非規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖管理現(xiàn)狀及修復(fù)技術(shù)

鞏宗強 張曉蓉，2 李曉軍 賈春云

（1. 中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所，遼寧沈陽 110016；2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

1 引言

隨著專業(yè)村、規(guī)模化養(yǎng)殖場以及養(yǎng)殖小區(qū)的蓬勃發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖業(yè)不僅造成惡臭污染，同時還對土壤、地表水以及地下水帶來負面影響。畜禽產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生攜帶大量病原體的糞便對人類健康構(gòu)成極大威脅［1］，而非規(guī)?；男笄蒺B(yǎng)殖更因為存在布局規(guī)劃不合理、糞污利用不合理、相關(guān)法律法規(guī)不完善、監(jiān)管不嚴等問題導(dǎo)致周邊環(huán)境逐漸惡化［2］。近幾年來，關(guān)于畜禽養(yǎng)殖污染研究多數(shù)都集中在重金屬和抗生素等化學(xué)物質(zhì)研究方向［3-4］，由其引起的土壤和地表水等生態(tài)系統(tǒng)的高風(fēng)險問題逐漸受到關(guān)注。飼料添加劑中的抗生素可經(jīng)動物代謝排入土壤，長期積累造成土壤抗生素污染［5］，抗性基因?qū)ν寥牢⑸镉绊懹葹轱@著。由于非規(guī)?；B(yǎng)殖場地多為分散、個體養(yǎng)殖，其欄舍條件參差不齊，糞污排放無規(guī)則等導(dǎo)致其綜合利用方式欠缺。大量對水體不利的高濃度氮、磷化合物直接排入水體中，不僅導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，同時會降低漁業(yè)產(chǎn)量，嚴重影響居民的飲水安全［3］。截至2016 年，我國豬肉生產(chǎn)量達到5 299 萬t，消費量達到5 498 萬t。肉類總產(chǎn)量從1980 年 的1 205 萬t 增加到2015 年的8 625 萬t，畜牧業(yè)總產(chǎn)值從1980 年的354.2 億元增加到2015 年的29 780.4 億元［6］。Qian 等人研究結(jié)果表明，育肥豬幾乎貢獻了糞便釋放的污染物的一半。此外，肉牛對單一生產(chǎn)的環(huán)境影響最大，可分別達豬肉和雞肉的2～3 倍及5～20 倍［7］，其中非規(guī)?；B(yǎng)殖為主要養(yǎng)殖方式［8］。胡艷玲等人估算得出，截至2013 年，遼寧省僅盤錦市畜禽糞便年產(chǎn)量即可達到676.62×104t。面對大量的畜禽養(yǎng)殖廢物，完善畜禽養(yǎng)殖規(guī)?；?、實現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖廢物資源化、優(yōu)化畜禽養(yǎng)殖污染物降解技術(shù)具有重要意義。

2 畜禽養(yǎng)殖場地管理及現(xiàn)狀

2.1 畜禽養(yǎng)殖場地管理概況

自1979 年起，國家相繼出臺了《環(huán)境保護法》《水污染防治法》《土壤污染防治法》等多部法律法規(guī)。2001—2002 年，國家環(huán)境保護總局發(fā)布《畜禽養(yǎng)殖污染防治管理辦法》《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術(shù)規(guī)范》等管理辦法和規(guī)范。隨后十幾年間畜禽養(yǎng)殖污染防控法規(guī)不斷修正，管理措施不斷完善。

