方志聰，呼和濤力，袁汝玲，吳 丹，黃 鑫，于自溪，雷廷宙，陳 勇

(1.常州大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，江蘇 常州 213164；2.常州大學(xué)城鄉(xiāng)礦山研究院，江蘇 常州 213164；3.河南金冠電力工程有限公司，河南 南陽 474350；4.中國科學(xué)院廣州能源研究所，廣東 廣州 510651)

中國是養(yǎng)豬業(yè)大國，2020年全國生豬存欄量達(dá)到40 650萬頭[1]，約占世界存欄量的55.78%。按每頭豬占2 m2養(yǎng)殖土地[2]估算，我國現(xiàn)有生豬養(yǎng)殖占地面積達(dá)8.13萬hm2，同時(shí)每年排放的畜禽糞污量達(dá)48億t[3]。基于我國人多地少的國情，有效提高土地利用效率，減少農(nóng)業(yè)用地占用，同時(shí)，對大量養(yǎng)殖廢物糞污進(jìn)行集中處置并將其作為生物質(zhì)資源加以高效利用已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向[4]。規(guī)模化立體養(yǎng)殖模式可有效利用高層空間，充分挖掘土地潛力，提高單位土地面積養(yǎng)殖量[5]，且具有便于管理、疫病易于防控、節(jié)約資源等優(yōu)點(diǎn)[6]。北京市采用智能化養(yǎng)豬模式，建設(shè)“5S智慧豬場”來提升生物安全等級[7]，年出欄生豬12萬頭(平均占地面積為0.81 m2·頭-1)。河南省建立21棟6層樓房豬舍，打造“飼料-生豬-屠宰”一體化的全產(chǎn)業(yè)鏈，年生豬出欄量可達(dá)210萬頭[8]，平均占地為0.86 m2·頭-1。為適應(yīng)我國農(nóng)業(yè)用地面臨的新需求，2019年自然資源部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于設(shè)施農(nóng)業(yè)用地管理有關(guān)問題的通知》[9]，明確了養(yǎng)殖設(shè)施允許建設(shè)多層建筑，這為發(fā)展立體養(yǎng)殖模式提供了政策支持。

隨著集約化、立體化養(yǎng)殖模式的推廣，生豬養(yǎng)殖過程中所造成的環(huán)境影響逐漸成為關(guān)注的焦點(diǎn)[10]。目前，多采用生命周期評價(jià)(life cycle assessment，LCA)方法衡量生豬養(yǎng)殖潛在的環(huán)境影響，該方法是一種對產(chǎn)品、過程以及活動(dòng)的環(huán)境影響和能源消耗進(jìn)行評價(jià)的客觀過程[11]。在生豬養(yǎng)殖的環(huán)境影響評價(jià)研究中，酸化潛力(acidification potential，AP)、富營養(yǎng)化潛力(eutrophication potential，EP)和全球變暖潛力(global warming potential，GWP)是最常用的環(huán)境影響評價(jià)指標(biāo)。以往研究在識別生豬養(yǎng)殖全系統(tǒng)所引起的環(huán)境問題中，采取對比多種養(yǎng)殖模式的方法，如不同養(yǎng)殖規(guī)模的對比，以期尋找對環(huán)境影響最小的養(yǎng)殖系統(tǒng)[12-16]。如BAVA等[16]在意大利北部的 6 個(gè)集約化養(yǎng)豬場進(jìn)行從搖籃到農(nóng)場的生命周期評估。結(jié)果表明，規(guī)模最大、效率最高的農(nóng)場(每頭母豬的活重)每公斤活重的影響潛力遠(yuǎn)低于效率較低的農(nóng)場產(chǎn)生的影響潛力。另有研究主要針對生豬養(yǎng)殖過程中飼料生產(chǎn)、生豬養(yǎng)殖、糞污處理等工序進(jìn)行生命周期評價(jià)，分析得出高環(huán)境影響潛力的階段，并對此機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化提升以降低其環(huán)境影響[17-19]。如惠曉紅等[19]利用 Eco-indicator99 生態(tài)指數(shù)法環(huán)境影響評價(jià)指標(biāo)體系對湖北省集約化生豬養(yǎng)殖系統(tǒng)的環(huán)境影響進(jìn)行評估。結(jié)果表明，重要環(huán)節(jié)對環(huán)境影響的大小依次為飼料消耗、仔豬生產(chǎn)、日常管理和糞污管理。上述研究主要集中于傳統(tǒng)的平層規(guī)?；B(yǎng)殖，對規(guī)?；Ⅲw養(yǎng)殖的環(huán)境影響評價(jià)尚鮮見報(bào)道。然而，龐大的養(yǎng)殖規(guī)模以及大量糞污集中處理問題勢必會制約規(guī)?；Ⅲw養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展。為此，筆者以典型規(guī)?；Ⅲw生豬養(yǎng)殖系統(tǒng)為研究對象，采用生命周期評價(jià)方法量化分析各子系統(tǒng)的能源消耗及環(huán)境排放，評估綜合系統(tǒng)的環(huán)境影響潛力，并將其與傳統(tǒng)的平層養(yǎng)殖方式進(jìn)行比較，分析其優(yōu)勢并提出完善及優(yōu)化方案，為立體化養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 目標(biāo)與范圍

