養(yǎng)豬生產(chǎn)生命周期評估（LCA）專題（綜述）

中圖分類號：S8-1 文獻標志碼：C 文章編號：1001-0769（2017）07-0111-05

人們廣泛認為集約化畜牧生產(chǎn)對環(huán)境存在不利影響，這是因為畜牧生產(chǎn)需要投入大量的飼料、能源和水，產(chǎn)生CH4、NH3和其他氣體，并因養(yǎng)殖污染物管理效率低下而帶來污染風險。2012年全球豬肉消費量為1.144億t，使其成為全球最受歡迎的肉類；預計2014年豬肉消費量將增長1.1%，養(yǎng)豬生產(chǎn)每年產(chǎn)生6.68億t二氧化碳當量，高于養(yǎng)雞業(yè)產(chǎn)生的二氧化碳當量（肉雞和蛋雞的二氧化碳當量合計為 6.06億t/年），但顯著低于肉牛和奶牛業(yè)的二氧化碳當量（46.23億t/年）。鑒于預測消費量和生產(chǎn)量將增加，因此了解畜牧生產(chǎn)的環(huán)境影響對確保可持續(xù)農(nóng)業(yè)至關(guān)重要。

復雜食品生產(chǎn)系統(tǒng)環(huán)境建模的工具之一是生命周期評估（Life Cycle Assessment，LCA）。LCA通過確定供應鏈中應減少排放的熱點來評估產(chǎn)品或服務的環(huán)境績效。LCA已廣泛地應用于眾多的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和食品加工業(yè)中，比如β-胡蘿卜素提取、飲料包裝、乳制品和水稻等。因環(huán)境問題較多，養(yǎng)豬生產(chǎn)已經(jīng)采用了LCA分析。本文對養(yǎng)豬生產(chǎn)LCA研究進行綜述。

本研究分別針對養(yǎng)豬生產(chǎn)體系中的三項主要活動進行綜述：飼料生產(chǎn)、養(yǎng)豬生產(chǎn)全過程和糞便處理。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）作為生豬/豬肉生命周期評估中最常見影響因素而予以特別關(guān)注。由于模型假設(shè)、數(shù)據(jù)收集方法和軟件計算的差異，不可能對不同案例間研究結(jié)果進行準確比較，尤其是橫跨上述這三個主題，因此本文不進行直接比較。

1 LCA方法

LCA是一種系統(tǒng)性工具，包括四個階段：目標和范圍、生命周期清單分析（Life Cycle Inventory Analysis，LCIA）、生命周期影響評估（Life Cycle Impact Assessment，LCIA）及結(jié)果解釋。目標和范圍包括定義系統(tǒng)邊界和功能單位、目標受眾以及應該如何溝通。LCI需要建立與該明確系統(tǒng)相關(guān)的輸入和輸出清單。在進行LCIA期間，清單分析獲得的數(shù)據(jù)應用于目標和A范圍中列出的影響類別（即GWP、AP和EP），以確定系統(tǒng)在檢測條件下產(chǎn)生的潛在環(huán)境壓力。最后，解釋階段使用敏感性和不確定性，檢驗模型假設(shè)和不確定性。LCA過程是迭代的，當有新數(shù)據(jù)可用或在所需數(shù)據(jù)上存在差距時，可對此前的步驟進行重新評估。如果某一項研究用于向公眾通報產(chǎn)品或服務的環(huán)境績效時，它應遵守國際標準。

2 LCA與養(yǎng)豬生產(chǎn)

養(yǎng)豬業(yè)是一個非常復雜的全球化體系，涉及作物生產(chǎn)中化肥和農(nóng)藥生產(chǎn)、土壤改良、牧場運輸、照明與加熱用能源、動物飲水和牧場清洗用水以及糞便處理。生命周期評估（LCA）是衡量養(yǎng)豬生產(chǎn)潛在環(huán)境績效的一個有用工具，迄今為止得到了廣泛應用。部分研究集中于整個生產(chǎn)系統(tǒng)，而其他研究則關(guān)注飼料組成或糞便處理策略變化造成的環(huán)境影響。

