龚兰芳，韦纯勇

（重庆市黔江区畜牧兽医局，重庆 409000）

重庆生猪养殖数量在全国一直位居前列，而黔江区也是全国生猪调出大县之一。在全区范围内都有生猪养殖，生猪产业是黔江区的三大农业产业之一。但从总体上来说，生猪养殖水平仍然不高，而且存在比较严重的环境污染问题。目前，黔江区规模化生猪生产模式中各种具体环境影响系数和资源利用效率尚不清楚，不利于生猪养殖业清洁生产的推进和可持续发展。为了不受生产过程的束缚和避开不确定因素的影响，本文把生命周期评价（LCA）方法与情景分析法结合起来分析黔江区生猪生产中主要的污染物排放和资源消耗，为黔江区生猪养殖环境影响评估和养殖业主减排提供参考。

1 调查目标和范围的定义

1.1 调查的目标

采用LCA 方法和情景分析法相结合的方式对重庆市黔江区典型山地规模化生猪生产情景进行生命周期清单分析，揭示生猪生产系统中的资源利用效率和污染物排放量。

1.2 调查的范围

本调查分析了生猪生产的生命周期主要阶段的环境影响，包括原料生产、运输和生猪饲养过程。但没有包括猪的屠宰、加工及包装、运输过程。

1.2.1 生猪生产系统的情景描述和参数设定

以下设定的情景参数来源于抽样调查和咨询专家，还有部分数据是对未来可能情况的估计：

1）饲料来源：能量饲料主要为玉米为主的谷物，黔江本地购买20%，重庆市购买50%，从省外购买30%，蛋白饲料以购买浓缩饲料为主。饲养期160 d 左右，出栏平均重量为90 kg；

2）品种50% 为洋二杂猪，屠宰率70%；50%为洋三元，屠宰率72%，平均胴体重64 kg，全程料肉比3.2 ∶1；

3）粪便处理及利用：粪便进行发酵处理，污水进行沼气池处理，80%直接还田，20%贮存后利用，还田后渗漏污水COD 为300 mg/L。

1.2.2 边界限制

本调查没有包括养猪设备、机械和建筑方面，并按照环境管理生命周期评价目的与范围的确定和清单分析（ISO14041）中关于物质材料舍弃原则的规定，对小于总量5%或环境关联性小的材料进行了剔除[1]。

设定浓缩料中含豆粕70%、菜籽粕10%，其余成分的资源消耗数据尚不清楚，没有加以考虑，其中豆科植物生产中农资消耗为谷物生产的1/3。矿物质、消毒剂和各种小型设备设施均因缺少数据而没有包括。

1.3 功能单元

本研究中功能单元（FU）定义为“1 kg 猪胴体”。

1.4 物流、能流和排放分配

根据生命周期分析法（SETAC）提出的对等分配法[2]，全部按土地占用对等分配。在情景中本地购买谷物，运输距离假设为20 km，饲料原料生产的能量消耗和化肥、农药、地膜等使用量按《黔江统计年鉴—2009》计算黔江平均水平[3]；在重庆市内购买谷物，运输距离假设为100 km，饲料原料生产的能量消耗和化肥、农药、地膜等使用量按《重庆市统计年鉴—2009》计算重庆市平均水平[4]；外省购买玉米，运输距离平均按1000 km 计算，饲料原料生产的能量消耗和化肥、农药、地膜等使用量按《中国统计年鉴—2009》计算全国平均水平作为相关参数[5]。由于大豆中生产的油料没有在本研究的系统范围内，本文按粕和油比例及其经济价值进行分配。各种副产物和相应作物之间也按经济价值进行分配。

