《家畜生态学》课程体系引入LCA思想的初探

冀德君，张 威，顾秀秀，王文强，张少卿

(扬州大学 动物科学与技术学院，江苏 扬州 225009)

全生命周期评价(Life Cycle Assessment，LCA)是系统性定量描述特定产品生命周期中的各种资源、能源消耗和环境排放，并评价其环境影响的国际标准方法(ISO14040系列)[1]。LCA概念起源于1969年美国中西部研究所受可口可乐公司委托对饮料容器从原材料采掘到废弃物最终处理的全过程进行的跟踪与定量分析。LCA是一种用于评估产品在其整个生命周期中，从原材料获取、产品生产直至产品使用后的处置对环境影响的技术和方法，通常作为一种有效的工业诊断工具应用于工业领域。对于农业生产活动，由于其产品及使用后的废弃物直接与环境作用，其全程的环境效应评价往往被忽视，通常采用针对特定生态因子评价分析的手段[2-3]，少有LCA方法在农业生产领域的应用，且仍局限在废弃物处理方面的环境效应分析[4-5]；同时，在家畜生态学课程体系中，尚未引入该内容，农科学生对LCA思想比较陌生。因此，有必要通过家畜生态学课程体系系统地介绍LCA思想及其应用方法。

1 LCA方法简介

1.1 全生命周期评价方法的主要步骤[6-7]

1.1.1 目标与范围定义 对LCA研究的目标和范围进行界定，是LCA研究的第一步，也是最关键的部分。目标定义主要说明进行LCA的原因和应用意图，范围界定则主要描述所研究产品系统的功能单位、系统边界、数据分配程序、数据要求及原始数据质量要求等。目标与范围定义直接决定了LCA研究的深度和广度。鉴于LCA的重复性，可能需要对研究范围进行不断的调整和完善。

1.1.2 清单分析 清单分析是对所研究系统中输入和输出数据建立清单的过程。清单分析主要包括数据的收集和计算，以此来量化产品系统中的相关输入和输出。首先是根据目标与范围定义阶段所确定的研究范围建立生命周期模型，做好数据收集准备。然后进行单元过程数据收集，并根据数据收集进行计算汇总得到产品生命周期的清单结果。

1.1.3 影响评价 影响评价的目的是根据清单分析阶段的结果对产品生命周期的环境影响进行评价。这一过程将清单数据转化为具体的影响类型和指标参数，更便于认识产品生命周期的环境影响。此外，此阶段还为生命周期结果解释阶段提供必要的信息。

1.1.4 结果解释 结果解释是基于清单分析和影响评价的结果识别出产品生命周期中的重大问题，并对结果进行评估，包括完整性、敏感性和一致性检查，进而给出结论、局限和建议。

1.2 LCA的应用工具软件

LCA方法是一个量化计算的方法，涉及大量的数据以及引用特定数据库的既有环境效应值，需要开发特定的数据分析软件以及配套的数据库，而且，随着现代工艺的改进，相同产品的环境效应值很可能变化，使得数据库也需要不断更新。

LCA的工具软件常见有GaBi和Simapro，还有PEMS、TEAM、Umberto、Ecopro、LCAit、EcoReport以及国内的一款全功能LCA分析软件——eBalance。另外，国内开发出一款简化的LCA管理工具软件——eFootprint软件。

1.3 软件的应用例释

以国产的eBalance——全功能LCA分析软件为例，简要介绍一下LCA分析的应用。该软件全面支持LCA方法的各标准步骤，包括构造生命周期流程图、输入清单数据、计算与分析等。

1.3.1 生命周期建模 支持用户构建任意形式的生命周期流程图，适合于各种产品的生命周期建模；可支持浮动运输框和废物处理框的建模方式。

1.3.2 清单数据输入 持手工录入单元过程的清单数据，也支持从清单数据库或之前保存的清单文件中导入清单数据，也可以从ILCD或EcoSpold 1或EcoSpold 2格式的XML文件中导入清单数据。为此，程序还提供下列支持清单物质名录管理和清单数据库管理。

1.3.3 计算与分析 该软件允许指定模型中任意一个过程的产品作为基准流进行计算，也允许指定多个过程的产品作为基准流，进行计算并比较。

其程序内置了常用的十多种生命周期影响评价(LCIA)特征化指标、2005和2010年中国的归一化基准值以及面向中国节能减排政策目标的ECER权重因子，支持完整的LCIA特征化指标、归一化指标和加权综合指标的计算，用户还可以自定义其他LCIA指标。

该软件为计算结果提供了多种数据图表和图表选项以及自定义图表，用于分析和显示各项计算结果。计算结果可以导出为Excel或CSV文件，用于LCA报告；可以输出到清单数据库，用于以后的LCA研究；可以导出为清单文件(*.inv)，传递给下游用户；另外，可以导出为ILCD、EcoSpold 1和EcoSpold 2格式的Xml文件，实现与其他软件的数据交换。

