肉雞規(guī)模化養(yǎng)殖的生命周期評價

牛學銳 韓美

摘要 [目的]研究中國肉雞規(guī)?；B(yǎng)殖在生產過程中對環(huán)境的影響。[方法]通過生命周期評價（LCA）的方法，研究大型肉雞養(yǎng)殖場的化肥生產、作物種植、飼料加工、肉雞飼養(yǎng)等階段的環(huán)境影響。[結果]整個過程中，全球變暖的主要因子是CO2和N2O，主要貢獻是化肥生產與種植階段；環(huán)境酸化的主要因子是NH3和NOX，其中NH3主要來源于化肥生產與種植和糞便處理階段；水體富營養(yǎng)化的主要污染因子是NH3；全過程主要環(huán)境污染階段是化肥生產與種植、肉雞飼養(yǎng)、糞便處理，主要的環(huán)境影響類型是環(huán)境酸化（78.8%），其次是全球變暖（12.8%）；結果與SimaPro軟件相比，發(fā)現兩者之間的共同性。[結論]肉雞飼養(yǎng)階段和環(huán)境酸化可作為減輕環(huán)境影響的目標。

關鍵詞 肉雞規(guī)?；B(yǎng)殖；生命周期評價；環(huán)境影響分析；SimaPro軟件

中圖分類號 X83文獻標識碼 A文章編號 0517-6611（2018）31-0048-05

Abstract [Objective]The research aimed to study the environmental impact of Chinese broilers largescale breeding in the production process. [Method]LCA method was applied to analyze the environmental impact of largescale broiler farms in the stages of fertilizer production，crop cultivation，feed processing and broiler raising. [Result]The main factors of global warming were CO2 and N2O， the main contributions were fertilizer production and planting stage.The main factors of environmental acidification were NH3 and NOX， the main source of NH3 was fertilizer production and cultivation and manure treatment stage.The main pollution factor of water eutrophication was NH3. In the whole process， the main environmental pollution stages were fertilizer production and planting， broiler raising and excrement disposal. The main types of environmental impact were acidification （78.8%）， followed by global warming （12.8%）.The results were compared with those of SimaPro software finding intercommunity between two.[Conclusion]The broiler feeding stage and environmental acidification can be used as targets for reducing environmental impact.

Key words Broiler largescale breeding；Life cycle assessment；Environmental impact analysis；SimaPro software

中國畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，根據國家統(tǒng)計局1996—2015年的家禽出欄量統(tǒng)計數據分析，家禽數量迅速增長，增長幅度約100%[1]，近幾年中國肉雞產量的年變化正趨于平穩(wěn)，其波動取決于市場、人口穩(wěn)定緩慢增長等因素。2015年雞肉價格為2009年以來歷史最低，然而收益仍高達140億元[2]。通過對山東某養(yǎng)殖場調查，肉雞的飼養(yǎng)期糞便排泄量為5.5 kg，其中總磷含量為1.023%，總氮含量為0.413%[3]。按照2015年的專業(yè)雞肉出欄量90.44億只[2]計算，2015年肉雞糞便產量為4 974.2千萬t，總磷排放量為50.886萬t，總氮排放量為20.543萬t。不控制整個生產過程的污染，對大氣（溫室效應）、水（富營養(yǎng)化）、土壤（鹽漬化）污染嚴重。