以某地規(guī)?；Ⅲw養(yǎng)殖場為研究對象，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研、文獻(xiàn)查閱、專家咨詢等方式確定系統(tǒng)邊界(圖1)。

圖1 規(guī)?；Ⅲw生豬養(yǎng)殖系統(tǒng)邊界

該立體養(yǎng)殖場總占地面積為180 hm2，年產(chǎn)飼料量為72萬t，年生豬出欄數(shù)可達(dá)210萬頭，日產(chǎn)污量為3 628 m3。飼料生產(chǎn)子系統(tǒng)考慮了化肥生產(chǎn)、作物種植及飼料加工等工序。生豬養(yǎng)殖與管理子系統(tǒng)考慮了樓房豬舍區(qū)域及生活管理區(qū)。樓房豬舍參考現(xiàn)場調(diào)研的實(shí)際情況，每棟共6層(每棟占地約1 hm2)，其中，5～6層為母豬舍，4層為保育舍，1～3層為育肥舍，每棟樓房豬舍配備36名員工進(jìn)行生豬養(yǎng)殖日常管理。糞污處置與資源化利用子系統(tǒng)考慮了收集、固液分離、儲存、厭氧發(fā)酵、好氧堆肥等處理及資源化工序。綜合系統(tǒng)的全生命周期分析以飼養(yǎng)1頭平均飼養(yǎng)周期為180 d(其中，0～24 d為哺乳仔豬期，>24～71 d為保育期，>71～180 d為育肥期)、均重約為100 kg的出欄豬作為功能單元(functional unit，F(xiàn)U)。綜合系統(tǒng)的輸入端包括用于生產(chǎn)加工所消耗的水電及燃料，燃料主要考慮柴油消耗。輸出端包括各子系統(tǒng)排放的環(huán)境污染物，生豬養(yǎng)殖與管理子系統(tǒng)的出欄生豬，糞污處置與資源化過程中有機(jī)肥和電能等資源化產(chǎn)品，以及排出的沼液還田水和中水。由于所獲取數(shù)據(jù)資料的缺乏，園區(qū)設(shè)施建設(shè)、加工設(shè)備及運(yùn)輸工具的制造、飼料運(yùn)輸過程中的能耗、農(nóng)作物所使用的農(nóng)藥及飼料添加劑的制備等所造成的環(huán)境影響暫不考慮。

1.2 環(huán)境排放與能耗系數(shù)

根據(jù)文獻(xiàn)資料和調(diào)研數(shù)據(jù)，列出規(guī)?；Ⅲw生豬養(yǎng)殖綜合系統(tǒng)中涉及飼料生產(chǎn)、生豬養(yǎng)殖與管理以及糞污處置與資源化利用等各子系統(tǒng)的環(huán)境排放系數(shù)(表1[20-33])和能源消耗系數(shù)(表2[20-21，25，27，31-33])。

表1 環(huán)境排放系數(shù)[20-33]

1.3 清單分析

通過對立體養(yǎng)殖現(xiàn)場調(diào)研及專家咨詢，結(jié)合環(huán)境排放系數(shù)和能源消耗系數(shù)，分別從飼料生產(chǎn)子系統(tǒng)、生豬養(yǎng)殖與管理子系統(tǒng)、糞污處置與資源化利用子系統(tǒng)3個(gè)方面對規(guī)模化立體養(yǎng)殖進(jìn)行清單分析。具體環(huán)境排放及能源消耗計(jì)算公式如下：

環(huán)境排放計(jì)算公式為

EPi=Pi×Ei。

(1)

