李丹陽(yáng)，胡 潔，董頤瑋，靳紅梅①

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇 南京 210014；2.江蘇省有機(jī)固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210014；3.生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 南京 210042；4.江蘇大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

我國(guó)是畜禽養(yǎng)殖大國(guó)，每年畜禽糞便產(chǎn)生量達(dá)38億t[1]。《第二次全國(guó)污染源普查公報(bào)》顯示，畜禽養(yǎng)殖業(yè)廢水排放占農(nóng)業(yè)污染源的93.76%(以化學(xué)需氧量計(jì))，居農(nóng)業(yè)污染源之首[2]。截至2018年底，我國(guó)大牲畜養(yǎng)殖量為9 625.5萬(wàn)頭，其中牛養(yǎng)殖量達(dá)8 915.3萬(wàn)頭，占92.62%[3]。當(dāng)前我國(guó)奶牛養(yǎng)殖規(guī)?；?、集約化程度不斷提高[4]，導(dǎo)致糞便排放量大且集中，因地制宜對(duì)其進(jìn)行科學(xué)管理、減少環(huán)境排放是奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)亟待解決的問(wèn)題，是奶牛產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的重要保障。

不同奶牛場(chǎng)糞便處理工藝和裝備不盡相同，但總體來(lái)說(shuō)可以歸納為2種處理模式：模式Ⅰ是糞便經(jīng)無(wú)害化處理后直接或間接全量還田利用，即種養(yǎng)結(jié)合模式；模式Ⅱ是糞便經(jīng)固液分離后，糞渣作為原料出售，糞水進(jìn)行達(dá)標(biāo)處理。奶牛糞便中含有大量的有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分(如氮、磷、鉀)及少量的微量元素(如鎂、鐵、錳、硒等)，可以作為肥料還田利用[5]。國(guó)內(nèi)外大量實(shí)踐和研究表明，還田利用是規(guī)模奶牛場(chǎng)糞污資源化和無(wú)害化最有效和最可行的途徑之一[6-8]，不僅可以減少農(nóng)田化學(xué)肥料投入，而且能有效改良土壤、提升作物品質(zhì)[9-12]，是發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)的重要環(huán)節(jié)。奶牛場(chǎng)糞便的固液分離效率普遍較低[13]，具有糞水中污染物濃度高、無(wú)害化處理難、運(yùn)輸能耗高、還田技術(shù)相對(duì)不足等特點(diǎn)。因此，長(zhǎng)期以來(lái)糞水是奶牛糞便處理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。特別是對(duì)于耕地資源不足、多雨等無(wú)法進(jìn)行還田利用的地區(qū)，糞水仍然需要進(jìn)行達(dá)標(biāo)處理[14]。量化奶牛糞便不同處理模式的能量和物質(zhì)消耗以及環(huán)境排放，對(duì)準(zhǔn)確評(píng)估奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)糞便管理過(guò)程中的環(huán)境影響、科學(xué)制定減排措施具有指導(dǎo)意義。

奶牛場(chǎng)糞便管理是一個(gè)系統(tǒng)工程，很難根據(jù)某個(gè)單獨(dú)環(huán)節(jié)的優(yōu)劣來(lái)綜合評(píng)估整個(gè)系統(tǒng)的效率。生命周期評(píng)價(jià)(life cycle assessment，LCA)可對(duì)一種產(chǎn)品在其生產(chǎn)工藝及活動(dòng)中對(duì)環(huán)境的影響及對(duì)自然資源的消耗進(jìn)行全面分析和評(píng)價(jià)[15]。作為一種環(huán)境管理的有效工具和預(yù)防性的環(huán)境保護(hù)手段，LCA分析在國(guó)內(nèi)外奶牛生產(chǎn)及糞便管理方面也有廣泛應(yīng)用[16-21]。不同地區(qū)奶牛場(chǎng)養(yǎng)殖管理及糞污處理差異較大，導(dǎo)致牧場(chǎng)之間糞污處理的能耗及環(huán)境影響等分析結(jié)果的可比性較低。

