农牧渔复合生态养殖系统能值分析

孟祥海,周海川,张　郁,王宇波,孟　桃,张俊飚

(1.淮阴师范学院经济与管理学院,江苏 淮安　223001;2.中国林业科学院林业科技信息研究所,北京　100091;3.湖北工业大学经济与管理学院,湖北 武汉　430070;4.华中农业大学经济管理学院/ 湖北农村发展研究中心,湖北 武汉　430070)



农牧渔复合生态养殖系统能值分析

孟祥海1,周海川2,张郁3,王宇波3,孟桃1,张俊飚4①

(1.淮阴师范学院经济与管理学院,江苏 淮安223001;2.中国林业科学院林业科技信息研究所,北京100091;3.湖北工业大学经济与管理学院,湖北 武汉430070;4.华中农业大学经济管理学院/ 湖北农村发展研究中心,湖北 武汉430070)

摘要：生态养殖是减缓畜禽养殖污染的重要途径。以武汉银河猪场为例,采用能值分析方法,从资源减量化、环境承载压力和系统生产效率3个方面对该猪场生态养殖系统予以评价,并将其与进行生态养殖之前的单一养猪系统进行对比,结果显示该生态养殖系统在这3个方面均有改善。在资源减量化方面,生态养殖系统的能值自给率(1.77%)略高于单一养猪系统(0.27%),购买能值比率(98.09%)略低于单一养猪系统(99.74%),反馈能值比率(5.69%)和废弃物资源化利用率(5.80%)均高于单一养猪系统(0.00%);在环境承载压力方面,生态养殖系统的环境负荷率(85.72%)低于单一生猪养殖系统(116.04%),系统投入可更新率(56.93%)高于单一养猪系统(50.09%);在生产效率方面,生态养殖系统的净能值产出率(2.07)略高于单一养猪系统(1.93)。同时,生态养殖系统的经济效益比单一养猪系统更高。

关键词：能值分析;畜禽养殖;农牧渔复合生态系统;生态养殖

我国畜禽养殖业正由传统的农户散养模式向规模化养殖模式转变,在我国农业中处于重要地位。2012年我国生猪、蛋鸡和奶牛规模化养殖比例分别达到38.5%、65.5%和54.02%[1],2013年我国畜禽养殖业总产值占农林牧渔业总产值的29.32%[2],畜禽养殖业已由传统的家庭副业成为我国农业和农村经济的支柱产业,养殖方式正由传统的农户散养向规模化养殖转变[3]。规模化养殖粪便产生量大,且对环境影响较大的大中型养殖场80%分布在人口集中、水系发达的大城市周边和东部沿海地区,对环境造成严重威胁[4]。第1次全国污染源普查动态更新数据显示,2010年我国畜禽养殖业主要水污染物排放量中COD和NH3-N排放量分别是当年工业源排放量的3.23和2.3倍,分别占全国污染物排放总量的45%和25%[5],已成为水体污染的主要来源。2014年1月1日起实施的《畜禽规模养殖污染防治条例》(国务院令第643号)是我国第1部由国务院出台的农业农村污染防治法规,强调对畜禽养殖废弃物进行综合利用,旨在推动畜禽养殖业生态化转型升级,凸显了现阶段我国政府对畜禽养殖污染防治的重视。

能值理论由美国生态学家Odum H. T.于20世纪80年代首次提出,该理论将能值定义为流动或贮存的能量中所包含的另一类别能量的数量,并以太阳能值(solar emergy)为标准衡量某一能量的能值大小,单位为J[6-7]。该理论为定量分析生态经济系统的结构、功能、特征及生态经济效益提供了方法[8],成为联接生态学和经济学的重要纽带[9],被广泛用于不同类型生态系统的评价[10-14]。沼气工程是养殖业和种植业之间实现能流与物流转换的关键环节,可以实现农业生态系统能量多级循环利用和物质良性循环[15],成为运用能值理论开展研究的重要领域[16-18]。武汉银河猪场是年出栏5万头的规模化猪场,位于湖北省武汉市江夏区法泗街道。为解决粪污排泄造成的污染问题,猪场配套建设大型沼气工程以对粪污进行处理,陆续流转周边266.67 hm2土地用于消纳沼液沼渣,沼气集中供应农户,实现了养殖粪污的无害化处理和资源化利用,构建起以大型沼气工程为纽带,涵盖猪养殖、设施蔬菜种植、苗木繁育、莲藕种植、水产养殖和蚯蚓养殖6大产业板块的农牧渔复合生态系统。笔者基于能值理论,测算该猪场农牧渔复合生态系统的能值流动,并将该生态养殖模式(2013年数据)与单一养猪模式(2010年数据)做对比,分析生态养殖模式的综合效益,以期为推动畜禽养殖业的生态化转型提供参考。

