卜楚潔 秦軍 王燦

摘 要：豬糞管理對農(nóng)業(yè)溫室氣體排放有重要影響，其中，規(guī)模效應(yīng)和技術(shù)進步是其減緩溫室氣體排放的重要途徑。本文以湖北省為例，量化識別了影響豬糞管理規(guī)模化程度的主要因素，并預(yù)測了2025年湖北省豬糞管理規(guī)?；潭取Ｌ接懥讼冗M管理技術(shù)對糞便管理溫室氣體排放因子的影響，重點研究了豬糞能源化及肥料化等管理技術(shù)的發(fā)展趨勢和前景。在此基礎(chǔ)上，本文設(shè)置了三種情景分析未來豬糞管理規(guī)模效應(yīng)與技術(shù)進步帶來的減排潛力。結(jié)果顯示，2025年經(jīng)過生豬養(yǎng)殖規(guī)模擴張的湖北省豬糞管理規(guī)模效應(yīng)的預(yù)計可實現(xiàn)約17萬噸的溫室氣體減排，豬糞能源化及肥料化的技術(shù)進步預(yù)計可實現(xiàn)約893萬噸的溫室氣體減排。若能實現(xiàn)豬糞管理規(guī)模擴張與技術(shù)進步的協(xié)同作用，則使用先進技術(shù)規(guī)模戶的增加可以產(chǎn)生更多減排潛力，相較于規(guī)模擴張與技術(shù)進步減排量的簡單疊加值，協(xié)同作用下溫室氣體排放量可增加11%。

關(guān)鍵詞：豬糞管理; 規(guī)模效應(yīng); 技術(shù)進步; 協(xié)同效應(yīng); 溫室氣體減排

中圖分類號：X32

文獻標(biāo)識碼： A

畜禽糞便管理會產(chǎn)生大量的溫室氣體并導(dǎo)致一系列嚴(yán)重的環(huán)境問題。目前中國養(yǎng)殖著全球近一半的生豬[1]，豬糞管理產(chǎn)生的CH4 和N2O分別占到全國畜禽糞便管理產(chǎn)生CH4 和N2O的76%和32%[2]，因此豬糞管理的溫室氣體減排成為當(dāng)前重要問題。

豬糞管理方式主要包括堆肥、沼氣池、散施等。有研究表明，將全國落后的豬糞管理方式全部進行改進后將產(chǎn)生巨大的溫室氣體減排效益，因此技術(shù)進步成為當(dāng)前豬糞管理溫室氣體減排的重要手段[2]。文獻調(diào)研結(jié)果顯示[3，4]，不同養(yǎng)殖規(guī)模的養(yǎng)殖戶傾向于選擇不同糞便管理方式，傳統(tǒng)農(nóng)戶散養(yǎng)模式中豬糞基本作為有機肥還田，而規(guī)模戶大多使用沼氣工程管理豬糞。由于不同規(guī)模養(yǎng)殖戶豬糞管理方式有明顯區(qū)別，而不同豬糞管理方式帶來的溫室氣體排放差異顯著，因此生豬規(guī)模化程度會直接影響豬糞管理規(guī)模效應(yīng)進而影響溫室氣體排放。很多學(xué)者通過構(gòu)建模型，識別出一系列影響生豬養(yǎng)殖規(guī)?；潭鹊囊蛩亍Ｑ芯空呃蒙i規(guī)模養(yǎng)殖指數(shù)和計量模型[5]、Logistic模型[6]和基于DEA的Manquist指數(shù)[7]等方法分析影響生豬規(guī)模化因素。結(jié)果顯示資源稟賦狀況、經(jīng)濟發(fā)展水平、散戶個體特征、人口增長、技術(shù)進步等因素對生豬規(guī)模化均有不同程度的影響。然而目前對豬糞管理規(guī)?；厔莸念A(yù)測，以及分析規(guī)模效應(yīng)和技術(shù)進步帶來的溫室氣體減排的研究尚不多見。