農業(yè)生產的環(huán)境污染一直備受人們關注，有關農業(yè)的生命周期評價（LCA）于20世紀90年代開始在國外開展[4-6]，歐洲一些國家在同時期開展LCA在農業(yè)方面的研究，如Brentrup等[6]利用LCA方法分析小麥生產系統(tǒng)中氮肥施用對環(huán)境的影響；Hospido等[7]運用LCA研究西班牙奶牛生產的環(huán)境影響；Thomassen等[8]也運用LCA研究荷蘭奶牛場的環(huán)境影響；Van等[9]關于法國奶牛生產過程的LCA。國外研究為中國LCA在農業(yè)的應用提供方法經驗，如中國開展農業(yè)LCA研究的意義和應采取的對策[10]；牛奶生產的LCA[11]；玉米的LCA[12]；奶牛的LCA[13]；肉牛養(yǎng)殖的LCA[14]。有關肉雞規(guī)?；B(yǎng)殖的LCA相關研究僅有蛋雞養(yǎng)殖和肉雞屠宰場，肉雞與蛋雞在飼養(yǎng)周期及飼料配比上的區(qū)別，研究結果不適用于肉雞，而N.Pelletier[15]已經對美國肉雞供應鏈進行過生命周期評價，為美國家禽業(yè)可持續(xù)發(fā)展提出改善建議，美國的飼養(yǎng)方式、養(yǎng)殖規(guī)模等方面與中國存在差異，應按照中國肉雞規(guī)?；B(yǎng)殖的例子進行具體研究。

肉雞養(yǎng)殖中糞便等污染物不合理利用和處理，造成周邊的水、大氣、土壤的污染[16]。筆者通過對肉雞養(yǎng)殖過程的生命周期評價，發(fā)現肉雞養(yǎng)殖過程中溫室效應、富營養(yǎng)化、酸化的環(huán)境影響以及環(huán)境負荷，并闡明肉雞養(yǎng)殖階段的環(huán)境效應，將分析結果與Simapro軟件計算結果相比較，印證計算準確性，為我國畜禽養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展提供科學理論與技術支持。

1 資料與方法

1.1 系統(tǒng)邊界

以山東某肉雞養(yǎng)殖場為目標，對肉雞規(guī)?；B(yǎng)殖進行生命周期評價，首先確定系統(tǒng)邊界[17]（圖1）。有關肉雞生產的系統(tǒng)邊界包括作物種植（化肥生產、玉米和大豆的種植）、豆粕生產、飼料加工、飼料運輸、肉雞飼養(yǎng)和糞便處理在內的整個生產過程。肉雞生產的主要輸出產品為雞肉，功能單位為1 kg雞肉[18]。

1.2 生命周期評價數據清單

1.2.1 作物種植?；噬a過程的污染排放系數參考胡志遠等[19]的研究，僅計算生產過程中CO、NOX、SOX、CO2的排放。

玉米與大豆種植為并列階段，作物種植階段肉雞的飼料原料由玉米、豆粕、磷酸氫鈣、石粉等組成。根據實地考察，飼料原料僅考慮玉米和豆粕。作物種植階段主要包括玉米和大豆的種植階段。大豆、玉米的種植期間，主要的污染是化肥的釋放，其他污染農藥和地膜等的生產數據和污染物排放數據無法收集，僅考慮化肥使用的環(huán)境污染[19]，根據研究目標，此過程考慮CO、NOX、SOX、CO2的排放量。

研究中飼料產地為山東，玉米和大豆種植期間的化肥投入相關數據取自高強等[20]、王偉[21]的研究。玉米、大豆的年平均單產量來自《中國農業(yè)年鑒》[1]。玉米和大豆施肥過程中的污染排放量來自國外公開發(fā)表的文獻。經查閱，目前國內并沒有種植過程中磷肥和鉀肥的排放數據，只考慮施用氮肥對環(huán)境的影響。玉米種植期間，N2O、NOX、NO3排放量占氮肥總量的4.9%、5.3%、6.5%[22]。種植1 hm2的玉米NH3排放量是3.0kg[22]。大豆種植期間，N2O排放量占氮肥總量的1.25%，種植1 kg的大豆NH3排放量是2.9 g，種植1 hm2大豆NOX排放量是3.5 kg[23]。

