温室气体来源范文

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通过对污水处理系统的有机物转化过程的追踪，确定了污水处理系统温室气体的直接排放源为污水处理过程有机物的降解。根据污水处理系统的温室气体排放与回收的实际情况，将污水处理系统中的温室气体排放分类具体到五类，分别为：物质类温室气体排放、能耗类温室气体排放、物耗类温室气体排放、碳汇类温室气体回收及资源类温室气体回收。分别对每类温室气体的排放及回收路径进行分析，得出了各类温室气体的排放及回收关键因素。

【关键词】

污水处理；温室气体

一、国内外污水处理系统碳排放现状

城镇污水处理行业是我国现代化进程中不可或缺的一部分，它承担着城镇污水处理和减排的重要作用，但是在运行过程中仍然不可避免会产生温室气体。我国目前已建成污水处理厂3136座，处理能力达10575万立方米/日，污水处理厂年电耗超过80亿KWh，并逐年呈2.7%的趋势增加。污水处理厂是削减COD最主要的手段，因此污水处理过程也产生了大量的碳排放。

碳排放是关于温室气体排放的一个总称或简称。温室气体中最主要的气体是二氧化碳，因此用碳（Carbon）一词作为代表。本文中的所提到的碳排放都指温室气体排放。城镇污水处理系统是一个不容忽视的较大的温室气体分散排放源，且城镇水处理系统中的温室气体排放是一个复杂的过程，都来自于一些分散的排放源。就污染物去除过程而言，主要有CO2、CH4和N2O的排放，对能量供给及物质消耗过程来说，能量及药品的生产与运输会引起CO2排放。

本章将采用污水处理系统过程碳追踪与碳平衡相结合的方法，研究城镇污水处理系统的碳循环与转化规律；并结合碳排放与碳减排，将污水处理系统的温室气体排放分为五类，针对每类温室气体排放，分析其温室气体排放或回收的路径，提出核算城镇污水处理系统碳排放的构成要素与关键指标，可以为建立城镇污水处理系统碳核算方法提供理论依据。

二、污水处理系统温室气体排放源清单的建立

大多学者将污水处理系统中温室气体的排放分为两类，一类是直接排放，指污水处理过程中在现场直接向大气中排放的CO2、CH4和N2O；另一类是间接排放，指污水处理所消耗的能量和物料的生产过程中在其生产场地及运输过程引起的温室气体排放。

由于目前温室气体减排工作已经在污水处理行业开展起来，在建立温室气体排放清单时，应将温室气体的减排量也纳入温室气体核算。目前，国际上主要从以下两个方面着手努力以控制大气中CO2等温室气体浓度的持续升高：一是减少温室气体排放，具体通过降低能耗、提高能效以及能源替代等途径来实现；二是通过生物措施增加温室气体吸收、固定，主要借助造林、再造林等措施来实现。

根据温室气体的排放途径及减排方式，将污水处理系统中温室气体的主要排放源分为五类：物质类温室气体排放，即污水处理系统中，由于有机物转化等直接引起的温室气体排放；能耗类温室气体排放，即污水处理系统中的总能耗，在生产过程中引起的温室气体排放；药耗类温室气体排放，即污水处理系统中的药品消耗，在其制作和运输过程中引起的温室气体排放；资源类温室气体回收，即由于污水处理系统的资源回收利用或者资源的节约，间接减少的温室气体排放；碳汇类温室气体回收，即污水处理系统中的污水生态处理工艺中，由于其主体植物生物固碳而引起的温室气体的回收。

其中，物质类温室气体排放主要来源于：污水生物处理过程有机物的好氧分解、污水生物处理过程微生物内源呼吸代谢、投加的外加碳源分解、污水生物处理过程有机物厌氧消化、生物处理过程的硝化反硝化、污泥厌氧消化、污泥好氧消化及污泥处置等有机物转化过程。能耗类温室气体排放主要来源于污水运输、污水提升、曝气及其它能源消耗。物耗类温室气体排放主要来源于污水处理系统中投加的消毒剂、外加碳源、混凝剂及其它药品的消耗。资源类温室气体回收主要来源于污水处理厂回收利用沼气抵消的部分能源消耗，污水处理系统的源头节水及尾水回用，实现了污水处理系统的低碳运行，可以减轻污水处理厂的处理负荷，并降低污水处理系统中市政污水运输及处理部分的能耗，间接减少了温室气体的排放。碳汇类温室气体回收主要来源于污水处理系统中稳定塘、人工湿地等污水生态处理工艺中，主体植物由于生物作用对温室气体的回收及固定。

三、污水处理系统温室气体排放路径及关键因素

矿物燃料燃烧的能源活动为CO2的主要排放源。矿物燃料在燃烧过程中，其中的大部分碳直接氧化成CO2。另有一部分碳虽然以CH、CH4和其它非甲烷碳氢化合物形式而排入大气，但一般经过8~10年的时间就能在大气中氧化成CO2。还有一部分碳则以机械不完全燃烧的形式损失掉。则能源的生产与利用是大气污染的主要产生源。