該研究以同一奶牛養(yǎng)殖企業(yè)2個(gè)糞污處理方式完全不同的養(yǎng)殖場(chǎng)為研究對(duì)象，利用LCA方法對(duì)奶牛糞便多級(jí)處理后全量還田(模式Ⅰ)和糞水達(dá)標(biāo)處理(模式Ⅱ)2種糞便處理模式的環(huán)境影響進(jìn)行對(duì)比分析，旨在量化奶牛糞便不同處理模式的環(huán)境影響，以期為規(guī)模奶牛場(chǎng)糞污科學(xué)管理提供依據(jù)。

1 研究對(duì)象概況

研究對(duì)象為江蘇省泗洪縣的2家規(guī)模奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)，A場(chǎng)和B場(chǎng)奶牛存欄量常年分別保持在2 800～3 000和1 500頭左右。它們?yōu)橥粋€(gè)企業(yè)的2個(gè)牧場(chǎng)，飼料組成、飼喂方式和生產(chǎn)管理規(guī)范統(tǒng)一，清糞方式均采用鏈條式機(jī)械刮糞板，糞便(含污水)以自流的方式匯集到收集池。糞便理化特性基本一致，全年(取樣時(shí)間為春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié))糞便樣品的pH值為8.7～8.9，含水率w為83.9%～85.3%，TOC含量為364.1～403.3 g·kg-1(干重)，TN含量為12.7～13.5 g·kg-1，TP含量為2.6～3.4 g·kg-1，TK含量為9.8～10.8 g·kg-1。2個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)糞便處理方式如圖1所示。A場(chǎng)產(chǎn)生的糞便多級(jí)處理后全量還田利用，屬于模式Ⅰ。具體過(guò)程為：收集池的糞漿進(jìn)行二級(jí)固液分離，其中一級(jí)采用螺旋式擠壓固液分離機(jī)，二級(jí)采用微濾式固液分離機(jī)。分離得到的糞渣采用“生物+分子膜”靜態(tài)好氧干化發(fā)酵技術(shù)工藝堆肥處理，膜系統(tǒng)為思威博分子膜系統(tǒng)，生成的有機(jī)肥還田利用。分離得到的糞水采用黑膜厭氧發(fā)酵池處理，池體容積為25 000 m3，水力停留時(shí)間依據(jù)季節(jié)變化維持在60～90 d，產(chǎn)生的沼液可通過(guò)管道輸送至田間暫存池，根據(jù)作物需求，采用自主研發(fā)的沼液噴灌機(jī)進(jìn)行還田。牧場(chǎng)周邊配套小麥-玉米輪作農(nóng)田面積110.67 hm2，其中自有44.00 hm2，流轉(zhuǎn)66.67 hm2，冬小麥品種為“淮麥33”，玉米品種為“蘇玉29”。沼液作為基肥施用，施用量以總氮量為基準(zhǔn)(即180 kg·hm-2)，基追肥比例為3∶2。

B場(chǎng)糞渣作為原料售出，糞水經(jīng)過(guò)多級(jí)生化處理達(dá)標(biāo)后作為場(chǎng)區(qū)沖洗水回用，屬于模式Ⅱ。具體過(guò)程為：收集池的糞漿進(jìn)行三級(jí)組合固液分離，其中一級(jí)為螺旋擠壓式固液分離機(jī)，二級(jí)為臥式螺旋離心固液分離機(jī)，三級(jí)為疊螺式固液分離機(jī)。糞渣出售給有機(jī)肥場(chǎng)作為生產(chǎn)原料，糞水加入藥劑聚丙烯酰胺(PAM)和聚合氯化鋁(PAC)形成沉淀，過(guò)濾后的液體進(jìn)行曝氣處理，達(dá)到GB/T 18596—2001《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和《江蘇省畜禽糞污資源化利用清潔回用技術(shù)規(guī)范(試行)》后，作為沖洗水在養(yǎng)殖場(chǎng)使用。

