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减少温室气体排放的途径范文1
关键词：污水处理；温室气体排放
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。
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.
[2]华佳，张林生。 污水处理过程中的温室气体减排探讨[J]. 环境科学与技术,2013,12:223-227.
减少温室气体排放的途径范文2
关键词：低碳经济；温室气体排放；数据收集
中图分类号：X22 文献标识码：A 文章编号：1007-3973(2010)010－111－02
近一两年来，重大灾害性天气气候事件在全球频频出现，俄罗斯干旱大火持续肆虐，巴基斯坦持续强降雨洪灾惨重，中欧多国暴雨成灾，罕见严寒酷暑折腾着地球南北，还有今年八月我国甘肃南部舟曲县遭遇特大泥石流灾害，造成重大的人员伤亡和财产损失。有科学家预测，在全球变暖的情况下，目前全球正处于极端天气气候事件的频发期。引起气候变化的原因除了自然因素以外，重要的是人为因素。它是由于人类活动，如化石燃料的燃烧所产生的大量二氧化碳和其他温室气体排放到大气当中，增强了地球的温室效应，从而引起了全球气候的变暖。这是人类无理性、无节制的活动造成的，对气候的影响更大。事实告诉我们：气候变化已经发生，应对气候变化刻不容缓。在此背景下，目前所有国家都认为最终出路在于发展低碳经济。我国为了提高公众对国土资源国情的认识，普及有关科学技术知识，引导全社会积极参与节约集约利用资源、减少碳排放、促进经济发展方式转变的实践。国土资源部在今年四月发出开展第41个世界地球日主题宣传活动的通知中，确定把今年地球日主题定为：“珍惜地球资源转变发展方式倡导低碳生活”。低碳经济是近年来国际国内经济技术界提出的一个新的发展概念，它以低能耗、低排放、低污染为基本特征，以应对碳基能源对于气候变化影响为基本要求，以实现经济社会的可持续发展为基本目的，其内涵与外延正在不断地深化与扩大。
今年8月18日，国家低碳省区和低碳城市试点工作正式启动。由国家发改委确定的首批低碳试点省和低碳试点市是广东、辽宁、湖北、陕西、云南五省和天津、重庆、深圳、厦门、杭州、南昌、贵阳、保定八市。试点工作主要有五个方面的任务：一是编制低碳发展规划；二是制定支持低碳绿色发展的配套政策：三是加快建立以低碳排放为特征的产业体系：四是建立温室气体排放数据统计和管理体系；五是积极倡导低碳绿色生活方式和消费模式。这是新形势下我国积极应对气候变化采取的一项重大举措，是促进可持续发展的现实需要，是探索中国特色低碳绿色发展经验的有效途径。虽然现在尚未有一家试点地区对外公布其完成方案，但无论怎样实施，地方方案都要围绕上述五大任务展开。其中，“建立温室气体排放数据统计和管理体系”是个新鲜命题，也是个最大难题，此举意味着试点地区要启动“区域碳盘查”，每个城市都要加强温室气体排放统计工作，建立完整的数据收集和核算系统，也就是将要把温室气体排放列入日常数据统计当中。今年国家发改委根据国务院提出的把单位GDP二氧化碳排放指标纳入国民经济和社会发展规划并作为约束性目标的要求，将组织编制2005年和2008年温室气体排放清单，增强我国温室气体排放清单的完整、准确性。此举将摸清我国二氧化碳排放情况，逐步建立和完善有关温室气体排放的统计监测和分解考核体系，切实保障实现控制温室气体排放行动目标。
1997年的12月，149个国家和地区的代表通过了旨在限制发达国家温室气体排放量以抑制全球变暖的《京都议定书》》。《京都议定书》规定，到2010年，所有发达国家二氧化碳等6种温室气体的排放量，要比1990年减少5.2％。到2020年，我国单位GDP二氧化碳排放将比2005年下降4.45％，非化石能源占一次能源消费的比重达到1.5％左右，增加森林面积四千万公顷。要实现降低碳排放强度的目标，我国将面临巨大压力和困难。我国是一个发展中国家，既要发展经济、摆脱贫困、改善民生，还要面对适应气候变化和减缓温室气体增长速度的挑战。随着经济增长，我国的能源消耗总量、二氧化碳排放总量可能还会增加。
目前，我国的一些省份正在组织编制温室气体排放清单，以摸清“家底”，实施低碳发展战略。我认为在完成这一任务时，除了上述问题对我国来说是一个巨大压力和困难以外，如何摸清“家底”，数据的收集方法是最基本也是最重要的问题。
数据的收集方法包括收集现有数据，如何生成新的数据，调整数据，排放因子和排放量的直接测量，制作或评审活动数据。数据的收集应在选好适当的方法后进行，数据收集活动应考虑时间序列一致性，应制定并坚持执行适当的验证、归档和核查程序，以保证数据的准确性。同时还应收集有关不确定性的数据，保证和控制数据质量。数据收集的结果也可能有助于对所选择方法的改进。
收集现有数据。采取资料收集、咨询、调研和抽样调查等方式，收集分析和确定化石燃料燃烧的活动水平数据，包括：活动部门、技术和设备类型、燃料种类，建立能源活动水平数据库。收集煤矿矿井开采、露天开采和矿后活动的煤炭产量和甲烷排放情况。收集各类型煤矿的煤层甲烷含量及其排放特征，矿后活动甲烷排放量的比例等参数。调查中国分类型(薪材、作物秸杆、家畜粪便等)分主要燃烧设备的生物质能燃烧量。调查陆地和海上油气生产、运输、分装、储存、加工和转换过程中油气的泄漏(逸出)量。在活动水平数据收集方面，我国有关部门已经做到了各予专题确定分设备、分燃料品种的排放源类型，采取调查、专家咨询、发调查表、查阅资料、与协作单位合作等方式收集活动水平数据，数据确认与核实，建立子专题数据库，建立数据共享机制。
排放因子和排放量的直接测量。通过抽样调查，研究确定化石燃料燃烧的二氧化碳和氧化亚氮的排放因子。收集和分析中国主要煤矿主要煤炭品种(无烟煤、烟煤、焦煤、褐煤等)的含碳量和发热值等煤质特性参数。通过抽样调查，研究和确定不同燃烧条件下，煤的碳氧化率；抽样调查不同规模的火力发电站锅炉、工业锅炉、烘干设备和民用炉灶的碳氧化率；研究确定煤炭燃烧过程中的二氧化碳和氧化亚氮的排放因子。研究确定其它化石燃料燃烧的二氧化碳和氧化亚氮的排放因子，包括(1)交通运输部门分设备、分燃料类型的排放因子；(2)不同石油和天然气燃烧设备的排放因子；(3)能源转换部门的排放因子。研究确定煤矿矿井开采、露天开采和矿后活动分高、低瓦斯储量的煤矿的甲烷排放因子。通过抽样调查，研究确定中国分类型(薪材、作物秸杆、家畜粪便)分主要燃烧设备的生物质能燃烧的甲烷排放因子。研究确定油、气系统甲烷泄漏(逸出)排放因子。在我国能源活动温室气体排放清单编制专题年度进展报告中，排放因子直接测量研究有几个方面，
