基于生命周期视角的种养一体化奶牛场环境经济效益评估

黄显雷,师博扬,张英楠,龙昭宇,尹昌斌,2* (.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京 0008；2.中国农业绿色发展研究中心,北京 0008)

过去三十年,奶牛养殖业实现快速发展,同时奶牛养殖所带来的资源环境问题日益受到重视[1-2].2018年,全球畜牧业的温室气体排放量约为 3.5Gt CO2当量(CO2-eq),占农业总温室气体排放量的66%,其中,奶牛养殖的温室气体排放量约为 0.6Gt CO2-eq[3].在中国,2018年畜牧业的温室气体排放量约为0.3Gt CO2-eq,占我国农业温室气体总排放量的47%,其中,奶牛养殖的温室气体排放量约为 0.02Gt CO2-eq[3].在奶牛养殖中,奶牛肠道 CH4排放、与饲料生产有关的排放、粪便管理的排放是主要温室气体排放源[4].目前,发达国家奶牛养殖已经从追求产量转向追求生产效率的提高和环境可持续发展[1].随着人口的增长,未来牛奶生产将面临更严峻的水、土地等资源紧缺、粮食与饲料之间竞争、碳排放受限制等多重挑战[5].在消费方面,未来20年全球尤其是发展中国家对牛奶的需求依旧保持快速增长的趋势[5],这意味着奶牛场必须提高其资源利用效率和环境效益,以确保未来牛奶生产的可持续性.

在牛奶生产过程中,饲料的种植与加工、饲养过程的能源消耗、奶牛肠道呼吸、粪便的处理等各个环节都会排放温室气体,且总体的排放量主要取决于饲料种植与奶牛养殖的生产效率[6].种养一体化奶牛场(IPBS)通过青贮玉米种植与奶牛养殖,实现养殖场内粪便、秸秆和青贮玉米的循环利用,从而减少种植环节中化肥使用,降低饲料和粪便运输能耗,被认为是一种可持续的生产模式,具有巨大的经济效益和环境效益[6-7].然而,现有的研究对这方面关注不足,尤其是IPBS的温室气体减排效果如何？资源节约程度如何？经济性能如何？如何降低该模式的资源消耗和环境负荷？如何提升该模式的经济效益？这对我国 IPBS的发展和相关支持政策的制定具有重要现实意义.

生命周期分析(LCA)是定量评价某个生产过程、活动或产品“从摇篮到坟墓”整个生命周期环境影响的分析方法[8-9],目前在农业领域得到广泛应用[10-15].相关研究认为,饲料生产是影响牛奶生产中温室气体排放、能源消耗、土地占用和水资源消耗的决定性因素[11,13].养殖场自产青贮饲料有利于降低单位标准牛奶(FPCM)生产的温室气体排放、酸化潜力、水体富营养化潜力、土地占用和能源消耗[6,16].养殖场自产青贮饲料能降低养殖饲料成本[17].奶牛场的种养结合模式能提高秸秆利用率、改善土壤肥力[7].

目前的研究主要集中在评估牛奶养殖的整体环境影响及各个环节的贡献份额[11,13-15],但在具体关键环节上,很少研究场内自产青贮饲料如何影响整体的环境绩效[6,16],缺乏对比评估非种养一体化奶牛场(non-IPBS)与 IPBS在牛奶生产中的环境影响,同时,缺乏从经济层面分析 2种模式牛奶生产的成本收益.现实中,奶牛场是否采取IPBS主要取决于其经济效果,全面准确评估IPBS的经济性能与环境绩效,是相关政策制定的基础,也是促进奶牛养殖业低碳生产的关键.为此,本文基于LCA,以山东省青岛市109家奶牛场的生产数据为基础,对 non-IPBS和IPBS在牛奶生产过程中的资源环境成本和经济效益进行分析.为我国 IPBS经营管理提供科学参考,为制定相关扶持政策提供决策依据.

