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發展現代生態產業 創新綠色養殖模式
——農牧結合激活現代畜牧業轉型升級的創力
□策劃/本刊記者 李冬寶
農業部近年來全面打響農業面源污染防治攻堅戰,統籌考慮環境承載力及畜禽養殖污染防治要求,按照農牧結合、種養平衡的原則,推廣有機肥還田利用,促進農牧循環發展并指導地方加快生豬養殖布局調整。據了解,“十二五”以來,我國畜禽標準化規模養殖發展成效顯著,有力促進了畜牧業生產方式轉變,支撐了產業綜合素質提升。綜合測算,2015年全國畜禽養殖規模化率已達54%。而在環保政策不斷完善并持續給畜牧養殖業加壓的背景之下,標準化規模養殖堅持綠色發展、農牧結合,加強政策引導和科技支撐,切實破解規模養殖污染治理和糞便資源化利用難題,實現生產發展與環境保護的雙贏,是激活現代畜牧業轉型升級的重要力量。
為深入探討現代畜牧業發展當中農牧結合的方式,解決畜禽養殖污染和糞便資源無害化處理與利用的難題,全面推進現代生態農牧業的發展,9月27日,“中國(唐山)養豬行業發展峰會”開幕之際,同期舉行了國際豬業環境控制與智慧環保論壇。期間,來自國家環保部的相關專家、法國養豬科學院專家埃里克·維拉爾(M.Eric VILLARD)、Cooperl(法國)Pierre Le Guilloux、瑞士專家Daniel Ruch、華南農業大學食品學院教授胡文鋒、北京京鵬環宇畜牧科技股份有限公司技術總監寧宗拔、江西沄沐環保科技有限公司經理劉天武、青島派如環境科技有限公司總經理宋修瑜同眾多來自行業內的嘉賓就環境問題對生豬生產的挑戰、現代生態農牧業種養結合模式的創新、節能豬舍的環境控制與糞污尸體無害化處理等課題進行了深度分析與交流分享。
對此,本刊記者結合與會專家的分析,對以農牧結合、循環利用為主體,解決畜禽糞便還田利用瓶頸的方式以及畜禽糞污尸體無害化處理和生態農牧業環境把控等問題進行了總結整理,以饗讀者。
目前生態農業的發展可以促進其自然衍化過程的進行,降低投入并有利于生物多樣性的開發利用,而生態工業的發展,主要是建立循環、減少投入及回收各生產活動所產生的廢料。生態農業和生態工業兩項互補則可以減少畜牧業生產對環境的影響。
要充分利用生態農業和生態工業兩者結合后的發展優勢,生態農業和生態工業需要遵循5個基本原則:減少生產資源的消耗(能源、水、占地面積、飼料等);優化養殖體系,減少污染,促進生態循環;增加養殖系統的多樣性,強化養殖場的抗沖擊能力;通過適應生產需要,保護養殖行業的生物多樣性;通過減少藥物的使用,加強動物健康的綜合管理。
此外,對于生豬養殖場的綠色發展也要保證以下幾點管理內容的實現:準確了解糞污的生產狀況,了解養殖場的實際狀況,確定適應生產的最佳行動方案。改善養殖場的生產效率,改善動物性能(健康、品種),改善飼喂方式(保證精準飼喂),改善圈舍(動物行為及福利)。改善糞污管理,防止糞污在環境的泄漏:儲存、施肥(回收系統、儲糞池的覆蓋、尿糞的干濕分離、撒肥器);促進不同地理環境及不同規模農場的糞污循環利用:單個農場、農場團體、盡可能多的農場。更好地協調土地與產業規模的關系,集中糞污處理,同時開發新業務(能源生產、生產有機肥料或土壤改良劑)。
