成都市规模养殖场沼气工程发展现状与前景分析

孙家宾, 彭朝晖, 樊战辉, 胡启春, 朱顺熙

(1.成都市农林科学院 再生能源研究所, 成都 611130； 2.农业部沼气科学研究所, 成都 610041)

项目来源： 产业集群协同创新项目(2016-XT00-00001-NC)

成都市规模养殖场沼气工程发展现状与前景分析

孙家宾1, 彭朝晖1, 樊战辉1, 胡启春2, 朱顺熙1

(1.成都市农林科学院 再生能源研究所, 成都 611130； 2.农业部沼气科学研究所, 成都 610041)

为贯彻《全国农业可持续发展规划2015年-2030年》和农业供给侧改革，探索畜禽粪肥完全取代化肥，走充分种养循环经济模式。文章根据成都市近十年来养殖场规模及数量变化、畜禽养殖现状、沼气工程工艺技术模式及建设存量，分析了全市养殖规模化水平和沼气工程需求空间。并根据成都市现有耕地面积，提出了以地定产、以产定肥、以肥定畜的原则，对全市“十三五”养殖总量和沼气工程建设进行了规划，并建议政府修订沼气工程建设补贴标准和出台沼气发电补贴新标准，以推动沼气工程建设。

成都市； 规模养殖场； 沼气工程； 分析

成都市推进城乡统筹以来，农业农村经济发展成效显著，畜禽养殖规模化快速发展，从“十一五”开始，在政府政策主导和资金扶持下，沼气发酵技术成为畜禽粪污处理主要技术模式，沼气工程成为规模养殖场重要的配套基础设施，养殖业面源污染治理效果明显，但仍有较大的潜力。

为进一步贯彻《全国农业可持续发展规划2015年～2030年》，结合农业供给侧改革，启动农业面源污染防治，推动畜禽粪便的资源化利用，提出以全市现有耕地面积为基础，坚持以地定畜，控制养殖总量的原则，推行“养殖+沼气工程+粪便有机肥种植”的充分种养循环模式，有效地推动农业供给侧改革。

1 成都市养殖业发展情况

2015年末成都市户籍人口1228.05万人，其中乡村人口398.97万人，城镇人口829.08万人，实有耕地面积42.28万hm2，农作物总播种面积68.39万hm2，农林牧渔业总产值663.06亿元，粮食总产量230.15万吨，肉类总产量68.17万吨。全市农民合作社累计发展到6190家，耕地流转面积23.61万公顷，占地耕地面积55.7%，农民人均可支配收入17690元[1]。

西南地区一直是我国传统的生猪养殖优势区域，成都市更是该地区的生猪养殖传统大市。十年来，随着城乡统筹的推进，一家一户的散户养殖快速向规模化标准化养殖转移和集中，详细情况见表1和表2。

表1 2005年～2015年成都市生猪养殖场变化情况

注：数据来源成都市农业委员会。

表2 2005年～2015年成都市奶牛养殖场变化情况

注：数据来源成都市农业委员会。

由表1和表2可见，成都市生猪养殖已由个体散户养殖快速向小型养殖场和中型养殖场发展，个体散户喂养几头的情况仅在成都3圈层县(市)极少数农户中出现，尽管有一定数量的养殖专业户[2]存在，但其出栏生猪数量也在逐年提高，从喂养几头提高到几十头；存栏几头奶牛的散户快速消失，主要向300头存栏奶牛以上规模集中。虽然全市出栏3000头以上中型养猪场和300头以上奶牛养殖场总体数量偏少，总体规模化程度落后于全国平均水平，但这种情况的出现也与成都地区自然禀赋相适应[3]。此外，2005年～2015年10年间，尽管成都市畜禽养殖总体规模化、标准化有很大的发展，但畜禽养殖总产量[1、4]却在减少，具体情况见表3，其主要原因是成都市环境压力加大，用地成本和人工成本上涨，许多养殖企业将养殖基地有序向周边的眉山市、雅安市、资阳市、绵阳市等地区转移。这个趋势与国家生猪产业技术体系[5]生猪养殖从经济发达区向周边转移的趋势相吻合，养殖规模中小型占比大，大规模占比小，规模养殖水平不高，集中度偏低。

表3 2005年～2015年主要畜牧产品产量变化

2015年末全市生猪出栏720.62万头、肉牛出栏6.95万头、羊出栏39.43万只、小家禽出栏7578.04万只、奶牛存栏2.12万头、蛋鸡存栏896.22万只，生猪、家禽适度规模化养殖比重分别达到79.65%和90%[1]，相关产排污量见表4。