1 材料和方法

1.1 研究地区概况与种养一体化奶牛生产模式

于2020年7月～8月在山东省青岛市进行奶牛场问卷调查.山东是中国最大的产奶省份之一,2019年,山东省奶牛数量约为90万头,占全国奶牛总数的9%[18].从 2016年,山东开始实施青贮玉米种植补贴政策,是国内最早实施该补贴政策的省份之一,补贴标准为 20～50元/t.2019年,山东省青贮玉米种植面积达1.41万hm2,占全国的7.3%.

研究地区主要有 2种牛奶生产模式:IPBS和non-IPBS,具体见图1.non-IPBS中,养殖场只有饲养环节和粪污处理环节,饲料全部来源于购买,粪便堆肥制成有机肥后全销售给果农和菜农.IPBS中,养殖场增加青贮玉米种植环节,有机肥、液体肥主要施用于场内农田,剩余部分销售给果农和菜农等.2种模式的区别:1)养殖场青贮玉米的来源不同,导致饲料运输距离和饲料成本不同;2)有机肥、液体肥的利用途径不同,运输距离不同.本研究共调研奶牛场 109家,剔除不符合研究问卷后,得 83份有效问卷,其中non-IPBS为38家,IPBS为45家.

图1 IPBS和non-IPBS的系统边界Fig.1 System boundary for IPBS and non-IPBS

由见表1可知,non-IPBS和IPBS的产奶量分别为8588和8781kg/头,IPBS模式略高,但经过t检验之后,两者无显著性差异.2种模式的牛奶销售价格、牛奶蛋白质率、牛奶脂肪率等指标均无明显差别.在IPBS中,青贮玉米自给率仅为31.8%,有机肥自用率也仅为 28.9%,这说明当前奶牛场种养结合程度还比较低,未来需要流转更多土地来提升青贮玉米自给率,以此获得更多收益.

表1 2模式下奶牛场基本情况Table 1 Basic information of two systems

1.2 LCA的系统边界、功能单位和环境影响分配规则

基于牛奶生产的各个环节,确定IPBS系统边界包括:1)青贮饲料种植;2)奶牛饲养;3)粪便处理;4)饲料和有机肥运输,而在non-IPBS中无青贮饲料种植环节.系统边界如图 1所示.研究选择按照蛋白质含量和脂肪含量纠正的1t FPCM 作为评价单位,公式如下[12]:

在所研究的 2种模式中,奶牛场收益除出售牛奶,还会出售公犊牛、淘汰母牛、肉用牛、有机肥等,在IPBS中,还会出售小麦.环境影响应该分摊在全系统中的每类产品上.关于牛奶和副产品之间的环境影响分配规则主要有三种[12],包括将所有影响都归功于牛奶的无分配规则、根据产品重量的质量分配规则和根据产品价值的经济分配规则.考虑到本研究的产品是多种类(牛奶、牛肉、小麦等),无分配原则并不适用,且还伴随生产大量重量大而价值较低的产品(小麦、有机肥、液体肥等),因此,经济分配规则更适用于本研究,同时该分配规则也是LCA中最常用的分配规则之一[11-13,19].根据产品的销售收入(表 12),non-IPBS和 IPBS中分配给牛奶的比例为89%和87%.

1.3 LCA清单分析

1.3.1 小麦-青贮玉米轮作种植环节 在 IPBS小麦-青贮玉米轮作种植中,生产资料投入主要有化肥、有机肥、农药、种子等,产品为小麦、麦秸和玉米青贮.产品中,小麦全部出售,麦秸全量还田,青贮玉米用于饲养奶牛.生产1tFPCM在IPBS种植环节的投入产出见表 2.种植的温室气体排放中,农药和种子的排放较小[11,19],可忽略.此环节的温室气体排放依据表3计算.

