小農戶生豬糞污處理不當的環境風險識別——基于Fuzzy DEMATEL和投影尋蹤法

王曉莉 徐娜 吳林海

摘要：為識別小農戶生豬糞污處理不當誘發的空氣污染風險、水體污染風險、土壤污染風險等環境風險，本文利用層次分析法建立指標體系，分別于2016年1月即國家“水十條”頒布的10個月后和2017年2月即國家“土十條”頒布的9個月后，對同樣的11位業內專家采用模糊決策實驗室法（Fuzzy DEMATEL）和投影尋蹤法進行評判。結果表明，兩次專家評判認為小農戶生豬糞污處理不當誘發的空氣污染風險、水體污染風險、土壤污染風險權重分別是0.2424、0.3646、0.3930和0.2377、0.4485、0.3138。兩次評判均認為空氣污染風險最小，而由于“水十條”和“土十條”存在短暫、即時的政策效應，專家對水體污染風險和土壤污染風險的評判出現了分歧。本文據此給出政策建議。

關鍵詞：小農戶 生豬糞污處理 環境風險 Fuzzy DEMAATEL 投影尋蹤法

一 引言

我國是生豬養殖大國，2015年生豬出欄量達到70825萬頭。但同時，我國生豬飼養仍然沿襲傳統的農戶小規模飼養方式，由小農戶散養提供的商品豬占市場總量的80%以上，直接導致我國生豬規模飼養的管理水平不高。部分小農戶可能基于自身的利益，過量使用添加劑、獸藥等化學品，致使60%～90%的農用化學品因生豬自身無法吸收而隨糞便排出體外成為影響環境的重要因素[1]。包括生豬糞污在內，我國農戶處理畜禽糞便的方式主要是隨意丟棄、糞肥還田、堆肥、沼氣化、出售和制造有機肥等[2]，其中糞肥還田方式由于耕地數量和農田消納能力有限，并不能廣泛推廣[3]，而沼氣化的成本也較高，沒有相應政策支持，小農戶采用這類處理方式顯然也不現實，因此小農戶將生豬糞便和養殖污水隨意排亂的現象較為嚴重[4]。

為防止小農戶將生豬糞便和污水隨意排放的不當行為所帶來的環境風險，2014年1月，我國《畜禽規模養殖污染防治條例》首次明確了禁止建設畜禽養殖場、養殖小區的區域，即劃定禁養區。2015年4月，國務院《水污染防治行動計劃》（即“水十條”）提出了推進農業農村污染防治措施，其中著重強調了要防治畜禽養殖污染，實現糞便污水的資源化利用。隨后，2016年5月又出臺了《土壤污染防治行動計劃》（即“土十條”），突出糞污處置不合理造成的土壤污染風險加劇，要嚴格規范獸藥、飼料添加劑的使用，以期從源頭上降低土壤風險。這些權威政策的頒布和實施，會產生一定的政策效應。

本文圍繞小農戶生豬糞污處理不當誘發的環境影響展開，通過業內專家評判，分析可能對空氣、水體、土壤等造成的環境風險。兩次專家評判間隔一年，分別適逢“水十條”頒布的10個月后和“土十條”頒布的9個月后，期望通過分析兩次專家評判結果的差異，分析小農戶生豬糞污處理不當的環境風險的分布狀況，同時探究“水十條”和“土十條”兩項政策的政策效應。

二 文獻綜述

目前國內外有關農戶因生豬養殖糞便和污水處理不當造成環境風險的文獻主要集中以下幾個方面。

（一）空氣污染風險

農戶沒有采取生豬糞污環保處理技術，對糞污處理不當，所造成的空氣污染主要涉及大氣惡臭、空氣質量下降和溫室效應等。生豬糞便中含有氨氣（NH3）、硫化氫（H2S）、糞臭素（SK）、揮發性脂肪酸（VFA）、胺類物質、脂肪族的醛類物質和硫醇類物質等，是惡臭的主要來源[5]，此外，糞便中由病原微生物形成的生物氣溶膠[6-7]，以及豬舍內外普遍含有的高濃度和高豐度的耐藥菌都會隨空氣流動遠距離傳播[8]。這些氣體不僅惡化舍內的環境和衛生，損害空氣質量，還會降低生豬的抵抗力，更可能危害人體健康[9]。越干燥的環境，越有利于這些代謝物的霧化和傳播[10]。

