基于生命周期评价的规模化养殖场养殖模式研究

应翔　浙江理工大学经济管理学院



基于生命周期评价的规模化养殖场养殖模式研究

应翔浙江理工大学经济管理学院

摘要：采用生命周期评价方法对不同养殖模式（以畜禽排泄物不同处理方式为主）进行分析。结果表明，养猪场生产生命周期中主要环境影响类型是全球变暖、环境酸化和富营养化，采用厌氧发酵处理畜禽排泄物的养殖模式综合环境影响优于好氧堆肥养殖模式，其环境影响综合指数分别为0.7095和1.1259。

关键词：养殖模式生命周期评价环境影响

改革开放以来，市场需求带动、科学技术支撑和政策扶持等因素共同作用下，我国畜牧业发展速度举世瞩目。但一方面，传统畜牧养殖业以散养为主，产品质量难以得到保证；另一方面，养殖业给环境也带来了巨大的影响，畜禽养殖业源污染物排放量超过工业源和城镇生活源，已经成为我国三大污染源之一。

生命周期评价也被称为生命周期分析。生命周期是指一个产品从原材料提取加工、产品制造销售、产品使用维修保养，直至产品回收利用和废弃销毁的整个过程。随着生命周期方法不断普及，越来越多学者将其应用到研究中。陈恒杰（2013）采用生命周期评价方法对稻草干发酵进行研究；高雪（2012）对集约化蛋鸡场进行生命周期评价。本文采用生命周期评价方法，对采用两种不同畜禽处理方法的畜禽养殖场进行比较研究，试图确定哪种畜禽处理方法更加环境友好，哪种养殖模式更符合我国当前社会环境的要求。

一、研究对象和方法

（一）研究对象

研究对象为浙江某两个规模化养猪场，其中萧山某规模化养猪场采用好氧堆肥模式处理畜禽粪便，宁海某规模化养猪场采用厌氧发酵模式处理畜禽粪便。

厌氧发酵是指在不提供游离氧的条件下，有机废弃物（畜禽排泄物、城市生产污水、工业有机废水等）被以厌氧微生物为主的微生物进行新陈代谢而分解的过程。

好氧堆肥是在有氧条件下，好氧微生物对有机性废弃物进行吸收、氧化和分解，使废弃物成为易被作物吸收利用的有机物的过程。

（二）生命周期评价

1993年SETAC将生命周期评价归纳为四个相互影响的阶段：（1）确定目标和范围；（2）清单分析；（3）影响评价；（4）结果解释。

1.确定目标与范围

根据实地调研情况，发现两个规模化养殖场生猪出栏时体重不一样，因此采用猪胴体重为功能单位，即功能单位为出栏时1000Kg胴体重。

2.清单分析

（1）宁海某厌氧发酵规模化养猪场

①原料系统

该养殖场日均消耗饲料42.87t，比例为玉米65%，豆粕25%，麦麸7%，浓缩料3%，豆粕折算成大豆的系数为1.19，麦麸折算成小麦的系数为6.67。生产玉米、大豆和小麦需施用氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）肥（折纯）数据来自《2009全国农产品成本收益资料汇编》。

该养殖场饲料原料来自浙江省内，根据2013年浙江统计年鉴，则功能单位消耗氮肥179.57kg/FU，磷肥19.04kg/FU，钾肥为3.44kg/FU。化肥生产中污染物排放根据刘鸣达的文献。生产每吨氮肥耗电量为1.72×103KWh，生产每吨磷肥和钾肥的耗电量为18.97 KWh，电力生产过程中数据来自金晶的文献

饲料运输距离平均为100km，运输车辆油耗为0.014L/(t.km)，根据胡志远（2005）对车用柴油生命周期的研究，可以得柴油生命周期排放量。饲料加工过程中消耗的主要是电能，其平均值为30KWh/t，其加工电能消耗计入养殖系统耗电量，不再额外计算。

②养殖系统

养殖系统中主要是生活用电和养殖用电，根据该养殖场提供数据，得到该养殖场年消耗电量为68.5万度，则功能单位消耗为205.93KWh/FU。由于沼气工程年发电108万KWh，减少了养殖系统的电力消耗。

养殖系统中产生的气体是氨和CO2。根据刘丹的数据，则NH3排放量为10.13kg/ FU。根据IPCC的研究报告根据欧洲国家猪的平均饲养时间（165d）得出的结论，则CH4的排放量为20.08Kg/FU。根据程璜鑫（2013）的研究，生猪养殖系统中每头猪通过呼吸排放的CO2为43L/h，推算出CO2排放量为4506.70kg/FU。

③厌氧发酵废物处置环节

该养殖厌氧发酵为沼气工程，沼气工程耗电134KWh/d，则沼气工程耗电14.70KWh/FU。排泄物处置环节分为厌氧发酵、沼气发电和沼液沼渣的处理。

在厌氧发酵环节，该养殖场日产沼气1987.5m3，其中CH4、CO2所占比例为65% 和30%，还有一定含量的H2S，则功能单位CH4排放量为103Kg/FU，CO2排放量为129.35kg/FU。

