基于结构分解技术的内蒙古自治区规模化畜禽养殖业减排机制研究

2016-03-13韦大明刘雅玲

环境污染与防治 2016年5期

韦大明刘雅玲陈岩

(环境保护部环境规划院，北京 100012)

近年来，内蒙古自治区畜禽养殖业发展迅速，在保障城乡畜禽产品供应、促进农民增收及活跃农村经济方面发挥了重要作用。2009年，全区畜牧业产值就已突破720亿元，并连续5年畜禽养殖数量稳定在1亿头(只)以上。随着畜禽养殖业不断发展，其废弃物产生量大、污染负荷高、治污工作开展滞后等特点逐步凸显。根据全国环境统计监测数据显示，2011年内蒙古自治区畜禽养殖业的COD、氨氮排放量分别达到64.64万、0.92万t，分别占全区总排放量的70%和17%，占农业源总排放量的99%和73%。同时，“十二五”期间，国家首次将农业源纳入总量控制范畴，覆盖面广、排放量大的畜禽养殖业成为农业源减排的主要切入点，控制的畜禽种类为生猪、奶牛、肉牛、蛋鸡、肉鸡。由于畜禽养殖业总量减排具有领域新、起步晚、基础薄等特点，为避免内蒙古自治区在开展减排工作过程中盲目上项目，致使区域减排目标、减排措施不合理的现象发生。决策者应明确影响区域畜禽养殖业污染物排放的内在驱动机制，做到有的放矢。

结构分解技术(SDA)是一种研究环境问题的重要方法，它是以投入产出对比表为基础的静态分析方法。通过该方法，可以对研究目标的变化(同一地区不同时间)或差异(同一时间不同地区)进行因素分解，计算各影响因素变化或差异对研究目标变化的贡献[1-2]。De bruyn分解、Laspeyres分解、Divisia指数分解模型均有应用[3-4]。近年来，周静等[5]、成艾华[6]、李长嘉等[7]通过SDA对工业污染减排特征及影响因素进行了分析，明确了规模效应、结构效应和技术效应对工业污染物排放的贡献。本研究将以“十二五”以来内蒙古自治区规模化畜禽养殖业减排成果为依据，结合内蒙古自治区畜禽养殖业经济增长情况，采用SDA构建内蒙古自治区规模化畜禽养殖业减排机制分析模型，从规模效应、结构效应、技术效应入手[8-9]，分析各种调控机制对畜禽养殖业减排的影响，为明确内蒙古自治区“十三五”畜禽养殖业减排的重点和方向提供借鉴。

1 方法与数据

通过分层次的分解方法对规模化畜禽养殖污染物排放进行完全分解。其中，第1个层次将污染排放量分解为规模化畜禽养殖量和宏观排放强度；第2个层次将宏观排放强度分解为规模化畜禽养殖种类构成和各类规模化畜禽养殖排放强度；第3个层次将各类规模化畜禽养殖排放强度进一步分解为污染物产生强度和污染物排放率。模型分解为各种效应时会产生余量，即表征多种因素同时变化对污染物排放的交叉影响的量，为把这些交叉影响合理表达为独立因素的影响，需进一步把这些交叉影响分配到各个单一的影响因素中去。目前，广泛用来处理余量的方法包括固定权重方法、适应权重方法、平均分配余量方法等，本研究采用平均分配余量方法，简单处理即采用1/2的权重。

1.1 结构分解模型

t年规模化畜禽养殖污染物排放量(Et，t)为：

Et=Vt×It

(1)

式中：Vt为t年规模化畜禽养殖量(以生猪计)，头；It为t年单位规模化畜禽养殖量(以生猪计)污染物排放量，t/头。

可将t年规模化畜禽养殖污染物排放变化总效应(G)分解为与规模化畜禽养殖量变化率和单位规模化畜禽养殖量污染物排放量变化率有关的因子，具体如下：

(2)

式中：E0为基准年规模化畜禽养殖污染物排放量，t；V0为基准年规模化畜禽养殖量(以生猪计)，头；I0为基准年单位规模化畜禽养殖量(以生猪计)污染物排放量，t/头；ΔEt为Et相对于E0的变化量，t；ΔVt为Vt相对于V0的变化量，头；ΔIt为It相对于I0的变化量，t/头；gVt为相对基准年的t年规模化畜禽养殖量变化率，即gVt=ΔVt/V0；gIt为相对基准年的t年单位规模化畜禽养殖量污染物排放量变化率，即gIt=ΔIt/I0。

根据平均分配余量方法，可将G分解为规模效应(Gsca)和宏观技术效应：

(3)

不同养殖种类的单位规模化养殖量污染物排放量不同，各类规模化畜禽养殖量在总规模化养殖量(以生猪计)中的比例也不相同，因此要进一步将式(3)中的宏观技术效应分解为结构效应(Gstr)和技术效应(Gint)。

