畜禽糞污綜合利用對土壤肥力和持續(xù)農(nóng)業(yè)的影響分析

尹 芳，楊智明，張無敵，趙興玲，吳 凱，王昌梅，柳 靜，楊 紅，毛 羽，劉士清

(1.云南師范大學 能源與環(huán)境科學學院，昆明 650500；2.云南財經(jīng)大學 信息科學學院，昆明 650221)

在中國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)4000多年的農(nóng)耕文明中，最偉大的農(nóng)業(yè)措施之一就是利用人畜糞便，保持土壤肥力，并提高作物產(chǎn)量。相比于西方的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用礦物肥料就如同工業(yè)生產(chǎn)中使用煤礦一樣得以普及[1]。

隨著中國農(nóng)業(yè)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平不斷提升，畜禽養(yǎng)殖業(yè)快速增長以滿足人們生活水平的需求，畜禽糞便因使用不當、養(yǎng)分含量相對較低而逐漸被棄用，近百年時間施用巨量無機肥料保證土地生產(chǎn)量的同時，耗盡了土壤肥力，加上化肥農(nóng)藥使用上漲、資源透支、過度開發(fā)，耕地板結(jié)、土壤酸化等問題，已經(jīng)威脅到人類自身健康和子孫后代的生存。中國農(nóng)業(yè)不能再延續(xù)已經(jīng)被發(fā)達國家摒棄的“石油農(nóng)業(yè)”老路，必須踐行綠色生態(tài)的可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，遵循 “綠水青山就是金山銀山”的戰(zhàn)略思想。

1 我國畜禽糞污所面臨的面源污染問題

1.1 畜禽養(yǎng)殖污染現(xiàn)狀

目前，中國養(yǎng)殖業(yè)正處于傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)向現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)轉(zhuǎn)型時期，傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)逐步向區(qū)域化、集約化方向過渡，畜禽飼養(yǎng)規(guī)模不斷擴大，畜禽糞便的產(chǎn)生量逐年增加。養(yǎng)殖發(fā)展模式的轉(zhuǎn)型使得畜禽糞便在較小范圍內(nèi)大量、集中產(chǎn)生，由于得不到及時、充分利用，加上堆放、外排處理不當，空氣、水體、土壤造成污染，而且還會成為傳染源，造成疫病傳播，影響人類和畜禽健康[2]。表1為近年來我國牲畜飼養(yǎng)(牛、豬、羊)及其糞污排放量情況。

表中數(shù)據(jù)只列出牛、豬、羊飼養(yǎng)量及其糞污排放量，即使沒有包含馬、驢、騾、雞、鴨等養(yǎng)殖情況，每日畜禽糞污排放量也接近1000萬噸。按照第一次全國污染源普查公報結(jié)果顯示，規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖污染源化學需氧量COD、總氮、總磷排放量分別占農(nóng)業(yè)污染物排放總量的96%，38%和65%，而根據(jù)全國畜牧總站調(diào)查資料顯示，每年大約38億噸畜禽糞污排放量，其綜合利用率不足60%[2]，從目前整體情況來看，我國畜禽養(yǎng)殖場污染問題形勢仍不容樂觀，特別是中小型規(guī)模畜禽養(yǎng)殖場，已經(jīng)成為主要的農(nóng)業(yè)污染源，對農(nóng)村生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了不利影響。

表1 近年來我國牲畜飼養(yǎng)(牛、豬、羊)及其糞污排放量

注：資料來源為中國統(tǒng)計年鑒、國家農(nóng)村統(tǒng)計年鑒。

1.2 畜禽養(yǎng)殖污染原因

在畜禽糞污資源化利用過程中，由于不能及時有效地對養(yǎng)殖固體廢棄物和廢水進行處理，而帶來嚴重的環(huán)境污染，究其原因有如下幾點[3]：

(1)種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)逐漸分離。傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)以放養(yǎng)為主，圈養(yǎng)為輔，養(yǎng)殖主要集中在農(nóng)區(qū)和牧區(qū)，周邊都有土地消納畜禽糞便和尿液。隨著我國城鎮(zhèn)化發(fā)展不斷擴張，養(yǎng)殖業(yè)周邊可供消納畜禽糞便的土地越來越少。當前畜牧業(yè)傳統(tǒng)分散的養(yǎng)殖方式仍占主體，生豬、奶牛散養(yǎng)比重達50%以上，畜禽糞便量隨畜禽養(yǎng)殖總量的不斷增加而累積增加。