2009 年發(fā)布的HJ 497—2009 《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染治理工程技術(shù)規(guī)范》明確規(guī)定了集約化畜禽養(yǎng)殖從工程設(shè)計到運行維護的技術(shù)要求。2010 年，國家環(huán)境保護部發(fā)布《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術(shù)政策》以及《畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)地環(huán)境評價規(guī)范》，明確畜禽場地劃分應(yīng)當(dāng)布局合理、綠色生產(chǎn)、清潔養(yǎng)殖。2013 年11月，國務(wù)院發(fā)布的《畜禽養(yǎng)殖污染防治條例》不僅提及要統(tǒng)籌發(fā)展畜禽產(chǎn)業(yè)，同時應(yīng)做到畜禽廢棄物的綜合利用與防治。至此，畜禽養(yǎng)殖場地污染治理逐漸受到重視，引發(fā)社會關(guān)注［9］。

歐盟國家為保持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定和污染可控也出臺了如《通用農(nóng)業(yè)政策》《良好農(nóng)業(yè)規(guī)范》《硝酸鹽指令》和《水框架指令》等相關(guān)法規(guī)［10］。美國則發(fā)布《清潔水法》等法規(guī)以預(yù)防和控制集約化畜牧業(yè)造成的污染［7］。面對畜禽養(yǎng)殖轉(zhuǎn)型給環(huán)境帶來的嚴重挑戰(zhàn)，世界各國積極采取措施，為環(huán)境污染控制做出努力。

2.2 畜禽養(yǎng)殖場地污染現(xiàn)狀

面對嚴峻的畜禽養(yǎng)殖場地污染，各地政府因地制宜，合理實施有效的防止及管控措施并對現(xiàn)有污染處理工藝進行完善。其中，海南、湖南、重慶等地已經(jīng)運用種養(yǎng)平衡的方法進行了污染防治。我國對畜禽糞污處理主要包括“還田模式”“有機肥利用模式”等［11］。天津市寧河縣則選擇建設(shè)生態(tài)村落、實施測土配方施肥工程加強場地管理，不僅帶來良好經(jīng)濟效應(yīng)，更為生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展帶來保障［12］。在已有傳統(tǒng)的非堆肥發(fā)酵等工藝的基礎(chǔ)上，玉溪市通過推廣建設(shè)養(yǎng)殖區(qū)、施行生物發(fā)酵床養(yǎng)殖技術(shù)對污染場地采取有效防治措施［13］，此外，生態(tài)循環(huán)式的高效畜牧發(fā)展模式在當(dāng)?shù)剡\行良好，為環(huán)境改善和綠色發(fā)展帶來可能［14］。楊旭等人利用玉米秸稈與豬糞的可生化性，結(jié)合沼氣發(fā)酵工藝實現(xiàn)糞污的資源利用。東北作為H－M－M－H 型污染場地類型代表，應(yīng)當(dāng)借助其充足的土地資源，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c發(fā)展生態(tài)化養(yǎng)殖技術(shù)［15］。

然而，我國目前完善的工程應(yīng)用稀缺，部分地區(qū)種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展不平衡導(dǎo)致糞污資源化利用受限。因此，還需進一步研發(fā)創(chuàng)新型修復(fù)技術(shù)，以進一步降低畜禽糞便廢棄物帶來的環(huán)境安全隱患。

3 畜禽場地建設(shè)及存在問題

近些年來，我國針對非規(guī)?；B(yǎng)殖污染防治問題做了大量工作，地方政府在環(huán)保和農(nóng)業(yè)方面做出了巨大改進，但仍存在一些問題。

3.1 非規(guī)?；B(yǎng)殖場地養(yǎng)殖戶缺乏健全工作引導(dǎo)和法律支撐

畜禽養(yǎng)殖污染治理逐漸受到國家重視，為保證各地農(nóng)村居民的健康，營造舒適的生活環(huán)境，政府不斷加快畜禽養(yǎng)殖污染防治進度。國家對先后出臺的各類政策不斷進行完善和修正并取得一定成效，然而，有關(guān)畜禽養(yǎng)殖污染的相關(guān)法律法規(guī)還有所缺失［16］。農(nóng)村居民的環(huán)境法律意識相對薄弱，其目光主要關(guān)注于畜禽養(yǎng)殖的經(jīng)濟產(chǎn)出，大量的畜禽糞便由于缺少完整的處置體系被隨意堆放；未經(jīng)處理的糞便被直接用于農(nóng)作物生產(chǎn)；部分廢棄物甚至被排入場地周邊河道等水環(huán)境中，致使小型非規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場地污染日益嚴重。