式(1)中，EPi為第i個(gè)子系統(tǒng)的功能單元污染物排放量，kg；P為產(chǎn)品或所需處理產(chǎn)物數(shù)量(如飼料生產(chǎn)中的功能單元飼料需求量、糞污處置中的糞污產(chǎn)生量等)，kg；E為環(huán)境排放系數(shù)；i為子系統(tǒng)類型。

能源消耗計(jì)算公式為

CEi=Pi×Fi。

(2)

式(2)中，CEi為第i個(gè)子系統(tǒng)的功能單元能源消耗量，MJ；P為產(chǎn)品或所需處理產(chǎn)物數(shù)量(如飼料生產(chǎn)中的功能單元飼料需求量、糞污處置中的糞污產(chǎn)生量等)，kg；F為能源消耗系數(shù)；i為子系統(tǒng)類型。

1.3.1飼料生產(chǎn)子系統(tǒng)

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，該立體養(yǎng)殖場每頭出欄豬消耗276.01 kg飼料，所用飼料原料為玉米(質(zhì)量占比為66%)、豆粕(25%)及麥麩(5%)。參照2020年《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》[34]，計(jì)算出玉米、大豆和小麥的單位面積產(chǎn)量分別為6 316.71、1 924.97和5 630.31 kg·hm-2，結(jié)合飼料配方、功能單元飼料用量、豆粕折算成大豆的系數(shù)1.19[35]和麥麩折算成小麥的系數(shù)6.67[36]，折算出功能單元的玉米、大豆和小麥用量，分別為182.17、82.11和92.05 kg，作物土地占用面積為878.43 m2。按照《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編2019》[37]計(jì)算出功能單元的各化肥(折純)用量，氮肥、磷肥和鉀肥分別為6.48、0.40和0.38 kg。

同時(shí)，化肥生產(chǎn)消耗能源主要是電能，參考表2及文獻(xiàn)[38-41]計(jì)算得到耗電量為7.05 kW·h·FU-1。根據(jù)表1中化肥生產(chǎn)環(huán)境排放系數(shù)，可得出1 FU在化肥生產(chǎn)過程中的CO2、NOx、NH3和SOx排放量分別為37.91、0.09、0.37和0.01 kg。

表2 能源消耗系數(shù)[20-21,25,27,31-33]

作物種植中主要的能源消耗集中于灌溉階段的電力消耗及耕作階段的柴油消耗，而飼料加工主要是將飼料原料進(jìn)行粉碎、混合、膨化和制粒。參照表1～2，作物種植中功能單元耗電量為19.75 kW·h[20]，柴油消耗量為4.94 L，CO2、NOx、CH4和SOx排放量分別為33.13、0.15、0.05和0.24 kg；飼料加工中功能單元耗電量為8.14 kW·h，CO2、NOx、CH4和SOx排放量分別為8.13、0.05、0.02和0.08 kg。

1.3.2生豬養(yǎng)殖與管理子系統(tǒng)

根據(jù)調(diào)研結(jié)果，該立體養(yǎng)殖園區(qū)每棟豬舍年耗電量為500萬kW·h，折算到功能單元的耗電量為45.45 kW·h。糞污采用干清糞工藝，1個(gè)飼養(yǎng)期只沖圈1次，平均每頭出欄豬的飲水量和沖洗量為1.50 m3。在土地占用方面，功能單元的土地占用面積為0.18 m2。依據(jù)文獻(xiàn)[3]提供的排污系數(shù)，計(jì)算出功能單元的尿液量為525.51 kg，糞便量為318.49 kg，污水產(chǎn)生量為0.63 m3，在養(yǎng)殖過程中豬舍的有害氣體主要為豬群呼吸所產(chǎn)生的CO2、腸道發(fā)酵排放的CH4、舍內(nèi)糞尿揮發(fā)的NH3和N2O。同時(shí)，園區(qū)引進(jìn)了高效空氣過濾系統(tǒng)，在豬舍進(jìn)風(fēng)口設(shè)置三級空氣過濾系統(tǒng)，前端過濾防疫病，后端過濾除臭、分解大分子物質(zhì)，降低空氣中顆粒物濃度，可使CO2、CH4和NH3濃度降低23%、33%和64%[42]。參照表1中生豬養(yǎng)殖與管理子系統(tǒng)的環(huán)境排放因子，功能單元的CO2、CH4、NH3和N2O排放量分別為193.59、0.50、0.31和0.04 kg。