(2)集約化經(jīng)營程度上升。傳統(tǒng)農(nóng)耕方式中，畜禽糞便作為寶貴的肥料資源還田利用，不會造成污染。隨著養(yǎng)殖集約化程度越來越高，大量畜禽糞便的隨意排放會導致硝酸鹽、磷、銅、鋅、鉛等重金屬污染土壤、地下水等情況，加重了對環(huán)境的壓力。相當一部分規(guī)模養(yǎng)殖場(戶)設(shè)施化水平低，糞污處理基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備和工藝技術(shù)缺乏，環(huán)保意識不強。

(3)有機肥使用率低。糞肥雖然向土壤提供養(yǎng)分，最大的挑戰(zhàn)在于其結(jié)構(gòu)形式和組成比例，造成了整體施用起效過程較長、短期內(nèi)效果不如化肥明顯，大部分農(nóng)田僅將腐熟的糞便當作底肥施用，使得優(yōu)質(zhì)有機肥無用武之地，變成放錯位置的資源。

2 針對畜禽養(yǎng)殖污染的綜合開發(fā)利用策略分析

2.1 國外畜禽糞便污染綜合利用成功經(jīng)驗

以美國為例，1999年美聯(lián)邦環(huán)保總署和美聯(lián)邦農(nóng)業(yè)部聯(lián)合發(fā)布了畜禽養(yǎng)殖場統(tǒng)一國家戰(zhàn)略(Unified National Strategy for Animal Feeding)，提出規(guī)模化養(yǎng)殖場實施綜合養(yǎng)分管理計劃(CNMP)，將水、土壤、空氣、動植物體等自然資源保護措施，與施用糞肥養(yǎng)分(氮磷鉀)、作物生長需求之間的平衡相結(jié)合，實現(xiàn)種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展。CNMP計劃涉及如下內(nèi)容：

(1)飼料管理。通過獲得畜禽飼養(yǎng)過程中氮、磷、銅、鋅等排泄情況，掌握各種畜禽營養(yǎng)需求的變化，以便減少畜禽糞便中養(yǎng)分含量，從而減少消納糞便的土地，降低對環(huán)境的影響。

(2)糞便處理和貯存。要求集約化養(yǎng)殖場建有適當?shù)氖占⒋鎯?、處理或運輸糞便的設(shè)施設(shè)備，容量要滿足糞便從產(chǎn)生到施用的全過程。

(3)糞便養(yǎng)分管理。該內(nèi)容是CNMP最重要的部分，闡明養(yǎng)分、農(nóng)產(chǎn)品、土地利用之間的關(guān)系，包括：按照整個農(nóng)場養(yǎng)分平衡的要求，建立年度種植和施肥計劃；開展土壤成分分析、糞肥成分分析，根據(jù)農(nóng)藝對養(yǎng)分要求，規(guī)劃施肥方式、施肥時間和施肥量；統(tǒng)計在養(yǎng)殖場及周圍農(nóng)場內(nèi)，可以籌集到的無機肥料、糞肥、城市污泥等所有養(yǎng)分和有機副產(chǎn)物的需要和供應數(shù)量，計算產(chǎn)出的所有氮、磷、鉀養(yǎng)分含量；根據(jù)農(nóng)藝和環(huán)保要求，考慮到不同作物輪作需求、有機肥施設(shè)備、以及其他資源保護的限制，確定糞便儲存時間；開展基于農(nóng)場(包括種植和養(yǎng)殖)的養(yǎng)分平衡計算；考慮建設(shè)相應配套措施，防止因施肥帶來的空氣質(zhì)量、病原體、鹽、重金屬問題等。