2 研究方法

2.1 研究目標(biāo)與范圍確定

研究根據(jù)ISO14040《生命周期評(píng)價(jià)原則與框架》，采用生命周期評(píng)價(jià)方法對(duì)規(guī)?；膛ｐB(yǎng)殖場(chǎng)奶牛糞便多級(jí)處理后全量還田(模式Ⅰ)和達(dá)標(biāo)排放(模式Ⅱ)2種糞便處理模式的能源消耗及污染物環(huán)境排放進(jìn)行對(duì)比分析。

生命周期評(píng)價(jià)研究中最重要的環(huán)節(jié)是系統(tǒng)邊界的確定，為了確保研究結(jié)果的有效性，研究中必須包括產(chǎn)品生命周期過(guò)程中的主要工藝過(guò)程，對(duì)其能源、資源消耗以及環(huán)境排放進(jìn)行系統(tǒng)分析。該研究的系統(tǒng)邊界范圍為從糞便收集、貯存到末端處理、處置，原料系統(tǒng)和養(yǎng)殖系統(tǒng)在2個(gè)場(chǎng)區(qū)間相似，因此所涉及的能量消耗和溫室氣體排放等指標(biāo)不納入邊界范圍。A場(chǎng)包括糞污收集、處理、施用過(guò)程的能源投入及還田后的污染物排放；B場(chǎng)包括糞污收集、處理環(huán)節(jié)的污染物排放。2種糞污處理模式的系統(tǒng)邊界如圖2所示。

2.2 功能單元與評(píng)價(jià)方法

研究中收集2個(gè)奶牛場(chǎng)單日糞便處理量(A場(chǎng)87 t、B場(chǎng)45 t)相關(guān)數(shù)據(jù)，以1 t糞污作為功能單元(FU)對(duì)2種糞污處理模式進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)價(jià)各環(huán)節(jié)物質(zhì)和能量的輸入與輸出對(duì)環(huán)境的影響。

生命周期的評(píng)價(jià)方法選用由荷蘭萊頓大學(xué)環(huán)境研究中心2001年發(fā)布的CML2001模型[22]，該方法基于傳統(tǒng)生命周期清單分析特征，采用中間點(diǎn)分析，減少了假設(shè)條件的數(shù)量，降低了模型的復(fù)雜性。評(píng)價(jià)的原則和要求參照ISO 14040—2006和ISO 14044—2006，并借鑒聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)奶業(yè)溫室氣體排放量評(píng)估框架和政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)編制的《IPCC 2006國(guó)家溫室氣體清單指南 2019修訂版》。研究中環(huán)境影響評(píng)價(jià)涉及到的主要環(huán)境影響類(lèi)別為溫室效應(yīng)潛值(100 a)(以CO2當(dāng)量計(jì))、富營(yíng)養(yǎng)化效應(yīng)潛值(以PO43-當(dāng)量計(jì))和環(huán)境酸化效應(yīng)潛值(以SO2當(dāng)量計(jì))。

針對(duì)糞便處理過(guò)程中的直接排放污染物以及消耗燃油(電力)產(chǎn)生的間接排放污染物，對(duì)2種模式的環(huán)境影響負(fù)荷進(jìn)行定性或定量的表征性評(píng)價(jià)，其中特征化采用當(dāng)量因子法，當(dāng)量系數(shù)參見(jiàn)籍春蕾[23]和應(yīng)翔[24]的研究。環(huán)境影響潛值指在整個(gè)生命周期過(guò)程中所有環(huán)境影響的總和，計(jì)算公式為

PE，j=∑[Q(j)i×FE(j)i] 。

(1)

式(1)中，PE，j為第j種污染物的環(huán)境影響潛值，kg·FU-1(以當(dāng)量計(jì))；Q(j)i為第i種污染物的排放量，kg·FU-1；FE(j)i為第i種污染物的環(huán)境當(dāng)量因子。