追溯到能源的产生环节，污水处理系统的所有能源消耗都会间接引起温室气体的排放，包括污水运输的能耗、污水处理的能耗及污泥处理处置的能耗。

其中污水处理的流程主要为提升格栅沉砂池初沉池生物处理池二沉池消毒，该过程有多处的能源消耗，总结如下：

①泵房

污水在运输到污水处理厂必须经过提升环节，泵房提升是耗能过程，其电耗一般占全厂电耗的15%~25%。

②格栅

栅渣的机械粉碎处理是耗能过程。

③沉砂池

能量消耗的主要是砂水分离器和吸砂机，以及曝气沉砂池的曝气系统，多尔沉砂池和钟式沉砂池的动力系统。

④初沉池

主要的能耗设备是排泥装置，比如链带式刮泥机，刮泥撇渣机，吸泥泵等。

⑤曝气系统

污水处理的好氧生物处理过程，需要进行曝气，曝气设施是好氧处理工艺中能耗最多的部分，是污水处理单元的能耗大户。鼓风曝气系统动力消耗量一般占全厂总电耗的40%~50%。

⑥二次沉淀池

能耗主要是用在污泥的抽吸和污水表面漂浮物的去除上，能耗相对较低。污泥处理处置的主要流程为浓缩消化脱水最终处置，该过程也将有大量的能源消耗，总结如下：

①污泥浓缩

污泥浓缩工艺主要有重力浓缩、气浮浓缩和机械浓缩等，其主要目的是缩小污泥的体积，为污泥进一步处理做好准备。目前常用的为重力浓缩，其运行费用低，动力消耗小。

②污泥消化

污泥消化工艺主要有厌氧消化和好氧消化。厌氧消化是指利用厌氧微生物的作用，在无氧和一定的温度条件下，使部分有机物进行分解生成沼气等产物，达到稳定的目的。好氧消化是指利用剩余污泥的自身氧化作用，类似于活性污泥法，采用较长的污泥泥龄。目前应用较多的仍是厌氧消化，污泥消化过程中要保持一定的温度来满足微生物的正常生长，在冬季需要消耗大量的热能。

③污泥脱水

污泥脱水采用的方法主要有干化和机械脱水，其主要目的是进一步缩小污泥的体积。污泥干化通常采用自然干化和机械加热干化，自然干化需要较大的占地面积和管网等，前期投资较高；机械加热干化需要消耗大量的电能。机械脱水是通过加药然后经过机械设备脱水，其主要目的是最大程度地降低污泥重量，缩小污泥体积。污泥脱水过程中也消耗了大量的药剂和电能。据统计，在污泥处理阶段，污泥脱水的实际使用功率占总使用功率的89%，是主要能耗单元。

④污泥输送

污泥最终处置或利用时，都需要对污泥进行短距离或长距离的输送。污泥输送有管道输送及卡车输送两种方式，两种输送方式都需耗能，能耗大小主要取决于输送的距离。

⑤污泥处置

污泥处置主要采用污泥填埋、焚烧及土地利用等方式，因处置方式的不同，其能耗也不同能耗较大的处置方式是污泥焚烧。由于能耗的产生环节会间接引起温室气体的排放，则能耗类温室气体排放的关键因素是污水处理系统的总能耗量。

四、总结

通过对污水处理系统的有机物转化过程的追踪，可以界定污水处理系统温室气体的直接排放源为污水处理过程中有机物的降解与转化，再分别对污水处理中各过程有机碳及有机氮的转化过程进行追踪，建立质量平衡式，明确了污水处理过程中有机碳的生物降解过程及有机氮的硝化反硝化过程为温室气体的直接排放源。

根据污水处理系统的温室气体排放与碳减排的实际情况，将污水处理系统中由于植物碳汇及降低能耗所引起的温室气体减排也纳入到温室气体清单范围内，将污水处理系统中的温室气体排放分类具体到五类，分别为：物质类温室气体排放、能耗类温室气体排放、物耗类温室气体排放、碳汇类温室气体回收及资源类温室气体回收。

参考文献：

［1］高广生.气候变化的本质与应对策略［J］.今日国土，2012（5）：2427

［2］黄耀.中国的温室气体排放、减排措施与对策［J］.第四纪研究，2006，26（6）：722732

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中图分类号：TE08 文献标识码： A

一、污水处理过程中温室气体排放研究的意义

污水处理厂主要温室气体的排放源是能量消耗、药品消耗和生物转化，其中能量消耗及药品消耗引起的GHG（温室效应气体）排放量占总排放量的50% -70%。在典型的二级城市污水处理厂电耗中，污水提升占10%-20%，污水生物处理（主要用于曝气供氧）占50%-70%，污泥处理占10%-25%。污水处理的生物处理阶段的能源消耗最多，引起的温室气体排放量最高。

根据《2006年IPCC国家温室气体清单指南》将N2O排放量折算为CO2当量排放量，则2003一2009年污水处理的N2O排放量约占温室气体排放总量的50%。污水处理中产生的N2O 90%来源于生物处理的脱氮过程，且脱氮过程的需氧量占生物处理过程总需氧量的50%，曝气供氧类能耗也将占生物处理过程总曝气供氧类能耗的50%。因此脱氮过程是污水处理厂的温室气体的排放主要来源。