1.3.3糞污處置與資源化利用子系統(tǒng)

由生豬養(yǎng)殖與管理子系統(tǒng)中輸入的糞污經(jīng)固液分離后，液糞進(jìn)行厭氧發(fā)酵，所產(chǎn)沼氣用于發(fā)電，按沼氣發(fā)電系數(shù)2.3 kW·h·m-3[43]計(jì)算，功能單元發(fā)電量為11.95 kW·h。對固糞、沼渣及剩余污泥進(jìn)行好氧堆肥，制成的有機(jī)肥可替代化肥使用，功能單元有機(jī)肥產(chǎn)量為79.62 kg。在沼液處理方面，該養(yǎng)殖場70%的沼液經(jīng)處理后用于還田，剩余的30%沼液經(jīng)深度處理技術(shù)制成中水并回用于生豬養(yǎng)殖與管理子系統(tǒng)中的洗消用水，其功能單元沼液還田量為0.81 m3，中水量為0.35 m3。根據(jù)表1～2中環(huán)境排放及能耗系數(shù)可得，功能單元耗電量為17.33 kW·h，CO2、CH4、NH3、N2O 和H2S排放量分別為144.84、4.71、2.35、0.08和7.07×10-4kg。

1.3.4立體養(yǎng)殖綜合系統(tǒng)清單分析

根據(jù)以上3個(gè)子系統(tǒng)的清單分析內(nèi)容，列出整個(gè)立體養(yǎng)殖綜合系統(tǒng)從飼料生產(chǎn)到糞污處置與資源化利用各功能單元物料、資源、能源等方面的輸入及輸出匯總表(表3)。

表3 功能單元清單分析

1.4 影響評價(jià)

選取的環(huán)境影響類型為不可更新能源消耗(non-renewable energy consumption，NREC)、全球變暖潛力、酸化潛力和富營養(yǎng)化潛力，采用特征化、歸一化及加權(quán)方法對4種環(huán)境影響類型進(jìn)行評價(jià)，得出環(huán)境影響指數(shù)。

1.4.1特征化

各環(huán)境影響類型的當(dāng)量系數(shù)見表4[44-45]，當(dāng)量系數(shù)計(jì)算公式為

表4 環(huán)境影響當(dāng)量系數(shù)[44-45]

Cj=xz×Xj。

(3)

式(3)中，C為特征化結(jié)果；x為功能單元污染物排放量，kg；X為當(dāng)量系數(shù)；j為環(huán)境影響類型；z為歸屬于同一環(huán)境影響類型的不同物質(zhì)。

1.4.2歸一化與加權(quán)

為了更加方便地橫向和縱向比較和分析每個(gè)子系統(tǒng)的環(huán)境影響貢獻(xiàn)，通過歸一化與加權(quán)的方法，使各系統(tǒng)的特征化結(jié)果成為無量綱的環(huán)境影響指數(shù)。

歸一化計(jì)算公式為

Nj=Cj/Sj。

(4)

加權(quán)計(jì)算公式為

R=Nj×w。

(5)

式(4)～(5)中，N為歸一化結(jié)果；C為特征化結(jié)果；S為基準(zhǔn)值；R為環(huán)境影響指數(shù)；j為環(huán)境影響類型；w為權(quán)重系數(shù)。

采用 STRANDDORF等[46]發(fā)布的世界人均環(huán)境影響潛力作為環(huán)境影響基準(zhǔn)值，權(quán)重系數(shù)參考王明新等[47]采用專家調(diào)查法所得結(jié)論，環(huán)境影響潛力與權(quán)重因子數(shù)值見表5。

表5 世界人均環(huán)境影響潛力與權(quán)重因子

2 結(jié)果與討論

2.1 環(huán)境影響潛力

通過當(dāng)量系數(shù)法計(jì)算得到各子系統(tǒng)的環(huán)境影響潛力(表6)，可以看出飼料生產(chǎn)子系統(tǒng)的不可更新能源消耗量最大，為1 177.70 MJ，占整個(gè)系統(tǒng)的83.89%。生豬養(yǎng)殖與管理子系統(tǒng)中酸化潛力(以SO2計(jì))及富營養(yǎng)化潛力(以PO4計(jì))最低，分別為0.58和0.11 kg，僅占整個(gè)系統(tǒng)的9.31%和10.09%。而糞污處置與資源化利用子系統(tǒng)是導(dǎo)致酸化及富營養(yǎng)化的關(guān)鍵階段，其酸化及富營養(yǎng)化潛力分別為4.42和0.82 kg，分別占整個(gè)系統(tǒng)的70.95%和75.23%。