本文選取湖北省的豬糞管理數(shù)據(jù)進行分析。湖北省是中國重要的生豬養(yǎng)殖基地，根據(jù)相關(guān)政策要求，該地區(qū)需要加快生豬糞便綜合利用進程，盡快推進生豬養(yǎng)殖的轉(zhuǎn)型升級，因此分析湖北省規(guī)模效應(yīng)和技術(shù)進步對豬糞管理減排效應(yīng)的影響十分重要。在規(guī)模效應(yīng)方面，本文根據(jù)文獻調(diào)研結(jié)果選取城市化率、農(nóng)村居民高中文化占比、生豬出欄比和環(huán)境規(guī)制系數(shù)，并結(jié)合湖北省規(guī)模化豬糞管理系數(shù)在全國的具體情況，選用了相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行實證分析，預(yù)測了湖北省在2025年豬糞管理規(guī)?；潭取Ｔ诩夹g(shù)進步方面，本文在現(xiàn)有豬糞管理排放因子的基礎(chǔ)上，將豬糞在豬舍內(nèi)收集過程、運輸過程、還田過程和避免過程產(chǎn)生的溫室氣體排放納入考慮，核算了更完善的豬糞管理排放因子。最后，本文通過情景分析來研究豬糞管理的規(guī)模效應(yīng)和技術(shù)進步對溫室氣體的影響，以期為湖北省相關(guān)政府部門制定生豬養(yǎng)殖糞便污染治理政策提供理論支持。

1 研究方法及數(shù)據(jù)來源

1.1 規(guī)模化豬糞管理預(yù)測模型

由于人口增長與經(jīng)濟社會發(fā)展對豬糞管理規(guī)模有不可忽視的作用，因此本文選取城市化率（a）作為解釋變量，城市化率代表當(dāng)?shù)厝丝谠鲩L與經(jīng)濟社會發(fā)展指標(biāo)。農(nóng)戶個人基本特征會影響生豬養(yǎng)殖規(guī)模進而影響規(guī)模化豬糞管理，其中擁有較高文化水平的養(yǎng)殖戶更愿意進行規(guī)?；i養(yǎng)殖提高財富收益[8]，因此本文選取農(nóng)村勞動力高中文化占比（b）代表當(dāng)?shù)鼐用駛€體特征。穩(wěn)定的省域生豬產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)對擴大生豬養(yǎng)殖規(guī)模有一定的優(yōu)勢，通常生豬出欄比高的地區(qū)具有較成熟飼養(yǎng)體系，本文選取生豬出欄量占比（c）代表當(dāng)?shù)厣i市場及產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)[9]。環(huán)境規(guī)制是影響豬糞管理規(guī)模擴大的重要原因，因此本文選取環(huán)境規(guī)制系數(shù)（d）代表當(dāng)?shù)丨h(huán)境規(guī)制強度，環(huán)境規(guī)制系數(shù)參考周建軍等[10]研究方法，計算公式為：

1.3 情景設(shè)定

豬糞管理的規(guī)模效應(yīng)以及技術(shù)進步均能降低溫室氣體排放，據(jù)此本文設(shè)定如下四種情景研究規(guī)模效應(yīng)與技術(shù)進步對溫室氣體的減排潛力：不考慮豬糞規(guī)模效應(yīng)和養(yǎng)殖戶豬糞技術(shù)進步的情景Ⅰ，僅考慮豬糞管理規(guī)模效應(yīng)情景Ⅱ，僅考慮養(yǎng)殖戶豬糞管理技術(shù)進步情景Ⅲ，以及綜合考慮豬糞管理規(guī)模效應(yīng)和養(yǎng)殖戶豬糞管理技術(shù)進步情景Ⅳ，未來上述四種情景的組合如表1所示。

1.4 數(shù)據(jù)來源

不同規(guī)模養(yǎng)殖場戶數(shù)及生豬出欄能力數(shù)據(jù)主要來自于《中國畜牧獸醫(yī)年鑒》，地區(qū)生產(chǎn)總值、城市化率數(shù)據(jù)來自《中國統(tǒng)計年鑒》，農(nóng)村居民高中及以上文化程度勞動力占比數(shù)據(jù)來源于《中國農(nóng)村住戶調(diào)查年鑒》和《湖北農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》。所有數(shù)據(jù)結(jié)果由統(tǒng)計軟件Stata15.0分析而成。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 規(guī)模效應(yīng)對豬糞管理的影響分析

由規(guī)模化豬糞管理系數(shù)預(yù)測模型估計結(jié)果可知，社會發(fā)展方面，城市化率（lna）與生豬養(yǎng)殖規(guī)?；禂?shù)正相關(guān)，其每升高10%會導(dǎo)致養(yǎng)殖規(guī)模擴大3.89%;省域環(huán)境規(guī)制強度方面，環(huán)境規(guī)制系數(shù)（lnd）與生豬養(yǎng)殖規(guī)?；禂?shù)正相關(guān)，其每升高10%會導(dǎo)致養(yǎng)殖規(guī)模擴大0.23%;生豬出欄占比（lnc）和農(nóng)村勞動力高中文化占比（lnb）均與生豬養(yǎng)殖規(guī)?；禂?shù)無明顯相關(guān)性。