3.2 場地監(jiān)管力度不夠，場地區(qū)分混亂

面對數(shù)量日益增多的非規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場地，村鎮(zhèn)的管理和場地建設(shè)監(jiān)管無法保障。部分農(nóng)村的畜禽養(yǎng)殖場地選址不適宜，對周邊水體、大氣均造成不利影響。場地構(gòu)建不完善，未經(jīng)科學(xué)的場地劃分即進行使用，導(dǎo)致畜禽排放的糞便無合適場地處理和堆放。

3.3 缺乏適宜的污染修復(fù)技術(shù)

隨著畜禽養(yǎng)殖場地規(guī)模不斷擴大和數(shù)量不斷增多，越來越多的畜禽養(yǎng)殖場地污染集中在重金屬及抗生素復(fù)合污染方面。盡管畜禽養(yǎng)殖場地的重金屬鈍化技術(shù)日漸成熟，但隨著抗生素使用的增多，重金屬－抗生素復(fù)合污染場地逐漸擴大。我國現(xiàn)擁有多項無公害處理技術(shù)，但其回報率低，無法達到污染修復(fù)需求。且多數(shù)企業(yè)管理未能達到成熟水平，資金短缺導(dǎo)致相關(guān)修復(fù)技術(shù)研發(fā)效率低于廢棄物產(chǎn)生速度，尤其是具有較大季后差異的北方地區(qū)，其寒冷氣候使廢物污染修復(fù)難度增大。

3.4 畜禽養(yǎng)殖場地污染物處理設(shè)備工藝不完善

地方政府積極推進生態(tài)文明建設(shè)，許多地區(qū)養(yǎng)殖戶已經(jīng)安裝廢物處理設(shè)備，并不斷完善內(nèi)部管理。然而，現(xiàn)有的設(shè)備加工過程需要嚴格的糞污干濕度控制，而這項工作需要人工添加水以保證機器的正常運轉(zhuǎn)，增加了污水排放量，非規(guī)?；B(yǎng)殖無法保證糞污處理環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確性和連貫性。此外，不同場地對設(shè)備機型有一定要求，養(yǎng)殖戶往往忽略設(shè)備的實用性和適用性，從而降低了糞污處理效果，最終導(dǎo)致設(shè)備的荒廢和使用不當(dāng)，間接增大了畜禽養(yǎng)殖場地污染處理風(fēng)險［17-18］。

3.5 畜禽養(yǎng)殖戶污染防治意識薄弱

長期以來，畜禽養(yǎng)殖戶為短時間內(nèi)提高其經(jīng)濟效益，在使用過量重金屬及抗生素作為畜禽飼料添加劑外，對畜禽產(chǎn)生的糞污進行不當(dāng)處理甚至未經(jīng)處理排放至場地周邊水體等自然環(huán)境，造成不良影響。而出臺的有關(guān)規(guī)定不能滿足畜禽養(yǎng)殖污染防治需求，且大部分畜禽養(yǎng)殖戶為農(nóng)民，也無法達到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。加之養(yǎng)殖戶本身的環(huán)保意識相對薄弱，不能切實履行環(huán)保義務(wù)。

4 畜禽養(yǎng)殖場地污染修復(fù)技術(shù)

4.1 重金屬污染修復(fù)技術(shù)

