畜禽糞污還田資源化利用的途徑及建議

朱燕燕，黃國生，蔣永健

(1.杭州徑天農業開發有限公司，浙江 杭州 310000；2.浙江省畜牧技術推廣與種畜禽監測總站，浙江 杭州 310021)

全國第二次污染普查的統計數據顯示，農業面源污染在農業污染中占據主導地位，而畜禽糞污和化學肥料在農業面源污染中占主要比重，其中畜禽糞污中的化學需氧量、氨氮、總氮和總磷分別占到整個農業污染排放量的94%、51%、42%和56%[1]。

當前我國畜禽養殖正朝著集約化、規模化方向發展，在生產過程中產生了大量的畜禽糞污。根據農業農村部2018年底公布的數據，我國的畜禽糞污產生量為4.0×1010t，但對其綜合利用率卻較低，和歐美、日本等國家存在較大差距，未及時處理利用部分的畜禽糞污給環境造成巨大壓力，從而引發了農業面源污染和增強了溫室效應[2-3]；另一方面，我國從20世紀60年代以來，農業種植開始選擇施用化肥代替傳統的有機肥，在作物生產過程中，農戶往往為獲取高產量而過量增施化肥，致使土壤中化肥流失、淋溶，造成水體的富營養化等環境問題[4]。

近年來，一些養殖企業為了達到環保要求，選擇工業化模式進行畜禽糞污處理，但這種處理方式成本高、能耗高、運轉費用高、操作困難，生產中難以持續運行，并且不能在根本上解決問題[5]。在化肥出現以前，農業長期利用畜禽糞肥還田，畜禽糞污本質上是一種資源。如果放對位置在種植中可以進行有效利用。目前全國各地均以畜禽糞污肥料化和能源化利用為主要方向，深入推進畜禽糞污資源化利用，著力促進種養結合。2022年農業農村部在全面部署畜禽糞污資源化利用工作會議中要求“構建畜禽糞污資源化長效機制，加快培育糞肥還田社會化服務組織，促進畜禽糞肥科學還田”。種養結合是指將種植業與養殖業科學結合，種植作物作為畜禽飼料，畜禽糞污制成的糞肥還田，提供作物生長所需養分，充分轉化和循環種養之間的物質和能量，實現畜禽糞污肥料化、種植作物有機化[6-7]。種養結合是農業生產中一條重要的固碳途徑，既可以將畜禽糞污資源化利用，又可以減少化肥的使用，實現減污降碳[8]。本文首先闡述了種養結合的優勢、我國種養結合的現狀、種養結合模式的問題，然后針對出現的問題，借鑒國外的一些經驗提出符合我國科學發展種養結合的可行措施，以期為切實推動我國畜禽糞污的有效還田和種養結合模式的實行。

1 種養結合的優勢

種養結合作為一種環境友好型的技術模式和經營模式，可以很大程度上緩解畜禽糞污處理不當造成的污染問題，有效地實現養殖糞污的二次利用。具體來說，實施種養結合，主要有如下幾點優勢：

1.1 培肥地力

畜禽糞污可直接制成有機肥作為作物生長肥料，還可以與作物秸稈等廢棄物發酵制成有機復合肥，糞肥還田可以提高土壤的有機碳含量，增加土壤團聚體的含量和穩定性，從而增強土壤中碳的固存能力[9-10]。張淑香等[11]研究發現，在連續施用有機肥30 a后，西北和華北土壤有機質含量平均提高51%和68%，南方地區土壤有機質平均提高24%。國內外的學者研究還發現，糞肥還田可以改變土壤的pH值，釋放一些被固持的營養元素，可以不同程度增加土壤的全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀及中微量元素的含量[12-13]。

