基于生命周期理论的规模化养猪场碳足迹与水足迹研究

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畜禽养殖业在我国农业生产中占有举足轻重的地位,但其带来的污染重、水耗高也是不容置疑的。表征畜禽养殖污染和耗水的指标大多为污染物排放源强和新鲜水重复利用率,近年来也逐渐引入碳足迹和水足迹进行评估。由于生猪养殖在畜禽养殖中占有相当大的比重,因此利用碳足迹和水足迹,评估规模化养猪场的碳排放强度和耗水强度,对规范畜禽养殖场节水、减排、节能,促进畜禽养殖健康发展具有重要的现实指导意义。然而目前少有针对我国规模化生猪养殖实际进行碳足迹与水足迹的研究,未形成与我国具体情况相适应的规模化养猪场碳足迹和水足迹核算方法学,特别是直接从生产者收集数据。本研究以规模化养猪场为研究对象,按照碳足迹与水足迹评估框架,以生命周期理论为基础,结合我国生猪养殖实际情况,构建了规模化养猪场碳足迹与水足迹核算方法,并利用该方法选取重庆市不同规模、不同繁殖方式以及不同粪污处理方式的典型养猪场进行实证研究,探讨了生猪养殖过程碳足迹与水足迹的影响因素,从而为核算评估中国畜禽养殖业碳足迹和水足迹,制定节能、节水和减排政策,降低碳排放强度及减轻水资源压力提供重要参考和技术支持。主要研究结果如下:(1)以生命周期理论为基础,以规模化养猪场“饲料种植”到“粪肥还田”为研究系统,从饲料供应(种植加工)、生产资料运输、生猪饲养(生猪肠道发酵和养殖场能源消耗)、粪便管理(粪污处理、粪肥还田)等环节,建立了规模化养猪场碳足迹与水足迹核算方法体系,结合我国生猪养殖实际情况率定了相关核算参数。在此基础上,根据养殖规模(大型、中型、小型)、繁殖方式(自繁自育和生猪育肥)、粪污处理方式(厌氧沼气池、堆肥和铺厚垫),采用分层随机抽样的方法,筛选了重庆地区9家典型规模化养猪场,进行了实地调研。(2)典型规模化养猪场碳足迹结果表明,养殖规模对碳足迹有较大影响,表现为小型养猪场(3.73 kgCO2-eq/kg)>大型养猪场(2.79 kgCO2-eq/kg)>中型养猪场(2.90 kgCO2-eq/kg);粪污处理方式也对碳足迹有较大影响,表现为采用堆肥技术猪场(3.42 kgCO2-eq/kg)>采用厌氧沼气池猪场(2.81 kgCO2-eq/kg);而繁殖方式对碳足迹影响较小。(3)典型规模化养猪场水足迹结果表明,养殖规模对同样对水足迹有较大影响,表现为小型养猪场(3.04 m3/kg)>大型养猪场(2.48 m3/kg)>中型养猪场(2.33m3/kg);粪污处理方式对水足迹也有影响,表现为采用堆肥技术猪场(2.71 m3/kg)>采用厌氧沼气池猪场(2.50 m3/kg);而繁殖方式对水足迹影响同样较小。(4)计算不同环节、不同温室气体的碳足迹贡献率发现,饲料种植加工环节是碳足迹最主要的贡献源,各规模化养猪场均超过40%,并随养殖规模的扩大其碳足迹贡献率呈递增趋势,大型养猪场则超过60%;而养猪场能源消耗碳足迹贡献率则相反,随养殖规模的扩大而减小,其贡献率约减小8%左右;粪污处理、粪肥还田环节碳足迹贡献率变化主要是由于粪污处理方式与粪便处理系统建设的差异。在小型养猪场中CO2是其碳足迹的主要贡献源,平均贡献率为56.1%,而在大型与中型养猪场中,N2O对养猪场碳足迹的贡献率较大,其对大型、中型养猪场平均贡献率分别为51.2%和43.9%。(5)对水足迹而言,粪便管理灰水消耗是水足迹最主要的贡献源,均超过70%,并且随着生猪养殖规模的扩大呈递减趋势,贡献率约减小了5%左右;养殖场饲养环节水足迹同样随养殖规模的扩大而减小,而饲料种植环节消耗水足迹贡献率则随着生猪养殖规模的扩大而增加。灰水足迹对养猪场水足迹贡献率高于蓝水足迹,并且各养猪场灰水足迹的贡献率均超过70%,小型养猪场灰水足迹贡献率接近80%。(6)通过分析规模化养猪场各环节碳足迹与水足迹敏感性可知,饲料种植加工环节的变化对碳足迹影响最为显著,敏感度|G|在0.2310.339之间,其次是养殖场能源消耗环节,|G|在0.1060.292之间,随着生猪养殖规模的扩大,碳足迹对饲料种植加工环节、粪肥还田的敏感度逐渐减小,而能源消耗敏感度则相反。粪便管理灰水足迹的变化对水足迹影响最为显著,|G|均超过0.72,其次是饲料种植加工环节,|G|在0.1560.288之间,随着生猪养殖规模的扩大,水足迹对饲料种植加工消耗环节的敏感度逐渐增大,而生猪饲养环节与粪便管理环节的敏感度则相反。同时分析不同因素敏感度发现,碳足迹与水足迹对生猪的饲养周期与出场体重敏感度均较大,并且以小型养猪场敏感性最为显著。
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