表6 各系統(tǒng)環(huán)境影響潛力

2.2 環(huán)境影響貢獻(xiàn)分析

利用表6的特征化結(jié)果通過式(4)～(5)計(jì)算出各系統(tǒng)的環(huán)境影響指數(shù)(表7)，將其繪制成4種環(huán)境影響類型的各系統(tǒng)占比圖(圖2)，并對4種環(huán)境影響類型進(jìn)行分析。

表7 各系統(tǒng)環(huán)境影響指數(shù)

NREC為不可更新能源消耗，GWP為全球變暖潛力，AP為酸化潛力，EP為富營養(yǎng)化潛力。替代電力指沼氣發(fā)電避免了電力生產(chǎn)的污染物排放；替代化肥指該系統(tǒng)產(chǎn)生的有機(jī)肥替代化肥，避免了化肥生產(chǎn)造成的環(huán)境排放(以氮肥計(jì)算減排量)。

2.2.1全球變暖

該規(guī)模化立體養(yǎng)殖綜合系統(tǒng)中，全球變暖潛力主要貢獻(xiàn)來源于CO2(58.41%)和CH4(36.58%)的排放。生豬養(yǎng)殖與管理子系統(tǒng)及糞污處置與資源化利用子系統(tǒng)的全球變暖潛力較大，分別占總?cè)蜃兣瘽摿Φ?2.95%和44.98%(圖2)。通過清單分析發(fā)現(xiàn)，上述結(jié)果的原因在于該養(yǎng)殖園區(qū)利用大量智能機(jī)器人代替人工投入到生豬養(yǎng)殖全過程，電力的大量消耗導(dǎo)致CO2排放量增加；另外，糞污儲存過程中CO2和N2O的揮發(fā)，以及沼氣發(fā)電時(shí)排放的CO2及少量CH4逸出(由于厭氧發(fā)酵罐為全封閉式，逸出的少量CH4不予考慮)，這些都是導(dǎo)致全球變暖的主要影響因素。在減少溫室氣體排放應(yīng)對全球變暖方面，規(guī)?；Ⅲw養(yǎng)殖的生豬養(yǎng)殖與管理子系統(tǒng)引進(jìn)了新風(fēng)系統(tǒng)，使得豬群由于呼吸所產(chǎn)生的CO2及腸道發(fā)酵產(chǎn)生的CH4排放量降低23%和33%。有研究表明沼氣替代傳統(tǒng)能源可減少CO2排放[48]，有機(jī)肥全部替代化肥后，農(nóng)田變?yōu)榈湫偷奶紟?，可顯著減少溫室氣體排放量[49]。筆者研究中，功能單元沼氣產(chǎn)量為5.19 m3，折合標(biāo)準(zhǔn)煤(ce)3.71 kg，按照替代煤炭計(jì)算(1 t ce排放CO22.74 t)，可減排10.17 kg CO2。功能單元有機(jī)肥產(chǎn)量為79.62 kg，按照同等化肥效力[21]計(jì)算，可避免8.65 kg化肥(以氮肥計(jì))生產(chǎn)，從而可減排化肥生產(chǎn)中50.05 kg CO2。因此，有效利用沼氣和有機(jī)肥的碳減排效益，能更好地減少規(guī)模化立體養(yǎng)殖溫室氣體的排放。

2.2.2酸化及富營養(yǎng)化

在4種環(huán)境影響類型中酸化潛力貢獻(xiàn)最大，富營養(yǎng)化潛力貢獻(xiàn)最小(表7)。其中，糞污處置與資源化利用子系統(tǒng)對酸化與富營養(yǎng)化的貢獻(xiàn)最大，該子系統(tǒng)酸化潛力占總酸化潛力的58.59%，富營養(yǎng)化潛力占總富營養(yǎng)化潛力的63.78%(圖2)。這主要是因?yàn)榧S污儲存過程中排放大量NH3，這是影響酸化及富營養(yǎng)化的主要污染物。糞污儲存過程中NH3對酸化及富營養(yǎng)化的貢獻(xiàn)約占整個(gè)糞污處置與資源化利用子系統(tǒng)的50%；其次是固糞好氧發(fā)酵堆肥過程中NH3的排放，其對酸化及富營養(yǎng)化的貢獻(xiàn)約占整個(gè)糞污處置與資源化利用子系統(tǒng)的23%。其他研究[50-51]也表明，液體和固體糞污儲存環(huán)節(jié)所揮發(fā)的NH3是影響酸化及富營養(yǎng)化的關(guān)鍵因素。