采用1995年世界人均環(huán)境影響潛值作為標(biāo)準(zhǔn)化基準(zhǔn)，對(duì)所得的環(huán)境影響潛值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理[25]，比較污染物對(duì)多種影響方式的貢獻(xiàn)大小，核算系統(tǒng)內(nèi)的總環(huán)境影響潛值，計(jì)算公式為

Rj=PE，j/S。

(2)

式(2)中，Rj為第j種環(huán)境影響的標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果，kg·人-1·a-1·FU-1；PE,j為第j種污染物的環(huán)境影響潛值，kg·FU-1(以當(dāng)量計(jì))；S為環(huán)境影響標(biāo)準(zhǔn)化當(dāng)量基準(zhǔn)值，kg·人-1·a-1(以當(dāng)量計(jì))。

通過(guò)文獻(xiàn)收集獲得環(huán)境影響的權(quán)重系數(shù)：全球變暖為0.32，酸化效應(yīng)為0.36，富營(yíng)養(yǎng)化為0.32[16]。據(jù)此核算加權(quán)評(píng)估后的環(huán)境影響潛值，計(jì)算公式為

Wj=Rj×wj。

(3)

式(3)中，Wj為第j種環(huán)境影響加權(quán)評(píng)估后的環(huán)境影響潛值，kg·人-1·a-1·FU-1；Rj為第j種環(huán)境影響的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果，kg·人-1·a-1·FU-1；wj為第j種環(huán)境影響因子的權(quán)重系數(shù)。

2.3 清單分析

清單分析是LCA中環(huán)境影響評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，通過(guò)數(shù)據(jù)收集和計(jì)算，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的相關(guān)輸入和輸出進(jìn)行量化。該研究中奶牛糞便處理過(guò)程產(chǎn)生的環(huán)境污染物包括直接排放和間接排放2個(gè)部分。

直接排放是指糞便處理過(guò)程中各環(huán)節(jié)直接產(chǎn)生的環(huán)境污染物排放，具體包括：(1)收集階段，直接產(chǎn)生的溫室氣體排放系數(shù)參照文獻(xiàn)[26-27]，COx為25 mg·kg-1，CH4為0.65 mg·kg-1。(2)固體糞便堆肥處理階段，A養(yǎng)殖場(chǎng)的直接排放主要來(lái)自好氧堆肥系統(tǒng)，由于A養(yǎng)殖場(chǎng)堆肥采用的是膜堆肥工藝，堆肥過(guò)程在密閉的膜系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行，CO2和NH3直接排放量較低[26]，兩者的排放參數(shù)參考籍春蕾[23]的研究。(3)液體糞便厭氧發(fā)酵處理階段，A養(yǎng)殖場(chǎng)厭氧發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生的沼氣用于養(yǎng)殖場(chǎng)區(qū)內(nèi)鍋爐加熱系統(tǒng)，因此厭氧發(fā)酵及鍋爐系統(tǒng)直接產(chǎn)生的環(huán)境排放可用沼氣能源產(chǎn)能進(jìn)行抵扣，抵扣后可忽略不計(jì)；B養(yǎng)殖場(chǎng)的直接排放主要來(lái)自于液體貯存過(guò)程[28]。(4)農(nóng)田利用階段，主要針對(duì)A養(yǎng)殖場(chǎng)糞便全量還田后直接產(chǎn)生的溫室氣體排放。