Weiss和Leip[11]曾經證實，25%的溫室氣體（GHGs）來源于生豬養殖，其中生豬糞便排放的溫室氣體“貢獻”最大[12]。NH3的揮發是生豬糞便堆放過程中氮流失的主要表現形式[13]，由此造成GHGs排放，是形成霧霾的罪魁禍首[14]。據聯合國糧食及農業組織（FAO）[15]預測，到2030年，農業中動物飼養將會增加60%的甲烷（CH4）排放。雖然生豬糞污的有機物厭氧分解會產生大量GHGs，但通過干清糞方式進行糞便處理，可以相應減少CH4等氣體排放[16]。當然，也有學者并不以為然，認為增加糞便處理頻度，采用干清糞處理方式只是治標不治本。只有減少生豬的蛋白質攝入，才能從源頭上減少生豬糞便的GHGs排放[17]。

（二）水體污染風險

2010年，畜禽養殖污水排放量和化學需氧量（COD）排放量分別為同年工業生產所造成的污水排放量和COD排放量的3.23和2.3倍，分別占全國污染物排放總量的45%和25% [18]。研究顯示，小農戶對生豬糞便和污水處理不當，對水體造成的污染不僅包括氮（N）、磷（P）等微量元素超標導致的富營養化[19]和溶解氧量降低后的惡臭，還包括糞便中殘留的抗生素等化學物質對水質的破壞。其中，生豬糞便對水體的污染最嚴重，且總氮（TN）在各污染物中貢獻率最大，其后依次是總磷（TP）、氨氮（NH3-N）、生化需氧量（BOD）、COD等[20]。高濃度的N、P、NH3-N化合物會造成水體的富營養化，同時導致COD和BOD濃度升高，而且還會造成水體缺氧、水生動物窒息、水體變質腐臭等后果[21]。小農戶出于防治疾病、提高飼料轉化率和生豬生長率的考慮，會采取過量使用抗生素及獸藥等化學合成藥物的行為[22]。而包括生豬在內，畜禽本身無法吸收那么多藥物，殘留的大量藥物、添加劑隨著糞便的排泄而污染水源，其中殘留的藥物、病原微生物等在地表水中的污染期可長達兩個月，并不斷繁殖，從而進一步污染水源[23]，目前已經造成了嚴重的地表水和地下水質污染后果[24-25]。如果小農戶持續使用抗生素，會使生豬糞便中富集的抗生素耐藥基因（ARGs）長期處在養殖介質中，隨著污水排放進入土壤、池塘水等介質中殘留堆積，進一步破壞環境[26]。

（三）土壤污染風險

生豬糞污中含有的過量N、P等微量元素，鉀（K）、鈉（Na）等重金屬，以及病原微生物等，均會增加土壤污染風險。2010年，我國畜禽糞便還田和直接廢棄的比例分別高達49.5%和25.3% [27]，但土地的承載力是有限的。土壤對 P、N、K 的吸納率分別只有10% ～15%、30% ～35%、35%～50% [28]。目前我國農村多數地區種養分離、農牧脫節的現實，致使畜禽養殖的糞便中含有的P、N、K等隨意且過量流失滲透到土壤中，而部分營養元素如Na和K由于反聚作用造成土壤板結，降低土壤通透性，破壞耕地質量[29]。相較于其他畜禽糞便，生豬糞便更易造成土壤污染[30]。由于高劑量銅（Cu）、鋅（Zn）、砷（As）等金屬元素可以促進生豬生長，生豬養殖戶常在飼料中高劑量使用銅、鋅、砷等制劑，而生豬對這些重金屬元素的吸收利用率低或者部分重金屬元素無法被生豬的消化系統分解，大部分隨糞便排出，經過食物鏈的長期累積，再次進入土壤等循環系統中[31]。如今，有機肥料、獸藥等的濫用已經嚴重污染了土壤環境[32]。研究發現，豬糞直接還田，其重金屬的含量以及富集系數都比普通的菌渣要高，對土壤和作物的破壞力更強[33-34]。另外，生豬糞污中不僅含有有害化學物質，還含有大量病菌微生物，如大腸桿菌以及寄生蟲卵等[35]，這些微生物因其強大的繁殖能力有別于化學物質，如果直接進入土壤且不斷繁殖，終將破壞生態平衡。