表2 IPBS小麦-青贮玉米种植(产1tFPCM)的投入与产出Table 2 Inputs and outputs for wheat-maize silage planting in IPBS (for per 1tFPCM)

表3 种植环节的温室气体排放因子Table 3 Emission factors for calculating GHG emissions in wheat-maize silage planting

1.3.2 奶牛饲养环节 在奶牛饲养中,2种模式的区别在于青贮玉米饲料的来源不同.在IPBS中,养殖场部分青贮玉米饲料来源于自产,所调研养殖场中,有3家养殖场的青贮玉米自给率达100%.除青贮玉米外,2种模式的饲养过程相同,生产资料的投入主要有饲料、水、电、柴油等,产品有牛奶、公犊牛、淘汰母牛、肉用牛等(表4).具体来说,奶牛饲料主要有浓缩饲料(含30%的豆粕、50%的玉米粒、10%的麦麸和10%的其他物质)、玉米粒、麦麸、青贮玉米、棉籽、燕麦、苜蓿和羊草等.个别奶牛场还伴随用酒糟和菜籽粕,但其用量少对整体环境影响可忽略不计.浓缩饲料中的其他物质用量少对整体环境影响可忽略不计.奶牛饲养环节的温室气体排放包括外购饲料在其生产过程中的排放、养殖场能源消耗的排放(如养殖场内饲料加工、牛舍照明和通风、水加热、牛奶冷藏等)和奶牛肠道气体排放及牛舍气体排放.外购饲料在其生产过程中的排放按表 5计算,养殖场能耗排放根据表 3计算,动物肠道排放以及牛舍排放按表6计算.

表4 两模式下奶牛饲养环节(产1tFPCM)的投入与产出Table 4 Inputs and outputs for cow breading in two systems(for per 1tFPCM)

表5 外购饲料在生产过程中的环境影响(每kg干物质)Table 5 Emission factors for calculating environmental impacts in purchased feed production (per kg-1DM)

表6 奶牛肠道CH4排放和牛舍粪便CH4排放Table 6 Emission factors for calculating CH4emissions in various cows

1.3.3 粪便处理环节 所调查的奶牛场均饲养荷斯坦奶牛,粪便排泄参数见表 7.在粪便处理环节,2种模式的粪便处理方式相同,粪便均采用堆肥制成有机肥,尿液污水进入氧化塘经无害化处理制成液体肥,此环节投入主要是电和柴油(表8).此环节的排放包括粪肥储存排放、有机肥生产能耗排放.尿液污水在氧化塘中的温室气体排放较小[25],可忽略.堆肥处理方式的温室气体排放根据表 9计算,有机肥生产能耗排放根据表3计算.

表7 奶牛场粪便的排泄系数[25-26]Table 7 Excreted parameters of manure for various cows

表8 两模式下粪便管理(每产1tFPCM)的投入与产出Table 8 Manure management in two systems (for per 1tFPCM)

表9 堆肥的温室气体排放因子Table 9 Emission factors for calculating environmental impacts in manure composting

1.3.4 饲料和有机肥运输环节 在饲料和有机肥运输环节中,2种模式的不同之处在于青贮玉米和有机肥的运输.在non-IPBS中,青贮玉米全部来源于购买,假设平均运输距离为 30km,有机肥全部出售给果农和菜农,平均运输距离为 20km.在 IPBS中,青贮玉米部分来源于自产,有机肥部分用于养殖场内耕地,两者运输距离均为1km.运输距离不同会导致能耗差异,由此对环境的影响不同.相关研究表明,有机肥长距离运输会增加粪便中N和P的损失,增加水体富营养化风险[11].调研所知,液体肥的肥料价值低,菜农果农不愿意购买液体肥,两模式的液体肥均由养殖场用车将液体肥喷洒到周围农田或者养殖场耕地上,运输距离均为1km.2种模式的其他饲料运输距离相同,浓缩饲料、豆粕、玉米粒和麦麸来自当地市场,运输距离约 50km.棉籽来自甘肃省,运输距离约 1830km.羊草来自黑龙江省,运输距离约 1720km.燕麦和苜蓿来自美国,运输距离约18000km.表10列出所有饲料和有机肥运输的清单.运输环节的温室气体排放根据Ecoinvent Database v3.7计算[29](表11).

