農業溫室氣體減排途徑分析論文
摘要：氣候變化對農業的影響巨大，同時農業對氣候的影響也不容忽視。從生態環境保護和大氣汙染防治角度，介紹幾種利於生態環境改善的農業技術模式———農業微生態技術、農林廢棄物高效利用技術、化肥減控技術、農業生產管理技術、植物型自然生物固碳技術等。
關鍵詞：農業；氣候；生態保護；溫室氣體；減排；技術模式；微生態
中圖分類號：Ｘ３２ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：1674-1161（201５）１０-00６５-03
氣候變化給人類帶來各種各樣的氣候災害，且所帶來的經濟損失也是驚人的。各種氣候災害是人類的大敵，尤其對農業而言，其對氣候變化反映最為敏感，抵禦能力最為脆弱，影響也更為巨大。同時，農業對氣候的影響也不容忽視。
１農業溫室氣體排放對氣候的影響
氣候變暖主要是由於人為溫室氣體（ＧＨＧ）排放增加所致，農業領域是一個重要的ＧＨＧ排放源。全球農業領域ＧＨＧ排放約佔總人為排放的３０％，我國農業領域的排放比重約佔２０％，主要氣體有ＣＯ，ＣＨ４，Ｎ２Ｏ和ＮＯ等。ＩＰＣＣ指出，農業溫室氣體排放主要來源包括反芻動物消化、動物糞便處理產生的ＣＨ４和Ｎ２Ｏ排放、水稻厭氧條件下的ＣＨ４排放、農田過量使用氮肥產生的Ｎ２Ｏ排放、農田耕作產生的ＣＯ２排放等。而在農業源中，畜禽養殖業ＣＯＤ和氨氮排放量分別為１２６８．２６萬ｔ和７１．７３萬ｔ，佔農業源ＣＯＤ和氨氮排放量的９５．８％和７８．１％，大量畜禽廢棄物給養殖場周邊環境帶來諸如大氣、水、土壤等環境汙染問題。畜牧業是我國農業領域最大的ＣＨ４排放源，是農業溫室氣體和麵源汙染的排放大戶。
２農業溫室氣體減排途徑
２．１充分利用微生態技術，減少動物腸道ＣＨ４排放
反芻動物排放的ＣＨ４是通過腸道發酵過程產生的，反芻動物瘤胃內的產甲烷菌通過微生物作用合成甲烷，但甲烷並不能被動物機體利用，只能通過噯氣排出體外。通過研發推廣微生態產品及其技術，可以減少反芻動物ＣＨ４排放。微生態技術具有以下功能：一是提高動物單產水平，通過減少並調控畜禽養殖數量來提高養殖效益，從而減少ＣＨ４的排放總量。二是通過調配畜禽日糧結構，藉助有益微生物菌群，改善和分解低品質飼料纖維素等多糖分子，提高畜禽對飼料的消化率，減少瘤胃ＣＨ４生成量和糞便中有機物的殘留，減少單位飼料消耗的ＣＨ４產量。三是通過微生態工藝使常規飼料生物顆粒化，縮短飼料在瘤胃內的停留時間，減少營養物質在瘤胃內發酵造成的能量損失。四是通過微生態菌群抑制產甲烷菌活性，從而調控瘤胃內ＣＨ４的大量生成。
２．２高效利用畜禽糞尿，減少畜禽廢棄物溫室氣體排放量
我國年畜禽糞便資源總量約為８．５億ｔ，相當於７８．４Ｍｔ標煤。提高畜禽廢棄物綜合利用率，使其變廢為寶，可有效減少溫室氣體的減排量。利用厭氧發酵原理開發畜禽廢棄物發酵菌劑，可將汙物處理為生活用沼氣和生物有機肥，其中，沼氣可直接用作燃料以有效利用ＣＨ４。同時，利用畜禽廢棄物發酵菌劑還可替代傳統糞便清理方式，有效減少ＣＨ４排放。一頭豬年產糞尿量達２．１ｔ，若採用水衝式清糞，其汙水排放量將增加４倍以上；而採用幹清糞節水工藝，實行糞汙乾溼分離、雨水和汙水分流，並將畜禽廢棄物發酵菌劑處理，可將畜禽廢棄物溫室氣體排放量降到最低。試驗表明，與水衝清糞相比，經發酵菌劑處理後的畜禽廢棄物ＣＨ４排放量減少５５％以上。