畜禽飼料中會添加鋅、鎘、砷等動物機體所必需的微量元素，然而，30%～90%的微量元素會隨著動物糞便排出，造成重金屬污染。因此，湯施展利用生物質(zhì)炭和木醋液對畜禽廢水中的重金屬進行鈍化，處理效果良好［19］。生物炭熱解技術(shù)逐漸成熟并獲得廣泛關(guān)注。主要的重金屬污染修復(fù)技術(shù)為物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)，但其修復(fù)費用較高，一旦有機物與重金屬絡(luò)合，處理效果不明顯且易破壞土壤生態(tài)環(huán)境，降低生物活性，產(chǎn)生二次污染［20］。

4.2 抗生素污染修復(fù)技術(shù)

由于抗生素具有良好的預(yù)防疾病和促進畜禽生長的作用而被廣泛添加于飼料中?，F(xiàn)階段已有的獸用抗生素污染修復(fù)技術(shù)主要包括表面活性劑修復(fù)［21］、凝結(jié)、膜分離、吸附和生物降解［22］。然而，由于去除效率低，操作性不高，因此尚未得到廣泛應(yīng)用，此外，有關(guān)抗生素抗性基因（ARGs）的去除技術(shù)仍處于起步階段。面對抗性基因給環(huán)境帶來的消極影響，可利用堆肥、厭氧消化、臭氧氧化以及光催化等工藝手段去除ARGs 或促進抗生素耐藥性或誘導(dǎo)短暫失活［23］。

4.3 重金屬－抗生素聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

由于重金屬－抗生素復(fù)合污染的存在導(dǎo)致環(huán)境中耐藥細菌驟增，甚至出現(xiàn)了抵抗多種抗生素的“超級細菌”［24］。Kong 等人研究發(fā)現(xiàn)抗生素與重金屬會發(fā)生相互作用，從而導(dǎo)致土壤中土著微生物的生物多樣性、碳源利用率等發(fā)生顯著變化［25］?，F(xiàn)有的復(fù)合污染修復(fù)技術(shù)有植物－微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，如利用孔雀草－紫金牛葉桿菌對鎘－土霉素復(fù)合污染進行修復(fù)［26］。植物修復(fù)技術(shù)成本低，但周期長，受到強烈的環(huán)境波動影響。由于我國對重金屬－抗生素復(fù)合污染土壤修復(fù)研究起步較晚，因此亟待開展相關(guān)調(diào)查研究。

5 畜禽養(yǎng)殖場地污染修復(fù)技術(shù)發(fā)展對策

鑒于畜禽養(yǎng)殖場地管理工作和污染修復(fù)技術(shù)尚需完善，對此，應(yīng)采取多種措施，不斷完善修復(fù)體系，合理發(fā)展畜禽養(yǎng)殖規(guī)模。

5.1 綜合防治畜禽養(yǎng)殖場地污染

畜禽養(yǎng)殖場地廢棄物處理處置應(yīng)以循環(huán)經(jīng)濟理念為主要指導(dǎo)思想，遵循資源化、無害化、減量化等原則。因地制宜提高資源化利用率，綜合沼氣生產(chǎn)、有機肥加工以及耕地利用等模式提高環(huán)境排放達標(biāo)率［1］。糞便是造成畜禽污染的主要來源，因此，完善并發(fā)展先進的清糞工藝、引進環(huán)保且對人體健康不造成影響的生態(tài)型飼料至關(guān)重要。在保障飼養(yǎng)管理技術(shù)完善的基礎(chǔ)上，應(yīng)合理規(guī)劃畜禽場地選址，尤其是城鎮(zhèn)及地方縣級市，通過人畜糞便分離，劃定禁養(yǎng)區(qū)、限養(yǎng)區(qū)、適養(yǎng)區(qū)等區(qū)域并進行全面規(guī)劃和布局。面對重金屬－抗生素復(fù)合污染場地，應(yīng)當(dāng)明確污染場地的土壤狀態(tài)，分析場地內(nèi)污染物的空間分布特征，以便于對場地修復(fù)進行分區(qū)。此外，對周邊水體環(huán)境進行嚴格監(jiān)管，保證飲用水水源地不受污染，從而促進我國“種養(yǎng)平衡區(qū)域一體化”發(fā)展［1］。