分析传统脱氮过程温室气体的排放来源和产生途径，可以明确脱氮过程中温室气体排放的关键因素，提出降低温室气体排放的措施。分析各种新型脱氮工艺的特点，并结合脱氮过程温室气体排放的关键因素，可得出各种新型脱氮工艺的温室气体排放情况，通过比较选出温室气体排放量较低的脱氮工艺，指导污水处理行业的低碳运行。

污水处理温室气体排放研究的最终目的是寻求温室气体减排途径，但污水处理温室气体的排放问题不可能仅通过一项措施的实施得到根本解决，需要根据实际情况，综合考虑当地的自然地理及经济条件、实际的污水水质水量情况、污水处理工艺类型及运行条件等因素，确立合理可行的温室气体减排方案。

二、污水处理过程中的温室气体排放现状

1、污水处理中N2O的排放

目前污水脱氮过程中排放的N2O总量约为(0.3-3)×109t/a，已知的污水处理过程中的N2O源与汇不能平衡，约有40%的源还不清楚；Kampschreu等对前人研究的总结表明，小试污水脱氮可能有0%-90%的氮转化为N2O释放，污水厂污水脱氮中转化为N2O释放的氮为0%-14.6%；N2O是不完全硝化或不完全反硝化的产物，影响N2O产生与释放的因素有DO、C/N及微生物种群等，同时污水厂的设计与运行条件对N2O的释放也有很大的影响。

污水厂N2O的排放主要是活性污泥单元，其它可能排放N2O的单元包括沉砂池、初沉池和二沉池。研究表明，污水厂排放的N2O中活性污泥单元、沉砂池和污泥储存池分别占90%、5%和5%。其中，沉砂池排放的N2O随下水道污水中NO2浓度增加而增加。

污水厂排放N2O产生于处理工艺中的缺氧阶段。在缺氧阶段，小部分N2O直接排放，大部分溶解于水中；在曝气阶段，溶解的N2O因曝气作用而逸出，但由于N2O在水中有相对较高的溶解度，从水中逸出速率很慢，其整个释放过程会延续至出水流入河流后，且曝气阶段的释放量远小于出水释放量。

2、污水处理中CH4的排放

污水厌氧处理产生的污泥量少，能耗低，而且所产生的CH4可以回收利用。采用厌氧工艺的污水厂排放的CH4按其来源可分为进水中溶解的CH4和厌氧环境生成的CH4，其中进水中溶解的CH4主要来自于污水在管道输送过程中的厌氧反应。

污水厂郊区化造成污水输送距离长，管道中的厌氧环境会在污水输送过程中产生大量CH4。Guisasola等和Foley等研究了污水管道中CH4的形成，发现水力停留时间HRT越长或污水接触管道的表面积与体积比（A/V）越大，污水管道中产生的CH4越多。污水溶解性COD=200 mg/L，当A/V=26.7 m-1，HRT=8.5 h，甲烷产量27.5 mg/L，HRT=4.5 h，甲烷产量25mg/L；A/V=13.3 m-1，HRT=4.5 h，甲烷产量22.5 mg/L，CH4的产生减少了污水中的可生物降解COD，加剧了生物脱氮与除磷间的碳源竞争，对后续生物处理不利；而由于产甲烷菌和硫酸盐还原细菌对有机物的竞争，CH4会影响污水管道中硫化物的产生。但关于污水厂进水溶解CH4含量的研究却鲜有报道。

污水厂CH4的排放主要来源于厌氧区、污泥浓缩区和污泥储存区。对于有污泥厌氧消化装置的污水厂，污泥厌氧消化是污水厂CH4的主要来源。污泥中溶解的CH4部分从消化池、污泥浓缩池和储存罐逸出释放，剩余的CH4将在后续处理过程中逸出释放，例如消化污泥脱水过程。曝气阶段，水中溶解的CH4在机械曝气作用下会促使溶解态CH4逸出释放，或者被活性污泥中的微生物氧化。关于活性污泥系统氧化CH4的报道不多。表1为几个实际污水厂的CH4排放情况，由表1可知，污水厂无污泥消化时CH4排放量一般低于有污泥消化。无污泥消化时平均CH4排放量为0.0070 kg/(kg进水COD)，有污泥消化时则为0.0085kg/(kg进水COD)。Kralingseveer污水厂10月的CH4排放量高于4月，这是因为其10月平均温度（19℃)高于4月(10℃ )，低温下产甲烷菌活性较低，且CH4溶解度高，所以CH4排放量低。

3、人工湿地温室气体排放

人工湿地利用自然生态系统中的物理、化学和生物的协同作用来实现对污水净化，使水质得到不同程度的改善，实现污水生态化处理，比较适合于处理水量不大，管理水平不高的城镇污水和分散式污水处理。人工湿地在去除污水中的有机物和重金属方面具有优势，但也是温室气体的排放源，其温室气体排放量是天然湿地的3-11倍，所造成的温室效应甚至会抵消脱氮除磷所带来的环境效益。影响人工湿地污水处理过程温室气体排放的因素有湿地植物种类、污水性质、曝气量等。