一是研究各子专题分设备、分燃料品种的排放因子的计算方法，二是分析计算排放因子的主要影响因素，三是调查、收集计算排放因子的有关数据，四是研究IPCC推荐值的适应性和可借鉴程度，最后是重点设各计算排放因子所需数据问卷调查(工业锅炉、电站锅炉、各种工业窑炉、合成氨装置、交通运输方式等)。对于排放量计算方法，要有分部门、分设备、分燃料品种的化石燃料燃烧的二氧化碳和氧化亚氮的排放量计算方法。矿井开采、露天开采和矿后活动甲烷排放量计算方法。分类型(薪材、作物秸杆、家畜粪便)分主要燃烧设备的生物质能燃烧的甲烷排放量计算方法。油、气系统甲烷泄漏(逸出)排放量计算方法。碳排放量的直接测量也有几个方面，一是研究和借鉴IPCC的清单编制方法，二是研究碳排放量计算的基本方法碳平衡法，用于既定的生产系统、工序、燃烧设备等的碳平衡计算，三是研究能源活动温室气体排放量计算方法，包括：燃料燃烧CO2排放量计算；能源转换部门N2O排放量计算；油、气系统Ch4泄露排放量计算；煤炭开采和矿后活动的Ch4排放量计算；固碳量计算；能源活动温室气体排放量计算方法等。以农业活动温室气体排放数据收集为例，在活动水平数据的收集与核对时，建立省级主要类型农作物(17种农作物)的播种面积、产量数据库，以及省级氮肥消费、灌溉制度、品种等数据资料的数据库：主要类型动物(11种家畜)的数目及其年龄结构、饲料结构、采食量、动物废弃物产量、动物废弃物管理系统类型、动物废弃物在各个管理系统之间的分配系数、各管理系统的废弃物利用方式等的典型样县调查数据库。建立CH4、N2O排放因子的观测数据及相关信息的数据库：建立典型区域及全国农业土壤和气象等相关信息的数据库。建立与农业温室气体排放相关的农业活动水平的测量数据、调查数据和空间外延数据的数据库。在研究和确定排放因子时，主要类型稻田的甲烷排放因子；主要类型农田的氧化亚氮排放因子；反刍动物(奶牛)甲烷排放因子；主要管理系统的甲烷和氧化亚氮排放因子。已经开始进行计算分区域分类型的稻田甲烷排放量；分区域分类型的农田氧化亚氮排放量；分区域分类型的反刍动物甲烷排放量；分区域分类型的动物废弃物甲烷和氧化亚氮排放量的工作。
据最新报道，作为13个国家低碳试点之一，南昌市在温室气体排放数据统计和管理体系上已抢先一步。南昌市的碳盘查以工业盘查为主，采取了三步走的策略。第一步是根据南昌市统计局提供的资料进行总体摸底，主要针对的是规模以上的工业企业。第二步是进行抽样调查。即对其中的重点企业进行典型抽样调查，到企业查看具体报表(购电、购煤、购油的原始发票、凭证等)，以此核实企业实际能耗情况与统计局提供的数据之间是否有存在误差。最后，进行比较修订。具体做法是根据南昌市节能办掌握的第三方机构对相关企业的能源审计报告、清洁生产审计报告，来估算不同行业在生产、服务过程中可能产生的碳排放量，获得行业的平均修正的系数，在此基础上对前面两步所得数据进行修订。在工业碳盘查之外，建筑、交通也借鉴了工业盘查的方法。首先是计算其耗能量，然后再乘以不同能源的碳排放系数。
众所周知，低碳经济是减少温室气体排放和应对全球气候变化的有效途径，为实现《京都议定书》承诺期碳减排的刚性约束目标，我国将采取四个方面措施，大力发展绿色经济、低碳经济，把碳排放指标纳入十二五规划，一是加强规划引导，完善扶持政策。二是扎实推进节能减排，加强生态环保建设。三是组织开展循环经济、低碳经济试点。四是建立健全科技、统计、信息等支撑体系。
参考文献：
[1]潘家华，庄贵阳，朱守先，构建低碳经济的衡量指标体系[N]，浙江日报,2010，6，4
[2]IPCC国家温室气体清单指南(2006年)[s]
[3]国家信息通报回顾
减少温室气体排放的途径范文3
关键词:农业;低碳农业;二氧化碳
哥本哈根世界气候大会全称《联合国气候变化框架公约》，被喻为“拯救人类的最后一次机会”; 的会议，让“低碳经济”;成了2009年的岁末热词。一时间，所谓碳税、碳汇、碳交易、碳足迹、低碳工业、低碳农业、低碳建筑、低碳城市、低碳生活蜂拥而至。低碳经济作为具有广泛社会性的前沿经济理念，其实并没有约定俗成的定义。一般来讲，低碳经济是指在可持续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新、产业创新、新能源开发等手段，尽可能地减少煤炭、石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。所谓低碳，就意味着环保、节能减排，意味着生产、生活方式和价值观念的转变。
1低碳农业的概述 低碳农业首先是一种理念，是农业转变发展方式的一个发展方向。低碳理念的本质就是降能节约。低碳农业是一种现代农业发展模式，通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发利用等多种手段，尽可能地减少能源消耗，减少碳排放，实现农业生产发展与生态环境保护双赢。低碳农业是一种比广义的生态农业概念更广泛的概念，是生态农业、绿色农业的进一步发展，不仅象生态农业那样提倡少用化肥农药、进行高效的农业生产，而在农业的能源消耗越来越多，种植、运输、加工等过程中，电力、石油和煤气等能源的使用都在增加的情况下，低碳农业还更注重整体农业能耗和碳排放的降低。
低碳农业也是生物多样性农业。农业的发展经历了刀耕火种农业阶段、传统农业阶段和工业化农业阶段。工业化农业过程对生物多样性构成威胁:农田开垦和连片种植引起自然植被减少，以及自然物种和天敌的减少;农药的使用破坏了物种多样性;化肥造成了环境污染，进而也引起生物多样性的减少;品种选育过程的遗传背景单一化及其大面积推广，造成了对其他品种的排斥，如果用碳经济的概念衡量，这种农业可以说是一种 “高碳农业”;。改变高碳农业的方法就是发展生物多样性农业。生物多样性农业由于可以避免使用农药、化肥等，某种意义上正属于低碳农业。 农业作为国民经济的基础产业，是一个重要的温室气体来源，同时又受到温室效应的严重影响。响应低碳经济的号召，确定农业温室气体的排放量并探寻减排办法已成为世界各国的当务之急。然而，低碳农业虽然前景广阔，但距离“低碳农业”;的标准还有很大差距。劳动力是发展低碳农业前期投人成本中的主要部分，尤其是知识型劳动力的投人;我国目前的农业生产特点决定了规模化低碳农业发展的困难。发展低碳农业，需要大面积采用生态农业的部分技术、需要相应的生产技术与之相匹配、需要政府和一些高校社会组织专业人员的指导和培训，特别是市场的衔接。
2农业与温室气体中二氧化碳的消长关系 人类的农业生产活动与全球气候变化相互联系又相互影响。农业生产在全球温室气体(包括二氧化碳，CH4, N20)循环中占有重要地位。土壤中的有机物质经微生物分解，以二氧化碳的形式释放人大气，CH;可在长期淹水的农田中经发酵作用产生，全球一半以上的N20来自土壤的硝化和反硝化过程。 2.1农业是温室气体中二氧化碳的重要来源 2.1.1土壤本身就是一个巨大的碳库。土壤圈是地球岩石圈、大气圈、水圈和生物圈交界的一个圈层，它不仅是人类赖以生存的自然资源和人类与生物生活栖息的基地，而且是生态系统中生物与环境间进行物质、能量交换的枢纽。土壤圈在全球气候变化尤其在全球碳循环中的重要作用可归纳为两方面:一是土壤圈是碳素的重要贮存库和转化器。其贮存形式为土壤有机质，它含有的有机碳量占整个生物圈总碳量的3/4。储存的大量有机碳是土壤质量和功能的核心，有利于作物的生长;但由于大量施用化肥，加速了农田土壤中有机碳的矿化，进而向大气中排放了大量的二氧化碳和CH4等温室气体，尤其是千百年来因种植水稻而形成的水稻土，每年排放的CH4占全球 CH;排放总量的10%一15%。二是土壤呼吸使大量的有机碳以二氧化碳形式释放到大气中。土壤呼吸作用释放的二氧化碳量是相当可观的。据估算，全球每年由土壤释放到大气中的碳量约为 (0.8一4.6) xlOlsg。因此，土壤呼吸的微量变化将导致大气中二氧化碳浓度的显著变化，从而影响由于二氧化碳浓度升高所伴随的全球变暖和其他气候因素的变化。
减少温室气体排放的途径范文4
关键词 系统动力学；温室气体排放；低碳；重庆市
中图分类号 Q148:X321 文献标识码 A
文章编号 1002-2104(2012)04-0072-08 doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2012.04.014
中国是世界上温室气体排放增长最为迅速的国家，2001-2006年间中国的碳排放增长了近两倍。城市作为人类生产和生活的中心，在经济社会发展中起着举足轻重的作用，其人均能耗是农村地区的3.5倍，超过75%的温室气体从城市产生［1］。因此，在全球气候变暖和快速城市化的背景下，开展城市温室气体减排研究十分迫切。