1.2 減少環境污染

通過堆肥、沼氣工程和應用發酵床、發酵罐等手段對畜禽糞便進行無害化處理，可有效提高環境承載力。研究表明，1 000 m3的沼氣池進行沼氣發酵每年可減少78.91 t碳足跡排放[14-15]。糞污的無害化處理作為資源化利用的前提，能降低抗生素、重金屬和病原菌的含量，降低由于畜禽糞便處理不當帶來的環境污染。糞污肥料化作為資源化利用的一種形式，能夠減少糞污過載排放導致的惡臭、水污染等環境問題。種養結合作為一種可持續發展的綠色農業生產模式，可以有效推動畜禽糞污資源化利用，變廢為寶，還可以減少使用化肥、農藥，進而減少農業面源污染，改善居住環境[16]。

1.3 提高經濟效益

有機肥的施用可提高農產品的質量和產量，拓展農戶的增收渠道，為發展有機農業、生產有機產品創造條件，提升農產品品質。種養結合的循環鏈中，可明顯降低農業生產的成本，降低因市場、價格、自然災害等因素帶來的農業經營風險[17]。畜禽糞污資源化還田利用，相較于達標處理排放可以減少環保投資成本，降低了養殖企業的糞污處理成本，還可以獲得延伸產業鏈帶來的收益。

1.4 促進可持續發展

通過種養的有機結合，實行農牧業、種植業的優化布局和種養一體化的生態循環發展體系，提高農業生態系統的自我調節能力，提升農牧業生產發展水平，促進畜牧業和生態環境的和諧共生和可持續發展。

總的來說，種養結合的主要特點是綠色、優質、環保、節能，構建產業鏈共生發展生態，實現多環節、多層次、寬領域的增值增收[18]。

2 我國種養結合的現狀

“十三五”期間，農業農村部、財政部等4個部門聯合啟動了中央財政和中央預算內投資畜禽糞污資源化利用整縣推進項目，累計投入296億元中央資金，支持了585個畜牧大縣進行整縣推進項目。同時，《開展果菜茶有機肥替代化肥行動方案》在全國100個果菜茶重點縣(市、區)實施[19]。但是，目前全國超過2/3的農業園區進行單一種植或單一養殖，不能實現種植與養殖的相互銜接，糞污還田“最后一公里”問題尚未解決[19]。

2.1 畜禽糞污資源化綜合利用率

根據《中國農業年鑒2020》數據，結合畜禽糞便排泄系數計算，我國2019年度生豬、肉牛、奶牛、羊和家禽的糞污排泄量(不包含沖洗污水量)已經達到1.44×109t，各省具體產生量詳見圖1。“十三五”期間，畜禽糞污綜合利用率達到75%，規模養殖場糞污處理設施設備配套率達到95%，大型規模養殖場糞污處理設施設備配套率達到96%。

2.2 種養結合資源化還田施用情況

農業農村部對我國23 706個典型環境地塊調查結果顯示，我國種植業以小農經濟為主導，經濟作物種植地中有37%施用有機肥；瓜果蔬菜地中46.7%施用有機肥；糧食作物種植地塊有機肥施用比例合計19%[20]。

2.3 種養結合模式類別

畜禽糞污分為固體糞污和液體糞污，兩種糞污需采用不同的處理技術制成有機肥還田。目前我國糞肥還田利用模式大體上有三類：(1)畜禽糞污-儲存-農田模式，畜禽糞污全量收集進入氧化塘儲存，作為初級有機肥還田利用；(2)液體糞污-沼氣-農田模式，該模式是以沼氣池為核心，分離的液體糞污進入沼氣池，在厭氧環境中產生沼氣、沼液和沼渣，其中沼氣作為清潔能源用以燃燒或發電，沼肥(沼液、沼渣)作為有機肥還田利用；(3)畜禽糞污-堆(漚)肥+沼氣-農田模式，該模式是將收集的畜禽糞污進行固液分離，固體糞污通過好氧發酵制成有機肥，液體糞污采用厭氧發酵制成有機肥。