1.2.2 豆粕生產。豆粕生產階段的豆粕作為大豆煉油過程中的輸出產品，生產豆油的過程中用煤燃燒加熱，大豆煉油過程中產生豆粕率80%[15]。根據董進寧等[24]的計算可知生產1 kg豆油消耗標煤0.0591 g，排放SO2 1.412 kg、CO2 176550 g、NOX 0.636 g。大豆在煉油過程中豆粕的環(huán)境負擔占過程總負擔的64%，豆油的環(huán)境負擔占過程總負擔的36%[15]，可推算1 kg豆粕生產過程中消耗標煤0.014 78 kg，污染物的排放量是0.627 6 g SO2、78.74 g CO2、0.283 g NOX（1 kg標準煤的熱值為29.27 MJ）[24]。

1.2.3 飼料加工。飼料加工階段主要消耗電能，實地調查平均每噸飼料消耗電能28.5（kW·h）/t。飼料加工過程中電能的污染物排放系數來自狄向華等[25]的研究，根據研究目標，此過程僅考慮CO、NOX、SOX、COX的排放量。

1.2.4 飼料運輸。整個生命周期的車輛運輸只包括飼料廠到養(yǎng)殖場的飼料運輸，實際調查中具體公里數無法統(tǒng)計。因1 kg雞肉中運輸階段所產生的環(huán)境影響很小，所以可采用調查養(yǎng)雞場經驗數據，運輸距離160 km，主要考慮CO2、CO、SO2、NOX的排放[26]。污染物排放計算公式：

1.2.5 肉雞飼養(yǎng)。肉雞飼養(yǎng)階段向環(huán)境釋放的污染物主要分為肉雞自身和其他能源消耗。根據實地調研，整合飼養(yǎng)階段數據得出：飼養(yǎng)周期為42 d；飼料為省內固定飼料廠購買，運輸距離為160 km；每只雞消耗飼料4.5 kg；體重2 kg，出肉率70%；玉米占總飼料量的58.6%，豆粕27.5%。計算得一只肉雞整個飼養(yǎng)周期，消耗玉米2.637 kg、豆粕1.238 kg，大豆煉油過程中產生豆粕率80%[15]，消耗大豆1.548 kg，生產1 kg雞肉消耗飼料3.21 kg（其中消耗玉米1.8 kg、大豆1.1 kg）。

飼養(yǎng)過程中的照明、取暖、添水等產生電費與煤費，每只雞的電力與燃煤費用分別為0.13、0.22元[27]，電價以0.64元/（kW·h），煤價以600元/t計算，推算出1 kg雞肉對玉米、大豆、電力、燃煤的消耗量分別為1.88 kg、1.10 kg、0.15 kW·h、0.26 kg。養(yǎng)雞生產過程中的煤電生產和燃燒的污染物排放系數來自胡志遠等[19]的研究。

根據Coufal等[28]的研究可知，1 000 kg肉雞在飼養(yǎng)過程中分別向空氣中排放1 kg N2O、11 kg NH3和1 kg CH4，計算得1 kg雞肉在飼養(yǎng)過程分別向空氣排放1.43 g N2O、15.70 g NH3、1.43 g CH4。

1.2.6 糞便處理?；谡g氣候變化專門委員會（IPCC）專家組的裁決，在雞糞便處理過程中的N2O直接排放量占總氮排放量的0.1%，從雞糞中揮發(fā)出的NH3和排放的NOX總量占總氮的40%，從雞糞中揮發(fā)出的NH3量占總氮的304%，則排放的NOX總量占總氮的9.6%[29]。飼養(yǎng)階段中糞便的日均產生量為0.1 kg/a，總氮含量1.023%[3]。糞便處理階段中，CH4的排放因子（平均氣溫為15～25 ℃）為每只肉雞生命周期內排放的糞便產生0.02 kg CH4。結合飼養(yǎng)階段數據可計算1 kg雞肉在糞便處理階段的污染排放。

1.3 環(huán)境影響計算

1.3.1 特征化。選擇特征化中3種類別的影響因子[30-31]，由各影響類型及其污染物的影響當量系數，結合清單分析結果，特征化數值計算公式：

1.3.2 標準化。標準化有2個目的：一是通過規(guī)定一組環(huán)境影響潛值標準人當量基準值，進而比較污染物對多種影響方式的貢獻大??；二是對于下一步的評價估算數據支撐。標準化計算公式：