4、CO2的产生与排放

在整个污水处理厂的运行过程中，温室气体的排放包括两部分：一是直接排放，包括污水处理和污泥处理过程中产生的温室气体；二是间接排放，主要是污水处理过程中消耗的能量和物料引起的温室气体排放。污水处理过程中CO2的产生包括直接排放和间接排放两个方面。在目前国际上的碳核算标准中，将生物分解产生的CO2归为生源碳( bio-gen-is carbon)，沼气和污泥归为生物燃料或可再生能源，无论是生物分解还是沼气或污泥燃烧产生的CO2都不纳入碳排放的计算与平衡。而一些学者认为，城镇污水中的一部分碳素源于化石燃料，应将其产生的CO2纳入碳排放计算，因此污水中有机物降解而产生的CO2是否计入碳排放存在争议，目前还没有形成一致的意见或成熟的计算办法。污水生物脱氮过程中，参与反应的碳源被生物分解将会引起CO2的直接排放，而该碳源中无机碳源部分并非来源于生物质碳，因此本文将把污水生物脱氮过程中，无机碳源造成的CO2的直接排放计入温室气体排放量中。

三、减少污水处理过程中温室气体排放的具体措施

1、引入CH4转化技术，使少量的无法经济回收利用的CH4转化为其他低GWP物质。CH4作为外部碳源反硝化的机理有：好氧甲烷氧化耦合反硝化（Aerobic methane oxidation coupled to denitrification简称AME-D）、厌氧甲烷氧化耦合反硝化（Anaerobic methane oxidation coupled to denitrification简称ANME-D）和甲烷氧化耦合同步硝化反硝化（Methane oxidation coupled to SND，简称ME-SND）。以CH4为外部碳源的反硝化转化技术，可使CH4转为CO2的同时使NO3-还原为N2，能在减少CH4排放的同时，去除污水中的氮，尤其适用于处理高氮、低碳源的污水，如填埋龄长的垃圾渗滤液。以含60%CH4的填埋气为外部碳源处理垃圾渗滤液，SBR、滴滤池、流化床反应器，反硝化速率以NO3--N计，分别为60、150和550mg/(L・d)。

2、兴建污水处理设施，提高污水处理率，以厌氧消化池代替厌氧塘处理污水，回收污水和污泥处理过程产生的CH4。当污水处理率接近100%时，城市污水处理所排放的温室气体的GWP呈下降趋势。

3、采用温室气体产生量少的污水处理技术。对于含氮浓度高的污水，如污泥脱水上清液、垃圾渗滤液、工业污水，一般采用以下两种方法脱氮：一是自养硝化接异养反硝化；二是部分亚硝化接自养厌氧氨氧化。两种方法脱氮率均达90%，但异养反硝化会产生N2和相当量的NO2与N2O，厌氧氨氧化工艺排放的气态氮较少，还会减少CO2排放。采用第二种方法处理含氮浓度高的污水，可大大减少CO2排放。

4、紫色非硫光合菌在厌氧条件下将污水中的有机物同化为生物质，作为动物饲料、肥料或提取聚经基链烷酸酷（可降解塑料）的原料，同时吸收CO2而无温室气体产生，开发利用紫色非硫光合菌处理污水的新技术值得重视。

结束语

综上所述，污水处理过程中温室气体的排放在很大程度上严重影响着空气质量，因此，需要采取措施减少温室气体排放，实现污水处理的节能减排，随着经济以及科学技术的发展，污水处理过程中温室气体排放逐渐科学化合理化，真正意义上实现节能环保。

参考文献：

[1]彭洁。 城市污水污泥处置方式的温室气体排放比较分析[D].湖南大学,2013.

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中图分类号S168文献标识码A文章编号1002-2104（2016）07-0093-08doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2016.07.012

20世纪90年代以来，全球气候变化成为人类经济社会可持续发展所面临的重大挑战，畜禽温室气体排放日益受到社会各界的关注。联合国粮农组织（FAO）2006年的报告显示，每年由牛、羊、马、骆驼、猪和家禽排放温室气体的CO2当量占全球排放量的18%[1]。而世界观察研究所2009年的报告指出，全球牲畜及其副产品排放温室气体的CO2当量约占全球总排放量的51%[2]，几乎是FAO估算量的3倍。可见，畜禽已成为重要的温室气体排放源，而畜禽温室气体主要源于动物肠道CH4排放、动物粪便处理过程中产生的CH4和N2O[3]，从动物类型来看，反刍动物产生的温室气体排放最多，其次为猪，最少的是鸡[4]。

