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非工业源减排技术

非工业源减排技术

  水稻种植

  中国自1987年以来,已陆续在中国的五大主要水稻产区作了大量的野外观测研究,在稻田甲烷排放的排放因子、产生转化机理、减排方法以及模式等方面作了大量的研究工作,许多研究成果处于世界领先水平。下面介绍主要的减排方法。

  1、施肥

  有机肥(植物秸秆、动物粪便等)在大多数情况下可以促进稻田甲烷的排放,这种增强作用的强度是受当地的土壤状态(主要是土壤中的有机物)影响的。一般情况下,在有机物含量高的土壤中,有机肥的施入对稻田甲烷排放的影响较小,而在有机物含量较低的土壤中,有机肥的施入能较大幅度地增加稻田甲烷排放。化肥对稻田甲烷排放有一定的抑制作用,但长期使用化肥又会对土壤及生态环境产生较大的影响。所以,我们建议在大量使用有机肥的水稻产区施行化肥和有机肥混施的方法来减少稻田甲烷排放。

  沼渣是沼气发酵池发酵后的剩余残渣。沼渣作为一种特殊形式的有机肥,能很明显地降低甲烷的排放量,而且水稻的产量基本上可以维持原状(表5.42)。根据我们的野外实验,施用沼渣肥的稻田甲烷排放率比施用纯有机肥的稻田甲烷排放率有明显的降低。目前中国大约仅有7%左右的稻田施用沼渣肥,大部分的稻田施用的是纯有机肥。假定到2010年中国有30%的稻田施用沼渣肥,2030年能有60%的稻田施用沼渣肥,那么,到2010和2030年中国稻田甲烷的排放量将分别减少0.91Tg和2.10Tg。根据调查,施用沼渣肥和普通有机肥的投入分别为1050和150元/hm2。施用沼渣肥稻田的纯收入要低900元/hm2,稻田甲烷排放量比施普通有机肥低119g/hm2,因此,每减排100g甲烷需投入资金756.30元。

  表5.42不同施肥对稻田甲烷排放率和水稻产量的影响(湖南)

年份

1991

1992

早稻

/mg(CH4)

/(m2·h)

产量

/kg/100 m2

晚稻

/mg(CH4)

/(m2·h)

产量

/kg/100m2

早稻

/mg(CH4)

/(m2·h)

产量

/kg/100 m2

晚稻

/mg(CH4)

/(m2·h)

产量

/kg/100 m2

常规施肥

14.19

43.70

20.16

39.30

6.97

32.10*

14.19

75.20

全有机肥

21.88

39.20

22.05

39.50

8.32

41.80

18.79

75.60

全化肥

4.44

38.20

6.82

39.90

3.18

44.80

3.18

67.40

沼渣肥

9.90

34.10

9.75

39.30

8.12

39.00

9.66

69.80


  * 1992年早稻,由于常规施肥田中集中观测,切除较多株水稻,因此表中产量值偏低。

  2、选用高产低甲烷排放的水稻品种

  在其它条件相同的情况下,不同水稻品种的稻田甲烷排放有较大的差别,高低相差一倍以上。5年(1988-1992)试验表明,普通水稻品种比杂交水稻品种的甲烷排放率高5.7%~43.4%。

  (1) 水稻品种改变的减排分析

  中国水稻播种面积为3.35×107hm2,其中杂交稻和普通稻分别占约30%和70%。假定到2010年要求高产低排放水稻品种的播种面积达到稻田面积的60%,到2030年全部播种优质高产低排放水稻,根据我们实际观测的数据,可以计算出按上述假设,到2010年和2030年,中国稻田甲烷排放分别比1990年低0.72Tg和1.51Tg。

  (2) 品种改变的经济成本分析

  按当前的物价水平来计算,杂交稻种子5~9元/斤,普通稻种子1.1~1.2元/斤。糙米的市场价格为1.2元/斤,粳米的市场价格为1.5元/斤。杂交稻和普通稻的产量分别为7500和5550kg/hm2,如不计算育种成本,种植高产低排放水稻品种比种植普通稻纯收入高330元。就目前情况来讲,种植每公顷杂交稻比种植每公顷普通稻可减少64g甲烷的排放。以1990年为基准,每减排100克甲烷可收入515.63元。

  3、灌水管理

  水是影响稻田甲烷排放的决定性因子,稻田中灌溉水的状态将决定稻田的甲烷排放。通过改变稻田的灌水状态(即灌水管理),可以调节土壤的氧化还原电位状态,从而控制稻田甲烷的排放。实验证明,深水灌溉、间歇灌溉和常湿稻田都能减少稻田甲烷排放(见表5.43)。