本文使用實證分析結(jié)果構(gòu)建模型，預(yù)測了湖北省2006～2016年規(guī)模化豬糞管理系數(shù)并與實際值進行比對分析，結(jié)果如圖1所示，除2015年以外，擬合值與實際值的相對誤差基本隨著時間的增長逐漸減少。由于實證分析預(yù)測值與實際的歷史數(shù)據(jù)擬合程度較好，因此本文采用該計量模型預(yù)測2017～2025年湖北省生豬養(yǎng)殖規(guī)?；禂?shù)。

2017～2025年湖北省城市化率采用李善同等[11]設(shè)計的研究方法進行預(yù)測，環(huán)境規(guī)制系數(shù)采用ZHANGl研究結(jié)果[12]進行計算，2017～2025年農(nóng)村勞動力高中文化占比則根據(jù)湖北省歷史數(shù)據(jù)趨勢進行預(yù)測。本文2017～2025的生豬出欄量占比以湖北省2016年生豬實際出欄量為基礎(chǔ)，運用孫振等[13]預(yù)測的全國生豬出欄量進行計算。通過（3）式得出2017～2025年湖北省規(guī)?；i糞管理系數(shù)預(yù)測值后，可計算出湖北省每年不同規(guī)模養(yǎng)殖戶的生豬出欄量，結(jié)果如圖2所示。

規(guī)模效應(yīng)預(yù)測結(jié)果顯示，到2025年湖北省規(guī)?；i糞管理系數(shù)預(yù)計達到0.06左右，此系數(shù)在2016年全國規(guī)?；i糞管理系數(shù)中可排名第17位，這表明到2025年湖北省豬糞管理規(guī)?；M程依然具有較大的增長潛力。假設(shè)湖北省規(guī)模效應(yīng)排名每年往前推進一位，則湖北省2017～2025年規(guī)模化豬糞管理系數(shù)可由全國排名第17位推進到第9位，推進規(guī)?；?017～2025年湖北省不同規(guī)模養(yǎng)殖戶生豬出欄量變化如圖2所示。

2.2 技術(shù)進步對豬糞管理的影響分析

2.2.1 常規(guī)豬糞管理現(xiàn)狀及其排放因子核算

2016年湖北省不同規(guī)模豬糞管理方式選用楊璐等[4]調(diào)研結(jié)果，根據(jù)IPCC（2006年）中糞便管理甲烷與氧化亞氮排放因子計算方法，分別計算散戶豬糞管理與規(guī)模戶豬糞管理的甲烷及氧化亞氮排放因子，并與《低碳發(fā)展及省級溫室氣體清單編制》[14]的中南地區(qū)豬糞管理甲烷與氧化亞氮排放因子推薦值進行比較。比較結(jié)果顯示兩種方法核算出的排放因子差別不大。鑒于使用IPCC方法可以將2016年湖北省豬糞管理實際情況納入考慮，因此本研究采用IPCC方法對其溫室氣體排放量進行估算。結(jié)果顯示，在不考慮豬舍內(nèi)處理、運輸、及避免過程的情況下，湖北省2016年豬糞管理產(chǎn)生的溫室氣體排放量在11 776.2萬噸，如表2所示。

2.2.2 HTE過程的豬糞管理現(xiàn)狀及其排放因子核算

本文在IPCC核算方法基礎(chǔ)上，將豬舍內(nèi)糞便收集過程、運輸過程、避免無機肥（硝酸銨）使用過程及避免能源（熱能和電能）生產(chǎn)過程納入核算，將這一系列過程簡稱為“HTE”過程（House￣to￣Energy）納入溫室氣體排放因子的核算。豬舍內(nèi)處理過程分為固液分離和深坑儲存，其中，采用堆肥及固體儲存的養(yǎng)殖戶豬舍內(nèi)處理過程為固液分離，其余養(yǎng)殖戶豬舍內(nèi)處理過程為深坑儲存。本文假設(shè)運輸路線為3 km，還田避免的無機肥量采用無機肥同效當(dāng)量（MFE）進行核算，固態(tài)糞便、沼渣沼液和堆肥的無機肥同效當(dāng)量分別為65%、75%和45%。能源生產(chǎn)過程產(chǎn)生的環(huán)境效益參考YUAN等[15]研究結(jié)果。本文以1噸豬糞經(jīng)傳統(tǒng)堆放還田產(chǎn)生無機肥環(huán)境效益作為其他豬糞管理方式產(chǎn)生無機肥環(huán)境效益的參考，完善其他過程后的2016年湖北省溫室氣體排放因子結(jié)果如表4所示。將HTE過程納入核算后，湖北省2016年豬糞管理產(chǎn)生的溫室氣體排放量為2 517.25萬噸，與不考慮其他過程的豬糞管理溫室氣體排放量相比其排放量增加了1 341.05萬噸。

