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国家奶牛产业技术体系首席专家、中国农业大学

发布时间:2021-10-07

  中国乳制品工业协会第二十七次年会日前在杭州召开。在大会开幕式暨行业领袖论坛上,来自主管部委领导、科学家、行业资深专家、企业家们就乳业发展形势,科技发展方向,绿色低碳循环发展路径以及乳制品行业十三五取得的成就及十四五发展目标奉献了精彩的演讲报告。这些精彩报告我们将陆续刊发,与大家共同分享。

  非常高兴参加这个会议。和大家对我们当前的热点问题,关于碳减排和碳达峰,包括碳中合的问题跟大家做一个交流。分以下三个方面和大家交流,大概15分钟的时间。

  什么是碳足迹和碳中和?大家都知道,在奶业的生产过程中,从饲料的生产到奶牛的养殖,奶牛在消化饲料的过程中,瘤胃是甲烷产生的主要器官,产生甲烷的相对量是非常大的,包括奶牛粪污处理和还田利用,包括牛奶的运输,都会消耗一些能源,产生一些碳排放。以及将牛奶运到加工厂,在加工过程中利用燃料而产生的碳排放,在包材的回收和利用,包括我们到消费者的一些购买或者一些利用,所以整个碳足迹是整个贯穿在我们奶业的从养殖端到加工端到市场端。

  常见的碳源有哪些?我们知道有二氧化碳,对于反刍动物来讲,反刍动物的瘤胃产生的甲烷比二氧化碳要高30倍,同时甲烷作为一种温室气体会破坏环境,以及氧化亚氮等三种。另外还有氢氟碳化合物、全氟碳化合物、六氟化硫,这些可能大家不太了解,他们的比例比较低。通常来讲,我们会把这6种温室气体转换成二氧化碳的当量来显示。随着奶牛养殖量的上升,不同国家的碳足迹工作都是以单位产品所产生的二氧化碳的碳的当量来计算,大家可以看到我们国家生产每公斤牛奶的碳足迹在两公斤左右,约1.66公斤,大概每公斤奶的碳的足迹大概是0.67。我们每公斤奶的碳排放是新西兰碳排放的三倍,可见我国的碳减排有很长的路要走。

  总书记在今年这个世界领袖七国峰会上提出,我们2030年达到碳达峰,2060年达到碳中和,中和的目的就是我们碳的产生和碳的吸收,就是我们通过森林、通过植被进一步的扩大,把一些产生当中的碳能够吸收,产生的碳和吸收的碳达到平衡的时候,环境当中是零排放的时候,我们就是碳中和,这是我们国家的一个重要的目标。当然看起来我们在碳达峰和碳汇交易的时候,我们国家在启动碳汇,就是我们碳排放超额者购买碳排放指标,实现碳排放的合规,实现碳汇交易。在发达国家,一些企业超排后,可以通过从发展中国家购买指标,通过一些绿色能源的使用,或者通过植树,来购买这个指标,从而实现碳减排。美国、欧盟等国家碳的排放量已总量稳定,碳排放高峰已经结束了,峰值在2000年到2010年年代结束,预计在2050年左右实现碳中和。我国承诺碳达峰在2030年达到,2030年以后重点碳减排,到2060年实现碳的产生量和吸收量达到平衡。

  中国和欧盟在2005年2012年开始碳汇的交易,在第一阶段、第二阶段,在2005年到2012年的时候碳汇价比较低的,该阶段碳排放配额明显的过剩。第三阶段(2013年2020年),由于环境变化,欧洲对温室气体的排放更加关注,每年碳排放的配额量都会较上年降1.74%。到2021年2030年,碳排放的配额量继续比前一年都是下降,所以它的碳排放交易额的价格是每吨41欧元,我国碳汇的价格每吨约7美元,远低于中国碳排放的社会损失成本。

