上海都市型畜禽養(yǎng)殖業(yè)環(huán)境管理績(jī)效分析與展望

王振旗,徐 昶,曹 瑩,張 敏,胡雙慶,倪遠(yuǎn)之,薛 云,周佳俊

(1 上海市環(huán)境科學(xué)研究院,上海 200233;2 上海市動(dòng)物疫病預(yù)防控制中心,上海 201103;3 上海市生態(tài)環(huán)境局,上海 200003)

上海市位于長(zhǎng)江入海口、太湖流域東緣,地處我國(guó)東部平原河網(wǎng)地區(qū),畜禽養(yǎng)殖污染出現(xiàn)早、治理最先關(guān)注[1],先后經(jīng)歷了簡(jiǎn)易處理(1991—1998 年)、二級(jí)生化達(dá)標(biāo)治理(1999—2001 年)、綜合治理(2002—2010 年)、污染減排(2010—2015 年)和布局調(diào)整(2016—2020 年)等階段,現(xiàn)已基本形成完善的畜禽養(yǎng)殖污染防控技術(shù)與管理體系。 “十二五”期間,我國(guó)確立了畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞污資源化利用主導(dǎo)路徑[2],上海以污染減排為工作抓手,建成了100 余家以還田利用為主的規(guī)模化畜禽場(chǎng)資源化利用工程,極大地提升了畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染治理水平[3]。

但2016 年以來(lái),隨著郊區(qū)城鎮(zhèn)化的加快推進(jìn),規(guī)模化畜禽場(chǎng)周邊可利用的消納農(nóng)田逐步減少,液肥“過(guò)量還田”“不均還田”等問(wèn)題頻繁出現(xiàn),不僅無(wú)法實(shí)現(xiàn)糞污的有效利用,而且還造成土壤地下水和周邊河道環(huán)境的污染[4]。 另外,因養(yǎng)殖場(chǎng)與居民區(qū)距離逐步縮小,空氣污染及擾民引發(fā)信訪投訴日益增多,也成為都市型畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展面臨的主要問(wèn)題之一。 上海農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值占比呈逐年降低趨勢(shì),“大城市、小郊區(qū)”格局日益顯現(xiàn),依托現(xiàn)代科技發(fā)展的都市型畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)特征尤為明顯[5]。 在非洲豬瘟疫情蔓延的背景下,生豬產(chǎn)能自給率已上升到地方政府農(nóng)業(yè)保障工作的重中之重,如何平衡畜禽穩(wěn)產(chǎn)保供和生態(tài)環(huán)境保護(hù)成為該類地區(qū)畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。

本研究通過(guò)分析上海市“十二五”末畜禽養(yǎng)殖管理存在的不足,回顧評(píng)價(jià)“十三五”期間實(shí)施的一系列畜禽養(yǎng)殖業(yè)環(huán)境管理舉措,客觀評(píng)價(jià)生產(chǎn)布局優(yōu)化、糞污還田規(guī)范管理、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范制定等舉措在支撐都市型畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展和區(qū)域環(huán)境質(zhì)量改善方面取得的成效,并根據(jù)上海市實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、發(fā)展都市現(xiàn)代綠色農(nóng)業(yè)的部署要求,提出“十四五”期間重點(diǎn)工作內(nèi)容,旨在為我國(guó)類似省市畜禽養(yǎng)殖污染防治提供可借鑒的技術(shù)方案。

1 “十二五”末畜禽環(huán)境管理面臨的問(wèn)題

1.1 生產(chǎn)布局亟需優(yōu)化

受制于我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)的土地分散經(jīng)營(yíng)體制,養(yǎng)殖業(yè)脫離種植業(yè)并長(zhǎng)期分離,推行種養(yǎng)結(jié)合難度較大。隨著上海郊區(qū)城鎮(zhèn)化的加快推進(jìn),周邊可利用的消納農(nóng)田日益減少,糞污難以就近還田的情況越來(lái)越多,而傳統(tǒng)生化處理工藝難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放[6],且惡臭擾民情況日益增多,需要考慮畜禽行業(yè)布局的進(jìn)一步優(yōu)化。