2.2.3 技術(shù)進步前后的豬糞管理及其排放因子核算

隨著規(guī)模戶生豬出欄量在未來逐漸提升，豬糞綜合利用的比例也逐步提高。根據(jù)《發(fā)展規(guī)劃》的相關(guān)要求，本文假設(shè)豬糞管理技術(shù)進步前，未來散戶和規(guī)模戶豬糞綜合利用比例在2016年基礎(chǔ)上分別以每年5%和1%的速度增加，預(yù)計到2023年所有散戶和規(guī)模戶都將實現(xiàn)100%豬糞綜合利用。

根據(jù)《發(fā)展規(guī)劃》的分類，處于中南地區(qū)的湖北省屬于約束生豬養(yǎng)殖發(fā)展的地區(qū)及南方水網(wǎng)地區(qū)，該地具有耕地面積小、環(huán)境負荷高、生豬養(yǎng)殖規(guī)?；潭雀?、區(qū)域經(jīng)濟發(fā)達等特點?！缎笄菁S污資源化利用行動方案（2017～2020年）》對湖北省豬糞管理中的技術(shù)進步提出了更高的要求，本文針對技術(shù)進步后的規(guī)模戶設(shè)計了“糞便能源化利用”和“污水肥料化利用” 相結(jié)合的豬糞綜合處理模式。該綜合模式對生豬規(guī)模養(yǎng)殖場糞便集中收集后，通過固液分離、沼氣工程、有機肥還田和熱電聯(lián)產(chǎn)過程對豬糞進行管理。如圖3所示，養(yǎng)殖戶首先將豬舍內(nèi)的糞便收集并固液分離，其中固體糞便采用室外儲存，液態(tài)糞便流入?yún)捬醢l(fā)酵池進行反應(yīng)并產(chǎn)生沼氣、沼渣和沼液。通過熱電聯(lián)產(chǎn)，沼氣產(chǎn)生的熱能和電能供生豬養(yǎng)殖場日常使用，沼渣和沼液經(jīng)過好氧發(fā)酵后連同固態(tài)糞便可作為有機肥再次還田利用，本文在YUAN等[15]相關(guān)處理模式研究的基礎(chǔ)上核算其排放因子，并假設(shè)該技術(shù)以每年10%的速度在規(guī)模戶中增長。

結(jié)果顯示，規(guī)模戶豬糞管理技術(shù)進步后，考慮其他過程的豬糞管理溫室氣體排放因子可由原來437.6（CO2-eqkg/頭·年）降至122.9（CO2-eqkg/頭·年）。其中N2O排放因子技術(shù)進步后明顯上升，主要是由于固態(tài)糞便堆放及大規(guī)模還田導(dǎo)致的，規(guī)模戶豬糞管理CH4排放因子在技術(shù)進步后有明顯下降，這是由于技術(shù)進步后的糞便管理方式均采用固液分離的方法收集豬舍內(nèi)糞便，而固液分離方式相較于目前大規(guī)模應(yīng)用的深坑儲存方式能顯著降低豬舍內(nèi)CH4排放。此外，避免過程（沼氣產(chǎn)生的熱能和電能以及沼渣沼液的無機肥同效當(dāng)量）對于豬糞管理排放因子核算有顯著影響。在不考慮避免過程的情況下，規(guī)模戶技術(shù)進步后豬糞管理CH4排放因子為42.4（CO2-eqkg/頭·年），N2O排放因子為117.5（CO2-eqkg/頭·年）。而充分考慮避免過程情況下，規(guī)模戶技術(shù)進步后豬糞管理CH4排放因子無顯著變化，但是沼渣沼液的還田避免了一部分無機肥的使用，因此N2O排放因子降為46.3（CO2-eqkg/頭·年）。

2.3 規(guī)模效應(yīng)、技術(shù)進步及其協(xié)同效應(yīng)減排潛力情景分析

在上述核算了常規(guī)豬糞管理以及ETH過程豬糞管理產(chǎn)生的溫室氣體排放基礎(chǔ)上，本文選擇ETH豬糞管理方式產(chǎn)生溫室氣體的結(jié)果，分析2017～2025年間不同情景下湖北省豬糞管理產(chǎn)生的溫室氣體排放量，結(jié)果如圖4～6所示。

在情景Ⅰ下，未來湖北省生豬糞便管理產(chǎn)生的溫室氣體將從2016年2517.25萬噸CO2-eq減少到2020年1822.78萬噸CO2-eq，并繼續(xù)減少到2025年