1数据来源与研究方法

采用实地调查和查阅文献相结合的方法,收集银河猪场单一养猪系统和农牧渔复合生态养殖系统自然环境、地理条件和社会经济相关资料,按照原始数据类别进行分类整理,得到系统物质、能量和资金等数据,再根据Odum提出的“能量系统语言”图例规则,分别绘制系统能值流动图(图1～2)和编制系统能值分析表,以直观地表达收集到的不同度量单位(J、g或元)的原始数据所代表的能量流、物质流和经济流等转换成统一的太阳能值(单位为sej)的计算过程。最后,基于循环经济理论,从资源减量化、环境承载压力和系统生产效率3个方面,选取7项能值指标(表1),对比分析生态养殖模式和单一养猪模式的能值流动状态。

表1系统能值评价指标

Table 1Evaluation indices for emergy of the systems

类别 编号能值指标 代码计算公式 指标含义资源减量化1能值自给率REI(REm+NEm)/UEm评价自然资源对系统的支持能力2购买能值比率REB(FEm+TEm)/UEm评价系统对外界资源的依赖程度3系统反馈能值比率RESKEm/UEm评价系统的自我支持能力4废弃物资源利用率REUKEm/(FEm+TEm)评价系统对废弃物的利用率环境承载压力5环境负荷率REL(FEm+NEm+WEm)/(REm+TEm)评价环境对系统的承受能力6系统投入可更新率REN(REm+TEm)/UEm评价系统的可持续性生产效率7净能值产出率REY(OEm-WEm)/(FEm+TEm)评价系统的生产效率

UEm为系统投入能值;REm为可更新自然资源;NEm为不可更新自然资源;FEm为不可更新工业辅助能;TEm为可更新有机能;WEm为系统废弃物能值,包括猪场粪污和蔬菜基地废弃菜叶;KEm为系统反馈能值,即废弃物资源化利用的产品;OEm为输出能值,即系统对外输出的产品。

图1单一养猪系统能值流动图

Fig.1Emergy flow chart of the pig-only breeding system

2系统能值计算说明

2.1单一养猪系统能值计算

银河猪场自2011年起开始运营生态养殖模式,为衡量生态养殖模式的经营效果,选取2010年猪场生产经营数据作为能值计算依据。2010年,养猪场占地约10 hm2,年出栏生猪2.1万头,因猪场紧邻湖泊(下涉湖),故采取“达标排放”治理思路,利用大型沼气工程对粪污进行处理,发酵产生的沼气于场内保温并进行炊事利用,沼液和沼渣外排。玉米、豆粕和麸皮为主要饲料投入;人工乳和浓缩料用于仔猪哺乳阶段;预混料包括小猪料、中猪料、大猪料、后备料、妊娠料和哺乳料;动保投入包括粉剂、针剂、疫苗和消毒药等;固定资产年度折旧包括猪舍、养殖设备和环保设施等折旧;电力用于猪场取暖、降温、通风、照明、饲料加工和抽水冲洗猪舍等;柴油主要用于柴油发电机和场内车辆运输消耗等;设施设备维修费指与养猪直接相关的设施设备维修费用;利息指猪场生产经营发生的银行贷款利息;环保支出包括粪污达标处理工程运行费用、外排水质监测费、排污费和因未达标被处罚等费用;其他费用包括以上未列入的相关成本费用,包括销售费用和办公费用等。产品包括种猪和商品猪。单一养猪系统能值计算结果见表2。

