《家畜生態(tài)學(xué)》課程體系引入LCA思想的初探

冀德君，張 威，顧秀秀，王文強(qiáng)，張少卿

(揚(yáng)州大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009)

全生命周期評(píng)價(jià)(Life Cycle Assessment，LCA)是系統(tǒng)性定量描述特定產(chǎn)品生命周期中的各種資源、能源消耗和環(huán)境排放，并評(píng)價(jià)其環(huán)境影響的國際標(biāo)準(zhǔn)方法(ISO14040系列)[1]。LCA概念起源于1969年美國中西部研究所受可口可樂公司委托對(duì)飲料容器從原材料采掘到廢棄物最終處理的全過程進(jìn)行的跟蹤與定量分析。LCA是一種用于評(píng)估產(chǎn)品在其整個(gè)生命周期中，從原材料獲取、產(chǎn)品生產(chǎn)直至產(chǎn)品使用后的處置對(duì)環(huán)境影響的技術(shù)和方法，通常作為一種有效的工業(yè)診斷工具應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，由于其產(chǎn)品及使用后的廢棄物直接與環(huán)境作用，其全程的環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)往往被忽視，通常采用針對(duì)特定生態(tài)因子評(píng)價(jià)分析的手段[2-3]，少有LCA方法在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用，且仍局限在廢棄物處理方面的環(huán)境效應(yīng)分析[4-5]；同時(shí)，在家畜生態(tài)學(xué)課程體系中，尚未引入該內(nèi)容，農(nóng)科學(xué)生對(duì)LCA思想比較陌生。因此，有必要通過家畜生態(tài)學(xué)課程體系系統(tǒng)地介紹LCA思想及其應(yīng)用方法。

1 LCA方法簡介

1.1 全生命周期評(píng)價(jià)方法的主要步驟[6-7]

1.1.1 目標(biāo)與范圍定義 對(duì)LCA研究的目標(biāo)和范圍進(jìn)行界定，是LCA研究的第一步，也是最關(guān)鍵的部分。目標(biāo)定義主要說明進(jìn)行LCA的原因和應(yīng)用意圖，范圍界定則主要描述所研究產(chǎn)品系統(tǒng)的功能單位、系統(tǒng)邊界、數(shù)據(jù)分配程序、數(shù)據(jù)要求及原始數(shù)據(jù)質(zhì)量要求等。目標(biāo)與范圍定義直接決定了LCA研究的深度和廣度。鑒于LCA的重復(fù)性，可能需要對(duì)研究范圍進(jìn)行不斷的調(diào)整和完善。

1.1.2 清單分析 清單分析是對(duì)所研究系統(tǒng)中輸入和輸出數(shù)據(jù)建立清單的過程。清單分析主要包括數(shù)據(jù)的收集和計(jì)算，以此來量化產(chǎn)品系統(tǒng)中的相關(guān)輸入和輸出。首先是根據(jù)目標(biāo)與范圍定義階段所確定的研究范圍建立生命周期模型，做好數(shù)據(jù)收集準(zhǔn)備。然后進(jìn)行單元過程數(shù)據(jù)收集，并根據(jù)數(shù)據(jù)收集進(jìn)行計(jì)算匯總得到產(chǎn)品生命周期的清單結(jié)果。

1.1.3 影響評(píng)價(jià) 影響評(píng)價(jià)的目的是根據(jù)清單分析階段的結(jié)果對(duì)產(chǎn)品生命周期的環(huán)境影響進(jìn)行評(píng)價(jià)。這一過程將清單數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為具體的影響類型和指標(biāo)參數(shù)，更便于認(rèn)識(shí)產(chǎn)品生命周期的環(huán)境影響。此外，此階段還為生命周期結(jié)果解釋階段提供必要的信息。

1.1.4 結(jié)果解釋 結(jié)果解釋是基于清單分析和影響評(píng)價(jià)的結(jié)果識(shí)別出產(chǎn)品生命周期中的重大問題，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，包括完整性、敏感性和一致性檢查，進(jìn)而給出結(jié)論、局限和建議。

