基于生命周期視角的種養一體化奶牛場環境經濟效益評估

黃顯雷,師博揚,張英楠,龍昭宇,尹昌斌,2* (.中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所,北京 0008；2.中國農業綠色發展研究中心,北京 0008)

過去三十年,奶牛養殖業實現快速發展,同時奶牛養殖所帶來的資源環境問題日益受到重視[1-2].2018年,全球畜牧業的溫室氣體排放量約為 3.5Gt CO2當量(CO2-eq),占農業總溫室氣體排放量的66%,其中,奶牛養殖的溫室氣體排放量約為 0.6Gt CO2-eq[3].在中國,2018年畜牧業的溫室氣體排放量約為0.3Gt CO2-eq,占我國農業溫室氣體總排放量的47%,其中,奶牛養殖的溫室氣體排放量約為 0.02Gt CO2-eq[3].在奶牛養殖中,奶牛腸道 CH4排放、與飼料生產有關的排放、糞便管理的排放是主要溫室氣體排放源[4].目前,發達國家奶牛養殖已經從追求產量轉向追求生產效率的提高和環境可持續發展[1].隨著人口的增長,未來牛奶生產將面臨更嚴峻的水、土地等資源緊缺、糧食與飼料之間競爭、碳排放受限制等多重挑戰[5].在消費方面,未來20年全球尤其是發展中國家對牛奶的需求依舊保持快速增長的趨勢[5],這意味著奶牛場必須提高其資源利用效率和環境效益,以確保未來牛奶生產的可持續性.

在牛奶生產過程中,飼料的種植與加工、飼養過程的能源消耗、奶牛腸道呼吸、糞便的處理等各個環節都會排放溫室氣體,且總體的排放量主要取決于飼料種植與奶牛養殖的生產效率[6].種養一體化奶牛場(IPBS)通過青貯玉米種植與奶牛養殖,實現養殖場內糞便、秸稈和青貯玉米的循環利用,從而減少種植環節中化肥使用,降低飼料和糞便運輸能耗,被認為是一種可持續的生產模式,具有巨大的經濟效益和環境效益[6-7].然而,現有的研究對這方面關注不足,尤其是IPBS的溫室氣體減排效果如何？資源節約程度如何？經濟性能如何？如何降低該模式的資源消耗和環境負荷？如何提升該模式的經濟效益？這對我國 IPBS的發展和相關支持政策的制定具有重要現實意義.

生命周期分析(LCA)是定量評價某個生產過程、活動或產品“從搖籃到墳墓”整個生命周期環境影響的分析方法[8-9],目前在農業領域得到廣泛應用[10-15].相關研究認為,飼料生產是影響牛奶生產中溫室氣體排放、能源消耗、土地占用和水資源消耗的決定性因素[11,13].養殖場自產青貯飼料有利于降低單位標準牛奶(FPCM)生產的溫室氣體排放、酸化潛力、水體富營養化潛力、土地占用和能源消耗[6,16].養殖場自產青貯飼料能降低養殖飼料成本[17].奶牛場的種養結合模式能提高秸稈利用率、改善土壤肥力[7].

目前的研究主要集中在評估牛奶養殖的整體環境影響及各個環節的貢獻份額[11,13-15],但在具體關鍵環節上,很少研究場內自產青貯飼料如何影響整體的環境績效[6,16],缺乏對比評估非種養一體化奶牛場(non-IPBS)與 IPBS在牛奶生產中的環境影響,同時,缺乏從經濟層面分析 2種模式牛奶生產的成本收益.現實中,奶牛場是否采取IPBS主要取決于其經濟效果,全面準確評估IPBS的經濟性能與環境績效,是相關政策制定的基礎,也是促進奶牛養殖業低碳生產的關鍵.為此,本文基于LCA,以山東省青島市109家奶牛場的生產數據為基礎,對 non-IPBS和IPBS在牛奶生產過程中的資源環境成本和經濟效益進行分析.為我國 IPBS經營管理提供科學參考,為制定相關扶持政策提供決策依據.