2.2生态养殖系统能值计算

通过流转土地开展生态养殖,银河猪场破解了养猪环保问题,并扩建猪舍和增加产能,截至2013年,该猪场以粪污资源化利用为纽带,形成了6大产业板块,构建起物质能量有序循环流动的农牧渔复合生态养殖系统。系统的可更新环境资源和不可更新环境资源能值投入参照当地气象等数据计算得出,不可更新工业辅助能、可更新有机能能值投入和能值产出根据银河猪场提供的生产台账、财务数据整理计算得出。土地(养殖水面)流转价格为9 000 元·hm-2,人工费用指工资及相关福利支出。生态养殖系统能值计算结果见表3～4。

图2生态养殖系统能值流动图

Fig.2Emergy flow chart of the ecological breeding system

2.2.1生猪养殖子系统

基地占地约16.67 hm2,年出栏生猪5万头。玉米、豆粕和麸皮为主要饲料投入;人工乳和浓缩料用于仔猪哺乳阶段;预混料包括小猪料、中猪料、大猪料、后备料、妊娠料和哺乳料;动保投入包括粉剂、针剂、疫苗和消毒药等;固定资产年度折旧包括猪舍、养殖设备和环保设施等折旧;电力用于猪场取暖、降温、通风、照明、饲料加工和抽水冲洗猪舍等;柴油主要用于柴油发电机和场内车辆运输消耗等;设施设备维修费指与生猪养殖直接相关的设施设备维修费用;利息指猪场生产经营发生的银行贷款利息;环保支出包括粪污资源化利用工程运行等费用;其他费用包括以上未列入的相关成本费用,包括销售费用和办公费用等。产品包括种猪和商品猪。

2.2.2设施蔬菜种植子系统

基地占地约106.67 hm2。机耕包括农机耕作和播种;化肥主要包括钾肥等微量元素肥,用于弥补沼液和沼渣中部分营养元素的不足;农药包括低残留除草剂和生物农药类杀虫剂;地膜用于大棚内青椒、黄瓜和茄子等蔬菜幼苗期保温防草,不包括大棚外膜;吊线用于大棚内黄瓜等挂果;电力用于设施蔬菜基地灌溉、照明及其他生产生活所需;农业机械设施年度折旧主要指蔬菜大棚和用于蔬菜生产经营的旋耕机、播种机、分拣加工和仓储等机械设备,折旧按15 a分摊,残值率取5%;蔬菜运输费用按0.2元·kg-1计算;农业基础设施投资年净分摊指设施蔬菜农业基础设施改造总投入减去财政支农资金投入后按20 a经营期分摊;蔬菜种苗费用为外购的蔬菜种苗费用。产品包括青椒、茄子、西红柿、西兰花、红菜薹、莴苣、花椰菜和苤蓝等。

表2单一养猪系统能值计算结果

Table 2Background data of emergy of the pig-only breeding system

编号项目 单位原始数据太阳能值转化率太阳能值/sej1可更新环境资源2.70E+161.1太阳辐射能J4.40E+141.00E+004.40E+141.2风能J7.20E+121.50E+031.08E+161.3雨水化学势能J6.42E+111.82E+041.17E+161.4雨水重力势能J3.89E+101.05E+054.08E+152不可更新环境资源2.24E+152.1表土层损失J3.53E+106.35E+042.24E+153不可更新工业辅助能5.70E+183.1动保产品元2.16E+068.32E+111.80E+183.2固定资产年度折旧元7.22E+058.32E+116.01E+173.3电力J3.50E+051.59E+055.56E+103.4柴油J3.41E+046.64E+042.27E+093.5设施设备维修费元4.21E+058.32E+113.50E+173.6利息元1.52E+068.32E+111.26E+183.7土地流转费元3.20E+058.32E+112.66E+173.8环保支出元4.50E+058.32E+113.74E+173.9其他费用元1.25E+068.32E+111.04E+184可更新有机能5.69E+184.1玉米t3.30E+038.52E+042.81E+084.2豆粕t9.57E+026.90E+046.61E+074.3麸皮t4.91E+026.80E+043.34E+074.4人工乳元9.59E+058.32E+117.98E+174.5浓缩料元2.75E+068.32E+112.29E+184.6预混料元1.69E+068.32E+111.41E+184.7人工费用元1.44E+068.32E+111.19E+185投入能值合计1.14E+196产出能值合计2.30E+196.1种猪元9.66E+068.32E+118.03E+186.2商品猪元1.79E+078.32E+111.49E+19

