《一、前言》

一、前言

1978—2012 年，我国畜牧业的增加值增长了 130 倍，种植业的增加值增长了 42 倍，畜牧业增加值的 增幅远远超过种植业 [1]。规模化养殖是畜牧业现代 化的重要标志。2014 年我国生猪出栏 500 头以上、肉 鸡出栏 10 000 只以上、蛋鸡存栏 2 000 只以上的规模 养殖比重分别达到 41.8%、73.3% 和 68.8% [2]；2015 年奶牛存栏 100 头以上、肉牛出栏 50 头以上、肉 羊出栏 100 只以上的规模养殖比重分别达到 45.2%、 27.5%、36.5% [3]。按照“十三五”规划，到 2020 年 我国生猪出栏 500 头以上、奶牛存栏 100 头以上的规 模养殖比重将达到 52% 和 60%，畜牧业整体的规模 化率达到 50% 以上。目前，在我国生猪、蛋禽和奶 牛优势省区，猪肉、禽蛋和牛奶产量分别占我国猪肉、 禽蛋和牛奶总产量的 92%、68% 和 88%。随着规模 化的发展，畜禽粪便总量持续增加且更趋集中；而我 国长期以来的种养分离事实，导致畜禽粪便养分无法 做到有效的还田利用，短期内优势养殖产业区的环境 压力越来越大，养殖生产的环境问题更加凸显。

种养结合利用粪肥养分是当前有效利用畜禽粪 肥的最优途径。我国畜禽粪便养分可提供的氮、磷 和钾分别约相当于 3.602×107 t 尿素、1.166×108 t 过磷酸钙和 2.122×107 t 氯化钾 [4,5]。据估计，我 国畜禽粪便中氮、磷养分量分别相当于同期化肥 使用量的 79% 和 57%，高效利用养殖废弃物对于 减少化肥使用量意义重大 [6]。粪肥替代化肥施用 可以减少化肥生产和施用，避免资源的浪费和温 室气体的排放 [7]。畜禽粪便养分还田利用涉及 畜舍饲养、粪便收集、粪便贮存、土壤作物利用 的整个种养循环过程，各环节的养分损失差异很 大 [8,9]。在我国开展畜禽养殖废弃物种养结合还 田利用模式，还缺少对于粪肥养分管理、农田合 理施用粪肥等的研究。本文重点总结国内外畜禽养殖废弃物还田利用模式，比较这些模式的实施 效果，形成我国绿色养殖废弃物还田利用模式的 发展战略思路，提出开展相关工程的措施和建议。

《二、国外畜禽养殖废弃物还田利用模式及机制》

二、国外畜禽养殖废弃物还田利用模式及机制

《（一）国外畜禽养殖废弃物还田利用的主要模式》

（一）国外畜禽养殖废弃物还田利用的主要模式

养殖废弃物还田利用模式是围绕固体粪便和尿 液进行的全部活动，涉及从畜舍收集、贮存、发酵 处理、运输到最终施用整个粪便链条中的损失和排 放 [10]。常见养殖废弃物还田利用模式链条见图 1。

《图 1》

图 1 养殖废弃物还田利用模式链条

 

美国 Smithfield 公司猪场主要采用厌氧发酵塘 处理后贮存的方式，粪便等最终全部作为有机肥用 于农田施用。美国农业部调研发现，养殖畜禽粪便 主要是直接还田模式，粪便—沼气—沼液还田模式 很难与其竞争；从市场角度看，粪便—沼气—沼液 还田模式更适合于粪便供应充足、肥料价值最小的 区域。美国的畜禽粪便能源技术已经商业化使用多 年，如焚烧厂、厌氧发酵沼气燃料发电等，但这些 技术仍未大面积推广应用 [11]。美国畜禽养殖场废 弃物还田利用基本情况，如表 1 所示。

《表 1》

表 1 美国畜禽养殖场废弃物还田利用基本情况

 

