我国规模化畜禽养殖粪污资源化利用分析
摘要：针对我国规模化畜禽养殖污染严重的突出问题及推动粪污资源化利用的技术需求，以“十二五”污染物总量减排认定规模化畜禽养殖场为例，统计了粪污资源化利用模式的类别及比例，并结合全国典型地区规模化畜禽养殖粪污治理现状对其进行了深入调研与分析。
结果表明：不同规模、不同畜种粪污资源化利用模式存在一定差异，生猪、奶牛、肉牛养殖采用储存农用模式处理粪便的占75%以上，蛋鸡、肉鸡养殖采用粪便生产有机肥的占65%左右，粪污资源化利用模式主要与该地区的自然特征、农业生产方式、养殖场规模、经济发展水平等相关；规划不合理、养殖清洁生产严重不足、区域粪污资源化利用模式选择不当是当前我国规模化畜禽养殖粪污资源化利用中存在的主要问题。
前言
近几年，我国畜禽养殖业呈现散养户—专业户—规模化的梯度发展，极大地丰富了人民生活需求，根据2016年中国统计年鉴，我国2015年大牲畜年底养殖量数为12195.7万头，其中牛养殖量为10817.3万头，占88.7%；生猪年出栏量达到70825万头，年末存栏量45112.5万头，禽蛋产量达到2999.2万t。但规模化的发展带来的环境污染问题也日渐突出，根据第一次全国污染源普查公报结果显示，规模化畜禽养殖粪便产生量2.43亿t，尿液产生量1.63亿t，畜禽粪便污染已居农业源污染之首。
畜禽养殖粪污采用工业化治理受养殖低利润与高风险的约束，难于稳定正常运行；畜禽养殖粪污在不合理排放造成环境污染时是污染物，但如粪污作为农业种植施肥利用时就是一种资源，我国既是养殖大国，也是种植业大国，但因种养分离，养殖粪污资源化利用受阻，一方面大量排放的粪污对环境造成污染，另一方面农业种植时大量施用化肥造成土壤有机质下降，农业面源污染加剧。畜禽粪污是提供土壤有机质的重要来源，畜禽粪污肥料化利用既可有效解决养殖污染问题，同时也可提高土壤有机质含量、减少种植氮磷流失。
我国地域辽阔，各区域之间自然条件、农业生产方式、经济发展水平差异大，粪污资源化利用受这些条件的影响大，通过总结现有养殖场粪污资源化利用的经验与存在的问题，探讨符合各区域特点的粪污资源化模式，对全面推动畜禽粪污资源化利用具有积极意义。
1“十二五”污染物总量减排认定规模化畜禽养殖场治理模式分析
为全面掌握我国规模化畜禽养殖粪污资源化利用模式，对我国“十二五”期间国家污染物总量减排考核获得认定的规模化畜禽养殖场粪污治理设施进行统计分析，从粪便和污水两方面着手分析我国不同区域、不同规模、不同畜种粪污治理设施上的特点。根据减排要求以及核查相关规定，五类畜禽规模化养殖场规模确定为：生猪逸500头（出栏）、奶牛逸100头（存栏）、肉牛逸100头（出栏）、蛋鸡逸10000只（存栏）、肉鸡逸50000只（出栏）。
1.1我国规模化养殖场粪污处理模式分析
“十二五”全国污染物总量减排考核共认定规模化畜禽养殖粪污治理项目61054家，其中生猪养殖场占68%。从粪便和污水两个部分对其主要治理方式进行统计分析，结果如表1。
从表1结果可知，我国规模化畜禽养殖粪污处理仍以肥料化利用模式为主。从粪便处理结果看，规模化畜禽养殖粪便处理以储存农业利用和生产有机肥为主，粪便生产沼气的方式较少，全国占比在1%左右。从养殖种类分析，生猪、奶牛、肉牛养殖粪便处理模式主要以储存农用为主，占比均在75%以上，而蛋鸡、肉鸡养殖粪便生产有机肥的比例达到65%左右。
这主要是由于生猪、奶牛、肉牛养殖粪便含水率高，生产有机肥成本高、难度大，养鸡大部分采用笼养、粪便清理难度小，粪便含水率低，便于有机肥的生产。从污水处理结果看，污水主要以还田利用方式为主，全国35%左右的规模化养殖场采用储存农业利用的方式，55%左右的规模化养殖场采用厌氧后农业利用的方式，采用污水厌氧+好氧达标排放或循环利用模式的仅占7%左右，采用生物发酵床养殖的仅占2%左右。