2.2.3苗木繁育子系统

基地占地约66.67 hm2。机耕包括农机耕作;化肥主要包括钾肥等微量元素肥,用于弥补沼液沼渣中相关蔬菜生产所需营养元素的不足;农药包括除草剂和杀虫剂;地膜用于扦插幼苗保温防草;电力用于苗木繁育基地灌溉、照明及其他生产生活所需;固定资产年度折旧指购置的用于苗木生产经营的农机设备、办公设备等,折旧按15 a分摊,残值率取5%;苗木运输费用指苗木托运给购买客户过程中所发生的费用;农业基础设施投资年净分摊指苗木基地农业基础设施改造总投入减去财政支农资金投入后按20 a经营期分摊。可更新有机能投入包括人工和种苗,种苗费用包括外购的苗木种苗费用。产品为速生竹柳等苗木。

2.2.4莲藕种植子系统

基地占地约30 hm2。机耕包括农机耕作、播种;化肥主要包括钾肥等微量元素肥,用于弥补沼液沼渣中相关莲藕生长所需营养元素的不足;农药主要为生物农药类的杀虫剂;电力用于莲藕种植基地灌溉、照明及其他生产生活所需;农业机械设施折旧指购置的用于莲藕生产经营的旋耕机、分拣加工和仓储等机械设备,折旧按15 a分摊,残值率取5%;莲藕运输费用按0.1元·kg-1计算;农业基础设施投资年净分摊指莲藕基地农业基础设施改造总投入减去财政支农资金投入后按20 a经营期分摊。种苗费用包括外购的莲藕种苗费用。产品为莲藕。

表3生态养殖系统能值原始数据

Table 3Background data of emergy of the ecological breeding system

编号项目单位生猪系统蔬菜系统苗木系统莲藕系统水产系统蚯蚓系统太阳能值转化率1可更新环境资源1.1太阳辐射能J7.33E+144.69E+152.93E+151.32E+151.47E+151.17E+141.00E+001.2风能J1.20E+137.68E+134.80E+132.16E+132.40E+131.92E+121.50E+031.3雨水化学势能J1.07E+126.85E+124.28E+121.93E+122.14E+121.71E+111.82E+041.4雨水重力势能J6.48E+104.14E+112.59E+111.17E+111.30E+111.04E+101.05E+052不可更新环境资源2.1表土层损失J5.88E+103.76E+112.35E+111.06E+115.88E+109.41E+096.35E+043不可更新工业辅助能3.1动保产品元6.50E+068.32E+113.2固定资产年度折旧元1.76E+063.17E+048.32E+113.3电力J5.58E+125.24E+111.87E+128.53E+113.29E+042.34E+101.59E+053.4柴油J3.89E+086.64E+043.5设施设备维修费元1.03E+068.32E+113.6利息元2.17E+068.32E+113.7土地流转费元1.50E+059.60E+056.00E+052.70E+053.00E+052.40E+048.32E+113.8机耕元3.03E+051.02E+056.75E+048.32E+113.9化肥元2.68E+053.21E+055.40E+048.32E+113.10农药元2.46E+051.29E+052.70E+048.32E+113.11地膜元1.32E+051.57E+054.92E+031.59E+053.12吊线元2.51E+048.32E+113.13农业机械设施折旧元9.53E+041.27E+043.29E+046.33E+038.32E+113.14运输费用元1.52E+063.97E+059.90E+041.47E+048.32E+113.15农业基础设施投资年净分摊元1.76E+051.10E+054.96E+045.51E+048.32E+113.16渔药元9.87E+048.32E+113.17环保支出元3.18其他费用元2.06E+065.55E+048.32E+114可更新有机能4.1玉米t7.84E+098.52E+044.2豆粕t2.28E+096.90E+044.3麸皮t1.17E+096.80E+044.4人工乳元2.38E+068.32E+114.5浓缩料元6.73E+068.32E+114.6预混料元4.54E+068.32E+114.7鱼饲料元1.93E+068.32E+114.8人工费用元4.27E+061.32E+068.21E+056.75E+051.58E+053.49E+048.32E+114.9种苗5.45E+051.80E+062.70E+052.90E+058.80E+048.32E+115投入能值合计6产出能值合计6.1种猪元2.05E+078.32E+116.2商品猪元4.79E+078.32E+116.3蔬菜元1.51E+078.32E+116.4苗木元7.95E+068.32E+116.5莲藕元1.98E+068.32E+116.6鱼元3.49E+068.32E+116.7蚯蚓元7.33E+058.32E+11

