CN111079087A - 一种测算生猪养殖产业中温室气体排放量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测算生猪养殖产业中温室气体排放的方法，包括以下步骤：步骤1：获取养殖区生猪养殖基础数据，包括生猪存栏量、养殖占地面积、饲料生产、饲料配方、饲料投入量、圈舍耗电量、运输耗油量等基本养殖信息以及研究区温度、降水、风速等气象数据；步骤2：通过IPCC温室气体计算方法计算生猪养殖在饲料加工、圈舍耗能、交通运输等方面的温室气体排放量；步骤3：通过Manure‑DNDC模型计算生猪养殖粪便管理环节在特定气候背景下的温室气体排放量；步骤4：整合各生命周期计算结果得出生猪全生命周期温室气体排放总量。本发明较单一系数法计算生猪养殖产业温室气体排放上更加准确。
Description
技术领域
本发明属于生猪养殖碳排放方面的研究，特别是涉及一种将IPCC温室气体计算方法与Manure-DNDC模型结合，测算生猪养殖产业中温室气体排放量的方法。
背景技术
经济发展带来猪肉产品需求量的持续增长，中国2019年人均猪肉年消费量比2010年增长20.14％。生猪养殖数量急剧增加，造成大量温室气体排放，对农业生产、生态环境和社会经济发展会产生深远影响。近年来，在全球气候变化背景下，产业生命周期内温室气体排放量测算成为领域内研究热点问题，对绿色生产、产业减排、优化产业结构有重大意义。目前，生猪养殖生命周期的方法有很多，对各地区的适应情况也各不相同。如Kool在IPCC温室气体计算方法体系内，考虑饲料、交通和圈舍耗能等因子，对欧洲多个国家生猪养殖碳排放进行计算；Panagopoulos等使用排放系数法构建GLEAM模型对生猪养殖碳排放量进行测算；Verge等对生猪养殖产业内饲料生产、粪便管理等环节的碳排放系数进行标定；董红敏等利用二氧化碳平衡原理，对育肥猪舍的温室气体排放量进行测算；周元清运用排放系数法对中国北方数个省的规模化生猪养殖碳排放量进行研究；姚成胜等面向城镇化、人口增长等社会经济条件，计算生猪养殖业碳排放总量。然而单一排放系数法不能很好的应用于多养殖模式下生猪养殖碳排放量的测算，从而不能准确的进行模拟和分析。
发明内容
为了解决上述现有技术中的不足之处，本发明提供了一种测算生猪养殖产业中温室气体排放的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种测算生猪养殖产业中温室气体排放的方法，包括以下步骤：
步骤1：获取养殖区生猪养殖基础数据，包括基本养殖信息以及研究区的气象数据，基本养殖信息包括生猪存栏量、养殖占地面积、饲料生产、饲料配方、饲料投入量、圈舍耗电量、运输耗油量，气象数据包括温度、降水、风速；
步骤2：通过IPCC温室气体计算方法计算生猪养殖在饲料加工、圈舍耗能、交通运输方面的温室气体排放量；
步骤3：通过Manure-DNDC模型计算生猪养殖粪便管理环节在特定气候背景下的温室气体排放量；
步骤4：整合各生命周期计算结果得出生猪全生命周期温室气体排放总量。
所述的生猪温室气体计算方法，所述步骤1中，包括以下步骤：
步骤101、选择所需要的养殖区范围，包括研究的时间范围，空间范围；
步骤102、获取数据内容应包括生猪存栏量、养殖占地面积、饲料配方、饲料投入量、圈舍耗电量、运输耗油量等基本养殖信息；数据获取来源和方法应包括但不限于入户调研、问卷调查、专家访谈、统计年鉴、文献查阅、网络信息等；
步骤103、通过气象站点获取养殖区气象数据，将温度、降水、风速数据；
步骤104、单因素方差分析把控获取数据质量，保证获取真实可靠的、能切实反映养殖区基本养殖状况的一手或二手数据。
所述的生猪温室气体计算方法，所述步骤2中，包括以下步骤：
步骤201、计算饲料生产、加工环节温室气体排放总量；
为某种作物i的温室气体排放量(kgCO2-eq)；
为作物i生命周期内CO2的排放量(kg·ha-1)；
为作物i生命周期内N2O的排放量(kg·ha-1)；
为CO2增温潜势值，取值为1；
为N2O增温潜势值，取值为298：
步骤202、计算交通运输环节碳排放量；Etran为生命周期内交通运输CO2排放量(kgCO2-eq)，NF为交通运输柴油消耗量(L)；Wflu为柴油燃烧排放系数，取值为2.76kg·L-1：
Etran＝Wflu×NF
步骤203、计算圈舍管理环节碳排放量；Efarm为猪生命周期内猪圈碳排放量(kgCO2-eq)，NE为猪圈管理中消耗总电量(kWh)，Welc为生产电的排放系数(kg·kWh-1)，取值为0.94kg·kWh-1：
Efarm＝Welc×NE。
所述的生猪温室气体计算方法，所述步骤3中，包括以下步骤：
步骤301、根据研究区生猪养殖管理措施，计算使用堆肥、化粪池、沼气池处理生猪废弃物的比例，记为RC、RS、RB；