表11 不同运输方式的温室气体排放与运输成本Table 11 Emission factors for calculating environmental impacts and transport costs in transportation

1.4 LCA环境效益评价

non-IPBS和IPBS的环境效益评价,主要包括温室气体排放、土地占用、水消耗和能源消耗等方面.温室气体排放以 CO2-eq表述,根据 IPCC(2013)[31],CH4、N2O和CO的 CO2-eq当量转换系数分别为30、265和2.两模式的温室气体排放计算公式如下:

式中:IPBS生产系统的温室气体排放包括4部分:外购饲料、养殖场种植、奶牛饲养过程、粪污处理过程、饲料和有机肥运输.产品有FPCM、小麦、有机肥、淘汰母牛、公犊牛、肉用牛,要根据经济分配规则排除出小麦、有机肥、淘汰母牛、公犊牛、肉用牛这部分外销的碳削减之后剩下的单纯每产1tFPCM的温室气体.

式中:non-IPBS生产系统的温室气体排放只包括3部分:外购饲料、奶牛饲养过程、粪污处理过程、饲料和有机肥运输.产品有FPCM、有机肥、淘汰母牛、公犊牛、肉用牛,要根据经济分配规则排除出有机肥、淘汰母牛、公犊牛、肉用牛这部分外销的碳削减之后剩下的单纯每产1tFPCM的温室气体.

2 结果与讨论

2.1 两模式的总经济效益和环境成本

对 non-IPBS和 IPBS的总经济效益分析表明,IPBS通过自产青贮玉米,降低饲料成本,从而提高养殖净收益.non-IPBS生产1tFPCM的净收益为1427元,而IPBS每生产1tFPCM的净收益提高173元,如果不纳入小麦的成本与收益,实际净收益提高99元/t,提升率为7%(表12).如果考虑温室气体减排收益,按照中国试点市场碳交易平均价 30元/t[41]计算,相比non-IPBS,IPBS每生产1tFPCM的温室气体减排收益为 2元,随着未来中国碳交易市场的逐渐完善以及碳交易价的提升,此项收益将得到提升.

表12 两模式下每产1tFPCM的经济效益及环境成本Table 12 Economic benefits and environmental costs for producing per 1t FPCM in two systems

在温室气体排放方面,non-IPBS生产1t FPCM的排放为1301kg CO2-eq(表12),和中国华北平原牛奶生产的温室气体排放量基本一致[11],低于中国关中平原牛奶生产的温室气体排放量[13],但高于欧洲和新西兰牛奶生产的温室气体排放量[6,16].相比non-IPBS,IPBS每生产1t FPCM的温室气体排放减少6%,这主要是因为自产青贮玉米在种植过程中用较少的化肥(表2),由此降低整体环境影响.non-IPBS生产1t FPCM的能源消耗、水消耗、土地占用分别为4581MJ、405m3、1471m2,而IPBS相应下降6%、5%、7%.总体来看,IPBS一方面在青贮玉米种植环节上减少化肥和灌溉水用量,另一方面在运输环节上减少青贮玉米和有机肥的运输能耗,整体上降低单位FPCM的温室气体排放、土地占用、水消耗和能源消耗.

2.2 两模式下饲料环节的经济效益和环境成本

在饲料环节,IPBS通过施用场内生产的有机肥、液体肥,从而减少种植环节的化肥施用量和农业灌溉水用量,降低种植成本,由此降低饲料成本.在IPBS中,种植小麦-青贮玉米的氮肥(N)施用为269kg/hm2(表 2).根据《农产品成本收益汇编2019》[32],当前山东省小麦-玉米种植的氮肥(N)施用为 663kg/hm2,明显高于本研究结果.在种植灌溉水上,相关研究指出华北平原的冬小麦-夏玉米轮作系统每年灌溉水为 3000～7000m3/hm2[33-34],这也高于本研究结果(IPBS为 2740m3/hm2).如果养殖场不包含种植青贮玉米环节,无需要劳动力投入,节省的时间可以从事其他工作,为此,运用劳动机会成本的方法分析IPBS种植环节净收入,相比non-IPBS,IPBS中每产1tFPCM总饲料成本减少166元,如果不考虑小麦成本与收益,则实际饲料成本减少92元(表13).说明养殖场采用IPBS可以减少青贮玉米饲料成本,增加小麦销售收入.

