甲烷减排是延缓全球变暖的最具成本效益的策略之一。人为甲烷排放主要来自于化石燃料、废弃物和农业生产三个领域。为应对气候变化,目前各国的甲烷减排行动相对集中于能源领域。事实上,据气候与清洁空气联盟(CCAC)和联合国环境规划署(UNEP)联合于2021年5月发布的《全球甲烷评估》报告统计,畜牧业和水稻种植贡献了全球人为甲烷排放量的40%,在保障粮食安全的同时推进农业领域的甲烷减排已经成为刻不容缓的重要课题。


农业甲烷排放主要来自生产环节的畜牧业和水稻种植,二者分别占全球人为甲烷排放的32%和8%。除此之外,与农业相关的食物损耗与浪费、生物质燃烧、土地利用方式转变等过程也产生了大量的甲烷。


本文将重点就全球农业甲烷排放来源、相应的减排措施和政策等进行信息梳理与分享。


此前,美国环保协会梳理和收集了美国甲烷减排的政策和具体行动(全球甲烷减排在行动 | 美国篇之《甲烷减排行动计划》全球甲烷减排在行动 | 美国篇之甲烷排放费简析)。


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全球农业领域甲烷排放概况
 
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全球主要地区甲烷行业年排放量/百万吨,2017,不含大洋洲。来源: Saunois et al. (2020).

根据《全球甲烷评估》引用Saunois et al.(2020)的研究数据,全球农业领域甲烷排放约为1.4亿吨(畜牧业1.1亿吨,水稻种植0.3亿吨)。分地区来看,拉丁美洲是畜牧业排放甲烷最高的地区,每年约为2700万吨;其次是南亚、中国和南非,每年约2200万吨;欧洲、北非与北美排放量相近,每年在800-1100万吨之间。由于水稻种植主要分布在亚洲地区,东南亚、南亚、中国、日本、韩国水稻田种植甲烷排放合计约为2600万吨,占全球水稻田甲烷排放总量的85%以上。

世界各地区种养方式存在较大差异,而有效的减排干预措施必然需要因地制宜,精准施策。因此,我们针对农业生产整理了宽泛的减排策略,而以下将就畜牧业和水稻种植分别进行介绍:

一、畜牧业

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畜牧业年均甲烷排放量/百万吨。来源:FAO(2013;2017)

1、畜牧业甲烷产生原理

在畜牧农业活动中,动物肠道发酵是最主要的甲烷来源,其中牛的排放量最高。这是由于反刍动物进食后,瘤胃中的大量微生物会将大分子的纤维素、淀粉等分解成可供动物消化吸收的小分子物质,甲烷就是这一分解过程中的副产物。由于微生物的发酵过程会受动物摄入饲粮成分的影响,消化率低、品质差的饲粮配给会提高每单位摄入能量的甲烷排放。非反刍动物(如猪)在消化过程中虽然也会产生甲烷,但与反刍动物相比排放量极低。

畜禽粪便是畜牧生产中另一重要甲烷来源,猪和牛粪便的甲烷排放量尤其高于其他动物。在粪便的存储和处理过程中,一旦有机物处于厌氧条件,如较深的粪便池或液态粪水里,就会发酵产生大量甲烷。

2、畜牧业减排措施

•畜禽个体:选育优良品种,优化饲粮结构,调整反刍动物的粗精饲料配比,保证动物健康,提高生产效率。


•畜禽群体:降低畜群中用于繁殖而不是生产的动物比例,可以通过改善饲料、畜禽健康和基因来优化生育率、死亡率和年龄,或通过降低初产年龄、调整屠宰重量和年龄以及调整乳牛群的替代率等种群管理措施实现。


•生产单元:对放牧系统,加强放牧和草地管理,提高饲草质量和草地固碳量;对舍饲或混合系统,提高农作物秸秆和饲料的利用率,加强畜禽粪便管理,推进农场可再生能源的利用。


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二、水稻种植

1、水稻种植甲烷产生原理

在水稻种植过程中,稻田长期处于淹水条件下,土壤中的有机质会被产甲烷菌分解而释放出甲烷。土壤淹水程度越高,微生物分解的有机物越多,释放出的甲烷也会一定程度上增加。但如果水分太少,水稻产量又会受到影响。

2、水稻种植减排措施

•育种:选育耐旱高产的优良水稻品种。


•耕作方式:提高稻田水分管理水平,干湿交替灌溉或种植旱地水稻,使用磷石膏和硫酸盐作为甲烷抑制剂。


•农业废弃物:减少秸秆燃烧,提高生物质利用效率。


为了推动农业领域的甲烷减排,除了上述技术手段外,从需求端倡导改变饮食习惯和行为,通过农业金融手段推动行业向气候智慧型体系变革,比如将农业减排项目纳入碳市场等措施,对农业甲烷减排也非常重要。

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农业甲烷减排各方行动

在保障粮食安全的前提下,农业领域依然有着不容小觑的减排潜力。据CCAC和UNEP联合发布的《全球甲烷评估》,现有的针对性措施在2030年前预计可以将每年农业部门的甲烷排放减少约3000万吨。据不同报告分析,每吨农业甲烷的平均减排成本在270到1390美元之间,有一些措施的实施还会产生一定经济效益。农业领域的甲烷减排需要科学种养知识的普及以及行为方式的转变,同时鼓励跨领域的创新与合作,以推动整个行业向低污染高效率的发展目标升级。

