農(nóng)牧漁復(fù)合生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)能值分析

孟祥海,周海川,張　郁,王宇波,孟　桃,張俊飚

(1.淮陰師范學(xué)院經(jīng)濟與管理學(xué)院,江蘇 淮安　223001;2.中國林業(yè)科學(xué)院林業(yè)科技信息研究所,北京　100091;3.湖北工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院,湖北 武漢　430070;4.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院/ 湖北農(nóng)村發(fā)展研究中心,湖北 武漢　430070)

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農(nóng)牧漁復(fù)合生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)能值分析

孟祥海1,周海川2,張郁3,王宇波3,孟桃1,張俊飚4①

(1.淮陰師范學(xué)院經(jīng)濟與管理學(xué)院,江蘇 淮安223001;2.中國林業(yè)科學(xué)院林業(yè)科技信息研究所,北京100091;3.湖北工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院,湖北 武漢430070;4.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院/ 湖北農(nóng)村發(fā)展研究中心,湖北 武漢430070)

摘要：生態(tài)養(yǎng)殖是減緩畜禽養(yǎng)殖污染的重要途徑。以武漢銀河豬場為例,采用能值分析方法,從資源減量化、環(huán)境承載壓力和系統(tǒng)生產(chǎn)效率3個方面對該豬場生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)予以評價,并將其與進行生態(tài)養(yǎng)殖之前的單一養(yǎng)豬系統(tǒng)進行對比,結(jié)果顯示該生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)在這3個方面均有改善。在資源減量化方面,生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)的能值自給率(1.77%)略高于單一養(yǎng)豬系統(tǒng)(0.27%),購買能值比率(98.09%)略低于單一養(yǎng)豬系統(tǒng)(99.74%),反饋能值比率(5.69%)和廢棄物資源化利用率(5.80%)均高于單一養(yǎng)豬系統(tǒng)(0.00%);在環(huán)境承載壓力方面,生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)的環(huán)境負荷率(85.72%)低于單一生豬養(yǎng)殖系統(tǒng)(116.04%),系統(tǒng)投入可更新率(56.93%)高于單一養(yǎng)豬系統(tǒng)(50.09%);在生產(chǎn)效率方面,生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)的凈能值產(chǎn)出率(2.07)略高于單一養(yǎng)豬系統(tǒng)(1.93)。同時,生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)的經(jīng)濟效益比單一養(yǎng)豬系統(tǒng)更高。

關(guān)鍵詞：能值分析;畜禽養(yǎng)殖;農(nóng)牧漁復(fù)合生態(tài)系統(tǒng);生態(tài)養(yǎng)殖

我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)正由傳統(tǒng)的農(nóng)戶散養(yǎng)模式向規(guī)?；B(yǎng)殖模式轉(zhuǎn)變,在我國農(nóng)業(yè)中處于重要地位。2012年我國生豬、蛋雞和奶牛規(guī)模化養(yǎng)殖比例分別達到38.5%、65.5%和54.02%[1],2013年我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)總產(chǎn)值占農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值的29.32%[2],畜禽養(yǎng)殖業(yè)已由傳統(tǒng)的家庭副業(yè)成為我國農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè),養(yǎng)殖方式正由傳統(tǒng)的農(nóng)戶散養(yǎng)向規(guī)?；B(yǎng)殖轉(zhuǎn)變[3]。規(guī)?；B(yǎng)殖糞便產(chǎn)生量大,且對環(huán)境影響較大的大中型養(yǎng)殖場80%分布在人口集中、水系發(fā)達的大城市周邊和東部沿海地區(qū),對環(huán)境造成嚴重威脅[4]。第1次全國污染源普查動態(tài)更新數(shù)據(jù)顯示,2010年我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)主要水污染物排放量中COD和NH3-N排放量分別是當年工業(yè)源排放量的3.23和2.3倍,分別占全國污染物排放總量的45%和25%[5],已成為水體污染的主要來源。2014年1月1日起實施的《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》(國務(wù)院令第643號)是我國第1部由國務(wù)院出臺的農(nóng)業(yè)農(nóng)村污染防治法規(guī),強調(diào)對畜禽養(yǎng)殖廢棄物進行綜合利用,旨在推動畜禽養(yǎng)殖業(yè)生態(tài)化轉(zhuǎn)型升級,凸顯了現(xiàn)階段我國政府對畜禽養(yǎng)殖污染防治的重視。