国内外学者对畜禽温室气体排放量的测算及其影响因素进行了大量研究。在畜禽温室气体排放测算方面，董红敏[5]等采用OECD的测算方法对中国三个时点（1980年、1985年、1990年）的反刍类动物CH4排放量进行了估算；FAO[1]利用IPCC的方法和系数，估算了中国2004年主要畜禽的温室气体排放量；Zhou[6]等测算了中国1949-2003年畜禽的温室气体排放量；胡向东[7]等测算了中国2000-2007年以及各省区2007年畜禽温室气体排放量，结果表明，2000-2007年中国畜禽温室气体排放量总体呈下降趋势，各省区畜禽温室气体排放量呈现区域集点；闵继胜[8]等测算了中国1991-2008年以及各省份畜牧业温室气体排放量，结果表明，1991年以来，中国畜牧CH4和N2O排放量均呈先升后降的趋势；尚杰[9]等测算了1993-2011年中国畜禽温室气体排放量，结果表明，中国畜禽的CH4排放量整体呈波动上升趋势，N2O排放量持续增加。在畜禽温室气体排放的影响因素方面，谭秋成[10]研究表明，由于技术进步和技术效率的提高，单位肉类和牛奶排放的温室气体均有大幅度下降；陈瑶[11]等研究表明，经济因素是影响我国畜牧业温室气体排放的最大因素，短期内效率因素是我国畜牧业低碳化发展的最主要诱因，而从长期来看劳动力因素是我国畜牧业低碳化发展的最主要因素；尚杰[9]等研究表明，动物肠道发酵CH4、N2O排放的影响因素主要取决于动物种类、饲料特性、饲养方式和粪便管理方式等。

以上研究取得了有价值的结论，为本文深入研究提供了重要的参考数据和研究方法。但存在以下可以改进之处：一是研究对象大多侧重于国家层面畜禽温室气体排放量的测算，全面把握中国畜禽温室气体排放变化规律，不仅从总体上刻画其演变特征，更要分析区域差异；二是关于畜禽温室气体排放成因研究未及深入展开，考虑到畜禽温室气体排放的区域差异性，有必要对各地区畜禽温室气体排放的影响因素进行分析，以便找到进一步降低畜禽温室气体排放的方向和对策。基于此，本文测算分析了1991-2013年中国畜禽温室气体时空变化规律，并运用LMDI模型从温室气体排放强度、农业产业结构、农业经济水平和农业劳动力等方面进行因素分解，揭示畜禽温室气体排放时空变化的成因。

陈苏等：中国畜禽温室气体排放时空变化及影响因素研究中国人口・资源与环境2016年第7期1研究方法及数据来源

1.1畜禽温室气体排放量的测算方法

畜禽温室气体排放主要包括畜禽胃肠道内发酵的CH4、畜禽粪便处理产生的CH4和N2O和畜禽饲养过程中对化石能源等消耗产生的CO2[12]。鉴于畜禽生产过程中化石能源消耗相关数据的缺乏，本文选取牛、羊、马、骡、驴、骆驼、生猪、家禽和兔等动物作为研究对象，测算中国及各省（区、市）畜禽温室气体排放量，其具体的测算方法如下：

式中，C、CCH4和CN2O分别为畜禽温室气体排放量、CH4和N2O排放量；21和310分别为CH4和N2O转化为CO2当量的转化系数；Ni表示第i种畜禽的平均饲养量；αi和βi表示第i种畜禽的CH4和N2O排放因子。由于畜禽饲养周期不同，需要对畜禽年平均饲养量进行调整，参考胡向东[7]的计算方法。当出栏率大于或等于1时，畜禽年平均饲养量用出栏量除以365再乘以其生命周期，主要有生猪、家禽和兔，生命周期分别为200天[7]、55天[13]和105天[7]；当出栏率小于1时，畜禽年平均饲养量用本年末的存栏量表示，为消除单个时间点的影响，采取畜禽上年年末存栏量和本年末存栏量的平均数表示。借鉴已有研究关于各畜禽的温室气体排放系数，CH4排放系数来源于2006年IPCC国家间温室气体排放指南[14]，N2O排放系数来源于胡向东[7]，具体的排放系数见表1。

1.2畜禽温室气体排放影响因素的LMDI分解

因素分解方法作为研究事物变化特征及其作用机理的一种分析框架，在环境经济研究中得到广泛的应用。通行的分解方法主要有两类，一类是指数分解方法（Index Decomposition Analysis，IDA），另一类是结构分解方法（Structural Decomposition Analysis，SDA）。SDA方法利用投入产出表，以消费系数矩阵为基础，对数据要求较高；而IDA方法只需部门加总数据，适合分解含有较少因素的、包含时间序列数据的模型。IDA方法包括Laspeyres指数分解与Divisia指数分解等，但两者分解不彻底，存在分解剩余项，Ang[15]等在综合比较了各种IDA方法基础上，提出了对数平均迪氏指数法（Logarithmic Mean Divisia Index，LMDI），该方法最大特点在于不会产生分解剩余项，且允许数据中包含零值。因此，本文选用LMDI从温室气体排放强度、农业产业结构、农业经济水平和农业劳动力等方面量化分解影响畜禽温室气体排放的因素[16]。结合现有研究成果，将畜禽温室气体排放分解为：