系统动力学模型作为一种综合的仿真模型，适用于模拟能源部门间的供给与消费关系，并实现经济增长、技术进步、环境排放等诸多因素相互作用的因果影响，在对能源供应和需求技术详细表述的基础上，通过外生的情景假设驱动，有效协调人口、经济、资源与环境间的复杂动态反馈问题。因此，系统动力学模型已广泛应用于国家、区域或城市以及行业等多尺度下能源消费、供需调控、产业结构调整、温室气体排放与管理的综合研究中。
国家层面：李明玉［2］和宋世涛等［3］都对国家尺度能源供给与消费的供需关系进行了系统动力学建模的综述与分析，就影响国家能源供需关系的子系统结构和过程模拟进行阐述。朱勤等［4］建立分析人口-消费-碳排放的系统动力学模型, 对人口发展、经济增长、居民消费及碳排放进行动态仿真，定量考察未来人口发展与居民消费对碳排放的影响，量化人口发展与居民基本生活需求的合理碳排放空间。秦钟［5］等人运用系统动力学模型分析了GDP增长、产业结构调整与能源消费总量及煤炭、石油、天然气、水电消费量之间的关系，并在此基础上对中国能源需求和CO2排放量进行预测。Guan等人［6］在结合生产、生活、碳捕捉与封存和能源利用效率综合考虑的基础上，基于系统动力学原理模拟不同政策和技术条件下中国未来20年CO2排放的变化趋势，并提出大力发展碳捕捉与碳封存技术是未来减排的最有效方式。
区域城市层面：Li和Huang等人［7-9］构建了能源规划利用与温室气体排放的动态系统模型，以反映不确定条件下能源可持续利用与碳减排程度的综合实现效果，并将该模型应用到加拿大Waterloo市的能源管理与决策分析中。周宾等［10］基于系统动力学方法，构建甘南藏族自治州区域累积碳足迹模型并仿真，研究区域的累积碳足迹演替情况。由此可见，系统动力学为研究能源经济系统内CO2排放的动态模拟仿真，提供了科学可行的分析工具。李玮和杨钢［11］以能源富集区中国山西省为研究对象，运用系统动力学方法构建能源消费系统的区域子系统协调发展动力学模型，通过模拟调控得出该省能源消费科学发展的最佳方案。吴建新［12］提出独立区域净碳排放的系统动力学模型，以简洁综合的系统结构和数据需求综合估算碳排放量，并在天津滨海新区的案例研究中得到与事实比较贴近的仿真结果。
部门行业层面：Stepp等人［13］评估美国交通部门温室气体减排政策的成效，在考虑政策行动的直接反馈以外，也兼顾复杂的社会经济系统产生的间接影响。Anand等人［14］开发了印度水泥工业二氧化碳排放系统动力学模型，并综合考虑了人口稳定增长、公寓节能和水泥生产工艺结构管理的政策选择对CO2减排影响。此外，系统动力学的研究方法还在废弃物处置、畜牧林业、工业等多个部门的CO2排放核算中得到应用［15-21］。
由此可以看出，系统动力学仿真模拟是综合研究复杂能源供需系统关系，模拟温室气体排放研究的有效手段，能够为科学、合理的预测与保障能源供给、促进经济可持续发展和温室气体减排提供参考依据，对实现地区社会可持续发展具有重要意义。同时，能源消费与温室气体排放的系统动力学研究在城市和行业双重层面的考虑下，目前研究还不够系统全面，对城市的能源消费与排放只有通过多行业完整的解析过程才能达到完整与接近现实，这也是本研究的出发点。
本文选择重庆作为案例城市。作为中国西部地区唯一的直辖市，重庆是全国统筹城乡综合配套改革试验区，在促进区域协调发展和推进改革开放大局中具有重要的战略地位。与地处东部、经济相对发达的城市相比，在重庆这类老工业基地探索低碳经济发展与低碳城市建设的实现模式对于广大西部地区具有较强的示范意义。而低碳城市的发展要求对城市温室气体排放进行定量核算，制定城市温室气体排放清单，掌握温室气体排放结构的基础。本研究通过系统动力学方法，对城市产业结构、经济发展因素和温室气体排放间的响应关系进行梳理与动态模拟，并预测重庆市未来温室气体排放量趋势，从而对未来重庆市发展低碳经济和低碳城市建设进行情景分析和评价，最终提出相应减排依据和政策措施。
1 重庆市温室气体排放模型构建
1.1 模型边界与建模目的
本研究将温室气体排放的系统动力学模型边界确定为重庆市行政区域范围内，综合考虑包括重庆市行政区域内部的能源消费（不包括火力发电导致的氧化亚氮的排放）、工业部门非能源消费、农牧业过程、废弃物处置过程、碳汇等过程的社会-经济-生态环境子系统及其内部变量对能源消费产生的影响以及由此产生的温室气体排放。根据重庆历史统计数据和未来发展目标、规划确定模型参数，并采用STELLA软件进行如下仿真：①模拟重庆市2011-2020年间温室气体排放系统主要变量动态变化趋势；②调控模型决策变量并进行模拟，了解不同政策情景对温室气体排放的影响。
1.2 模型系统结构分析
将重庆市温室气体排放系统分为能源供给、能源消费、温室气体排放、经济、人口、碳汇六个子系统。这六个子系统间相互联系、相互影响，形成因果反馈关系。各子系统影响关系见图1所示。
图1 重庆市温室气体排放各子系统结构关系图
Fig.1 Structural relationship among different subsystem of
greenhouse gases emission in Chongqing City
由图1可以看出能源供应子系统和能源需求子系统是模型的两大主体，CO2的排放量主要取决于能源数量和使用的能源类型。各经济部门中，普遍使用的一次能源是煤炭、石油和天然气。电作为二次能源来源于燃煤热电站、水电站、核电站等。不同类型的电站生产相同电能时排放的温室气体数量不同，因此模型把电能供应纳入研究范围。能源需求主要来自第一产业、工业、建筑业、第三产业和家庭生活。该模型重点预测经济部门和人口规模的发展情况。
1.3 模型因果关系分析
在重庆市温室气体排放系统动力学模型边界之内，着重分析对能源系统产生影响的关键因素，包括能源消费和经济发展的各个子系统，如生活能源消费、一产能源消费、工业能源消费、建筑业能源消费和三产能源消费，并对各个子系统内部及相互影响要素和联系进行分析。将温室气体排放系统各个子系统中的关键要素都包含在边界之内，相互之间发生作用，形成复杂关系网；利用反馈组成闭合回路，通过正负反馈关系来反映不同信息与动作之间的相互影响结果［22］。另外，本研究还将经济计量学的柯布―道格拉斯生产函数、奥肯定律悖论和资本存量永续盘存法融入到系统动力学模型构建中，以提高系统动力学模型解决社会经济问题的精确性和可信度。
模型中主要反馈关系环和因果关系总结如下(带有“+”号的箭头表示正反馈关系，带有“-”号的箭头表示负反馈关系)：
反馈关系环：
1）能源消费一+GDP总量一+人均GDP一+生活水平一+人均生活能源消费一+能源消费
2）能源消费一+GDP总量一+工业GDP一+工业能源消耗一+能源消费
3）能源消费一+GDP总量一+建筑业GDP一+建筑业能源消耗一+能源消费
4）能源消费一+GDP总量一+第三产业GDP一+第三产业能源消耗一+能源消费
5）能源消费一+GDP总量一+固定资产投资一+资本存量一+GDP总量一+能源消费
6）能源消费一+GDP总量一-就业率一+就业人口一+GDP总量能源消费
因果关系：
1）常住人口一+就业人数一+GDP一+能源消费一+温室气体排放
2）常住人口一+固体废弃物一+温室气体排放
3）常住人口一+废水一+温室气体排放
4）建筑行业GDP一+建筑面积一+水泥消费一+温室气体排放
5）工业GDP一+工业固体废弃物一+温室气体排放
6）工业GDP一+工业废水一+温室气体排放
1.4 模型参数及方程确定
本模型的模拟时间段为2011-2020，模拟时间步长为1年。参数确定过程中所需要的历史数据主要来源于《重庆市统计年鉴1998-2009》、《中国能源统计年鉴1998-2009》、《中国农村统计年鉴1998-2009》等资料［23-26］，部分模拟参数主要依据重庆市相关规划如《重庆市“十二五”规划前期研究成果汇编》、《重庆市城市总体规划》、《重庆森林工程总体规划》［27-29］等。
