加拿大畜禽粪便储存实践：基于农场调查分析的温室气体排放影响研究

本综述基于加拿大农场管理调查（2017与2021年），系统分析了畜禽粪便管理系统的分布特征与减排实践应用趋势。研究揭示了液态粪便在奶牛和生猪养殖中的主导地位，以及固态粪便在肉牛与禽类养殖中的普遍性。重点探讨了机械分离、添加剂使用、覆盖技术和厌氧消化（AD）等减排措施的应用现状及其对甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）排放的影响，为制定农业温室气体（GHG）减排政策提供了关键基线数据。

　　

摘要

本研究通过分析加拿大2017年与2021年的农场管理调查数据，量化了畜禽粪便管理系统的分布特征及减排实践的应用趋势。结果表明，奶牛养殖正逐步转向液态粪便管理系统，而生猪养殖以液态系统为主，肉牛与禽类养殖则普遍采用固态管理系统。减排实践中，机械分离技术在BC省奶牛场中的应用显著增加，添加剂使用率稳定在10%左右，厌氧消化（AD）技术仍较为罕见（奶牛场约1%）。固态粪便普遍储存超过6个月（多数超过1年），主动堆肥技术的应用率仅为5%–10%。这些基线数据表明，推广有益管理实践（BMPs）以降低排放具有巨大潜力。

引言

畜禽粪便储存系统使农民能够在作物营养需求期和田间可操作期施肥，但同时也是温室气体（GHG）的重要排放源。减少这些排放对实现可持续目标至关重要，例如加拿大《净零排放问责法》承诺到2050年实现净零排放，2030年减排40%–45%。粪便管理系统类型及其管理方式是可在不影响生产的情况下实现显著减排的领域。

排放气体比例取决于储存系统类型：液态储存以甲烷（CH₄）为主（厌氧条件下高产），固态储存则以氧化亚氮（N₂O）为主（好氧与厌氧微站点共存）。研究表明，液态储存的CO₂当量排放显著高于固态储存。全球综述指出，液态粪便的CH₄和N₂O总排放量是固态的5.7倍（以每头牲畜计）。

排放受储存系统类型及管理方式影响。液态系统中，甲烷排放潜力随温度、储存时长及固液分离变化；固态系统中，生物物理变量通过多气体交互作用影响排放。覆盖技术（如稻草或塑料）可减少氨（NH₃）排放，但对N₂O的影响不一致。酸化处理可减排80%以上，厌氧消化（AD）则是既产可再生能源又减排的成熟策略。

理解畜牧业粪便管理现状对政策制定至关重要。加拿大统计局每五年开展一次农场管理调查，但2017与2021年数据尚未被系统分析。本研究聚焦这两次调查，旨在量化粪便管理系统普及率及随时间的变化。

材料与方法

数据来源于加拿大统计局与农业及农业食品部合作的2017与2021年农场管理调查（FMS）。调查采用横断面设计，覆盖奶牛、肉牛、生猪和禽类养殖子 sector。样本按省份与生态区分配，代表全国81%的农业生产。问卷权重基于农业普查经济因素计算，确保结果代表性。

分析聚焦固体粪便储存与处理（SMS）、液体粪便储存与处理（LMS）及粪便类型与来源（MTS）相关问题。关键问题包括粪便类型（MTS2）、储存结构类型（LMS2）、处理实践（SMS4、LMS9）、覆盖系统（LMS8）及储存时长（SMS5、LMS4）。数据通过加权百分比分析，使用Excel与R软件处理。

结果

行业代表性

调查在主要省份（如AB、MB、SK）的肉牛 sector、QC与ON的奶牛 sector、以及ON、QC、BC的禽类 sector 代表性较高。生猪 sector 在西部省份代表不足，大西洋省份样本较少。全国层面，各 livestock type 代表率均超三分之二。

液态与固态粪便使用

固态粪便在肉牛（>96%）与禽类（>92%） sector 占主导，液态粪便在生猪 sector 占92%。奶牛 sector 较均衡：64%仅用液态、19%仅用固态、17%两者兼用。2017至2021年，奶牛场液态粪便使用率增加（如ON从61%至66%，QC从56%至62%）。

固态粪便储存与处理

多数奶牛（74%）与禽类（70%）农场未对固态粪便采用处理实践。“偶尔翻堆或混合”是最常见做法（肉牛 sector 达42%）。主动堆肥或添加剂使用率仅6%–11%。储存时长方面，禽类农场最短（超半数<6个月），奶牛场多为6–12个月，肉牛场储存时间分布广（约35%>1年）。

液态粪便储存与处理

储存结构类型省间差异大：奶牛场户外储存（82%–98%）多于室内，草原省多用地坑（≥66%），BC、ON、QC多用户外罐体（部分埋地式常见）。生猪场在AB、MB、QC以户外储存为主，ON则以室内储存为主（≥50%）。储存容量省间差异显著：BC奶牛场多短期储存（≥50% ≤5个月），草原省多长期（≥24% >1年）。覆盖系统应用少（87%奶牛场、66%生猪场无覆盖），但ON生猪场覆盖率高（混凝土顶盖或屋顶占49%）。处理实践中，搅拌（>88%）普遍，BC奶牛场机械分离应用率高（2021达25%），添加剂在部分省使用率>10%，厌氧消化罕见（奶牛场约1%）。

讨论

行业代表性

调查较好覆盖主要省份与 sector，但西部生猪与大西洋省份代表不足，可能源于采样策略聚焦经济主导区域。

粪便类型

固态粪便在肉牛与禽类 sector 的主导及液态粪便在生猪 sector 的普及与历史趋势一致。奶牛 sector 转向液态系统反映了行业集约化（从拴系式转向散栏式牛舍）。兼用系统在奶牛场常见，因犊牛与成牛粪便处理方式差异。

固态粪便储存与处理

“无实践”占比高与既往调查一致。偶尔翻堆的环境效益不明，尤其配合长期储存时。主动堆肥应用率低（≤11%），但研究表明良好管理可减排CH₄与N₂O。现状表明推广减排实践空间巨大。

液态粪便储存与处理

储存时长省间差异受气候与政策驱动（如MB规定非施用期需400天容量）。地坑与罐体选择受土壤与成本影响。覆盖技术（如屋顶）在BC与NS应用较多，可降温减排CH₄。ON生猪场覆盖率高，可能与室内储存相关。搅拌虽促短期CH₄排放，但长期利于碳管理。机械分离、添加剂与曝气等减排技术应用仍有限，厌氧消化（AD）推广不足。需关注区域沼气项目中 off-farm 消化器的贡献。

结论

粪便管理实践基线数据表明，液态系统重要性上升，但其排放管理不足。固态粪便多长期储存且缺乏处理。技术进步如BC的机械分离初见成效，但厌氧消化（AD）等高效技术渗透率低。结果凸显通过管理改进实现农业减排的迫切性与潜力，为政策制定与行业升级提供科学依据。

致谢

研究由AAFC可持续发展指标项目资助，感谢AAFC政策局团队、Statistics Canada的数据支持与编辑协助。