C=CLS×LSAGRI×AGRIP×P（2）

式（2）中，C为畜禽温室气体排放量，LS为畜牧业产值，AGRI为农林牧渔业总产值，P为农业劳动力的数量。对各个分解因素进行定义，定义EI=C/LS为畜禽温室气体排放强度，即畜禽温室气体排放量与畜牧业产值之比；定义CI=LS/AGRI为农业产业结构，即畜牧业产值占农林牧渔业总产值比重；定义SI=AGRI/P为农业经济水平，即农业劳动力的人均农林牧渔业产值。则（2）式可进一步表述为：

C=EI×CI×SI×P（3）

由于LMDI的“乘积分解”和“加和分解”最终结果一致，而后者能较为清晰的分解出影响因素，因此，本文采用

放系数肠道发酵1.0068.0051.4018.0010.0046.005.000.254-粪便管理3.5016.001.501.640.901.920.160.080.02N2O

排放系数粪便管理0.531.001.371.391.391.390.330.020.02注：非奶牛取黄牛和水牛的平均值；羊取山羊和绵羊的平均数；家禽取鸡、鸭、鹅和火鸡的平均数。“加和分解”的方法（详细推导过程可参阅Ang[17]etc）：

ΔC=Ct-C0=ΔEI+ΔCI+ΔSI+ΔP（4）

式（4）中，C0为基期畜禽温室气体排放总量，Ct为T期温室气体排放总量，ΔC为畜禽温室气体排放总量变化。这种变化可分解为：ΔEI表示单位畜牧业产值排放温室气体变化，即强度效应；ΔCI表示单位农林牧渔业总产值的畜牧业产值变化，即结构效应；ΔSI表示人均农林牧渔业总产值变化，即经济效应；ΔP表示农业劳动力变化，即劳动力效应。由此，畜禽温室气体变化直接受制于4种因素的变化。其具体表达式分别为：

若ΔEI、ΔCI、ΔSI和ΔP的系数为正值，说明该效应对畜禽温室气体排放起到促进作用，反之，则起到抑制作用。

1.3数据来源及整理

本文以生猪、牛、马、骡、驴、骆驼、羊、兔和家禽为研究对象，选取30个省（区、市）（其中重庆市数据合并到四川省数据内）畜禽的出栏量、存栏量、畜牧业产值、农林牧渔业总产值以及农业劳动力数量等数据，这些数据来自于《中国农业年鉴》、《中国农村统计年鉴》、《中国畜牧业年鉴》。考虑到产值不具有纵向可比性，因此本文中的畜牧业产值和农林牧渔业总产值以1990年为基准年，换算为可比的实际产值。

2结果分析

2.1中国畜禽温室气体排放时序变化

2.1.1畜禽温室气体排放的阶段变化

依据畜禽温室气体排放测算公式、各个畜禽温室气体排放系数和畜禽的出栏、存栏相关数据，量化测算了中国1991-2013年的畜禽温室气体排放情况，并将其转化为CO2当量（图1）。图1表明，1991-2013年畜禽温室气体排放大致分为3个阶段，在此基础上，各阶段温室气体排放总量变化及各效应的影响程度见表2。

第一阶段（1991-1996年），畜禽温室气体排放量快速上升。由1991年的2 746.82万t上升到1996年的3 746.16万t，增加了999.34万t。该时期经济效应是促进温室气体排放最主要推动力为2 254.88万t；其他对温室气体排放起到抑制作用，其中强度效应抑制作用最大，为-939.47万t，其次是劳动力效应和结构效应，分别为图11991-2013年中国畜禽温室气体排放

总量变化趋势

第二阶段（1997-2006年），畜禽温室气体排放量稳定上升。受金融危机、通货紧缩等因素影响，1997年畜禽平均饲养量较上一年大幅度下降，强度效应抑制作用为-451.53万t，经济效应抑制作用为-202.35万t，实现了492.17万t畜禽温室气体的减排，随后逐年增加，到2006年畜禽温室气体排放总量达到峰值，为4 228.50万t，增加了482.34万t（需要说明的是：这里峰值出现的时间与胡向东等测算的结果不同，主要原因是后者2006年畜禽数据根据第二次农业普查结果进行了调整，而本文畜禽数据来源于《中国农业年鉴》，以保证数据来源的统一性）。该时期经济效应对温室气体排放促进作用最大，为801.21万t，其次是强度效应，为171.18万t。劳动力效应和结构效应对温室气体排放起到不同程度的抑制作用，分别为-329.14万t和-160.91万t。

第三阶段（2007-2013年），畜禽温室气体排放总量呈波动下降趋势。受饲养周期、饲料成本上涨、畜禽疫病（猪蓝耳病）及南方冰雪灾害等多种因素影响，2007年和2008年散户平均饲养量显著下降，强度效应抑制作用显著，分别为-845.23万t和-731.03万t，实现了830.70万t畜禽温室气体的减排。随后国家出台了一系列支持畜禽转型发展的政策，中国畜禽发展方式在逐年转变，到2013年畜禽温室气体排放总量为3 542.48万t，减少了686.02万t。该时期强度效应对温室气体排放抑制作用最大，为-1 933.07万t，其次是劳动力效应和结构效应，分别为-255.96万t和-133.83万t；而经济效应促进作用显著，为1 636.84万t。