2 畜禽养殖的环境影响

畜禽养殖过程耗费大量的饲料、水和能源，同时产生大量的废弃物，造成环境污染。

2.1 养殖场的环境污染

畜禽养殖由放牧到圈养舍饲， 再到当前的高密度集约化饲养，其环境问题愈来愈突出。动物养殖利润空间小，市场风险大，很多养殖主体由于资金短缺，对养殖场环境污染认识不足，没有把畜禽粪污、病死畜等的处理作为一个重要环节列入养殖场建设计划，导致在养殖场规划设计时，忽视或者无视养殖废弃物处理，最终在建成后造成周边环境污染问题。养殖场的环境污染来自于畜禽生产的各个环节，从蛋鸡孵化、产仔产犊到畜禽生产旺盛期，均有各自的污染物排放，污染物控制问题是畜禽养殖中最令人头疼的日常问题。

2.2 养殖场非污染物的环境影响

畜禽养殖中污染物控制问题的日益严重还掩盖了畜禽养殖中另外一些虽不属于污染物但仍具有环境影响的因素。

一是生产工艺。生产工艺往往直接决定了生产过程的投入产出以及废弃物的相应比例。例如，养猪生产中，虽然动物排泄量一样，但干式清粪工艺下每百头育肥猪日产粪污1.5 t，水冲清粪工艺则会产生4 t左右的粪污总量[8]。选用不同的生产工艺，所用设备和耗能也相应存在差异，工艺运行过程中所有的器具与耗费都存在相应的环境影响。某些设施本身的生产过程存在高耗能高污染的情况，选用这类设施的工艺就会产生较大的环境影响。LCA分析可以对不同工艺预先进行全面考察，得出各工艺的环境影响值，供决策层选择生产工艺。

二是生产效率。一般来说，生产规模越大，生产效率越高，虽然总的环境影响也越严重，但单位产品的环境影响可能好于较小规模生产。不过生产规模达到一定程度后，生产效率将不再提高，有时由于内部耗损增加，效率反而下降。生产效率是产出和投入之间的比值，同样的投入，产出越高，说明原材料利用率就越高，环境影响就越小。畜禽养殖中选择高效率的配合饲料、动物品种、设备工艺均会降低环境影响。由于当前在畜禽养殖中没有系统的生产全过程的环境影响评估规范，各地对畜禽养殖的环评往往仅限于污染物排放与控制方面。将效率评估和环境效应评估整合，可能是畜禽养殖领域环境评估未来的方向。

3 LCA评价畜禽养殖环境影响的优势

当前对畜禽养殖环境影响仅仅针对某种生产方式下产生的废弃物总量和污染物含量进行评估，而对生产过程中采用的原料和使用的设备等情况从未涉及。LCA方法不仅考察废弃物情况，还对全生产过程包括所使用的设备和耗费的原料和能源进行评估。与传统上仅考察废弃物的评价体系相比，LCA评价方法显得更加具有系统性。即使是采用生态养殖方式进行动物养殖生产，环境影响依然存在，只是相对于集约化养殖方式而言要少得多。如图1所示，无论何种养殖工艺方式，第一环节的动物引进、养殖场规划建设就已经产生一定的环境影响，如地面平整、清除杂树杂草等工作耗费大量物资和能源，将产生一定的环境影响，甚至导致小气候的变化；第二环节的维持、饲养过程也带来一定程度的环境影响，其产生的废弃物则影响更严重；即使畜禽产品销售出去，其后期的处理等也要归并到养殖场的总环境效应中。这种全方位的环境影响的考察是传统的单一畜禽废弃物评估所无法比拟的。

图1 畜禽产品生产全过程流程图Fig.1 Flow chart for the production process of livestock products

4 家畜生态学引入LCA思想的意义

家畜生态学学科自设立以来，一直向广度和深度两个方向分化，各分支间有密切联系，互有交叉与渗透，而且不断汲取分子生物学、生态学、数理统计学上的科学成就，是一门不断发展的学科，其理论体系是通过家畜生态学课程进行推广普及。在当前工业界普遍引入前沿的LCA思想用于生产线的工业诊断，以提升工业产品的环境友好性及符合国际新标准的大气候下，国内畜牧业如采用这一先进的思想，可以引导中国畜牧业朝向环境友好型方向发展，弥补过去以畜禽废弃物作为环境影响考察的唯一指标的缺陷，有助于我国畜牧业产品走绿色发展的道路，有利于我国畜牧业的可持续发展。

参考文献：

[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] 吴咏梅, 彭海燕. 中山市畜禽粪便污染负荷及风险评价研究[J]. 家畜生态学报, 2013(2):63-68.

[3] 吴建敏, 徐俊, 翟云忠，等. 畜禽规模养殖废水污染因子监测评价分析[J]. 家畜生态学报, 2009(4):48-51.

[4] 应翔. 基于生命周期评价的畜禽规模化养殖模式研究[D].杭州：浙江理工大学，2016.

[5] 靳红梅, 常志州,马艳,等.基于集约化农区种养结合的猪粪处理模式生命周期评价[J].农业环境科学学报, 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. 家畜环境卫生学[M].北京：中国农业出版社，2003.