1.2区域规模化养殖场粪污治理模式分析
参考代思汝对我国畜禽养殖污染防治模式分区研究，根据我国农业经济自然条件，结合我国畜禽养殖分布和粪污治理现状，将我国（不包含港澳台、西藏以及南沙群岛）分为6个区，分别为：东北平原区、中部平原区、南方丘陵区、南方水网区、西部干旱区、西南山区，按分区对规模化畜禽养殖粪污治理模式进行统计，结果如表2。
东北平原区包括：
辽宁、吉林、黑龙江、内蒙东部，该区域年均气温低，地势平坦，土地肥沃，集中连片种植面积大。从区域粪污治理模式统计看，该区域粪便肥料化利用为主，且粪便生产有机肥比例较高，特别是蛋鸡、肉鸡养殖场80%左右采用粪便生产有机肥方式，这主要是由于该区域集中连片的种植面积大，需肥量大，但该区域种植季节短，非施肥间隔期长，粪便生产有机肥便于储存与运输；污水以储存农业利用为主，这主要是由于东北地区地势平坦、集中连片种植面积大，便于污水浇灌，但受气温低的影响采用厌氧农业利用比例明显低于全国平均水平；另外因温度较低，适合生物发酵床养殖，采用垫草垫料方式养殖比例明显高于全国平均水平，其中生猪养殖采用生物发酵床方式的占比达到5.99%。
中部平原区包括：
北京、天津、河北、河南、山西、山东、安徽北部，该区域气温较低、地势平坦、设施化农业种植水平高，是全国棉花、花生、芝麻、烤烟、蔬菜的主要生产基地，也是我国大型规模养殖场分布最多的地区。从区域粪污治理模式统计看，该区域粪便肥料化利用为主，粪便生产有机肥比例全国最高，规模化生猪、奶牛、肉牛养殖场粪便生产有机肥的比例达到40%左右，这主要是由于该区域大型规模养殖场多，粪便相对集中，生产有机肥便于储存、降低运输成本；污水以农业利用为主，厌氧后农业利用比较高，采用好氧处理排放或循环利用比例略高于全国平均水平，这主要是由于该区域内养殖场规模大、配套沼气池比例较高，且区域地势平坦、设施化农业比例高，沼液需求量大、施用方便，而采用好氧处理受温度较低影响，建设成本高、运行维护难度大。
南方丘陵区包括：
湖南南部、广东、海南、江西、安徽南部，该区域气温较高，河网水系密集，属于亚热带和热带气候，年均温度12℃以上，主要种植水稻（2~3季），人均GDP较高，降雨量丰富，奶牛、肉牛养殖量较低。从区域粪污治理模式统计看，该区域粪便肥料化利用为主，畜禽粪便多采用储存农用模式，主要是由于南方气温较高，粪便在自然储存过程即可完成厌氧发酵环节，种植间隔期短，粪便储存时间短，相对于生产有机肥来说，储存农业利用成本更低。污水以厌氧农业利用方式为主，规模化生猪养殖场污水厌氧农用模式占比达到75%。采用好氧处理排放或循环利用比例高于全国平均水平，主要是由于该区域气温较高，适合污水厌氧沼气发酵处理，且国家在农村沼气能源开发利用方面进行了扶植和引导，该地区养殖场大部分已配套有厌氧沼气池。
南方水网区包括：
浙江、福建、江苏、上海、湖北、湖南北部，该区域环境容量较小，人均土地面积小，人均GDP高，相对其他地区对畜禽养殖污染治理要求更高，主要分布大型规模养殖场。区域粪污治理模式统计看，该区域粪便肥料化利用为主，地区规模化养殖场粪便生产有机肥的比例较高，规模化生猪、奶牛养殖场粪便生产有机肥比例分别为30%与51%。主要是因为该地区环境容量较小，人均GDP水平较高，消纳土地较少。污水处理主要以厌氧处理为主，采用深度处理排放或循环利用比例全国最高，占比达到20%左右，主要是由于该地区主要分布大型规模化养殖场，人均耕地面积较少，人均GDP高，对畜禽养殖治理模式配套设施建设提供一定的经济支撑，相对于我国其他地区污水处理力度较大。