1.3.3 加權。加權評估是將各影響類別經專家討論賦予不同的權重值與標準化數值計算。加權計算的公式：

2 結果與分析

根據清單分析結果，在整個生命周期中，溫室氣體、富營養(yǎng)化、酸化作為該研究的環(huán)境影響分析類型。

2.1 特征化

2.1.1 全球變暖影響潛值分析。按公式（2）計算各階段全球變暖影響潛值，結果發(fā)現（圖2），整個生命周期中，全球變暖影響潛值方面貢獻最大的是作物種植階段，數值為1 852.04 g（CO2）eq/kg，占總量的65.9%；第二的是肉雞飼養(yǎng)階段，數值為674.37 g（CO2）eq/kg，占總量的24%。影響全球變暖的主要污染因子是N2O和CO 分別占總溫室氣體的56%、41%。CO2來源于化肥生產與種植階段。N2O主要來源于作物種植，原因是作物種植中化肥生產會排放大量的溫室氣體；而肉雞飼養(yǎng)階段考慮到飼養(yǎng)過程中溫室氣體的排放，所以總量占比第二。

2.1.2 酸化影響潛值分析?；谇鍐畏治鼋Y果，按上述計算各階段的酸化影響潛值，結果發(fā)現（圖3），整個生命周期在酸化影響方面貢獻最大的是肉雞飼養(yǎng)，數值為29.72 g（SO2）eq/kg，占總量的40.0%；其次是作物種植，數值為23.54 g（SO2）eq/kg，占總量的31.7%；糞便處理的貢獻第三，數值為19.77 g（SO2）eq/kg，占總量的26.6%。環(huán)境酸化的主要影響因子是NH3和NOX，從清單分析NH3的主要來源是作物種植和糞便處理階段，NOX主要來源是種植過程中氮肥的施加以及糞便中含氮物質的揮發(fā)。

2.1.3 富營養(yǎng)化環(huán)境影響潛值分析。根據清單分析數據，計算各階段的富營養(yǎng)化環(huán)境影響潛值，結果發(fā)現（圖4），在富營養(yǎng)化方面，作物種植階段、肉雞飼養(yǎng)階段、糞便處理階段的影響較大，分別占總量的38.5%、36.5%、24.3%。富營養(yǎng)化的主要污染因子是NH3，清單分析中富營養(yǎng)化的主要來源是肉雞飼養(yǎng)與糞便處理。

2.2 標準化

經查閱文獻，采用的環(huán)境影響標準是人當量基準值[31]。根據2015年中國肉雞產業(yè)的檢測，中國專業(yè)性肉雞產量為1 255萬t[2]，與已計算的3種環(huán)境影響潛值的特征化數值和當量基準值帶入公式（3），可計算有關肉雞規(guī)模化生產的全生命周期影響潛值的標準化數值，結果見表1。

從表1可以看出，酸化對環(huán)境影響最大，為252.49×108；其次是全球變暖，為40.00×108。受肉雞養(yǎng)殖污染影響的地區(qū)，可從環(huán)境酸化方向入手改善當地環(huán)境。

有關肉雞規(guī)?；B(yǎng)殖各階段標準化數值比較結果基于清單分析計算得出，結果見表2。肉雞飼養(yǎng)、作物種植、糞便處理是對環(huán)境影響較大的前3個階段；在環(huán)境影響最嚴重的環(huán)境酸化中，也是肉雞飼養(yǎng)、作物種植、糞便處理占前三。

2.3 加權

經查閱文獻得到環(huán)境影響的權重值[28]。由肉雞各生產階段標準值（表2），計算各階段加權結果見表3。肉雞生命周期的環(huán)境影響總負荷（EI）為74.34×108，作物種植占38.8%，肉雞飼養(yǎng)占36.7%，糞便處理占21.7%。結合標準值分析肉雞飼養(yǎng)階段全球變暖和環(huán)境酸化的貢獻為913%；作物種植占各階段總影響的36.6%，結合標準化分析，該階段污染物的環(huán)境酸化和全球變暖貢獻為90.5%；飼料加工和運輸僅占各階段的1.6%。