表4 2015年成都市畜禽养殖粪尿产排污量

在表4中，按GB18596-2001《畜禽养殖污染物排放标准》[6]规定的各畜种置算方法:30只蛋鸡折算1头猪，60只肉鸡折算1头猪，1头奶牛折算10头猪，1头肉牛折算5头猪，3只羊折算1头猪，将相关畜种统一置算成综合生猪，规模化综合出栏生猪数量(H)与规模化综合存栏生猪数量(h)的关系参照h=0.5763H[7]计算，由此统计出全市综合出栏生猪为983.42万头，综合存栏生猪为566.74万头。成都市综合出栏生猪污染物排放中粪尿产生量、化学耗氧量、总氮、总磷产生量参照西南地区生猪产排污系数[8]取值：粪尿产生量为3.57 kg·d-1；化学耗氧量(COD)产生量317.33 g·头-1d-1；总氮产生量(TN)16.85 g·头-1d-1；总磷(TP)3.88 g·头-1d-1。生猪的饲养期为199天，出栏一头生猪粪尿产生量为710.43 kg·头-1a-1，COD产生量为63.15 kg·头-1a-1，TN产生量为3.35 kg·头-1a-1，TP产生量为0.77 kg·头-1a-1。2015全年畜禽养殖粪尿产生量为698.65万吨，COD产生量为62.10万吨，总氮产生量为3.29万吨，总磷为0.75万吨，分别占全国畜禽污染产生量的1.72%，4.89%，3.21%和4.68%[9]，污染物产生量占比较高，这个主要由成都市养殖量大、养殖污染防治技术以及经济发展所决定，畜禽养殖污染受技术经济限制防治难度大。

2 成都市规模养殖场沼气工程建设和运行情况

长期以来，成都市始终把建设“环境友好型、资源节约型”现代畜牧业作为现代农业的工作重点，推进畜禽标准化规模化养殖，推广种养结合循环经济，实现养殖粪污零污染零排放。从“十一五”开始，确定了以邛崃市、蒲江县、大邑县、崇州市、彭州市、双流县、金堂县为生猪调出大县，龙泉驿区、彭州市、邛崃市、崇州市、金堂县、郫县、大邑县、蒲江县、新津县为家禽养殖带，邛崃市、金堂县为奶牛养殖带的畜牧产业布局，并配套出台了《成都市人民政府关于大力推进农村沼气建设的意见》(成府发[2006]62号)文件，对养殖场大中型沼气工程建设，按照建设沼气工程容积市县两级财政合计400元·m-3的标准进行补助。综合成都市畜禽养殖规模化水平、地理、气候、人口、经济发展水平，以及二十多年沼气技术科研积淀，从2007年起，全面启动了以能源生态型工艺技术模式的规模化养殖场沼气工程建设[10]。

成都市规模养殖场沼气工程装置类型主要分为地埋塞流式厌氧反应器(PFR)和地上常温完全混合式厌氧反应器(CSTR)两大类。地埋塞流式装置主要为长方形隧道式结构或多个圆形池串联结构，因其具有不设专职管理人员、投资较小、运行维护成本几乎为零、无故障、可随时停运或停运较长时间后启动、稳定性高等优点，主要适宜成都市中小规模、抗市场风险一般、管理粗放的养殖场。目前此种装置类型主要在年出栏生猪1000头以下的中小规模养殖场推广。其主要缺点为反应装置无搅拌，易使固体有机物易沉淀池底和牛粪易结壳，影响与微生物的接触及反应温度较低，而影响反应效率，故滞留期较长。目前成都地区地埋塞流式沼气工程的滞留期(HRT)一般取30 d以上，由于成都地区发酵温度一般处在1月份9.5℃至7月和8月23℃之间，容积产气率年平均仅达到0.35 m3·m-3d-1左右。常温完全混合式装置主要适合于较大规模、市场抗风险能力较强、管理水平较高的养殖场，因其装置有搅拌设备，使反应器底物与微生物的接触机会充分，与地埋塞流式反应器相比，滞留期较短，反应效率较高。但也带来相应的缺点，如耗能和设备维护费用较高，需配备专业人员管理及装置停运时间一般不能超过三个月等，目前此类装置主要在成都地区生猪年出栏1000～3000的较大规模养殖场推广，成都地区常温完全混合式沼气工程滞留期(HRT)一般控制在20 d以上，容积产气率年平均可达0.5 m3·m-3d-1。此外，生猪出栏3000头以上的大规模养殖场沼气工程建设主要采用中温地上完全混合式。