能值理論由美國生態(tài)學(xué)家Odum H. T.于20世紀80年代首次提出,該理論將能值定義為流動或貯存的能量中所包含的另一類別能量的數(shù)量,并以太陽能值(solar emergy)為標準衡量某一能量的能值大小,單位為J[6-7]。該理論為定量分析生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、特征及生態(tài)經(jīng)濟效益提供了方法[8],成為聯(lián)接生態(tài)學(xué)和經(jīng)濟學(xué)的重要紐帶[9],被廣泛用于不同類型生態(tài)系統(tǒng)的評價[10-14]。沼氣工程是養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)之間實現(xiàn)能流與物流轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵環(huán)節(jié),可以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能量多級循環(huán)利用和物質(zhì)良性循環(huán)[15],成為運用能值理論開展研究的重要領(lǐng)域[16-18]。武漢銀河豬場是年出欄5萬頭的規(guī)?；i場,位于湖北省武漢市江夏區(qū)法泗街道。為解決糞污排泄造成的污染問題,豬場配套建設(shè)大型沼氣工程以對糞污進行處理,陸續(xù)流轉(zhuǎn)周邊266.67 hm2土地用于消納沼液沼渣,沼氣集中供應(yīng)農(nóng)戶,實現(xiàn)了養(yǎng)殖糞污的無害化處理和資源化利用,構(gòu)建起以大型沼氣工程為紐帶,涵蓋豬養(yǎng)殖、設(shè)施蔬菜種植、苗木繁育、蓮藕種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖和蚯蚓養(yǎng)殖6大產(chǎn)業(yè)板塊的農(nóng)牧漁復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。筆者基于能值理論,測算該豬場農(nóng)牧漁復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的能值流動,并將該生態(tài)養(yǎng)殖模式(2013年數(shù)據(jù))與單一養(yǎng)豬模式(2010年數(shù)據(jù))做對比,分析生態(tài)養(yǎng)殖模式的綜合效益,以期為推動畜禽養(yǎng)殖業(yè)的生態(tài)化轉(zhuǎn)型提供參考。

1數(shù)據(jù)來源與研究方法

采用實地調(diào)查和查閱文獻相結(jié)合的方法,收集銀河豬場單一養(yǎng)豬系統(tǒng)和農(nóng)牧漁復(fù)合生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)自然環(huán)境、地理條件和社會經(jīng)濟相關(guān)資料,按照原始數(shù)據(jù)類別進行分類整理,得到系統(tǒng)物質(zhì)、能量和資金等數(shù)據(jù),再根據(jù)Odum提出的“能量系統(tǒng)語言”圖例規(guī)則,分別繪制系統(tǒng)能值流動圖(圖1～2)和編制系統(tǒng)能值分析表,以直觀地表達收集到的不同度量單位(J、g或元)的原始數(shù)據(jù)所代表的能量流、物質(zhì)流和經(jīng)濟流等轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的太陽能值(單位為sej)的計算過程。最后,基于循環(huán)經(jīng)濟理論,從資源減量化、環(huán)境承載壓力和系統(tǒng)生產(chǎn)效率3個方面,選取7項能值指標(表1),對比分析生態(tài)養(yǎng)殖模式和單一養(yǎng)豬模式的能值流動狀態(tài)。

表1系統(tǒng)能值評價指標

Table 1Evaluation indices for emergy of the systems

類別 編號能值指標 代碼計算公式 指標含義資源減量化1能值自給率REI(REm+NEm)/UEm評價自然資源對系統(tǒng)的支持能力2購買能值比率REB(FEm+TEm)/UEm評價系統(tǒng)對外界資源的依賴程度3系統(tǒng)反饋能值比率RESKEm/UEm評價系統(tǒng)的自我支持能力4廢棄物資源利用率REUKEm/(FEm+TEm)評價系統(tǒng)對廢棄物的利用率環(huán)境承載壓力5環(huán)境負荷率REL(FEm+NEm+WEm)/(REm+TEm)評價環(huán)境對系統(tǒng)的承受能力6系統(tǒng)投入可更新率REN(REm+TEm)/UEm評價系統(tǒng)的可持續(xù)性生產(chǎn)效率7凈能值產(chǎn)出率REY(OEm-WEm)/(FEm+TEm)評價系統(tǒng)的生產(chǎn)效率

UEm為系統(tǒng)投入能值;REm為可更新自然資源;NEm為不可更新自然資源;FEm為不可更新工業(yè)輔助能;TEm為可更新有機能;WEm為系統(tǒng)廢棄物能值,包括豬場糞污和蔬菜基地廢棄菜葉;KEm為系統(tǒng)反饋能值,即廢棄物資源化利用的產(chǎn)品;OEm為輸出能值,即系統(tǒng)對外輸出的產(chǎn)品。