1.5 数据质量的说明

1）作物生产中的相关数据主要来自2009 年统计年鉴中给出的2008 年的生产数据。农资消耗量按相应的原料消耗量和各统计年鉴主要谷物单产量折算成相当的土地面积。

2）生猪饲养过程的污染排放参考近年的研究文献，结合调查中收集的数据进行校正。

2 清单分析

2.1 饲料原料生产过程

生猪饲养的原料消耗主要是饲料，而饲料以玉米为主，所以以玉米生产的资源消耗为对照进行计算。玉米生产主要是消耗土地、肥料（N、P、K）、农药、地膜。为了根据相当的谷物面积折算出各种原料的单位生产面积农资消耗量，本调查采用任继周、林慧龙提出的“农田当量”计算[6]。根据谷物每公顷产量，可折算出每头猪的土地占用。另外，在饲料加工和运输中分别消耗电能和石化能量，饲料加工量为288 kg/头，电力能源折算为标准煤为0.0536 kg标准煤/FU，运输的能源消耗按前面设定的分配方法计算柴油消耗并折算为标准煤，为0.0087 kg 标准煤/FU。饲养规模为100 头生猪计算其消耗量见表1。

2.2 生猪饲养过程

在该情景下的生猪饲养过程的污染排放清单中，主要分析粪便和尿液的产生量、养分含量和主要的温室气体产生量。对恶臭气体、噪声和病原体的环境污染，因目前缺少其对健康的影响潜势方面的量化数据，没有进行分析。

表1 该情景中饲养每头猪的饲料生产土地占用面积当量

表2 该情景中生产每FU 猪肉产品所需农资投入量

表3 该情景中每FU 猪肉不可更新能源消耗

表4 每头猪生命周期中粪便和尿液的产生量及养分含量

2.2.1 该情景下粪便和尿液的产生量及养分含量

情景中粪尿都采取了干稀分流，但冲洗水量相对较大，显著增加了尿污总量，调查数据见表4。

2.2.2 NH3的排放量估计

从世界许多国家生猪生产过程中的NH3的排放估算资料可以看出，估计方法主要有2 种，一种是直接测量挥发通量，另一种是采用质量平衡法估计。生猪饲养过程中，NH3的排放主要发生在猪舍和粪池。赵素芬[7]对集约化猪场猪舍和粪池的NH3排放量测定得到平均每头每天4.584 g。汪善锋[8]对规模猪场的育肥舍氨气浓度测定得出的NH3排放量平均为每头每天6.377 g。综合以上研究结果，生猪养殖过程中NH3排放量占总氮排泄量的15%左右，因此可推算出黔江区山地规模化生猪生产情景中NH3的释放量为：平均每头每天NH3排放量（g/d）：6.257；每功能单元NH3排放量（g/FU）：15.643。

2.2.3 N2O-N 的排放量估计

政府间气候变化专门委员会（IPCC，2000） 给 出 的 猪 粪 水贮存过程中N2O 的挥发释放因子为0.001 kg N2O-N/kg 粪水N（去掉以NH3形式挥发的N）。由于NH4-N 沉淀物引起的N2O 的间接释放有很大的不确定性，IPCC 建议为0.01 kg N2O-N/kgNH4-N 沉淀物。因此估算的N2O-N排放数据为：每头猪N2O-N 的释放总量（g）：15.243；每功能单元N2O-N的释放总量（g/FU）：0.238。

2.2.4 甲烷的释放量估计

根据IPCC（1997）的报告，由于肠道发酵而排放的甲烷量为1.5 kg/猪，其平均饲养天数为165 d（本调查养殖场平均饲养天数为160 d），推断出肠道甲烷释放量为（忽略饲料和品种差异变化）：22.727（g/FU）。

另外，根据IPCC（1997）的报告，粪便贮存过程中甲烷的释放量为：

（其中，VS 为动物排放的不稳定固形物，一般占粪便干物质的87%；BO表示甲烷产生潜势，对于猪，IPCC（1997）的推荐值是0.45 m3CH4/kgVS；MCF指的是甲烷转化因子，对于猪粪水，IPCC（1997）的推荐值是10%，而猪粪直接施用到土地中时，IPCC（2000）的推荐值是1%，可以得出：猪粪水中释放量（kg/头）：7.290；直接施用粪便的释放量（kg/头）：1.990；每功能单元释放量（kg/FU）：0.145。