總之未來生豬養殖場要實現可持續發展,需要對其生產通量有準確的預測,涉及的方面是每只動物、生產單元、在到整個養殖場,這就需要合理量化工具的利用(參考數據、模型),以及在氣體(氧化氮、沼氣)等方面的高效管理。與此同時,要注意行業內許多進步都來自于不斷的創新,保證其持續發展還需要根據養殖場的實際情況進行不斷的摸索創新,以完善其養殖環境,創新點集中在這些方面:評估飼料營養的新概念,技術發展(酶的生產及飼料中的氨基酸),圈舍和糞污的管理新技術 (回收系統、儲糞池的覆蓋、尿糞的干濕分離、撒肥器),動物性能的改善(育種、健康管理)。
可持續發展的養豬模式可以界定為:首先在發展模式上,要與種植業緊密結合,直接將糞污增值為肥料;專業化養殖結合有機肥和能源生產,包括糞污循環利用,安裝帶有固液分離設備的糞污處理系統,(固液分離/沼氣生產)等,可以說生豬生產是一筆有益于農業種植的財富。
對于法國新型豬場環境方案的講述,以科普利信為例,其法國的豬業合作社領導者,主要為養殖者提供設備、技術等綜合服務,它所控制的行業產業鏈條涵蓋了從養殖戶到消費者之間的建筑設備、生產部、飼料部、肉食品、腌制部、環保部、肉店等各個生產環節。它在法國環保政策越來越嚴格的背景之下發展,而在這種背景下養殖企業需要遵循的飼養規則在于:450頭生豬以上,需要進行一系列的登記手續批準才可;而2000頭育肥豬或750頭母豬以上,則需要辦理歐盟許可證手續 ;同時要遵循歐盟氮量政策,糞肥還田限制每公頃地170千克氮。
在環保壓力和行業可持續發展壓力的影響下,企業設計了許多服務與程序以幫助飼養者們來遵守這些政策。其在豬場環境管理方面,工程服務的內容在于幫助豬場減少氣味和污染物,給飼養者提供技術服務(糞便處理過程選擇、糞肥還田方案等),同時進行豬場周圍污染物監測。糞便處理廠方面的服務模式則是通過控制生物處理程序(遠程化監測和遠程化管理)除去其95%的氮和92%的磷,公司運作75個處理廠,每年可處理50萬立方糞便。環境管理過程當中,利用刮糞板,在豬場內把糞便和尿液分離,液體部分進行田地澆灌,固體部分運送到有機肥生產廠進行處理。
相較于傳統的豬業生產循環,新的豬業生產循環主要包括三個方面的內容:豬舍自動干清糞工藝,沼氣及能源生產以及有機肥的生產。通過豬舍自動干清糞工藝等環節進行其厭氧反應,在通過深度處理和烘干工藝、沼氣利用等環節進行清水的回收利用、有機肥的生產和能源的生產。總結來說,就是要結合自動刮糞系統,優化沼氣過程,進行有機肥生產及污水處理。對此,科普利信也提出了提高糞便價值的新技術——刮糞板TRAC系統;同時憑借其“直到零排放豬場”系統,不斷增加沼氣產量,并對沼氣進行多樣化的利用,節省能源及減少碳排放。此外,公司借助相應的配套系統每年生產1000噸固體副產品,可以直接將其還田或者加工生產有機肥,以增添收入。
借由法國新型豬場環境方案運行的經驗,怎么減少中國豬場環境的影響?如何增加豬場的發展效益和價值?下一個中國豬場發展的方向又在哪?基于這些思考,中國豬場的未來發展,首先要外運固體部分,提高豬場效益(例如1000頭豬的建筑,達到只需要25公頃還田;回收硫、氮、有機物;其生產保證高的有機物濃度等)。其次要提高動物福利,提高空氣質量,提高生產效率(豬場里的氨減少50%,可減少豬只死亡,提高其成長速度,同時生產效率也相應增長)。此外還要保證經濟目標的設立方面,環境成本不能大于傳統方式的成本。
時下,生態農業的發展要求把發展糧食與多種經濟作物生產,發展大田種植與林、牧、副、漁業,發展大農業與第二、三產業結合起來,通過人工設計,形成生態上與經濟上兩個良性循環,經濟、生態、社會三大效益的統一。在這當中種植業和養殖業作為生態農業的重要組成部分卻問題重重。