2.1 飼料的生命周期評估

飼料生產(chǎn)是養(yǎng)豬供應鏈中環(huán)境負擔最大的因素，這是因為用于飼料生產(chǎn)的谷物原料是全球供應的。比如在愛爾蘭，大麥和小麥來自當?shù)鼗蚍▏陀蠖箒碜杂诎⒏⒑桶臀鳎V物質(zhì)和維生素在英國生產(chǎn)，合成氨基酸則來自于韓國。生產(chǎn)每種配料均需要資源和能源，并需要利用大規(guī)模的交通網(wǎng)絡(luò)，從而增加生豬生產(chǎn)的環(huán)境影響。因此，飼料生產(chǎn)會帶來更多的全球環(huán)境負擔，而飼養(yǎng)和糞便處理則產(chǎn)生更多的本地環(huán)境負擔。

歐洲的研究人員使用兩種情景構(gòu)建養(yǎng)豬生產(chǎn)生命周期模型：第一種情景為常規(guī)養(yǎng)豬生產(chǎn)，使用進口大豆、施用典型農(nóng)藥和除草劑；第二種情景以當?shù)禺a(chǎn)的豌豆和油菜籽替代大豆，并采取預防措施減少農(nóng)藥使用。作者認為，禁止施用農(nóng)藥將降低作物產(chǎn)量，但通過機械除草及有效收割作物的方法可大大降低農(nóng)藥和除草劑需要量，從而改善富營養(yǎng)化潛力和能源消耗。

在法國布列塔尼生豬飼料生產(chǎn)生命周期評估中，研究人員根據(jù)不同階段豬（<40 d的仔豬、>40 d的仔豬、生長豬、肥育豬、妊娠母豬和哺乳母豬）的日糧需要，對6種不同飼料配方進行了評估。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種仔豬日糧的潛在影響最大，因為飼料中含有更多加工大豆副產(chǎn)品（油和餅），因此比其他配方消耗更多的能源。此外這些大豆產(chǎn)品來自巴西，增加了運輸距離，而其他成分大多來自法國。作者認為，谷類加工和運輸是潛在影響的兩個最大貢獻者，這解釋了為什么仔豬配方具有更大的環(huán)境破壞性。

研究人員將系統(tǒng)邊界延伸至豬圈，檢查不同日糧蛋白來源的潛在環(huán)境影響。他們考慮了三種日糧：一種為進口大豆型日糧；一個是基于本地產(chǎn)的豌豆和油菜籽餅日糧，還有一種含有瑞典的豌豆和菜籽粕，并添加工業(yè)化生產(chǎn)的合成氨基酸（賴氨酸、蘇氨酸和蛋氨酸），減少高蛋白質(zhì)飼料原料如大豆粕的需要。結(jié)果表明，在生豬生產(chǎn)生命周期中飼料生產(chǎn)污染潛力最高。其他研究者也發(fā)現(xiàn)大豆型日糧表現(xiàn)最差，而通添加合成氨基酸的日糧對環(huán)境影響最小。

Nielsen和Wenzel（2007）研究了以新型合成配料替代當前豬日糧的環(huán)境影響，檢測了要丹麥植酸酶如何能夠減少對無機磷添加的需求量。結(jié)果，添加植酸酶提高了豬等單胃動物對植酸結(jié)合磷的利用率，因此可減少對添加無機磷的需要，并降低動物糞便中磷的含量。研究人員發(fā)現(xiàn)，添加植酸酶而不是無機磷，可使GWP潛在下降17%、AP下降110%、EP下降700%。

在法國，Mosnier等（2011）進行了一項LCA試驗，評估在豬和肉仔雞日糧中添加氨基酸帶來的環(huán)境影響。他們研究了多種基于大豆[巴西中部（包括砍伐森林數(shù)據(jù)）或南部（不包括砍伐森林數(shù)據(jù)）]的豬飼料配方，另外飼料中添加或不添加氨基酸，并降低粗蛋白含量。此外，作者還利用法國西部的平均數(shù)據(jù)分析哪一種配方成本最低。結(jié)果表明，在利用砍伐森林后種植的大豆為主要成分配制的豆粕型日糧中添加氨基酸，可以降低全球變暖潛力。無論是何種基礎(chǔ)日糧，添加氨基酸均會減少對EP、陸生生態(tài)毒性和累積能源需要的影響。研究人員還發(fā)現(xiàn)，添加氨基酸生產(chǎn)的豬飼料具有最低的生產(chǎn)成本。