1 材料和方法

1.1 研究地區概況與種養一體化奶牛生產模式

于2020年7月～8月在山東省青島市進行奶牛場問卷調查.山東是中國最大的產奶省份之一,2019年,山東省奶牛數量約為90萬頭,占全國奶牛總數的9%[18].從 2016年,山東開始實施青貯玉米種植補貼政策,是國內最早實施該補貼政策的省份之一,補貼標準為 20～50元/t.2019年,山東省青貯玉米種植面積達1.41萬hm2,占全國的7.3%.

研究地區主要有 2種牛奶生產模式:IPBS和non-IPBS,具體見圖1.non-IPBS中,養殖場只有飼養環節和糞污處理環節,飼料全部來源于購買,糞便堆肥制成有機肥后全銷售給果農和菜農.IPBS中,養殖場增加青貯玉米種植環節,有機肥、液體肥主要施用于場內農田,剩余部分銷售給果農和菜農等.2種模式的區別:1)養殖場青貯玉米的來源不同,導致飼料運輸距離和飼料成本不同;2)有機肥、液體肥的利用途徑不同,運輸距離不同.本研究共調研奶牛場 109家,剔除不符合研究問卷后,得 83份有效問卷,其中non-IPBS為38家,IPBS為45家.

圖1 IPBS和non-IPBS的系統邊界Fig.1 System boundary for IPBS and non-IPBS

由見表1可知,non-IPBS和IPBS的產奶量分別為8588和8781kg/頭,IPBS模式略高,但經過t檢驗之后,兩者無顯著性差異.2種模式的牛奶銷售價格、牛奶蛋白質率、牛奶脂肪率等指標均無明顯差別.在IPBS中,青貯玉米自給率僅為31.8%,有機肥自用率也僅為 28.9%,這說明當前奶牛場種養結合程度還比較低,未來需要流轉更多土地來提升青貯玉米自給率,以此獲得更多收益.

表1 2模式下奶牛場基本情況Table 1 Basic information of two systems

1.2 LCA的系統邊界、功能單位和環境影響分配規則

基于牛奶生產的各個環節,確定IPBS系統邊界包括:1)青貯飼料種植;2)奶牛飼養;3)糞便處理;4)飼料和有機肥運輸,而在non-IPBS中無青貯飼料種植環節.系統邊界如圖 1所示.研究選擇按照蛋白質含量和脂肪含量糾正的1t FPCM 作為評價單位,公式如下[12]:

在所研究的 2種模式中,奶牛場收益除出售牛奶,還會出售公犢牛、淘汰母牛、肉用牛、有機肥等,在IPBS中,還會出售小麥.環境影響應該分攤在全系統中的每類產品上.關于牛奶和副產品之間的環境影響分配規則主要有三種[12],包括將所有影響都歸功于牛奶的無分配規則、根據產品重量的質量分配規則和根據產品價值的經濟分配規則.考慮到本研究的產品是多種類(牛奶、牛肉、小麥等),無分配原則并不適用,且還伴隨生產大量重量大而價值較低的產品(小麥、有機肥、液體肥等),因此,經濟分配規則更適用于本研究,同時該分配規則也是LCA中最常用的分配規則之一[11-13,19].根據產品的銷售收入(表 12),non-IPBS和 IPBS中分配給牛奶的比例為89%和87%.

1.3 LCA清單分析

1.3.1 小麥-青貯玉米輪作種植環節 在 IPBS小麥-青貯玉米輪作種植中,生產資料投入主要有化肥、有機肥、農藥、種子等,產品為小麥、麥秸和玉米青貯.產品中,小麥全部出售,麥秸全量還田,青貯玉米用于飼養奶牛.生產1tFPCM在IPBS種植環節的投入產出見表 2.種植的溫室氣體排放中,農藥和種子的排放較小[11,19],可忽略.此環節的溫室氣體排放依據表3計算.

