巢湖流域生猪规模养殖碳氮足迹时空分析

网络首发时间：2024-09-0918:28:33 网络首发地址：https://link.cnki.net/urlid/11.1843.X.20240907.1414.001 第XX卷第XX期 XXXX年XX月 DOI：10.13671/j.hjkxxb.2024.0336 环境科学学报 ActaScientiaeCircumstantiae Vol.XX，No.XXXX，XXXX 朱慧敏，武慧君，方维鑫，等.XXXX.巢湖流域生猪规模养殖碳氮足迹时空分析［J］.环境科学学报，XX（XX）：1-12 ZHUHuimin，WUHuijun，FANGWeixin，etal.XXXX.Spatio-temporalcarbonandnitrogenfootprintsoflarge-scalepigfarminginChaohuWatershed ［J］.ActaScientiaeCircumstantiae，XX（XX）：1-12 巢湖流域生猪规模养殖碳氮足迹时空分析 朱慧敏，武慧君*，方维鑫，梅威，张宇 安徽理工大学，地球与环境学院，淮南232001 摘要：基于环境足迹的方法，从生命周期的角度构建了生猪规模养殖的碳氮足迹模型，分析了巢湖流域1990—2020年生猪规模养殖碳足迹和氮足迹的时空特征.生猪养殖的生命周期主要考虑了饲料作物种植、饲料加工、养殖场养殖以及粪便管理.功能单位为每千克活重（kg）猪，分别计算了总碳氮足迹以及单位碳氮足迹.结果表明：巢湖流域生猪规模养殖总碳足迹从1990年的1501.5MkgCO2-eq快速下降至1995年的 706.8MkgCO2-eq，又稍波动变化至2020年的607.1MkgCO2-eq；单位碳足迹从1990年的7.8kg⸱kg-（1以每千克活重产生的CO2-eq计，下同）下 降到2020年的2.5kg⸱kg-1.总氮足迹从1990年的204.4MkgNr快速增长到2005年的359.8MkgNr，又总体下降至2020年的234.1MkgNr；单位氮足迹从1990年的119.0g⸱kg-（1以每千克活重产生的Nr计，下同）快速下降至2010年的99.3g⸱kg-1，又上升到2020年的106.0g⸱kg-1.饲料作物生产和粪便管理分别是碳足迹和氮足迹的最大贡献者，分别为70%~91%和60%~72%.从空间上来看，流域西北部特别是肥东县生猪规模养殖的碳氮足迹明显高于东南部.最后提出了平衡施肥、精准喂养、提高粪便管理的技术、集约化饲养等措施建议，以实现流域生猪规模养殖的可持续发展. 关键词：生猪规模养殖；生命周期评价；碳足迹；氮足迹；巢湖流域 文章编号：0253-2468（XXXX）XX-0001-12中图分类号：X321文献标识码：A Spatio-temporalcarbonandnitrogenfootprintsoflarge-scalepigfarminginChaohuWatershed ZHUHuimin，WUHuijun*，FANGWeixin，MEIWei，ZHANGYu SchoolofEarthandEnvironment，AnhuiUniversityofScienceandTechnology，Huainan232001 Abstract：Weusedtheenvironmentalfootprintmethodtodevelopacarbonandnitrogenfootprintmodelofpiglarge-scaleproductionfromlife-cycleperspective.Weanalyzedthespatial-temporalcharacteristicsofbothcarbonfootprintandnitrogenfootprintforthelarge-scalepigproductioninChaohuWatershedfrom1990to2020.Thelifecycleoflarge-scalepigproductionencompassesthestagesoffeedcropproduction，feedprocessing，pigfarming，andmanuremanagement.Thefunctionalunit（FU）istheweightofonekilogramofalivepig（LW）.Weevaluatedbothtotalfootprintsandunitfootprints.Theresultsindicatedthatthetotalcarbonfootprintoflarge-scalepigproductioninChaohuWatersheddecreasedrapidlyfrom1501.5MkgCO2-eqin1990to706.8MkgCO2-eqin1995，followedbyaslightfluctuationto607.1MkgCO2-eqin2020.Theunitcarbonfootprintdecreasedfrom7.8kg⸱kg-1in1990to2.5kg⸱kg-1in2020.Whilethetotalnitrogenfootprintincreasedrapidlyfrom204.4MkgNrin1990to359.8MkgNrin2005，andthendecreasedto234.1MkgNrin2020.Theunitnitrogenfootprintdecreasedrapidlyfrom119.0g⸱kg-1in1990to99.3g⸱kg-1in2010，andthenincreasedto106.0g⸱kg-1in2020.Feedcropproductioncontributedthelargestcarbonfootprint（70%~91%）andmanuremanagementcontributedthelargestnitrogenfootprint（60%~72%）.Bothcarbonfootprintandnitrogenfootprintoflarge-scalepigproductioninthenorthwestofthewatershed，especiallyinFeidongCounty，weresignificantlyhigherthanthoseinthesoutheastofthewatershed.Finally，weputforwardsomerecommendationstoachievesustainabledevelopmentinlarge-scalepigproductionwithinthewatershed.Theseincludebalancingfertilizer，feedingscientifically，improvingmanuremanagement，andfeedingintensively. Keywords：large-scalepigproduction；lifecycleassessment；carbonfootprint；nitrogenfootprint；ChaohuWatershed 1引言（Introduction） 近年来，随着经济的快速发展和生活水平的提高，民众的饮食结构发生了巨大变化，对畜禽产品的需求 收稿日期：2024-05-08修回日期：2024-07-25录用日期：2024-07-26基金项目：国家自然科学基金面上项目（No.72074003） 作者简介：朱慧敏（2000—），女，E-mail：2022200050@aust.edu.cn；*责任作者，E-mail：hjwu@aust.edu.cn 2环境科学学报XX卷 量增大（Baietal.，2018；Lietal.，2021）.因此，畜禽养殖业快速发展.作为全球最大的养殖业之一（Govonietal.，2022），生猪行业占据了全球肉类产品产量的三分之一以上（Pexasetal.，2020）.中国是世界上最大的生猪生产国和猪肉消费国（Huetal.，2023），消费的猪肉产量占世界总产量的近50%（Wangetal.，2020；国家统计局，2020）.然而，生猪养殖特别是饲料资源的浪费以及粪便和粪浆的处置不当带来了许多环境问题 （Zhangetal.，2021）.一方面，畜牧业生产造成的温室气体排放，约占全球人为温室气体排放量的18% （Steinfeldetal.，2006），而温室气体排放导致了极端气候（Andrettaetal.，2018；Lietal.，2022a）.另一方面，养殖废物的氮和磷排放引发了酸雨和大气氮化物沉降以及富营养化，对生态系统的健康造成威胁 （Mackenzieetal.，2016；Monteiroetal.，2017）. 环境足迹是人类活动对环境压力的指标，它已被广泛应用于农业和工业生产中（Qietal.，2018）.环境足迹法是由WilliamRees和他的学生Wackernagel在20世纪90年代提出的生态足迹法扩展而来 （Wackernageletal.，1996）.足迹家族中有生态足迹、碳足迹、土地足迹、水足迹、能源足迹、氮足迹和生物多样性足迹等.越来越多的研究正在将氮足迹、碳足迹和磷足迹等应用到农业种植（Adewaleetal.，2018；Chenetal.，2021a）以及畜牧业生产中（Lietal.，2022b），并在国家（Chenetal.，2021b）、流域（Luoetal.，2015）和城市（张哲瑜等，2019）等不同层面开展. 相关研究多关注某一种足迹，例如Li等（2022a）采用碳足迹与生命周期清单结合的方法核算了中国东部盐城生猪养殖的温室气体排放.或基于物质流分析方法来对单一元素或多个元素进行分析，如Wu等 （2016）基于物质流分析的方法对巢湖流域3种作物生产中磷元素造成的环境影响进行评估；Wu等（2020）用物质流分析方法建立作物养分利用效率模型，对巢湖流域2015年9种主要作物的氮、磷利用效率进行考察.还有一些研究将农业生产的多个环境足迹整合进行研究，例如，Wu等（2023）利用环境足迹分析方法，从生命周期的角度建立了养猪生产系统的水-土地-碳足迹模型，并考察了贸易中嵌入的虚拟水、土地和碳流；Wang等（2020）使用质量流方法评估了华北平原养猪场之间的碳和氮流动.但这些研究较少同时对巢湖流域养猪业的多个足迹进行分析.因此，本研究采用环境足迹的方法，从生命周期的角度对巢湖流域生猪养殖的碳足迹和氮足迹进行分析. 水、土地、食物、能源等元素对生态系统来说都是重要的环境因素，前人对这些元素在人类活动中造成的环境影响展开了很多研究（Zhuetal.，2021；Huetal.，2024）.近年来巢湖水体富营养化一直不容忽视.研究表明，畜禽养殖产生的水体污染物主要包括有机物、氮、磷等物质（吴浩玮等，2020）.水体氮磷浓度过高是造成水体富营养化的主要原因（Shouetal.，2024），且温室气体排放造成的全球变暖会进一步加剧水体中的富营养化（Jonesetal.，2014）.因此，本研究选择了对富营养化和全球变暖起到关键作用的碳足迹和氮足迹进行分析. 本研究的目的是以巢湖流域生猪规模养殖为研究对象，基于环境足迹中的碳氮足迹，构建生猪规模养殖的碳氮足迹分析模型.通过分析巢湖流域1990—2020年生猪规模养殖业的碳氮足迹时间空间分布特征，提出一些减少碳、氮足迹的措施和建议，对了解该地区农业生产对环境的影响以及寻找可持续发展的路径具有重要意义，也为巢湖流域的富营养化治理提供新视角. 2材料与方法（Materialsandmethods） 2.1研究区域概况 巢湖位于安徽省中部，长江和黄河之间，是安徽省第一大湖泊，流域面积13486km2.包括合肥市辖区、肥东县、肥西县、庐江县、巢湖市辖区、含山县、和县、无为市和舒城县9个县区，总人