用的排放,其次是农机使用;SFWI模式碳足迹的最大来源是灌溉耗电,其次为化肥生产和氮肥田间施用的排放。通过氮肥减施、无机有机肥混施、降低氮肥生产过程中排放可使甘肃省SFNI、SFRI和SFWI模式的苜蓿碳足迹分别降低10.0%-18.0%、-3.0%-8.0%和1.8%-5.8%。如果不考虑节水管材生产的额外温室气体排放,节水灌溉（喷灌和滴灌）可减少SFWI模式苜蓿碳足迹的12.7%-38.5%。【结论】甘肃省4种苜蓿种植模式的产量和碳足迹均存在差异,高投入高产出的SFWI模式的苜蓿产量最高,但碳足迹也显著高于其他模式。除NFNI模式外,其他3种模式均存在过量施肥现象。减施氮肥和降低氮肥生产过程中的温室气体排放均可降低甘肃省苜蓿生产的碳足迹;无机有机肥混施可以降低SFNI和SFRI模式的碳足迹,但同等施氮水平下,无机有机肥混施短期内会降低产量。因此,在保证一定产量同时降低温室气体排放量的目标下,有机肥和化肥混施的最佳比例及实际减排潜力仍需通过田间的长期试验进一步验证;节水灌溉是SFWI模式的主要减排措施,但节水灌溉所能带来的综合减排潜力仍需针对具体区域的田间节水试验和额外耗材带来的温室气体排放进一步评估。     

不同堆高奶牛粪便长期堆积过程中温室气体和氨排放特点

为定量评价牛粪长期堆积对大气环境的影响,分别采用静态箱-气相色谱和通气法测定了不同堆体高度(堆高)奶牛粪便41周堆积过程中CH_4、N_2O和NH33种气体的排放量,分析了堆高对3种气体累积排放量以及温室效应和PM2.5的影响。结果表明,堆高对温室气体和NH3累积排放量的影响差异显著。堆高25 cm的CH_4和N_2O累积排放量显著低于堆高50 cm,但堆高对NH3累积排放量的影响正好相反。奶牛粪便长期堆积过程中CH_4对温室效应贡献最大,贡献率为61.41%~63.97%,其次是N_2O,贡献率为32.71%~33.70%,NH3对温室效应的贡献很小,仅为2.33%~5.88%。堆高25 cm的堆体温室效应显著低于堆高50 cm。堆高25 cm的堆体对PM2.5的影响显著高于50 cm。     

奶牛场水冲粪-固液分离系统氨排放的季节变化特征

【目的】分析奶牛场水冲粪 固液分离系统在不同季节的氨排放特征及影响因素,为明确该系统的工艺改进方向和环境影响的定量评估提供依据。【方法】于2017-2018年,按季节（春季、夏季、秋季和冬季）在采用水冲粪 固液分离系统的奶牛场采集固液分离后的废水和粪渣,采用通气法测定废水和粪渣在贮存和堆积过程的氨排放速率,分析废水和粪渣及整个固液分离系统氨排放的季节变化特征。【结果】废水温度（-4.1~35 ℃）主要受气温影响,且与气温差异不明显,其变化存在显著的季节差异;而粪渣堆体温度（5.0~63 ℃）主要受堆体有机质降解程度的影响,与气温有明显差异,不同季节的粪渣在堆积前中期无明显的季节差异。废水贮存过程中pH呈波动变化,但长期处于8.0 左右,而堆积过程粪渣pH总体呈下降趋势。废水贮存过程中,氨排放速率主要受气温和废水pH影响,春季、夏季和秋季氨的排放高峰期分别集中于贮存中后期、前中期和前期,冬季无明显的排放高峰期;随着贮存时间推移,废水氨累积排放量呈增加趋势,至试验结束时（49 d）,NH₃累积排放量从高到低依次为夏季（177.24 mg/kg）、春季（168.13 mg/kg）、秋季（162.00 mg/kg）和冬季（144.93 mg/kg）。粪渣堆积过程中,氨排放速率受粪渣堆体温度、pH和翻堆频率的叠加影响。随着贮存时间推移,氨累积排放量呈增加趋势,至试验结束时（49 d）,春季、夏季、秋季和冬季的NH₃累积排放量分别为0.36,0.42,0.54,0.67 g/kg,与气温无直接关系。废水是水冲粪 固液分离系统氨排放的主要来源,占整个系统氨排放量的58%~83%。【结论】对于奶牛场水冲粪 固液分离系统而言,控制废水的氨排放,尤其是夏季废水贮存过程的氨排放是奶牛场减少粪污氨排放的关键环节,降低废水的pH可以显著降低废水贮存过程的氨排放。     

基于环境成本的规模化养猪场费用效益分析

【目的】将环境成本纳入分析范畴,对规模化养猪场进行效益分析,为全面揭示与评价养猪场的费用效益提供参考。【方法】根据环境价值理论和规模化养猪场的环境问题,构建规模化养猪场环境成本的计算方法;用构建的环境成本计算方法,计算陕西咸阳市某规模化养猪场2006年的环境成本,并对其进行了费用效益分析。【结果】该养猪场当年环境成本高达13万元多,其利润的50.2%以上是以环境损失为代价的,效费比低于1.07,利润较差的年份其效费比则更低。【结论】构建了基于环境成本的规模化养猪场费用效益分析方法,该方法能够全面揭示和评价养猪场的费用效益,有助于引导养猪场改善生产条件、减少资源消耗和环境损失。     

不同泌乳期奶牛粪便碳氮变化与温室气体排放特点研究

试验采集不同泌乳期(高产组、中产组、低产组)奶牛新鲜粪便进行90 d的自然堆积,用静态箱-气相色谱法测定了堆积过程中CO_2、CH_4和N_2O的排放量,并测定TOC、TN、NH_4~+-N和NO_3~--N的含量变化。结果表明,不同泌乳期奶牛粪便初始总有机碳、总氮和碳氮比存在差异,牛粪初始总有机碳和总氮含量从高到低依次为高产组、中产组和低产组,而总有机碳和全氮比值的大小排序则与此相反。这些差异导致牛粪堆积过程中温室气体排放量的差异,非CO_2温室气体CH_4和N_2O累积排放量及总温室气体排放量(以二氧化碳当量计,CO_2eq)大小顺序均为高产组、中产组、低产组,低产组总温室气体排放量显著低于高产组和中产组。3种气体中温室效应贡献最大的是CO_2,占总温室效应的一半以上,CH_4和N_2O的温室效应贡献相近,分别为20%~21%和17%~21%。堆积过程中3个处理N_2O-N的累积排放量与TN含量呈显著正相关关系,与碳氮比呈显著负相关关系;CH_4-C、CO_2-C、CO_2-C+CH_4-C累积排放量与牛粪TOC含量、碳氮比没有显著相关关系。与高产组和中产组比,低产组奶牛粪便在90 d的堆积试验结束后,损失较多的碳素而保留了较高的氮素。