表2 IPBS小麥-青貯玉米種植(產1tFPCM)的投入與產出Table 2 Inputs and outputs for wheat-maize silage planting in IPBS (for per 1tFPCM)

表3 種植環節的溫室氣體排放因子Table 3 Emission factors for calculating GHG emissions in wheat-maize silage planting

1.3.2 奶牛飼養環節 在奶牛飼養中,2種模式的區別在于青貯玉米飼料的來源不同.在IPBS中,養殖場部分青貯玉米飼料來源于自產,所調研養殖場中,有3家養殖場的青貯玉米自給率達100%.除青貯玉米外,2種模式的飼養過程相同,生產資料的投入主要有飼料、水、電、柴油等,產品有牛奶、公犢牛、淘汰母牛、肉用牛等(表4).具體來說,奶牛飼料主要有濃縮飼料(含30%的豆粕、50%的玉米粒、10%的麥麩和10%的其他物質)、玉米粒、麥麩、青貯玉米、棉籽、燕麥、苜蓿和羊草等.個別奶牛場還伴隨用酒糟和菜籽粕,但其用量少對整體環境影響可忽略不計.濃縮飼料中的其他物質用量少對整體環境影響可忽略不計.奶牛飼養環節的溫室氣體排放包括外購飼料在其生產過程中的排放、養殖場能源消耗的排放(如養殖場內飼料加工、牛舍照明和通風、水加熱、牛奶冷藏等)和奶牛腸道氣體排放及牛舍氣體排放.外購飼料在其生產過程中的排放按表 5計算,養殖場能耗排放根據表 3計算,動物腸道排放以及牛舍排放按表6計算.

表4 兩模式下奶牛飼養環節(產1tFPCM)的投入與產出Table 4 Inputs and outputs for cow breading in two systems(for per 1tFPCM)

表5 外購飼料在生產過程中的環境影響(每kg干物質)Table 5 Emission factors for calculating environmental impacts in purchased feed production (per kg-1DM)

表6 奶牛腸道CH4排放和牛舍糞便CH4排放Table 6 Emission factors for calculating CH4emissions in various cows

1.3.3 糞便處理環節 所調查的奶牛場均飼養荷斯坦奶牛,糞便排泄參數見表 7.在糞便處理環節,2種模式的糞便處理方式相同,糞便均采用堆肥制成有機肥,尿液污水進入氧化塘經無害化處理制成液體肥,此環節投入主要是電和柴油(表8).此環節的排放包括糞肥儲存排放、有機肥生產能耗排放.尿液污水在氧化塘中的溫室氣體排放較小[25],可忽略.堆肥處理方式的溫室氣體排放根據表 9計算,有機肥生產能耗排放根據表3計算.

表7 奶牛場糞便的排泄系數[25-26]Table 7 Excreted parameters of manure for various cows

表8 兩模式下糞便管理(每產1tFPCM)的投入與產出Table 8 Manure management in two systems (for per 1tFPCM)

表9 堆肥的溫室氣體排放因子Table 9 Emission factors for calculating environmental impacts in manure composting

1.3.4 飼料和有機肥運輸環節 在飼料和有機肥運輸環節中,2種模式的不同之處在于青貯玉米和有機肥的運輸.在non-IPBS中,青貯玉米全部來源于購買,假設平均運輸距離為 30km,有機肥全部出售給果農和菜農,平均運輸距離為 20km.在 IPBS中,青貯玉米部分來源于自產,有機肥部分用于養殖場內耕地,兩者運輸距離均為1km.運輸距離不同會導致能耗差異,由此對環境的影響不同.相關研究表明,有機肥長距離運輸會增加糞便中N和P的損失,增加水體富營養化風險[11].調研所知,液體肥的肥料價值低,菜農果農不愿意購買液體肥,兩模式的液體肥均由養殖場用車將液體肥噴灑到周圍農田或者養殖場耕地上,運輸距離均為1km.2種模式的其他飼料運輸距離相同,濃縮飼料、豆粕、玉米粒和麥麩來自當地市場,運輸距離約 50km.棉籽來自甘肅省,運輸距離約 1830km.羊草來自黑龍江省,運輸距離約 1720km.燕麥和苜蓿來自美國,運輸距離約18000km.表10列出所有飼料和有機肥運輸的清單.運輸環節的溫室氣體排放根據Ecoinvent Database v3.7計算[29](表11).

