畜禽业碳排放的时空特征及减排路径
——以河南省为例

孔祥飞，张东生

（1.中国社会科学院大学应用经济学院，北京 100032；2.烟台大学经济管理学院，山东 烟台 264005）

随着我国居民生活水平的不断提高，社会对于畜禽业相关产品的消费逐渐增多，与此同时，作为温室气体重要来源之一的畜禽业同样造成了水体污染等一系列环境问题，也为我国如期实现“双碳”目标带来了一定压力。河南省作为我国畜禽养殖大省，其畜禽业碳排放问题的缓解对于我国农业高质量发展与农业农村现代化具有重要的作用。基于此，学界应采用科学的方法对河南省畜禽业碳排放时空特征进行系统分析，发现河南省畜禽业碳中和目标实现过程中存在的问题，并为我国畜禽业碳减排提供合理建议。

近年来，区域视角下的畜禽业碳排放分析逐渐增多，为我国畜禽业的现代化发展做出了重要的理论贡献。刘月仙等［1］研究了北京市畜禽养殖温室气体排放的时空分布，并通过畜禽温室气体排放CR4指数（产业集中度指数）逐步增高反映出该市畜禽产业集约化水平不断提高。郭娇等［2］评估了湖北省2007—2014 年畜禽养殖过程中的温室气体排放潜力，指出该省温室气体排放潜力总体呈现上升趋势，且襄阳市、孝感市、黄冈市和恩施土家族苗族自治州的畜牧业温室气体排放潜力最大。唐洪松等［3］运用碳排放系数法计算了新疆维吾尔自治区畜牧业碳排放量，并从生产效率、经济效率两方面构建了该地区畜牧业碳排放公平性评价模型。冉锦成等［4］利用Tapio 脱钩模型指出新疆维吾尔自治区畜牧养殖业经济效益与碳排放呈现“弱脱钩平稳—扩张负脱钩与强负脱钩交替—强脱钩转型”的演进关系。马军等［5］利用数据包络分析方法（Data Envelopment Analysis，DEA）模型对2001—2015 年内蒙古自治区畜牧业温室气体排放与畜牧业经济之间的效率进行了测度分析，指出该地区草原畜牧业温室排放效率整体呈现弱DEA 有效，且纯技术效率是造成这一状况的决定因素。陈瑶等［6］在量化测算内蒙古、西藏、青海、新疆四大牧区畜禽温室气体排放量的基础上，运用迪氏对数指标分解法 （Logarithmic Mean Disivia Index，LMDI）模型对其影响因素进行了定量分解。汪诗平等［7］从技术、经济和政策等层面系统论述了三江源区“低碳型草地畜牧业”的可行性以及碳贸易潜力及其与生态补偿和农牧民增收之间的关系。张宝成等［8］探讨了贵州省遵义市城镇经济发展与畜牧养殖业温室气体排放的关系。刘哲等［9］选取特征值的方法估算了2005—2009 年辽宁省沈阳市农村地区牲畜因肠道发酵和粪便管理而产生的温室气体并对5 年间的温室气体排放情况进行了比较分析。韦秀丽等［10］开展了重庆市畜牧业温室气体排放量估算及评价，认为牛是重庆市畜牧业温室气体排放中的关键排放源。谢婷等［11］在分析华中地区畜牧业温室气体排放现状的基础上，采用Logistic growth model、Gompertz curve model 等非线性时间序列模型模拟了2030 年华中地区牲畜数量，并计算了畜牧业温室气体排放量。韦良焕等［12］在联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）测算碳排放的方法基础上，对1980—2016 年新疆维吾尔自治区畜禽温室气体排放的时空变化特征进行了研究。

综上所述，基于区域视角的畜禽业碳排放研究取得了丰富的成果，为各地区畜禽业可持续发展做出了理论与政策贡献。但是，针对河南省的畜禽业碳排放研究缺乏，这与河南省在我国畜禽产业中的地位明显不符，与河南省的畜禽业碳排放大省地位并不对称。基于此，笔者在测算河南省畜禽业碳排放总当量与强度的时空特征基础上，寻找具有普遍适用性的畜禽业碳减排路径，为河南省乃至全国畜禽业碳减排提供数据支撑与政策保障。

1 研究设计

1.1 畜禽业碳排放当量的计算

该研究中畜禽业温室气体主要包括各类畜禽的肠胃、排泄物产生的CH4和N2O，依据CH4和N2O 的增温潜势分别为CO2的28 倍和265 倍，再将CH4和N2O 的排放量转化成CO2当量［13］。同时，结合IPCC 与胡向东等［14］对畜禽养殖量进行调整的方法，得到畜禽年均饲养量公式如下：

