基于生命周期評價的規模化養殖場養殖模式研究

應翔　浙江理工大學經濟管理學院

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基于生命周期評價的規模化養殖場養殖模式研究

應翔浙江理工大學經濟管理學院

摘要：采用生命周期評價方法對不同養殖模式（以畜禽排泄物不同處理方式為主）進行分析。結果表明，養豬場生產生命周期中主要環境影響類型是全球變暖、環境酸化和富營養化，采用厭氧發酵處理畜禽排泄物的養殖模式綜合環境影響優于好氧堆肥養殖模式，其環境影響綜合指數分別為0.7095和1.1259。

關鍵詞：養殖模式生命周期評價環境影響

改革開放以來，市場需求帶動、科學技術支撐和政策扶持等因素共同作用下，我國畜牧業發展速度舉世矚目。但一方面，傳統畜牧養殖業以散養為主，產品質量難以得到保證；另一方面，養殖業給環境也帶來了巨大的影響，畜禽養殖業源污染物排放量超過工業源和城鎮生活源，已經成為我國三大污染源之一。

生命周期評價也被稱為生命周期分析。生命周期是指一個產品從原材料提取加工、產品制造銷售、產品使用維修保養，直至產品回收利用和廢棄銷毀的整個過程。隨著生命周期方法不斷普及，越來越多學者將其應用到研究中。陳恒杰（2013）采用生命周期評價方法對稻草干發酵進行研究；高雪（2012）對集約化蛋雞場進行生命周期評價。本文采用生命周期評價方法，對采用兩種不同畜禽處理方法的畜禽養殖場進行比較研究，試圖確定哪種畜禽處理方法更加環境友好，哪種養殖模式更符合我國當前社會環境的要求。

一、研究對象和方法

（一）研究對象

研究對象為浙江某兩個規模化養豬場，其中蕭山某規模化養豬場采用好氧堆肥模式處理畜禽糞便，寧海某規模化養豬場采用厭氧發酵模式處理畜禽糞便。

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

好氧堆肥是在有氧條件下，好氧微生物對有機性廢棄物進行吸收、氧化和分解，使廢棄物成為易被作物吸收利用的有機物的過程。

（二）生命周期評價

1993年SETAC將生命周期評價歸納為四個相互影響的階段：（1）確定目標和范圍；（2）清單分析；（3）影響評價；（4）結果解釋。

1.確定目標與范圍

根據實地調研情況，發現兩個規模化養殖場生豬出欄時體重不一樣，因此采用豬胴體重為功能單位，即功能單位為出欄時1000Kg胴體重。

2.清單分析

（1）寧海某厭氧發酵規模化養豬場

①原料系統

該養殖場日均消耗飼料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為1.19，麥麩折算成小麥的系數為6.67。生產玉米、大豆和小麥需施用氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）肥（折純）數據來自《2009全國農產品成本收益資料匯編》。

該養殖場飼料原料來自浙江省內，根據2013年浙江統計年鑒，則功能單位消耗氮肥179.57kg/FU，磷肥19.04kg/FU，鉀肥為3.44kg/FU。化肥生產中污染物排放根據劉鳴達的文獻。生產每噸氮肥耗電量為1.72×103KWh，生產每噸磷肥和鉀肥的耗電量為18.97 KWh，電力生產過程中數據來自金晶的文獻

飼料運輸距離平均為100km，運輸車輛油耗為0.014L/(t.km)，根據胡志遠（2005）對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，其加工電能消耗計入養殖系統耗電量，不再額外計算。

②養殖系統

養殖系統中主要是生活用電和養殖用電，根據該養殖場提供數據，得到該養殖場年消耗電量為68.5萬度，則功能單位消耗為205.93KWh/FU。由于沼氣工程年發電108萬KWh，減少了養殖系統的電力消耗。

養殖系統中產生的氣體是氨和CO2。根據劉丹的數據，則NH3排放量為10.13kg/ FU。根據IPCC的研究報告根據歐洲國家豬的平均飼養時間（165d）得出的結論，則CH4的排放量為20.08Kg/FU。根據程璜鑫（2013）的研究，生豬養殖系統中每頭豬通過呼吸排放的CO2為43L/h，推算出CO2排放量為4506.70kg/FU。

③厭氧發酵廢物處置環節

該養殖厭氧發酵為沼氣工程，沼氣工程耗電134KWh/d，則沼氣工程耗電14.70KWh/FU。排泄物處置環節分為厭氧發酵、沼氣發電和沼液沼渣的處理。

在厭氧發酵環節，該養殖場日產沼氣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。

在沼氣發電環節，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）蕭山某好氧堆肥規模化養豬場

①原料系統

該養殖場日存欄量有7570頭，豬出欄時體重為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%，飼料原料來自浙江省內，飼料運輸距離平均為100km，運輸車輛油耗為0.014L/(t.km)。飼料加工過程中消耗的主要是電能，其平均值為30KWh/ t。

②養殖系統

養殖系統中是生活用電、養殖用電和排泄物處理用電，根據該養殖場提供數據，得到該養殖場年消耗電費為44.8萬元，0.75 元/KWh。

養殖系統中產生的氣體主要有氨和CO2。根據上文數據，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節

排泄物處置環節分為好氧堆肥、翻垛和養殖污水處理三個階段。排泄物處理環節耗電量為225.2KWh/d。

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

在翻堆環節，該養殖場采用機械翻堆，需柴油7.62L/FU。

污水處理環節，根據Fountoulakis(2009)的研究，在養殖污水處理中，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.影響評價

影響評價包括特征化、標準化和加權評估3個步驟。

特征化是對環境排放清單進行分類計算并計算環境影響潛力的過程。本文中主要考慮富營養化潛力、全球變暖潛力、酸化潛力三種環境影響類型，特征化的計算采用當量因子法進行計算。

數據標準化方法一般采用基準值除以類型參數結果，公式：

本研究采用Stranddorf et al2005年11月發布的世界人均環境影響潛力作為環境影響基準。

本文根據王明新等（2006）的研究，取全球變暖（0.32）、酸化效應（0.36）和富營養化（0.32）為權重系數，然后進行加權。

二、結果與分析

對清單分析的數據進行特征化、標準化和加權評估后，如表1所示。

表1　兩種養殖模式的綜合環境影響值

經過加權評估后，兩個規模化養豬場生產1000kg胴體豬的生命周期環境影響綜合指數分別為0.7095和1.1259。從環境角度看，厭氧發酵處理對環境影響小，更適合中國發展現狀。

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

對寧海規模化養豬場的整個生命周期分析可知，養殖系統所產生環境影響占整個生命周期一半以上，說明減少整個養殖系統的環境影響負荷需要從養殖系統著手。

三、結論

從寧海和蕭山兩種規模化養豬場的養殖模式來看，綜合環境影響較小的是寧海規模化養殖模式，其采用厭氧發酵處理技術，符合我國建立環境友好型社會的要求。

本研究從環境影響角度對兩種典型的規模化養殖模式的生命周期進行分析評價，為不同養殖模式養殖場的建設和運營提供了基礎，也為下一步研究提供數據基礎。同時也存在不足，忽略了一些次要因素，例如飼料原料種植中塑料薄膜的應用、畜禽排泄物中重金屬所造成的環境影響負荷，后面研究應將這些因素納入，使得生命周期評價更加完善。

參考文獻：

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