首先來看種植業的現狀:耕地總量不足,人均耕地面積為1.39畝,僅為世界平均水平的1/3。耕地質量下降,現有耕地2/3為中低產田,因為農民個體經濟的單一性,導致了土地存在養分失衡、退化嚴重等問題,主要是化肥、農藥、農膜、除草劑、添加劑、轉基因六大害。成本居高不下,以家庭為單位,經營比較粗放,土地產出率和勞動生產率都得不到有效提高。糧食的品種結構問題比較嚴重,大豆和玉米大量依賴進口,尤其是糧食品種都陷入了進口的局面,最主要的是價格缺乏競爭力。以家庭為單位的種植業和養殖業過度依賴化肥農藥、飼料增長劑和獸藥提升產量,導致耕地質量急劇下降,也因其更進一步依賴化肥和農藥,陷入惡性循環——化學農業。可以說,現在的農業模式要恢復地力,必須采用健康的方法,而生態循環農業顯然是將來重要的發展方向。
養殖業的發展現狀則體現在:近5~10年里,規模化養殖得到了快速發展,但是散戶養殖的基數比重仍然很高,有一大部分的規模化養殖技術和裝備相對落后,規模化養殖技術和管理的落后,導致了行業生產方面產能低下,品質不高。飼料成本高,導致養殖成本不好控制,大量的飼料進口也無法解決高成本的問題。種畜的品種培育落后,主要依賴于進口,陷入引進—擴繁—淘汰—再引進的惡性循環。規模化養殖后的系列性問題,譬如糞肥變糞污,導致環境污染問題;產能低下,各種抗生素、獸藥、增長劑、催肥劑、瘦肉精等無限度的使用,造成了食品安全問題等。
面對這些問題,國家和行業都在積極探索其轉型升級的模式和方向,不得不說在全行業的努力之下農牧業的可持續發展也正在不斷地突圍和進步。無疑,種養結合是發展高產、優質、高效、生態、安全的現代生態農業的重要機遇。在現代農業體系的構建中需要打通六個環節:用現代物質條件裝備農業;用現代科學技術改造農業;用現代產業體系提升農業;用現代經營形式推進農業;用培養新型農民發展農業;用現代發展理念引領農業。其中種植業、土壤和養殖業的三位一體發展,要注意其種植業產品、食品及飼料、畜產品及糞尿等處理環節的把控,還要注重通過三者之間的優勢互補達到改良土壤、增產增質的目標,同時把過程里產生的糞尿生產成為其有機肥的主要原料。
觀察農牧行業的發展,經歷了從傳統化向現代化轉型、個體粗放型向規模精細型發展、單一型向復合型發展以及現代生態農牧業種養結合等新型模式的發展。但在種養結合方面,我們還需要注意以下幾個方面的內容:首先,種養結合的基礎是預處理利用系統,其中有機肥系統的選擇要保證其達到能耗低、易操作、智能化、省人力等要求;并保證單體發酵設備跨度相對較大,有效翻拋尺度更深;供氧充分,抑制厭氧菌,徹底控制臭氣發生;可加入高效菌種,同時全部殺死病原菌、蛔蟲卵等。總之有機肥系統的設置要方便快捷、環境安全、質量可靠、隔離氣味、雨污分離、糞肥高效。此外,是要注意種養結合的難點——資源化利用系統的選擇,要合理進行糞肥與土地的網絡化配置,以及農機裝備對糞肥精細化的處理。
對于大型豬場糞污處理系統工程的建設,以河北京安瑞能環境科技有限公司為例,其處理模式在于:豬場糞污通過提升井進入預處理系統,糞污濃度2%,經初步處理后進入厭氧發酵罐,制出沼氣進入雙膜儲氣柜,通過脫硫、脫水、增壓進行發電,并入國家電網。發電機余熱回收用于發酵罐增溫。其養農有機肥廠的原料來源于公司沼氣綜合利用項目產生的沼渣和沼液。沼肥中包含了農作物所需的豐富的氮、磷、鉀和腐質酸等多種營養成分,用于農林種植,可培肥地力,改良土壤結構,增加土壤的有機質含量,用于綠色生態產品的生產,有利于促進農作物增產,提高農作物品質。