1.2 還田操作管理粗放

盡管國(guó)內(nèi)已頒布畜禽糞污還田利用的相關(guān)技術(shù)規(guī)范,但主要以寬泛性的總體要求為主,缺乏適于不同地區(qū)的還田系統(tǒng)建設(shè)、不同作物不同畜禽糞尿還田量、施用時(shí)段、單次施用量等細(xì)化內(nèi)容,且未從全過(guò)程污染防治的角度提出不同環(huán)節(jié)污染防治的技術(shù)要求,對(duì)推行糞污規(guī)范還田造成了一定難度[7]。 上海地區(qū)河網(wǎng)密布,水環(huán)境容量小,糞污施用不當(dāng)極易造成區(qū)域環(huán)境污染,需要制定本地化技術(shù)規(guī)范。

1.3 臭氣排放限值過(guò)松

《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18596—2001)規(guī)定的臭氣濃度排放限值70 已無(wú)法適應(yīng)新形勢(shì)下都市型畜禽養(yǎng)殖業(yè)環(huán)境管理的要求,信訪投訴問(wèn)題難以有效解決。 廣東、浙江等省盡管制定了地方排放標(biāo)準(zhǔn),但對(duì)于認(rèn)可密集地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)限值仍較為寬松。 為此,根據(jù)都市型畜禽養(yǎng)殖臭氣引發(fā)“場(chǎng)群矛盾”和水環(huán)境容量不足的問(wèn)題,亟需因地制宜地根據(jù)區(qū)域環(huán)境質(zhì)量目標(biāo),制定能夠促進(jìn)糞污資源化利用和臭氣控制的地方排放標(biāo)準(zhǔn)及其管控技術(shù)要求。

1.4 氨排放監(jiān)測(cè)工作薄弱

農(nóng)業(yè)源尤其是畜禽養(yǎng)殖業(yè)氨排放對(duì)城市地區(qū)大氣顆粒物如PM10、PM2.5二次粒子形成具有重要促進(jìn)作用,已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注[8]。 因缺少有效的監(jiān)測(cè)手段,目前尚無(wú)法全面掌握不同畜禽類型及排放環(huán)節(jié)的氨排放變化規(guī)律及污染特征,進(jìn)而無(wú)法提出針對(duì)性畜禽養(yǎng)殖減氨控氨技術(shù)方案。

1.5 新型污染物問(wèn)題凸顯

隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)氮磷、化學(xué)需氧量(COD)等常規(guī)污染物的排放逐步得到有效控制,以抗生素、激素為主的新型污染物日益凸顯并成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。 獸用抗生素進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)代謝后,仍有60%—90%以原形通過(guò)糞便和尿液排出體外[9],隨著糞污資源化利用工作的持續(xù)推進(jìn),該類新型污染物經(jīng)農(nóng)田施用通過(guò)地表徑流和下滲等途徑進(jìn)入地表或地下水體,對(duì)水生態(tài)造成危害[10],因此相關(guān)防控工作刻不容緩。

2 “十三五”期間畜禽環(huán)境管理工作的績(jī)效分析

在國(guó)家大力推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的背景下,上海“十三五”期間實(shí)施了新一輪畜禽養(yǎng)殖布局優(yōu)化與污染治理工作,并制定了污染物地方排放標(biāo)準(zhǔn)和還田技術(shù)規(guī)范,促進(jìn)了種養(yǎng)深度結(jié)合,在改善農(nóng)村環(huán)境面貌、提升郊區(qū)水環(huán)境質(zhì)量方面成效顯著。

2.1 落實(shí)畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)布局優(yōu)化

2016—2020 年,上海實(shí)施了新一輪以“減量提質(zhì)”為宗旨的畜禽養(yǎng)殖布局規(guī)劃(圖1),考慮到近16.7 萬(wàn)hm2永久基本農(nóng)田的布局分散性和經(jīng)營(yíng)分離性,運(yùn)用地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)量算方法,測(cè)算各區(qū)縣及光明集團(tuán)永久基本農(nóng)田可配套比例(各區(qū)12%—45%、光明食品集團(tuán)88%),提出全市畜禽養(yǎng)殖總量控制在200 萬(wàn)頭出欄標(biāo)準(zhǔn)豬的目標(biāo)。 在此基礎(chǔ)上,完成17 家規(guī)模化畜禽場(chǎng)污染減排工程建設(shè),以及80 余家產(chǎn)能落后、環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)高、惡臭擾民問(wèn)題突出的不規(guī)范養(yǎng)殖場(chǎng)退養(yǎng),COD 和氨氮年排放量分別減少約3 000 t 和1 250 t,極大地提升了農(nóng)村地區(qū)水環(huán)境質(zhì)量,郊區(qū)河道“優(yōu)Ⅲ類”水體比例由2014 年的11%提升至2019 年的43%,“劣Ⅴ類”水體由2014 年64%降至2019 年的1%。