系统动力学模型中参数类型主要包括初始值、速率值、常数值、表函数、辅助变量值5种类型。不同类型参数及方程，主要采用以下几种方法确定：
（1）经验公式法。对于GDP与生产要素投入之间的关系，已有很多研究，得到一些经验公式值得借鉴。本研究中主要采用了道格拉斯经验生产函数，资本永续盘存，奥肯定律悖论三个经济学观点。
（2）回归分析法。对存在较大相关性的变量间的方程，借助SPSS软件，采用数学最小二乘法统计方法进行二元或多元线性回归分析，发现历史数据之间的相互规律，并进行拟合优度检验和显著性检验，进行回归分析确定回归方程。如第一产业GDP比例与城市化率关系、水泥消费量与建筑业GDP关系、人均生活能源消费与人均GDP关系等。
（3）多年算术平均值。模型中不宜采用回归分析来拟合的参数，可以采用长时间数列的历史数据的算术或几何平均值来表示参数的平均水平，规避使用数学方程牵强拟合而出现不合理的数据偏差；
（4）表函数法。模型中有些变量之间不是简单的线性关系，不能代数组合得到，而表函数作为系统动力学建模的一个重要工具，具有方便操作、易于运用等优点［30］，可以处理不能通过回归分析等数学方法来确定参数的情况，实现对参数变化的精确描述。如减少林地面积、万元建筑业GDP能耗、万元工业GDP固废生产量等。
（5）参考相关文献的研究成果确定参数。如人口出生率、死亡率等数据。
1.5 模型有效性检验
系统动力学模型建立后，需要对该模型进行检验以判断模型和实际系统的符合程度，以保证模型的有效性和真实性。常用的系统动力学模型检验方法包括直观与运行检验、历史检验和灵敏度分析。
本研究在模型正常运行的基础上，选择2006-2008年重庆的历史数据和模拟数据进行历史检验。检验的变量包括常住人口、GDP、能源消费总量和温室气体排放量共四个重要数据，结果如表1所示。可以看出，4个变量各年份的模拟值与历史值均基本吻合，相对误差
表1 模型有效性检验结果
Tab.1 Validity test results of model
源消费量、废弃物处置过程温室气体排放量、农业过程温室气体排放量、畜牧业温室气体排放量、碳汇，温室气体排放量；16个参数分别为：自然增长率、机械变化率、城市化率、固定资产投资率、工业产值比例、建筑业产值比例、万元一产能耗、万元工业GDP能耗、万元建筑业能耗、万元三产能耗、煤炭比例、天然气比例、石油比例、电力比例和新造林面积。每个参数年取值变化10%，考察其对8个输出变量的影响。8个灵敏度值的均值可代表某一特定输出变量对某一特定参数的灵敏度；通过灵敏度分析计算出8个变量对某个特定参数的平均灵敏度（见图2）。
可以看出：固定资产投资率、工业产值比例、万元工业能耗的灵敏度较高，分别为15.5%、12.6和14.7%，大于10%，说明这三个参数为系统的关键因素。另外，煤炭比例、新造林面积的灵敏度大于5%，其他参数灵敏度较低，说明系统对大多数参数变化是不敏感的。模型具有良好的稳定性和强壮型，能够用于对实际系统的模拟。
图2 重庆市温室气体排放系统动力学模型参数灵敏性分析
Fig.2 Sensitivity analysis of the greenhouse gases emission dynamic model in Chongqing City
注：1：自然增长率；2：机械变化率；3：城市化率；4：固定资产投资率；5：工业产值比例；6：建筑业产值比例；7：万元一产能耗；8：万元工业GDP能耗；9：万元建筑业能耗；10：万元三产能耗；11：煤炭比例；12：天然气比例；13：石油比例；14：电力比例；15：新造林面积。
2 重庆市温室气体排放情景预测
重庆温室气体的排放与经济发展、能源需求、能源结构、碳汇能力等有关。因此，本研究中对经济发展考虑了由于投资率不同带来的高、中、低三种发展情景，并在此基础上设置节能情景和低碳情景，分别考虑节能水平的提高和能源结构的改善、碳汇能力增强对未来重庆温室气体排放变化趋势的影响。
2.1 节能情景设置
节能情景的设置主要考虑经济发展和单位GDP能耗水平降低两方面。
2.1.1 经济发展
为了保证经济的高速增长，重庆固定资产投资占GDP的比重相应维持在较高水平。本研究考虑不同的投资率和城市化带来的高、中、低三种经济发展速度及其对能源消耗和温室气体排放的影响。
2.1.2 单位GDP能耗
“十二五”期间，重庆市将发展产值达1.2万亿元的七大新兴产业，并将发展低碳经济列入规划，确保“十二五”末全市单位GDP能耗下降16%。将重庆2008年各产业单位产值能耗与全国其他地区相比发现，重庆一产、工业、建筑业能耗水平均有较大节能潜力和空间（见表2）。三产能耗水平已处于国内较好水平［28］。因此本研究中，假设“十二五”期间，通过产业结构调整和节能效率的提高，重庆每年单位产值能耗下降3.2%，三产能耗水平保持现状不变。
表2 2008年各地区万元产值能耗（1997年不变价）
Tab.2 Energy consumption per 104 Yuan output
in different regions in 2008 (Constant Prices of 1997)
2.2 低碳情景设置
在节能情景的基础上，本研究考虑能源结构、清洁能源、碳汇能力三方面的影响，构造重庆低碳情景。
2.2.1 能源结构
(1)煤炭供应能力预测。
重庆市在“十二五”期间年产煤维持在4 000万t左右，若重庆能源消费结构仍维持目前比例，则2011年其缺口为672万t，到2015年为1 999万t。因此重庆未来的发展，应该减少对煤炭的需求，保障煤炭能源供应安全。
(2)电力供应能力预测。
2010年全市装机容量将达到1 200万kW，2012年将达到1 600万kW，2015年将力争达到2 200万kW。另外，2012年电量缺口120亿kWh，2015年电量缺口180亿kWh。重庆市在“十二五”期间地方电源供电将可以满足全市约81%的电量需求，其余电量缺口可从外部购入。
(3)油料及天然气供需能力预测。
受到自然资源的限制，重庆市不出产石油，所需成品油全部靠外部调入。重庆市是天然气主产区，天然气资源丰富，但是中国天然气配额是全国统一分配和调度，因此本研究中天然气消费比例缓慢上升，2015年结构比例达到15%。为保证天然气替代工程顺利推行和优化重庆能源结构，重庆市应向国家争取川气东送项目在重庆的留存份额。“十二五”期末重庆市能源消费品种结构变化见表3。
表3 “十二五”末重庆市能源消费品种结构变化百分比
Tab.3 Change percentage of energy consumption construction
in
Chongqing city by the end of “twelfth fiveyear”
2.2.2 低碳能源
本研究中的低碳能源主要是指相对于传统能源，温室气体排放较少或者不排放的能源。重庆市新能源和可再生能源的开发与利用将以水电、太阳能等为主，对风力发电给予扶植政策和导向。水电方面：重庆市境内主要有长江、乌江、嘉陵江、涪江等河流及其支流，水能资源理论蕴藏量2 298万kW，理论年发电量2 013亿kWh。单机装机容量500 kW及以上的技术可开
发电站共有420座，总装机容量982万kW，年发电量446亿kWh；太阳能发电方面：重庆市正加大太阳能使用的普及程度，进一步增强光伏发电产业在重庆的竞争力和产业规模，以实现2015年、2020年重庆市太阳能利用可分别替代当年总耗电量的2%、3%；风电方面：重庆属于风能资源较贫乏地区，但一些山口、河谷地区，特别是盆地边沿的东北部山区风能资源较丰富。根据重庆市气象台站10米高度测风资料统计，重庆市风能总储量2 250万kW，可技术开发的风能在10-50万kW左右。