表11 不同運輸方式的溫室氣體排放與運輸成本Table 11 Emission factors for calculating environmental impacts and transport costs in transportation

1.4 LCA環境效益評價

non-IPBS和IPBS的環境效益評價,主要包括溫室氣體排放、土地占用、水消耗和能源消耗等方面.溫室氣體排放以 CO2-eq表述,根據 IPCC(2013)[31],CH4、N2O和CO的 CO2-eq當量轉換系數分別為30、265和2.兩模式的溫室氣體排放計算公式如下:

式中:IPBS生產系統的溫室氣體排放包括4部分:外購飼料、養殖場種植、奶牛飼養過程、糞污處理過程、飼料和有機肥運輸.產品有FPCM、小麥、有機肥、淘汰母牛、公犢牛、肉用牛,要根據經濟分配規則排除出小麥、有機肥、淘汰母牛、公犢牛、肉用牛這部分外銷的碳削減之后剩下的單純每產1tFPCM的溫室氣體.

式中:non-IPBS生產系統的溫室氣體排放只包括3部分:外購飼料、奶牛飼養過程、糞污處理過程、飼料和有機肥運輸.產品有FPCM、有機肥、淘汰母牛、公犢牛、肉用牛,要根據經濟分配規則排除出有機肥、淘汰母牛、公犢牛、肉用牛這部分外銷的碳削減之后剩下的單純每產1tFPCM的溫室氣體.

2 結果與討論

2.1 兩模式的總經濟效益和環境成本

對 non-IPBS和 IPBS的總經濟效益分析表明,IPBS通過自產青貯玉米,降低飼料成本,從而提高養殖凈收益.non-IPBS生產1tFPCM的凈收益為1427元,而IPBS每生產1tFPCM的凈收益提高173元,如果不納入小麥的成本與收益,實際凈收益提高99元/t,提升率為7%(表12).如果考慮溫室氣體減排收益,按照中國試點市場碳交易平均價 30元/t[41]計算,相比non-IPBS,IPBS每生產1tFPCM的溫室氣體減排收益為 2元,隨著未來中國碳交易市場的逐漸完善以及碳交易價的提升,此項收益將得到提升.

表12 兩模式下每產1tFPCM的經濟效益及環境成本Table 12 Economic benefits and environmental costs for producing per 1t FPCM in two systems

在溫室氣體排放方面,non-IPBS生產1t FPCM的排放為1301kg CO2-eq(表12),和中國華北平原牛奶生產的溫室氣體排放量基本一致[11],低于中國關中平原牛奶生產的溫室氣體排放量[13],但高于歐洲和新西蘭牛奶生產的溫室氣體排放量[6,16].相比non-IPBS,IPBS每生產1t FPCM的溫室氣體排放減少6%,這主要是因為自產青貯玉米在種植過程中用較少的化肥(表2),由此降低整體環境影響.non-IPBS生產1t FPCM的能源消耗、水消耗、土地占用分別為4581MJ、405m3、1471m2,而IPBS相應下降6%、5%、7%.總體來看,IPBS一方面在青貯玉米種植環節上減少化肥和灌溉水用量,另一方面在運輸環節上減少青貯玉米和有機肥的運輸能耗,整體上降低單位FPCM的溫室氣體排放、土地占用、水消耗和能源消耗.

2.2 兩模式下飼料環節的經濟效益和環境成本

在飼料環節,IPBS通過施用場內生產的有機肥、液體肥,從而減少種植環節的化肥施用量和農業灌溉水用量,降低種植成本,由此降低飼料成本.在IPBS中,種植小麥-青貯玉米的氮肥(N)施用為269kg/hm2(表 2).根據《農產品成本收益匯編2019》[32],當前山東省小麥-玉米種植的氮肥(N)施用為 663kg/hm2,明顯高于本研究結果.在種植灌溉水上,相關研究指出華北平原的冬小麥-夏玉米輪作系統每年灌溉水為 3000～7000m3/hm2[33-34],這也高于本研究結果(IPBS為 2740m3/hm2).如果養殖場不包含種植青貯玉米環節,無需要勞動力投入,節省的時間可以從事其他工作,為此,運用勞動機會成本的方法分析IPBS種植環節凈收入,相比non-IPBS,IPBS中每產1tFPCM總飼料成本減少166元,如果不考慮小麥成本與收益,則實際飼料成本減少92元(表13).說明養殖場采用IPBS可以減少青貯玉米飼料成本,增加小麥銷售收入.