(4)土地管理。涉及用于消納畜禽養(yǎng)殖場糞便污水的土地相關(guān)規(guī)定，確保糞便正確施入農(nóng)田后，不會產(chǎn)生養(yǎng)分隨徑流進入地表水體與泥沙一起移出農(nóng)田，或通過地下水淋溶以及增加氣體排放等環(huán)境問題，具體可通過作物輪作、水流改道、臨界區(qū)植被等措施，提高土壤有機質(zhì)含量、降低養(yǎng)分需求。

(5)備用方案。當畜禽糞便的養(yǎng)分供給超過農(nóng)作物的營養(yǎng)需求和土地承載力時，可對糞便進行固液分離，開展堆肥處理，制造顆粒肥料減少體積，或與工業(yè)和市政有機物混合進行厭氧消化生產(chǎn)沼氣，既可能源化增值利用，又可銷售有機肥。

2.2 國內(nèi)畜禽養(yǎng)殖綜合治理政策

針對如此巨大的畜禽糞污排放現(xiàn)狀，國家各部委相繼出臺多項法律、法規(guī)、條例，如2014年《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》、2015年《中國人民共和國環(huán)境保護法》、2016年《關(guān)于推進農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用試點的方案》、2017年《關(guān)于加快推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見》、2018年《畜禽糞污資源化利用項目實施工作的通知》等等，旨在不斷完善畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的規(guī)章制度和市場機制，使綠色生態(tài)發(fā)展成為整個大農(nóng)業(yè)的行業(yè)共識。值得一提的是，從2018年1月1日開始實施的《環(huán)境保護稅法》，其實施遵循“費改稅”原則，由排污費制度向環(huán)保稅制度平移，通過“稅收法定原則”提升執(zhí)行力，用稅收杠桿激活資源配置，有效避免污染物肆意排放、資源過度消耗。

當前，農(nóng)業(yè)畜禽養(yǎng)殖污染物減排已經(jīng)納入國家經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃約束性指標管理，通過采取有效的污染物減排防治技術(shù)，進一步減少畜禽養(yǎng)殖場污染物總量，有利于改善農(nóng)村人居環(huán)境、提升綠色農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展內(nèi)涵。

2.3 畜禽糞污綜合開發(fā)利用途徑

以“高效產(chǎn)能源、循環(huán)產(chǎn)肥料”為核心，兼顧能源和肥料雙重效益，使畜禽糞污高價值再利用。

2.3.1 畜禽糞便能源化利用

首先，充分利用畜禽糞便作為原料產(chǎn)沼氣的資源優(yōu)勢，通過技術(shù)、工藝與裝備的創(chuàng)新，提高干物質(zhì)發(fā)酵濃度并回流發(fā)酵液，并減少沼液的形成，以解決當前大中型沼氣工程沼液過多、消納難的負擔。

其次，沼氣作為能源燃燒，其能量密度較低。將沼氣提純成天然氣，不僅會面臨技術(shù)上的挑戰(zhàn)，而且還受到技術(shù)成本的約束；通過沼氣工程產(chǎn)品高值化利用，在規(guī)?；a(chǎn)沼氣前提下將其提純，使其甲烷含量超過90%，從而成為與天然氣同質(zhì)的生物天然氣，能夠并入天然氣管網(wǎng)，或用作車用燃料替代汽、柴油。

2.3.2 畜禽糞便資源化利用

畜禽糞便無害化處理達標后，可進行有機肥的生產(chǎn)。

(1)集約化、規(guī)模化的畜禽養(yǎng)殖需要配套的產(chǎn)業(yè)化、智能化的廢棄物處理方式和技術(shù)手段，按照標準化、裝備化的思路來進行畜禽糞便的無害化處理和循環(huán)利用，是未來的重要發(fā)展趨勢。

(2)畜禽糞污資源化利用鏈條長、參與方多，且有機肥、沼氣等終端產(chǎn)品都有一定的收益，可通過PPP模式引導更多的社會資本參與，有利于探索成功的商業(yè)模式。鼓勵支持“第三方治理”，針對成本及收費問題，養(yǎng)殖企業(yè)認為畜禽糞便是資源，不付費；但是作為第三方處理，認為畜禽糞便應該是污染物排放，處理畜禽糞便需要一定代價，誰污染誰付費，遵循這個原則來進行收費。

