基于結構分解技術的內蒙古自治區規模化畜禽養殖業減排機制研究

韋大明 劉雅玲 陳 巖

(環境保護部環境規劃院，北京 100012)

近年來，內蒙古自治區畜禽養殖業發展迅速，在保障城鄉畜禽產品供應、促進農民增收及活躍農村經濟方面發揮了重要作用。2009年，全區畜牧業產值就已突破720億元，并連續5年畜禽養殖數量穩定在1億頭(只)以上。隨著畜禽養殖業不斷發展，其廢棄物產生量大、污染負荷高、治污工作開展滯后等特點逐步凸顯。根據全國環境統計監測數據顯示，2011年內蒙古自治區畜禽養殖業的COD、氨氮排放量分別達到64.64萬、0.92萬t，分別占全區總排放量的70%和17%，占農業源總排放量的99%和73%。同時，“十二五”期間，國家首次將農業源納入總量控制范疇，覆蓋面廣、排放量大的畜禽養殖業成為農業源減排的主要切入點，控制的畜禽種類為生豬、奶牛、肉牛、蛋雞、肉雞。由于畜禽養殖業總量減排具有領域新、起步晚、基礎薄等特點，為避免內蒙古自治區在開展減排工作過程中盲目上項目，致使區域減排目標、減排措施不合理的現象發生。決策者應明確影響區域畜禽養殖業污染物排放的內在驅動機制，做到有的放矢。

結構分解技術(SDA)是一種研究環境問題的重要方法，它是以投入產出對比表為基礎的靜態分析方法。通過該方法，可以對研究目標的變化(同一地區不同時間)或差異(同一時間不同地區)進行因素分解，計算各影響因素變化或差異對研究目標變化的貢獻[1-2]。De bruyn分解、Laspeyres分解、Divisia指數分解模型均有應用[3-4]。近年來，周靜等[5]、成艾華[6]、李長嘉等[7]通過SDA對工業污染減排特征及影響因素進行了分析，明確了規模效應、結構效應和技術效應對工業污染物排放的貢獻。本研究將以“十二五”以來內蒙古自治區規模化畜禽養殖業減排成果為依據，結合內蒙古自治區畜禽養殖業經濟增長情況，采用SDA構建內蒙古自治區規模化畜禽養殖業減排機制分析模型，從規模效應、結構效應、技術效應入手[8-9]，分析各種調控機制對畜禽養殖業減排的影響，為明確內蒙古自治區“十三五”畜禽養殖業減排的重點和方向提供借鑒。

1 方法與數據

通過分層次的分解方法對規模化畜禽養殖污染物排放進行完全分解。其中，第1個層次將污染排放量分解為規模化畜禽養殖量和宏觀排放強度；第2個層次將宏觀排放強度分解為規模化畜禽養殖種類構成和各類規模化畜禽養殖排放強度；第3個層次將各類規模化畜禽養殖排放強度進一步分解為污染物產生強度和污染物排放率。模型分解為各種效應時會產生余量，即表征多種因素同時變化對污染物排放的交叉影響的量，為把這些交叉影響合理表達為獨立因素的影響，需進一步把這些交叉影響分配到各個單一的影響因素中去。目前，廣泛用來處理余量的方法包括固定權重方法、適應權重方法、平均分配余量方法等，本研究采用平均分配余量方法，簡單處理即采用1/2的權重。

1.1 結構分解模型

t年規模化畜禽養殖污染物排放量(Et，t)為：

Et=Vt×It

(1)

式中：Vt為t年規模化畜禽養殖量(以生豬計)，頭；It為t年單位規模化畜禽養殖量(以生豬計)污染物排放量，t/頭。

可將t年規模化畜禽養殖污染物排放變化總效應(G)分解為與規模化畜禽養殖量變化率和單位規模化畜禽養殖量污染物排放量變化率有關的因子，具體如下：

(2)

式中：E0為基準年規模化畜禽養殖污染物排放量，t；V0為基準年規模化畜禽養殖量(以生豬計)，頭；I0為基準年單位規模化畜禽養殖量(以生豬計)污染物排放量，t/頭；ΔEt為Et相對于E0的變化量，t；ΔVt為Vt相對于V0的變化量，頭；ΔIt為It相對于I0的變化量，t/頭；gVt為相對基準年的t年規模化畜禽養殖量變化率，即gVt=ΔVt/V0；gIt為相對基準年的t年單位規模化畜禽養殖量污染物排放量變化率，即gIt=ΔIt/I0。

根據平均分配余量方法，可將G分解為規模效應(Gsca)和宏觀技術效應：

(3)

不同養殖種類的單位規模化養殖量污染物排放量不同，各類規模化畜禽養殖量在總規模化養殖量(以生豬計)中的比例也不相同，因此要進一步將式(3)中的宏觀技術效應分解為結構效應(Gstr)和技術效應(Gint)。