表13 兩模式每產1tFPCM在飼料環節經濟效益與環境成本Table 13 Economic benefits and environmental costs in fodders production in two systems (for per 1tFPCM)

在環境成本方面,IPBS通過自產部分青貯玉米飼料,降低飼料環節環境成本,相比 non-IPBS,IPBS每產1tFPCM在飼料環節的溫室氣體排放、能源消耗、水消耗和土地占用分別下降 9%、6%、5%和7%(表 13).主要原因是,相比外購青貯玉米的生產過程,在IPBS下自產青貯玉米過程中使用更少的化肥和灌溉水,從而降低環境成本.具體來說,IPBS中生產1t青貯玉米干物質的溫室氣體排放、能源消耗、水消耗和土地占用分別為176kg CO2-eq、1461MJ、141m3和530m2,明顯低于常規青貯玉米種植的環境成本[20,34-38].

2.3 兩模式下奶牛飼養環節的經濟效益和環境成本

在飼養環節,non-IPBS與IPBS的FPCM銷售收入沒有顯著差別,分別為3723和3745元/tFPCM(表14),主要是因為兩模式的牛奶銷售價格、牛奶蛋白質率、牛奶脂肪率等不存在顯著差異(表 1).在環境成本方面,non-IPBS與IPBS在飼養環節的溫室氣體排放、能源消耗、水消耗、土地占用方面沒有明顯差別.可能原因是此過程主要涉及到的混合飼料加工、牛棚照明通風、牛飲用水加熱、擠奶、牛奶冷藏等步驟基本一致,造成環境成本沒有顯著差別.

表14 兩模式每產1tFPCM在飼養環節經濟效益與環境成本Table 14 Economic benefits and environmental costs for cow breading in two systems (for per 1tFPCM)

2.4 兩模式下糞污處理環節的經濟效益和環境成本

在糞污處理環節,non-IPBS和 IPBS中每產生1tFPCM會伴隨出現1.931和1.868t干糞便、11.215和10.753t尿液污水,將這些糞便收集堆肥、尿液污水無害化等處理會消耗電和柴油,由此產生的成本均為14元,而相應的有機肥銷售收入為23和16元,調研所知,液體肥的肥料價值低,菜農果農不愿意購買液體肥,液體肥均由養殖場用車將液體肥噴灑到周圍農田或者養殖場耕地上,無任何收益(表 15),IPBS中有 28.9%的有機肥自用于奶牛場耕地導致其收益低于non-IPBS.可以看出,該部分的收益較低,歸根于所調研地區的有機肥銷售價格很低,甚至有很多奶牛場免費給果農菜農提供有機肥,平均每噸有機肥的銷售價格僅約為30元,隨著未來農戶對有機肥使用意愿的提升,該部分收益會有提升.

表15 兩模式每產1tFPCM在糞污處理環節的經濟收益與環境成本Table 15 Economic benefits and environmental costs for manure management in two systems (for per 1tFPCM)

non-IPBS和IPBS中處理1.931和1.868t干糞便的溫室氣體排放分別為179和170kgCO2-eq,這與一些研究相似[39-40],考慮到有機肥銷售帶來的碳削減,則相應的實際溫室氣體排放分別為136和140kg CO2-eq.在能源消耗方面,兩模式處理的能耗基本一致,主要是因為這兩模式的糞污處理方式都采用堆肥.在土地占用方面,IPBS處理1.868t干糞便的土地占用高于non-IPBS,可能原因是IPBS需要更多空地來存放有機肥.總體來看,當前養殖場通過堆肥方式處理糞便帶來的收益不高,但是有機肥的使用能減少化肥的使用,具有顯著的碳減排潛力,應值得推廣使用.