２．３推廣發酵床等健康養殖技術，實現畜禽汙染物“零排放”
畜禽養殖對大氣汙染主要來自畜禽糞便產生的臭氣，尤其是規模化畜禽養殖密度高、清糞不及時、消毒不力等因素加劇了舍內空氣環境的惡化，需要利用生物除臭技術進行處理。微生物製劑能夠減少氣載病原菌數量，增加氣載有益菌數量，降低畜禽疾病感染率，抑制病原菌生長，同時還能降低禽舍內溫室氣體ＣＨ４，Ｎ２Ｏ，ＮＨ３和Ｈ２Ｓ等釋放量，對畜舍內有害氣體具有淨化作用。試驗表明，可使ＮＨ３降解率達７４．３％，Ｈ２Ｓ降解率達８１．６％，並可大幅降低養殖場畜舍內的有害臭味。同時，利用微生物作為物質能量迴圈和轉換“中樞”，推廣發酵床式養殖方式。這種模式沒有任何廢棄物、排洩物排出養殖場，大大減輕養殖業對周邊環境的氣液汙染，是節約能源、減少疾病和用藥、清除糞臭、實現零排放的環保生態型健康養殖方式。
２．４開發應用生物有機肥，降低農業面源汙染和ＧＨＧ排放
我國農田碳吸收匯約為０．２０億～０．６７億ｔＣ，農田Ｎ２Ｏ排放量中有５７．８％來自化學氮肥施用，２２．９％來自糞肥施用。施用有機肥可有效增加土壤碳儲量。我國畜禽糞便年產量達１７．３億ｔ，是工業廢棄物的２．７倍，其氮、磷、鉀總貯量為０．６３３億ｔ，相當於０．４９３億ｔ尿素、１．１９４億ｔ過磷酸鈣和０．３３８億ｔ氯化鉀。充分利用規模化畜禽場排洩物生產肥效顯著、環境友好型生物有機肥料，可直接或間接提供植物所需養分並改善土壤效能，大大提高作物產量和品質，實現農牧結合，推動迴圈農業發展。同時，有助於調節土壤系統有益微生物的活性，提高氮肥利用率，促進農田固碳減排，降低農田Ｎ２Ｏ排放１４％～３０％。
２．５高效利用農林廢棄物，減少ＣＯ２，ＣＨ４和Ｎ２Ｏ排放
動物糞便等廢棄物的厭氧儲存及處理、作物秸稈焚燒均產生ＣＯ２，ＣＨ４和Ｎ２Ｏ。通常秸稈焚燒、糞便處理方式、氣候條件等決定著溫室氣體排放量的'大小。減少秸稈、糞便等農林廢棄物ＣＯ２，ＣＨ４，Ｎ２Ｏ排放量的主要措施是針對排放潛力大的廢棄物焚燒及露天存放過程，通過生物炭技術固碳和厭氧發酵回收甲烷氣體，可減少溫室氣體排放。另外，在畜禽飼料中使用微生態新增劑可抑制ＣＯ２，ＣＨ４，Ｎ２Ｏ等溫室氣體的產生。其中，沼氣技術就是通過畜禽糞便和汙水厭氧硝化而產生的。沼氣可作為燃料替代化石能源，也可用作發電和動力燃料。據推算，一個８ｍ３的戶用沼氣池平均年產沼氣３８５ｍ３，相當於替代６０５ｋｇ標準煤。目前，農村沼氣專案已被廣泛開發為ＣＤＭ專案或自願碳減排專案。
２．６控制並減少化肥使用量，減少Ｎ２Ｏ排放