Stone等（2011）分析了美國北部大平原地區(qū)生豬飼料中添加泰樂菌素和金霉素（Chlortetracycline，CTC）的環(huán)境影響。在美國豬飼料中低劑量使用CTC和泰樂菌素可降低仔豬的死亡率、提高母豬的繁殖力，高劑量使用可治療豬病（Cromwell， 2002）。Stone等（2011）指出，由于這些藥物高度可溶，動物吸收較低，因此擔心可能會因?qū)⑵浼S便作為肥料進行施肥后滲漏進入土壤，導致遷移到人用的水源中。該作者發(fā)現(xiàn)，由于長距離運輸并需要能源生產(chǎn)抗菌藥物，添加獸藥會提高豬飼料的GWP和生態(tài)毒性潛力。結(jié)果還表明，在豬飼料中添加這些獸藥，因提高了豬的生產(chǎn)力和采食量，從而可降低當?shù)氐沫h(huán)境影響。不過Stone等（2011）指出，這些局部的益處無法彌補更大范圍的環(huán)境影響。

Meul等（2012）利用LCA方法，比較了三種土地利用變化（Land Use Change，LUC）核算法中五種豬日糧碳足跡（Carbon Footprint，CFP）情況。三種核算方法為：不包括LUC排放的標準碳足跡；包括LUC直接排放的碳足跡以及包括LUC總排放量（直接和間接）的碳足跡。比較的日糧類型包括標準谷物原料（主要是歐洲谷物與巴西大豆產(chǎn)品）、優(yōu)選谷物（原料與標準型相同，但生產(chǎn)進行了優(yōu)化）、歐盟產(chǎn)谷物（以歐盟產(chǎn)羽扇豆、菜豆和豌豆替代大豆產(chǎn)品）、最大限度地利用副產(chǎn)品（包括干酒糟及其可溶物和玉米蛋白飼料）以及低水平的粗蛋白（添加合成氨基酸）。結(jié)果表明，涉及LUC方法的決定影響很大。他們指出，為了最大限度地提高碳足跡績效，豬飼料應避免直接改變土地利用（農(nóng)業(yè)毀林），同時盡量降低總LUC風險。在總LUC風險方法方面，含低水平粗蛋白的日糧表現(xiàn)最出色。

在英國，Stephen（2012）研究基于四種日糧情景及兩種肥料情景（糞肥與化肥）比較了生產(chǎn)1 kg豬肉所帶來的環(huán)境影響。日糧情景包括：巴西產(chǎn)進口大豆、英國豌豆、英國菜豆及英國羽扇豆。作者發(fā)現(xiàn)，就肥料情景而言，化肥的GWP總是低于糞肥，但EP較高；就飼料配方情況而言，菜豆配方的GWP最低，而大豆最高。Stephen（2012）指出，羽扇豆類日糧產(chǎn)生的EP最高，而豌豆類日糧最低。總體而言，進口大豆類飼料配方對環(huán)境影響最大，而英國菜豆日糧影響最小。

在美國北部大平原地區(qū)，Stone等（2012）的研究表明，在包括4種日糧情景中，對玉米-豆粕型標準日糧而言，飼料生產(chǎn)是最大的環(huán)境負擔，。除了氣體干燥引起的自然地面生態(tài)毒性外，DDGS日糧對所有評估類別的影響最小。采用LCA方法比較日本常規(guī)豬飼料與低蛋白飼料環(huán)境影響的研究表明，低蛋白日糧（生長豬粗蛋白171 kg降低到140 kg，肥育豬從140 kg減少到108 kg，以氨基酸部分替代豆粕）使GWP下降了20%，對AP和EP也更有利。在糞便處理階段，雖然氨基酸生產(chǎn)過程導致能源需要稍高，但低蛋白飼料的影響也相當?shù)汀Ψ▏B(yǎng)豬生產(chǎn)的綜合分析表明，飼料中添加氨基酸大大降低AP、EP和GWP的壓力，減少大豆產(chǎn)品需要量，從而降低成本。此外，由于粗蛋白含量下降，豬排泄物中的氮含量也較低。