2.4 SimaPro軟件計算結果比較

SimaPro軟件作為全球范圍內權威的生命周期評價軟件，具有計算的科學性[32]，以SimaPro軟件的計算結果為輔助，分析該研究的合理性。通過SimaPro軟件計算結果為：①特征化。全球變暖（1699 7 kg GWP）、環(huán)境酸化（0.034 2 kg AP）、水體富營養(yǎng)化（0.013 3 kg NP）。②標準化。全球變暖（0.000 185）、環(huán)境酸化（0.000 975）、水體富營養(yǎng)化（0.000 375）。

經計算，各類型影響潛值在3個方面均高于SimaPro軟件的計算結果。原因是此研究考慮到飼養(yǎng)階段氣體排放和糞便的污染物揮發(fā)，所以結果高于SimaPro軟件，但是2種計算結果存在共同性：全球變暖的影響潛值最高，其次是環(huán)境酸化，最后是水體富營養(yǎng)化。

SimaPro軟件對于數據的標準化分析的結果（圖5），環(huán)境酸化、水富營養(yǎng)化、全球變暖（溫室氣體）分別占總影響的64%、24%、12%，與表2的標準化結果相比較后發(fā)現，SimaPro軟件中環(huán)境酸化與全球變暖的影響占比低于該研究的計算，因為USLCI數據庫[27]在限定條件下沒有考慮肉雞飼養(yǎng)階段的氣體排放以及糞便的污染物揮發(fā)，且這2個方面的主要環(huán)境貢獻為環(huán)境酸化，所以在結果上全球變暖的占比升高，環(huán)境酸化的占比降低?？偟膩碚f，2個數據結果雖有不同，但科學可靠，該研究可作為科學理論數據用來指導政策和生產。

從各階段來看，作物種植、肉雞飼養(yǎng)、糞便處理不管是在特征化、標準化、加權計算都占比較高；主要的環(huán)境影響類型是環(huán)境酸化，其次是全球變暖。

3 小結與討論

基于生命周期評價對肉禽規(guī)?；B(yǎng)殖進行全球變暖、環(huán)境酸化、水體富營養(yǎng)化3方面環(huán)境影響分析，經過特征化、標準化、加權分析后看出，整個生命周期對環(huán)境貢獻從大到小依次為環(huán)境酸化、全球變暖、水體富營養(yǎng)化。從階段來看，作物種植在加權評估階段占比最高，肉雞飼養(yǎng)次之；肉雞飼養(yǎng)在標準化分析占比最高，作物種植階段次之，原因是該階段全球變暖貢獻占比高于肉雞飼養(yǎng)階段中的，所以加權評估后化肥生產與種植階段會高于肉雞飼養(yǎng)階段，但很明顯這2個階段最主要的環(huán)境貢獻都是環(huán)境酸化。

減輕肉雞規(guī)?；B(yǎng)殖的環(huán)境影響，在生產過程中最可行的方法是加強飼養(yǎng)階段的污染物排放控制；治理過程中，對受肉雞養(yǎng)殖污染的環(huán)境，治理角度從環(huán)境酸化入手效果明顯。

該研究不足之處是清單收集不夠完善，磷肥、鉀肥的污染排放缺少可靠數據無法計算；飼料中非主要原料的環(huán)境影響數據缺失，也因研究條件沒有計算在內；運輸距離采用調查過程中的經驗值，運輸環(huán)境影響相對很小，對研究結果的影響不大。我國農業(yè)生產方式與其他國家存在差異，現很多排放系數與統(tǒng)計數據使用國外的研究成果，研究成果受到影響，期望在原材料和能源為基礎，逐步向上建立數據清單。很多工藝與原材料投加量屬于商業(yè)機密，在研究過程中清單數據的獲取十分困難，數據清單的建立需要行業(yè)內專業(yè)人員或企業(yè)自身來完成。

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