注：*** 代表还田实施效果非常好；** 代表还田实施效果好；* 代表还田实施效果一般。

英国的畜禽粪便主要利用途径是肥料还田，其 模式为粪便 — 贮存 — 农田。液体粪便贮存方式主 要分为地上储罐、围墙式贮存、氧化塘、地下储罐等。液体粪便主要施用方式为表层撒施、条施、浅 层注射、深层注射、喷灌等 [12,13]。孟加拉国有 70 % ~ 80 % 的农户贮存固体粪便，其中 50 % 的固 体粪便用于作物施肥。越南大部分的大中型养殖场 有沼气工程设施，养殖场产生的 70 % ~ 90 % 的沼渣 用于农田施肥或水产养殖。阿根廷液体粪便贮存于 氧化塘中，75 % 的农场贮存固体粪便，50 %的农场 粪便进行还田施用。哥斯达黎加有 50 % 的规模化 奶牛场将粪肥施用于牧场草地；大部分养猪场会收 集和贮存粪便，其中 50 % 的养猪场有沼气处理工 程设备 [10]。部分国家畜禽养殖场废弃物还田利用 情况，如表 2 所示。

《表 2》

表 2 部分国家畜禽养殖场废弃物还田利用情况

 

注：*** 代表还田实施效果非常好；** 代表还田实施效果好；* 代表还田实施效果一般。

《（二）欧美畜禽养殖废弃物还田利用的机制》

（二）欧美畜禽养殖废弃物还田利用的机制

美国养殖废弃物污染防治国家战略和国家污染 物排放削减（NPDES）许可证制度推动了畜禽粪便 综合养分管理计划相关技术的研发和应用 [14]。美 国畜禽粪便综合养分管理计划，强制养殖大户必须 实施、鼓励养殖小户自愿实施。欧盟国家的农业 环境得到保护，养分管理政策起着非常重要的作 用 [15]。养分管理政策推动了英国养殖废弃物还田 利用，同时减少硝酸盐淋洗和温室气体对环境的影 响，英国按照粪便养分管理计划进行了养殖粪肥的施用 [12]。德国没有针对畜禽养殖废弃物管理和利 用开展过专门的立法，但将养殖废弃物污染防治的 相关规定融入到环保领域相关的法律法规中；在德 国，80 % 的农场采取种养结合，还田利用模式为养 殖粪便—沼气—农田，农场用肥需考虑养分平衡， 依据是不超出作物氮、磷养分的需求上限 [16]。

美国的粪便综合养分管理计划和欧盟养分管理 政策实质是相同的，目的都是提高粪肥养分的利用 率，减少养分的环境损失。美国和欧盟都制定了相 关的法律法规来实现养分管理，如硝酸盐法案和硝 酸盐敏感区、水保护法案、“590”法案、水洁净法 案等 [17]。

粪便综合养分管理的核心是养分平衡，其主要 考量畜禽所产生提供的养分量、作物目标产量氮磷 养分需求量以及土壤养分水平，以减少粪便养分的 环境排放。欧美国家已经用养分平衡方法表征了种 养结合系统生产的可持续性，同时指导养殖废弃物 的还田利用 [18 ~ 20]。欧美养分平衡应用以农场平 衡法、养分利用率法、土壤表观平衡法使用最多（见 表 3）。为提高养分利用率，实施畜禽粪便养分综合 管理计划，将环境保护与种植业、养殖业养分管理 有机结合，在满足作物需求的同时，解决畜禽养殖 污染问题，促进农业领域的可持续发展。

《表 3》

表 3 养分平衡应用

 

《（三）农田合理施用粪肥》

（三）农田合理施用粪肥

1. 粪肥施用推荐

英国和美国都推荐采用粪肥定量施用原则。农 田作为畜禽粪便的消纳场所，其容量既取决于土壤 的质地肥力，又受作物收获时籽粒和秸秆吸收量的 影响 [37]。控制粪肥施用量对减少氮挥发损失尤为 重要 [38]。粪肥中氮 / 磷大约是作物生长所需氮 / 磷 的 2 倍，在粪肥为满足作物对氮的需要而进行施肥 后，将会使土壤中磷的水平增加。建议根据作物磷 需求量与土壤磷测定来确定施肥时磷的需求量，以 达到使用适当粪肥施用量的目标 [39]。欧盟的硝酸 盐法案规定，在硝酸盐敏感区粪肥施用的最大量为 170 kg·N/hm2 ·a，该限值迫使养殖场将多余的粪便 运输到其他的农场并加以利用 [14]。