圖1單一養(yǎng)豬系統(tǒng)能值流動圖

Fig.1Emergy flow chart of the pig-only breeding system

2系統(tǒng)能值計算說明

2.1單一養(yǎng)豬系統(tǒng)能值計算

銀河豬場自2011年起開始運營生態(tài)養(yǎng)殖模式,為衡量生態(tài)養(yǎng)殖模式的經(jīng)營效果,選取2010年豬場生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)據(jù)作為能值計算依據(jù)。2010年,養(yǎng)豬場占地約10 hm2,年出欄生豬2.1萬頭,因豬場緊鄰湖泊(下涉湖),故采取“達標排放”治理思路,利用大型沼氣工程對糞污進行處理,發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣于場內(nèi)保溫并進行炊事利用,沼液和沼渣外排。玉米、豆粕和麩皮為主要飼料投入;人工乳和濃縮料用于仔豬哺乳階段;預(yù)混料包括小豬料、中豬料、大豬料、后備料、妊娠料和哺乳料;動保投入包括粉劑、針劑、疫苗和消毒藥等;固定資產(chǎn)年度折舊包括豬舍、養(yǎng)殖設(shè)備和環(huán)保設(shè)施等折舊;電力用于豬場取暖、降溫、通風、照明、飼料加工和抽水沖洗豬舍等;柴油主要用于柴油發(fā)電機和場內(nèi)車輛運輸消耗等;設(shè)施設(shè)備維修費指與養(yǎng)豬直接相關(guān)的設(shè)施設(shè)備維修費用;利息指豬場生產(chǎn)經(jīng)營發(fā)生的銀行貸款利息;環(huán)保支出包括糞污達標處理工程運行費用、外排水質(zhì)監(jiān)測費、排污費和因未達標被處罰等費用;其他費用包括以上未列入的相關(guān)成本費用,包括銷售費用和辦公費用等。產(chǎn)品包括種豬和商品豬。單一養(yǎng)豬系統(tǒng)能值計算結(jié)果見表2。

2.2生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)能值計算

通過流轉(zhuǎn)土地開展生態(tài)養(yǎng)殖,銀河豬場破解了養(yǎng)豬環(huán)保問題,并擴建豬舍和增加產(chǎn)能,截至2013年,該豬場以糞污資源化利用為紐帶,形成了6大產(chǎn)業(yè)板塊,構(gòu)建起物質(zhì)能量有序循環(huán)流動的農(nóng)牧漁復(fù)合生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)。系統(tǒng)的可更新環(huán)境資源和不可更新環(huán)境資源能值投入?yún)⒄债數(shù)貧庀蟮葦?shù)據(jù)計算得出,不可更新工業(yè)輔助能、可更新有機能能值投入和能值產(chǎn)出根據(jù)銀河豬場提供的生產(chǎn)臺賬、財務(wù)數(shù)據(jù)整理計算得出。土地(養(yǎng)殖水面)流轉(zhuǎn)價格為9 000 元·hm-2,人工費用指工資及相關(guān)福利支出。生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)能值計算結(jié)果見表3～4。

圖2生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)能值流動圖

Fig.2Emergy flow chart of the ecological breeding system

2.2.1生豬養(yǎng)殖子系統(tǒng)

基地占地約16.67 hm2,年出欄生豬5萬頭。玉米、豆粕和麩皮為主要飼料投入;人工乳和濃縮料用于仔豬哺乳階段;預(yù)混料包括小豬料、中豬料、大豬料、后備料、妊娠料和哺乳料;動保投入包括粉劑、針劑、疫苗和消毒藥等;固定資產(chǎn)年度折舊包括豬舍、養(yǎng)殖設(shè)備和環(huán)保設(shè)施等折舊;電力用于豬場取暖、降溫、通風、照明、飼料加工和抽水沖洗豬舍等;柴油主要用于柴油發(fā)電機和場內(nèi)車輛運輸消耗等;設(shè)施設(shè)備維修費指與生豬養(yǎng)殖直接相關(guān)的設(shè)施設(shè)備維修費用;利息指豬場生產(chǎn)經(jīng)營發(fā)生的銀行貸款利息;環(huán)保支出包括糞污資源化利用工程運行等費用;其他費用包括以上未列入的相關(guān)成本費用,包括銷售費用和辦公費用等。產(chǎn)品包括種豬和商品豬。

2.2.2設(shè)施蔬菜種植子系統(tǒng)

基地占地約106.67 hm2。機耕包括農(nóng)機耕作和播種;化肥主要包括鉀肥等微量元素肥,用于彌補沼液和沼渣中部分營養(yǎng)元素的不足;農(nóng)藥包括低殘留除草劑和生物農(nóng)藥類殺蟲劑;地膜用于大棚內(nèi)青椒、黃瓜和茄子等蔬菜幼苗期保溫防草,不包括大棚外膜;吊線用于大棚內(nèi)黃瓜等掛果;電力用于設(shè)施蔬菜基地灌溉、照明及其他生產(chǎn)生活所需;農(nóng)業(yè)機械設(shè)施年度折舊主要指蔬菜大棚和用于蔬菜生產(chǎn)經(jīng)營的旋耕機、播種機、分揀加工和倉儲等機械設(shè)備,折舊按15 a分攤,殘值率取5%;蔬菜運輸費用按0.2元·kg-1計算;農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施投資年凈分攤指設(shè)施蔬菜農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施改造總投入減去財政支農(nóng)資金投入后按20 a經(jīng)營期分攤;蔬菜種苗費用為外購的蔬菜種苗費用。產(chǎn)品包括青椒、茄子、西紅柿、西蘭花、紅菜薹、萵苣、花椰菜和苤藍等。