針對糞污處置與資源化利用子系統(tǒng)的酸化和富營養(yǎng)化潛力過高的情況，可采取以下減緩措施：(1)飼料采用低粗蛋白配方，從飲食源頭上限制氮的攝入，可使排泄物中氮含量降低17.0%[52]，從而減少該子系統(tǒng)與氮相關(guān)的氣體排放量。(2)在糞污儲存環(huán)節(jié)在糞污表面覆蓋一層稻草，可使糞污氨氮排放量降低7.3%[53]。(3)在固糞好氧堆肥中，使用堆肥添加劑可有效減少42%的NH3和32%的N2O排放量[52]，并可提高堆肥的營養(yǎng)價(jià)值。

2.2.3能源消耗

3個(gè)子系統(tǒng)中飼料生產(chǎn)子系統(tǒng)的能源消耗最大，占總能源消耗的79.58%(圖2)，其原因在于我國可用耕地平均農(nóng)資投入較多，尤其是化肥的過度施用導(dǎo)致其生產(chǎn)及使用過程中能源消耗量增加。生豬養(yǎng)殖與管理子系統(tǒng)主要是電力消耗，占總能源消耗的11.05%(圖2)，這是因?yàn)樵摿Ⅲw養(yǎng)殖園區(qū)配備了大量智能機(jī)器人和智能管道輸送裝置，在減少人力資源的同時(shí)也增加了電力消耗。通過對比文獻(xiàn)[18-19]可知，立體養(yǎng)殖綜合系統(tǒng)折算到功能單元的耗電量約為傳統(tǒng)規(guī)模養(yǎng)殖的2倍。就糞污處置與資源化利用子系統(tǒng)而言，結(jié)合年出欄量計(jì)算，沼氣發(fā)電量達(dá)2 509.50萬kW·h，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研得知該立體養(yǎng)殖園區(qū)年耗電量約為1.3億kW·h，因此，沼氣發(fā)電對園區(qū)用電的自給率為19.30%。

另外，沼液的深度處理會帶來能耗增高的問題，這也間接影響綜合養(yǎng)殖系統(tǒng)環(huán)境影響指數(shù)的增大。通過設(shè)置100%沼液還田、100%沼液深度處理、30%沼液還田+70%沼液深度處理以及筆者研究所涉及園區(qū)的70%沼液還田+30%沼液深度處理4種情景對比環(huán)境影響指數(shù)，結(jié)果見表8。沼液還田及深度處理參照GB 18596—2001《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和文獻(xiàn)[54]，按每處理1 m3污水耗電量為0.6 kW·h進(jìn)行計(jì)算，沼液經(jīng)處理后全部用于還田的環(huán)境影響最小，其次是筆者研究所涉及園區(qū)采用的處理方式，其他比例的處理方式環(huán)境影響指數(shù)均較高。這主要是因?yàn)檎右涸谏疃忍幚磉^程中能耗過高以及排放溫室氣體(以CH4和N2O為主)導(dǎo)致環(huán)境影響指數(shù)偏高。筆者研究涉及的規(guī)?；Ⅲw養(yǎng)殖場的沼液集中處理面臨較大壓力，如果100%還田又將受到周邊土地消納能力的影響，因此，該園區(qū)所采用的比例較為合適，既抑制了環(huán)境指數(shù)的增大，又使中水得到回用。

表8 不同沼液處理模式的環(huán)境影響指數(shù)

2.3 綜合效益評價(jià)與對比

為分析規(guī)模化立體生豬養(yǎng)殖系統(tǒng)的綜合效益，主要從生豬養(yǎng)殖與管理子系統(tǒng)功能單元的能源消耗、環(huán)境排放、土地占用和人工成本等方面進(jìn)行比較分析(表9[2,6,19,55])。

表9 立體養(yǎng)殖與傳統(tǒng)養(yǎng)殖相關(guān)指標(biāo)比較[2,6,19,55]