总体来看，1991-2013年，经济效应对畜禽温室气体排放促进作用最大，为4 692.93万t；而强度效应抑制作用最大，为-2 701.36万t，其次是劳动力效应和结构效应，分别为-771.85万t和-424.06万t。

度呈显著的波动性（见图2）。从强度效应累计贡献值演变趋势来看，该效应对抑制畜禽温室气体排放的贡献呈倒“U”，且近几年其抑制作用呈增强趋势。1991-1997年，在国家宏观调控和环境治理影响下，强度效应抑制作用不断加强，累计减少了1 391.00万t温室气体；1998-2006年，受国际环境、高致病性禽流感以及国内农业政策支持乏力等因素影响，规模化畜禽养殖进程缓慢[18]，强度效应抑制作用放缓；2007-2013年，随着畜禽业以散养模式为主向现代养殖模式（专业户模式和规模化模式）转变，畜禽规模化养殖推进为温室气体排放的实施提供可能[7]，强度效应抑制作用呈增强趋势，该时期累计实现1 933.07万t畜禽温室气体的减排，占其总效应的281%。

劳动力效应是仅次于强度效应，是抑制畜禽温室气体排放的另一重要因素。该效应累计贡献值呈波动下降趋势，抑制作用越来越明显。随着城镇化和工业化的深入推进，农业比较效益显著降低，农业劳动力不断转移到非农产业，农业劳动力减少导致散养户大量退出，为畜禽规模化养殖提供可能；此外，伴随着畜禽养殖的规模化发展和管理模式的不断创新，对从事畜禽劳动力的素质有更高要求，进而导致转移更多的畜禽从业劳动力，单位劳动力产出大大增加，促进了畜禽温室气体的减排。1991-2013年，劳动力效应实现了771.85万t畜禽温室气体的减排。

结构效应累计贡献大致呈现低水平徘徊再高水平徘徊再波动下降阶段性特征，对畜禽温室气体排放的抑制作用也越来越明显。1991-1997年，结构效应对畜禽温室气体排放累计贡献处于低水平，年均累计贡献为-54.35万t；1998-2003年，1998年发生的长江全流域特大洪灾，西南地区、长江中下游地区畜禽养殖遭受巨大破坏，全国畜牧业产值占农业总产值较1997年下降了2.28%，结构效应累计净贡献为-290万t，随后几年受农业结构调整的影响，畜禽发展缓慢，结构效应累计贡献处于较高水平，年均为-269.24万t；2004-2013年，结构效应的抑制作用越来越明显，但波动性较大。主要是因为，一是伴随着农业产业结构调整，畜牧业产值占农业总产值由2004年2471%下降到2013年22.10%，下降了2.61%；二是城镇居民日益增长的畜禽产品消费，畜牧业在农业结构中的地位进一步提升。在这双重影响下，该时期结构效应的抑制作用波动较大。

经济效应累计贡献总体上经历了先快速上升再缓慢下降再逐步上升的变化趋势。1991-1996年，市场化改革取得重大进步，农业得到了快速发展，经济效应累计贡献快速上升，增加了2 254.88万t畜禽温室气体；1997-2000年，受亚洲金融危机、通货紧缩及自然灾害等因素影响，农业发展外部环境不佳，经济效应累计贡献缓慢下降，减少了502.53万t畜禽温室气体。2001-2013年，经济效应累计贡献逐步上升，基本呈指数增长的趋势，增加了 2 940.57万t畜禽温室气体。主要是因为，随着经济增长和人均收入稳定提高，城乡居民膳食结构发生变化，对动物性食品的消费需求不断增加，从而带动畜牧业的发展，畜禽温室气体排放不断增加。由此可见，未来一段时间内，伴随经济继续平稳发展和城乡居民收入倍增计划的实施并得到实现，经济效应依然是导致畜禽温室气体排放的最主要因素。

2.2中国畜禽温室气体排放的空间分异

2.2.1畜禽温室气体排放的空间比较

由于中国各省（区、市）资源禀赋差异及畜牧业结构不同，畜禽温室气体排放呈现不同的空间差异，受篇幅限制，本文只列出部分年份畜禽温室气体排放位居前10位的省（区、市）（表3）。

从表3可以看出，1991-2013年，畜禽温室气体排放大省（区、市）没有显著变化，排名前10位省（区、市）畜禽温室气体排放量占全国排放总量的比重约为57%-60%，说明中国畜禽温室气体排放的区域集中度较高。其中，四川和河南一直占据中国畜禽温室气体排放前三名，对畜禽温室气体排放贡献最大。山东、云南和内蒙古等省（区、市）的畜禽温室气体排放也一直靠前。

2.2.2畜禽温室气体排放各效应的空间差异

从1991-2013年中国省域强度效应来看（表4），除天津强度效应对畜禽温室气体排放起促进作用外，各省（区、市）均起到抑制作用。其中，四川、青海和云南规模化养殖处于发展阶段[18]，强度效应提升空间大，从而表现出对畜禽温室气体排放抑制作用显著，分别为-279.56万 t、-221.94万 t和-212.59万 t。除北京、上海、海南和宁夏因行政区划原因，强度效应对畜禽温室气体排放抑制作用较小外，辽宁、吉林和黑龙江规模化畜禽养殖程度较高，但缺少对规模化养殖的畜禽排泄物处理设施的改进[18]，强度效应的抑制作用较小，分别为-17.98万 t、-25.38万 t和-27.87万 t；剩余20个省（区、市）强度效应对畜禽温室气体排放抑制作用介于-200～-30万 t之间。