設i為規模化畜禽種類序號；Eit為t年i種規模化畜禽的污染物排放量，t；Vit為t年i種規模化畜禽養殖量(以生豬計)，頭；Sit為t年i種規模化畜禽的養殖量占比，即Sit=Vit/Vt；Iit為t年單位i種規模化畜禽養殖量(以生豬計)污染物排放量，t/頭，即Iit=Eit/Vit；gSit為相對基準年的t年i種規模化畜禽養殖量變化率；gIit為相對基準年的t年單位i種規模化畜禽養殖量污染物排放量變化率；Ei0為基準年i種規模化畜禽養殖污染物排放量，t；ei0為基準年i種規模化畜禽的污染物排放量占比，即ei0=Ei0/E0。則式(1)可以轉換為：

(4)

依據式(4)，gIt可以表示為：

(5)

則：

(6)

據平均分配余量方法，分離得到Gstr和Gint：

(7)

(8)

1.2 數據來源說明與數據處理

模型測算數據來源于2010—2013年環境統計數據。為模型計算，對規模化畜禽養殖量做歸一化處理，將5類規模化畜禽養殖量統一折算成以生豬為單位當量的養殖量。根據《農村小型畜禽養殖污染防治項目建設與投資指南》規定：20只蛋雞、35只肉雞、1頭奶牛、1頭肉牛分別折算成1、1、10、7頭豬當量。

2 結果分析

2.1 總效應分析

從圖1可以看出，除西藏自治區、港澳臺地區外，2011—2013年我國其他省份規模化畜禽養殖業COD和氨氮減排總效應為正值的省份主要集中在北方。內蒙古自治區COD和氨氮減排總效應分別為50.95%和63.41%，說明污染物排放均呈現上升趨勢，且增量效應明顯，減排效果極差(見表1)。其中，2011—2013年COD減排的規模效應為正值，結構效應和技術效應為負值，表明規模效應是COD減排的增量因子，結構效應和技術效應是COD減排的減量因子，但規模效應的絕對值遠大于結構效應和技術效應的絕對值之和，是致使COD排放量增長的主要因子；氨氮減排的規模效應和結構效應為正值，技術效應為負值，表明規模效應和結構效應是氨氮減排的增量因子，技術效應是氨氮減排的減量因子，但規模效應的絕對值已經遠大于技術效應的絕對值，是致使氨氮排放量增長的主要因子。

2011年，COD和氨氮減排總效應分別為-6.53%和-4.29%，為歷年減排力度最大一年，這主要是由于2011年較2010年規模化養殖量的急劇下降，造成COD和氨氮規模效應分別為8.59%和8.68%，技術效應分別為-12.53%和-13.31%，規模效應為減排創造了“空間”，技術效應成為了減排“絕對”的減量因子。2012年，COD和氨氮減排的規模效應較2011年有大幅度提升，成為了減排的增量因子，且當年的技術效應也是歷年來最差的，分別為-0.28%和10.31%，技術效應沒有抑制住養殖規模增加對減排的壓力，致使減排工作退步，排放量大幅增長。2013年，COD減排總效應為20.70%，表明2013年規模化畜禽養殖業COD排放量較2012年仍有所增長，這主要是由于2013年的規模效應快速增長(25.76%)，增加的養殖種類以COD排放強度較高的畜禽為主，造成結構效應增長，而技術效應未能及時得以提高，最終造成2013年COD排放量的增加。由此可見，內蒙古自治區的規模化畜禽養殖污染減排發展遇到瓶頸，養殖規模變化的不確定性直接影響污染治理技術的投入及應用，造成規模化畜禽養殖減排困難逐年加大。

圖1 2011—2013年部分省(區、市)規模化畜禽養殖業COD和氨氮減排總效應對比Fig.1 Total emission reduction effect on COD and ammonia nitrogen in large-scale livestock and poultry breeding industry of certain provinces from 2011 to 2013

表2 2011—2013年內蒙古自治區5類規模化畜禽減排的結構效應

2.2 規模效應分析

由于2011年內蒙古自治區5類規模化畜禽養殖量增幅相對較緩，2011年COD和氨氮減排的規模效應為歷年最小；隨著2012、2013年養殖量的大幅增加，COD和氨氮減排的規模效應急劇增加，且排放量逐年增加，說明規模效應是畜禽養殖業減排壓力的主要驅動因子。因此，推行適度養殖對于規模化畜禽養殖業減排非常必要。