圖1 上海市規(guī)模化畜禽場(chǎng)2015 年(左)和2019 年(右)布局Fig.1 Layout of large-scale livestock and poultry farms in 2015(left) and 2019(right),Shanghai

2.2 實(shí)施糞污生態(tài)還田精細(xì)化管理

上海市在實(shí)施新一輪畜禽布局優(yōu)化調(diào)整后,約95%以上的規(guī)模化畜禽場(chǎng)均采用資源化還田利用模式,全部配套了糞污處理利用設(shè)施。 針對(duì)畜禽糞污還田利用過(guò)程中仍廣泛存在的儲(chǔ)存滲漏、發(fā)酵不全、輸送泄漏、還田過(guò)量和不均等突出問(wèn)題,從畜禽糞污收集、儲(chǔ)存、處理、運(yùn)輸、利用等全鏈條污染防控出發(fā),構(gòu)建了多畜種和多作物糞污還田配套農(nóng)田面積標(biāo)準(zhǔn)、糞污減量化收集與防滲儲(chǔ)存規(guī)范要求、厭氧與好氧無(wú)害化處理技術(shù)指標(biāo)、產(chǎn)品高效輸送和農(nóng)田安全施用配套體系等精細(xì)化生態(tài)還田管理技術(shù)體系,形成了《畜禽糞便生態(tài)還田技術(shù)規(guī)范》(DB 31∕T 1137—2019),為規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物資源化利用工程設(shè)施設(shè)計(jì)及其建成后的穩(wěn)定運(yùn)行管理提供了技術(shù)保障(圖2)。

圖2 上海市畜禽糞污資源化利用工藝Fig.2 Technology of resource utilization of livestock and poultry manure in Shanghai

2.3 出臺(tái)促進(jìn)糞污資源化利用的行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)上海市水環(huán)境容量不足、惡臭污染防治要求迫切的現(xiàn)狀[11-12],通過(guò)系統(tǒng)研究畜禽養(yǎng)殖糞污收集、儲(chǔ)存、處理和利用過(guò)程中水、氣污染物排放途徑、遷移規(guī)律及可行性控制手段,以鼓勵(lì)糞污資源化利用為導(dǎo)向,大幅提高工業(yè)化達(dá)標(biāo)治理模式污染物排放限值,對(duì)標(biāo)國(guó)際一流城市畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放地方標(biāo)準(zhǔn)及管控技術(shù)要求,形成《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 31∕1098—2018),促使東部沿海發(fā)達(dá)地區(qū)畜禽養(yǎng)殖排污治污行為向資源化利用方向發(fā)展(表1)。

表1 各地畜禽養(yǎng)殖業(yè)惡臭和水污染物排放限值比對(duì)Table 1 Comparison of odor and water pollutant emission limits of livestock and poultry breeding in different areas

2.4 氨排放在線監(jiān)測(cè)及本地化清單編制

基于電化學(xué)傳感器和光離子法等在線監(jiān)測(cè)技術(shù),上海市開展了畜禽養(yǎng)殖業(yè)大氣氨排放在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控研究,針對(duì)主要畜禽類型(如豬、雞、奶牛)以及主要排放環(huán)節(jié)(如棚舍養(yǎng)殖、糞便堆肥、污水貯存),建立了大氣氨排放長(zhǎng)期在線觀測(cè)點(diǎn)位,基本掌握了主要畜禽類型及排放環(huán)節(jié)的氨排放變化規(guī)律及污染特征[8],并編制了基于本地化排放系數(shù)的畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放清單,為城市地區(qū)堿性大氣污染物控制提供了重要數(shù)據(jù)支撐。