1. 自然资源能值的原始数据计算公式参照文献[19]:① 太阳辐射能=太阳光年平均辐射量×土地面积;② 风能=风功率密度×土地面积;③ 雨水化学势能=年平均降雨量×土地面积×吉布斯自由能×雨水密度,吉布斯自由能取4.94×103J·kg-1,雨水密度取1 000 kg·m-3;④ 雨水重力势能=系统面积×平均海拔×平均降雨量×雨水密度×重力加速度,雨水密度取1 000 kg·m-3,重力加速度为9.8 m·s-1;⑤ 表土层损失=土地面积×土壤侵蚀速率×土壤有机质含量×有机质所含能量,土壤侵蚀速率取250 g·m-2·a-1,流失土壤的w(有机质)取实测值6.75%,有机质能量为2.09×104J·g-1;2. 银河猪场的地理位置为30°09′ N,114°09′ E,年平均气温约为16.7 ℃,海拨约为30.5 m,年平均降水量约为1 300 mm,年太阳辐射约为4 400 MJ·m-2[20],年均风功率密度约为20 W·m-2[21];3. 风能,雨水势能,雨水化学能以及玉米、豆粕、麸皮和电力的太阳能值转化率参照文献[22];4. 人民币的太阳能值转化率参照文献[23];5. 农用柴油的太阳能值转化率参照文献[19]。

表4生态养殖系统能值汇总

Table 4Emergy summary of the ecological breeding system

编号项目生猪系统蔬菜系统苗木系统莲藕系统水产系统蚯蚓系统生态养殖系统汇总1可更新环境资源4.50E+162.88E+171.80E+178.11E+169.01E+167.20E+156.91E+171.1太阳辐射能7.33E+144.69E+152.93E+151.32E+151.47E+151.17E+141.13E+161.2风能1.80E+161.15E+177.20E+163.24E+163.60E+162.88E+152.76E+171.3雨水化学势能1.95E+161.25E+177.79E+163.51E+163.89E+163.11E+152.99E+171.4雨水重力势能6.80E+154.35E+162.72E+161.23E+161.37E+161.09E+151.04E+172不可更新环境资源3.73E+152.39E+161.49E+166.73E+153.73E+155.98E+145.36E+162.1表土层损失3.73E+152.39E+161.49E+166.73E+153.73E+155.98E+145.36E+163不可更新工业辅助能1.09E+192.99E+181.70E+186.18E+174.51E+174.12E+161.67E+193.1动保产品5.41E+185.41E+183.2固定资产年度折旧1.46E+182.64E+161.49E+183.3电力8.87E+178.33E+162.97E+171.36E+175.23E+093.72E+151.41E+183.4柴油2.58E+132.58E+133.5设施设备维修费8.57E+178.57E+173.6利息1.81E+181.81E+183.7土地流转费1.25E+177.99E+174.99E+172.25E+172.50E+172.00E+161.92E+183.8机耕2.52E+178.49E+165.62E+163.93E+173.9化肥2.23E+172.67E+174.49E+165.35E+173.10农药2.05E+171.07E+172.25E+163.34E+173.11地膜2.10E+102.50E+107.82E+084.67E+103.12吊线2.09E+162.09E+163.13农业机械设施折旧1.06E+162.74E+165.27E+154.32E+163.14运输费用1.26E+183.30E+178.24E+161.22E+161.69E+183.15农业基础设施投资年净分摊1.46E+179.15E+164.13E+164.58E+163.25E+173.16渔药8.21E+168.21E+163.17环保支出1.83E+173.18其他费用2.08E+174.62E+162.54E+174可更新有机能1.49E+191.55E+182.18E+187.86E+171.98E+181.02E+172.15E+194.1玉米6.68E+146.68E+144.2豆粕1.57E+141.57E+144.3麸皮7.96E+137.96E+134.4人工乳1.98E+181.98E+184.5浓缩料5.60E+185.60E+184.6预混料3.78E+183.78E+184.7鱼饲料1.61E+181.61E+184.8人工费用3.55E+181.10E+186.83E+175.62E+171.31E+172.90E+166.06E+184.9种苗4.53E+171.50E+182.25E+172.41E+177.32E+162.49E+185投入能值合计2.59E+194.86E+184.08E+181.49E+182.52E+181.51E+173.90E+196产出能值合计5.69E+191.26E+196.61E+181.65E+182.90E+186.10E+178.12E+196.1种猪1.71E+191.71E+196.2商品猪3.99E+193.99E+196.3蔬菜1.26E+191.26E+196.4苗木6.61E+186.61E+186.5莲藕1.65E+181.65E+186.6鱼2.90E+182.90E+186.7蚯蚓6.10E+176.10E+17