设i为规模化畜禽种类序号；Eit为t年i种规模化畜禽的污染物排放量，t；Vit为t年i种规模化畜禽养殖量(以生猪计)，头；Sit为t年i种规模化畜禽的养殖量占比，即Sit=Vit/Vt；Iit为t年单位i种规模化畜禽养殖量(以生猪计)污染物排放量，t/头，即Iit=Eit/Vit；gSit为相对基准年的t年i种规模化畜禽养殖量变化率；gIit为相对基准年的t年单位i种规模化畜禽养殖量污染物排放量变化率；Ei0为基准年i种规模化畜禽养殖污染物排放量，t；ei0为基准年i种规模化畜禽的污染物排放量占比，即ei0=Ei0/E0。则式(1)可以转换为：

(4)

依据式(4)，gIt可以表示为：

(5)

则：

(6)

据平均分配余量方法，分离得到Gstr和Gint：

(7)

(8)

1.2 数据来源说明与数据处理

模型测算数据来源于2010—2013年环境统计数据。为模型计算，对规模化畜禽养殖量做归一化处理，将5类规模化畜禽养殖量统一折算成以生猪为单位当量的养殖量。根据《农村小型畜禽养殖污染防治项目建设与投资指南》规定：20只蛋鸡、35只肉鸡、1头奶牛、1头肉牛分别折算成1、1、10、7头猪当量。

2 结果分析

2.1 总效应分析

从图1可以看出，除西藏自治区、港澳台地区外，2011—2013年我国其他省份规模化畜禽养殖业COD和氨氮减排总效应为正值的省份主要集中在北方。内蒙古自治区COD和氨氮减排总效应分别为50.95%和63.41%，说明污染物排放均呈现上升趋势，且增量效应明显，减排效果极差(见表1)。其中，2011—2013年COD减排的规模效应为正值，结构效应和技术效应为负值，表明规模效应是COD减排的增量因子，结构效应和技术效应是COD减排的减量因子，但规模效应的绝对值远大于结构效应和技术效应的绝对值之和，是致使COD排放量增长的主要因子；氨氮减排的规模效应和结构效应为正值，技术效应为负值，表明规模效应和结构效应是氨氮减排的增量因子，技术效应是氨氮减排的减量因子，但规模效应的绝对值已经远大于技术效应的绝对值，是致使氨氮排放量增长的主要因子。

2011年，COD和氨氮减排总效应分别为-6.53%和-4.29%，为历年减排力度最大一年，这主要是由于2011年较2010年规模化养殖量的急剧下降，造成COD和氨氮规模效应分别为8.59%和8.68%，技术效应分别为-12.53%和-13.31%，规模效应为减排创造了“空间”，技术效应成为了减排“绝对”的减量因子。2012年，COD和氨氮减排的规模效应较2011年有大幅度提升，成为了减排的增量因子，且当年的技术效应也是历年来最差的，分别为-0.28%和10.31%，技术效应没有抑制住养殖规模增加对减排的压力，致使减排工作退步，排放量大幅增长。2013年，COD减排总效应为20.70%，表明2013年规模化畜禽养殖业COD排放量较2012年仍有所增长，这主要是由于2013年的规模效应快速增长(25.76%)，增加的养殖种类以COD排放强度较高的畜禽为主，造成结构效应增长，而技术效应未能及时得以提高，最终造成2013年COD排放量的增加。由此可见，内蒙古自治区的规模化畜禽养殖污染减排发展遇到瓶颈，养殖规模变化的不确定性直接影响污染治理技术的投入及应用，造成规模化畜禽养殖减排困难逐年加大。

图1 2011—2013年部分省(区、市)规模化畜禽养殖业COD和氨氮减排总效应对比Fig.1 Total emission reduction effect on COD and ammonia nitrogen in large-scale livestock and poultry breeding industry of certain provinces from 2011 to 2013

表2 2011—2013年内蒙古自治区5类规模化畜禽减排的结构效应

2.2 规模效应分析

由于2011年内蒙古自治区5类规模化畜禽养殖量增幅相对较缓，2011年COD和氨氮减排的规模效应为历年最小；随着2012、2013年养殖量的大幅增加，COD和氨氮减排的规模效应急剧增加，且排放量逐年增加，说明规模效应是畜禽养殖业减排压力的主要驱动因子。因此，推行适度养殖对于规模化畜禽养殖业减排非常必要。

