规模化养殖场牛奶生产碳足迹评估方法与案例分析

摘要

畜禽养殖业是重要的温室气体排放源之一，目前国内较少有针对中国规模化奶牛场的生产实际进行牛奶生产碳足迹评估方法研究。本研究以规模化奶牛养殖场为评估对象，基于生命周期理念，按照碳足迹评估框架和相关标准，构建规模化养殖场牛奶生产碳足迹评估方法，并利用该方法进行了案例研究，探讨了不同因素对牛奶生产碳足迹的影响，为规模化奶牛场的温室气体核算及农业低碳养殖技术的研究提供支撑。主要研究结论如下:
　　(1)规模化养殖场牛奶生产碳足迹核算方法中系统边界为从饲料种植环节开始截止到农场大门，功能单位为lkg蛋白脂肪校正奶，系统温室气体分配方法为蛋白分配，肠道发酵、粪便管理和氮肥田间施用环节的温室气体排放采用《2006 IPCC国家温室气体清单指南》提供的方法2核算，饲料种植环节中化肥和农药等生产资料的生产，以及饲料加工和养殖环节能耗的温室气体排放均采用活动数据乘排放系数计算。相比于国外现有的模型和核算方法，该牛奶生产碳足迹核算方法提供的饲料加工、农资生产、运输和能耗等排放系数主要采用国内研究结果，饲料种植过程中的农资投入量、饲料消耗和粪便管理等参数来源于国内统计数据或生产实际，更符合中国的生产实际。同时，本研究整理提供了中国不同省份饲料作物种植过程的农资投入量和不同规模养殖场的生产参数，便于在评估时调用。
　　(2)利用规模化养殖场牛奶生产碳足迹核算方法进行了案例分析，该养殖场存栏量为5367头，牛奶单产为7.7t/（头·年），粪便处理方式主要为氧化塘贮存和堆肥处理，系统边界为从饲料生产到农场大门。研究表明，2013年该牛奶生产系统温室气体排放总量为27093.83 t CO2-eq，平均每头牛每年产生的温室气体为5.05 t CO2-eq，按照蛋白分配法，该奶牛场每生产lkg标准奶(FPCM)的碳足迹为1.34 kg CO2-eq。
　　(3)案例研究表明，该牛奶生产系统中肠道发酵环节的贡献率最大，占系统总排放量的41.18％，其次为饲料生产加工环节，占系统总排放量的24.28％，粪便管理和粪便田间施用环节分别占系统总排放量的14.92％和10.25％，奶牛场能源消耗环节占系统总排放量的8.74％。对关键排放源进一步分析，泌乳牛肠道发酵排放占到了整个肠道发酵甲烷排放的61.67％，氮肥田间施用和化肥生产环节排放占到了饲料生产加工环节的74％，粪便管理过程中的N2O排放占到该环节温室气体排放总量的57.1％，其中堆肥带来的N2O排放占到粪便管理环节N2O排放的75％。该系统的主要排放的温室气体为CH4和N2O，其排放量当量分别占系统总排放量的48％和32％。为确定重点环节温室气体减排技术研究提供参考。
　　(4)对不同功能单位、分配方法、GWP值对碳足迹的影响进行了定量分析，结果表明两种不同的分配方法得出的牛奶碳足迹除不分配和质量分配、蛋白分配和经济价值两两比较没有显著性差异(P＞0.05)外，其他任意两者间进行比较均有显著性差异(P＜0.05)。采用不同GWP值得出的牛奶碳足迹均有显著性差异(P＜0.05)。RM碳足迹与标准奶比较时具有显著性差异(P＜0.05)，当以FPCM与以ECM为功能单位的碳足迹比较时没有显著性差异(P＞0.05)，由此得出在进行牛奶生产碳足迹比较时，需要注意不同分配方法、GWP值和功能单位对牛奶碳足迹的影响。

目录

声明

摘要

英文缩略表

第一章 引言

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 畜禽产品碳足迹研究现状

1．2．2 畜禽产品碳足迹结果分析

1．2．3 牛奶碳足迹评估方法和模型研究现状

1．3 目前研究中存在的问题

1．4 研究内容与技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

第二章 规模化奶牛场牛奶生产碳足迹核算方法

2．1 评价范围界定

2．2 功能单位

2．3 排放分配方法

2．4 规模化奶牛场牛奶生产碳足迹评估方法学

2．4．1 饲料种植、加工环节温室气体排放量核算方法

2．4．2 肠道发酵甲烷排放量核算方法

2．4．3 粪便管理温室气体排放核算方法

2．4．4 粪便田间施用温室气体排放核算方法

2．4．5 奶牛场能源消耗温室气体排放核算方法

2．4．6 规模化养殖场牛奶生产碳足迹计算方法

2．5 核算方法涉及参数的选择与确定

2．5．1 内置牛群参数说明

2．5．2 饲料种植过程涉及到的参数说明

2．5．3 化肥生产和能源消耗相关排放因子说明

2．5．4 粪便管理和氮肥施用环节相关排放因子和参数说明

2．5．5 核算方法内置运输环节的相关参数说明

2．5．6 评估对象—奶牛场生产过程参数说明

2．6 核算方法结构流程图

2．7 小结

第三章 案例分析

3．1 研究案例情况

3．1．1 奶牛场基本情况和生产数据

3．1．2 方法学中基于生产实际的相关系数

3．2 结果与分析

3．2．1 系统温室气体排放量和牛奶生产碳足迹

3．2．2 不同环节对系统的贡献率

3．2．3 不同温室气体对系统的贡献率

3．2．4 肠道发酵环节的排放量和贡献率

3．2．5 饲料生产加工各环节的排放量和贡献率

3．2．6 粪便管理环节的排放量和贡献率

3．3 讨论

3．3．1 不同文献的牛奶碳足迹研究结果比较

3．3．2 不同分配方法对牛奶生产碳足迹的影响

3．3．3 不同GWP值对牛奶生产碳足迹的影响

3．3．4 不同功能单位对牛奶生产碳足迹的影响

3．3．5 不确定性分析

3．4 小结

第四章 结论与建议

4．1 结论

4．2 建议

参考文献

附录

致谢

个人简历