2. 施肥方式

粪肥在地表的时间越长，其被灌溉水或雨水 径流导致的损失就越大，氨挥发造成的流失也就越 大，因此将粪肥与表土混合可有效降低养分的流失 状况，研究表明深施有利于减少氨的挥发和径流损 失 [40,41]。撒施后翻耕和条施后覆土处理能有 效抑制氨的挥发和氧化亚氮的排放损失 [42]，液 态粪肥喷施后翻耕比表土条施，氨的损失量低 55 % [38,43]。当液体、固体粪肥施用时，深耕并立 即覆盖是最有效的减排技术 [44]。

3. 施肥季节

氮素的流失与季节有关，应尽量避免在秋季及 初冬时节施肥，推迟到冬末或初春施肥有利于减少 养分流失而增加作物对养分的吸收 [45]。在作物生长旺盛的季节，根系的吸收能力强，所施加的粪肥 中的速效养分可以被作物迅速吸收，从而有利于减 少养分的损失 [40]。

《三、我国畜禽养殖废弃物还田利用模式发展 现状》

三、我国畜禽养殖废弃物还田利用模式发展 现状

《（一）养殖废弃物还田利用模式》

（一）养殖废弃物还田利用模式

种养结合是我国畜禽粪污处理的主要方式之一， 是指养殖场固体粪便通过自然堆放或堆肥处理后的 农田利用，污水与部分固体粪便进行厌氧发酵或者 经过氧化塘贮存，沼渣、沼液或粪污用作农作物肥 料 [46]。

粪肥还田利用途径主要分为：第一类是畜禽 养殖—贮存—农田模式，该模式粪便和污水全部贮 存，全部粪便和污水作为有机肥直接还田利用。第 二类是畜禽养殖—沼气—农田模式，以沼气池技术 为核心，将粪便污水作为沼气池的原料，在缺氧的 条件下生成沼气、沼渣和沼液，沼气用于燃料或发 电，沼渣和沼液用于种植农作物等。第三类是畜禽 养殖—堆肥 + 沼气—农田模式，该模式的粪污处理 系统由预处理、厌氧处理、好氧处理、后处理、固 液分离、沼渣沼液农田利用、沼气净化、沼气贮存 与利用等部分组成。我国区域养殖废弃物还田利用 模式，如表 4 所示 [47]。

表 4 我国区域养殖废弃物还田利用模式

《（二）养殖废弃物还田利用量》

（二）养殖废弃物还田利用量

我国在农田粪肥的合理施用方面，缺乏对粪肥施用推荐、施肥方式、施肥季节等的研究，而养 殖废物还田利用量主要是通过适宜载畜量来进行判 断。针对粮食、蔬菜和果树等农林作物不同的生产 模式，大田作物、蔬菜的粪污氮、磷养分消纳量要 大于果树 [48,49]；固液分离—液体厌氧发酵处理 模式下，种植粮食作物、蔬菜、果树，每公顷农田 每年分别可承载 32 ~ 33、56 ~ 69、7 ~ 18 头存栏猪 所排放的废弃物 [50]；粪污直接厌氧发酵处理模式 下，种植粮食作物、蔬菜、果树，每公顷农田每年 分别可承载 35 ~ 37、53 ~ 67、8 ~ 17 头存栏猪所排 放的废弃物 [51]。