欧盟

欧盟在政策层面对农业甲烷减排关注较早。在2020年发布的《欧盟甲烷减排战略》中,欧盟曾提出以下行动计划(更多阅读:欧盟甲烷减排提案:要点、影响及启示):

•支持成立一个专家小组,分析畜牧业全生命周期的甲烷排放指标。


•与相关专家和各成员国合作,制定一份重点关注肠道发酵甲烷的农业减排最佳做法、可用技术和创新技术的清单。


•为了鼓励农场水平的碳平衡计算,2022年将制定数字化的碳路径模板,以及关于温室气体排放和清除定量化计算的通用路径指南。


•通过在欧盟及各成员国的农业政策战略计划中更广泛地加入“碳耕作(carbon farming,指通过改变农业管理措施或土地利用方式来增加土壤和植被的固碳量)”措施,推动甲烷减排措施的落实。


•在2021-2024年欧洲地平线战略计划中,考虑进行甲烷减排不同影响因素的针对性研究,重点关注基于科技和自然的解决方案以及饮食结构转变。


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美国

美国在2021年11月最新颁布的《甲烷减排行动计划》中,针对农业领域提到了以激励为基础和自发性合作为主要努力方向的政策措施,呼吁美国农业部加强与农民和农场主的合作,以推动更多“气候智慧型”管理方式的实施(EDF观点 | 美国应怎样发展气候智慧型农林业?)。作为回应,美国农业部正在多角度的开展减排工作,包括:

•采用低排放的粪便管理系统和其他减排措施。包括鼓励农民升级现有的露天粪便池、建设新的粪便管理设施,实施深埋、堆肥、固液分离或向牧场过渡等管理措施,并为实施这些减排措施的农民或农场主提供激励和技术援助。


•发起气候智慧型合作伙伴关系倡议。美国农业部希望借此识别、确认和跟踪气候智慧型的农业管理措施及它们的气候效益,建立针对以上措施的衡量标准和程序来保障其可靠性、有效性和透明度,并通过供应链进行追踪,为农产品建立基于气候效益的新市场。


•促进农场利用可再生能源。美国农业部将启动新的公私伙伴关系,推动沼气政策、计划和研究工作,帮助农场减少甲烷排放,扩大可再生能源的生产和使用。


•增加对农业甲烷量化和创新技术的投资。美国农业部会联合土地管理部门、科学机构、能源部、乳品创新中心等合作评估农业甲烷的量化和标准化方法,并资助相关的研究和创新技术的开发。


中国

中国是畜牧生产和水稻种植大国,在农业甲烷减排方面也多次作出积极表态:

中国政府在2015年提交的国家自主贡献方案中承诺“控制稻田甲烷和农田氧化亚氮排放,构建循环型农业体系,推动秸秆综合利用、农林废弃物资源化利用和畜禽粪便综合利用”。2021年10月28日,中国向联合国气候变化框架公约秘书处提交了《中国落实国家自主贡献成效和新目标新举措》和《中国本世纪中叶长期温室气体低排放发展战略》,并更新了国家自主贡献目标。

2021年11月,《中美关于在21世纪20年代强化气候行动的格拉斯哥联合宣言》中提到:中方计划在其近期通报的国家自主贡献之外,制定一份全面、有力度的甲烷国家行动计划,争取在21世纪20年代取得控制和减少甲烷排放的显著效果;中美计划在2022年上半年共同召开会议,聚焦强化甲烷测量和减排具体事宜,包括通过标准减少来自化石能源和废弃物行业的甲烷排放,以及通过激励措施和项目减少农业甲烷排放(更多阅读:中美格拉斯哥联合宣言开启中美气候合作新篇章)。

同时,中国还可以通过“一带一路”中的农业合作影响更多大面积种植水稻的发展中国家,作出国际贡献。

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尽管农业甲烷减排政策和措施的实施面临着许多困难和不确定性,比如甲烷基础排放监测数据的缺失、全球变暖和极端天气对粮食安全的威胁等,但推动农业向气候智慧型变革是当前气候变化背景下实现农业可持续发展的必然选择,这与农业甲烷减排所追求的气候目标是相辅相成的,而这场变革不仅对农业生产本身提出了更高的要求,更有赖于全社会的共同参与和努力。

借鉴上述国际减排经验,相关建议如下:

•参考国际先进的统计标准与模型,结合国内的农业种养水平,制定符合国情的农业甲烷排放的计算标准,获得更详细准确的农业甲烷排放基础数据,以便精准施策,因地制宜。


•鼓励先进科研成果与种养知识向农业农村转化,同时在实践中量化不同措施的甲烷减排成本与效益,为进一步的推广和评估工作提供可靠的数据支撑


•针对水稻种植,总结国内的减排路径与优秀案例,制定稻田甲烷减排最佳做法、可用技术和创新技术的清单。


•针对畜牧业,促进农场水平全生命周期的甲烷追踪,从饲粮摄入、产品品质到粪便管理等环节建立可追溯碳足迹的数据体系。


•鼓励其他形式的激励措施与创新项目,鼓励跨领域的创新与合作,为政府、科研院校、企业、农民及其他组织搭建高效的平台,加速新成果新技术向减排效益的转化。


*本文作者是EDF美国环保协会农业项目经理高越。