2.5 抗菌藥物源頭清單管理

根據(jù)上海地區(qū)典型規(guī)模化畜禽場(chǎng)連續(xù)3 年的畜禽糞污及處理產(chǎn)品和環(huán)境中藥物殘留分析,以投入量大、排放水平高、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)高的抗菌藥物為重點(diǎn),提出了畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)環(huán)節(jié)2 種嚴(yán)格管理抗菌藥物和17 種重點(diǎn)管理抗菌藥物防控清單及其管理對(duì)策建議,已形成《關(guān)于加強(qiáng)本市養(yǎng)殖業(yè)抗菌藥物使用管理的通知》(滬農(nóng)委規(guī)〔2019〕14 號(hào))發(fā)布實(shí)施,有效保障了畜禽產(chǎn)品質(zhì)量及生態(tài)環(huán)境安全,進(jìn)一步提升上海市養(yǎng)殖業(yè)精細(xì)化、信息化管理水平(表2)。

表2 上海市畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)環(huán)節(jié)抗菌藥物管理清單Table 2 Antimicrobial drug management list of livestock and poultry breeding in Shanghai

3 “十四五”期間畜禽環(huán)境管理工作展望

2020 年11 月,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部和生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步明確畜禽糞污還田利用要求強(qiáng)化養(yǎng)殖污染監(jiān)管的通知》(農(nóng)辦牧〔2020〕23 號(hào)),指出在全面推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的同時(shí),推動(dòng)建立畜禽糞污處理和糞肥利用臺(tái)賬,加快畜禽糞污資源化利用先進(jìn)工藝、技術(shù)和裝備研發(fā),并加大環(huán)境監(jiān)管力度,加快構(gòu)建種養(yǎng)結(jié)合、農(nóng)牧循環(huán)的可持續(xù)發(fā)展新格局。 為打通種養(yǎng)循環(huán)堵點(diǎn),促進(jìn)糞肥還田,助力農(nóng)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部和財(cái)政部共同下發(fā)了《關(guān)于開展綠色種養(yǎng)循環(huán)農(nóng)業(yè)試點(diǎn)工作的通知》(農(nóng)辦農(nóng)〔2021〕10 號(hào)),提出加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色低碳發(fā)展的總目標(biāo),助力國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略,形成可復(fù)制推廣的綠色循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式。 為此,“十四五”期間,上海都市型畜禽養(yǎng)殖業(yè)環(huán)境管理工作重點(diǎn)體現(xiàn)在以下五個(gè)方面。

3.1 研發(fā)液肥還田智能化成套裝備

針對(duì)上海市崇明區(qū)集中連片糧田、金山高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)施菜地等種植特征,結(jié)合農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)等工作,進(jìn)一步擴(kuò)大種養(yǎng)結(jié)合主體統(tǒng)一的畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)模式占比。 在此基礎(chǔ)上,充分借鑒國(guó)外相關(guān)設(shè)施設(shè)備優(yōu)勢(shì),根據(jù)配套農(nóng)田需肥(基肥、追肥等)特點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的施用方式(田面噴灑、葉面噴灑等),因地制宜地開發(fā)集抽送、攪拌、施用等功能于一體的“管網(wǎng)式”和“車載式”智能成套設(shè)備和糞污資源化計(jì)量監(jiān)控系統(tǒng),結(jié)合土壤本底肥力、作物養(yǎng)分需求等因素,有效控制液肥的單次用量、單位面積用量、年總用量等參數(shù),實(shí)現(xiàn)液肥的按需均勻施用。

3.2 構(gòu)建糞污資源化利用監(jiān)測(cè)考核體系

通過(guò)對(duì)糞污“收集-處理-儲(chǔ)存-利用”等環(huán)節(jié)設(shè)施實(shí)施全過(guò)程計(jì)量監(jiān)測(cè),設(shè)置正常生產(chǎn)情況下糞污規(guī)范處理利用相關(guān)指標(biāo)的正常閾值范圍和個(gè)性化操作規(guī)程,構(gòu)建糞污資源化利用精準(zhǔn)控制及預(yù)警系統(tǒng),并基于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù),集成畜禽糞污還田利用云監(jiān)測(cè)技術(shù)平臺(tái),形成糞肥利用信息化動(dòng)態(tài)管理臺(tái)賬,實(shí)時(shí)掌握尿污水日產(chǎn)生量、沼氣日產(chǎn)氣(發(fā)電量)、液肥儲(chǔ)存池液位日變化量、液肥施用量等關(guān)鍵數(shù)據(jù),用于分析糞污場(chǎng)內(nèi)處置利用和場(chǎng)外還田利用的綜合效益,最大限度地降低潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),提升畜禽糞污資源化利用精細(xì)化管理水平。