1.2 LCA的應(yīng)用工具軟件

LCA方法是一個(gè)量化計(jì)算的方法，涉及大量的數(shù)據(jù)以及引用特定數(shù)據(jù)庫的既有環(huán)境效應(yīng)值，需要開發(fā)特定的數(shù)據(jù)分析軟件以及配套的數(shù)據(jù)庫，而且，隨著現(xiàn)代工藝的改進(jìn)，相同產(chǎn)品的環(huán)境效應(yīng)值很可能變化，使得數(shù)據(jù)庫也需要不斷更新。

LCA的工具軟件常見有GaBi和Simapro，還有PEMS、TEAM、Umberto、Ecopro、LCAit、EcoReport以及國內(nèi)的一款全功能LCA分析軟件——eBalance。另外，國內(nèi)開發(fā)出一款簡化的LCA管理工具軟件——eFootprint軟件。

1.3 軟件的應(yīng)用例釋

以國產(chǎn)的eBalance——全功能LCA分析軟件為例，簡要介紹一下LCA分析的應(yīng)用。該軟件全面支持LCA方法的各標(biāo)準(zhǔn)步驟，包括構(gòu)造生命周期流程圖、輸入清單數(shù)據(jù)、計(jì)算與分析等。

1.3.1 生命周期建模 支持用戶構(gòu)建任意形式的生命周期流程圖，適合于各種產(chǎn)品的生命周期建模；可支持浮動(dòng)運(yùn)輸框和廢物處理框的建模方式。

1.3.2 清單數(shù)據(jù)輸入 持手工錄入單元過程的清單數(shù)據(jù)，也支持從清單數(shù)據(jù)庫或之前保存的清單文件中導(dǎo)入清單數(shù)據(jù)，也可以從ILCD或EcoSpold 1或EcoSpold 2格式的XML文件中導(dǎo)入清單數(shù)據(jù)。為此，程序還提供下列支持清單物質(zhì)名錄管理和清單數(shù)據(jù)庫管理。

1.3.3 計(jì)算與分析 該軟件允許指定模型中任意一個(gè)過程的產(chǎn)品作為基準(zhǔn)流進(jìn)行計(jì)算，也允許指定多個(gè)過程的產(chǎn)品作為基準(zhǔn)流，進(jìn)行計(jì)算并比較。

其程序內(nèi)置了常用的十多種生命周期影響評(píng)價(jià)(LCIA)特征化指標(biāo)、2005和2010年中國的歸一化基準(zhǔn)值以及面向中國節(jié)能減排政策目標(biāo)的ECER權(quán)重因子，支持完整的LCIA特征化指標(biāo)、歸一化指標(biāo)和加權(quán)綜合指標(biāo)的計(jì)算，用戶還可以自定義其他LCIA指標(biāo)。

該軟件為計(jì)算結(jié)果提供了多種數(shù)據(jù)圖表和圖表選項(xiàng)以及自定義圖表，用于分析和顯示各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果。計(jì)算結(jié)果可以導(dǎo)出為Excel或CSV文件，用于LCA報(bào)告；可以輸出到清單數(shù)據(jù)庫，用于以后的LCA研究；可以導(dǎo)出為清單文件(*.inv)，傳遞給下游用戶；另外，可以導(dǎo)出為ILCD、EcoSpold 1和EcoSpold 2格式的Xml文件，實(shí)現(xiàn)與其他軟件的數(shù)據(jù)交換。