2.2 全系統(tǒng)養(yǎng)豬生產(chǎn)

養(yǎng)豬生產(chǎn)系統(tǒng)通常以包括飼料和糞污的完整系統(tǒng)進行分析，而非僅針對飼料或糞便處理。一些研究利用國家農(nóng)業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，而另一些研究則使用牧場收集的數(shù)據(jù)。此外，系統(tǒng)邊界和功能單位往往不一致（如在農(nóng)場或屠宰場生產(chǎn) 1 kg或1 000 kg豬肉，以活重或屠宰重計算）。

在法國進行了三種不同養(yǎng)豬系統(tǒng)的LCA分析，以確定哪種情景的污染潛力最小。研究的情景包括正確使用標準（Good Agricultural Practice，GAP）、紅標（Red Label，RL）和有機農(nóng)業(yè)（Organic Agriculture，OA）。正確使用標準情景基于法國室內(nèi)集約化農(nóng)業(yè)標準，RL情景是戶外進行分娩和斷奶，并以低密度在室內(nèi)進行肥育，OA代表了法國和歐洲農(nóng)業(yè)的有機標準。作者評估了兩種功能單位（1 kg豬肉和1 000m2土地使用），以減少集約化和粗放生產(chǎn)的偏差，主要分析酸化和富營養(yǎng)化。研究顯示，使用1 kg豬肉功能單位時，GAP和OA具有類似的AP和EP，有機生產(chǎn)的飼養(yǎng)密度較低，RL情景的AP和EP通常優(yōu)于GAP情景，因此功能單位對結(jié)果有很大的影響。

在英國利用LCA方法分析了10種農(nóng)業(yè)和園藝商品的環(huán)境負擔。養(yǎng)豬生產(chǎn)的AP、能源使用、EP和GWP優(yōu)于養(yǎng)牛，但比家禽生產(chǎn)差，反芻動物比單胃動物產(chǎn)生更大的環(huán)境負擔。但反芻動物減少了作物生產(chǎn)需求。此外，有機生產(chǎn)雖然需要大量的土地，但是其環(huán)境績效優(yōu)于常規(guī)生產(chǎn)。

大多數(shù)案例研究使用歸因建模法（attributional），而歸果建模法（consequential）考慮了產(chǎn)品或服務（即生產(chǎn)1 kg豬肉的環(huán)境影響）市場變化情況，且只包括受這些變化影響的過程。有研究人員利用歸果建模法來分析丹麥豬肉的環(huán)境影響，其功能單位為丹麥生產(chǎn)并運輸?shù)接锲娓鄣? kg豬肉。結(jié)果表明，最大的環(huán)境負擔在加工前產(chǎn)生，主要是飼料生產(chǎn)和糞便處理過程。將加工豬肉從丹麥運往英國產(chǎn)生不到1%的GWP。作者還將2005年的數(shù)據(jù)與1995年的可用數(shù)據(jù)進行了比較，發(fā)現(xiàn)2005年豬的生產(chǎn)環(huán)境更好。

利用LCA方法評估英國和墨西哥的豬生產(chǎn)環(huán)境情況，以確定可改善的問題。墨西哥最近才開始集約化畜牧生產(chǎn)，因此對傳統(tǒng)的粗放型（locMEX）和集約型（stdMEX）畜牧業(yè)進行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然粗放型在環(huán)境方面的表現(xiàn)略好于集約型，但生產(chǎn)力卻顯著降低。兩種系統(tǒng)均可以通過收集甲烷、提高豬糞再循環(huán)的方式加以改善。英國的生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)于墨西哥，stdUK具有最高的生產(chǎn)力和最低的營養(yǎng)相關(guān)負擔。盡管有機生產(chǎn)旨在盡量減少對環(huán)境的影響，但存在需要解決的問題。建議開展作物輪作和增加谷倉，以減少營養(yǎng)物質(zhì)的損失。