3.3 開發(fā)臭氣與氨協(xié)同減排控制技術(shù)體系

盡管上海市2019—2020 年臭氣信訪投訴中涉畜禽養(yǎng)殖占比較2015 年下降了30%,但仍需結(jié)合上海市規(guī)模化畜禽場(chǎng)通常占地面積小、畜舍間隔空間小、閑置土地較少的實(shí)際特點(diǎn),通過(guò)研究密閉式棚舍惡臭、氨排放控制與回收技術(shù),研發(fā)便攜移動(dòng)式的惡臭、氨末端減排處理裝置和技術(shù),以期進(jìn)一步削減惡臭與氨排放濃度在75%以上。 同時(shí),全面實(shí)施沼液貯存密閉改造,示范應(yīng)用糞污沼液硝化處理及密閉式污水貯存技術(shù),降低糞肥還田過(guò)程中的氨揮發(fā)、營(yíng)養(yǎng)流失,并協(xié)同控制還田惡臭揮發(fā)。

3.4 推廣應(yīng)用畜禽養(yǎng)殖新型污染物控制技術(shù)

針對(duì)畜禽廢水還田利用潛在的抗生素殘留風(fēng)險(xiǎn),上海市已研發(fā)了基于常規(guī)畜禽養(yǎng)殖廢水處理工藝的短泥齡抑硝化好氧生物處理方法,由于其成本適中、操作簡(jiǎn)單,已開展了試點(diǎn)應(yīng)用[13]。 “十四五”期間,需鼓勵(lì)水源保護(hù)區(qū)上下游的畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)以高有機(jī)負(fù)荷、低濃度抗生素含量的廢水中抗生素高效選擇性去除為目標(biāo),率先推廣應(yīng)用畜禽養(yǎng)殖新型污染物控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)抗生素和激素類新型污染物去除率在60%以上,技術(shù)成熟后進(jìn)一步在長(zhǎng)三角地區(qū)乃至全國(guó)推廣應(yīng)用。

3.5 開展畜禽養(yǎng)殖溫室氣體減排技術(shù)研究

在國(guó)家提出“雙碳”新戰(zhàn)略的背景下,基于上海市畜禽養(yǎng)殖業(yè)目前形成的糞污資源化利用體系,需要對(duì)養(yǎng)殖系統(tǒng)碳排放量進(jìn)行精確核算和排放結(jié)構(gòu)剖析,從飼料配方優(yōu)化、糞污收集儲(chǔ)運(yùn)、厭氧發(fā)酵氣電聯(lián)產(chǎn)等方面開展溫室氣體排放影響因素及減排效果的相關(guān)研究,并試點(diǎn)應(yīng)用畜禽養(yǎng)殖溫室氣體減排技術(shù),最大程度減少人工干預(yù)環(huán)節(jié)溫室氣體排放總量,逐步實(shí)現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的低碳化發(fā)展。

4 結(jié)論

上海市始終堅(jiān)持科技創(chuàng)新,根據(jù)都市型畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展定位及產(chǎn)業(yè)模式特征,從畜禽產(chǎn)業(yè)發(fā)展的全局視角,改變套用工業(yè)污染達(dá)標(biāo)治理的思路和模式,在“十三五”期間探索出一套經(jīng)濟(jì)、高效、符合行業(yè)特征的全鏈條畜禽糞污資源化處理利用技術(shù)與管理體系,全面實(shí)現(xiàn)了2018 年全面消除河道黑臭、2020 年基本消除“劣Ⅴ類”水體的目標(biāo)。 在近年來(lái)我國(guó)生豬穩(wěn)產(chǎn)保供的大背景下,上海市“十四五”期間將繼續(xù)深化種養(yǎng)結(jié)合生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)建設(shè),加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用,探索新型污染物控制技術(shù),不僅要兼顧畜禽產(chǎn)業(yè)發(fā)展與環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)的需求,更要實(shí)現(xiàn)農(nóng)田化肥減量、河道水質(zhì)提升、農(nóng)畜產(chǎn)品安全和溫室氣體減排等綜合效益。