我国牛的个体特征差异性及其对甲烷排放季节与空间变化影响分析

【摘要】：人为活动导致的温室气体过度排放是导致全球变暖的重要原因。在未来50年,CO2排放占到全球温室气体的50%,人为源甲烷占到18%,甲烷成为仅次于二氧化碳的重要温室气体之一。以百年计,甲烷的全球增温趋势(Global Warming Potential, GWP)是CO2的25倍,甲烷是大气化学过程的活跃参与者,其在大气中的生命期为12年,足够使排放源排放出来的甲烷在全球范围内输送混合。由于甲烷在大气中的寿命比二氧化碳短,其人为排放量占总排放量的比例比二氧化碳大,甲烷减排被认为是减少人为温室效应的一个快捷有效的途径,而对甲烷源排放的准确估算是实现甲烷减排的有效途径。甲烷人为排放源主要有：工业排放源以及农业源。非工业排放源包括：稻田、家畜消化道发酵及其排泄物、城市垃圾填埋等。其中,畜牧业是甲烷排放的重要来源,它贡献了人类活动CH4排放总量的37%(FAO,2007)。中国是畜牧业大国,是反刍动物绝对拥有数最大的国家。反刍动物的甲烷排放占我国农业甲烷排放源的50%以上,以牛羊为主的反刍动物成为第一大排放源,其中又以牛为主导,牛是饲养量最大的大型家畜,占到我国大型家畜的80%以上。 在以往有关反刍动物甲烷排放的研究中,着重点多在于排放因子的测定及依据测定结果估算国家尺度的排放源清单。但是对于反刍动物种群特征及环境因子变化造成的动物甲烷排放在空间和季节的差异性方面较少关注,尤其是排放因子的时空差异性。动物种群特征和环境因子中,饲料质量与数量,动物体重、年龄、种类、及同种个体的不同特征,都会影响排放因子估算。因此,本文以反刍动物中的牛为例,探讨了牛的个体特征差异性及其对甲烷排放的时空差异性的影响,以期进一步提高牛的甲烷排放估算准确率： 动物源甲烷排放包括消化道发酵排放与粪便排放。本文采用IPCC清单指南方法二,根据排放因子与活动水平数据相乘获得排放量的方法进行估算。结合我国牛的特点,将我国牛分为黄牛、水牛、牦牛、奶牛、肉牛五类,并对同类中不同亚类牛的个体特征(体重、产奶量、饲料消化率等)进行时间与空间的统计与分析,估算其各自消化道与粪便排放因子。同时依据国家统计数据中牛年末存栏与土地利用类型数据,利用GIS空间分析方法,得到lkm分辨率的活动水平栅格数据。计算获得全国五类牛的甲烷排放量,并对个体特征差异性对甲烷排放尤其是排放因子的影响进行分析。 估算结果表明：黄牛、肉牛46亚类中,东北区复州公牛体重764kg最大、青藏区西藏黄牛公牛215kg最小；水牛28亚类中,西林水牛产奶量最高可达到每天7kg,德昌水牛产奶量最少每天1.4kg；夏秋饲草质量较高、牲畜采食量大,说明饲草质量、数量等存在季节变化等。这些因素使得不同牛的个体特征存在时间与空间差异,是造成排放因子时空差异性的重要原因。 排放因子(kg/head/mon)差异性：黄牛、水牛、牦牛、肉牛、奶牛的月均消化道排放因子(kg/head/mon)为5.44、6.3、5.5、2.77、8.11；粪便排放因子为0.268、0.242、0.254、0.133、0.642；其中奶牛消化道与粪便排放因子最大。在时间变化上,五种牛消化道排放因子的12月变化,都呈现“V’形状,都在夏季6-9月处于最低值。粪便排放因子与消化道排放因子呈相反趋势,夏季最高。其中,奶牛与水牛的粪便排放因子7月最大,为1.186、0.431；黄牛与肉牛6月最大,为0.455、0.233；牦牛粪便排放因子则是5月最大,为0.441。 在空间上,农牧区月均排放因子相比,黄牛、奶牛与肉牛的牧区月均消化道排放因子(5.74、9.45、3.8)大于农区(5.38、7.88、2.6),粪便排放因子则是农区(0.297、0.695、0.146)大于牧区(0.097、0.325、0.055)。黄牛各分区间,东南区粪便排放因子最大,为0.453；青藏区为0.011。肠道排放因子最大、最小区域为黄土高原区(5.92)和西南区(4.6)。水牛各分区,肠道排放因子最大、最小区域为滨海型(6.96)与低山丘陵地区(5.74)；粪便排放因子最大、最小区域为,平原湖区(0.487)与高原平坝南区(0.07)经估算,2005年所有种类牛的排放总量为9.48Tg,奶牛1.7Tg、黄牛3.8Tg、牦牛1.1Tg、、肉牛0.7Tg、水牛2.1Tg,与2005年中国农业活动温室气体排放清单,牛排放总量10.11Tg,奶牛1.034Tg、非奶牛7.113Tg、水牛1.962Tg相比,本文估算结果与其比较接近。 【关键词】：牛 肠道排放因子 粪便排放因子 甲烷
【学位授予单位】：湖北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S823;X174
【目录】：

• 摘要5-8
• Abstract8-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 研究背景及意义14-16
• 1.1.1 气候变暖与大气甲烷14
• 1.1.2 反刍动物甲烷排放及其产生机理14-16
• 1.1.3 研究意义16
• 1.2 畜牧业甲烷排放研究进展16-20
• 1.2.1 个体及少数群体动物甲烷排放测定16-18
• 1.2.2 区域尺度动物甲烷排放估算18
• 1.2.3 反刍动物甲烷排放时空变化研究18-20
• 1.3 问题的提出、研究目的与内容20-22
• 1.3.1 问题的提出与研究目的20-21
• 1.3.2 研究内容21-22
• 第2章 研究方案22-39
• 2.1 甲烷排放估算模式及其计算基础22-23
• 2.2 排放因子估算23-31
• 2.2.1 牛亚类个体特征数据23-25
• 2.2.2 个体特征分区区划25-29
• 2.2.3 排放因子估算29-31
• 2.3 县级活动水平数据估算31-32
• 2.4 数据处理与说明32-37
• 2.4.1 气象数据32-33
• 2.4.2 土地利用类型数据33-35
• 2.4.3 活动水平数据空间化35-37
• 2.4.4 行政区划数据37
• 2.5 技术路线37-39
• 第3章 牛个体特征时空差异性及甲烷排放时空变化39-58
• 3.1 牛个体特征时空差异性39-44
• 3.1.1 黄牛个体特征39-41
• 3.1.2 水牛个体特征41-42
• 3.1.3 牦牛个体特征42-43
• 3.1.4 肉牛及奶牛个体特征43-44
• 3.2 排放因子时空变化44-51
• 3.2.1 黄牛排放因子时空变化44-47
• 3.2.2 水牛排放因子时空变化47-48
• 3.2.3 牦牛排放因子时空变化48-49
• 3.2.4 肉牛与奶牛排放因子时空变化49-51
• 3.3 牛甲烷排放总量估算51-57
• 3.4 排放因子与排放量比较57-58
• 第4章 结论与展望58-61
• 4.1 结论58-59
• 4.2 存在问题与展望59-61
• 参考文献61-65
• 致谢65

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