養豬生產生命周期評估（LCA）專題（綜述）（續完）

中圖分類號：S8-1 文獻標志碼：C 文章編號：1001-0769（2017）08-0106-03

2.3 糞便處理生命周期評估

雖然研究表明飼料始終是家畜生產最大的環境壓力，但在養殖地區，糞便處理是更大的問題，因為如果排泄物管理不善，N和P有可能流失進入淡水和地下水，NH3也存在酸化風險。可通過厭氧消化等技術減少直接施肥等傳統處理方式帶來的風險，同時沼氣生產還可獲得新效益。有效施肥也可減少化肥用量。LCA分析方法已經大量應用于豬糞分析。

法國布列塔尼地區是硝酸鹽脆弱區，所以養豬戶將糞污集中輸送給周邊地區的種植業農戶。研究人員調查了這是否為最環保的策略。作者模擬了現場存放、運輸至種植園、臨時貯存及施肥的過程。其次考慮生物處理（有氧）。先進行離心固液分離，液體經過硝化（氧化為NO3）和脫氮，將NO3分解為無害的元素N。固體則堆肥并用作肥料。由于減少了氣體排放和化石燃料消耗，施肥方式對環境更友好。

利用歸果模型評估丹麥和整個歐盟糞便管理和利用的最佳技術。作者根據處理階段（無處理、厭氧消化或固/液分離）、貯存階段（厭氧池或自然存放池）和施肥階段（地表施肥、快速摻入，淺層注射或深層注射）共分為12種情景。研究發現，綜合使用厭氧消化與地表貯存對GWP和水生EP影響最小，能源和營養成分回收效率高。

使用LCA方法比較歐洲西北部地區豬糞單獨厭氧消化或與其他成分一起消化的環境影響。共有6種情景，第一種是豬糞單獨消化，另外五種分別與玉米青貯、玉米青貯及甘油、甜菜根、小麥酵母濃縮物和雜草共同消化。作者發現，與撒施相比，豬糞單獨消化具有相同（海洋EP、土地占用和顆粒物形成）或更低的環境影響（淡水EP、化石燃料消耗和GWP）。單獨消化的環保效果比共同消化更好，但是生成的生物能源較少。

西班牙使用LCA方法比較了糞污撒施與人工濕地處理的環境影響。液體糞水已經通過澄清設備與固體進行了機械分離，并通過濕地進行生物、化學和物理學處理。濕地系統通常由多個池組成，綜合了沉淀、過濾、微生物降解和植物攝取營養成分等功能，以對廢水進行凈化。糞污的固體部分被撒到土壤中，處理過的液體成分可用作灌溉水或排放到水道。直接撒施對生物枯竭、AP和EP的效果優于濕地處理。濕地情景的GWP較優。

在豬舍中使用V型帶對豬糞固體和液體部分進行分離的新技術，證明可降低對環境的影響。研究人員使用LCA比較了荷蘭肥育豬舍標準糞便儲存和施用（通過灌注）與有氧貯存固體糞便及厭氧貯存液體糞便的效果，尿液被儲存在帶蓋的坑內。研究分析了四種影響類別：AP（陸地）、EP（海洋）、GWP和顆粒物形成（PMF）。對于AP、GWP和PMF，該分離方式較傳統撒施方式更有效，而液體肥料的分離比固體糞便略好。

使用歸果建模法分析丹麥肥育豬舍分離消化豬糞的影響和收益。研究從兩個方面對分離糞便進行了分析：一是對分離已消化糞便（在沼氣廠發酵后富磷部分立即施用于缺磷土壤）與常規處理方式（沼氣廠發酵后現場貯存和撒施）進行比較；二是考慮現場分離、沼氣生產的全系統與消化糞便處理得比較。由于減少了室外貯存引起的CH4排放，分離法的GWP略好于常規處理法。從全系統角度看，由于沼氣生產減少了化石燃料能源的使用，因此分離法優于常規處理法。全系統情景對礦物肥料需求大幅度下降，因為在沼氣生產后進行分離期間，大量的磷被除去。

