基于生命周期評(píng)價(jià)的規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)養(yǎng)殖模式研究

應(yīng)翔　浙江理工大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院

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基于生命周期評(píng)價(jià)的規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)養(yǎng)殖模式研究

應(yīng)翔浙江理工大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院

摘要：采用生命周期評(píng)價(jià)方法對(duì)不同養(yǎng)殖模式（以畜禽排泄物不同處理方式為主）進(jìn)行分析。結(jié)果表明，養(yǎng)豬場(chǎng)生產(chǎn)生命周期中主要環(huán)境影響類型是全球變暖、環(huán)境酸化和富營(yíng)養(yǎng)化，采用厭氧發(fā)酵處理畜禽排泄物的養(yǎng)殖模式綜合環(huán)境影響優(yōu)于好氧堆肥養(yǎng)殖模式，其環(huán)境影響綜合指數(shù)分別為0.7095和1.1259。

關(guān)鍵詞：養(yǎng)殖模式生命周期評(píng)價(jià)環(huán)境影響

改革開放以來(lái)，市場(chǎng)需求帶動(dòng)、科學(xué)技術(shù)支撐和政策扶持等因素共同作用下，我國(guó)畜牧業(yè)發(fā)展速度舉世矚目。但一方面，傳統(tǒng)畜牧養(yǎng)殖業(yè)以散養(yǎng)為主，產(chǎn)品質(zhì)量難以得到保證；另一方面，養(yǎng)殖業(yè)給環(huán)境也帶來(lái)了巨大的影響，畜禽養(yǎng)殖業(yè)源污染物排放量超過(guò)工業(yè)源和城鎮(zhèn)生活源，已經(jīng)成為我國(guó)三大污染源之一。

生命周期評(píng)價(jià)也被稱為生命周期分析。生命周期是指一個(gè)產(chǎn)品從原材料提取加工、產(chǎn)品制造銷售、產(chǎn)品使用維修保養(yǎng)，直至產(chǎn)品回收利用和廢棄銷毀的整個(gè)過(guò)程。隨著生命周期方法不斷普及，越來(lái)越多學(xué)者將其應(yīng)用到研究中。陳恒杰（2013）采用生命周期評(píng)價(jià)方法對(duì)稻草干發(fā)酵進(jìn)行研究；高雪（2012）對(duì)集約化蛋雞場(chǎng)進(jìn)行生命周期評(píng)價(jià)。本文采用生命周期評(píng)價(jià)方法，對(duì)采用兩種不同畜禽處理方法的畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)進(jìn)行比較研究，試圖確定哪種畜禽處理方法更加環(huán)境友好，哪種養(yǎng)殖模式更符合我國(guó)當(dāng)前社會(huì)環(huán)境的要求。

一、研究對(duì)象和方法

（一）研究對(duì)象

研究對(duì)象為浙江某兩個(gè)規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)，其中蕭山某規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)采用好氧堆肥模式處理畜禽糞便，寧海某規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)采用厭氧發(fā)酵模式處理畜禽糞便。

厭氧發(fā)酵是指在不提供游離氧的條件下，有機(jī)廢棄物（畜禽排泄物、城市生產(chǎn)污水、工業(yè)有機(jī)廢水等）被以厭氧微生物為主的微生物進(jìn)行新陳代謝而分解的過(guò)程。

好氧堆肥是在有氧條件下，好氧微生物對(duì)有機(jī)性廢棄物進(jìn)行吸收、氧化和分解，使廢棄物成為易被作物吸收利用的有機(jī)物的過(guò)程。

（二）生命周期評(píng)價(jià)

1993年SETAC將生命周期評(píng)價(jià)歸納為四個(gè)相互影響的階段：（1）確定目標(biāo)和范圍；（2）清單分析；（3）影響評(píng)價(jià)；（4）結(jié)果解釋。