2.2.3 碳汇
(1)森林碳汇。
根据重庆市森林工程规划［13］，2012年新造林1 100万亩，森林覆盖率达到38%；2017年新增森林面积1 500万亩，森林覆盖率达到45%。
(2)碳捕捉和封存。
CO2捕集与地质封存(CCS)技术比较适合于像火电、钢铁、水泥等大型工业CO2固定集中排放源，也可应用于大规模产生低碳或无碳的非电力和运输行业及分散的小规模企业。目前，重庆将CCS技术研发纳入“十二五”科技规划，对企业和科研单位CCS技术提供持续的支持，并协助争取国家、欧盟的技术和资金支持。2015年前，对合川双槐电厂关键设备和吸收剂性能进行改进，降低运行能耗和捕集成本，扩大烟气捕捉总量，做好碳捕捉技术推广的前期工作。2020年前，选择水泥厂、常规火电厂以及钢铁、合成氨、烧碱等高耗能工业作为试点行业，应用CO2捕获装置并给予经济和政策支持。因此，本研究中假设2015年重庆碳捕捉和封存能力为2万 t，2020年增加到10万 t。
3 重庆市温室气体排放预测结果分析
按照节能情景，本研究确定不同固定资产投资率和能耗强度下重庆市常住人口、地区国民生产总值、能源需求总量、温室气体排放总量和温室气体排放强度。
3.1 常住人口
按照重庆“十二五”规划，重庆常住人口增长较快（见图3），主要是因为重庆外出打工人口回家就业或创业，导致常住人口比例的增加。
图3 重庆市常住人口情况
Fig.3 Predicted permanent resident population in Chongqing City
3.2 地区生产总值GDP
图4表示了不同情景假设条件下GDP预测值。可以看出GDP（1997年不变价）总量继续保持增长势头。由模型可知，对GDP影响最大的变量是资本存量。由于重庆目前的资本积累比例非常高，与此对应，“十二五”GDP增
图4 重庆市节能情景经济发展情况（1997年不变价）
Fig.4 Predicted economic development under
energy saving scenario in Chongqing City
长率保持15%-12%的高速水平。自“十二五”末起，考虑重庆投资率降低的实际情况，GDP增长率也对应略有下降，不同情景减缓速度不一致。
3.3 重庆能源消费
如图5所示，2011-2020年重庆市能源消费呈现出上升趋势。在经济上较有可能实现的中情景
下，节能情景下，能源需求逐年增加，2020年达到13 419万吨标煤，是2008年能源消费总量的2.7倍。
图5 重庆市能源消费预测
Fig.5 Predicted energy consumption in Chongqing City
3.4 温室气体排放
图6、7分别显示了节能情景和低碳情景下，2011-2020年重庆市温室气体排放量。在经济上较有可能实现的中情景下，节能情景下，温室气体排放量逐年增加，2020年达到36 482.92万 tCO2，是2008年的2.6倍；低碳情景下，温室气体排放量逐年增加，2020年达到34 552.55万 tCO2，是2008年的2.5倍。
图6 重庆市节能情景温室气体排放预测
Fig. 6 Predicted greenhouse gases emission under
energy saving scenario in Chongqing City
在经济上较有可能实现的中情景下，对比节能情景和低碳情景温室气体排放强度（见图8），温室气体减排强度呈现明显下降趋势。2020年，节能情景温室气体排放强度为2.053 tCO2/万元，比2005年下降43%；低碳情景温室气体排放强度为1.944 tCO2/万元，是节能情景的947%，比2005年下降46%。因此，产业能耗水平降低，即节能情景，是温室气体减排的主要途径。
图7 重庆市低碳情景温室气体排放预测
Fig.7 Predicted greenhouse gases emission
under lowcarbon scenario in Chongqing City
图8 重庆市中速经济下节能情景与低碳情景碳排强度对比
Fig.8 Comparison of greenhouse gases emission
intensity between energy saving scenario and
lowcarbon scenario with intermediate
speed economy
4 结论与对策
本研究综合考虑包括重庆市行政区域内部的能源消费（不包括火力发电导致的氧化亚氮的排放）、工业部门非能源消费、农牧业过程、废弃物处置过程、碳汇等过程的社会、经济、生态环境子系统及其内部变量对能源消费产生影响以及由此产生的温室气体排放。依据所建立的重庆市温室气体排放系统动力学模型，对重庆市不同经济发展水平下2011-2020年节能情景和低碳情景温室气体排放情况进行模拟预测。
模拟结果表明，中速经济下，2020年，节能情景温室气体排放强度为2.053 tCO2/万元，比2005年下降43%；低碳情景温室气体排放强度为1944 tCO2/万元，是节能情景的94.7%，比2005年下降46%。产业能耗水平降低，即节能情景，是温室气体减排的主要途径。重庆必须以降低单位产值能耗为首要任务，加快调整产业结构，推进产业节能减排工作，优化能源结构，积极推进森林工程建设，按照低碳情景发展，才能保证2020年中国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%。
在重庆市温室气体排放现状评价和预测基础上，提出以下重庆市低碳经济发展的对策和建议：
（1）经济结构优化。优化第二产业结构，限制高碳产业发展。限期淘汰达不到节能基本要求的火电、钢铁、水泥、化工、氧化铝、煤矿六大高耗能产业的落后产能和高能耗生产设备。提高行业准入门槛，限制“高碳”行业发展制定行业碳排放强度准入的标准，逐步实行更加严格的产业政策，控制高能能耗、高污染项目审批和建设。（2）能源结构调整。一方面，结合重庆本地资源优势，大力发展天然气开发与利用，另一方面，有序发展水电，扶持太阳能、风能、地热能，大力减少碳排放。因地制宜利用可再生能源，集约开发和帮扶区域太阳能、风能和地热的发展。
（3）积极增加碳汇。在稳定现有森林覆盖率的同时，对有提升潜力的区域进一步通过造林和再造林稳步提升森林碳汇的质量和效果；建立健全重庆森林生态效益补偿机制，对林地的占有、开发、使用和消费，制定合理的生态和经济补偿措施和实施标准；大力发展CCS技术，支持引进先进CCS技术，加大推广执行力度，逐步由试点企业向重点行业推开。
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System Dynamics of Greenhouse Gases Emission in Chongqing City
CHEN Bin JU Liping DAI Jing
(State Key Joint Laboratory of Environmental Simulation and Pollution Control, School of Environment, Beijing Normal University, Beijing 100875, China)
减少温室气体排放的途径范文5
畜牧业对环境影响不可忽视
2015年12月，各国代表将齐聚巴黎，达成旨在将全球温升控制在2℃以内的新协议。在此之前，各国政府必须解决彼此在技术和法律问题上的分歧，并对2020年以后他们愿意承诺的减排量作出规定。实际上，这一进程已经展开了。2014年10月，欧盟宣布，到2030年其减排目标比1990年的水平下降至少40%；数周后，中美联合气候变化声明称，美国计划到2025年温室气体排放较2005年下降26%-28%，中国将在2030年前后达到碳排放峰值。