根据式(4)，规模效应取决于5类规模化畜禽养殖量的增长速度和排污强度。养殖量增长越快，规模效应越大。排放强度下降越多，规模效应越小。2013年与2012年相比，生猪、奶牛、肉牛、蛋鸡、肉鸡养殖量增速分别为-9.77%、-2.67%、46.62%、-5.28%、-67.12%，COD和氨氮排放强度变化速率为4.42%、-7.42%、6.86%、-1.00%、-8.68%和-9.40%、-9.70%、-1.60%、-5.79%、17.69%。在养殖量减少的基础上，部分畜禽的COD排放强度随之下降，因此2013年COD减排的规模效应比2012年降低24.06%。虽然除肉鸡外，其他畜禽氨氮排放强度有所下降，但其下降幅度与养殖量增速变化基本持平，且肉牛养殖量增长比例较大，因此2013年氨氮减排的规模效应比2012年降低35.37%。

2.3 结构效应分析

结构效应来源于不同排污强度畜禽种类比例的变化。排污强度高的畜禽比例下降，则结构效应为负值，即促进污染物减排；相反，排污强度高的畜禽比例上升，则阻碍污染物减排，结构效应相应的为正值。根据分解模型测算，2011—2013年内蒙古自治区5类规模化畜禽减排的结构效应如表2所示。2011—2013年，规模化畜禽养殖结构调整的COD、氨氮减排的结构效应为-0.51%、7.53%。说明目前规模化畜禽养殖结构对COD减排利好，但对氨氮减排不利。不同畜禽种类间，生猪、奶牛和肉鸡2011—2013年减排的结构效应为正，是阻碍减排的主要畜禽。由于区域养殖结构目前主要由供应需求决定，在全区域范围内调整养殖结构困难很大，可根据水质现状和未来发展需求，严格准入，设置禁养区和限养区，优化养殖结构。

表3 2011—2013年内蒙古自治区5类规模化畜禽减排的技术效应

2.4 技术效应分析

技术效应主要由污染物去除率决定。去除率升高时，技术效应为负值，促使污染物排放量减少；去除率降低时，技术效应为正值，导致污染物排放量增加。对于规模化畜禽养殖业，必须持续推进粪污资源化利用，变废为宝。对于无法资源化利用的，建设粪污处理设施，降低污染物排放。根据模型，2011—2013年内蒙古自治区5类规模化畜禽减排的技术效应如表3所示。2011—2013年，COD减排的技术效应略优于氨氮。2012年，COD减排的技术效应为负值，而氨氮为正值，减排措施对COD排放量的控制有效，但并未有效控制氨氮排放量。2011、2013年COD和氨氮减排的技术效应均为负值，且氨氮的技术减排效应绝对值均大于COD，表明氨氮减排逐步得到重视。从5类规模化畜禽来看，肉鸡2011—2013年COD和氨氮减排的技术效应绝对值相对较小，对减排推动力度不大；其余4类畜禽减排的技术效应均为负值，且绝对值相对较大，促进了污染物减排。奶牛COD和氨氮减排的技术效应分别占5类规模化畜禽总技术效应的74.96%和48.26%，表明量大、面广的奶牛养殖业是5类规模化畜禽中技术减排的重点，且随着减排工作的不断推进，其COD和氨氮排放逐步得到控制。此外，2012年生猪、肉牛、蛋鸡和肉鸡并未通过技术效应推动氨氮排放量的削减，其中生猪氨氮减排的技术效应占总效应的90.40%，是影响到规模化畜禽养殖业总体氨氮减排的主要畜禽。从时间序列来看，2013年COD和氨氮减排的技术效应比2011年显著放缓，即受2012年总效应增幅过大的影响，畜禽粪污资源化利用和处理遇到瓶颈。

3 结语

(1) 内蒙古自治区规模化畜禽养殖业污染减排未显现明显成果，COD和氨氮排放量整体呈现增长趋势。规模化畜禽养殖污染减排发展遇到了瓶颈，养殖规模变化的不确定性直接影响污染治理技术的投入及应用，造成规模化畜禽养殖减排困难逐年加大。

(2) 规模效应是导致内蒙古自治区规模化畜禽养殖污染物排放增加的驱动因子，养殖量增速越大，规模效应越大，适当控制养殖规模，推动适度养殖有助于污染物减排。

(3) 结构效应对内蒙古自治区规模化畜禽养殖业COD减排初显成效，未实现氨氮减排。生猪、奶牛和肉鸡养殖是影响畜禽养殖业结构减排的重点。但是，区域养殖结构往往由供需要求决定，因此开展全区域性的养殖结构调整很难实现，只能根据具体区域水环境质量状况，优化养殖结构。

(4) 技术减排是规模化畜禽养殖业污染物减排的主要途径。2011—2013年技术减排取得显著效果。但肉鸡养殖的污染物去除率有所降低，需要推动减排工程并加强监管。生猪、奶牛养殖技术减排是影响规模化畜禽养殖业整体减排的关键，应作为重点控制对象，随时把握其减排工作进展，确保减排目标按时完成。

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