法國布列塔尼地區也使用LCA評估了硝酸鹽脆弱區豬糞的生物（有氧）處理。作者使用混合排放模型（即來自礦物肥料的NH3和有機肥料的NH3來計算施肥產生的排放。研究考慮了需氧處理（例如離心、堆肥、生物處理等）的所有過程，并將結果與不經處理的標準場景進行比較。總體而言，處理對環境的影響要小于不處理，特別是GWP。在意大利分析了豬糞、玉米和黑小麥共消化系統中沼氣生產的環境影響。四個子系統設計如下：生物質生產（玉米和黑小麥）；原料運輸和加工；生物能源生產廠及消化液管理（貯存和施肥）。豬糞生產被排除在系統邊界之外。研究重點是能源生產，功能單位為100 kWh。結果發現生物質子系統對AP和EP產生的影響最大，主要是因為使用肥料，作物吸收二氧化碳對GWP有積極的影響。生物能源生產對GWP有重大影響，沼液儲存對AP和EP也是一個問題，但共消化物施用與土壤降低了礦物肥料的需求，因而產生效益。

中國的研究人員對常規糞便處理方法與及建議的替代方法進行了比較。常規方法在一年中收集糞便和廢水九個月，并將其運送到沼氣廠。在夏季，糞便被送到一個堆肥廠并加入大量木屑。在沼氣工廠，豬糞通常與家禽糞便共同消化，污水在曝氣設備/沼氣池中處理。替代方案方法是將糞便僅在堆肥廠處理，以玉米秸稈和礦物磷替代鋸屑，而廢水仍被送到沼氣廠。替代系統不使用曝氣設備，而是使用帶蓋的沼氣池防止CH4和NH3排放。作者認為，提出的方案可使AP、EP和GWP分別減少64.1%，96.7%和22%。該研究還指出，在替代方法中，可持續有機肥使用所需的土地占用可以從238 hm2（常規情況）降低到139 hm2。

西班牙評估了豬糞與農業加工廢棄物厭氧共消化的效果。以豬糞單一發酵作為基礎情景（M），有三種共發酵替代情景：（C1）糖蜜和魚類廢棄物與糞便；（C2）糞便與生物柴油廢棄物及（C3）糞便與酒糟廢棄物（糖蜜副產物）。共構建6個子系統，分別為：糞便和共同消化底物的供應和貯存；預處理（巴氏消毒）；厭氧消化；能源回收單元；沼液儲存；沼液施用。總體來看，共消化比單一發酵更有利，但是C3除外，其效果大大低于其他情景，特別是AP和EP。在所有影響類別中C2表現最為有利。沼液施用子系統對AP和EP產生的影響最大，而糞便與共同底物的供應和貯存對GWP影響最大。

丹麥對未處理糞水直接撒施與四種不同處理技術進行了比較。第一種用機械螺旋壓榨機對糞污進行處理，其中液體部分由生產糞污的農場使用，固體部分被運送至接收地。第二種采用螺桿壓榨法及運輸前固體堆肥，第三種采用沉降式離心分離，液體部分由生產糞污的農場使用，固體部分被運送至接收地，第四種采用NH3洗脫離心分離生產壓實的氮肥。由于有毒化合物會破壞厭氧發酵的生物處理，NH3洗脫是降低氮含量的一種最適的理化方法。分離和處理對整體環境影響較小，離心技術最為有利。由于礦物肥料需求減少，撒施需要的化石燃料消耗更少。