表2單一養(yǎng)豬系統(tǒng)能值計算結(jié)果

Table 2Background data of emergy of the pig-only breeding system

編號項目 單位原始數(shù)據(jù)太陽能值轉(zhuǎn)化率太陽能值/sej1可更新環(huán)境資源2.70E+161.1太陽輻射能J4.40E+141.00E+004.40E+141.2風能J7.20E+121.50E+031.08E+161.3雨水化學(xué)勢能J6.42E+111.82E+041.17E+161.4雨水重力勢能J3.89E+101.05E+054.08E+152不可更新環(huán)境資源2.24E+152.1表土層損失J3.53E+106.35E+042.24E+153不可更新工業(yè)輔助能5.70E+183.1動保產(chǎn)品元2.16E+068.32E+111.80E+183.2固定資產(chǎn)年度折舊元7.22E+058.32E+116.01E+173.3電力J3.50E+051.59E+055.56E+103.4柴油J3.41E+046.64E+042.27E+093.5設(shè)施設(shè)備維修費元4.21E+058.32E+113.50E+173.6利息元1.52E+068.32E+111.26E+183.7土地流轉(zhuǎn)費元3.20E+058.32E+112.66E+173.8環(huán)保支出元4.50E+058.32E+113.74E+173.9其他費用元1.25E+068.32E+111.04E+184可更新有機能5.69E+184.1玉米t3.30E+038.52E+042.81E+084.2豆粕t9.57E+026.90E+046.61E+074.3麩皮t4.91E+026.80E+043.34E+074.4人工乳元9.59E+058.32E+117.98E+174.5濃縮料元2.75E+068.32E+112.29E+184.6預(yù)混料元1.69E+068.32E+111.41E+184.7人工費用元1.44E+068.32E+111.19E+185投入能值合計1.14E+196產(chǎn)出能值合計2.30E+196.1種豬元9.66E+068.32E+118.03E+186.2商品豬元1.79E+078.32E+111.49E+19

2.2.3苗木繁育子系統(tǒng)

基地占地約66.67 hm2。機耕包括農(nóng)機耕作;化肥主要包括鉀肥等微量元素肥,用于彌補沼液沼渣中相關(guān)蔬菜生產(chǎn)所需營養(yǎng)元素的不足;農(nóng)藥包括除草劑和殺蟲劑;地膜用于扦插幼苗保溫防草;電力用于苗木繁育基地灌溉、照明及其他生產(chǎn)生活所需;固定資產(chǎn)年度折舊指購置的用于苗木生產(chǎn)經(jīng)營的農(nóng)機設(shè)備、辦公設(shè)備等,折舊按15 a分攤,殘值率取5%;苗木運輸費用指苗木托運給購買客戶過程中所發(fā)生的費用;農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施投資年凈分攤指苗木基地農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施改造總投入減去財政支農(nóng)資金投入后按20 a經(jīng)營期分攤?？筛掠袡C能投入包括人工和種苗,種苗費用包括外購的苗木種苗費用。產(chǎn)品為速生竹柳等苗木。

2.2.4蓮藕種植子系統(tǒng)

基地占地約30 hm2。機耕包括農(nóng)機耕作、播種;化肥主要包括鉀肥等微量元素肥,用于彌補沼液沼渣中相關(guān)蓮藕生長所需營養(yǎng)元素的不足;農(nóng)藥主要為生物農(nóng)藥類的殺蟲劑;電力用于蓮藕種植基地灌溉、照明及其他生產(chǎn)生活所需;農(nóng)業(yè)機械設(shè)施折舊指購置的用于蓮藕生產(chǎn)經(jīng)營的旋耕機、分揀加工和倉儲等機械設(shè)備,折舊按15 a分攤,殘值率取5%;蓮藕運輸費用按0.1元·kg-1計算;農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施投資年凈分攤指蓮藕基地農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施改造總投入減去財政支農(nóng)資金投入后按20 a經(jīng)營期分攤。種苗費用包括外購的蓮藕種苗費用。產(chǎn)品為蓮藕。

表3生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)能值原始數(shù)據(jù)