2.2.5水产养殖子系统

养殖水面约为33.33 hm2。饲料为外购的鱼类专用饲料;渔药包括预防、控制和治疗鱼类病害、促进鱼类健康生长、增强机体抗病能力和改善养殖水体质量的药物等;机械设备年度折旧包括水产养殖及相关机械设备等年度折旧,折旧按15 a分摊,残值率取5%;电力用于增氧机、投料设备和抽排水机械等运作;农业基础设施投资年净分摊指水产养殖水面农业基础设施改造总投入减去财政支农资金投入后按20 a经营期分摊;其他费用包括运费、设备维修等费用。鱼苗费用为外购鱼苗费用。产品为青鱼、草鱼、鲫鱼、花鲢、白鲢和鱼等。

2.2.6蚯蚓养殖子系统

基地占地为2.67 hm2,蚯蚓养殖用饲料以沼渣和农作物秸秆为主。地膜是养殖蚯蚓的载体,用于放置沼渣和农作物秸秆,并起到隔离蚯蚓与地面的作用,防止蚯蚓钻入地下;机械设备年度折旧包括用于蚯蚓养殖及相关生产经营的机械设备年度折旧,折旧按15 a分摊,残值率取5%;电力用于照明及养殖人员生活用电等;运输费用为原料及产品运输产生的费用;种苗费用为外购蚯蚓种苗费用。产品为蚯蚓。

2.3系统废弃物能值与反馈能值的计算

单一养猪系统产生的废弃物包括猪粪尿、冲洗水、沼液、沼渣和沼气,沼气在场内利用为反馈能值;生态养殖系统产生的废弃物主要为猪粪尿、冲洗水和废弃菜叶,经过厌氧发酵、堆肥产生的沼液、沼渣、沼气(不包括供应系统外农户)和菜叶堆制的有机肥在系统内再次利用,为系统内的反馈能值(表5)。

表5单一养猪与生态养殖系统废弃物能值与反馈能值

Table 5Emergy of the waste and feedback emergy of the pig-only breeding system and ecological breeding system

编号项目原始数据单位单一养猪生态养殖太阳能值转化率太阳能值/sej单一养猪生态养殖1猪粪J2.05E+104.88E+102.70E+045.53E+141.32E+152猪尿及冲洗水J2.46E+115.87E+113.80E+069.36E+172.23E+182废弃菜叶kg1.90E+092.70E+045.13E+133沼液J4.39E+109.13E+109.64E+064.23E+178.80E+174沼渣(干)kg1.98E+094.02E+092.09E+084.15E+178.40E+175沼气(系统内利用)J1.92E+093.34E+092.48E+054.77E+148.28E+146有机肥(废弃菜叶堆沤)kg1.14E+094.36E+084.97E+177废弃物能值合计(猪场)J2.67E+116.36E+119.37E+172.23E+188废弃物能值合计(蔬菜)J5.13E+139废弃物能值合计J2.67E+119.37E+172.23E+1810系统反馈能值合计J1.92E+094.77E+142.22E+18