5.2 發(fā)展寒冷地區(qū)村鎮(zhèn)畜禽養(yǎng)殖復(fù)合污染場地修復(fù)技術(shù)

國內(nèi)北方地區(qū)村鎮(zhèn)畜禽養(yǎng)殖污染場地，其特殊之處在于場地受氣候溫度影響會發(fā)生污染場地凍融效應(yīng)。冬季氣溫降至－10 ℃以下給污染的原位修復(fù)技術(shù)帶來困難。遼寧省岫巖、海城等地區(qū)在冬季凍土層可達1 m 厚，污染場地修復(fù)難度大。因此，基于寒冷氣候條件下對重金屬－抗生素復(fù)合污染場地修復(fù)的連貫性考慮至關(guān)重要。面對北方自然環(huán)境帶來的修復(fù)壓力，中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所聯(lián)合重慶大學(xué)開展的國家重點研發(fā)計劃課題“村鎮(zhèn)社區(qū)環(huán)境監(jiān)測及修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)”之“村鎮(zhèn)社區(qū)凍土凍融水土環(huán)境修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)及小型設(shè)備研究”圍繞岫巖、海城、盤錦等遼寧省畜禽養(yǎng)殖場地，利用實驗室資源研發(fā)低溫生物調(diào)控工藝，耦合傳統(tǒng)鈍化技術(shù)與微生物降解技術(shù)，達到污染土壤修復(fù)的目的。在此基礎(chǔ)上，研發(fā)適用于非規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場地的一種撬裝式污染凍土解凍修復(fù)設(shè)備，通過外源增溫、土壤表面覆蓋等措施，實現(xiàn)寒冷氣候條件下的重金屬固定并延長抗生素低溫降解微生物適宜溫度區(qū)間，實現(xiàn)高效的場地修復(fù)性能，為土壤污染物排放控制及管理提供技術(shù)支撐。

5.3 完善非規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖污染場地周邊環(huán)境生態(tài)修復(fù)技術(shù)

畜禽養(yǎng)殖污染場地對其周邊生態(tài)環(huán)境造成威脅。按照“村鎮(zhèn)社區(qū)凍土凍融水土環(huán)境修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)及小型設(shè)備研究”中的課題安排，課題組對海城、岫巖等地的抗生素及重金屬污染進行調(diào)研。研究表明，雞糞中氧氟沙星、恩諾沙星、環(huán)丙沙星、金霉素、強力霉素以及四環(huán)素含量可分別達160.96，2 255.87，4 089.61，40.846，211.05，1 193.39 μg/kg，豬糞中土霉素、氧氟沙星、環(huán)丙沙星、恩諾沙星含量可達1 002.89，400.02，679.10，966.55 μg/kg，大量糞便堆放于土壤上導(dǎo)致土壤中的氧氟沙星、環(huán)丙沙星、恩諾沙星、強力霉素含量可高達200.5，168.48，169.37，106.68 μg/kg。因此，完善其周邊環(huán)境生態(tài)修復(fù)技術(shù)至關(guān)重要，對于遼寧省而言，應(yīng)重點研究寒冷地區(qū)村鎮(zhèn)土壤及水體污染修復(fù)技術(shù)。上述重點研發(fā)計劃中對抗生素降解提出了合理方案：通過篩選耐低溫高效且具有負荷的降解抗生素微生物、研發(fā)可控釋菌劑材料以及具有環(huán)境友好特性的高效污染物活化技術(shù)、對污染場地周邊土壤及水體調(diào)控進行研究和規(guī)劃等，不斷優(yōu)化微生物生長條件及應(yīng)用環(huán)境，進一步提高修復(fù)效率。同時可利用海綿阻控與攔截凈化技術(shù)對周邊水體進行調(diào)控，建立完善的凍融環(huán)境污染水體阻控修復(fù)技術(shù)；利用人工濕地、地下滲濾系統(tǒng)等完善的生態(tài)結(jié)構(gòu)式體系對污染水體進行修復(fù)，改善污染場地周邊生態(tài)。