式中，APP 为畜禽年均饲养量，Herd1为上年年末畜禽存栏量，Herd2为当年年末畜禽存栏量，NAPA为年畜禽出栏量，Days_alive 为畜禽饲养周期，1a表示1 年。

将畜禽的温室气体排放量换算为CO2当量的计算公式为：

式中，E畜禽为畜禽业CO2排放当量，E胃肠CH4为畜禽胃肠CH4排放量，E粪便CH4为畜禽粪便CH4排放量，E粪便N2O 为畜禽粪便N2O 排放量，CH4和N2O 的增温潜势参数分别为28 和265。

1.2 畜禽业碳排放强度的计算

该研究中2011—2020 年的畜禽业产值以2011 年不变价折算，进而测算河南省畜禽业碳排放时序强度，同时，基于各地区数据的可得性，各地区2018—2020 年的畜禽业产值以2018 年不变价折算，进而测算河南省各地区畜禽业碳排放强度。畜禽业碳排放强度计算公式为：

式中，I畜禽指畜禽业碳排放强度，E畜禽为畜禽业CO2碳排放当量，GDP畜禽为畜禽业产值。

2 数据来源

2.1 基础数据

河南省及各地区2011—2020 年的牛、马、驴、骡、猪、羊、家禽的出栏头数或只数、畜禽业产值数据来自 《河南省统计年鉴 （2011—2020 年）》，其中，畜禽业产值以2011 年、2018 年不变价分别计算河南省2011—2020 年畜禽业产值与河南省各地区2018—2020 年畜禽业产值。河南省各地区的家禽出栏只数由当年河南省的家禽出栏率与河南省各地区当年的家禽年底只数求解所得。根据《河南省统计年鉴（2011—2020 年）》数据计算，河南省猪、禽类的出栏率均大于1，其他牲畜出栏率小于1。参考姚成胜等［15］发表的文章，该研究将猪、禽类的饲养周期分别定为200、55 d。

2.2 畜禽业温室气体排放系数

该研究所用的畜禽业温室气体排放系数参考姚成胜等［15］、陈胜涛等［13］发表的文章整理所得，具体见表1。

表1 畜禽业温室气体排放系数

3 河南省畜禽业碳排放分析

3.1 畜禽业碳排放总当量的时空特征

2011—2020 年河南省畜禽业碳排放总当量及具体结构见表2。由表2 可知，河南省畜禽业碳排放总当量的时序特征如下。第一，基于畜禽业碳排放绝对当量视角而言，河南省畜禽业碳排放总当量由2011 年的2 739.61 万t 减少到2020 年的1 805.15 万t，其中，来源于胃肠CH4的碳排放当量由2011 年的1 447.59 万t 减少到2020 年的814.09 万t，来源于粪便CH4的碳排放当量由2011年的374.93 万t 减少到2020 年的277.76 万t，来源于N2O 的碳排放当量由2011 年的917.09 万t减少到2020 年的713.30 万t。整体而言，河南省畜禽业及其各结构碳排放当量整体呈下降趋势，这说明河南省畜禽业碳减排取得了较大成效，河南省畜禽业碳排放压力正在减小。第二，基于畜禽业碳排放同比增速而言，2011—2020 年河南省畜禽业碳排放总当量平均同比增速为-4.11%，分来源而言，来自胃肠CH4的碳排放当量平均同比增速为-5%，来自粪便CH4的碳排放当量平均同比增速为-2.81%，N2O 的碳排放当量平均同比增速为-2.56%。就畜禽业整体碳排放的同比增速而言，可以将河南省碳排放分为3 个阶段：第1 阶段为2012—2013 年，这一阶段河南省畜禽业碳排放总当量小幅度增加，碳减排成效欠佳；第2 阶段为2014—2016 年，这一阶段河南省畜禽业碳排放总当量大幅度下降，碳减排成效显著，但是下降速度整体减缓，这一时期畜禽业碳减排空间收缩；第3阶段为2017—2020 年，这一阶段河南省畜禽业碳排放总当量呈波动变化特征，碳减排不确定性特征明显增加，最终碳排放当量增加，碳减排压力增加。河南省畜禽业各来源碳排放与碳排放总当量有相同的阶段特征。第三，基于畜禽业碳排放内部各结构占比而言，如图1 所示，胃肠CH4碳排放当量占畜禽业整体碳排放的比例由2011 年的52.84%下降至2020 年的45.10%，平均占比为43.92%，除2015—2018 年，其为河南省畜禽业碳排放第一来源；粪便CH4碳排放当量占畜禽业整体碳排放的比例由2011 年的13.69%上升至2020年的15.39%，平均占比为17.21%；来自N2O 的碳排放当量占畜禽业整体碳排放的比例由2011 年的33.48%上升至2020 年的39.51%，平均占比为38.87%，其在2015—2018 年更是成为河南省畜禽业碳排放的第一来源。通过河南省碳排放总当量、同比增速及来源占比的分析可知，河南省畜禽业碳减排取得了显著成效，但是碳减排成果并不稳固，具有明显的波动性特征，而胃肠CH4碳排放当量是形成这一特征的决定性来源。