1. 猪粪、猪粪尿及冲洗水的能量计算及太阳能值转换率参照文献[24];2. 沼液、沼渣和有机肥的太阳能值转换率参照文献[17];3. 废弃菜叶的太阳能值转换率参照文献[25]。

3结果与分析

3.1系统能值分析

2种养殖模式总能值流动状态与对比情况见表6。在资源减量化方面,生态养殖系统能值自给率略高于单一养猪系统,购买能值比率略低于单一养猪系统,反馈能值比率高于单一养猪系统,废弃物资源化利用率高于单一养猪系统,表明相对于单一生猪养殖模式,农牧渔复合生态养殖模式通过猪场粪污沼气处理、废弃菜叶堆肥处理及还田利用等措施,实现了废弃物的资源化利用,对外界资源的依赖程度略有降低。在环境承载压力方面,生态养殖系统环境负荷率低于单一生猪养殖系统,系统投入可更新率高于单一养猪系统,表明生态养殖模式通过废弃物的资源化利用,降低了系统对环境的承载压力,提高了系统的可持续发展能力。在生产效率方面,生态养殖系统的净能值产出率略高于单一养猪系统,表明生态养殖模式的生产效率略有提高。

表6系统能值汇总与评价指标值

Table 6Emergysummary of the systems and their evaluation indexes

养殖模式能值投入产出指标REm/sejNEm/sejTEm/sejFEm/sejKEm/sejWEm/sejUEm/sejOEm/sej单一养猪2.70E+162.24E+155.69E+185.70E+181.92E+099.37E+171.14E+192.30E+19生态养殖6.91E+175.36E+162.15E+191.67E+192.22E+182.23E+183.90E+198.12E+19养殖模式能值评价指标REI/%REB/%RES/%REU/%REL/%REN/%REY单一养猪0.2799.740.000.00116.0450.091.93生态养殖1.7798.095.695.8085.7256.932.07

REm为可更新环境资源;NEm为不可更新环境资源;TEm为可更新有机能;FEm为不可更新工业辅助能;KEm为系统投入反馈能值;WEm为系统产出废弃物能值;UEm为总投入能值;OEm为总输出能值;REI为能值自给率;REB为购买能值比率;RES为反馈能值比率;REU为废弃物资源利用率;REL为环境负荷率;REN为系统投入可更新率;REY为净能值产出率。

3.2经济效益分析

根据银河猪场提供的投入产出数据,2010年银河猪场单一养猪实现销售收入为2 758.99万元,总成本为2 528.99万元,净利润为230.00万元;2013年银河猪场农牧渔复合生态养殖实现销售收入为9 773.42 万元,总成本为8 076.51万元,净利润为1 696.91 万元,生态养殖模式实现了较好的经济效益(表7)。

表7单一养猪与生态养殖系统的经济效益对比

Table 7Comparison of the two systems in economic benefit

万元

受篇幅限制,经济效益分析的原始数据不详细列出。

4结论与讨论

基于能值分析表明,武汉银河猪场以大型沼气工程为纽带,通过对废弃物的资源化利用,构建起良性循环的农牧渔复合生态养殖系统。与单一的生猪养殖相比,该生态养殖系统实现了对生猪粪便、蔬菜的资源化利用,减少了对外界资源的依赖程度,降低了对环境的承载压力,提高了系统的可持续发展能力,并实现了良好的经济效益。与已有农业生态系统能值分析结果不同[10,16],笔者分析得出的生态养殖系统能值自给率和购买能值比率虽相对于单一的生猪养殖系统改善程度有限,且环境负荷压力仍处在中等程度[26],这与该生态养殖系统仍是集约化农业生产方式,对外界生产资料投入依赖程度较高,且集约化生猪养殖仍占主导地位有密切关系。由于种植业对自然资源依赖程度高于养殖业,养殖业的生产效率一般高于种植业[17],使得生态养殖系统的生产效率较单一养猪系统提高有限。