處理豬場糞污的工藝流程,首先是糞污經制沼后排出的沼渣沼液通過管道排到有機肥廠,通過固液分離,沼液通過過濾、穩定、鰲合、絡合、添加微量元素等工序制成水溶肥。沼渣進入摻混車間,按照一定比例摻入玉米芯、菌種、微量元素等,混合發酵20天左右,粉碎制成粉劑有機肥或烘干造粒制成顆粒肥。
效率高和盈利性好的沼氣場主要表現為:沼氣產量高,增加收入;發酵罐體積小,降低投資;降解有機廢物,降低運行成本。而目前豬糞沼氣工程的現狀是:濃度低,產氣低,發酵罐過大;處理有機垃圾,降低運行成本。
那沼氣場如何盈利,首先要與高濃度的物料混合,提高沼氣產量,發酵罐變小。而過程里添加秸稈遇到的問題表現為:發酵罐中有借殼和低產氣量的影響。在對豬糞和秸稈混合產沼氣的技術探索中,目前利用德國先進的水解酸化技術對秸稈進行前處理可以借鑒,研究表明秸稈水解酸化技術的優勢體現在:可使沼氣產量提高20%,甲烷含量提高10%,發酵罐體積減少一半。
近年來,隨著國家政策對農牧產業化的大力扶持,中國畜牧業正面臨由傳統養殖向現代規模化養殖轉型過渡期。養殖企業發展的新趨勢集中在動物福利、食品安全和環境保護三個方面。養殖新理念則表現為:一是從源頭上解決動物疾病與環保問題。二是注意某些養殖環節當中智能設備的使用。三是“豬自己可以做的事情,盡量讓豬自己做(譬如產床母豬可以自然分娩)”。四是要注重養殖管理環境的創造,勿濫用消毒藥。但是,與此同時,很多傳統養殖沒有充分顯現出來的問題,實施規模化養殖后,就成了現代規模化養殖企業可持續發展的巨大障礙,這些問題表現最突出的就是畜禽舍內環境控制和規模化養殖場糞污尸體等有機廢棄物無害化處理。
首先在豬場的規劃設計方面,要從場址選擇、生產工藝選擇(周期化)、設備選型、品種、管理模式等方面進行綜合考慮,不斷結合養殖實際進行探索與完善,使之構成一套完整的設計體系。同時使之兼具節省土地面積和建筑成本、節能環保(可利用動物余熱取暖,省工節能、低碳環保)、自動化程度高(自動飼喂、自動清糞)、節省人工等諸多特點。要注意按照豬只各階段通風要求和溫度要求及飼養管理模式,使每個階段的豬舍內必須達到規定的飼養密度,既能滿足豬只通風換氣要求又能保持舍內恒溫。還要尤為注意豬舍建筑必須做到密閉隔熱保溫效果,墻面板、屋面板需要采用隔熱保溫材料,形成冬暖夏涼的舍內環境,密閉和保溫是通風的兩個必需前提條件。此外對于蓄糞池的管理及地溝通風管的布置,可以采用全漏縫地板模式,漏縫地板以下0.8米左右為蓄糞池。待養完一批豬只后(一個全進全出單元)將排污閥拔出,靠虹吸作用將糞污順管道排出,排污徹底,不影響豬舍的密封效果。且地溝通風管布置要求每個通風管處風速相同,以保證舍內各處通風均勻。
在豬舍環境控制方面,全自動環境控制系統的選擇要能夠滿足不同豬群各生理階段對環境的要求,給不同的豬群提供適宜環境,為各類豬舍自動溫控、通風換氣,徹底解決通風與保溫的矛盾,實現利用動物余熱取暖,省工節能、低碳環保,提高養豬生產水平和豬群健康狀況。全自動環境控制系統的組成當中,環境控制器和變速風機是整個環控系統的核心組成部分,其整個系統組成主要包括以下幾個部分:射流進氣窗(春秋冬季通風,導流進入舍內的空氣)、保溫燈(分娩舍為仔豬保溫)、塑料漏糞地板(導熱慢,防止仔豬或保育豬拉痢疾)、排污閥(利用虹吸原理將糞污排出蓄糞池)、D系列變速風機 (屋頂風機、分娩母豬降溫專用變速風機)、泉涌式飲水器 (自由調節水位,節水環保)等。其中需注意地溝風道進氣口要保證將漏糞板下方的氨氣均勻的排出舍外。