在沼气发电环节，沼气中的CH4为主要可燃烧气体，CH4充分燃烧则CO2排放量为278.33Kg/FU。脱硫后H2S含量为20mg/m3，充分燃烧后SO2排放量为8.21×10-3kg/FU。

（2）萧山某好氧堆肥规模化养猪场

①原料系统

该养殖场日存栏量有7570头，猪出栏时体重为140kg，增加了饲料的消耗，日均消耗饲料18.20t，其饲料比例为：玉米66%，豆粕23%，麦麸6%，浓缩料5%，饲料原料来自浙江省内，饲料运输距离平均为100km，运输车辆油耗为0.014L/(t.km)。饲料加工过程中消耗的主要是电能，其平均值为30KWh/ t。

②养殖系统

养殖系统中是生活用电、养殖用电和排泄物处理用电，根据该养殖场提供数据，得到该养殖场年消耗电费为44.8万元，0.75 元/KWh。

养殖系统中产生的气体主要有氨和CO2。根据上文数据，功能单位排放量为8.82kg/FU，CH4的排放量为17.49Kg/FU。CO2排放量为3924.64kg/FU。

③好氧堆肥废物处置环节

排泄物处置环节分为好氧堆肥、翻垛和养殖污水处理三个阶段。排泄物处理环节耗电量为225.2KWh/d。

在好氧堆肥环节，需要4.5t秸秆，需油耗为1.60L/FU。根据Sun,X.P(2014)的研究，则排放CO2807.63kg/FU，CH46.50kg/FU，NH310.00kg/FU，N2O0.33kg/FU。

在翻堆环节，该养殖场采用机械翻堆，需柴油7.62L/FU。

污水处理环节，根据Fountoulakis(2009)的研究，在养殖污水处理中，其CO2排放量为45.2kg/m3，即CO2排放量为4594.26kg/FU，CH4排放量为0.0923kg/FU。排放的废水中，COD为40.66kg/FU，NH3-N为8.13kg/FU，TP为0.81kg/FU。

3.影响评价

影响评价包括特征化、标准化和加权评估3个步骤。

特征化是对环境排放清单进行分类计算并计算环境影响潜力的过程。本文中主要考虑富营养化潜力、全球变暖潜力、酸化潜力三种环境影响类型，特征化的计算采用当量因子法进行计算。

数据标准化方法一般采用基准值除以类型参数结果，公式：

本研究采用Stranddorf et al2005年11月发布的世界人均环境影响潜力作为环境影响基准。

本文根据王明新等（2006）的研究，取全球变暖（0.32）、酸化效应（0.36）和富营养化（0.32）为权重系数，然后进行加权。

二、结果与分析

对清单分析的数据进行特征化、标准化和加权评估后，如表1所示。

表1　两种养殖模式的综合环境影响值

经过加权评估后，两个规模化养猪场生产1000kg胴体猪的生命周期环境影响综合指数分别为0.7095和1.1259。从环境角度看，厌氧发酵处理对环境影响小，更适合中国发展现状。

好氧堆肥环境影响大，主要原因在于好氧堆肥处理中产生了CH4和CO2，此外N、P、S元素转化成相应的离子或氧化成气体，而厌氧发酵产电减少了电力消耗而减小环境影响。

对宁海规模化养猪场的整个生命周期分析可知，养殖系统所产生环境影响占整个生命周期一半以上，说明减少整个养殖系统的环境影响负荷需要从养殖系统着手。

三、结论

从宁海和萧山两种规模化养猪场的养殖模式来看，综合环境影响较小的是宁海规模化养殖模式，其采用厌氧发酵处理技术，符合我国建立环境友好型社会的要求。

本研究从环境影响角度对两种典型的规模化养殖模式的生命周期进行分析评价，为不同养殖模式养殖场的建设和运营提供了基础，也为下一步研究提供数据基础。同时也存在不足，忽略了一些次要因素，例如饲料原料种植中塑料薄膜的应用、畜禽排泄物中重金属所造成的环境影响负荷，后面研究应将这些因素纳入，使得生命周期评价更加完善。

参考文献：

[1]陈恒杰．稻草秸秆干发酵产沼气的生命周期评价[D]．硕士学位论文，昆明理工大学，2013．

[2]高雪．黑龙江省集约化蛋鸡场的生命周期评价[D]．硕士学位论文，东北农业大学，2012．

[3]刘鸣达，赵妍和刘显军等．辽宁省育肥猪生产环境影响的生命周期评价[J]．农业环境科学学报，2012（06）：1250-1255．

[4]金晶．脱硫石膏综合利用途径及环境影响评价[D]．硕士学位论文，北京科技大学，2007.

[5]白林．四川养猪业清洁生产系统LCA及猪粪资源化利用关键技术研究[D]．博士学位论文，四川农业大学，2007．

[6]胡志远．车用生物柴油生命周期评价及多目标优化[D]．博士学位论文，同济大学，2005．

[7]程璜鑫．基于生命周期理论的畜禽养殖跨介质污染防治技术评估[D]．博士学位论文，中国地质大学（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，包水红和吴文良等．华北平原冬小麦生命周期环境影响评价[J]．农业环境科学学报，2006，25（5）：1127-1132．