2.2.5 动物生产中的能源消耗

根据调查，黔江山区规模化养殖场生猪生产中的电能消耗平均约为13.8 kwh/头。

3 影响评估

SETAC 和英国环保协会（EPA）都倾向于把影响评价定为“三步走”的模型：影响分类、特征化和量化。就是利用清单分析所获得的数据，进一步对生猪生产系统进行环境影响评价。本调查的清单分析采用功能单元为“1 kg 胴体”，特征化是指在同一种环境影响类型内对换算结果进行合并，以得到具有统一单位的量化指标--类型参数，它反映了生产系统对各种环境影响类型的影响潜势[9]。加权评估则是通过对各影响类型赋予不同的权重，以实现类型数据的环境影响归一化，从而可以对生产系统的环境影响进行比较。

3.1 资源消耗

根据清单分析结果，可得出该情景下的资源消耗和污染排放环境类型参数估计量。

3.1.1 水资源消耗

《中国统计年鉴—2009》表明我国人均水资源量为2071.1 m3，《黔江统计年鉴—2009》表明黔江人均水资源量为2035.1 m3。按《中国统计年鉴—2009》中2008 年的全国和重庆市有效灌溉面积和农业用水量数据计算饲料作物生产部分的用水量，动物生产部分的用水量分为猪的平均饮水量和冲洗水量2 部分，猪的平均饮水量参考《养猪大全》[10]计算。另外，在该情景中以污水形式还田的水量估计占总污水的20%。可以得出表5。

表5 生产每功能单元水资源消耗

3.1.2 不可更新能源消耗

每功能单元不可更新能源消耗的计算根据梁龙对华北平原冬小麦—夏玉米种植系统生命周期环境影响评价的计算方法（91.63 MJ/kg.N）得出氮肥生产的能耗[11]。其余农资根据李震钟《家畜生态学》中介绍的能量折算系数计算[12]。结果见表6。

3.1.3 土地占用

在该情景中土地占用面积主要考虑了大宗原料如玉米和豆粕生产的土地面积。动物生产中占用土地面积参数为：2 m2/头。其结果为：

每头饲料生产面积（m2/ 头）：701.36；每头占用土地面积（m2/头）：703.360。

每功能单元土地占用（m2/FU）：12.130。

如果按黔江区年出栏80 万头生猪计算，该情景生产生猪在土地资源消耗上和人多地少的区情是相适应的。

表6 该情景下不可更新能源消耗量 MJ/FU

3.2 温室气体排放

温室气体的排放主要是指CO2、CH4和N2O 气体向空气中释放量。在京都议定书（《联合国气候变化框架公约》）中要求发达国家到2010 年时温室气体（GHG）排放量要在1990 年的水平上降低6%。该生产过程的温室气体排放可以通过IPCC（1997）确定的当量系数转化为CO2当量（见表7），从而可实现数据特征化。

表7 温室气体数据特征化的当量系数

本文中作物生产中释放的温室气体量参考梁龙对华北平原冬小麦—夏玉米种植系统生命周期环境影响评价研究，生猪饲养中猪的CO2排放按赵书广主编《养猪大全》中每头猪平均CO2排放量计算，其余部分按清单分析结果计算：

CO2排放量：1.320kgCO2-eqv./FU；CH4排放量：2.5582 kgCO2-eqv./FU；

N2O 排放量：0.1189 kgCO2-eqv./FU；合计：3.9971 kgCO2-eqv./FU；

3.3 富营养化

各种富营养化物质的特征化因子见表8。[13]