澳大利亞比較了兩種不同生豬生產(chǎn)系統(tǒng)的環(huán)境影響。第一個系統(tǒng)（北方）是使用常規(guī)采用板條地板的豬舍進行生產(chǎn)；第二個系統(tǒng)（南部）包括分娩舍和生產(chǎn)肥育豬用發(fā)酵床。采用澳大利亞營養(yǎng)平衡模型PIGBAL計算生產(chǎn)和糞便處理情景及相應的排放，該研究包括水足跡。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與全球參考數(shù)據(jù)（4 856 L/kg豬肉）相比，兩個供應鏈的水足跡都相當?shù)停喜浚? 753 L/kg豬肉）系統(tǒng)略優(yōu)于北方（3 020 L/kg豬肉），還具有更好的能源消耗和GWP，表明發(fā)酵床系統(tǒng)對生豬生產(chǎn)的潛在好處。

丹麥利用LCA及相關(guān)子模型比較了有機豬生產(chǎn)的三種情景。這些情景均為100頭母豬，生產(chǎn)1 800頭肥育豬，區(qū)別是舍飼系統(tǒng)。系統(tǒng)Ⅰ：母豬自由活動，肥育豬舍飼，可進入舍外水泥區(qū)域；系統(tǒng)Ⅱ：所有豬均自由活動，并允許在不利的天氣條件下進入舍內(nèi)；系統(tǒng)Ⅲ：為母豬和肥育豬提供草棚。在所評估的情景中，系統(tǒng)Ⅰ可最大限度地減少直接排泄在土壤上的牲畜數(shù)量，具有最佳的環(huán)境績效。但作者認為，傳統(tǒng)的集約化生產(chǎn)優(yōu)于戶外有機生產(chǎn)。LCAfood提供的商品豬生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，集約化生產(chǎn)GWP低于有機情景，但由于有機生產(chǎn)中未考慮固碳效果，如果在系統(tǒng)Ⅰ和Ⅲ中加入固碳數(shù)據(jù)會導致GWP表現(xiàn)優(yōu)于常規(guī)的豬生產(chǎn)系統(tǒng)。

研究人員針對化石能源消耗和溫室氣體（Greenhouse Gas，GHG）排放量，使用LCA方法來考慮可行的改進方案，考慮四種情景：減少飼料消耗、縮短糞便儲存期、對糞便進行能量和養(yǎng)分回收、以及組合使用。結(jié)果表明，三種方法組合具有最佳效果，可以潛在節(jié)約61%的化石能源消耗和49%的溫室氣體排放。利用糞便作為生物燃料最多可節(jié)約礦物燃料74.4%，其次是減少飼料消耗（24.5%）。糞便利用對降低GHG排放最有利，占47%，其次是減少飼料用量（28%）和改善糞便儲存（25%）。

美國比較了中西部地區(qū)高、低收益情景下常規(guī)集約化生產(chǎn)與低密度發(fā)酵床系統(tǒng)的情況。常規(guī)系統(tǒng)收集液體糞水，而發(fā)酵床收集固體糞便。作者發(fā)現(xiàn)，由于飼料效率較高，在所有情景下高收益系統(tǒng)均優(yōu)于低收益系統(tǒng)，而發(fā)酵床主要由于飼料原因，效率低于集約化系統(tǒng)，導致表現(xiàn)不佳。對于糞便處理，傳統(tǒng)系統(tǒng)的GWP較高，而發(fā)酵床系統(tǒng)由于糞便在舍外儲存而產(chǎn)生更多的EP負擔。