2 畜禽養(yǎng)殖的環(huán)境影響

畜禽養(yǎng)殖過程耗費(fèi)大量的飼料、水和能源，同時(shí)產(chǎn)生大量的廢棄物，造成環(huán)境污染。

2.1 養(yǎng)殖場的環(huán)境污染

畜禽養(yǎng)殖由放牧到圈養(yǎng)舍飼， 再到當(dāng)前的高密度集約化飼養(yǎng)，其環(huán)境問題愈來愈突出。動(dòng)物養(yǎng)殖利潤空間小，市場風(fēng)險(xiǎn)大，很多養(yǎng)殖主體由于資金短缺，對(duì)養(yǎng)殖場環(huán)境污染認(rèn)識(shí)不足，沒有把畜禽糞污、病死畜等的處理作為一個(gè)重要環(huán)節(jié)列入養(yǎng)殖場建設(shè)計(jì)劃，導(dǎo)致在養(yǎng)殖場規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，忽視或者無視養(yǎng)殖廢棄物處理，最終在建成后造成周邊環(huán)境污染問題。養(yǎng)殖場的環(huán)境污染來自于畜禽生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，從蛋雞孵化、產(chǎn)仔產(chǎn)犢到畜禽生產(chǎn)旺盛期，均有各自的污染物排放，污染物控制問題是畜禽養(yǎng)殖中最令人頭疼的日常問題。

2.2 養(yǎng)殖場非污染物的環(huán)境影響

畜禽養(yǎng)殖中污染物控制問題的日益嚴(yán)重還掩蓋了畜禽養(yǎng)殖中另外一些雖不屬于污染物但仍具有環(huán)境影響的因素。

一是生產(chǎn)工藝。生產(chǎn)工藝往往直接決定了生產(chǎn)過程的投入產(chǎn)出以及廢棄物的相應(yīng)比例。例如，養(yǎng)豬生產(chǎn)中，雖然動(dòng)物排泄量一樣，但干式清糞工藝下每百頭育肥豬日產(chǎn)糞污1.5 t，水沖清糞工藝則會(huì)產(chǎn)生4 t左右的糞污總量[8]。選用不同的生產(chǎn)工藝，所用設(shè)備和耗能也相應(yīng)存在差異，工藝運(yùn)行過程中所有的器具與耗費(fèi)都存在相應(yīng)的環(huán)境影響。某些設(shè)施本身的生產(chǎn)過程存在高耗能高污染的情況，選用這類設(shè)施的工藝就會(huì)產(chǎn)生較大的環(huán)境影響。LCA分析可以對(duì)不同工藝預(yù)先進(jìn)行全面考察，得出各工藝的環(huán)境影響值，供決策層選擇生產(chǎn)工藝。

二是生產(chǎn)效率。一般來說，生產(chǎn)規(guī)模越大，生產(chǎn)效率越高，雖然總的環(huán)境影響也越嚴(yán)重，但單位產(chǎn)品的環(huán)境影響可能好于較小規(guī)模生產(chǎn)。不過生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到一定程度后，生產(chǎn)效率將不再提高，有時(shí)由于內(nèi)部耗損增加，效率反而下降。生產(chǎn)效率是產(chǎn)出和投入之間的比值，同樣的投入，產(chǎn)出越高，說明原材料利用率就越高，環(huán)境影響就越小。畜禽養(yǎng)殖中選擇高效率的配合飼料、動(dòng)物品種、設(shè)備工藝均會(huì)降低環(huán)境影響。由于當(dāng)前在畜禽養(yǎng)殖中沒有系統(tǒng)的生產(chǎn)全過程的環(huán)境影響評(píng)估規(guī)范，各地對(duì)畜禽養(yǎng)殖的環(huán)評(píng)往往僅限于污染物排放與控制方面。將效率評(píng)估和環(huán)境效應(yīng)評(píng)估整合，可能是畜禽養(yǎng)殖領(lǐng)域環(huán)境評(píng)估未來的方向。