3 不同時期畜禽糞污資源化利用模式思考

3.1 不同時期農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的演變

中國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，擁有偉大的智慧、深厚的文化、悠久的歷史，幾千年來一直延續(xù)著收集糞便、再施用到田間的習慣，這種就地取材的做法，有效的保持了土壤肥力。中國耕地資源只占世界的7%，水資源僅占世界的6.4%，賴以生存的城市空間沒有西方發(fā)達的下水道系統(tǒng)，人畜排泄物和污水完全依靠來自城邊的農(nóng)民們一桶一桶地運往農(nóng)村，制作成有機肥再施用到土壤里，最終完成城市廢棄物的無害化處理。百年前的學者，意識到東西方農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式存在著巨大差異，很多西方人“為治愈積重難返的西方文化，來到中國尋找良藥”。西方現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，更多的是通過殖民掠奪獲得寬松的土地資源，同時，西方城市利用較發(fā)達的下水道系統(tǒng)，將人畜糞便和生活污水直接排入水體，不僅造成環(huán)境污染和健康隱患，還浪費了其中可用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的寶貴資源。

短缺的自然資源和龐大的人口之間的矛盾，造就了中國農(nóng)民克制欲望、任勞任怨的品性，以及節(jié)約資源、精耕細作的中國式傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式。

(1)農(nóng)業(yè)1.0版—農(nóng)業(yè)成為第一產(chǎn)業(yè)

世界農(nóng)業(yè)文明史數(shù)千上萬年，農(nóng)業(yè)從來沒有被當成“產(chǎn)業(yè)”，只有在殖民化和奴隸制條件下，才能將農(nóng)業(yè)作為“第一產(chǎn)業(yè)”。在現(xiàn)代化作用下，農(nóng)業(yè)1.0通過土地規(guī)模獲取更多的絕對地租，借以形成剩余價值，為工業(yè)化提供原始積累。

此時的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要靠施用農(nóng)家肥和擴大耕地面積來促進作物增產(chǎn)，滿足人們生產(chǎn)生活需求。

(2)農(nóng)業(yè)2.0版—工廠化、設(shè)施化

農(nóng)業(yè)2.0意指用工業(yè)的生產(chǎn)方式改造農(nóng)業(yè)，也叫作設(shè)施農(nóng)業(yè)(工廠化農(nóng)業(yè))，目的是使農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化，也即在規(guī)模化和集約化基礎(chǔ)上，拉長產(chǎn)業(yè)鏈，形成農(nóng)業(yè)的增值收益。

隨著西方工業(yè)革命興起，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)生了變化，對農(nóng)田開始投入大量的化肥、農(nóng)藥等，一方面成倍提高了農(nóng)作物產(chǎn)量，另一方面加深了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對外源化學物質(zhì)和能量的依存關(guān)系，導致了人類賴以生存的大氣、土壤、水體和農(nóng)產(chǎn)品受到污染，農(nóng)業(yè)對環(huán)境造成的面源污染貢獻率居高不下。

(3)農(nóng)業(yè)3.0版——一二三產(chǎn)業(yè)融合

農(nóng)業(yè)3.0倡導綜合性農(nóng)協(xié)為載體的農(nóng)業(yè)三產(chǎn)化，將第三產(chǎn)業(yè)與小農(nóng)經(jīng)濟結(jié)合起來，盡可能在資源、旅游、景觀等方面體現(xiàn)“三農(nóng)”的內(nèi)在價值。

此時的農(nóng)業(yè)繼承了傳統(tǒng)有機農(nóng)業(yè)的精華，又賦予現(xiàn)代科技內(nèi)涵，人們以提供優(yōu)質(zhì)、安全、營養(yǎng)的綠色有機食品為宗旨，再創(chuàng)造一種有別于“傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)”和“石油農(nóng)業(yè)”、人與自然協(xié)調(diào)共存的“生態(tài)農(nóng)業(yè)”。

(4)農(nóng)業(yè)4.0版—互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)