然而，就在国际社会应对气候变化的计划逐渐成形时，一个漏洞正在凸显，不幸的是，这个漏洞还不小。畜牧业在全球碳排放中占比接近15%，超过全球所有汽车、卡车、飞机、火车和船舶的总排放量，然而，国际及各国的减排策略中显然未将畜牧业考虑在内。
事实上，畜牧业对气候变化和环境问题的影响早已不是什么新鲜话题。早在2006年，联合国粮农组织了一份名为《畜牧业长长的阴影》（Livestock’s Long Shadow）的报告就指出，畜养动物是伐林的主因之一，全球70%的农地、30%无冰的地表面积用于畜牧业，并预计，如不改变当前趋势，畜牧业总量将于2050年增加一倍。
2009年，两位世界银行的环境顾问在发表于《世界观察》杂志2009年11/12月号的封面文章《畜牧业与气候变化》则指出：畜牧业的温室气体排放量（GHGs）至少占人为排放总量的51%。
甲烷是这些气体的最重要部分，然后是黑碳和一氧化二氮。甲烷产生于反刍动物如奶牛、绵羊和山羊的消化过程，一氧化二氮产生于用来种植饲料作物的肥料和化肥之中；而转化为牧场或用来种植饲料作物的森林也会产生大量的二氧化碳。
在所有人类活动引起的甲烷排放中，畜牧业是迄今最大来源地，排放量超过37%。按20年的平均数字，甲烷产
生的热量比二氧化碳多72倍。按5年的平均数字，甲烷将会更加强大，产生热量比二氧化碳要多100倍。同时，甲烷十年内就可脱离大气层，而二氧化碳却会使地球持续变暖数百年，乃至几千年。
这些数字都表明，要尽快阻止全球变暖，让地球降温，人类就应着重努力减少甲烷的排放量。如果到2017年，畜牧业总量能下降25%，就可以达成2009年12月哥本哈根联合国气候变化大会规定的温室气体减排量。这个转变还会带来其它益处，例如，增加可持续发展的前景，从根本上解决全球水资源危机、饥饿问题、能源危机和其它问题，还能减轻动物痛苦。文章认为，为了避免到达无法挽回的临界点，各国政府必须马上制定和实施将畜牧业总量于2017年降低25%的相关政策和程序。在降低畜牧业总量的基础上，再加上其它方面的减排，大多数气候专家相信，温室气体排放量会很快地降低50%，然后是80%。
素食主义拯救地球？
包括联合国环境署2010年7月的报告作者在内的环境专家都建议：减少畜产品的产量和消费对于控制国际温室气体排放至关重要。而且，没有任何一个畜牧业或环境专家认为畜牧业总量增长带来的温室气体排放问题可以单靠生产中的技术革新解决。
现今，人类对肉类和奶制品的需求意味着：目前世界上有220亿只鸡，人均三只以上；而按照重量计算，奶牛则是地球上最占优势的物种。问题在于，肉类和奶制品的消费一直呈上升趋势。与2005至2007年间的基准值相比，预计到2050年，全球肉类和奶制品的消费预计将分别上升76%和65%。近期的建模估算表明，人类饮食趋势与将温升控制在2℃的目标完全背道而驰。
大力推行素食主义的环保人士认为，人类减少肉类摄取量的幅度越大，地球变凉爽的速度就越快。减少甲烷排放，并迅速停止并扭转全球变暖的最有效途径之一就是人类养成以植物为主的饮食习惯，减少食用动物产品。根据2006年芝加哥大学的相关报告，1个人吃素1年所减少的温室气体排放量，比换开丰田混合动力车“普锐斯”（Prius）的减排量还多。素食协会主席安妮特・平纳在英国表示：“在发达国家，个人最有效的减少对环境污染的饮食方式就是素食。”
所有的农业生产---伐林辟地、犁式草原、农田灌溉、化肥农药、拖拉机燃料等都会破坏环境，农业产生的温室气体比所有交通运输产生的总和还要多，从氮污染对土壤的侵蚀起还造成了很多其它的问题。
畜牧养殖是最具破坏性的，在某种程度上来说，这是因为大多数用来喂牲畜的谷物人也可以食用。畜牧业中，仅仅10%的谷物可转化成肉、牛奶和鸡蛋，所以牲畜扩增对环境的影响迫使我们在自身需要的基础上种植更多的谷物。
粗略统计，牲畜至少消耗世界粮食作物的三分之一，作一个近似的估算，素食主义的世界只需要现如今耕地的三分之二。当然，这只是一方面，肉类和牛奶制造了人体每天所需热量的15%，如果素食，我们需要吃更多的食物补充这部分能量。综合估算，如果选择素食将会减少现今农业耕地的21%，大约340万平方公里----一个印度的面积。
农业的减产会大大减少农业对环境的破坏。氮污染会导致湖泊的水体营养化，夏洛茨维尔弗吉尼亚大学的环境科学家阿利森利奇教授以所在大学为模型计算得出：如果大学里的每一个人都不再吃肉，那么，该大学的氮足迹会降低27%，氮足迹指的是所有活动向环境释放的氮的总量。利奇教授发现如果每个人愿做更进一步的尝试---不吃乳制品和蛋类，氮足迹会下降60%。
畜牧业对环境的影响不仅是氮的排放，全球的数据很难统计，但至少在美国，畜牧业对土壤的侵蚀占55%，农药使用占37%。不仅如此，抗生素有一半是用在牲畜上，往往作为正常饮食的一部分，这种做法导致了细菌的耐药性。
不仅如此，畜牧业也是温室气体的主要来源，食草动物，例如牛、羊在消化食物DD草，会呼出一种特别的温室气体DD甲烷。砍伐森林建牧场，以及过度放牧导致土壤中碳含量的净流失等因素都会产生大量的二氧化碳。2006年粮农组织的报告中显示，当把全部因素考虑在内时，你会发现18%的温室气体DD如二氧化碳排放来自于畜牧业。减少畜牧业无疑对控制全球气候变暖会产生重要作用。
会产生怎样不同的作用取决于用什么来替代畜牧业，土地上养殖什么。哪里的牧地变为森林（特别是像亚马逊河流域地区，70%的森林已成牧场），森林的重新生长将会大量封存碳。同样，美洲平原如果停止放牧，土壤中的碳含量也会大大提高。但在撒哈拉以南的非洲地区，减少畜养的食草动物所带来的甲烷排放的减少，都至少部分地可能会被野生食草动物和白蚁等引起的甲烷量的增加所抵消，在食物方面，这些野生食草动物和白蚁是畜养的食草动物的竞争者。国际家畜研究所农业系统研究专家菲利普桑顿说：“花时间在这方面的研究是十分必要的。”
民间兴起“周一无肉日”运动
在环保议题上，明星所作的宣言往往更多元化且更富有感召力。
2012年，前披头士乐队成员保罗・麦卡尼曾致函联合国气候变化框架公约（UNFCCC）执行秘书菲格蕾丝和气候变化峰会COP18的主席阿提亚，呼吁重视畜牧业对全球暖化的贡献。
时值COP18多哈峰会之前，麦卡尼在信中写道：“尽管越来越多的证据显示，全球肉食工业的增长对环境造成严重影响，但COP似乎并没有意识到畜牧业对全球暖化的影响。因此，我呼吁你们关注这一问题，并采取相关政策和行动，诸如每周一天无肉日。”
保罗・麦卡尼是“周一无肉日”运动的主要发起人和推动者。他曾在2009年底，受邀在欧盟关于全球变暖和粮食政策的听证会上发表演讲，呼吁欧盟采取行动减少肉食消费，他说：“这（吃肉）不再是个人的选择，它将影响整个的星球”。
当年，他率先发起“周一无肉日”运动，呼吁大家用温和的方式，慢慢减少食肉量，一边吃一边做环保，并邀请他的明星朋友们，一起推广，请求大家每个星期一不吃肉。如果大家一个星期一天不吃肉，就可以降低不少的二氧化碳排放量，长期下来，累积的环保力量，就可以减少气候变化的速度。
他这一举动，得到世界各国民众的响应，包括许多著名环保人士的支持，如美国副总统戈尔和IPCC主席帕乔里等。在过去6年中，越来越多的国家和地区、数量不断增长的企业、餐馆和食物供货商参与了此项活动，在许多著名的城市，如比利时的根特、德国的不来梅、美国的旧金山和洛杉矶等，都有自己的每周无肉日。美国民间成立“周一无肉日协会”，每周一赠送无肉菜单给网友，此举获多个医学院的学理支持。从纽约曼哈顿到以色列特拉维夫，从瑞典斯德哥尔摩到中国台湾高雄，“周一无肉日”运动在全球无数校园、医院、餐馆内得到推广和实行，甚至在2013年11月，挪威军方表示让军队每周食素一日，以对付新敌人――气候变化。