5.4 構(gòu)建合理集約式畜禽養(yǎng)殖場地環(huán)境修復(fù)技術(shù)集成與示范

“村鎮(zhèn)社區(qū)凍土凍融水土環(huán)境修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)及小型設(shè)備研究”課題中以非規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場地為研究對象，以降低經(jīng)濟成本并獲得滿意修復(fù)效果為最終原則，集成村鎮(zhèn)不同季節(jié)所容納的環(huán)境修復(fù)關(guān)鍵材料、成套設(shè)備與單項技術(shù)，對工藝進行優(yōu)化和組裝，建設(shè)非規(guī)模化養(yǎng)殖場地的村鎮(zhèn)環(huán)境修復(fù)工程并給予效果評估。利用實驗室成熟的模擬技術(shù)，結(jié)合原位場地進行土壤及水環(huán)境修復(fù)工程示范，以求得到優(yōu)化的工藝組合，達到檢測示范效果的智能化。綜合考慮污染場地凍融氣候條件、場地類型以及場地周邊水文環(huán)境特征對整體修復(fù)技術(shù)的影響，完善修復(fù)技術(shù)體系和模式，制定可信度高的水土環(huán)境修復(fù)指南，最終達到全季候畜禽養(yǎng)殖場地復(fù)合污染的高效修復(fù)。

5.5 提高農(nóng)村畜禽養(yǎng)殖場地主體環(huán)保責(zé)任與意識

農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的保護離不開政府的公信力和執(zhí)行力，同時也離不開場地使用人環(huán)保責(zé)任和意識的加強。因此，政府應(yīng)提高自身環(huán)境管理水平，同時加強環(huán)境公共服務(wù)，對村鎮(zhèn)畜禽養(yǎng)殖的個體進行合理的環(huán)境使用引導(dǎo)和環(huán)保普及。地方政府應(yīng)引導(dǎo)養(yǎng)殖戶樹立科學(xué)發(fā)展觀念，遵循生態(tài)循環(huán)模式，杜絕因盲目追求經(jīng)濟效益而產(chǎn)生的惡性循環(huán)效應(yīng)。畜禽養(yǎng)殖場地污染重在預(yù)防，提倡讓農(nóng)民廣泛參與到畜禽養(yǎng)殖污染場地修復(fù)與防治中來，加強主體環(huán)保意識，不間斷地讓當(dāng)?shù)剞r(nóng)民分享畜禽養(yǎng)殖污染防治技術(shù)方法，將先進的畜禽養(yǎng)殖方法和廢物高效處置方案送達農(nóng)民手中，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提升農(nóng)民環(huán)保理念。在畜禽廢棄物減量化、資源化、再利用的前提下達到有效的全方位管理，在保障個體經(jīng)濟效益穩(wěn)中求進的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖污染場地的多元化效益［16］。

6 結(jié)論

畜禽養(yǎng)殖廢棄物引起的環(huán)境問題逐年增多，應(yīng)當(dāng)引起高度重視。為了解決畜禽養(yǎng)殖帶來的環(huán)境污染問題，應(yīng)在優(yōu)化空間布局的基礎(chǔ)上，不斷研發(fā)創(chuàng)新型高效修復(fù)技術(shù)，引導(dǎo)并鼓勵養(yǎng)殖戶不斷強化畜禽廢棄物的處理和綜合利用，促進畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的健康及可持續(xù)發(fā)展。這不僅需要養(yǎng)殖戶的積極配合，同樣需要各級政府部門之間相互配合，優(yōu)化畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)，維護養(yǎng)殖企業(yè)利益，保護好自然生態(tài)環(huán)境。