2.5 兩模式下運輸環節的經濟效益和環境成本

在運輸環節,IPBS通過自產部分青貯玉米和使用部分有機肥,降低運輸環節的經濟成本和環境成本,相比non-IPBS,每產1tFPCM的總運輸成本、總運輸溫室氣體排放、總運輸能源消耗分別下降6%、8%和 8%(表 16).

表16 兩模式每產1tFPCM在運輸環節經濟收益與環境成本Table 16 Economic benefits and environmental costs for transportation in two systems (for per 1tFPCM)

從不同環節的比較分析可以看出,飼料成本占總成本的 82%,飼料環節的環境影響是整個牛奶生產系統環境影響的關鍵環節之一,飼料環節的溫室氣體排放、能源消耗、水消耗、土地占用分別占整體的45%、70%、98%和99%(表13).為此,引進農田自產青貯玉米是未來降低奶牛生產系統飼料成本和環境成本的可行策略.

2.6 耕地流轉費和青貯玉米價格變動對養殖場經濟收益的影響

奶牛場是否種植青貯玉米取決于其成本和收益.對影響種植收益的耕地流轉費用進行敏感性分析表明(表17),如果IPBS的耕地流轉費用從當前的9900元/hm2提升到 14695元/hm2,則種植青貯玉米的凈收益為0,此時,IPBS每生產1tFPCM的凈收益與non-IPBS相同.對青貯玉米價格進行敏感性分析發現,當青貯玉米的價格從當前的 500元/t下降到379元/t時,IPBS每生產 1t FPCM 的凈收益與non-IPBS相同.總體來看,相比non-IPBS,IPBS凈收益的提升率取決于耕地流轉費用和青貯玉米價格,這是奶牛場是否采納IPBS的關鍵因素.

表17 耕地流轉費和青貯玉米價格變動對養殖場經濟收益的影響Table 17 Effects of land transfer cost and silage corn price changes on farm economic benefits

2.7 青貯玉米自給率變動對養殖場經濟效益和環境成本的影響

當前在IPBS中,青貯玉米飼料自給率僅為32%,如果提升到100%,相應的經濟效益和環境成本變化見表 18.相比 non-IPBS,情景 3中 IPBS每生產1tFPCM的凈收益提升672元,如果不納入小麥成本與收益,每噸FPCM的凈收益提升276元,實際凈收益提升率為 19%.若考慮溫室氣體減排收益,情景 3每生產1tFPCM的溫室氣體減排收益為6元.在環境成本方面,相比non-IPBS,在情景3中IPBS每生產1t FPCM 的溫室氣體排放下降 16%,能源消耗下降16%,水消耗下降11%,土地占用下降14%.顯然,隨著奶牛場的青貯玉米自給率提升,單位牛奶生產的經濟效益將明顯提升,且環境成本顯著下降.

表18 青貯玉米自給率變動對養殖場經濟收益和環境成本的影響Table 18 Effects of changes in silage self-sufficiency on farm economic benefits and environmental costs

2.8 討論

當前我國牛奶生產的成本依然很高、國際競爭力不強,如何提升奶牛養殖的經濟效益是實現奶業高質量發展的關鍵.相關研究指出,2016年中國原料奶的收購價格比美國、德國、新西蘭分別高46%、62%、114%,2017年國內原料牛奶收購價格比進口奶粉折原料奶的到岸價格高 31%,更值得關注的是,國內原料牛奶生產成本比進口奶粉折原料牛奶的到岸價格還高 24%[42].較低的進口奶粉折原料牛奶價格會倒逼國內企業壓低國內原料奶收購價格,這不利于國內奶牛養殖業的發展.在牛奶生產中,飼料成本高低是決定其生產成本高低的關鍵因素,目前中國奶牛業飼料主要依賴購買,尤其是燕麥、苜蓿等還大量依賴進口,自產的青貯飼料很少,造成飼料成本居高不下.本文結果表明,相比 non-IPBS,IPBS通過自產青貯玉米能提高每噸FPCM的凈收益達7%,如果青貯玉米自給率從當前的32%提升100%,則能提高每噸FPCM19%的凈收益,這表明該模式在提升養殖場凈收益上潛力巨大.此外,研究還發現,IPBS模式下每噸FPCM凈收益的提升率取決于耕地流轉費用和青貯玉米價格,當耕地流轉費用上升到14695元/hm2或者青貯玉米價格下降到347元/t時,其凈收益將與non-IPBS一致.這些研究發現為提升我國牛奶生產經濟效益提供新的視角.