在中国内地，为了宣传吃素能够保护生态平衡、减少碳排放，歌星龙宽带头，与高圆圆、梁文道、曾黎、郑钧、后舍男生、彭坦、林志炫和一些民众一起，制作了《周一请吃素》的短片，号召大家多吃素、推广周一吃素热，投身环保；李易祥、周迅则呼吁大家从一周吃一天素做起，减少排碳。此外，黄俊鹏、张磊、唐以菲、蓝正龙、陈坤也是环保素食响应者。
技术革新能起多大作用？
虽然理论依旧充足，但“素食拯救地球”理论并没有打动所有人的心，毕竟，改变人们的饮食结构、远离肉类和奶制品不是一件容易的事。尤其诸多政府与决策者认为官方不应强势推广这一理念――试图改变公众的饮食结构，轻则是过于复杂的挑战，重则是干涉公众选择其生活方式的自由。
2013年9月联合国粮农组织公布的一项最新研究指出，通过更广泛地采用现有最佳规范和技术，畜牧部门温室气体的减排可高达30%，这份报告让我们看到了在畜牧业减排方面发生更多改善的可能性。这份题为《通过畜牧业解决气候变化问题：排放与减排机遇全球评估》的报告是迄今为止就畜牧业对全球变暖的作用以及该部门帮助解决这一问题的潜力所开展的最为全面的评价。
报告指出，与畜牧业供应链相关的温室气体年排放量总计71亿吨二氧化碳当量（CO2-eq），或占人类造成的温室气体总排放量的14.5%。畜牧业每年所排放的甲烷量约等于1.44亿吨石油，足够为整个南美洲供电。畜牧业所排放的温室气体当中，有45%是生产饲料时排放，另有39%是动物排出的气体，剩余部分来自动物产品的加工和运输。报告认为，现今的减排方法如改善牲畜的餐单、选择饲养胃气较少的牛等，可减少30%的排放量，呼吁业界立即实行。
为了获得这些估算数据，粮农组织详尽分析了不同畜牧供应链多个阶段的温室气体排放，包括动物饲料的生产和运输、农场的能源使用、动物消化和粪肥腐解过程中的排放，以及屠宰后动物产品的运输、冷藏和包装等。
经过深入探究排放源和排放方式，该报告显示，畜牧生产者有望实现大规模减排。通过在饲喂、卫生和畜牧及粪便管理等方面推广使用现有最佳规范和技术以及诸如沼气发电机和节能设备等目前尚未充分利用的技术，提高效率，减少能源浪费，全球畜牧部门的温室气体减排可高达30%。
粮农组织的报告认为，在所有物种、系统和地区均可实现大幅减排，其中减排潜力最大的是南亚、拉丁美洲和非洲生产率较低的反刍家畜系统。然而，在发达国家，虽然排放强度相对较低但因整体生产规模大而导致排放量高，即使小幅降低排放强度，累加起来亦可产生巨大效益。这方面的例子包括欧洲和北美的奶牛养殖，以及东亚的肉猪养殖。养牛业占畜牧部门温室气体排放总量的65%，但是其减排潜力也最大。
该议程确定了三个优先重点领域，通过改善生产方式来获取显著成效：促进更高效的做法，改善草原管理，以及改进粪便管理。
人造食物会成为新契机吗？
依靠技术创新及其在生产中的使用来减少畜牧业的碳排放量还需要一定的时间，而如我们前文所言，要调整普通民众的饮食结构也非易事，那么是否还有其他出路呢？
根据最新的研究，对于那些不习惯吃素食又想减少食物对生态影响的人而言，在实验室人工培养的肉或许是一个选择，且更为环保。
这份来自牛津大学和阿姆斯特丹大学科学家的分析报告，通过实验室的组织培养比传统的饲养动物要减少96%的温室气体排放。无论是猪肉、牛肉还是羊肉，以这种制作方法制成的人造肉只需要传统畜牧业7%到45%的能源，1%的土地和4%的水。
除了可见的环保效益，人造肉也提供了更为廉价的营养，改善动物福利以及减少对全球耕地面积的压力。研究人员相信，在减少环境影响的情况下，人造肉还有助于养活世界上日益增长的人口。
动物蛋白在饮食中的比重正逐步增加，像中国、印度这样的正在崛起的经济体，正有着成千上万的人摆脱贫困，并能在每天的饮食中供应肉食。这种压力将成为粮食价格上涨的重要因素，增加了水资源的短缺和对寻找耕地的渴望，必将导致像中国和印度这些国家通过购买较穷国家的土地来进行耕种，以致在亚马逊热带雨林“刀耕火种”。
人造肉的制作，则是先从动物身上取下几个细胞。然后在细胞培养中将细胞分裂复制，几百万细胞变成几十亿个。然后诱导细胞产生胶原蛋白，将细胞和胶原蛋白延展片状，再把薄片一层层叠放，就像制作酥饼一样，通过短暂加工就可制成了。整个过程对于动物来说是无痛的。
减少温室气体排放的途径范文6
关键词:低碳农业;有机农业;气候变化
中图分类号:F3文献标志码:A文章编号:1673-291X(2010)28-0183-03
引言
气候变化对中国自然生态系统和经济社会发展带来了现实的威胁,主要体现在农牧业、林业、自然生态系统、水资源等领域以及沿海和生态脆弱地区,适应气候变化已成为中国的迫切任务 [1]。中国是农业自然灾害频仍的国家,气候变化使中国出现极端天气,如雨、强雷暴、干旱化等更加频繁。据国家减灾委、民政部统计,截至2010年8月6日,今年洪涝灾害造成全国2亿人(次)受灾,1 454人死亡,669人失踪,1 214.8万人(次)紧急转移安置,1 347.1万公顷农作物受灾,其中209万公顷绝收,136.4万间房屋倒塌,358.1万间房屋损坏,因灾直接经济损失2 751.6亿元 [2]。这无疑给中国农业生产和可持续发展提出了严峻的挑战。
减缓和适应气候变化是应对气候变化的两个有机组成部分。减缓是一项相对长期、艰巨的任务,而适应则更为现实、紧迫,对发展中国家尤为重要。减缓与适应必须统筹兼顾、协调平衡、同举并重。在应对气候变化、减少大气中温室气体含量过程中,农业部门拥有很大的潜力,有机农业通过土壤碳汇不仅可以增加土壤肥力,减少大气中二氧化碳含量缓解温室效应保护环境,还可以增加农民收入,提高农业生产经济效应。因此,发展有机农业是减缓气候变化,也是农业适应气候变化的有效措施之一。
一、有机农业是低碳农业的成功模式
农业是温室气体的主要排放源,联合国政府气候变化专业委员会(UNIPCC) 评估报告表明,农业温室气体排放主要为甲烷和氧化亚氮,农业温室气体排放占全球温室气体排放总量的比例约为14 % [3]。有资料表明,农业源排放甲烷占中国甲烷排放总量的80%,排放氧化亚氮占中国氧化亚氮排放总量的90%以上,加上农业耕作强度的增大,对耕地干扰更加频繁,破坏农田或耕地甚至山地的结构,使土壤碳库平衡受到明显影响,其对大气CO2 的贡献将有提升的趋势。农业生产过程中的投入品如化肥、农药等很多都是从不可再生的能源中提炼、合成的,消耗能源。收获农产品后遗留的秸秆、农膜等亦是一种碳源的污染和浪费。农业产前、产中、产后的全过程都与耗用能源资源、排放温室气体有关联,有的方面关联度还相当高。中国是农业大国,低碳农业在中国低碳经济的发展中占有重要的地位。
由低碳经济的概念可以得出,低碳农业应当是在农业生产、经营中排放最少的温室气体,同时获得最大收益的农业发展模式,它应包括政策导向、经营管理、技术创新等多个层面的内容,实现农业产业链物质和能量梯次闭路循环利用,从根本上转变农业增长方式和农业消费方式,促进农业可持续发展。以甲烷和二氧化碳为主的温室气体减排,可以通过减排和固碳两种方式来实现。农业是天生具有固碳这一生态功能的产业,然而农业的生产功能是追求作物的高产、稳产、高效,追求经济效益最大化。随着工业产品农业机械、化肥等的大量使用,农田土壤受到严重的面源污染,湿地遭到严重的破坏,致使农业固碳的生态功能不断减弱,土壤、湿地中的碳逐渐氧化分解,农业由“碳汇”变成了“碳源”,大大加剧全球气候变暖的进程。因此,提高农业碳汇能力,恢复农业生态功能,需要从农业生产环节入手,减少高碳能源及化肥的使用。低碳农业是在农业生产、加工等过程减少碳排放的农业发展模式。选择低碳农业发展低碳农业是低碳经济在农业的发展,它要求转变农业生产方式,发展农业生物质能源,既保证农作物高产稳产,又不会对气候变暖增添压力。