  (1) 深水灌溉

  深水灌溉是指水稻田的淹水深度(约10cm)高于正常的灌水深度(约3cm)。由于灌溉水的缺乏和维持水深操作的复杂,深水灌溉不是十分理想的减排方法。

  (2) 间歇灌溉

  间歇灌溉是对稻田每隔几天灌溉一次,稻田保持几天灌水和几天晒田相间隔,如果晒田充分,稻田甲烷排放有明显的减少。但稻田甲烷排放减少的同时,其它温室气体如N2O的排放有所增加。

  (3) 常湿稻田

  常湿稻田是一种保持稻田中无水但湿润的情况,这种方法对稻田甲烷排放的减排作用最大,但水稻有较大幅度的减产,因此并不可取。

  表5.43 不同水管理对稻田甲烷排放率和水稻产量的影响(湖南,1992年)

 

早稻

晚稻

甲烷通量

/mg(CH4)/(m2·h)

产量

/kg/100m2

甲烷通量

/mg(CH4)/(m2·h)

产量

/kg/100m2

常湿润

2.88

33.0

5.50

52.80

间歇灌溉

4.54

34.10

13.62

56.70

常规水深(约3cm)

5.20

39.40

12.12

74.90

深水灌溉(约10cm)

2.94

44.70

15.82

70.50



  4、甲烷抑制剂

  通过试验发现,稻田使用液体状肥料型甲烷抑制剂(称为AMI-AR2),不仅抑制稻田甲烷排放,而且有一定的经济效益。这种抑制剂的主要原料为一特种腐殖酸,抑制剂可以将有机质转化为腐殖质,在增加稻谷产量的同时,也减少了甲烷形成的基质。由于这种抑制剂的特点,它适用于中等和肥料条件差的稻田。这种技术处于实验阶段。

  稻田甲烷的减排技术除了以上几种以外,还有水肥结合、垄作等方法,但所有减排技术均处于研究阶段,应用还很不成熟。

  5、减排技术的综合评价

  我们评价的减排技术沼渣肥替代纯有机肥(J1)、水稻品种的选择(J2)、水管理(J3),对于总目标减少温室气体排放和减轻区域环境污染等综合效益的相对优先顺序权重为0.379,0.403,0.218。杂交稻替代普通稻,既减少了稻田甲烷的排放,又不会给生态环境带来不良影响,并且可以增加水稻产量,其优先权重最大。沼渣肥替代有机肥,减少甲烷排放的同时,有效地利用了能源,也是值得研究推广的技术,其优先顺序权重排第二位。水管理由于对水资源的要求和可能造成水稻减产等原因,其优先顺序权重最小。

  动物饲养

  减少反刍动物甲烷排放总量的途径有:改善食物构成,减少个体甲烷排放量;提高动物生产性能,减少动物饲养总量,减少甲烷排放总量。中国是发展中国家,反刍动物饲养以粗饲料为主,且管理粗放,所选择的减缓技术应适合中国的饲养特点。

  1、秸秆处理

  秸秆处理包括氨化、青贮、粉碎及颗粒化。主要是提高纤维素类物质的分解率来提高饲料的消化率,提高动物生产性能,降低单位畜产品的甲烷排放量。

  秸秆氨化处理能够分解秸秆的粗纤维,提高秸秆的消化率,同时动物采食氨化后的秸秆,还能提高瘤胃内氮的水平,从而提高动物生产性能。表5.44是使用氨化后的秸秆对牛生长率影响的初步试验结果。

  表5.44 氨化秸秆对牛生长率影响的初步试验结果

秸秆处理

精料添加量

/kg/d

秸秆采食量

/kg/d

牛活重/kg/d

增重成本

/元/kg

始重/kg

末重/kg

日增重/kg/d

未处理秸秆

0.5

4.96

188.5

227.3

0.16

5.11

未处理秸秆

1.0

4.92

200.5

248.3

0.27

4.21

氨化秸秆

0.5

5.92

199.6

263.3

0.35

3.03

氨化秸秆

1.0

5.59

199.5

290.2

0.56

2.77



  秸秆的粉碎和颗粒化可增大饲料表面积,不仅能够增加动物采食量,而且还可以缩短食物在瘤胃内的停留时间,减少营养物质在瘤胃内发酵造成的能量损失,据估计可减少单位产品甲烷释放量10%。由于仅需简单的粉碎机械,非常适于中国。近几年中国正在研制玉米秸揉碎机械,经揉碎的玉米秸秆质地柔软,适宜反刍动物的喂饲。

  2、改善营养成分

  (1) 多功能复合添砖的使用

  由于中国的反刍动物大多以农业副产品秸秆为主要饲料,除大型农场的奶牛外,很少添加精饲料,造成动物饲料营养不平衡。添砖以尿素、矿物质、微量元素,维生素等为主要成分,并添加某些特殊物质加工而成。实验证明,使用添砖可提高日增重10%~30%,相对减少单位畜产品的甲烷排放量10%~40%,且使生产畜产品成本大幅度降低。