間接排放是指糞便處理過(guò)程中各環(huán)節(jié)的能源及電力消耗所產(chǎn)生的環(huán)境排放，具體包括：(1)收集階段，A、B養(yǎng)殖場(chǎng)均來(lái)自于鏈條式刮糞板消耗電力能源產(chǎn)生的環(huán)境排放。(2)固液分離階段，A、B養(yǎng)殖場(chǎng)均包含進(jìn)料泵、攪拌機(jī)和固液分離機(jī)運(yùn)行消耗的電力能源所產(chǎn)生的環(huán)境排放，其中A養(yǎng)殖場(chǎng)為兩級(jí)固液分離，B養(yǎng)殖場(chǎng)為三級(jí)固液分離。(3)固體糞便處理階段，A養(yǎng)殖場(chǎng)為固體糞便轉(zhuǎn)運(yùn)及堆肥設(shè)備消耗能源產(chǎn)生的環(huán)境排放，B養(yǎng)殖場(chǎng)為固體糞便向場(chǎng)外運(yùn)輸(距離平均為3.0 km)消耗能源產(chǎn)生的環(huán)境排放。(4)液體糞便處理階段，A養(yǎng)殖場(chǎng)主要為厭氧發(fā)酵系統(tǒng)進(jìn)料泵消耗的電力能源所產(chǎn)生的環(huán)境排放，B養(yǎng)殖場(chǎng)主要為加藥裝置、攪拌裝置、曝氣裝置消耗的電力以及所加藥劑(PAM、PAC)產(chǎn)生過(guò)程的環(huán)境排放。(5)轉(zhuǎn)運(yùn)階段，A養(yǎng)殖場(chǎng)主要為有機(jī)肥運(yùn)輸至農(nóng)田及液體肥水輸送至田間暫存池消耗能源產(chǎn)生的環(huán)境排放，B養(yǎng)殖場(chǎng)主要為各環(huán)節(jié)吸污泵消耗能源產(chǎn)生的環(huán)境排放。(6)農(nóng)田利用階段，主要包括A養(yǎng)殖場(chǎng)固體有機(jī)肥、液體肥水施用消耗能源產(chǎn)生的環(huán)境排放。

2個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)糞污處理各環(huán)節(jié)的能源及電力消耗核算詳見(jiàn)表1?？梢钥闯?，2個(gè)模式下液體糞便處理環(huán)節(jié)的差異最大，模式Ⅰ中液體糞便厭氧發(fā)酵的環(huán)境排放主要來(lái)自液體轉(zhuǎn)運(yùn)、沼液還田輸運(yùn)和施用機(jī)械消耗的電力和燃油；模式Ⅱ?yàn)榱烁玫亟档鸵后w糞污中污染物含量，采用生化加藥及沉淀過(guò)濾來(lái)進(jìn)一步減少?gòu)U水中的固體，后續(xù)又采用連續(xù)曝氣的方式進(jìn)一步處理，所以電力能源消耗較大。

表1 奶牛場(chǎng)糞便處理過(guò)程中能源消耗清單Table 1 Energy consumption inventories of the dairy farms during manure treatment

依據(jù)糞污處理過(guò)程中的直接排放和間接排放情況，核算2種糞污處理模式下各個(gè)環(huán)節(jié)的環(huán)境影響排放清單(表2)，其中不同形式能源的環(huán)境排放參考衣瑞建等[29]和胡志遠(yuǎn)等[30]的研究。A養(yǎng)殖場(chǎng)各類(lèi)污染物的總排放量為：CO2788.09 kg，SO27.70 kg，NOx13.33 kg，CO 0.98 kg，CH47.89 kg，NH311.51 kg，VOC 0.30 kg，煙塵0.023 kg；B養(yǎng)殖場(chǎng)各類(lèi)污染物的總排放量為：CO21 185.29 kg，SO210.45 kg，NOx10.75 kg，CO 2.13 kg，CH44.99 kg，NH35.19 kg，VOC 0.30 kg，煙塵7.63 kg。