根據式(4)，規模效應取決于5類規模化畜禽養殖量的增長速度和排污強度。養殖量增長越快，規模效應越大。排放強度下降越多，規模效應越小。2013年與2012年相比，生豬、奶牛、肉牛、蛋雞、肉雞養殖量增速分別為-9.77%、-2.67%、46.62%、-5.28%、-67.12%，COD和氨氮排放強度變化速率為4.42%、-7.42%、6.86%、-1.00%、-8.68%和-9.40%、-9.70%、-1.60%、-5.79%、17.69%。在養殖量減少的基礎上，部分畜禽的COD排放強度隨之下降，因此2013年COD減排的規模效應比2012年降低24.06%。雖然除肉雞外，其他畜禽氨氮排放強度有所下降，但其下降幅度與養殖量增速變化基本持平，且肉牛養殖量增長比例較大，因此2013年氨氮減排的規模效應比2012年降低35.37%。

2.3 結構效應分析

結構效應來源于不同排污強度畜禽種類比例的變化。排污強度高的畜禽比例下降，則結構效應為負值，即促進污染物減排；相反，排污強度高的畜禽比例上升，則阻礙污染物減排，結構效應相應的為正值。根據分解模型測算，2011—2013年內蒙古自治區5類規模化畜禽減排的結構效應如表2所示。2011—2013年，規模化畜禽養殖結構調整的COD、氨氮減排的結構效應為-0.51%、7.53%。說明目前規模化畜禽養殖結構對COD減排利好，但對氨氮減排不利。不同畜禽種類間，生豬、奶牛和肉雞2011—2013年減排的結構效應為正，是阻礙減排的主要畜禽。由于區域養殖結構目前主要由供應需求決定，在全區域范圍內調整養殖結構困難很大，可根據水質現狀和未來發展需求，嚴格準入，設置禁養區和限養區，優化養殖結構。

表3 2011—2013年內蒙古自治區5類規模化畜禽減排的技術效應

2.4 技術效應分析

技術效應主要由污染物去除率決定。去除率升高時，技術效應為負值，促使污染物排放量減少；去除率降低時，技術效應為正值，導致污染物排放量增加。對于規模化畜禽養殖業，必須持續推進糞污資源化利用，變廢為寶。對于無法資源化利用的，建設糞污處理設施，降低污染物排放。根據模型，2011—2013年內蒙古自治區5類規模化畜禽減排的技術效應如表3所示。2011—2013年，COD減排的技術效應略優于氨氮。2012年，COD減排的技術效應為負值，而氨氮為正值，減排措施對COD排放量的控制有效，但并未有效控制氨氮排放量。2011、2013年COD和氨氮減排的技術效應均為負值，且氨氮的技術減排效應絕對值均大于COD，表明氨氮減排逐步得到重視。從5類規模化畜禽來看，肉雞2011—2013年COD和氨氮減排的技術效應絕對值相對較小，對減排推動力度不大；其余4類畜禽減排的技術效應均為負值，且絕對值相對較大，促進了污染物減排。奶牛COD和氨氮減排的技術效應分別占5類規模化畜禽總技術效應的74.96%和48.26%，表明量大、面廣的奶牛養殖業是5類規模化畜禽中技術減排的重點，且隨著減排工作的不斷推進，其COD和氨氮排放逐步得到控制。此外，2012年生豬、肉牛、蛋雞和肉雞并未通過技術效應推動氨氮排放量的削減，其中生豬氨氮減排的技術效應占總效應的90.40%，是影響到規模化畜禽養殖業總體氨氮減排的主要畜禽。從時間序列來看，2013年COD和氨氮減排的技術效應比2011年顯著放緩，即受2012年總效應增幅過大的影響，畜禽糞污資源化利用和處理遇到瓶頸。

3 結 語

(1) 內蒙古自治區規模化畜禽養殖業污染減排未顯現明顯成果，COD和氨氮排放量整體呈現增長趨勢。規模化畜禽養殖污染減排發展遇到了瓶頸，養殖規模變化的不確定性直接影響污染治理技術的投入及應用，造成規模化畜禽養殖減排困難逐年加大。

(2) 規模效應是導致內蒙古自治區規模化畜禽養殖污染物排放增加的驅動因子，養殖量增速越大，規模效應越大，適當控制養殖規模，推動適度養殖有助于污染物減排。

(3) 結構效應對內蒙古自治區規模化畜禽養殖業COD減排初顯成效，未實現氨氮減排。生豬、奶牛和肉雞養殖是影響畜禽養殖業結構減排的重點。但是，區域養殖結構往往由供需要求決定，因此開展全區域性的養殖結構調整很難實現，只能根據具體區域水環境質量狀況，優化養殖結構。

(4) 技術減排是規模化畜禽養殖業污染物減排的主要途徑。2011—2013年技術減排取得顯著效果。但肉雞養殖的污染物去除率有所降低，需要推動減排工程并加強監管。生豬、奶牛養殖技術減排是影響規模化畜禽養殖業整體減排的關鍵，應作為重點控制對象，隨時把握其減排工作進展，確保減排目標按時完成。

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