3 討論

很少有食品行業像養豬及豬肉生產業那樣受到如此多的環保關注。這是由于畜牧業往往是低效率的自然資源使用者，而豬肉是世界上消費量最大的肉類。

3.1 飼料

研究表明養豬業環境問題的焦點正在轉移。飼料生產是豬供應鏈中環境影響最大的環節，因此大量研究關注于如何減少飼料生產的環境負擔。文獻中反復出現的最常見主題是用合成氨基酸替代粗蛋白。結果表明，飼用氨基酸可顯著降低與大豆生產、加工和運輸相關的風險。豬飼料中添加植酸酶也可減少無機磷的需求，具有積極的意義。另一方面，Stone等（2011）發現豬飼料中添加治療水平的抗菌藥會增加環境負擔，特別是在能源消耗和全球氣候變暖潛能方面。這表明生產力提高所帶來的益處可能會潛在地被環境破壞產生的不良后果所抵消。

3.2 系統比較

生豬生產全系統生命周期評估比較了不同舍飼單元的環境績效。在澳大利亞，發酵床對環境的危害要小于傳統的板條地板，而美國則相反。這主要是由于建模系統的集約化程度和生產效率所致。澳大利亞將發酵床飼養視為一種集約化系統，而美國將其視為低生產力的粗放飼養方式。這表明提高效率特別是飼料效率可以顯著改善環境績效。另有兩項研究表明，提高牧場生產效率（主要是飼料）可降低與養豬相關的環境和經濟成本。

多項生豬生產全系統生命周期評估研究對常規和替代系統進行了比較。這些研究強調了功能單位和模型范圍的重要性。在生豬生產LCA分析中，最常見的功能單位是1 kg豬肉（活重或宰后重）。但用于低密度生產系統時，這種功能單位會使結果產生偏倚。此時可以引入第二功能單位——1 hm2土地使用——來進行更嚴格的比較。使用1 hm2的功能單位，粗放系統的表現通常優于集約化室內飼養系統。使用1 kg的功能單位，集約化系統的環境負擔通常會更低。雖然這增加了科學的可靠性，但使結果比較時有一定的難度。

3.3 糞污處理及利用

可能是由于提出了歐盟水框架指令（CEC，2005）目標的緣故，近年來糞便處理相關的生命周期分析在歐盟受到廣泛關注。糞便處理是養豬生產中最為關注的地方性問題，因為動物糞便中氮磷含量高。大多數糞便處理LCA研究評估了傳統處理技術及新技術如分離和需氧或厭氧處理。研究中普遍的共識是處理后的糞便或糞水比未經處理的排泄物環境負擔更小。傳統的撒施方式優于人工濕地，對需氧處理的影響要小一些。盡管這些研究發現撒施比有氧發酵和濕地處理更加環保，但厭氧發酵相對撒施存在多種好處，比如沼氣生產可減少化石燃料消耗。

3.4 范圍與功能單位問題

對大多數研究而言，模型范圍、功能單位和假設是不同的，這妨礙了案例研究之間的準確比較。即便在生豬生產全系統生命周期評估中，范圍和功能單位基本相似，也存在著影響方法和類別等方法決策問題。以飼料、全系統分析和糞便處理分析為重點，可獲得更為清晰的認識，因為這些主題中的目標往往類似。

3.5 進一步的研究

世界各地特別是歐洲生豬生產開展了大量的生命周期評估研究。但還有許多新的方面需要關注。例如，將海藻提取物加入豬飼料中以增加豬肉中的抗氧化劑含量，海藻還含有大量的氨基酸，有助于減少大豆的使用量，但這種正在開發的技術尚未在豬LCA中予以考慮。

4 結論

本文綜述了生豬生產生命周期評估研究成果。過去10年進行的研究已經變得越來越專業化，通常專注于飼料生產或糞便處理。添加合成氨基酸以減少動物飼料中粗蛋白含量已成為一個廣泛的研究課題，豬糞通過厭氧消化作為沼氣來源也表現出環境績效的潛在改善。但是不同的目標、功能單位、范圍和模型假設使得生命周期評估之間的準確比較變得困難。不過通過飼料、全系統分析和糞便處理這三個主題進行分類研究，可以進行更廣泛的比較。

原題名：A thematic review of life cycle assessment （LCA） applied to pig production（英文）

原作者：Graham McAuliffe、Deborah Chapman和Colin Sage