表13 两模式每产1tFPCM在饲料环节经济效益与环境成本Table 13 Economic benefits and environmental costs in fodders production in two systems (for per 1tFPCM)

在环境成本方面,IPBS通过自产部分青贮玉米饲料,降低饲料环节环境成本,相比 non-IPBS,IPBS每产1tFPCM在饲料环节的温室气体排放、能源消耗、水消耗和土地占用分别下降 9%、6%、5%和7%(表 13).主要原因是,相比外购青贮玉米的生产过程,在IPBS下自产青贮玉米过程中使用更少的化肥和灌溉水,从而降低环境成本.具体来说,IPBS中生产1t青贮玉米干物质的温室气体排放、能源消耗、水消耗和土地占用分别为176kg CO2-eq、1461MJ、141m3和530m2,明显低于常规青贮玉米种植的环境成本[20,34-38].

2.3 两模式下奶牛饲养环节的经济效益和环境成本

在饲养环节,non-IPBS与IPBS的FPCM销售收入没有显著差别,分别为3723和3745元/tFPCM(表14),主要是因为两模式的牛奶销售价格、牛奶蛋白质率、牛奶脂肪率等不存在显著差异(表 1).在环境成本方面,non-IPBS与IPBS在饲养环节的温室气体排放、能源消耗、水消耗、土地占用方面没有明显差别.可能原因是此过程主要涉及到的混合饲料加工、牛棚照明通风、牛饮用水加热、挤奶、牛奶冷藏等步骤基本一致,造成环境成本没有显著差别.

表14 两模式每产1tFPCM在饲养环节经济效益与环境成本Table 14 Economic benefits and environmental costs for cow breading in two systems (for per 1tFPCM)

2.4 两模式下粪污处理环节的经济效益和环境成本

在粪污处理环节,non-IPBS和 IPBS中每产生1tFPCM会伴随出现1.931和1.868t干粪便、11.215和10.753t尿液污水,将这些粪便收集堆肥、尿液污水无害化等处理会消耗电和柴油,由此产生的成本均为14元,而相应的有机肥销售收入为23和16元,调研所知,液体肥的肥料价值低,菜农果农不愿意购买液体肥,液体肥均由养殖场用车将液体肥喷洒到周围农田或者养殖场耕地上,无任何收益(表 15),IPBS中有 28.9%的有机肥自用于奶牛场耕地导致其收益低于non-IPBS.可以看出,该部分的收益较低,归根于所调研地区的有机肥销售价格很低,甚至有很多奶牛场免费给果农菜农提供有机肥,平均每吨有机肥的销售价格仅约为30元,随着未来农户对有机肥使用意愿的提升,该部分收益会有提升.

表15 两模式每产1tFPCM在粪污处理环节的经济收益与环境成本Table 15 Economic benefits and environmental costs for manure management in two systems (for per 1tFPCM)

non-IPBS和IPBS中处理1.931和1.868t干粪便的温室气体排放分别为179和170kgCO2-eq,这与一些研究相似[39-40],考虑到有机肥销售带来的碳削减,则相应的实际温室气体排放分别为136和140kg CO2-eq.在能源消耗方面,两模式处理的能耗基本一致,主要是因为这两模式的粪污处理方式都采用堆肥.在土地占用方面,IPBS处理1.868t干粪便的土地占用高于non-IPBS,可能原因是IPBS需要更多空地来存放有机肥.总体来看,当前养殖场通过堆肥方式处理粪便带来的收益不高,但是有机肥的使用能减少化肥的使用,具有显著的碳减排潜力,应值得推广使用.