步骤302：使用Manure-DNDC模型计算生猪养殖中粪便管理环节温室气体排放量，Emanure为Manure-DNDC模型计算的粪便管理环节碳排放量，T为温度，R为降水，S为风速，F为生猪饲料配方中粗蛋白含量(％)，fm()为Manure-DNDC模型生物地球化学过程模拟框架函数：
Emanure＝fm(T,R,S,RC,RS,RB,F)。
根据权利要求1所述的生猪温室气体计算方法，其特征在于，所述步骤4中，包括以下步骤：
步骤401、计算生猪生命周期内碳排放总量；将通过IPCC温室气体排放方法计算的饲料生产加工环节、交通运输环节、圈舍管理环节的温室气体排放量，与使用Manure-DNDC模型计算的粪便管理环节的温室气体排放量进行整合，得到最终的生猪养殖全生命周期的温室气体排放量。Emission为生猪生命期内碳排放总量(kgCO2-eq)，Pi为作物i生猪配方占比，N为模拟生猪头数Emanure：
本发明相比单一系数法进行生猪养殖温室气体计算过程，多考虑了气象要素、人为管理要素对生猪养殖产业温室气体排放量的影响。测算出的结果更为精确，更直观的反映出研究区内生猪养殖温室气体排放特征。可以弥补单一排放系数法具有的选取系数不确定性大、缺乏考虑温室气体排放生物地球化学机理过程、测算结果过于宏观等缺陷，为区域生猪养殖产业低碳发展提供重要参考依据。
附图说明
图1为生猪粪便温室气体排放量日变化；
图2为温度与CH4(图a)、N2O(图b)两种温室气体排放量的相互关系；
图3为江苏省盐城市生猪养殖各生命周期环节碳排放占比；
图4为DICPig模型与单一系数法计算结果的对比。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
步骤1：获取江苏省盐城市养殖区生猪养殖基础数据，包括生猪存栏量、养殖占地面积、饲料生产、饲料配方、饲料投入量、圈舍耗电量、运输耗油量等基本养殖信息以及研究区温度、降水、风速等气象数据。
步骤101、养殖区范围为江苏省盐城市74户养殖户于2017年的养殖状况。
步骤102、获取数据内容包括生猪存栏量、养殖占地面积、饲料配方、饲料投入量、圈舍耗电量、运输耗油量等基本养殖信息；
步骤103、数据获取来源和方法应包括入户调研、问卷调查、专家访谈、统计年鉴、文献查阅、网络信息等；
步骤104、单因素方差分析把控获取数据质量保证获取真实可靠的、能切实反映养殖区基本养殖状况的一手或二手数据。
步骤2：通过IPCC温室气体计算方法计算生猪养殖在饲料加工、圈舍耗能、交通运输等方面的温室气体排放量。
步骤201、计算饲料生产、加工环节温室气体排放总量。
为某种作物i的温室气体排放量(kgCO2-eq)；
为作物i生命周期内CO2的排放量(kg·ha-1)；
为作物i生命周期内N2O的排放量(kg·ha-1)；
为CO2增温潜势值，取值为1；
为N2O增温潜势值，取值为298：
步骤202、计算交通运输环节碳排放量。Etran为生命周期内交通运输CO2排放量(kgCO2-eq)，NF为交通运输柴油消耗量(L)。Wflu为柴油燃烧排放系数，取值为2.76kg·L-1：
Etran＝Wflu×NF
步骤203、计算圈舍管理环节碳排放量。Efarm为猪生命周期内猪圈碳排放量(kgCO2-eq)，NE为猪圈管理中消耗总电量(kWh)，Welc为生产电的排放系数(kg·kWh-1)，取值为0.94kg·kWh-1：
Efarm＝Welc×NE
步骤3：通过Manure-DNDC模型计算生猪养殖粪便管理环节温室气体排放量，并整合各生命周期计算结果得出生猪全生命周期温室气体排放量。
步骤301、根据研究区生猪养殖管理措施，计算使用堆肥、化粪池、沼气池处理生猪废弃物的比例，记为RC、RS、RB。
步骤302：使用Manure-DNDC模型计算生猪养殖中粪便管理环节温室气体排放量，Emanure为Manure-DNDC模型计算的粪便管理环节碳排放量，T为温度，R为降水，S为风速，F为生猪饲料配方中粗蛋白含量(％)，fm()为Manure-DNDC模型生物地球化学过程模拟框架函数：
Emanure＝fm(T,R,S,RC,RS,RB,F)
如图1，生物地球化学模型可较好揭示生猪粪便管理环节中N2O和CH4排放量变化趋势。随养殖天数的增加，生猪日排粪量增大，贮存的粪便量增多，N2O和CH4排放量呈逐渐上升。如图2示，模型可较好反映温度与温室气体排放量之间的对应关系。温度与N2O、CH4排放量相对关系显著，R2分别为0.870和0.877(P<0.05)，应在夏天做好生猪养殖的废弃物减排工作。
步骤4：整合各生命周期计算结果得出生猪全生命周期温室气体排放总量。
步骤401、计算生猪生命周期内碳排放总量。将通过IPCC温室气体排放方法计算的饲料生产加工环节、交通运输环节、圈舍管理环节的温室气体排放量，与使用Manure-DNDC模型计算的粪便管理环节的温室气体排放量进行整合，得到最终的生猪养殖全生命周期的温室气体排放量。Emission为生猪生命期内碳排放总量(kgCO2-eq)，Pi为作物i生猪配方占比，N为模拟生猪头数Emanure：