  全球碳的排放主要来自电力发电,占25%,第二大是农业,占24%。第三大行业是制造业,占20%,第四大是运输业,占14%。第五是建筑业占6%,而其他行业占10%。农业的24%里面,畜牧业中的反刍动物,它的四个瘤胃产生的二氧化碳、甲烷总量是比较高的。牛肉的生产在畜牧业中的碳贡献占41%,牛奶生产占20%。猪和鸡都是单胃动物,粪当中产生甲烷、二氧化碳量比较少。可见我国碳减排重点在反刍动物。

  从这个表可以看到,中国大概100亿吨的二氧化碳当量的排放总量,美国大概是50亿吨,所以中美两国是世界碳减排方面非常重要的两个国家。在美国退出巴黎气候协定以后,欧洲很多国家都有微词。

  全世界有3亿头牛,这些的碳排放总量仅次于中国和美国,大概50亿吨。对于反刍动物,尤其我们养牛的,不管是搞牛肉生产,还是奶业生产,我们在碳排放方面面临着非常大的压力。在碳足迹方面,整条产业链上,在饲料生产方面,因为使用化肥,种植、使用能源都在产生碳,饲料的运输、奶牛养殖、牛胃发酵、牛的粪便,都会产生二氧化碳;在牛奶的运输中,需要天然气,需要油,会产生一些碳;加工过程当中的灭菌工艺,会需要能源,也会产生碳;在产品的运输中,从加工企业运到超市,零售冷藏过程中,制冷需要能源;消费过程中,过期商品的弃置、包材的回收,处理过程都会产生碳。所以,整个奶业产业链碳足迹都存在。

  奶业产业链中哪个环节比较高?这张图显示,最高的39.1%的是肠内发酵产生的甲烷。粪便应用过程中产生氧化亚氮占16.4%,粪污管理产生的甲烷占4.3%,粪污管理产生氧化亚氮占5.2%,加起来约占26.4%,是牛奶生产过程中产生碳足迹的第二大因素。饲料生产、制造也占20%左右。这三大因素是奶业生产过程中主要的碳排放来源。牧场如果使用清洁能源,提高生产效率,那么奶业在碳排放中的比例还可以再降低。目前来看,奶业的碳排放主要集中在养殖环节,现在国际上一些合作在做规模化牧场碳足迹的研究。在奶牛场,在动物的养殖饲喂的环节、圈舍、粪物的处理、施肥的方式、土地的利用,都可能产生一些温室气体。

  不同地区每公斤FPCM碳排放量的变化趋势,经过测算,南非最高,我国大约是东亚地区的数据,大概两公斤多,就是生产每公斤较正乳脂和乳蛋白大概产生两公斤多碳排放。西欧比较低,生产每公斤较正乳脂和乳蛋白大概产生一公斤多左右。对比东亚地区、北美地区和西欧地区,我国生产每公斤标准乳,碳排放还需继续降低。从每公斤乳脂和乳蛋白的校正乳的变化记录可以看出,碳排放与养殖效率关系较大。在一些发达国家,其生产效率比较高,其碳的排放却比较低。

  我们调研了河北省147个奶牛场,在这些规模化牧场中,有一半以上的牧场,营养的供应超过奶牛的需要,超过奶牛的需要后,奶牛的饲料利效率就会降低,碳排放就会增多。由此可见,奶牛场的精准营养非常重要,哪一种营养需要多少,我们提供超过1%或者5%即可,如果提供量超过营养需求量10%或者50%了,他奶牛不仅无法利用,也会产生大量粪便。所以同时,发酵产生的甲烷也会比较多。

  在调研了国内90头、1000头、2000头、5000头、万头的牧场,随着规模的提升,牧场单产从7吨提高到12吨。现在国内很多现代化牧场都达到10吨以上的单产。随着单产的提高,规模化比例的提高,牛奶生产的碳足迹开始下降,这与奶牛单产有很大的关系。由此可以得到一个总体趋势,即牧场规模提升、单产提升、效率提升,碳排放、碳周期在下跌。