3 種養結合中的問題分析

3.1 種養結合中的問題

3.1.1 種植與規模養殖脫節

為滿足社會對畜禽產品需求量和獲得最大經濟利益，國內養殖企業規模化程度及數量急劇擴大，而種植業的規模仍然沿襲傳統小農/家庭模式，種養主體在規模和地理上逐步分離[21]。在國家頒布的相關文件明確規定，畜禽養殖設施嚴禁占用基本農田和其所具有的環境敏感性，養殖場大多建在遠離居民居住區的偏遠山地，地理分離加劇種養分離。

作為畜禽糞污產生端的養殖業，小規模養殖場、散養戶的糞污處理設施設備與產生量不匹配，基本采用粗放處理或集中堆放處理；中大規模養殖場的糞污產生量大且集中，所需配套土地較多，但消納田地、林地難以配套，達標排放資金投入太大。作為畜禽糞污承載端的種植產業，大多數種植基地在施肥方面都未經過科學合理的規劃設計，種植戶更傾向于選擇體積小、養分含量高、易施用、存儲方便的化肥。

3.1.2 處理和施用方式粗放、糞肥利用率低

在畜禽糞污資源化利用過程中，大多養殖企業并未合理處理產生的糞污，往往采用簡單堆肥、發酵和風干等粗放工藝。地區、土壤類型、作物類型和種植方式的差異決定了施肥結構和施肥技術參數，但是農戶施肥基本憑經驗，普遍存在有機肥比例不合理，且施用時間、方法和用量不科學。目前，有機肥施用主要還是依靠人工隨意撒施和撒施，機械施肥設備覆蓋率極低。根據農業農村部的調研數據顯示，我國固體糞肥采用人工撒施達到94.5%；液體糞肥采用漫灌達到76.5%[22]。撒施勞動強度大，撒施和漫灌極易造成養分流失，長期灌溉易導致土壤養分失衡，有時還會引發氨氣、臭氣等空氣擾民問題。Bai等[23]的研究指出，因施肥方式不當和設備缺乏可導致還田糞肥中氮元素損失近40%。

3.1.3 第三方社會化服務組織的數量及區域匹配度低

根據實地調研和文獻資料顯示，針對畜禽糞污集中收集、處理和運輸的社會化服務組織較少且規模不大。目前浙江省僅有68家提供沼液儲運、管網管護、貯存設施管護等沼液配送社會化服務組織，糞污集中收集處理的輻射區域半徑普遍偏小，與規模化的種植區距離遠、服務能力弱；還有部分組織未安裝糞污檢測設備(液位儀、流量計等)，槽罐車無定位系統等等，這些導致畜禽糞污在資源化利用、范圍以及在監管、技術和社會方面都無法得到有力的支持和推進，沒有建立起養殖業和種植業的經濟鏈接。

3.1.4 有機肥競爭力弱、精準施肥開展難度大

目前由畜禽糞污制成的初級有機肥未經安全檢測，可能存在攜帶病原菌、寄生蟲卵及重金屬含量超標等問題；生產商品有機肥的品質差、異味大、養分含量低、儲存不便，施用的人工成本高，傳統的堆漚肥需要經過長時間發酵腐熟后才能使用，其間還需人工參與捂堆、翻堆等過程，費時費力導致有機肥使用的競爭力弱。高品質的有機肥生產需要引進新技術，資金投入大，需要專業的有機肥生產企業引領。同時施肥需要按照土壤肥力、作物品種和有機肥種類的不同，進行測土配方后方能確定有機肥、化肥和水的施用比例、時期。施肥過程造成的面源污染基本上都是因為農戶根據經驗過量施肥、不均衡施肥、施肥方法不當等導致。

3.1.5 實施技術及制度不成熟

種養結合模式的實施及推廣需要養殖業、種植業、環保等不同行業和部門共同參與，在科學的技術指導下系統進行。目前農村勞動力老齡化、文化程度不夠高、生產技術低、農業技術服務欠缺，未能建立地區土壤養分和糞肥養分含量臺賬。種植戶施用未經腐熟或未完全腐熟的有機肥，易引起農作物病蟲害或減產，對施用有機肥產生抵觸。同時機械化施用糞肥覆蓋面積低，人工施用時強度大、成本高，尤其是在一些地勢較高地區生長的作物，更是難以開展有機肥的施用工作，從而造成農戶增施糞肥意愿弱。