图1 2011—2020 年河南省畜禽业碳排放各来源占比

表2 2011—2020 年河南省畜禽业碳排放核算结果

2011—2020 年河南省各地区畜禽业碳排放总当量见表3。由表3 可知，以河南省各地区2020年畜禽业碳排放总当量三等分及同比增速特征2个维度可以将河南省各地区分为5 种类型：第1种类型为“高-波动”区域：南阳市、驻马店市、商丘市、开封市、平顶山市、周口市。这些区域不仅畜禽业碳排放总当量高，而且同比增速波动性大，不确定性高，说明这些地区不仅畜禽业碳减排压力大，且碳减排成果具有不稳定性，需要加大畜禽业碳减排力度，加快采取稳固碳减排成果的政策措施与制度安排。第2 种类型为“中-波动”区域：洛阳市、新乡市、信阳市、三门峡市。这些区域同样是河南省畜禽业碳排放的重要来源地，是河南省畜禽业碳减排的重要发力点，这也意味着其承担着较大的畜禽业碳减排任务，但是纵观2012—2020 年畜禽业碳排放总当量，虽取得了一定的碳减排成果，但是成果的根基并不稳固。第3 种类型为“中-下降”区域：许昌市、安阳市。从绝对当量来看，2个地区实现了畜禽业碳排放的绝对当量减少，成为河南省畜禽业碳减排的重要支撑区域；从同比增速来看，2 个地区畜禽业碳排放逐年下降，实现了碳减排成果的持续巩固，这说明两地畜禽业碳减排工作的有序推进为河南省碳减排作出了重要贡献。第4 种类型为“低-波动”区域：濮阳市、漯河市、鹤壁市、济源市。以上区域虽然不是河南省畜禽业碳排放的重要来源地，但是其畜禽业碳排放的波动性特征也会对河南省总体碳减排成果产生扰动影响，这需要同步推进碳减排政策加以稳步推进“双碳”目标的实现。第5 种类型为“低-下降”区域：焦作市、郑州市。2 个地区畜禽业碳排放占河南省的比例较低，但是其2011—2020 年间畜禽业碳排放的总体趋势性下降为河南省畜禽业的可持续发展做出了贡献，为河南省其他地区畜禽业的现代化发展提供了一定的实践指导意义。整体而言，河南省各地区畜禽业碳排放具有明显的空间异质性，这与各地区的自然资源禀赋及经济发展阶段有密切联系，河南省畜禽业碳排放的高值区域主要为农业资源丰富地区，这些地区是河南省畜禽业碳减排的重要着力区域，具有巨大的碳减排潜力。同时，河南省各地区畜禽业碳排放的同比增速特征主要受畜禽中猪、牛出栏头数的周期性波动影响，这也是畜禽业碳排放不同于其他农业领域的关键所在，其碳源具有强市场周期性，畜禽养殖量呈周期性波动。