表8 富营养化特征化因子

生猪生产过程的富营养化特征化效应为：

挥发到空气中的NOx：0.01973 kgO2-eqv./FU；挥发到空气中的NH3：0.47518 kgO2-eqv./FU；

进入水体的NO3-：0.60174 kgO2-eqv./FU；进入水体的PO43-：0.69966 kgO2-eqv./FU；

COD：0.02064 kgO2-eqv./FU；合计：1.81695 kgO2-eqv./FU；

3.4 酸化潜势

各种酸化效应物质的特征化因子（见表9）[14]。

表9 酸化效应特征化因子

生猪生产过程的酸化潜势效应为：

挥发到空气中的NOx：0.00233 kgSO2-eqv./FU；挥发到空气 中 的NH3：0.05653 kgSO2-eqv./FU；

挥发到空气中的SO2：0.00551 kgSO2-eqv./FU； 合 计：0.06437 kgSO2-eqv./FU；

根据以上分析，加权各项影响因素，结果见表10。

表10 生猪养殖生命周期加权环境影响潜势值

4 讨论

从调查结果可以得出，对于水资源消耗，饲料作物生产阶段的环境影响贡献最大，在97.5%以上，说明在生猪生产全生命周期中，饲料原料生产节水技术应用对于减少水资源消耗具有最为重要的意义。

对于土地资源的消耗，饲料作物生产阶段消耗的土地资源比例最大，主要与黔江人均耕地少、生猪养殖集约化程度较低有关，此外，饲料作物生产水平和生猪饲养中饲料报酬较低也间接造成土地占用的增加。

不可更新能源的消耗比例最高的仍然是饲料作物生产过程，占到生命周期能源消耗的82.7%，其中投入在氮肥生产的能源消耗一项占生命周期能源消耗的比例最为突出，达55.3%，其次是电力消耗占到了11.2%以上。说明生猪生产系统的能源利用效率的提高最为重要的环节是，饲料作物生产过程的无机氮肥的利用效率。要减少无机氮肥的使用量，一方面应当改进饲料作物生产技术水平，另一方面应当加大有机肥还田的比例，同时提高生猪饲养过程的饲料利用效率，最终实现能源的节约。

温室气体排放重点在废物处置、饲料作物生产、生猪饲养三个过程中，使用污水好氧处理，使甲烷气体转化为CO2，可以减轻温室效应，饲料作物生产过程的温室气体排放相对比例较小。

富营养化潜势在废物处置、饲料作物生产、生猪饲养三个过程中，影响主要产生于作物生产中施肥方法不当造成的养分渗滤流失、生猪饲养过程中废物处理和利用少而直接向水体排放，因此，废物处置阶段的粪尿有效管理和废物无害化、资源化利用的技术水平提高对减轻水体富营养化程度最为重要。

5 结论

本调查结果表明，在黔江区生猪生产中，环境问题优先序列为土地占用→富营养化潜势→酸化效应→水资源消耗→气候变暖→不可更新能源耗竭。对不同生产阶段的环境影响贡献的分析表明，在水资源消耗、土地占用和不可更新能源耗竭方面，饲料原料生产过程的环境影响贡献最大，而气候变暖、酸化和富营养化等方面则以废物处理和利用阶段的环境影响贡献最大。生猪生产过程的饲料转化率低是造成土地占用高和不可更新能源耗竭量大的间接原因。作物生产中施肥方法不当和使用量偏高是造成富营养化和石化能源耗竭指数偏大的主要原因。

6 意见和建议

解决生猪生产情景环境污问题的方法，首先是加大有机肥还田的比例，合理配方施肥和测土施肥，提高饲料作物生产技术水平，增加土地单产，降低每功能单元的氮肥投入和养分流失，减少饲料原料运输的能源消耗；其次是要通过品种改良、科学合理配制饲料、改善饲养管理方式和养猪环境，提高饲料利用效率，减少废物排放和营养物质损失；最后是要改进废物处理技术，并对处理产生的有机肥和甲烷加以充分利用。

以上分析说明，生猪生产过程的环境影响实际上与其生命周期各个阶段的生产效率和技术水平密切相关，采取循环经济模式并提高能源和原材料的利用效率，实现清洁生产，不仅可以降低生产成本，提高经济效益，更重要的是可以最大限度地减轻对环境产生的各种不利影响。从这个意义上来说，实施生猪养殖的清洁生产可以在保护环境的同时提高经济效益，因此能很好地协调经济发展和环境保护之间的矛盾，是未来猪肉生产的必然选择。

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