中国畜牧业氨和非二氧化碳温室气体减排路径——实现空气质量与气候协同效益

《Journal of Environmental Sciences》：Mitigation pathways for ammonia and non-CO 2 greenhouse gas emissions in China’s livestock sector to achieve synergistic air quality–climate benefits

　　

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  在2060年预测情景下，与不采取行动相比，中国畜牧业在2060年的氨和温室气体排放量可减少49%和29%。
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  畜牧业氨和温室气体减排的协同效益远远超过相关成本。
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  低蛋白饲料喂养、粪尿酸化处理和覆盖是最具协同性和成本效益的措施。

引言

畜牧生产是氨（NH₃）和非二氧化碳温室气体（non-CO₂ GHG）的主要人为来源，约占全球人为氨（NH₃）和一氧化二氮（N₂O）排放量的40%（Liu et al., 2022a; Oenema et al., 2005; Tian et al., 2024; Van Damme et al., 2014），并贡献了全球人为甲烷（CH₄）排放量的30%以上（Wu et al., 2024; H?glund-Isaksson et al., 2020; Wang et al., 2024）。这些排放对全球气候和公共健康造成重大负担。作为二次无机气溶胶的关键前体物，氨（NH₃）约占细颗粒物（PM_2.5）浓度的19%–55%（Liu et al., 2022b; Wei et al., 2023; Wyer et al., 2022）。同时，鉴于一氧化二氮（N₂O）和甲烷（CH₄）具有强大的辐射强迫作用和相对较短的大气寿命（与CO₂相比），针对性地减少N₂O和CH₄的排放被视为协调近期气候目标与空气质量协同效益的关键策略（IPCC, 2023; Lin et al., 2019; Wang et al., 2024）。

尽管科学界对其重要性达成共识，但畜牧业排放控制仍远远落后于能源和工业部门（Wu et al., 2016; Tong et al., 2020; Cheng et al., 2021; Liu et al., 2022c）。在快速集约化和粪便密度较高的地区，大量技术上可行的减排潜力尚未得到开发（Bai et al., 2018, 2019）。其复杂性在于，畜牧系统中氨（NH₃）、一氧化二氮（N₂O）和甲烷（CH₄）的排放往往源自多个相互关联的阶段，包括瘤胃发酵、畜舍管理、粪便储存、粪便处理和田间施用（Zhang et al., 2025; Hou et al., 2017）。此外，实施某项管理措施可能会在不同污染物之间产生协同效应或权衡关系（Hou et al., 2015; Velthof et al., 2009; Wang et al., 2018）。这就要求从单一措施或孤立阶段的评估转向整合的、全链条的管理视角。以往的研究为畜牧业的单项减排措施、粪便管理链技术以及氨（NH₃）与非二氧化碳温室气体排放之间的相互作用提供了重要证据（Chadwick et al., 2011; Hou et al., 2015; Wang et al., 2017）。然而，这些发现尚未完全转化为适合中国畜牧业的系统性长期协同减排路径。特别是，有必要结合畜牧结构的演变、措施可行性、区域异质性和综合环境效益，来研究畜牧业氨（NH₃）和非二氧化碳温室气体排放的协同减排路径。

中国面临着应对气候变化和改善空气质量的双重挑战。作为全球最大的畜牧生产国，有效减排中国畜牧业的氨（NH₃）和非二氧化碳温室气体排放对于改善空气质量和促进气候减缓至关重要（Gu et al., 2021; Liu et al., 2019; Xing et al., 2019; Zhang et al., 2019a）。现有研究为畜牧排放特征和减排技术的有效性提供了重要见解（Gerber et al., 2013; Ti et al., 2019; Wang et al., 2018）。然而，大多数评估仍专注于特定污染物、单项措施、特定畜禽类别或单一管理阶段，而多物种、多措施、多路径策略的协同减排潜力和综合效益仍评估不足（Chen et al., 2022; Sommer et al., 2009; Ti et al., 2019）。此外，许多研究主要考察减排潜力，较少关注将PM_2.5相关的健康效益、气候效益和长期实施路径纳入统一框架。这种综合评估框架的缺失限制了高效协调空气质量和气候减缓政策的制定。

本研究旨在建立一个全面的多污染物评估框架，量化中国畜牧业氨（NH₃）和非二氧化碳温室气体减排中的协同效应与权衡关系，最终确定能够最大化综合社会效益的减排路径。首先，我们确定了减排潜力显著的措施，并评估了它们减少氨（NH₃）和非二氧化碳温室气体的能力以及相关实施成本。其次，基于合理的措施组合和情景设计，我们评估了畜牧业氨（NH₃）和非二氧化碳温室气体的各自最大减排潜力。最后，我们制定了一条中国畜牧业氨（NH₃）和非二氧化碳温室气体协同减排路径，旨在未来实现更大的空气质量和气候效益，为排放控制政策的制定和优化提供科学参考。

章节摘录

畜牧减排措施

本研究涵盖完整的畜牧管理链，其中包括五个关键阶段：育种、喂养、畜舍管理、粪便储存（液态粪污和固态粪便）以及田间施用。就排放贡献而言，粪便管理（包括畜舍管理、储存和施用）是氨（NH₃）和一氧化二氮（N₂O）排放的主要来源，同时也会产生一部分甲烷（CH₄）。甲烷（CH₄）的主要来源是反刍动物的瘤胃发酵（Wang et al., 2018）。本文

减排措施的减排潜力、成本和协同效应

为确定畜牧业减排措施的优先级，我们评估了它们的减排潜力、成本效益和协同效应（图1）。结果表明，各项减排措施在减排潜力、成本效益和协同效应方面存在显著差异。

减排潜力大且成本低的措施应被优先实施。低蛋白饲料喂养直接影响日粮氮摄入量

结论

本研究建立了中国畜牧业氨（NH₃）和非二氧化碳温室气体协同减排的长期、省级路径，并通过优化以最大化空气质量和气候的协同效益。研究表明，随着中国人口和财富增长刺激食品需求，到2060年，中国畜牧业的氨（NH₃）和非二氧化碳温室气体排放量将分别增长31%和28%。为在早期实现排放达峰并

作者贡献声明（CRediT）

Hao Wang：撰写 – 审校与编辑，撰写 – 原始稿件，可视化，验证，方法论，形式分析，数据整理，概念构思。Yisheng Sun：撰写 – 审校与编辑，概念构思。Shengyue Li：撰写 – 审校与编辑。Mingchen Ma：撰写 – 审校与编辑。Qingru Wu：撰写 – 审校与编辑，概念构思。Shuxiao Wang：撰写 – 审校与编辑，监督，概念构思。

利益冲突声明

作者声明不存在可能被认为会影响本文所报告工作的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金委员会（编号22188102）、北京市生态环境科技专项（编号BJST20250203）以及清华大学-丰田联合研究中心的支持。

Hao Wang|Yisheng Sun|Shengyue Li|Mingchen Ma|Qingru Wu|Shuxiao Wang