1 589.91萬噸CO2-eq。相比于情景Ⅰ，2020和2025年在情景Ⅱ中溫室氣體排放分別減少了3.59%和1.04%，未來散戶生豬出欄量逐漸遞減，是溫室氣體排放減少的主要原因，在不改變豬糞管理技術(shù)的前提下，規(guī)模效應(yīng)對減少溫室氣體排放有正向作用。相比于情景Ⅰ情景，2020年和2025年的情景Ⅲ情景中溫室氣體排放分別減少了23.28%和56.19%，規(guī)模戶豬糞管理改進后減排CH4是溫室氣體排放減少的主要原因，技術(shù)進步對溫室氣體排放的減少有正向作用。相比于情景Ⅰ情景，2020年和2025年的情景Ⅳ情景中溫室氣體排放分別減少了29.94%和63.79%，規(guī)模戶出欄量的增加以及其豬糞管理的改進，共同促進了溫室氣體的減排。很顯然，規(guī)模效應(yīng)與技術(shù)進步的協(xié)同效應(yīng)要優(yōu)于單獨推行一種政策。

不同溫室氣體減排潛力的構(gòu)成存在差異。情景Ⅰ情景下，基年到2025年CH4占據(jù)了絕大部分溫室氣體排放，但其中散戶的CH4排放在CH4總排放的占比從36.33降到了30.33%，這是由于規(guī)模戶CH4排放因子較小，而規(guī)模效應(yīng)逐漸增大導(dǎo)致的。情景Ⅱ情景下的規(guī)模效應(yīng)增加得更加明顯， 2025年情景Ⅱ情景下散戶CH4排放量在CH4總排放的占比降到了11.02%。在情景Ⅲ情景下，通過規(guī)模戶豬糞管理的技術(shù)進步，特別是對豬舍內(nèi)糞便處理的改進，使2025年規(guī)模戶CH4排放量降到了基年的10.81%。技術(shù)進步后的豬糞管理在室外儲存及還田過程在中產(chǎn)生了較多的N2O，導(dǎo)致2025年情景Ⅲ下規(guī)模戶N2O排放量是基年N2O排放量絕對值的6.31倍，但由于規(guī)模戶CH4排放量占其基年溫室氣體排放量遠大于N2O，因此情景Ⅲ情景下溫室氣體減排效應(yīng)明顯。相比于情景Ⅱ和情景Ⅲ，情景Ⅳ的豬糞管理在規(guī)模效應(yīng)和技術(shù)進步的協(xié)同作用下，規(guī)模戶豬糞管理的減排效應(yīng)明顯增大，最終得到了良好的溫室氣體減排效果。

3 結(jié)論

豬糞管理的溫室氣體減排是畜牧業(yè)溫室氣體減排的重要組成部分，其中豬糞規(guī)模效應(yīng)和豬糞管理技術(shù)會產(chǎn)生極大的影響，本文通過研究發(fā)現(xiàn)：

（1）城市化率和環(huán)境規(guī)制系數(shù)的提升對規(guī)模效應(yīng)有正向作用，隨著湖北省城市化的推進和環(huán)境規(guī)制的提升，2017～2025年豬糞管理規(guī)?；潭阮A(yù)計會繼續(xù)擴大。

（2）豬舍內(nèi)處理過程產(chǎn)生的溫室氣體排放量會極大地影響豬糞管理排放因子，所以這部分溫室氣體排放量在核算豬糞管理產(chǎn)生的溫室氣體時不能忽略。避免過程通過避免使用無機肥和避免生產(chǎn)熱能電能達到溫室氣體減排的目的，減排效果明顯。以規(guī)模戶技術(shù)進步后的豬糞綜合處理模式為例，避免過程的溫室氣體減排量在其溫室氣體排放總量中占比高達30%，因此在溫室氣體排放核算中必須考慮避免過程對溫室氣體的影響。

（3）湖北省2025年規(guī)模效應(yīng)預(yù)計能實現(xiàn)約1.04%的溫室氣體減排，技術(shù)進步在2025年預(yù)計能實現(xiàn)56.19%的溫室氣體減排，規(guī)模效應(yīng)和技術(shù)進步疊后加在2025年預(yù)計能實現(xiàn)約63.79%的溫室氣體協(xié)同減排。結(jié)果表明，豬糞管理技術(shù)進步的減排效果高于規(guī)模效應(yīng)，未來應(yīng)重點改進養(yǎng)殖戶的糞便管理技術(shù)，特別是在豬舍糞便收集階段，應(yīng)大規(guī)模普及固液分離系統(tǒng)。

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（責(zé)任編輯：于慧梅）