農(nóng)業(yè)4.0借助互聯(lián)網(wǎng)+平臺，強調(diào)公平參與，實現(xiàn)廣大市民與農(nóng)民都能夠廣泛參與的、社會化的、城鄉(xiāng)合作互動的、生態(tài)化的農(nóng)業(yè)，更好體現(xiàn)出鄉(xiāng)村生態(tài)文明戰(zhàn)略。

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可借助互聯(lián)網(wǎng)+，構(gòu)建溝通平臺，提供更多的糞肥交易機會，使畜禽糞污與農(nóng)田肥料之間的貿(mào)易交換更加密切。

不同時期的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，糞污利用情況如表2所示。

表2 農(nóng)業(yè)1.0到4.0版的糞污利用特點

3.2 農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖廢棄物資源化利用模式

(1)以沼氣為紐帶的糞肥還田模式

畜禽糞污還田是最傳統(tǒng)最經(jīng)濟的利用方式。依據(jù)生態(tài)學原理，以沼氣為紐帶，能夠?qū)⒓S污內(nèi)有機質(zhì)梯級降解，使得營養(yǎng)物質(zhì)良性循環(huán)轉(zhuǎn)換利用，產(chǎn)生的沼氣可供發(fā)電發(fā)熱，是清潔能源產(chǎn)生的主要途徑，同時產(chǎn)生的沼液沼渣無害化處理后還田，為種植蔬菜水果糧食提供肥料，避免了直接施用易引發(fā)的燒苗和爛根等問題。該沼氣還田模式將養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)、肥料有機結(jié)合起來。在發(fā)酵過程中，厭氧環(huán)境殺滅病原菌和寄生蟲卵，有效保障了肥料的安全。

(2)以互聯(lián)網(wǎng)+為平臺的糞肥交易模式

當前，我國有機肥與畜禽糞便之間的直接聯(lián)系多依靠有機肥企業(yè)，或者大中型沼氣工程業(yè)主，聯(lián)系行為多為散而小，未形成規(guī)模化集聚性的糞肥溝通體系和模式。而小而散的糞肥聯(lián)系不利于我國畜禽糞便的資源化處理以及有機農(nóng)業(yè)的發(fā)展。借助互聯(lián)網(wǎng)+糞肥交易平臺，農(nóng)戶和企業(yè)都可以在平臺上發(fā)布供需消息，平臺通過后臺的數(shù)據(jù)處理，列出最合適的交易渠道，供交易雙方參考，并最終在平臺的保障下順利完成交易，整個交易的過程本著公正、公開、公平的原則進行。平臺作為橋梁，有效整合農(nóng)戶、有機肥企業(yè)、養(yǎng)殖戶、種植戶等農(nóng)業(yè)資源，快速打通交易壁壘和糞肥溝通障礙，減少了農(nóng)業(yè)的面源污染，推動了有機肥替代化肥的發(fā)展。

(3)以土地消納為承載的糞肥養(yǎng)分模式

多數(shù)大型養(yǎng)殖場由于產(chǎn)生的糞便需要消納的土地較多、距離較遠，考慮成本問題大都就近排放造成嚴重的污染，在資源化利用上未因地制宜，沒有形成種養(yǎng)平衡的模式。2018年1月22日，農(nóng)業(yè)部公布了《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》的通知，明確了區(qū)域畜禽糞污土地承載力和畜禽規(guī)模養(yǎng)殖場糞污消納配套土地面積的測算方法。按照最新規(guī)定計算，對于養(yǎng)殖戶來說，養(yǎng)500頭存欄豬場糞肥全部就地利用需要113.6畝水稻田(或104.1畝小麥田)消納。

因此，規(guī)?；B(yǎng)殖場區(qū)域內(nèi)糞便的施用應與該區(qū)域的土地承載能力相匹配，通過“減量化、無害化、資源化”措施，可以做到將糞污“分散式收集、集中化處理、資源化綜合利用”的運行模式，不對外部環(huán)境造成污染。

4 結(jié)論與展望

面對畜禽糞便污染所帶來的環(huán)境壓力，要求我們從養(yǎng)殖規(guī)劃開始就進行污染源頭控制，同時強化糞污肥料化利用和能源化利用，將養(yǎng)殖-廢棄物利用的循環(huán)鏈條打通，走清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟的綠色發(fā)展道路。