（四）相關文獻評述

上述文獻研究說明，小農戶對生豬糞污的處理不當，將嚴重威脅空氣、水體、土壤，造成環境污染。目前研究分別從空氣、水體和土壤污染角度探討不同區域生豬糞污對環境的影響，對于何種環境污染風險更大，國家相關政策出臺后污染是否有所減輕等，并未得出明確研究結論。因此，本文利用專家評判方法，從空氣污染、水體污染和土壤污染風險的角度，分析小農戶生豬糞污處理不當造成的環境風險分布，并在“水十條”和“土十條”頒布后邀請相同的專家進行二次評判，分析相關政策的效應，最終為推廣糞污環保處理技術提供政策建議。

三 評價方法與步驟

（一）指標體系的構建

層次分析法（AHP）模型一般可分為三層：目標層、準則層和指標層。目標層只有一個元素，一般為分析問題的預定目標或理想結果；準則層包含各種中間環節和需要考慮的準則、子準則，可以由若干個層次組成；指標層主要由可供選擇的各種措施、決策方案等組成。在此基礎上，本研究采用模糊德爾菲（Fuzzy Delphi）方法確定指標層的權重。

模糊德爾菲法的實質就是確定專家評判的共識值，而現有研究結論證實，專家評判的共識值中存在一定的函數關系[36]。本研究利用該方法讓多位相關專家達成了共識，建立相關指標體系。

1．專家人數的確定

模糊德爾菲法的調查對象為專家，專家的選擇將影響問卷的結果與說服力。而多數文獻中專家選擇的標準并不統一。參與本研究的評判專家由推廣相關政策的國家機關工作人員、高校從事生豬糞污環境治理的科研人員，以及基層農技推廣人員組成，除了熟悉生豬養殖環境污染風險評估，專家至少還滿足以下條件之一：①從事與本研究相關或類似的研究；②曾發表與本研究類似的文章；③對本研究具有一定專業知識。而在專家人數的選擇方面，為將群體判斷的誤差降至最低，且避免出現互補效應影響決策，選擇11位滿足以上條件的專家。

2．建立評價指標體系

將小農戶對生豬糞污處理不當所涉及的環境風險分為空氣污染風險、水體污染風險和土壤污染風險三大類，將與各環境污染風險相關的指標作為指標層。為避免遺漏，本研究采用半封閉式問卷，充分搜集專家意見。對于初步遴選的各個指標，請各專家匿名根據個人專業水平和知識經驗按照不重要、不太重要、一般、較重要和重要5個等級（分別是1、2、3、4、5分）評判其對環境的影響程度。對指標層的各類指標均給出定義，以保證專家認知的一致性。問卷設置留白，并請專家做補充說明，以彌補原來初步遴選的指標可能存在的不足。

針對11位專家的問卷調查進行了兩次，分別在2016年1月和2017年2月進行。第一次問卷采用四分位差，第二次問卷則以幾何平均數分析專家群體對生豬糞污處理不當所引起環境風險的分布情況。確定門檻值后，兩次問卷的調查結果顯示，11位專家對表1中指標層的環境風險分布達成一致。

（二）評價指標權重的確定

1.“水十條”后利用決策實驗室法確立環境風險權重分布

利用對專家的問卷調查確定各指標的權重。利用專家評判這些指標之間的相互影響程度，按照由弱到強分為1～5等級。對專家評判結果，進行標準化處理后，最終將量化得到專家群體的共識（見表2）。

具體計算過程如下。

（1）三角模糊數的標準化處理。按照表2將每位專家評判轉換為三角模糊數，并按照公式進行標準化。

其中：

式中：xl、xm、xr分別為對應公式標準化后的三角模糊數的左值、中值、右值。k表示專家序號。

（2）計算左右的標準值。將標準化后的結果按照式（4）、式（5）計算。

（3）計算總的標準化值。

（4）獲得第k個專家評判的i指標對j指標的影響程度。

（5）計算全部k個專家評判的i指標對j指標的平均影響程度wij。

然后利用決策實驗室法（DEMATEL），步驟如下。

（1）利用三角模糊數標準化處理后的專家對各指標間平均影響程度的評判值wij，生成初始直接影響矩陣A= [aij]。其中，A是非負矩陣，aij代表指標i對指標j的直接影響，i=j時，aij=0。