根據(jù)表3綜合分析可知，A養(yǎng)殖場(chǎng)中CO2、SO2、CO和VOC排放在收集環(huán)節(jié)最高，而NOx、CH4、NH3和煙塵排放在還田環(huán)節(jié)最高，各類(lèi)污染物在糞便收集、固液分離、還田利用3個(gè)環(huán)節(jié)的累計(jì)占比均達(dá)到86.8%以上。這主要是由于這3個(gè)環(huán)節(jié)中的電力能源消耗較大(表1)，占比分別為70.6%、16.8%和5.9%。而糞便還田是燃油消耗的主要環(huán)節(jié)，此過(guò)程中產(chǎn)生的NH3排放占比高達(dá)99.9%，CH4排放占比達(dá)98.3%；B養(yǎng)殖場(chǎng)中CO2、SO2、CO、VOC排放也是收集環(huán)節(jié)占比最高，而NOx、CH4、NH3的排放在轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)最高，煙塵排放在固液分離環(huán)節(jié)最高，各類(lèi)污染物在收集、轉(zhuǎn)運(yùn)、生化處理3個(gè)環(huán)節(jié)的累計(jì)占比均達(dá)到74.9%以上。主要是由于這3個(gè)環(huán)節(jié)電力能源消耗較大，占比分別為45.3%、15.8%和37.1%。而固體外運(yùn)環(huán)節(jié)是燃油消耗的主要環(huán)節(jié)，外運(yùn)過(guò)程中直接排放也是重要一環(huán)，外運(yùn)環(huán)節(jié)各類(lèi)污染物直接排放量占比如下：SO275.9%，NOx87.7%，CH499.2%，NH3100%。

奶牛糞污處理模式Ⅰ和模式Ⅱ中各功能單元的污染物環(huán)境排放量見(jiàn)圖3。模式Ⅱ中各類(lèi)污染物(NH3除外)排放量均明顯高于模式Ⅰ，其中CO2排放量是模式Ⅰ的2.91倍，SO2為2.56倍，NOx為1.60倍，CO為5.00倍，CH4為1.22倍，VOC為0.92倍，煙塵為2.86倍。這表明糞水達(dá)標(biāo)處理過(guò)程中污染物的環(huán)境排放量較大，而奶牛糞便全量還田可以有效減少污染物的環(huán)境排放量。因此，因地制宜對(duì)奶牛糞水進(jìn)行科學(xué)處置是奶牛場(chǎng)糞便污染減排的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

表2 奶牛場(chǎng)糞污處理過(guò)程的污染物環(huán)境排放清單Table 2 Environmental emission inventory of pollutants generated from individual manure treatment steps in the two intensive dairy farms

表3 奶牛場(chǎng)糞污處理各環(huán)節(jié)的污染物排放量占比Table 3 The proportion of pollutant emission in individual step of manure treatment in the two intensive dairy farms

3 結(jié)果與分析

3.1 環(huán)境影響評(píng)價(jià)

基于污染物排放清單，核算出2種奶牛糞便處理模式的溫室效應(yīng)、富營(yíng)養(yǎng)化效應(yīng)和環(huán)境酸化效應(yīng)潛值(表4)。模式Ⅰ的溫室效應(yīng)和環(huán)境酸化效應(yīng)潛值均小于模式Ⅱ，這說(shuō)明奶牛糞便全量還田可有效降低溫室氣體排放和環(huán)境酸化風(fēng)險(xiǎn)。然而，富營(yíng)養(yǎng)化效應(yīng)潛值表現(xiàn)為模式Ⅰ大于模式Ⅱ，這主要是由于模式Ⅱ中未考慮固體糞便出售后的處理/處置過(guò)程可能產(chǎn)生的污染物排放?？傮w來(lái)看，奶牛糞便全量還田模式的污染物環(huán)境影響潛值明顯低于糞水達(dá)標(biāo)排放模式。值得注意的是，模式Ⅰ中糞肥(即好氧堆肥產(chǎn)生的有機(jī)肥和厭氧發(fā)酵后的殘留物)合理還田后，當(dāng)季利用率以35%計(jì)，每年可替代的化學(xué)氮肥(以尿素計(jì),N含量46%)、磷肥(以磷酸銨計(jì)，五氧化二磷含量44%)、鉀肥(以氯化鉀計(jì)，氧化鉀含量60%)總量分別約為9.60、49.75和87.15 t。有機(jī)肥替代化肥的減排量詳見(jiàn)表5。