西部干旱区包括：
陕西、甘肃、云南、新疆、宁夏、内蒙西部，该区域地广人稀、气候干燥、降雨量少，经济相对较落后，区域环境容量较大。区域内规模化畜禽养殖场分布较少，其粪污处理模式主要以储存农用为主。
西南山区包括：
四川、重庆、广西、贵州、湖南西部，该区域地形主要以丘陵高山为主，人均耕地面积少，交通不便。区域粪污治理模式统计看，该区域粪便肥料化利用为主，畜禽养殖粪便处理主要以储存农用为主，规模化生猪养殖场粪便储存农用比例高达86%。主要是由于该地区主要分布中小型规模化养殖场，且交通不便，多采取就近处理原则。污水处理厌氧农用模式占比在80%左右，主要该地区人均耕地面积较少，年均温度较高，适合污水厌氧沼气发酵处理，同时该地区政府积极推动畜禽养殖深度处理，规模化养殖场污水处理厌氧-好氧-回用比例达到了5%左右，略高于全国平均水平。
2粪污资源化利用中存在的主要问题分析
2.1规划不合理，区域内粪污肥料化利用受阻
肥料化利用是当前养殖粪污处理的主要方式，粪污肥料化利用的前提是“种养平衡”，确保养殖场养殖规模与消纳土地匹配。种养是否平衡一般通过耕地畜禽承载量进行评价。
耕地畜禽承载量计算方法：
式中：LR为耕地畜禽实际承载量（生猪当量˙hm-2）；OR为生猪当量养殖数量（头）；S为耕地面积（hm2）。
标准生猪当量折算方法：根据中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所和环境保护部南京环境科学研究所编写的我国第一次全国污染源普查畜禽养殖业产排污系数手册，按主要畜禽产氮量系数折算如表3。
根据生猪当量产氮量系数折算，换算比例为7.4只蛋鸡、61.7只肉鸡折算为一头猪，一头奶牛折算为28.59头猪，一头肉牛折算为19.14头猪。通过查阅2016年《中国畜牧业年鉴》和《中国国家统计年鉴》，2015年我国农作物播种面积为166374000hm2，2015年年末折算生猪当量养殖量为308305万头，我国现有耕地畜禽承载量平均为19头˙hm-2。同时对我国各省地区之间的畜禽承载量进行了统计分析，如图1。
根据意大利、英国、美国等国家规定N每公顷年最大负荷在250kg左右，我国以生猪养殖为主，根据生猪当量产氮量系数折算，每公顷最多容纳粪便N含量为68头生猪所产粪污。北京、青海省的现有耕地畜禽承载量分别为69、56头˙hm-2，接近最大承载值，全国其他各省地区耕地畜禽承载量基本在20头˙hm-2左右，从这一数据可知我国现有耕地畜禽承载量远低于最大承纳量，只要布局合理，完全可通过肥料化利用方式消纳养殖粪污。
粪污肥料化利用受施用成本的影响，根据李汪晟等核算采用车辆运输方式粪污肥料化利用的经济运输距离为3.6km，而我国实际家庭联产承包责任制的土地政策，畜牧业脱离种植业而独立发展，在实际调研中，部分养殖场没有配套粪污消纳的土地，区域内种养平衡无法实现，导致粪污肥料化利用受阻。合理规划，根据耕地消纳能力合理确定养殖量、优化养殖产业布局是解决养殖污染的基础。
2.2未形成因地制宜的区域粪污资源化利用典型模式
养殖污染防治起步较晚，加之养殖从业人员综合素质较低，对养殖污染治理技术缺乏基本了解，盲目选择粪污治理模式，导致设施运行费用高、处理效果差等一系列问题。根据“十二五”污染物总量减排考核认定情况，出栏量万头以上的大型生猪规模化养殖场共计3410家，粪污储存农用的共计732家，所占比例高达21.5%，大型规模化养殖场粪污集中，需要消纳的地多，粪污施用运输距离远，部分养殖场为节约成本，存在靠近养殖场周边的土地过量施用或直排，污染周围水域和地下水，并可能导致土壤硝酸盐、磷及重金属的累计问题。我国东北平原区年均气温低、污水采用生化处理建设成本高、运行维护难度大，但从统计结果看东北地区有4%左右的养殖场采用污水达标排放模式，通过调查发现，该地区采用达标排放模式的养殖场，大部分设施不能正常运行的。