（2）將直接影響矩陣A轉換為標準化的影響矩陣D。

（3）獲得總影響關系矩陣T。

T=D（I-D）-1

（4）計算T矩陣的各行和各列之和。

Ri、Cj分別為矩陣T的行、列之和。

（5）計算指標權重。根據上述步驟獲得各指標的影響度和感應度，再按照式（11）和式（12）進一步確定這些指標在該指標體系中所對應的權重。

按照式（1）至式（12），最終11位專家選擇的指標體系，其各級指標的權重見表3。

通過對表3的分析可以發現，利用Fuzzy DEMATEL方法，小農戶對生豬糞污處理不當造成空氣污染風險、水體污染風險和土壤污染風險的權重分別為0.2424, 0.3646和0.3930，土壤污染風險所占權重最大。

2.“土十條”后利用投影尋蹤方法確定權重分布

為進一步檢驗專家評判的科學性，且適逢“土十條”頒布9個月，本研究再次做了問卷調查，采用投影尋蹤方法確定權重，與表3中的結果進行對比分析。

首先，以表4中的梯形模糊數對專家評判語言進行模糊轉換。

梯形模糊數一般記為：T=（l, m, n, r），其中：l, m, n, r分別代表梯形模糊數的下界值、左中值、右中值、下界值。根據定義，對于梯形模糊數T1=（l1, m1, n1, r1）, T2=（l2, m2, n2, r2）和確定數λ，定義加法和乘法：

T1+T2=（l1+l2, m1+m2, n1+n2, r1+r2）

當λ＞0時，λT=（λl, λm, λn, λr）；當λ＜0時，λT=（λr, λn, λm, λl）。

利用11位專家Em（m=1,2, …,11）進行模糊評判。用wmn表示專家Em對空氣污染風險、水體污染風險和土壤污染風險Cn的影響程度所做出的模糊評價，最終得到語言評價矩陣W。

采用線性加權方式將11位專家的模糊評判進行綜合。

其中，βm表示第m位專家在專家群體中的影響，本文取βm=1。

進一步采用Lee和Li方法將模糊數的重心作為梯形模糊數T=（l, m, n, r）的比較和排序指標[37]，利用模糊數均方差反映模糊數的不確定程度。重心c表達式為：

而均方差σ表達式為：

最終可以得如下次序：

其后，構建投影尋蹤模型，投影尋蹤模型可以通過優化投影指標函數Q（w），得到最佳投影方向即最佳權重，從而獲得最佳方案。因此，定義投影向量w：

得到投影尋蹤模型：

對投影函數Q（w, X）進行優化，得到最佳權重系數：

依據式（13）至式（20）和表5，得到最佳的投影方向w=[0.2377, 0.4485,0.3138]。評判結果顯示，專家認為，2017年1月，我國小農戶對生豬糞污處理不當造成水體污染風險最大，其次為土壤污染風險，空氣污染風險排在最后。

四 結果與分析

本文利用專家評判的Fuzzy DEMATEL方法與投影尋蹤方法，在“水十條”頒布10個月后及“土十條”頒布9個月后，對我國小農戶生豬糞污處理不當對環境所造成的影響情況進行分析。其中，利用Fuzzy DEMATEL方法得到的結果顯示，11位業內專家認為土壤污染風險最大，其次為水體污染風險，空氣污染風險最小；而利用投影尋蹤方法的結果卻顯示，同樣11位業內專家，認為水體污染風險最大，其次為土壤污染風險，空氣污染風險最小。可以確定的是，兩次評判結果，11位專家對空氣污染風險最小達成一致，而對水體污染風險和土壤污染風險的判斷則出現了分歧，在一定程度上體現了“水十條”和“土十條”的政策效應。

第一，與工業污染相比，生豬養殖糞污所產生的惡臭人體易察覺，且可以較快采取措施以避免受到傷害。而溫室氣體排放周期相對較長，且排放基數非常小，所以兩次專家評判結果均認為糞污處理不當對空氣污染的風險最小。