4 實現種養結合的科學途徑

我國自2014年實施《畜禽規模養殖污染防治條例》以來，一直在鼓勵和支持糞肥還田、通過生產沼氣和有機肥等方法對畜禽養殖廢棄物進行綜合利用，各地也在積極探索適合地方發展的畜禽養殖廢棄物綜合利用模式。浙江省結合自身經濟、環境等特點，因地制宜，探索發展適合自身的農業發展體系，制訂下發《浙江省畜禽糞污減量化無害化和資源化利用技術導則》，闡述了從養殖源頭到末端還田各環節科學開展畜禽糞污資源化工作的技術方法。參考國內外種養結合的一些成熟技術方法，特提出以下途徑，以推進畜禽糞污的還田工作。

4.1 政府主導，技術扶持，建立種養結合長效機制

種養結合生態養殖模式須由政府主管部門牽頭。由國家農業農村、環保等部門組織，在全國各地選取具有代表性的大中型養殖場實施畜禽糞污還田，打造一批種養結合循環農業示范基地，同時對采用種養結合的養殖和種植企業進行財政扶持及技術支持。積極鼓勵采用PPP(public-private partnership)模式，核心是政府投資建設公共公用設施和提供技術指導，規模養殖場與農戶建立新型合作社，并配套足夠規模的農田，實現畜禽糞污就地就近消納。PPP模式既可以解決畜禽糞污中的資源化利用問題，又可以實現當地農業的增收，實現養殖業與種植業綠色、生態、可持續發展。

其次是建立技術標準和加強人才隊伍建設。糞肥中的養分流動周期規律與機制對種養結合的有效推進起著重要作用，在種養結合的長效機制中需要側重基礎理論融入和集成模式探索，建立從畜禽糞污產生、收集、處理、還田整個過程的監測體系，依據監測數據和國家、地方、行業等標準，制定糞肥科學還田標準體系，由專業技術人員科學實施。可以預見，技術人才的培養與壯大將成為種養結合切實實施的最后推手。

4.2 循環利用的緊密嵌合

養殖場需在種養結合的模式基礎上嵌入可循環利用的技術原則，最大限度地降低畜禽糞污對環境產生的負面影響。首先，養殖場需從實際情況出發，制定適合自身發展的養殖模式，常見的成熟技術模式有豬/牛-沼-果/稻/菜/草/菌等。其次，選擇自行處理的養殖場，需根據養殖規模，配套足量的糞污資源化處理設施設備，糞肥優先考慮就地還田、就近利用。當養殖場糞污超出土地承載量時，與當地政府部門充分溝通，通過糞肥運輸系統進行實時運輸處理，避免糞肥受地域、季節和天氣等影響。

4.3 發展農業數字化信息技術

在畜禽糞污的綜合利用過程中使用大數據、云計算、物聯網、人工智能等數字化信息技術，提高畜禽糞污資源化利用效率，實現精準、科學、規范、高效利用。首先，引進農業氣象站和土壤養分、重金屬傳感器，借助氣象站對當地的空氣和土壤溫濕度、降水量、風向、風速等情況進行實時監測，利用土壤傳感器對還田地塊進行養分和重金屬含量的變化監測，并將數據結果反饋至人工智能控制中心，通過軟件系統設置接入參數閾值實現農田肥水自動化灌溉，并記錄肥水施用量及施用去向，實現液體糞污資源化利用臺賬與信息化管理。其次是通過智能控制模塊聯動，依據田間作物土壤墑情、種植氣候、作物生長周期等各項指標，實現按照作物生長周期需求的智能化沼肥施用，提升施肥效率，防止形成沼肥地表徑流。加強資源化利用臺賬管理，以替代依傳統經驗施肥方案，優化設備運行管理，實現智能化管控。浙江的智慧農業發展領跑全國，《浙江省畜禽養殖污染防治“十四五”規劃》(浙環發〔2021〕4號)明確指出在全省的養殖大戶實行數字化管控，實時監控養殖規模、廢棄物綜合利用、污染防治設施建設等情況。