對于移動式全自動豬舍結構的設置,其主要由可移動式的豬舍鋼構蓄糞池,可拆裝的保溫隔熱墻面板、屋面板,全自動環境控制系統,全自動飲水及飼喂設備等組成,分為移動式保育舍、移動式分娩舍、移動式公豬舍。移動式全自動豬舍優勢體現在:墻面板、屋面板采用隔熱保溫材料制作,形成冬暖夏涼的舍內環境;全自動環境控制設備,以溫度為舍內環境控制標準,專利設計的特殊通風結構,實現冬天不用鍋爐取暖,夏天不用水簾降溫;自動飼喂設備大大減少飼料消耗;采用塑料漏糞地板,減少豬體熱量消耗,提高飼料轉化率,免除人工清糞和人工沖洗欄位等繁瑣工作。
另一方面,隨著畜牧業集約化養殖場的興起,及其環保法規的不斷加壓,經營養殖業最大的問題就是養殖場畜禽糞便、尿液、污水和尸體等有機廢棄物無害化處理。畜禽糞便、尿液、污水和尸體等所引起的環境污染問題是行業內亟需解決的現實問題。在相應的處理方式中,厭氧沼氣發酵方式是最常用的糞污處理方式,但厭氧發酵速度慢,占用土地面積大,發酵不充分,發酵產生的沼渣沼液,有害細菌超標等問題還需解決。時下高效快速的畜禽糞尿尸體好氧發酵無害化處理的概念在啟發行業進行相關的研究和技術完善工作,固體糞便尸體采用罐式發酵模式,液態糞便、污水、尸體采用隧道式發酵模式等,目前這些產品和技術均處于成熟穩定發展的階段。在極少的占地面積上有卓越的處理能力,好氧發酵中所產生的臭氣和廢水也可以一并處理,從而切斷糞污尸體對環境造成的二次污染,達到零排放,實現規模化養殖場可持續發展,是行業在該方面發展的目標與突破,同時這也為畜禽糞污尸體的合理高效處理打開了思路。
當前豬糞處理的現狀集中表現在以下幾個方面:量大,成分復雜,難處理,環境污染嚴重;目前制堆肥或沼氣,技術要求高、占地多、周期長、價值低;需要投入大量資金、不可持續發展;產生二次污染(臭味,產生溫室效應氣體如甲烷、氨氣等其他含氮化合物、二氧化碳,霧霾成因之一)。
而利用微生物及黑水虻處理畜禽糞便則可以不斷提高其每豬位每年干清糞創造的利潤,對于這項技術所采用的處理方法表現在:首先利用有益微生物(乳酸菌、酵母、芽孢桿菌等)對干清糞(80%水分)進行預處理,穩定化、除臭;微生物發酵處理 1~2天,接入已孵化的黑水虻幼蟲,幼蟲以糞便為食生長;養殖過程還接入微生物除臭及殺菌,提高轉化率和健康水平;15天左右黑水虻幼蟲增重2000倍,收獲幼蟲,作為特種養殖、水產或家禽的蛋白源;蟲糞直接做為有機肥等進行實際生產利用。
利用微生物及黑水虻處理畜禽糞便,在微生物的選擇和處理上需要注意:采用直投式發酵菌種,無需擴繁,直接投入豬糞便;菌種選擇涵蓋了乳酸菌、酵母菌、芽孢桿菌、米曲霉等(100億CFU/克,CFU即為菌落形成單位),其目的在于抑制豬糞中腐敗微生物及致病菌、減少養分流失,提高生物安全性。此外,還要注意過程里接種量的控制、刺激氣味的祛除以及其轉化率的提高(微生物發酵后分解大分子,提高養分轉化率,提高昆蟲生長速度與健康水平)。
采用黑水虻而非蠅蛆對畜禽糞便進行處理,優勢體現在:一是黑水虻幼蟲體大,是蠅蛆10倍,便于蟲料分離和加工。二是黑水虻幼蟲期長,可達1月,便于活體儲存和運輸。三是黑水虻成蟲不取食,生命期只有數天,每雌產卵近1000粒。四是黑水虻成蟲不擾民,不隨意進入人類居室、廚房。五是黑水虻可選擇食物種類廣泛,從禽畜糞便、動植物殘體,餐廚垃圾,到食品工業廢料,都能輕易處理。