Table 3Background data of emergy of the ecological breeding system

編號項目單位生豬系統(tǒng)蔬菜系統(tǒng)苗木系統(tǒng)蓮藕系統(tǒng)水產(chǎn)系統(tǒng)蚯蚓系統(tǒng)太陽能值轉(zhuǎn)化率1可更新環(huán)境資源1.1太陽輻射能J7.33E+144.69E+152.93E+151.32E+151.47E+151.17E+141.00E+001.2風能J1.20E+137.68E+134.80E+132.16E+132.40E+131.92E+121.50E+031.3雨水化學(xué)勢能J1.07E+126.85E+124.28E+121.93E+122.14E+121.71E+111.82E+041.4雨水重力勢能J6.48E+104.14E+112.59E+111.17E+111.30E+111.04E+101.05E+052不可更新環(huán)境資源2.1表土層損失J5.88E+103.76E+112.35E+111.06E+115.88E+109.41E+096.35E+043不可更新工業(yè)輔助能3.1動保產(chǎn)品元6.50E+068.32E+113.2固定資產(chǎn)年度折舊元1.76E+063.17E+048.32E+113.3電力J5.58E+125.24E+111.87E+128.53E+113.29E+042.34E+101.59E+053.4柴油J3.89E+086.64E+043.5設(shè)施設(shè)備維修費元1.03E+068.32E+113.6利息元2.17E+068.32E+113.7土地流轉(zhuǎn)費元1.50E+059.60E+056.00E+052.70E+053.00E+052.40E+048.32E+113.8機耕元3.03E+051.02E+056.75E+048.32E+113.9化肥元2.68E+053.21E+055.40E+048.32E+113.10農(nóng)藥元2.46E+051.29E+052.70E+048.32E+113.11地膜元1.32E+051.57E+054.92E+031.59E+053.12吊線元2.51E+048.32E+113.13農(nóng)業(yè)機械設(shè)施折舊元9.53E+041.27E+043.29E+046.33E+038.32E+113.14運輸費用元1.52E+063.97E+059.90E+041.47E+048.32E+113.15農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施投資年凈分攤元1.76E+051.10E+054.96E+045.51E+048.32E+113.16漁藥元9.87E+048.32E+113.17環(huán)保支出元3.18其他費用元2.06E+065.55E+048.32E+114可更新有機能4.1玉米t7.84E+098.52E+044.2豆粕t2.28E+096.90E+044.3麩皮t1.17E+096.80E+044.4人工乳元2.38E+068.32E+114.5濃縮料元6.73E+068.32E+114.6預(yù)混料元4.54E+068.32E+114.7魚飼料元1.93E+068.32E+114.8人工費用元4.27E+061.32E+068.21E+056.75E+051.58E+053.49E+048.32E+114.9種苗5.45E+051.80E+062.70E+052.90E+058.80E+048.32E+115投入能值合計6產(chǎn)出能值合計6.1種豬元2.05E+078.32E+116.2商品豬元4.79E+078.32E+116.3蔬菜元1.51E+078.32E+116.4苗木元7.95E+068.32E+116.5蓮藕元1.98E+068.32E+116.6魚元3.49E+068.32E+116.7蚯蚓元7.33E+058.32E+11

1. 自然資源能值的原始數(shù)據(jù)計算公式參照文獻[19]:① 太陽輻射能=太陽光年平均輻射量×土地面積;② 風能=風功率密度×土地面積;③ 雨水化學(xué)勢能=年平均降雨量×土地面積×吉布斯自由能×雨水密度,吉布斯自由能取4.94×103J·kg-1,雨水密度取1 000 kg·m-3;④ 雨水重力勢能=系統(tǒng)面積×平均海拔×平均降雨量×雨水密度×重力加速度,雨水密度取1 000 kg·m-3,重力加速度為9.8 m·s-1;⑤ 表土層損失=土地面積×土壤侵蝕速率×土壤有機質(zhì)含量×有機質(zhì)所含能量,土壤侵蝕速率取250 g·m-2·a-1,流失土壤的w(有機質(zhì))取實測值6.75%,有機質(zhì)能量為2.09×104J·g-1;2. 銀河豬場的地理位置為30°09′ N,114°09′ E,年平均氣溫約為16.7 ℃,海撥約為30.5 m,年平均降水量約為1 300 mm,年太陽輻射約為4 400 MJ·m-2[20],年均風功率密度約為20 W·m-2[21];3. 風能,雨水勢能,雨水化學(xué)能以及玉米、豆粕、麩皮和電力的太陽能值轉(zhuǎn)化率參照文獻[22];4. 人民幣的太陽能值轉(zhuǎn)化率參照文獻[23];5. 農(nóng)用柴油的太陽能值轉(zhuǎn)化率參照文獻[19]。