  在饲料种植和生产方面,我国可以增加进口量,将饲料生产的碳排放留在出口国,以此来减少我国奶业生产的碳排放。牛肉生产是碳排放最高的,我国进口牛肉等于减少了我们自己养肉牛产生的碳排放。我国可以通过贸易来平衡一部分碳排放,这也是控制碳减排一个很重要的方法。

  我国奶业碳减排的技术途径可以通过以下几个方式来实现:第一,肠道产生的二氧化碳和甲烷量是非常高的。欧美国家在遗传育种上选择一些瘤胃产生甲烷量低的动物个体,通过扩大其群里比例来减少甲烷排放的目的。第二,通过营养调控,即通过饲料的加工制造技术提高饲料利用率,或通过添加剂抑制甲烷的产生。第三,通过加强管理提高奶牛单产,提高牧场的管理水平,也可以达到碳排放的目的。

  我国奶牛场养殖成本占到总成本的60%-70%,饲料的营养精准对于瘤胃发酵、碳的产生非常重要,通过一些营养方面的技术,可以有效减少碳排放。通过热量来加工调制饲料,将秸秆饲料切短揉碎、蒸汽爆破;通过化学方法的氨化、碱化;通过生物处理,青贮或者微生物处理,提高饲料的消化率,减少甲烷的排放。调整日粮中精粗料的比例,更多的使用本地的饲草资源和农副产品,减少运输距离。或者通过一些脂类物质,比如植物精油可以抑制瘤胃中甲烷菌的产生;精准饲养技术保证饲料供给和营养需求平衡;在外源性的益生菌和酶制剂,硝基化合物都可以控制甲烷的产生。

  举一个例子,一个900头奶牛的牧场,通过提高产量到9吨,可以把每公斤奶的产生的碳从2.34可以减到1.81;通过适当的提高精粗比例,可以把每公斤奶的产生的碳从1.81降到1.62;通过提高成母牛比例,也就是产奶的牛,生产的牛多一点,吃闲饭的少一点,每公斤奶的产生的碳可以从1.62降到1.26;通过覆盖粪肥发酵或沼气能源利用等方式,减少粪肥自然堆放,可将每公斤奶的产生的碳可以从1.26降到1.12。达到1.12的水平后,我们的排放水平基本上就接近于发达国家碳排放的水平。可见,我们的碳排放还有很长的路要走,我国到2030年我们才能达到碳排放的高峰。奶牛、肉牛方面,提高生产效率,提高饲料利用率,提高粪肥处理利用水平是非常重要的碳减排技术途径。

  在乳品包装行业,包材的循环的利用、采用绿色环保的材料,可以有效减少碳的产生。比如中国麦当劳,不再使用塑料吸管,都在减少碳的产生。

  最后总结一下我国奶业实现碳综合的技术途径。目前我国奶牛养殖规模化比例越来越大,我们应该重点关注大型牧场的碳足迹,建立标准的方法,获取中国乳业的低速碳排放的数据。目前中国农业大学已经和国际一些机构合作,通过与瓦赫宁根大学、国际气候环境控制部门,对我国近两年的研究,对我国奶牛场排放的量、以及二氧化碳当量的测算都积累了一些模型和公式。与发达国家相比,我国奶业的生产效率仍有提升空间,我国奶业平均单产8吨左右,美国奶业平均单产已达到10吨,以色列为12吨。所以,通过生产效率的提高、单产的提升,我国生产单位奶的谈排放量还可以进一步下降。

  牧场营养的供应精准性有待提高,目前存在饲料能量蛋白的浪费,我国牧场普遍使用蛋白量要比需求量高一些。奶牛养殖种养分离,我国养牛场拥有土地较少,无法将产生的粪污还田进行循环利用,导致种养分离。需要进一步开发调节瘤胃发酵功能,降低碳排放的添加剂,可以使奶牛瘤胃产生的甲烷量下降。进一步推广创新型的粪污处理方法,比如,厌氧发酵、沼气工程。使用新型的绿色能源,比如牧场使用太阳能,而不是一些化石能源,这也是控制碳排放的方法。