觀察我國畜禽養殖產業發展現狀,經濟規模大、養殖規模化、產業集中化、區域差異化成為行業發展的新常態。但是畜禽養殖環境污染現狀卻在行業新常態化的發展背后給予我們更多的思考。首先畜禽養殖污染物已成部分水體水質惡化重要污染源,畜禽養殖廢水中含有大量污染物,如有機物、氨氮、重金屬和大量的病原體等,如不經過處理直接排放,不僅會嚴重污染地表水體,引起受納水體富營養化,還會對土壤、地下水和農田生態系統造成破壞。此外,人畜混居現象在部分農村地區仍較為普遍,畜牧糞便中含有的大量病原微生物、寄生蟲卵,極易孳生蚊蠅,影響村莊環境衛生狀況。畜禽養殖廢水在厭氧情況下還會產生大量惡臭氣體,危害周圍居民的身體健康。畜禽養殖污染會對土壤環境和農產品質量安全構成威脅,畜禽飼料添加劑中的銅、鐵、鋅、鉻、鎘、汞、抗生素、激素等物質,隨著畜禽糞便進入水體和農田,長期累積,導致土壤環境質量下降,有毒有害物質沉積,威脅糧食、蔬菜等農產品安全。再就是其對飲水水源的影響,我國主要污染物排放量中農業源占較大部分,而畜禽養殖污染物排放量占整個農業源很大比重,畜禽養殖業已使我國水環境污染呈現全面漫延勢態,成為影響我國水環境的重要因素之一。
近些年在畜禽養殖相關環保立法方面,國家也在不斷加快行業立法的腳步,相關的標準規范日益完善,環保政策之于養殖行業的約束越來越明顯,且對其資金力度不斷加大,總之在環保部門的農業源污染減排項目的明確要求下,畜禽養殖廢水治理有了一定的改善與促進,但仍然有很大部分還是達不到排放標準,環保壓力依然存在。
土地的限制已不能滿足城市近郊大量畜禽廢水處理的要求,因此,迫切需要找到一種經濟、高效的工業化處理模式來解決土地受限地區的畜禽廢水的處理問題。目前畜禽養殖廢水處理技術所采用的主要處理模式包括物化處理、生化處理、物化與生化處理相結合。而畜禽養殖廢水處理還存在諸多問題,主要集中在:某些技術設備及工藝在研究過程中忽略了養殖場的總體運行成本,致使運行管理成本高,成為畜禽廢水處理正常運行的制約因素;養殖廢水中豐富的氮磷都是不可再生的資源,這些放錯位置的資源很容易被人忽視;沒有從源頭上控制畜禽養殖廢水的排放,增大了廢水處理的難度和處理成本,不符合行業可持續發展的基本思想。
針對此,未來畜禽養殖廢水處理的趨勢體現在:一是廢水處理與能源回收、農業綜合利用相結合。處理成本過高成為畜禽廢水處理的制約因素,阻礙行業可持續發展的行進之路;畜禽廢水中含有大量豐富的營養物質,應充分回收和利用,如廢水處理過程中所產生的可回收生物能源(甲烷、氫氣等);嘗試將沖洗廢水與糞污結合起來,實現農業綜合利用,發展廢水處理的回收利用。二是廢水處理與資源回收相結合。氮和磷是不可再生的資源,污水中排放的氮磷是氮磷消耗的重要途徑,應當思考如何有效利用并回收這些資源。此外,據研究,鳥糞石工藝回收磷酸鹽,每1立方米養豬場廢水最多可以回收171克鳥糞石,只需經過空氣干化即可得到約95%純度的鳥糞石;污泥回收75%的磷可減少3%~3.8%的污泥干固體質量,污泥焚燒后灰分的產量也將顯著下降,可減少12%~48%。三是把末端治理與源頭控制相結合。大力發展清潔生產,走環境友好與資源節約之路已勢在必行,大力推廣干清糞工藝和合理設計規劃養殖場內部結構與設施,有助于從源頭上減少畜禽廢水對受納水體的污染,也減少污水處理的難度和費用;著力宣傳使用綠色飼料和添加劑,減少飼料中有毒有害物質或容易富集的添加劑如重金屬等,這不僅能從源頭上減少污染物的產生,也有利于畜禽養殖工業的健康長效發展。