表4生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)能值匯總

Table 4Emergy summary of the ecological breeding system

編號項目生豬系統(tǒng)蔬菜系統(tǒng)苗木系統(tǒng)蓮藕系統(tǒng)水產(chǎn)系統(tǒng)蚯蚓系統(tǒng)生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)匯總1可更新環(huán)境資源4.50E+162.88E+171.80E+178.11E+169.01E+167.20E+156.91E+171.1太陽輻射能7.33E+144.69E+152.93E+151.32E+151.47E+151.17E+141.13E+161.2風能1.80E+161.15E+177.20E+163.24E+163.60E+162.88E+152.76E+171.3雨水化學(xué)勢能1.95E+161.25E+177.79E+163.51E+163.89E+163.11E+152.99E+171.4雨水重力勢能6.80E+154.35E+162.72E+161.23E+161.37E+161.09E+151.04E+172不可更新環(huán)境資源3.73E+152.39E+161.49E+166.73E+153.73E+155.98E+145.36E+162.1表土層損失3.73E+152.39E+161.49E+166.73E+153.73E+155.98E+145.36E+163不可更新工業(yè)輔助能1.09E+192.99E+181.70E+186.18E+174.51E+174.12E+161.67E+193.1動保產(chǎn)品5.41E+185.41E+183.2固定資產(chǎn)年度折舊1.46E+182.64E+161.49E+183.3電力8.87E+178.33E+162.97E+171.36E+175.23E+093.72E+151.41E+183.4柴油2.58E+132.58E+133.5設(shè)施設(shè)備維修費8.57E+178.57E+173.6利息1.81E+181.81E+183.7土地流轉(zhuǎn)費1.25E+177.99E+174.99E+172.25E+172.50E+172.00E+161.92E+183.8機耕2.52E+178.49E+165.62E+163.93E+173.9化肥2.23E+172.67E+174.49E+165.35E+173.10農(nóng)藥2.05E+171.07E+172.25E+163.34E+173.11地膜2.10E+102.50E+107.82E+084.67E+103.12吊線2.09E+162.09E+163.13農(nóng)業(yè)機械設(shè)施折舊1.06E+162.74E+165.27E+154.32E+163.14運輸費用1.26E+183.30E+178.24E+161.22E+161.69E+183.15農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施投資年凈分攤1.46E+179.15E+164.13E+164.58E+163.25E+173.16漁藥8.21E+168.21E+163.17環(huán)保支出1.83E+173.18其他費用2.08E+174.62E+162.54E+174可更新有機能1.49E+191.55E+182.18E+187.86E+171.98E+181.02E+172.15E+194.1玉米6.68E+146.68E+144.2豆粕1.57E+141.57E+144.3麩皮7.96E+137.96E+134.4人工乳1.98E+181.98E+184.5濃縮料5.60E+185.60E+184.6預(yù)混料3.78E+183.78E+184.7魚飼料1.61E+181.61E+184.8人工費用3.55E+181.10E+186.83E+175.62E+171.31E+172.90E+166.06E+184.9種苗4.53E+171.50E+182.25E+172.41E+177.32E+162.49E+185投入能值合計2.59E+194.86E+184.08E+181.49E+182.52E+181.51E+173.90E+196產(chǎn)出能值合計5.69E+191.26E+196.61E+181.65E+182.90E+186.10E+178.12E+196.1種豬1.71E+191.71E+196.2商品豬3.99E+193.99E+196.3蔬菜1.26E+191.26E+196.4苗木6.61E+186.61E+186.5蓮藕1.65E+181.65E+186.6魚2.90E+182.90E+186.7蚯蚓6.10E+176.10E+17

2.2.5水產(chǎn)養(yǎng)殖子系統(tǒng)

養(yǎng)殖水面約為33.33 hm2。飼料為外購的魚類專用飼料;漁藥包括預(yù)防、控制和治療魚類病害、促進魚類健康生長、增強機體抗病能力和改善養(yǎng)殖水體質(zhì)量的藥物等;機械設(shè)備年度折舊包括水產(chǎn)養(yǎng)殖及相關(guān)機械設(shè)備等年度折舊,折舊按15 a分攤,殘值率取5%;電力用于增氧機、投料設(shè)備和抽排水機械等運作;農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施投資年凈分攤指水產(chǎn)養(yǎng)殖水面農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施改造總投入減去財政支農(nóng)資金投入后按20 a經(jīng)營期分攤;其他費用包括運費、設(shè)備維修等費用。魚苗費用為外購魚苗費用。產(chǎn)品為青魚、草魚、鯽魚、花鰱、白鰱和魚等。

2.2.6蚯蚓養(yǎng)殖子系統(tǒng)

基地占地為2.67 hm2,蚯蚓養(yǎng)殖用飼料以沼渣和農(nóng)作物秸稈為主。地膜是養(yǎng)殖蚯蚓的載體,用于放置沼渣和農(nóng)作物秸稈,并起到隔離蚯蚓與地面的作用,防止蚯蚓鉆入地下;機械設(shè)備年度折舊包括用于蚯蚓養(yǎng)殖及相關(guān)生產(chǎn)經(jīng)營的機械設(shè)備年度折舊,折舊按15 a分攤,殘值率取5%;電力用于照明及養(yǎng)殖人員生活用電等;運輸費用為原料及產(chǎn)品運輸產(chǎn)生的費用;種苗費用為外購蚯蚓種苗費用。產(chǎn)品為蚯蚓。

2.3系統(tǒng)廢棄物能值與反饋能值的計算

單一養(yǎng)豬系統(tǒng)產(chǎn)生的廢棄物包括豬糞尿、沖洗水、沼液、沼渣和沼氣,沼氣在場內(nèi)利用為反饋能值;生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)產(chǎn)生的廢棄物主要為豬糞尿、沖洗水和廢棄菜葉,經(jīng)過厭氧發(fā)酵、堆肥產(chǎn)生的沼液、沼渣、沼氣(不包括供應(yīng)系統(tǒng)外農(nóng)戶)和菜葉堆制的有機肥在系統(tǒng)內(nèi)再次利用,為系統(tǒng)內(nèi)的反饋能值(表5)。

表5單一養(yǎng)豬與生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)廢棄物能值與反饋能值

Table 5Emergy of the waste and feedback emergy of the pig-only breeding system and ecological breeding system