从结构效应来看，山东、四川和黑龙江属于粮食主产区，随着国家出台了一系列促进粮食生产的政策，畜牧业占农业比重不断下降，分别下降了43.77%、22.51%和

从经济效应来看，各省（区、市）经济效应对畜禽温室气体排放均起到促进作用，但作用强度有差异。四川、河南、内蒙古、山东、云南、湖南和河北畜禽温室气体排放位居全国前10位（见表3），属于畜牧业大省，但畜禽养殖方式仍以传统成分占主导，高投入、高排放发展模式依旧普遍存在，经济效应促进作用较大，分别为612.98万 t、313.64万 t、271.28万 t、269.47万 t、234.54万 t、220.69万 t和220.20万 t；而天津、上海和北京经济发展水平相对较高，但土地面积小，用于养殖空间有限，畜禽养殖方式向集约化、标准化转变[12] ，经济效应促进作用较小，分别为10.18万 t、11.88万 t和13.97万 t；海南促进作用也较小，为1289万 t；剩余19个省（区、市）对畜禽温室气体排放促进作用介于60-200万 t之间。

从劳动力效应来看，新疆、黑龙江和内蒙古作为全国畜禽产品的主要来源地，畜禽产品又是劳动密集型产品，为满足日益增加的畜禽产品需求，劳动力投入不断增加，分别增加了172.84万人、182.7万人和49.92万人，劳动力效应对畜禽温室气体排放促进作用显著，分别为7291万 t、3113万 t和1882万 t；、云南、海南、辽宁、吉林和山西对畜禽温室气体排放促进作用介于0-10万 t之间。四川、湖北、江苏和山东经济发展水平较高，非农就业机会多，畜禽养殖比较效益低，劳动力大量流出，造成散养户空栏或转产，为规模化畜禽养殖提供了可能，劳动力效应抑制作用显著，分别为-17055万 t、-5610万 t、-5294万 t和-4686万 t；剩余17个省（区、市）对畜禽温室气体排放抑制作用介于-40-0万 t之间。

3结论与讨论

本文基于LMDI模型系统分析了1991-2013年中国畜禽温室气体排放时空变化及其因素贡献，揭示了强度效应、结构效应、经济效应和劳动力效应对畜禽温室气体总效应的贡献，并识别了不同时段以及省域畜禽温室气体排放量变化的显著性贡献因素。结果表明：

（1）从时间维度来看，1991-2013年，中国畜禽温室气体排放经历了先快速上升后稳定上升再波动下降的变化特征，总体呈上升趋势。经济效应对畜禽温室气体排放表41991-2013年中国省域畜禽温室气体排放影响因素分解

效应和结构效应。期间，经济效应促进作用的累计贡献呈指数增长，而强度效应抑制作用的累计贡献呈倒“U”，是近几年畜禽温室气体增长趋势有所减缓的主要原因，劳动力效应和结构效应抑制作用不断加强。

（2）从空间维度来看，中国畜禽温室气体排放的区域集中度较高，四川、河南、山东、云南和内蒙古等省（区、市）畜禽温室气体排放一直位居全国前列。省域各效应作用方向和程度差异显著，四川、青海和云南强度效应抑制作用较大，辽宁、吉林和黑龙江抑制作用较小；山东、四川和黑龙江结构效应抑制作用显著，新疆和青海促进作用明显；四川、河南、内蒙古、山东、云南、湖南和河北经济效应促进作用较大，天津、上海、海南和北京促进作用较小；四川、湖北、江苏和山东劳动力效应抑制作用显著，新疆、黑龙江和内蒙古促进作用明显。

强度效应、结构效应、经济效应和劳动力效应空间上的叠加，形成了畜禽温室气体排放总效应的空间差异。未来中国畜禽温室气体减排的空间发展策略有以下几点：①四川、青海和云南等省（区、市）提高畜禽养殖的规模化、集约化和标准化，在减少散户养殖方式同时降低单位畜禽温室气体排放水平，有效提升畜禽养殖产出效率；辽宁、吉林和黑龙江等省（区、市）应制定特定性综合措施，强化畜禽粪便清洁处理技术的研发与应用。②新疆、青海、云南、陕西和江西等省（区、市）应充分发挥资源禀赋优势，优化农业产业结构，实行农牧业有机结合型畜牧业。③四川、河南、内蒙古、山东、云南、湖南和河北等省（区、市）要切实转变农业生产方式，加快推进低碳农业发展，实现农业生产中经济、社会、生态效益三者统筹兼顾，促进畜牧经济与气候资源环境的全面协调可持续发展。④新疆、黑龙江和内蒙古等省（区、市）草地资源丰富、奶牛业较为发达，因此，积极发展饲料加工业和牛奶加工业，推动农业劳动力转移。

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