发展低碳农业需要采取多种措施,将农业产前、产中、产后全过程中可能对碳的增加降到最低限度。产前,降低投入品带来的负面作用:农产品的农药残留,土壤污染、土地质量退化等;产中,提高农业管理人员的素质以提高管理效率,减少浪费,推广立体种植模式,节约空间,利用节水、节能模式以节约资源;产后合理处理农业废弃物,减少资源的浪费和碳的排放量,节约其他资源;在农业活动整个过程的合理使用农业机械,提高其效率,减少单位土地上农业机械的需求及使用量,节约电力等能源资源;提高农业产品的质量标准,增加价值,增加国际竞争力。
有机农业是指遵照一定的有机农业生产标准,在生产中不采用基因工程获得的生物及其产物,不使用化学合成的农药、化肥、生长调节剂、饲料添加剂等物质,遵循自然规律和生态学原理,协调种植业和养殖业的平衡,采用一系列可持续发展的农业技术以维持持续稳定的农业生产体系的一种农业生产方式。有机农业在整个农业生产过程中都有一套标准需要执行,其对外来投入物进行限制,建议使用某些措施改良生态环境,增加生物多样性,使有机体系有效循环。有机农业和低碳农业的诸多要求不谋而合,使得两者可以有效结合,清洁环境、生态改良同时高效生产。
二、有机农业减少温室气体排放和增加碳汇的途径
(一)有机农业中物质和能量的内部循环降低了碳投入,增加了碳汇
有机农业生产设置林带作为缓冲带与周围普通生产隔离,设置天敌的栖息地,增加地表覆盖,增加氮的吸收和存储。有机种植中的投入品进行严格限制,应通过回收、再生和补充土壤有机质和养分来补充因作物收获而从土壤带走的有机质和土壤养分。不使用以化石能源为主要原料的化肥和农药,降低化学生产的碳素。为了培育土壤永续生产力,提高碳汇,有机强调施用优质有机肥料、生物肥料、天然矿物肥料和生物农药,鼓励利用农畜废弃物制作堆肥,循环利用农业废弃物。
以作物秸秆栽培食用菌,收获食用菌后,菌渣中仍含有大量的活性微生物和食用菌丝以及未被吸收的营养物质和微量元素。因为其菌渣可以再次作为一个草生菇栽培料,实现一料两用两收获;或将菌渣经过一定的工艺发酵,可作为饲料蛋白质替代源,酌情选用来作为饲料或饲料添加剂,既可饲喂草食动物,也可饲喂肉食动物进入养殖业循环;又或菌渣直接还田、覆盖茶园和果园,使土壤疏松透气,增加土壤有机质的积累和有益微生物的繁殖,改善土壤环境条件;又或菌渣经过工艺处理制成有机肥,接种高温纤维菌可使菌渣堆内温度迅速上升至45℃以上,并可持续18～20 天,堆制成为有机肥,再次进入种植业 [4]。畜牧业产生的粪便等废弃物经过一定的加工处理成为有机肥,同样用于养殖种植业;种植业生产的秸秆饲喂草食动物,或经过加工后作为更多动物的饲料,形成养殖―沼―果(蔬)、秸秆―畜禽粪―食用菌―沼―肥―农田等低碳、绿色、高效、综合性的生态农业链。
在种养殖业发展过程中严格控制生产各环节,改进生产技术,利用可再生能源,生产有机农产品。有机农产品作为生产原料进入农产品加工领域,被提高产品附加值后进入贸易流通领域。种养殖业的废弃物在环保农资领域进行处理,一部分形成农资产品进入农业生产领域,一部分形成能源(沼气)改善农业生产。通过这样充分利用可再生资源的方式,有机农业将农业生态系统中养分和能量达到最佳结合,最为易行的土壤固碳方式。
(二)利用有机生产栽培措施实现节能减碳
中国大部分地区进行漫灌,其灌溉水利用系数很低。从水源到田间约有一半以上的灌溉水因渗漏、蒸发和管理不善等原因没有被作物直接利用。灌溉后农田水的利用效率也很低,仅为发达国家的一半,造成灌灌机电浪费。为减少和避免水的渗漏与蒸发,提高灌溉水利用率和水分利用率,可以在有机种植中推广节水灌溉技术和农作物喷灌、微喷灌、滴溉等技术,旱作地区推广耐旱作物品种及多种形式的旱作栽培技术,开展耐、抗旱品种和高氮素利用效率作物品种的选育,充分考虑资源的可持续利用。
有机农业强调水土保持和生物多样性保护,防止水土流失、土壤沙化,大力推进免少耕、秸秆覆盖等保护性耕作,避免土壤。有研究表明,土壤在翻耕和状态下释放的甲烷比有覆盖物时多很多。有机农业通过间作和淡季耕种豆科植物,利用其固氮作用来促进土壤肥力。充分利用土地、阳光、空气、水,进行套种、间作,可以拓展生物生长空间,增加农产品产量,提高产出效益。常见的有农作物合理间种、套种的立体种植模式,如:桑田秋冬套种蔬菜、果树下种蔬菜、林中套种小麦、大豆、棉花等农作物的农林结合;苗木合理夹种的花卉;稻鱼共生、菱蟹共生、藕鳝共生的农渔结合;以及稻田养鸭的优化结合,果林中种牧草,养殖羊、鸡、鸭、鹅的林牧结合。这些结合充分利用资源,增加生物多样性,形成良性的生态循环、合理高产高质的生态系统。
(三)有机农业通过限制化学物质投入间接减少温室气体排放,增加土壤碳汇
有机农业在生产中不采用基因工程获得的生物及其产物,不使用化学合成的农药、化肥、生长调节剂、饲料添加剂等物质,通过限制化学物质的投入,间接减少了温室气体排放。化肥、农药特别是氮肥生产是高能耗工业,据报道,中国主要氮肥――尿素的能耗为1 555.49公斤煤/吨尿素,在其生产过程中排放大量的二氧化碳,同时还产生大量环境污染物。传统农业通过大量使用化肥来提高产量,实际上间接增加大量的温室气体排放。由于中国化肥利用效率比较低,存在巨大资源浪费。在过量使用氮肥的情况下,土壤的N2O释放增加,单个分子的N2O温室效应是二氧化碳200多倍。因此,限制化学肥料的投入,有机农业直接和间接减少了温室气体排放,是减缓气候变化的农业重要措施之一。
中国土壤和欧洲土壤有机质含量单位:g/kg
资料来源:徐明岗等,农田土壤培肥。
有机农业在限制化学肥料使用的同时,积极提倡有机肥料投入,通过秸秆等农业废弃物还田利用,大幅度提高土壤有机质含量,改善土壤物理化学性能,提高土壤肥力,增加土壤碳汇。从上表中可以看到,中国土壤有机质增加的潜力,中国耕地有机质含量尚不及欧洲土壤的一半,土壤碳库的潜力远没有发挥出来。通过农业耕作管理措施,使中国土壤有机质提高1%是有可能的,有机农业生产实践也证明了这一点。中国18亿亩耕地,如果有机质含量提高1%,就相当于土壤从空气中净吸收了300多亿吨二氧化碳,如果三十年完成这一目标,土壤碳汇潜力每年超过10亿吨二氧化碳,相当于抵消目前中国经济活动排放的净CO2的15%(约70亿吨) [5]。因此,发展低碳农业在减缓气候变化方面具有重要的现实意义。
结语
有机农业是低碳农业发展的一种成功模式,低碳农业在应对气候变化中具有巨大潜力,发展低碳农业是减缓和适应气候变化的有效途径之一。有机农业遵循自然规律和生态学原理,在减少化学物资和化石能源投入的同时,注重物资和能量的循环,直接和间接减少了温室气体的排放,增加碳汇。有机农业兼顾了经济效益、社会效益和环境效益,是农业可持续发展成功模式之一,是农业应对气候变化的有效措施之一。
发展有机农业需要政府、企业、生产者和消费者共同努力:首先,要大力宣传有机农业,消除对有机农业种种错误认识,有机农业安全高效的农业生产体系,在应对气候变化中具有特殊意义。其次,培养有机人才。有机农业生产、加工者不仅应具备与有机生产、加工规模和技术相适应的资源,而且应具备符合运作要求的人力资源并进行培训。有机生产者、加工者需要了解国家的相关法律、法规和相关要求,具备多年的技术知识或经验。再次,加大政府支持和监管力度。有机内部监督制度、追踪体系、管理体系等的建立也需要管理人员具有一定的素质。因此,这些管理人员对于低碳农业的理解和支持有可行性。低碳行动中的技术体系和管理体系与有机农业可以合理结合,双方达到共赢的目的。最后,加强消费者教育,提倡低碳消费意识,提高消费者对有机农产品消费和支付意愿,实现有机农业的可持续发展。
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