在丹麥豬生產(chǎn)報告中比較了歸因和歸果LCA和碳足跡建模分析的結(jié)果。研究人員收集了2010年生產(chǎn)實踐的代表性數(shù)據(jù)，并分為常規(guī)生產(chǎn)和25%高效畜群兩類。高效畜群因為改善了飼料利用和糞便處理，比常規(guī)生產(chǎn)環(huán)境改善8%～10%。利用歸果建模法，由于只包括單位產(chǎn)量更高的丹麥原料產(chǎn)品，績效評價更高。

研究人員將比利時佛蘭德斯的豬肉生產(chǎn)與南非西開普省的豬肉生產(chǎn)進行了比較。這兩個系統(tǒng)均考慮了飼料生產(chǎn)、養(yǎng)殖單元、糞便處理和屠宰場等情景，比利時在AP、能源利用、EP和GWP相應高出62%、59%、65%和56%，作者認為采用1 kg功能單位比較有利于集約化系統(tǒng)。從土地使用角度（1 000m2）分析時，粗放的非洲情景與集約化情景類似。

荷蘭肥育豬研究顯示，較大的豬肥育公司由于飼料效率高，環(huán)境表現(xiàn)更好，抗生素使用更有效，死亡率也低。

綜合LCA和Stepwise 2006方法計算了歐盟典型豬肉生產(chǎn)環(huán)境成本（以貨幣表示）。Stepwise 2006方法用于將過程中的環(huán)境影響（例如AP、EP和GWP）轉(zhuǎn)換為最終的加權(quán)貨幣成本（以歐元表示）。作者在模型中考慮了飼料、糞便處理和糞污利用三種改進方案。研究結(jié)果表明，生產(chǎn)1 kg豬肉的環(huán)境成本為1.90歐元，高于每銷售價格（1.40歐元/kg）。土地占用、GWP和吸入無機物產(chǎn)生的成本最高，分別占55%，21%和18%。改善飼料、糞便處理和糞污利用效率可以大大降低歐盟生豬生產(chǎn)的環(huán)境成本。在該研究中成本可以降低1.4倍，與豬肉銷售價格相當。

使用PAS 2050方法計算了比利時生豬生產(chǎn)的碳足跡（Carbon Footprint，CFP）。該研究還涉及肉牛和奶牛生產(chǎn)。作者采用從飼料生產(chǎn)（及相關(guān)原材料）到屠宰場這種搖籃到大門的方法，計算出的CFP為5.7 kg二氧化碳當量/（kg豬肉）。飼料（63.4%）和糞肥（25.2%）產(chǎn)生污染潛力最大，而屠宰和去骨相對不顯著。牛肉產(chǎn)生22.2 kg～ 25.4 kg二氧化碳當量/（kg去骨牛肉），而生產(chǎn)每千克牛奶產(chǎn)生1.03 kg～1.36 kg二氧化碳當量。由于當?shù)嘏Ｈ夂团Ｄ痰南M率高得多，所以三種產(chǎn)品中，豬肉CFP最低。

研究人員以LCA方法利用德國北部數(shù)據(jù)分析豬場各個階段（即分娩、斷奶和肥育）的AP、EP和GW，結(jié)果肥育階段對于養(yǎng)豬單元產(chǎn)生的環(huán)境負擔最高。飼料生產(chǎn)對整個系統(tǒng)造成了最大的負擔，而飼養(yǎng)階段生產(chǎn)的AP最多。在德國的一項研究中，研究人員開發(fā)了一個確定性模型來獲取德國養(yǎng)豬生產(chǎn)LCA信息，模型主要側(cè)重于農(nóng)場基本信息、生物學表現(xiàn)、基礎(chǔ)飼料數(shù)據(jù)、糞便管理、資源利用和排放。該模型計算了不同舍飼單元（分娩、斷奶、肥育）在分娩至肥育階段及屠宰場屠宰時的環(huán)境績效差異。研究表明，產(chǎn)仔數(shù)、瘦肉量和飼料轉(zhuǎn)化率對LCA結(jié)果影響最大。

未完，待續(xù)。

原題名：Efficacy of feed enzymes in pig和poultry diets containing distillers dried grains with solubles （DDGS）： a review（英文）

原作者：Sylwester Swiatkiewicz等