  (2) 过瘤蛋白的使用

  反刍动物瘤胃内发酵蛋白质造成浪费,而过瘤蛋白可以避免在瘤胃内发酵,直接进入肠内消化,如同非反刍动物一样,提高食物的蛋白能量比,从而提高动物生产性能。

  (3) 提高管理水平

  生产效率低是中国生产和繁殖用动物数量增长,反刍动物甲烷排放总量增加的主要原因。使用高产优良品种,减少动物疾病发生率,采用集约化高产饲养技术和适度规模养殖业的环境工程技术,将提高动物单产水平,大幅度降低反刍动物饲养总量。在中国提高生产率,减少动物总数,减少甲烷释放总量还有相当大的潜力。

  动物粪便处理

  由于牛、猪的粪便产量占总量的80%左右,而猪、牛又是由一家一户的农民饲养为主,下面介绍几种目前最适合中国的减少粪便甲烷排放量的技术。

  1、建造小型沼气池

  粪便在沼气池进行厌氧分解,能产生大量的沼气。所产生的沼气中甲烷含量在60%以上。小型沼气池日处理粪便量较少且容易建造和使用,是目前中国减少粪便甲烷排放量最适合的方法。

  在中国发展民用沼气池受到了广泛的重视,从70年代开始逐步在全国得到广泛推广,80年代共建成476万个民用沼气池,1991年新增376.1万个。每年约有100万t人畜粪便用于产生沼气,但只占可利用资源的0.5%,发展粪便处理产业有很大的潜力。

  2、粪便快速烘干

  这种粪便处理技术一般用于大型的养鸡场。烘干后的粪便可以作为商品肥料出售。粪便烘干技术不仅减少了污水的排放量,还缩短了粪便厌氧存放的时间,从而减少了粪便甲烷的排放量。

  3、贮留池

  利用贮留池处理粪便的方法一般用于较大型养猪场。在温度保持较高的情况下,粪便能产生大量的甲烷混合气体,利用负压技术可有效的回收混合气体,其甲烷含量一般为60%~80%,甲烷回收率达80%以上。

  林业发展

  1、加快人工造林,提高森林碳汇功能按计划,在1978-2050年的73a内将增加有林地15782.57万hm2,平均每年造林216.2万hm2,到2050年,平均林龄36a,平均生物量56t/hm2,平均储碳量28t/hm2,总的固碳量可达到44.2亿t。

  若按1990年美国造林成本210美元/hm2,估计每年造林216.2万hm2,需投资45402万美元。若考虑6%的通货膨胀率,1978-2050年营造15782.57万hm2森林,需累计总投资


  折合每吸收1tCO2 需投资59.0美元。

  2、加强集约经营,提高人工林生产力

  中国现有人工林3808.87万hm2,到2050年共有人工林15782.57万hm2。若今后55a内采取集约经营,使人工林平均蓄积量提高一倍,即平均生物量达到112t/hm2,平均固碳56t/hm2,则可增加固碳量44.2亿t,总的达到88.4亿t。从造林到成熟,一般需要抚育间伐5次,1hm2需用工50个,每工按5美元计算,1hm2需劳务费250美元,若不计通货膨胀率,则15736.18万hm2人工林,共需投劳务费393.4亿美元,折合减排1tCO2需投资8.9美元。

  3、加强森林保护,提高碳汇功能

  根据全国森林资源清查资料,由于乱砍滥伐,森林灾害等原因,1977-1981和1984-1988年使有林地逆转为无林地584万hm2;1988年被破坏森林5.7万hm2,森林火灾成灾面积6.28万hm2,森林病、虫、鼠害面积967.26万hm2,经防治后,仍损失57.1万hm2,1988年共损失森林60.08万hm2;1993年损失82.7万hm2,若按1993年全国有林地平均蓄积量75.82m3/hm2计算,则82.7万hm2森林可固碳0.627亿t。

  中国的林分质量和林龄结构日趋恶化,可采伐的成熟林资源已基本枯竭,势必将对中、近熟林进行大量采伐,因此,坚持以法治林,加强森林保护,建立健全的"三防"体系(森林防火、防治病虫鼠害、制止乱砍滥伐),若能完全防止有林地逆转,相当于每年增加固碳量0.627亿t。

  据1993年林业统计资料,全国森林病、虫、鼠害发生面积1052.7万hm2,平均防治费用2.82美元/hm2,应投资2970万美元;防火投资1329.4万美元;森林公检法投资5408万美元,共计9707.4万美元,折合每减排1t二氧化碳,需投入森林保护费1.55美元。到2050年,有林地面积增加一倍,森林保护费用相应地增加4倍,即6.2美元/t(CO2)。

  上述3项合计,共增加投资3005.3亿美元,可增加有林地15782.57万hm2,可稳定增加森林年固碳量89.027亿t,折合每储存1t二氧化碳需投资33.76美元。可见,扩大和保护森林,是减少温室气体,减缓气候变化速度和幅度的有效措施。

  资料摘自:《中国气候变化国别研究》

  本书版权由清华大学出版社所有

时间:2002-08-28