由于傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式的飼料生產(chǎn)和糞污處置與資源化利用方面可參考數(shù)據(jù)相對缺乏，暫不做考慮。通過比較得出，除能源消耗外立體養(yǎng)殖系統(tǒng)其他指標(biāo)均優(yōu)于傳統(tǒng)養(yǎng)殖系統(tǒng)。立體養(yǎng)殖的功能單元能耗量比傳統(tǒng)養(yǎng)殖高68.38%，這主要是因?yàn)榱Ⅲw養(yǎng)殖系統(tǒng)投入了大量智能化系統(tǒng)進(jìn)行智能飼喂、轉(zhuǎn)運(yùn)及清糞來代替人工生產(chǎn)，從而達(dá)到降低人力成本的目的。就每萬頭生豬管理人員數(shù)量而言，立體養(yǎng)殖比傳統(tǒng)養(yǎng)殖減少72%，這也是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢。在環(huán)境影響方面，立體養(yǎng)殖系統(tǒng)的全球變暖潛力、酸化及富營養(yǎng)化潛力比傳統(tǒng)養(yǎng)殖分別降低30.30%、40.82%和38.89%，這得益于規(guī)?；Ⅲw養(yǎng)殖綜合系統(tǒng)配備的高效空氣過濾系統(tǒng)，降低了豬舍的有害氣體濃度。因此，對于傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式而言，可通過引進(jìn)智能化的新風(fēng)系統(tǒng)對養(yǎng)殖階段的污染物排放量進(jìn)行有效控制，降低由于豬群呼吸和腸道發(fā)酵，以及糞污揮發(fā)產(chǎn)生的有害氣體濃度；也可通過運(yùn)用智能化設(shè)備對生豬養(yǎng)殖進(jìn)行日常管理，從而避免人力資源的浪費(fèi)。另外，立體養(yǎng)殖最大的優(yōu)勢在于土地資源的高度集約化利用，每頭生豬的土地占用面積僅為0.18 m2，比傳統(tǒng)養(yǎng)殖節(jié)約91%，這些節(jié)省的土地未來可用作耕地、林地及草地等，能夠間接產(chǎn)生較大的碳減排效益。

3 結(jié)論

通過上述評價(jià)分析，得到以下結(jié)論：

(1)環(huán)境影響指數(shù)大小依次為糞污處置與資源化利用子系統(tǒng)(2.36×10-2)、飼料生產(chǎn)子系統(tǒng)(9.48×10-3)、生豬養(yǎng)殖與管理子系統(tǒng)(5.99×10-3)，規(guī)?；Ⅲw養(yǎng)殖系統(tǒng)的綜合環(huán)境影響指數(shù)為3.91×10-2。

(2)在飼料生產(chǎn)子系統(tǒng)中酸化潛力占該子系統(tǒng)環(huán)境影響潛力的51.90%，這是由于我國大量施用化肥、超過作物生長所需導(dǎo)致的。因此，增加糞污的肥料化利用率，以有機(jī)肥替代化肥來減少化肥生產(chǎn)對酸化潛力的影響。

(3)在生豬養(yǎng)殖與管理子系統(tǒng)中由溫室氣體排放導(dǎo)致的全球變暖潛力最大，占該子系統(tǒng)環(huán)境影響潛力的50.25%。但相比于傳統(tǒng)養(yǎng)殖，立體養(yǎng)殖的溫室氣體排放降低30.30%，由此看出，發(fā)展立體化養(yǎng)殖對減緩全球變暖有著重要貢獻(xiàn)。同時(shí)，推行立體化、智能化的生豬養(yǎng)殖模式可節(jié)約91%的養(yǎng)殖用地和72%的人力資源。

(4)在糞污處置與資源化利用子系統(tǒng)中酸化在4種環(huán)境影響類型中占主導(dǎo)地位，占比為75%，這主要來自糞污處理過程中大量NH3揮發(fā)所致。因此，可從減少NH3排放著手，通過合理調(diào)配生豬飲食、優(yōu)化糞污儲存設(shè)備和縮短貯存周期等手段降低該子系統(tǒng)的環(huán)境影響指數(shù)。同時(shí)，通過對所設(shè)置的4種沼液處理情景進(jìn)行分析得出，該園區(qū)所采用的70%沼液還田+30%沼液深度處理方式既節(jié)省了能源消耗，又抑制了環(huán)境影響指數(shù)的增加，達(dá)到了較好的沼液處理與資源化利用效果。