2.5 两模式下运输环节的经济效益和环境成本

在运输环节,IPBS通过自产部分青贮玉米和使用部分有机肥,降低运输环节的经济成本和环境成本,相比non-IPBS,每产1tFPCM的总运输成本、总运输温室气体排放、总运输能源消耗分别下降6%、8%和 8%(表 16).

表16 两模式每产1tFPCM在运输环节经济收益与环境成本Table 16 Economic benefits and environmental costs for transportation in two systems (for per 1tFPCM)

从不同环节的比较分析可以看出,饲料成本占总成本的 82%,饲料环节的环境影响是整个牛奶生产系统环境影响的关键环节之一,饲料环节的温室气体排放、能源消耗、水消耗、土地占用分别占整体的45%、70%、98%和99%(表13).为此,引进农田自产青贮玉米是未来降低奶牛生产系统饲料成本和环境成本的可行策略.

2.6 耕地流转费和青贮玉米价格变动对养殖场经济收益的影响

奶牛场是否种植青贮玉米取决于其成本和收益.对影响种植收益的耕地流转费用进行敏感性分析表明(表17),如果IPBS的耕地流转费用从当前的9900元/hm2提升到 14695元/hm2,则种植青贮玉米的净收益为0,此时,IPBS每生产1tFPCM的净收益与non-IPBS相同.对青贮玉米价格进行敏感性分析发现,当青贮玉米的价格从当前的 500元/t下降到379元/t时,IPBS每生产 1t FPCM 的净收益与non-IPBS相同.总体来看,相比non-IPBS,IPBS净收益的提升率取决于耕地流转费用和青贮玉米价格,这是奶牛场是否采纳IPBS的关键因素.

表17 耕地流转费和青贮玉米价格变动对养殖场经济收益的影响Table 17 Effects of land transfer cost and silage corn price changes on farm economic benefits

2.7 青贮玉米自给率变动对养殖场经济效益和环境成本的影响

当前在IPBS中,青贮玉米饲料自给率仅为32%,如果提升到100%,相应的经济效益和环境成本变化见表 18.相比 non-IPBS,情景 3中 IPBS每生产1tFPCM的净收益提升672元,如果不纳入小麦成本与收益,每吨FPCM的净收益提升276元,实际净收益提升率为 19%.若考虑温室气体减排收益,情景 3每生产1tFPCM的温室气体减排收益为6元.在环境成本方面,相比non-IPBS,在情景3中IPBS每生产1t FPCM 的温室气体排放下降 16%,能源消耗下降16%,水消耗下降11%,土地占用下降14%.显然,随着奶牛场的青贮玉米自给率提升,单位牛奶生产的经济效益将明显提升,且环境成本显著下降.

表18 青贮玉米自给率变动对养殖场经济收益和环境成本的影响Table 18 Effects of changes in silage self-sufficiency on farm economic benefits and environmental costs

2.8 讨论

当前我国牛奶生产的成本依然很高、国际竞争力不强,如何提升奶牛养殖的经济效益是实现奶业高质量发展的关键.相关研究指出,2016年中国原料奶的收购价格比美国、德国、新西兰分别高46%、62%、114%,2017年国内原料牛奶收购价格比进口奶粉折原料奶的到岸价格高 31%,更值得关注的是,国内原料牛奶生产成本比进口奶粉折原料牛奶的到岸价格还高 24%[42].较低的进口奶粉折原料牛奶价格会倒逼国内企业压低国内原料奶收购价格,这不利于国内奶牛养殖业的发展.在牛奶生产中,饲料成本高低是决定其生产成本高低的关键因素,目前中国奶牛业饲料主要依赖购买,尤其是燕麦、苜蓿等还大量依赖进口,自产的青贮饲料很少,造成饲料成本居高不下.本文结果表明,相比 non-IPBS,IPBS通过自产青贮玉米能提高每吨FPCM的净收益达7%,如果青贮玉米自给率从当前的32%提升100%,则能提高每吨FPCM19%的净收益,这表明该模式在提升养殖场净收益上潜力巨大.此外,研究还发现,IPBS模式下每吨FPCM净收益的提升率取决于耕地流转费用和青贮玉米价格,当耕地流转费用上升到14695元/hm2或者青贮玉米价格下降到347元/t时,其净收益将与non-IPBS一致.这些研究发现为提升我国牛奶生产经济效益提供新的视角.