1.確定目標(biāo)與范圍

根據(jù)實(shí)地調(diào)研情況，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)生豬出欄時(shí)體重不一樣，因此采用豬胴體重為功能單位，即功能單位為出欄時(shí)1000Kg胴體重。

2.清單分析

（1）寧海某厭氧發(fā)酵規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)

①原料系統(tǒng)

該養(yǎng)殖場(chǎng)日均消耗飼料42.87t，比例為玉米65%，豆粕25%，麥麩7%，濃縮料3%，豆粕折算成大豆的系數(shù)為1.19，麥麩折算成小麥的系數(shù)為6.67。生產(chǎn)玉米、大豆和小麥需施用氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）肥（折純）數(shù)據(jù)來(lái)自《2009全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》。

該養(yǎng)殖場(chǎng)飼料原料來(lái)自浙江省內(nèi)，根據(jù)2013年浙江統(tǒng)計(jì)年鑒，則功能單位消耗氮肥179.57kg/FU，磷肥19.04kg/FU，鉀肥為3.44kg/FU。化肥生產(chǎn)中污染物排放根據(jù)劉鳴達(dá)的文獻(xiàn)。生產(chǎn)每噸氮肥耗電量為1.72×103KWh，生產(chǎn)每噸磷肥和鉀肥的耗電量為18.97 KWh，電力生產(chǎn)過(guò)程中數(shù)據(jù)來(lái)自金晶的文獻(xiàn)

飼料運(yùn)輸距離平均為100km，運(yùn)輸車輛油耗為0.014L/(t.km)，根據(jù)胡志遠(yuǎn)（2005）對(duì)車用柴油生命周期的研究，可以得柴油生命周期排放量。飼料加工過(guò)程中消耗的主要是電能，其平均值為30KWh/t，其加工電能消耗計(jì)入養(yǎng)殖系統(tǒng)耗電量，不再額外計(jì)算。

②養(yǎng)殖系統(tǒng)

養(yǎng)殖系統(tǒng)中主要是生活用電和養(yǎng)殖用電，根據(jù)該養(yǎng)殖場(chǎng)提供數(shù)據(jù)，得到該養(yǎng)殖場(chǎng)年消耗電量為68.5萬(wàn)度，則功能單位消耗為205.93KWh/FU。由于沼氣工程年發(fā)電108萬(wàn)KWh，減少了養(yǎng)殖系統(tǒng)的電力消耗。

養(yǎng)殖系統(tǒng)中產(chǎn)生的氣體是氨和CO2。根據(jù)劉丹的數(shù)據(jù)，則NH3排放量為10.13kg/ FU。根據(jù)IPCC的研究報(bào)告根據(jù)歐洲國(guó)家豬的平均飼養(yǎng)時(shí)間（165d）得出的結(jié)論，則CH4的排放量為20.08Kg/FU。根據(jù)程璜鑫（2013）的研究，生豬養(yǎng)殖系統(tǒng)中每頭豬通過(guò)呼吸排放的CO2為43L/h，推算出CO2排放量為4506.70kg/FU。

③厭氧發(fā)酵廢物處置環(huán)節(jié)

該養(yǎng)殖厭氧發(fā)酵為沼氣工程，沼氣工程耗電134KWh/d，則沼氣工程耗電14.70KWh/FU。排泄物處置環(huán)節(jié)分為厭氧發(fā)酵、沼氣發(fā)電和沼液沼渣的處理。

在厭氧發(fā)酵環(huán)節(jié)，該養(yǎng)殖場(chǎng)日產(chǎn)沼氣1987.5m3，其中CH4、CO2所占比例為65% 和30%，還有一定含量的H2S，則功能單位CH4排放量為103Kg/FU，CO2排放量為129.35kg/FU。

在沼氣發(fā)電環(huán)節(jié)，沼氣中的CH4為主要可燃燒氣體，CH4充分燃燒則CO2排放量為278.33Kg/FU。脫硫后H2S含量為20mg/m3，充分燃燒后SO2排放量為8.21×10-3kg/FU。