表3 2011—2020 年河南省各地区畜禽业碳排放核算结果

3.2 畜禽业碳排放强度的时空特征

碳排放强度的测算可以弥补总量计算中轻视质量的弊端，可以判断单位GDP 中碳排放的程度，有利于判断畜禽业经济发展的水平与可持续性。该研究测算了河南省畜禽业碳排放强度及同比增速，具体如图2。通过对图2 的分析可以得出河南省畜禽业碳排放强度时序特征如下。第一，就碳排放强度绝对量而言，河南省畜禽业碳排放强度由2011 年的1.312 t/万元下降到2020 年的0.735 t/万元，平均强度为0.919 t/万元，这说明河南省畜禽业经济发展的质量大幅度提高，畜禽业摆脱了落后的养殖方式，在保证居民科学膳食结构的同时实现了碳减排工作的有序推进。这一成就主要得益于河南省畜禽业碳排放总当量的下降，根据《河南省统计年鉴（2011—2020 年）》数据测算可得2011—2020 年河南省畜禽业总产值（以2011 年不变价测算）维持在2 090 亿元左右，并未发生大幅度的变动，而由上文可知河南省畜禽业碳排放总当量由2011 年的2 739.62 万t 减少至2020 年的1 805.15 万t，进一步可得2011—2020年河南省畜禽业碳排放强度的变化特征由碳排放总当量的特征决定。第二，就碳排放强度的同比增速而言，河南省畜禽业碳排放强度同比增速由2012 年的-4.05%增加至2020 年的2.34%，平均增速为-5.24%，这说明河南省碳排放强度经历了波动下降的过程，根据各阶段同比增速特征，可以将这一过程分为2 个阶段。第1 阶段为2012—2016年，为波动性下降阶段。这一阶段畜禽业碳排放强度整体呈下降趋势，并在2015 年达到谷底，同比增速为-22.6%，后期下降幅度逐渐收窄；第2 阶段为2017—2020 年，为波动上升阶段，这一阶段畜禽业碳排放强度总体呈上升趋势，整体呈波动性特征，总体波动幅度较小。河南省畜禽业碳排放强度的波动性特征进一步说明了该省畜禽业碳减排成果的不稳定性。整体而言，河南省畜禽业碳排放总当量特征是影响其畜禽业碳排放强度特征的决定性因素，畜禽业单位GDP 所释放的碳排放当量虽然大幅度下降，但是河南省碳排放强度动态变化特征又进一步证明了河南省碳减排的不稳定性。

图2 2011—2020 年河南省畜禽业碳排放强度及同比增速

河南省各地自然资源禀赋具有差异性，且畜禽业发展水平不一，畜禽业市场表现不同，这造成了河南省各地区碳排放强度具有异质性。2018—2020 年河南省各地区碳排放强度及同比增速见表4。根据河南省畜禽业碳排放强度绝对值三等分与碳排放强度同比增速2 个维度，可以将河南省各地区分为8 种类型。第1 种为“高-收敛型增长”区域：开封市。该市畜禽业碳排放强度由2018年的0.945 t/万元增加至2020 年的1.300 t/万元，畜禽业碳减排质量有待提高，说明仍未摆脱传统的畜禽业发展模式，但是碳排放强度增加的幅度大幅收敛，说明该市具有巨大的碳减排潜力，应走现代农业、绿色农业发展道路，实现单位畜禽业产值的碳排放当量的降低。第2 种为“高-波动”区域：驻马店市、南阳市、洛阳市、新乡市。4 个地区畜禽业碳排放强度变动不大，始终处于高位，同比增速具有波动性特征，这说明4 个地区的畜禽业碳减排质量欠佳，且具有不稳定性，这些地区应该成为河南省碳减排重点关注区域，深入挖掘其碳减排潜力，巩固河南省碳减排成果。第3 种为“高-扩张型下降”区域：三门峡市。该市畜禽业碳排放强度由2018 年的1.728 t/万元下降至2020 年的1.051 t/万元，碳减排质量大幅提高，但是仍处于高位，说明碳减排潜力巨大。三门峡市畜禽业碳排放强度呈扩张型下降，这说明其畜禽业正摆脱传统的养殖模式，碳减排潜力逐渐释放。第4 种为“中-波动”区域：平顶山市。该市畜禽业碳排放强度虽然由2018 年的0.969 t/万元下降至2020 年的0.788 t/万元，但是下降速度大幅收窄，在2020 年呈现出尾端上升特征，这说明该市碳减排虽然取得了一定成果，但是需要配套的畜禽业现代发展政策以避免碳减排成果的不可持续性。第5 种为“中-扩张型下降”区域：商丘市、周口市。2 个地区畜禽业碳排放强度大幅下降，且下降幅度逐年增加，碳减排成果显著，成为河南省畜禽业碳减排的有力支撑，并逐渐走向了畜禽业现代化之路。第6种为“中-收敛型下降”区域：安阳市、漯河市、郑州市。3 个地区畜禽业碳排放强度稳步下降，畜禽业发展逐渐摆脱了以牺牲环境为代价的路径，经济与生态环境的关系正在改善，但是下降的速度呈收敛特征，碳减排成果的根基并不稳固。第7 种为“低-波动”区域：濮阳市。濮阳市畜禽业碳排放强度由2018 年的0.585 t/万元上升至2020 年的0.593 t/万元，虽然同比增速呈现波动性特征，但是整体始终处于低位，这说明该市畜禽业碳减排质量较高，畜禽业处于高质量发展阶段。第8 种为“低-收敛型下降”区域：许昌市、焦作市、济源市、信阳市与鹤壁市。其中，许昌市与济源市畜禽业碳排放强度大幅度下降，其余地区呈现稳步下降特征，以上地区碳减排成果显著，为河南省碳减排工作的稳步推进注入了动力，但是以上地区畜禽业碳排放强度下降幅度逐渐收窄，需要配套的政策体系与制度改革巩固碳减排成果。整体而言，河南省畜禽业碳排放强度具有明显的地区异质性特征，各地区碳排放强度动态变化特征的异质性要求政府需根据各地畜禽业发展情况来制定差异性政策。