同時,牛奶生產系統還需要持續降低其環境影響,以更小的資源環境代價生產出更多的牛奶以滿足未來牛奶需求.相關研究指出,近20年來, 中國畜牧業CO2-eq排放量均呈現上升趨勢,并且飼養環節耗能、飼料糧種植環節排放、飼料糧運輸環節排放的增長幅度更顯著[43].2019年,全國共生產3201萬t牛奶,占全國各類鮮奶總量的 97%[18].根據乳業發展目標,到2025年,中國鮮奶產量要達4500萬t[44],如果不降低當前單位牛奶生產的溫室氣體排放量,未來牛奶生產的總溫室氣體排放將隨著牛奶產量的增加而增加,這不利于中國實現《巴黎協定》的 2030年碳減排計劃以及2060年的碳中和目標[45-46].與發達國家相比,目前我國牛奶生產效率低、環境代價大[47-48],降低牛奶生產的環境影響是未來中國奶業可持續發展的關鍵.本文結果表明,相比 non-IPBS,IPBS每生產1t FPCM的溫室氣體排放、能源消耗、水消耗、土地占用分別減少6%、6%、5%、7%,如果青貯玉米自給率升到 100%,則相應減少 16%、16%、11%、14%,這表明該模式在降低養殖場環境影響上有明顯優勢.這些研究發現為降低我國牛奶生產的環境損害提供新的技術途徑.

對于IPBS來說,通過種植青貯玉米,一方面可以消納養殖場的糞污、降低種植環節的化肥投入、改善土壤質量,實現種植過程中的清潔化、綠色化;另一方面可以為養殖場提供成本低、質量安全可控的青貯玉米飼料,保障奶牛的健康與牛奶生產的質量安全.奶牛場采納IPBS更具有重要的現實意義.目前我國禽畜糞便利用程度較低,僅有 50%左右的糞便還田[49],但化肥用量卻非常高,占世界總用量的 1/3以上[50],較發達國家平均水平高出 50%以上[51],耕地質量保護與提升形勢依然很嚴峻[52],盡管禽畜糞便還田有利于減少化肥使用、改善土壤質量,然而,隨著種養分離、農民種地習慣的改變,禽畜糞便還田不僅對中國乃至發達國家來說都是一個重大挑戰[53],相關研究指出,兼有種植和畜禽養殖的農村家庭所占比例從 1986年的 71%急劇下降到 2017年的12%[50].重塑牲畜和農田之間的聯系是未來農業可持續發展的關鍵,而IPBS是加強牲畜和農田聯系的一種經濟可行、環境友好方式.

3 結論

3.1 IPBS在提升養殖場凈收益上具有巨大潛力

non-IPBS生產 1tFPCM的凈收益為 1427元,IPBS可增加 7%的實際凈收益,如果青貯玉米自給率從當前的32%提升到100%,則將會增加19%的實際凈收益.同時,IPBS凈收益的提升率取決于耕地流轉費用和青貯玉米價格,當耕地流轉費用上升到14695元/hm2或者青貯玉米價格下降到347元/t時,其凈收益將與non-IPBS相同.

3.2 IPBS在減少養殖環境損害方面具有明顯優勢

相比non-IPBS,IPBS每生產1t FPCM的溫室氣體排放、能源消耗、水消耗、土地占用分別減少6%、6%、5%、7%,如果青貯玉米自給率從當前32%提升到100%,則相應減少16%、16%、11%、14%.IPBS降低青貯玉米種植環節化肥施用、改善土壤質量、解決糞便污染等,以更小的環境代價創造更高的凈收益,值得推廣.