土壤中氮的主要來源是施用化肥、廄肥及農作物殘留物。過量施用氮肥會導致肥料無法被農作物利用和被微生物吸收，這些過量的氮素一部分通過土壤的硝化作用轉變為Ｎ２Ｏ並釋放到大氣中，另一部分滲透到地下水中汙染水資源。伴隨著我國農業的“十二連增”，農業化肥投入量在逐年增加，我國農業增產對化肥的依賴度越來越高，這不僅導致土壤的過度利用，而且使Ｎ２Ｏ排放量呈上升趨勢。因此，提高氮肥利用率是減少農業Ｎ２Ｏ排放的關鍵措施。目前，我國農業氮肥利用率為２０％～４０％，如果長期採用微生態、測土配方施肥等農業先進技術，可將農業氮肥利用率提高到３０％以上，Ｎ２Ｏ排放量相應降低１５％以上，大幅減少作物需氮量，調節和解決作物需肥與土壤供肥之間的矛盾，達到減少化肥用量、提高肥料利用率、實現作物增產的目的。試驗證明，利用微生態技術可使肥料利用率提高１０％～２０％，每年節約氮肥１０００萬ｔ，相應減少ＣＯ２，ＣＨ４，Ｎ２Ｏ等溫室氣體排放１２０００萬ｔ。
２．７加強稻田綜合管理，減少稻田ＣＨ４的排放
在厭氧環境下，稻田甲烷排放是由產甲烷菌利用田間植株根際有機物質轉化ＣＨ４形成的，是除去水稻根際ＣＨ４氧化菌對ＣＨ４氧化後的剩餘量。稻田甲烷排放主要受土壤性質及其根際菌群狀況、灌溉及水分狀況、施肥種類及方式、水稻生長及氣候等多因素影響。水分是影響稻田ＣＨ４排放的決定性因子，通過改變稻田的水分管理和微生物菌群可改變產甲烷菌生存的厭氧環境，從而控制甲烷的產生和排放。研究表明，節水灌溉、間歇式灌溉及微生態控制根系菌群能夠減少稻田甲烷的排放。減少稻田ＣＨ４排放的主要管理措施除水分管理外，還包括品種選擇、施肥種類、施肥量等，應採取適當的管理措施進行稻田耕作。
２．８改進農業生產管理措施，增加土壤系統的碳彙總量
農業固碳主要依賴土壤系統。通過改變栽培、耕作、施肥等農業生產方式，可以增加土壤系統的碳彙總量。一是大力推廣保護性耕作等減少機械進地次數、提高農機作業效率的農田生產措施，減少人類對土壤結構及功能的破壞。二是推行秸稈還田和增施有機肥，增加土壤植物殘體和有機質含量，進而增加土壤碳的固定和投入。農村生物質能源有很大發展潛力，經合理開發利用，可以有效替代化石能源消耗，緩解能源危機，減少ＧＨＧ排放，保護生態環境。三是通過微生物技術改善土壤結構與功能，提高土壤固碳水平，減少過量使用化學氮肥造成的氮沉降。
２．９通過植樹造林和還林還草，實現植物型自然生物固碳
植物型生物固碳主要通過增加綠色植物生物產量方式來實現溫室氣體的減排，如植樹造林。樹木生長需要吸收並固定ＣＯ２，並將其轉換為生物量，從而形成森林的固碳效果。低產農田退耕還林還草可使大氣碳較多地存留於土壤或較長時間儲存於植被中，人工林每生長１ｍ３的木材，可吸收ＣＯ２約１．８３ｔ。草地年固碳潛力為２３．９Ｍｔ，佔全球固碳能力的２９．０％。可見，植物型生物固碳是非常有效的生物固碳方式。
參考文獻
［１］陳婷婷，周偉國，阮應君．大型養殖業糞汙處理沼氣工程匯入ＣＤＭ的可行性分析［Ｊ］．中國沼氣，２００７，２５（３）：７－９．
［２］劉允芬．農業生態系統碳迴圈研究［Ｊ］．自然資源學報，１９９５，１０（１）：１－８．
［３］鄒曉霞，李玉娥，高清竹，等．中國農業領域溫室氣體主要減排措施研究分析［Ｊ］．生態環境學報，２０１１，２０（Ｚ２）：１３４８－１３５８．