图3为研究区各生猪养殖环节温室气体排放占比(以CO2当量)。粪便管理环节是温室气体排放量最多的环节，占比为59.57％，饲料生产环节占比26.86％。肠道发酵、圈舍耗能、交通耗油各环节温室气体排放量占比分别为8.97％、2.51％、2.09％。如图4示，本发明相比单一系数法进行生猪养殖温室气体计算过程，多考虑了气象要素、人为管理要素对生猪养殖产业温室气体排放量的影响。测算出的结果更为精确，更直观的反映出研究区内生猪养殖温室气体排放特征。可以弥补单一排放系数法具有的选取系数不确定性大、缺乏考虑温室气体排放生物地球化学机理过程、测算结果过于宏观等缺陷，为区域生猪养殖产业低碳发展提供重要参考依据。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种测算生猪养殖产业中温室气体排放的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取养殖区生猪养殖基础数据，包括基本养殖信息以及研究区的气象数据，基本养殖信息包括生猪存栏量、养殖占地面积、饲料生产、饲料配方、饲料投入量、圈舍耗电量、运输耗油量，气象数据包括温度、降水、风速；
步骤2：通过IPCC温室气体计算方法计算生猪养殖在饲料加工、圈舍耗能、交通运输方面的温室气体排放量；
步骤3：通过Manure-DNDC模型计算生猪养殖粪便管理环节在特定气候背景下的温室气体排放量；
步骤4：整合各生命周期计算结果得出生猪全生命周期温室气体排放总量。
2.根据权利要求1所述的测算生猪养殖产业中温室气体排放的方法，其特征在于，所述步骤1中，包括以下步骤：
步骤101、选择所需要的养殖区范围，包括研究的时间范围，空间范围；
步骤102、获取数据内容应包括生猪存栏量、养殖占地面积、饲料配方、饲料投入量、圈舍耗电量、运输耗油量等基本养殖信息；数据获取来源和方法应包括但不限于入户调研、问卷调查、专家访谈、统计年鉴、文献查阅、网络信息等；
步骤103、通过气象站点获取养殖区气象数据，将温度、降水、风速数据；
步骤104、单因素方差分析把控获取数据质量，保证获取真实可靠的、能切实反映养殖区基本养殖状况的一手或二手数据。
3.根据权利要求1所述的测算生猪养殖产业中温室气体排放的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤201、计算饲料生产、加工环节温室气体排放总量；
为某种作物i的温室气体排放量(kgCO2-eq)；
为作物i生命周期内CO2的排放量(kg·ha-1)；
为作物i生命周期内N2O的排放量(kg·ha-1)；
为CO2增温潜势值，取值为1；
为N2O增温潜势值，取值为298：
步骤202、计算交通运输环节碳排放量；Etran为生命周期内交通运输CO2排放量(kgCO2-eq)，NF为交通运输柴油消耗量(L)；Wflu为柴油燃烧排放系数，取值为2.76kg·L-1：
Etran＝Wflu×NF
步骤203、计算圈舍管理环节碳排放量；Efarm为猪生命周期内猪圈碳排放量(kgCO2-eq)，NE为猪圈管理中消耗总电量(kWh)，Welc为生产电的排放系数(kg·kWh-1)，取值为0.94kg·kWh-1：
Efarm＝Welc×NE。
4.根据权利要求1所述的测算生猪养殖产业中温室气体排放的方法，其特征在于，所述步骤3中，包括以下步骤：
步骤301、根据研究区生猪养殖管理措施，计算使用堆肥、化粪池、沼气池处理生猪废弃物的比例，记为RC、RS、RB；
步骤302：使用Manure-DNDC模型计算生猪养殖中粪便管理环节温室气体排放量，Emanure为Manure-DNDC模型计算的粪便管理环节碳排放量，T为温度，R为降水，S为风速，F为生猪饲料配方中粗蛋白含量(％)，fm()为Manure-DNDC模型生物地球化学过程模拟框架函数：
Emanure＝fm(T,R,S,RC,RS,RB,F)。
5.根据权利要求1所述的测算生猪养殖产业中温室气体排放的方法，其特征在于，所述步骤4中，包括以下步骤：
步骤401、计算生猪生命周期内碳排放总量；将通过IPCC温室气体排放方法计算的饲料生产加工环节、交通运输环节、圈舍管理环节的温室气体排放量，与使用Manure-DNDC模型计算的粪便管理环节的温室气体排放量进行整合，得到最终的生猪养殖全生命周期的温室气体排放量。Emission为生猪生命期内碳排放总量(kgCO2-eq)，Pi为作物i生猪配方占比，N为模拟生猪头数Emanure：
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