《（三）我国畜禽养殖废弃物还田利用模式发展战 略问题》

（三）我国畜禽养殖废弃物还田利用模式发展战 略问题

我国畜禽养殖废弃物没有做到充分还田利用， 养殖废弃物还田利用技术模式没有大面积开展推广 应用的主要原因包括：第一，我国与欧美国家在养 殖业和土地、种植业情况等方面有很大差异，就我 国国情而言，养殖业经过几十年的发展，养殖废弃 物治理一直沿袭传统工业的达标排放管理办法，目 前不少规模化养殖场周边已不再有开展种养结合的 条件 [52]。第二，我国畜牧养殖废弃物还田利用模 式缺乏规划，与西方发达国家大型的养殖场不同， 我国的畜牧养殖业的规模化、产业化和科学化水平 还相对较低，导致我国畜牧养殖粪污处理模式相对 落后 [53]；此外，种植业发展缺乏对本区域内畜禽 粪便有效利用的考虑，为增加产量而盲目地大量使 用化学肥料，加大了环境污染的风险。第三，我国 缺少粪便养分管理政策及相关法律法规来保证养殖 废弃物的还田利用。美国养殖废弃物治理没有处理 概念，只有养分管理的概念，这与我国有很大差 别 [52]。第四，资金缺乏是限制建设畜禽养殖废 弃物处理与还田利用设施的主要阻碍因素，畜禽 养殖业是微利行业，对于养殖场而言，废弃物处 理与利用设施的建设与运行成本较高，不少养殖 场无力承担废弃物处理与利用设施的建设费用，或 出现建设得起但运行不起的尴尬局面 [14]。第五， 畜禽粪便从产生到施入农田的每个环节都有损失（见 图 1），国内养殖场尺度废弃物还田利用缺少养分管 理指导，较多研究是从区域尺度畜禽废弃物还田利 用开展养分管理研究 [54~56]。为更好地利用养分资 源，并减少 CO2、CH4、N2O 等温室气体排放对环境的影响，需要针对养殖场采取相应的措施以减少养 分损失。

《四、我国畜禽养殖废弃物还田利用战略建议》

四、我国畜禽养殖废弃物还田利用战略建议

第一、开展试点建设政策引导。由国家农业、 环保等部门牵头，在各地典型环境条件下的大中型 养殖场，实施畜禽养殖废弃物还田利用试验示范工 程，制定有机肥替代化肥的以奖代补政策，支持切 合实际的各种形式的养殖废弃物还田循环利用模 式。鼓励规模养殖场与周边农户形成新型合作社， 配套一定规模的种植用地，实现养殖废弃物就地就 近消纳，提高农业和农民的综合收益，推动养殖业 与种植业绿色、可持续发展，建设社会生态文明。

第二、加大科技投入集成创新。针对我国在养 殖废弃物还田利用方面诸多的研究空白，建议加大 财政科技投入，引入不同形式的社会资金。针对养 殖废弃物还田利用相关工程技术与装备的需要，整 合各类资金或设立专项。基础研究与集成创新并重， 在引进、消化、吸引、再创新以尽快形成完整的产 业技术体系与综合生产力的同时，强化原创动力， 推动养殖废弃物还田利用模式与技术的优化升级， 实现创新式的发展。提高粪污还田利用收集、贮存、 运输、使用各环节的机械化水平和处理效率。结合 农作物秸秆的处理利用，制定相关的有机粪肥生产 标准、检测办法及农田使用规范等，为标准化养殖 废弃物还田利用模式的建立奠定基础。

第三、实施养殖粪便养分管理。突破粪便还田 利用的瓶颈问题，一方面必须以农牧结合、循环利 用为主体，调动养殖和种植两方面对粪便养分管理 的积极性；另一方面，国家应以养分管理政策为引 导，并建立健全法律法规来支撑养分管理政策的实 施。推进养分管理计划，需要土地、技术、机制、 设备的配套，选择有条件的地区，特别是新建的规 模化养殖场应积极鼓励开展种养结合的模式。在畜 禽养殖优势区域，因地制宜地开展畜禽粪便大中型 沼气工程和沼液农田利用工程建设。在全国生猪、 奶牛、肉牛等养殖优势区域，针对规模化养殖场或 散养密集区，在一定区域内建设畜禽粪便收集无害 化处理站，收集、贮存、堆肥处理区域范围内的畜 禽粪便，堆肥后就地还田利用或转运至集中处理中 心进行有机肥的加工。实施粪便养分管理计划不仅可以提高养分利用率，更能减少温室气体排放等对 环境造成的不良影响。