同时,该生态养殖模式具有显著的污染物减排效果和良好的经济效益。经农业部农业环境质量监督检验测试中心(武汉)监测,猪场养殖污水经沼气处理和农田利用后,COD、BOD5、悬浮物、NH3-N和总磷质量浓度平均值分别由2 270.73、222.5、54.5、18.57和0.73 mg·L-1下降为35.33、7.5、28.50、3.43和0.09 mg·L-1,远低于GB 18596—2001《畜禽养殖业污染物排放标准》所规定的污水排放标准。种植基地于2009年开始使用沼液沼渣施肥,2012年土壤中重金属元素Cd、Hg、As、Cu、Pb和Cr含量分别为0.176、0.081、14.14、31.24、34.24和82.32 mg·kg-1,符合《绿色食品产地环境质量标准》,暂未出现因沼液沼渣还田施肥造成的土壤重金属超标,土壤w(有机质)平均值由2009年的2.4%提高到6.75%,土壤肥力有明显提高,蔬菜等农作物均已通过绿色食品认证。此外,2010和2013年均为猪价低迷年份,具有较好的可比性,生态养殖系统实现了较好的经济效益。

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(责任编辑： 李祥敏)

Emergy Analysis of Agriculture-Livestock-Fisheries Compound Ecological Breeding System.

MENGXiang-hai1,ZHOUHai-chuan2,ZHANGYu3，WANGYu-bo3,MENGTao1,ZHANGJun-biao4

(1.College of Economics Management of Huaiyin Normal University, Huai′an 223001, China;2.Research Institute of Forestry Policy and Information, Chinese Academy of Forestry, Bejing 100091, China;3.School of Economics and Management, Hubei University of Technology, Wuhan 430070, China;4.College of Economics and Management, Huazhong Agricultural University/ Hubei Rural Development Research Center, Wuhan 430070, China)

Abstract:Ecological breeding is an important way to alleviate pollution from livestock and poultry breeding. Taking the Wuhan Yinhe Pig Farm as an example, the ecological breeding system of this Pig Farm was compared with the pig-only breeding system which used to be in operation before, and evaluated with the emergy analysis method. It was found that the former was much superior to the latter in minimization of resource consumption and environmental loading and in production efficiency. In terms of minimization of resource consumption, the former was 1.77% in emergy self-sufficiency rate, slightly higher than the latter (0.27%), the former was 98.09% in purchased-emergy rate, slightly lower than the latter (99.74%), the former was 5.69% in feedback-emergy rate, higher than the latter (0.00%) and the former was 5.80% in waste recycling rate, higher than the latter (0.00%). In terms of environmental loading, the ecological breeding system was 85.72% in environmental loading rate, lower than the pig-only breeding system (116.04%), and the former was 56.93% in system input renewal rate, higher than the latter (50.09%). And in terms of production efficiency, the former was 2.07 in net-emergy output rate, slightly higher than the latter (1.93). Moreover, the ecological breeding system was significantly higher in economic benefit than the pig-only breeding system.

Key words:emergy analysis;livestock and poultry breeding;agriculture-livestock-fisheries compound ecosystem;ecological breeding

作者简介：孟祥海(1983—),男,山东日照人,讲师/ 高级农技师,博士,从事资源环境经济方面的研究。E-mail: mxhlch@126.com

通信作者①E-mail: zhangjb513@126.com

基金项目：国家自然科学基金重点项目(71333006);国家自然科学基金面上项目(71273105);江苏省软科学研究计划(BR2015016);江苏省高校哲学社会科学研究项目(2015SJB685);湖北省科技支撑计划(2014BBB015);湖北银河生态省级研究生工作站(鄂教研[2013]2号)

收稿日期：2015-05-22

DOI：10.11934/j.issn.1673-4831.2016.01.022

中图分类号：X171.1；F323.22

文献标志码：A

文章编号：1673-4831(2016)01-0133-10