（2）蕭山某好氧堆肥規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)

①原料系統(tǒng)

該養(yǎng)殖場(chǎng)日存欄量有7570頭，豬出欄時(shí)體重為140kg，增加了飼料的消耗，日均消耗飼料18.20t，其飼料比例為：玉米66%，豆粕23%，麥麩6%，濃縮料5%，飼料原料來(lái)自浙江省內(nèi)，飼料運(yùn)輸距離平均為100km，運(yùn)輸車輛油耗為0.014L/(t.km)。飼料加工過(guò)程中消耗的主要是電能，其平均值為30KWh/ t。

②養(yǎng)殖系統(tǒng)

養(yǎng)殖系統(tǒng)中是生活用電、養(yǎng)殖用電和排泄物處理用電，根據(jù)該養(yǎng)殖場(chǎng)提供數(shù)據(jù)，得到該養(yǎng)殖場(chǎng)年消耗電費(fèi)為44.8萬(wàn)元，0.75 元/KWh。

養(yǎng)殖系統(tǒng)中產(chǎn)生的氣體主要有氨和CO2。根據(jù)上文數(shù)據(jù)，功能單位排放量為8.82kg/FU，CH4的排放量為17.49Kg/FU。CO2排放量為3924.64kg/FU。

③好氧堆肥廢物處置環(huán)節(jié)

排泄物處置環(huán)節(jié)分為好氧堆肥、翻垛和養(yǎng)殖污水處理三個(gè)階段。排泄物處理環(huán)節(jié)耗電量為225.2KWh/d。

在好氧堆肥環(huán)節(jié)，需要4.5t秸稈，需油耗為1.60L/FU。根據(jù)Sun,X.P(2014)的研究，則排放CO2807.63kg/FU，CH46.50kg/FU，NH310.00kg/FU，N2O0.33kg/FU。

在翻堆環(huán)節(jié)，該養(yǎng)殖場(chǎng)采用機(jī)械翻堆，需柴油7.62L/FU。

污水處理環(huán)節(jié)，根據(jù)Fountoulakis(2009)的研究，在養(yǎng)殖污水處理中，其CO2排放量為45.2kg/m3，即CO2排放量為4594.26kg/FU，CH4排放量為0.0923kg/FU。排放的廢水中，COD為40.66kg/FU，NH3-N為8.13kg/FU，TP為0.81kg/FU。

3.影響評(píng)價(jià)

影響評(píng)價(jià)包括特征化、標(biāo)準(zhǔn)化和加權(quán)評(píng)估3個(gè)步驟。

特征化是對(duì)環(huán)境排放清單進(jìn)行分類計(jì)算并計(jì)算環(huán)境影響潛力的過(guò)程。本文中主要考慮富營(yíng)養(yǎng)化潛力、全球變暖潛力、酸化潛力三種環(huán)境影響類型，特征化的計(jì)算采用當(dāng)量因子法進(jìn)行計(jì)算。

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化方法一般采用基準(zhǔn)值除以類型參數(shù)結(jié)果，公式：

本研究采用Stranddorf et al2005年11月發(fā)布的世界人均環(huán)境影響潛力作為環(huán)境影響基準(zhǔn)。

本文根據(jù)王明新等（2006）的研究，取全球變暖（0.32）、酸化效應(yīng)（0.36）和富營(yíng)養(yǎng)化（0.32）為權(quán)重系數(shù)，然后進(jìn)行加權(quán)。

二、結(jié)果與分析

對(duì)清單分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征化、標(biāo)準(zhǔn)化和加權(quán)評(píng)估后，如表1所示。