3 LCA評(píng)價(jià)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境影響的優(yōu)勢(shì)

當(dāng)前對(duì)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境影響僅僅針對(duì)某種生產(chǎn)方式下產(chǎn)生的廢棄物總量和污染物含量進(jìn)行評(píng)估，而對(duì)生產(chǎn)過程中采用的原料和使用的設(shè)備等情況從未涉及。LCA方法不僅考察廢棄物情況，還對(duì)全生產(chǎn)過程包括所使用的設(shè)備和耗費(fèi)的原料和能源進(jìn)行評(píng)估。與傳統(tǒng)上僅考察廢棄物的評(píng)價(jià)體系相比，LCA評(píng)價(jià)方法顯得更加具有系統(tǒng)性。即使是采用生態(tài)養(yǎng)殖方式進(jìn)行動(dòng)物養(yǎng)殖生產(chǎn)，環(huán)境影響依然存在，只是相對(duì)于集約化養(yǎng)殖方式而言要少得多。如圖1所示，無論何種養(yǎng)殖工藝方式，第一環(huán)節(jié)的動(dòng)物引進(jìn)、養(yǎng)殖場規(guī)劃建設(shè)就已經(jīng)產(chǎn)生一定的環(huán)境影響，如地面平整、清除雜樹雜草等工作耗費(fèi)大量物資和能源，將產(chǎn)生一定的環(huán)境影響，甚至導(dǎo)致小氣候的變化；第二環(huán)節(jié)的維持、飼養(yǎng)過程也帶來一定程度的環(huán)境影響，其產(chǎn)生的廢棄物則影響更嚴(yán)重；即使畜禽產(chǎn)品銷售出去，其后期的處理等也要?dú)w并到養(yǎng)殖場的總環(huán)境效應(yīng)中。這種全方位的環(huán)境影響的考察是傳統(tǒng)的單一畜禽廢棄物評(píng)估所無法比擬的。

圖1 畜禽產(chǎn)品生產(chǎn)全過程流程圖Fig.1 Flow chart for the production process of livestock products

4 家畜生態(tài)學(xué)引入LCA思想的意義

家畜生態(tài)學(xué)學(xué)科自設(shè)立以來，一直向廣度和深度兩個(gè)方向分化，各分支間有密切聯(lián)系，互有交叉與滲透，而且不斷汲取分子生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)上的科學(xué)成就，是一門不斷發(fā)展的學(xué)科，其理論體系是通過家畜生態(tài)學(xué)課程進(jìn)行推廣普及。在當(dāng)前工業(yè)界普遍引入前沿的LCA思想用于生產(chǎn)線的工業(yè)診斷，以提升工業(yè)產(chǎn)品的環(huán)境友好性及符合國際新標(biāo)準(zhǔn)的大氣候下，國內(nèi)畜牧業(yè)如采用這一先進(jìn)的思想，可以引導(dǎo)中國畜牧業(yè)朝向環(huán)境友好型方向發(fā)展，彌補(bǔ)過去以畜禽廢棄物作為環(huán)境影響考察的唯一指標(biāo)的缺陷，有助于我國畜牧業(yè)產(chǎn)品走綠色發(fā)展的道路，有利于我國畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] FAVA J, CONSOLI F, DENISON R, et al. A conceptual framework for life-cycle impact assessment[C]//. Proceedings of A Workshop in Sandestin, F L, USA. Pensacola F L:SETAC Press,1993.

[2] 吳詠梅, 彭海燕. 中山市畜禽糞便污染負(fù)荷及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究[J]. 家畜生態(tài)學(xué)報(bào), 2013(2):63-68.

[3] 吳建敏, 徐俊, 翟云忠，等. 畜禽規(guī)模養(yǎng)殖廢水污染因子監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)分析[J]. 家畜生態(tài)學(xué)報(bào), 2009(4):48-51.

[4] 應(yīng)翔. 基于生命周期評(píng)價(jià)的畜禽規(guī)模化養(yǎng)殖模式研究[D].杭州：浙江理工大學(xué)，2016.

[5] 靳紅梅, 常志州,馬艷,等.基于集約化農(nóng)區(qū)種養(yǎng)結(jié)合的豬糞處理模式生命周期評(píng)價(jià)[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 34(8):1 625-1 632.

[6] CONSOLI F, ALLEN D, BOISTEED L, et al. Guidelines for life cycle assessment: a code of practice[M].Brussels:SETAC Europe,1993.

[7] DEMEULEMEESTER E L, WILLY S. HERROELEN W S. New benchmark results for the resource-constrained project scheduling problem[J]. Management Science, 1997, 43:1 485-1 492.

[8] 李如治. 家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2003.