表4 2018—2020 年河南省各地区畜禽业碳排放强度核算结果

4 畜禽业碳减排路径探析

畜禽业作为农业领域的重要温室气体来源，需要科学设计其碳减排路径，才能实现自身的高质量发展，同时实现农业农村现代化，迈向乡村的全面振兴。针对河南省畜禽业碳排放的时空特征及畜禽业高质量发展的内在要求，该研究提出如下畜禽业碳减排路径。第一，加强畜禽粪污综合利用。开展畜禽养殖场区粪污无害化治理行动，推进畜禽养殖粪污的集中化处理，开发沼气池回收工艺，实现粪污处理与效益提升的兼容，通过不同的固体粪便和液体粪污处理方式进行全面利用，从而实现畜禽粪污的深度处理以及最大化资源化利用，最大限度地降低环境污染和温室气体排放。第二，加大畜禽业碳减排科学技术投入与应用力度。针对畜禽肠道发酵管控，应通过添加营养物质、天然饲料、调整日粮精粗比与接种疫苗等技术来实现肠道CH4排放的减少；同时，通过培育适宜各地区的优质畜禽品种，进而提高畜禽的单产水平，缩减畜禽养殖规模，从而降低动物胃肠道发酵和粪污堆积产生的CH4和N2O。第三，优化畜禽管理方式。稳步推进畜禽养殖规模化、专业化与集约化发展，通过养殖方式的优化可以防止畜禽感染疾病，提高畜禽生产力，提高饲料的利用效率；同时，通过畜牧业的精准化发展可以减少因饲料损失、畜禽行为及健康情况带来的温室气体排放。第四，多政策协同推进温室气体减量化。国家逐步完善长期以来甲烷减排在国家层面上缺少统一的管理方案且相关政策主要以安全为导向的不足，充分利用碳排放权交易市场对畜禽养殖业温室气体排放进行控制，建立奖励机制激励农户降低农场的甲烷排放，加强生产者和消费者关于畜牧业促使气候变化方面的科学认知。第五，推进畜禽业全产业链融合发展。加速推进畜禽业产前、产中、产后协同发展，加速冷链建设，避免畜禽运输过程中而产生的进一步温室气体排放，通过集中处置、集中转运、集中销售实现单位产值提升，避免畜禽业碳排放强度的波动。

5 小结

该研究通过测算河南省畜禽业碳排放总当量与强度的时空特征，为国家农业高质量发展、乡村的全面振兴提供了数据支撑与政策支持，为我国如期完成“双碳”目标提供了可行路径。同时，该研究弥补了针对河南省这一畜禽业大省的碳排放研究空白，具有一定的理论与现实贡献。该研究的结论如下。第一，从畜禽业碳排放总当量与强度的绝对值而言，河南省畜禽业碳减排取得了一定成效，减排的数量与质量同步提高。第二，从畜禽业碳排放总当量与强度的同比增速而言，河南省畜禽业碳减排的成果并不稳固，畜禽业碳排放绝对当量经历了3 个具有不同波动特征的阶段，且各碳排放来源的占比呈现不同特征，具有较强的不确定性，需要进一步采取措施巩固既有碳减排成果。第三，河南省畜禽业碳排放具有地区异质性特征，依据碳排放绝对当量特征可归为“高-波动”“中-波动”“中-下降”“低-波动”“低-下降”5 种类型，依据碳排放强度特征可归为“高-收敛型增长”“高-波动”“高-扩张型下降”“中-波动”“中-扩张型下降”“中-收敛型下降”“低-波动”“低-收敛型下降”8 种类型。基于论文分析，为实现河南省畜禽业高质量发展，应从加强畜禽粪污综合利用、加大畜禽业碳减排科学技术投入与应用力度、优化畜禽管理方式、多政策协同推进温室气体减量化、推进畜禽业全产业链融合发展等政策多层次入手。该研究限于数据的可得性，在畜禽业碳减排微观机制与碳排放因素分解方面仍有研究空间。