4.4 培育第三方社會服務化組織

在規模養殖場集中或散養密集的區域，通過建設畜禽糞污集中收集處理中心，利用畜禽糞污、農作物秸稈和殘體等原料進行有機肥生產，提高畜禽糞污資源化利用程度。集中處理中心建設前，須調研統計周邊畜禽養殖場分布及養殖規模，計算畜禽糞污產生量，規劃還田路線，在畜禽糞污和消納地之間建立有效的輸送網絡，科學選址并設計相匹配的處理規模。利用集中處理中心可以更加專業地處理畜禽糞污，實現廢物利用，在節約資源的同時改善其對生態環境的影響。第三方服務組織作為橋梁將養殖業和種植業連接，糞污收集、處理、生產和施肥管理得以專業化，降低施用成本和土壤污染風險，形成“三贏”的合作優勢。

4.5 推進糞肥還田的機械化

實現畜禽糞污高效還田利用，需要深入推進畜禽糞污收集、處理、貯存、運輸、施用等多環節機械化水平和運行效率。同時依托科研院校的科研力量，加快新設備新機械的研發、制造和推廣，著力破解有機肥還田施用技術和成本障礙。在糞污還田的方式上，可參考國外的一些較為成熟的施用方式，并結合當地的情況，采用噴灌、滴灌、條施、淺層注射、深層注射[24-25]。目前我國的固體糞肥施用機械設備主要有螺旋桿施肥機、履帶式撒肥機、精確有機肥施肥機等；液體糞肥灑施研發的裝備主要有沼液還田施肥機、深施型液態施肥機、液態肥施肥機、沼液沼渣暗灌施肥機等。

案例分享：杭州徑天農業開發有限公司是杭州市余杭區一家大型沼液第三方社會服務化組織，輻射范圍包括余杭區徑山鎮、瓶窯鎮、余杭街道、仁和街道等6家養殖企業和153家3 800 hm2種植基地。公司建有公共沼液貯存池6 500 m3，糞肥運輸車及施用機械設備6套，糞肥運輸車均搭載GPS定位系統，并且安裝了一鍵智能沼液裝載系統，在解放勞動力的同時實現清潔、簡便和安全的操作模式。公司2022年共收集運輸養殖企業的糞污12.1萬t，糞污通過專業化處理后送至第三方檢測機構測定沼液的養分含量及重金屬含量等指標均符合相關標準。根據不同季節、地段、作物需求情況進行就近統籌調配沼液，實現按需施肥、精準施肥。公司年運行成本287萬元，收入350萬元，合計產生年經濟效益約63萬元；對接的種植基地施用沼液替代化肥的肥料年節省成本約428萬元。全年異地處理配送沼液約12萬t，配送沼液量占全區沼液產生量的46.3%，給全區種植業提供了充裕的液態肥，幫助養殖企業實現污水零排放。

杭州徑天農業開發有限公司是余杭區畜禽管理系統中沼液管理的典型代表，它利用自身數字化優勢打造了“余杭區畜禽生態監管應用系統”，實現了區域內農牧對接，綠色循環，并對畜禽糞污沼液肥去向進行實時監管。通過此平臺，養殖場和種植基地可以通過液位預警信息，提前規劃沼液肥使用計劃，第三方服務組織對接二者供需情況，合理統籌，實現定點定時按需使用。

5 結論

種養結合的實質是實現種植業和養殖業的可持續發展，在此基礎上建立優質、高效、完整的農牧生產體系。種養結合可以推動我國農業技術的穩步發展，加快推進我國農業現代化，實現農業綠色生態發展的目標，是現代農業發展的大趨勢[26]。