同时,牛奶生产系统还需要持续降低其环境影响,以更小的资源环境代价生产出更多的牛奶以满足未来牛奶需求.相关研究指出,近20年来, 中国畜牧业CO2-eq排放量均呈现上升趋势,并且饲养环节耗能、饲料粮种植环节排放、饲料粮运输环节排放的增长幅度更显著[43].2019年,全国共生产3201万t牛奶,占全国各类鲜奶总量的 97%[18].根据乳业发展目标,到2025年,中国鲜奶产量要达4500万t[44],如果不降低当前单位牛奶生产的温室气体排放量,未来牛奶生产的总温室气体排放将随着牛奶产量的增加而增加,这不利于中国实现《巴黎协定》的 2030年碳减排计划以及2060年的碳中和目标[45-46].与发达国家相比,目前我国牛奶生产效率低、环境代价大[47-48],降低牛奶生产的环境影响是未来中国奶业可持续发展的关键.本文结果表明,相比 non-IPBS,IPBS每生产1t FPCM的温室气体排放、能源消耗、水消耗、土地占用分别减少6%、6%、5%、7%,如果青贮玉米自给率升到 100%,则相应减少 16%、16%、11%、14%,这表明该模式在降低养殖场环境影响上有明显优势.这些研究发现为降低我国牛奶生产的环境损害提供新的技术途径.

对于IPBS来说,通过种植青贮玉米,一方面可以消纳养殖场的粪污、降低种植环节的化肥投入、改善土壤质量,实现种植过程中的清洁化、绿色化;另一方面可以为养殖场提供成本低、质量安全可控的青贮玉米饲料,保障奶牛的健康与牛奶生产的质量安全.奶牛场采纳IPBS更具有重要的现实意义.目前我国禽畜粪便利用程度较低,仅有 50%左右的粪便还田[49],但化肥用量却非常高,占世界总用量的 1/3以上[50],较发达国家平均水平高出 50%以上[51],耕地质量保护与提升形势依然很严峻[52],尽管禽畜粪便还田有利于减少化肥使用、改善土壤质量,然而,随着种养分离、农民种地习惯的改变,禽畜粪便还田不仅对中国乃至发达国家来说都是一个重大挑战[53],相关研究指出,兼有种植和畜禽养殖的农村家庭所占比例从 1986年的 71%急剧下降到 2017年的12%[50].重塑牲畜和农田之间的联系是未来农业可持续发展的关键,而IPBS是加强牲畜和农田联系的一种经济可行、环境友好方式.

3 结论

3.1 IPBS在提升养殖场净收益上具有巨大潜力

non-IPBS生产 1tFPCM的净收益为 1427元,IPBS可增加 7%的实际净收益,如果青贮玉米自给率从当前的32%提升到100%,则将会增加19%的实际净收益.同时,IPBS净收益的提升率取决于耕地流转费用和青贮玉米价格,当耕地流转费用上升到14695元/hm2或者青贮玉米价格下降到347元/t时,其净收益将与non-IPBS相同.

3.2 IPBS在减少养殖环境损害方面具有明显优势

相比non-IPBS,IPBS每生产1t FPCM的温室气体排放、能源消耗、水消耗、土地占用分别减少6%、6%、5%、7%,如果青贮玉米自给率从当前32%提升到100%,则相应减少16%、16%、11%、14%.IPBS降低青贮玉米种植环节化肥施用、改善土壤质量、解决粪便污染等,以更小的环境代价创造更高的净收益,值得推广.