综上所述，畜禽养殖粪污的资源化利用方式不应一刀切进行选择，应根据地区自然特征、农业生产方式、经济发展水平相结合，因地制宜地选择适合的模式，通过典型示范，形成具有区域特点的养殖粪污资源化利用的典型模式。
2.3养殖清洁生产严重不足
根据对2015年环境统计数据分析可知，我国2015年规模化养殖场共计138827家，其中38401家采用水冲粪的清粪方式，占比达到27.67%，水冲粪工艺用水量大，不仅造成水资源浪费，而且因污水产生量大，产生污水中污染物浓度高，处理和利用难度大、成本高。刘永丰等在清粪方式对养猪废水中污染物迁移转化的影响中研究表明，水冲粪工艺进入水体的COD、总氮、总磷、氨氮的负荷量分别是干清粪工艺的15.5、5.7、9.5、11.5倍。调研发现，在南方水网地区采用干清粪工艺的养殖场，30%左右存在用水量严重偏高，超量用水现象普遍，同时对该地区的规模化生猪养殖场的饮水设备进行抽样调查分析，采用鸭嘴式和乳头式饮水器的占比高达81%，该类饮水器一方面造成大量的水源浪费，增加污水产生量，后期处理难度偏大；另一方面溢流的水造成圈舍潮湿，易滋生细菌，进而导致生猪免疫力变低。
严格执行清洁生产要求，从源头减量着手，养殖企业必须逐步实行干清粪代替水冲粪的清粪方式、改造安装节能饮水器，采用科学饲养方法减少污染物产生量，加强养殖人员环保意识的培养。
3各区域不同规模畜禽粪污资源化利用模式的优选
根据“十二五”污染物总量减排考核认定的规模化畜禽养殖场治理模式以及典型养殖场实测结果，我国规模化养殖场粪污处理主要以资源化利用为主，而不同区域不同规模畜禽养殖场的粪污资源化利用方式存在较大差异，与区域之间自然条件、农业生产方式、经济发展水平等存在明显的相关性。
通过总结现有养殖场粪污资源化利用的经验与存在的问题，根据各区域特点，优选适合各区域不同规模畜禽养殖场粪污资源化利用方式，如表4。
我国的畜禽养殖污染防治政策不完善，以及现有研究缺乏系统可操作性，难以运用于实际生产中。提出符合地区特点的畜禽养殖污染防治技术模式，引导养殖企业高效开展污染设施的建设已成为现阶段推进养殖污染治理的迫切需求。对各区域“十二五”减排认定养殖场治理模式的分析，提出各地区适用型治理模式，引导规模化养殖场因地制宜建设合适的污染防治设施，同时也可通过分区引导畜禽养殖业合理布局，为制定畜禽养殖污染防治管理措施与政策提供支撑。
4结论
随着规模化畜禽养殖业的发展，养殖污染防治已成为环保管理的重要任务，资源化利用仍是我国粪污处理的主要途径，不同种类、不同规模、不同区域养殖粪污资源化利用方式存在一定差别，并明显与地区自然条件、农业生产方式、经济发展水平相关。
当前阻碍我国规模化畜禽养殖粪污治理的主要因素有：（1）规划滞后导致局部地区粪污资源化利用受阻；（2）缺乏养殖污染防治知识，养殖场粪污处理模式选择不当，导致建设的粪污处理设施无法正常运行；（3）养殖清洁生产重视和建设不足，大量水冲粪、饮水设备选择不当等高水污染物产生的工艺存在，增加粪污资源化利用的难度和成本。
推行粪污资源化利用，解决养殖污染问题已上升为国家导向：（1）地方政府应通过合理规划、科学确定各区域最大养殖承载量以实现种养平衡；（2）因地制宜地选择粪污治理模式、加大养殖清洁生产力度；（3）实现粪污最大限度的资源化利用。
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