第二，第一次專家評判時間實施于“水十條”頒布之后，其中明確規定科學劃定畜禽養殖禁養區，2017年底前，依法關閉或搬遷禁養區內的畜禽養殖場（小區）和養殖專業戶，京津冀、長三角、珠三角等區域提前一年完成。各地政府也紛紛頒布了地方性的水體污染防治條例，加大了水體污染懲處力度。我國政府加強了政策引導，一方面“堵”，另一方面“疏”，對小規模生豬養殖場所實行“關停并轉”，逐步引導養殖戶采用環保糞污處理技術和行為，水體污染大幅度減輕。顯然，從專家視角分析，“水十條”存在明顯的政策效應。專家一致認為，2016年1月期間，小農戶生豬糞污處理不當對土壤污染的影響較水體污染更為嚴重。水體污染和土壤污染都具有一定時序性和累積性，且相較于土壤污染，發現水體污染的周期相對較短，可以較快采取應對措施。

第三，排除主觀因素影響，結合我國生豬糞污治理現狀分析發現，一是生豬養殖糞污環保處理設施運轉成本高，二是由于規劃不合理，養殖場扎堆建設，超出環境承載能力。“土十條”的頒布，意味著各地土壤污染防治工作正在推進，各地禁養區劃定及禁養區內養殖場關閉提速。2016年全年，我國京津冀、長三角、珠三角等區域針對小農戶加強整治。在短暫高壓政策的整治下，原本專家認為較為嚴重的土壤污染風險反而在2016年下半年有了大幅降低。

第四，研究結果發現，盡管在“水十條”頒布之后，專家認為水體污染風險位居第二，而在“土十條”頒布之后，專家認為土壤污染風險次于水體污染風險，但相比于第一次專家評判結果，水體污染風險占比明顯增大。這說明，兩次政策的頒布實施只有短暫、即時的政策效應，隨著不同政策的實施，反而陷入了一個被動循環狀態，從長遠來看，相關政策并沒有得到很好落實，也不能切實降低小農戶對生豬糞污處理不當造成的環境污染風險。

五 結論

本文通過業內專家評判，在“水十條”頒布10個月后和“土十條”頒布9個月后兩個不同時間段分別采用Fuzzy DEMATEL方法與投影尋蹤方法分析小農戶對生豬糞污處理不當所造成的空氣污染風險、水體污染風險和土壤污染風險，兩次專家評判結果均認為空氣污染風險最小，而對水體污染風險和土壤污染風險的評判出現差異。

相關的政策建議包括如下方面。第一，健全法律體系，多方聽取專家意見，確保在養殖糞污治理中充分結合現狀和專家學者的研究結論，最大限度地降低環境污染風險。對于小規模生豬養殖戶的糞污處理行為，雖然我國《畜牧法》在第三十九條和第四十條中做了一些禁止性的規定，但法律責任一章中未出臺相應的處罰措施。應根據專家意見和我國不同區域的實情，出臺相應的實施細則或司法解釋，避免出現政策頒布實施后的短期政策效應，通過對現有畜牧法律體系進行配套完善，降低環境污染風險。

第二，結合專家意見，合理規劃不同規模生豬養殖場的建設。小農戶往往集中一地養殖，而按照2014年出臺的《畜禽養殖場污染防治條例》、《畜禽養殖業環境管理技術規范》（HJ/T81）和《畜禽養殖業污染物排放標準》（GB18596）等法規和技術規范規定，養殖場要建設配套的糞污處理設施。結合各地實際，根據土地承載能力和社會發展規劃，要對小規模生豬養殖場科學劃定適養區、限養區和禁養區，減少對環境的影響。

第三，鼓勵小農戶選擇種養結合。由于糞污環保處理設施運轉成本高，對于小農戶而言，糞污處理的最佳途徑就是資源化利用。要根據小農戶的特點和當地空氣、水體和土壤的承載能力，克服糞污體積大、運輸成本高、使用不便等障礙，確定合適的養殖規模，可以考慮采取“豬-沼-果”“豬-沼-菜”“豬-沼-苗”等多種形式，確定適合的種養結合模式，加大養殖業對糞污的消化能力，從根本上強化相關政策的長效性。

第四，探索小規模養殖戶糞污處理產業化的試點工作。目前小農戶對生豬糞污的處理沒有經濟動力，應通過政府引導和補貼，鼓勵小規模養殖戶通過集體建設沼氣池、有機肥廠等，將市場運作與政府支持相結合，延長糞污處理的產業鏈條，減輕生豬養殖的現實環境壓力。

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