表4 奶牛場(chǎng)糞便處理過(guò)程的環(huán)境影響潛值Table 4 Environmental impact potential during the manure treatments in the two intensive dairy farms kg·FU-1

表5 奶牛場(chǎng)糞肥替代化肥的減排量Table 5 Pollutant reduction after substitution of chemical fertilizers with dairy manure in dairy farm A

同時(shí)，按照尿素價(jià)格1 600元·t-1、磷酸銨肥料價(jià)格2 200元·t-1、氯化鉀1 800元·t-1估算，A養(yǎng)殖場(chǎng)可節(jié)約化肥成本28.17萬(wàn)元。

3.2 總環(huán)境影響潛值

采用2001年中國(guó)人均環(huán)境影響潛值作為標(biāo)準(zhǔn)化基準(zhǔn)，按照環(huán)境影響潛值標(biāo)準(zhǔn)化公式和權(quán)重因子，核算2種奶牛糞便處理模式的總環(huán)境影響潛值(表6)。模式Ⅰ的總環(huán)境影響潛值為0.007 6 kg·人-1·a-1，明顯低于模式Ⅱ的0.009 9 kg·人-1·a-1，降幅為23.2%?？梢?jiàn)，將奶牛糞便多級(jí)處理后再全量還田利用，無(wú)論從物質(zhì)循環(huán)還是環(huán)境友好方面來(lái)看，均具有其他模式不可比擬的優(yōu)勢(shì)。奶牛糞便全量還田利用模式的CO2和SO2減排量分別為21.29和0.17 kg·t-1。以養(yǎng)殖規(guī)模為1 000頭的奶牛場(chǎng)為例，按日產(chǎn)糞便量38.00 t計(jì)，糞便全量還田可減排CO2約295.29 t·a-1，相當(dāng)于每年節(jié)約用電275 972.85 kW·h；若按照森林每生長(zhǎng)1 m3生物量可吸收1.83 t CO2計(jì)，則相當(dāng)于增加161.36 m3森林生物量。因此，建議在規(guī)模奶牛場(chǎng)周邊配套足夠的農(nóng)田以消納養(yǎng)殖糞便。需要說(shuō)明的是，糞水施用方式(如注施、漫灌等)、土壤類(lèi)型及栽培方式等很大程度上影響著其肥效和環(huán)境排放量，該研究?jī)H參考了推薦值(即當(dāng)季利用率35%計(jì))，未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)不同情景模式的評(píng)價(jià)分析，更加精準(zhǔn)量化種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)農(nóng)業(yè)模式的環(huán)境效益。隨著我國(guó)種養(yǎng)系統(tǒng)養(yǎng)分管理的需求不斷增加，大力發(fā)展糞水農(nóng)田精準(zhǔn)施用技術(shù)及裝備，也是促進(jìn)奶牛糞便生態(tài)安全循環(huán)利用的重要方向。

表6 2種糞便處理模式的總環(huán)境影響潛值Table 6 Total environmental impact potential of the two manure treatments in the two intensive dairy farms kg·人-1·a-1

4 結(jié)論

(1)奶牛糞便全量還田模式下，處理1 t糞便約減排CO217.28 kg，SO20.14 kg，NOx0.09 kg，CO 0.04 kg，CH40.02 kg，VOC 0.007 kg，煙塵0.17 kg。

(2)奶牛糞便全量還田模式的總環(huán)境影響潛值為0.007 6 kg·人-1·a-1，與達(dá)標(biāo)處理模式相比，降幅為23.2%，說(shuō)明該模式具有積極的環(huán)境效應(yīng)和明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)奶牛糞水處理過(guò)程的環(huán)境影響潛值最大，建議在規(guī)模奶牛場(chǎng)周邊配套足夠的農(nóng)田消納糞水，并加強(qiáng)其農(nóng)田精準(zhǔn)施用技術(shù)研究和多種情景模式的評(píng)價(jià)分析。