表1　兩種養(yǎng)殖模式的綜合環(huán)境影響值

經(jīng)過(guò)加權(quán)評(píng)估后，兩個(gè)規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)生產(chǎn)1000kg胴體豬的生命周期環(huán)境影響綜合指數(shù)分別為0.7095和1.1259。從環(huán)境角度看，厭氧發(fā)酵處理對(duì)環(huán)境影響小，更適合中國(guó)發(fā)展現(xiàn)狀。

好氧堆肥環(huán)境影響大，主要原因在于好氧堆肥處理中產(chǎn)生了CH4和CO2，此外N、P、S元素轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的離子或氧化成氣體，而厭氧發(fā)酵產(chǎn)電減少了電力消耗而減小環(huán)境影響。

對(duì)寧海規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)的整個(gè)生命周期分析可知，養(yǎng)殖系統(tǒng)所產(chǎn)生環(huán)境影響占整個(gè)生命周期一半以上，說(shuō)明減少整個(gè)養(yǎng)殖系統(tǒng)的環(huán)境影響負(fù)荷需要從養(yǎng)殖系統(tǒng)著手。

三、結(jié)論

從寧海和蕭山兩種規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)的養(yǎng)殖模式來(lái)看，綜合環(huán)境影響較小的是寧海規(guī)?；B(yǎng)殖模式，其采用厭氧發(fā)酵處理技術(shù)，符合我國(guó)建立環(huán)境友好型社會(huì)的要求。

本研究從環(huán)境影響角度對(duì)兩種典型的規(guī)?；B(yǎng)殖模式的生命周期進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，為不同養(yǎng)殖模式養(yǎng)殖場(chǎng)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)提供了基礎(chǔ)，也為下一步研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。同時(shí)也存在不足，忽略了一些次要因素，例如飼料原料種植中塑料薄膜的應(yīng)用、畜禽排泄物中重金屬所造成的環(huán)境影響負(fù)荷，后面研究應(yīng)將這些因素納入，使得生命周期評(píng)價(jià)更加完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳恒杰．稻草秸稈干發(fā)酵產(chǎn)沼氣的生命周期評(píng)價(jià)[D]．碩士學(xué)位論文，昆明理工大學(xué)，2013．

[2]高雪．黑龍江省集約化蛋雞場(chǎng)的生命周期評(píng)價(jià)[D]．碩士學(xué)位論文，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012．

[3]劉鳴達(dá)，趙妍和劉顯軍等．遼寧省育肥豬生產(chǎn)環(huán)境影響的生命周期評(píng)價(jià)[J]．農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2012（06）：1250-1255．

[4]金晶．脫硫石膏綜合利用途徑及環(huán)境影響評(píng)價(jià)[D]．碩士學(xué)位論文，北京科技大學(xué)，2007.

[5]白林．四川養(yǎng)豬業(yè)清潔生產(chǎn)系統(tǒng)LCA及豬糞資源化利用關(guān)鍵技術(shù)研究[D]．博士學(xué)位論文，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007．

[6]胡志遠(yuǎn)．車用生物柴油生命周期評(píng)價(jià)及多目標(biāo)優(yōu)化[D]．博士學(xué)位論文，同濟(jì)大學(xué)，2005．

[7]程璜鑫．基于生命周期理論的畜禽養(yǎng)殖跨介質(zhì)污染防治技術(shù)評(píng)估[D]．博士學(xué)位論文，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），2013．

[8]Sun, X. P., Lu, P., & Jiang, T. et al. Influence of bulking agents on CH4, N2O, and NH3 emissions during rapid composting of pig manure from the Chinese Ganqinfen system [J]. Journal of Zhejiang University-Science B( Biom edicine & Biotechnology), 2014, 15(4):353-364.

[9]Fountoulakis, M. S., Terzakis, S., & Georgaki, E. Oil refinery sludge and green waste simulated windrow composting [J]. Biodegradation, 2009, 20(2): 177-189.

[10]王明新，包水紅和吳文良等．華北平原冬小麥生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)[J]．農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，25（5）：1127-1132．