編號項目原始數(shù)據(jù)單位單一養(yǎng)豬生態(tài)養(yǎng)殖太陽能值轉(zhuǎn)化率太陽能值/sej單一養(yǎng)豬生態(tài)養(yǎng)殖1豬糞J2.05E+104.88E+102.70E+045.53E+141.32E+152豬尿及沖洗水J2.46E+115.87E+113.80E+069.36E+172.23E+182廢棄菜葉kg1.90E+092.70E+045.13E+133沼液J4.39E+109.13E+109.64E+064.23E+178.80E+174沼渣(干)kg1.98E+094.02E+092.09E+084.15E+178.40E+175沼氣(系統(tǒng)內(nèi)利用)J1.92E+093.34E+092.48E+054.77E+148.28E+146有機肥(廢棄菜葉堆漚)kg1.14E+094.36E+084.97E+177廢棄物能值合計(豬場)J2.67E+116.36E+119.37E+172.23E+188廢棄物能值合計(蔬菜)J5.13E+139廢棄物能值合計J2.67E+119.37E+172.23E+1810系統(tǒng)反饋能值合計J1.92E+094.77E+142.22E+18

1. 豬糞、豬糞尿及沖洗水的能量計算及太陽能值轉(zhuǎn)換率參照文獻[24];2. 沼液、沼渣和有機肥的太陽能值轉(zhuǎn)換率參照文獻[17];3. 廢棄菜葉的太陽能值轉(zhuǎn)換率參照文獻[25]。

3結(jié)果與分析

3.1系統(tǒng)能值分析

2種養(yǎng)殖模式總能值流動狀態(tài)與對比情況見表6。在資源減量化方面,生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)能值自給率略高于單一養(yǎng)豬系統(tǒng),購買能值比率略低于單一養(yǎng)豬系統(tǒng),反饋能值比率高于單一養(yǎng)豬系統(tǒng),廢棄物資源化利用率高于單一養(yǎng)豬系統(tǒng),表明相對于單一生豬養(yǎng)殖模式,農(nóng)牧漁復(fù)合生態(tài)養(yǎng)殖模式通過豬場糞污沼氣處理、廢棄菜葉堆肥處理及還田利用等措施,實現(xiàn)了廢棄物的資源化利用,對外界資源的依賴程度略有降低。在環(huán)境承載壓力方面,生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)環(huán)境負荷率低于單一生豬養(yǎng)殖系統(tǒng),系統(tǒng)投入可更新率高于單一養(yǎng)豬系統(tǒng),表明生態(tài)養(yǎng)殖模式通過廢棄物的資源化利用,降低了系統(tǒng)對環(huán)境的承載壓力,提高了系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力。在生產(chǎn)效率方面,生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)的凈能值產(chǎn)出率略高于單一養(yǎng)豬系統(tǒng),表明生態(tài)養(yǎng)殖模式的生產(chǎn)效率略有提高。

表6系統(tǒng)能值匯總與評價指標值

Table 6Emergysummary of the systems and their evaluation indexes

養(yǎng)殖模式能值投入產(chǎn)出指標REm/sejNEm/sejTEm/sejFEm/sejKEm/sejWEm/sejUEm/sejOEm/sej單一養(yǎng)豬2.70E+162.24E+155.69E+185.70E+181.92E+099.37E+171.14E+192.30E+19生態(tài)養(yǎng)殖6.91E+175.36E+162.15E+191.67E+192.22E+182.23E+183.90E+198.12E+19養(yǎng)殖模式能值評價指標REI/%REB/%RES/%REU/%REL/%REN/%REY單一養(yǎng)豬0.2799.740.000.00116.0450.091.93生態(tài)養(yǎng)殖1.7798.095.695.8085.7256.932.07

REm為可更新環(huán)境資源;NEm為不可更新環(huán)境資源;TEm為可更新有機能;FEm為不可更新工業(yè)輔助能;KEm為系統(tǒng)投入反饋能值;WEm為系統(tǒng)產(chǎn)出廢棄物能值;UEm為總投入能值;OEm為總輸出能值;REI為能值自給率;REB為購買能值比率;RES為反饋能值比率;REU為廢棄物資源利用率;REL為環(huán)境負荷率;REN為系統(tǒng)投入可更新率;REY為凈能值產(chǎn)出率。

3.2經(jīng)濟效益分析

根據(jù)銀河豬場提供的投入產(chǎn)出數(shù)據(jù),2010年銀河豬場單一養(yǎng)豬實現(xiàn)銷售收入為2 758.99萬元,總成本為2 528.99萬元,凈利潤為230.00萬元;2013年銀河豬場農(nóng)牧漁復(fù)合生態(tài)養(yǎng)殖實現(xiàn)銷售收入為9 773.42 萬元,總成本為8 076.51萬元,凈利潤為1 696.91 萬元,生態(tài)養(yǎng)殖模式實現(xiàn)了較好的經(jīng)濟效益(表7)。

表7單一養(yǎng)豬與生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)的經(jīng)濟效益對比

Table 7Comparison of the two systems in economic benefit

萬元

受篇幅限制,經(jīng)濟效益分析的原始數(shù)據(jù)不詳細列出。

4結(jié)論與討論

基于能值分析表明,武漢銀河豬場以大型沼氣工程為紐帶,通過對廢棄物的資源化利用,構(gòu)建起良性循環(huán)的農(nóng)牧漁復(fù)合生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)。與單一的生豬養(yǎng)殖相比,該生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)實現(xiàn)了對生豬糞便、蔬菜的資源化利用,減少了對外界資源的依賴程度,降低了對環(huán)境的承載壓力,提高了系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力,并實現(xiàn)了良好的經(jīng)濟效益。與已有農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能值分析結(jié)果不同[10,16],筆者分析得出的生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)能值自給率和購買能值比率雖相對于單一的生豬養(yǎng)殖系統(tǒng)改善程度有限,且環(huán)境負荷壓力仍處在中等程度[26],這與該生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)仍是集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式,對外界生產(chǎn)資料投入依賴程度較高,且集約化生豬養(yǎng)殖仍占主導(dǎo)地位有密切關(guān)系。由于種植業(yè)對自然資源依賴程度高于養(yǎng)殖業(yè),養(yǎng)殖業(yè)的生產(chǎn)效率一般高于種植業(yè)[17],使得生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)的生產(chǎn)效率較單一養(yǎng)豬系統(tǒng)提高有限。

同時,該生態(tài)養(yǎng)殖模式具有顯著的污染物減排效果和良好的經(jīng)濟效益。經(jīng)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心(武漢)監(jiān)測,豬場養(yǎng)殖污水經(jīng)沼氣處理和農(nóng)田利用后,COD、BOD5、懸浮物、NH3-N和總磷質(zhì)量濃度平均值分別由2 270.73、222.5、54.5、18.57和0.73 mg·L-1下降為35.33、7.5、28.50、3.43和0.09 mg·L-1,遠低于GB 18596—2001《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》所規(guī)定的污水排放標準。種植基地于2009年開始使用沼液沼渣施肥,2012年土壤中重金屬元素Cd、Hg、As、Cu、Pb和Cr含量分別為0.176、0.081、14.14、31.24、34.24和82.32 mg·kg-1,符合《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標準》,暫未出現(xiàn)因沼液沼渣還田施肥造成的土壤重金屬超標,土壤w(有機質(zhì))平均值由2009年的2.4%提高到6.75%,土壤肥力有明顯提高,蔬菜等農(nóng)作物均已通過綠色食品認證。此外,2010和2013年均為豬價低迷年份,具有較好的可比性,生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)實現(xiàn)了較好的經(jīng)濟效益。

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(責任編輯： 李祥敏)

Emergy Analysis of Agriculture-Livestock-Fisheries Compound Ecological Breeding System.

MENGXiang-hai1,ZHOUHai-chuan2,ZHANGYu3，WANGYu-bo3,MENGTao1,ZHANGJun-biao4

(1.College of Economics Management of Huaiyin Normal University, Huai′an 223001, China;2.Research Institute of Forestry Policy and Information, Chinese Academy of Forestry, Bejing 100091, China;3.School of Economics and Management, Hubei University of Technology, Wuhan 430070, China;4.College of Economics and Management, Huazhong Agricultural University/ Hubei Rural Development Research Center, Wuhan 430070, China)

Abstract:Ecological breeding is an important way to alleviate pollution from livestock and poultry breeding. Taking the Wuhan Yinhe Pig Farm as an example, the ecological breeding system of this Pig Farm was compared with the pig-only breeding system which used to be in operation before, and evaluated with the emergy analysis method. It was found that the former was much superior to the latter in minimization of resource consumption and environmental loading and in production efficiency. In terms of minimization of resource consumption, the former was 1.77% in emergy self-sufficiency rate, slightly higher than the latter (0.27%), the former was 98.09% in purchased-emergy rate, slightly lower than the latter (99.74%), the former was 5.69% in feedback-emergy rate, higher than the latter (0.00%) and the former was 5.80% in waste recycling rate, higher than the latter (0.00%). In terms of environmental loading, the ecological breeding system was 85.72% in environmental loading rate, lower than the pig-only breeding system (116.04%), and the former was 56.93% in system input renewal rate, higher than the latter (50.09%). And in terms of production efficiency, the former was 2.07 in net-emergy output rate, slightly higher than the latter (1.93). Moreover, the ecological breeding system was significantly higher in economic benefit than the pig-only breeding system.

Key words:emergy analysis;livestock and poultry breeding;agriculture-livestock-fisheries compound ecosystem;ecological breeding

作者簡介：孟祥海(1983—),男,山東日照人,講師/ 高級農(nóng)技師,博士,從事資源環(huán)境經(jīng)濟方面的研究。E-mail: mxhlch@126.com

通信作者①E-mail: zhangjb513@126.com

基金項目：國家自然科學(xué)基金重點項目(71333006);國家自然科學(xué)基金面上項目(71273105);江蘇省軟科學(xué)研究計劃(BR2015016);江蘇省高校哲學(xué)社會科學(xué)研究項目(2015SJB685);湖北省科技支撐計劃(2014BBB015);湖北銀河生態(tài)省級研究生工作站(鄂教研[2013]2號)

收稿日期：2015-05-22

DOI：10.11934/j.issn.1673-4831.2016.01.022

中圖分類號：X171.1；F323.22

文獻標志碼：A

文章編號：1673-4831(2016)01-0133-10