表5 成都市14个区(市)县沼气工程建设情况 (万m3)

注：数据来源于成都市农委。

近十年来，成都市在相关政策的刺激下，包括地埋塞流式、常温及中温地上完全混合式3种类型装置的沼气工程已达81.89万m3，详细情况见表5。

3 分析与讨论3.1 依目前养殖现状，全市沼气工程建设潜力及区域分析

根据w=0.378 h可知：

Q=rm×w

式中：w为规模化养猪场粪污日均干物质排放量，kgTS·d-1；Q为干物质产沼气的体积，m3；rm为干物质产沼气率，在常温条件下(10℃～23℃之间)，每kg猪粪干物质原料产沼气率为0.275 m3·kg-1TS。按全市2015年综合存栏生猪(h)为566.74万头计，若粪尿全部入池发酵平均日产沼气为5.89×105m3，全年可产沼气2.15×108m3，按1 m3沼气折合0.8 kg煤[11]计，折合17.20万t煤。

以地埋塞流式发酵滞留期(HRT)30 d和常温完全混合式发酵滞留期20 d为依据，以水冲清粪条件下，每头存栏生猪粪尿、冲洗水及生产管理产生的污水等综合污水量为每头15.0 kg·d-1为参考[12]，再综合全市情况，按每头存栏生猪日排综合污水为每头10 kg·d-1计，则全市沼气工程总容积应在0.2 h～0.3 h(m3)之间，即113～170 万m3之间。可见即便在有补贴政策刺激的情况下，目前全市养殖场沼气工程建设仅完成了需求量的1/2左右，现阶段还有很大的潜力空间。分析其原因，首先是环保督查和宣传力度不够；其次是财政对沼气工程建设补贴力度未因近几年来物价和人工费的快速上涨而相应调整；再次是沼气工程直接经济效益较低，沼气工程产生的沼气除供养殖场直烧或发电利用外，剩余的沼气目前几乎无出路，在夏季产气高峰时往往被排空或白白烧掉，即使发电也因设备保养和维修成本高，与工业电价无竞争力。根据《成都市现代农业发展规划》(2010年～2020年)，邛崃市、蒲江县、大邑县、崇州市、彭州市、金堂县为生猪调出大县；龙泉驿区、彭州市、蒲江县、大邑县、新津县为家禽养殖县；邛崃市、金堂县为优质奶源基地布局，因此目前全市沼气工程建设的潜力重点应在邛崃市、大邑县、崇州市、新津县、蒲江县、金堂县、彭州市7个3圈层县(市)。

3.2 在充分种养平衡条件下，全市畜禽养殖规模控制及沼气工程远期发展潜力

为更好地贯彻《全国农业可持续发展规划2015年～2030年》，结合农业供给侧改革，全市可探索在适度规模经营农场内，实施适宜畜禽粪肥经沼气工程处理后还田，以满足种植业所需全部肥料，从而转变农业发展方式，即坚持为以地定产、以产定肥、以肥定畜的原则，走充分种养平衡循环经济模式。据相关研究，畜禽粪肥中70%的氮能被利用，其余进入大气、地下水或固定于土壤中，在没有其他肥源，只长期使用畜禽粪肥情况下进行农业生产，在不改变土壤原有肥力情况下，认为作物所吸收的氮全部来源于粪肥的施用[13]。根据养分木桶效应，作物最小的养分需求量决定畜禽粪肥施用量的原则，选择氮磷养分需求比例的最小农田载畜量作为最终农田匹配生态系统的土地载畜量，并选择接近成都市中等氮输出量的种植模式，即选择冬小麦-夏玉米(籽粒)模式下氮的输出量每年223.65 kg·hm-2[14]，出栏生猪全程产排总氮TN为每头每年3.35 kg，即每年42.28万hm2×223.65kg·hm-2=每头3.35 kg×H充×0.7，据此，可计算出全部使用畜禽粪肥情况下，成都市综合生猪的控制出栏量(H充)为4032万头，即全市平均每公顷年控制承载95头综合出栏生猪，即每亩耕地年控制承载综合出栏生猪近6头。据此，在充分种养平衡后，按100%入池常温发酵，远期潜在平均日产沼气为2.41×106m3，远期潜在年产沼气为8. 81×108m3，折合70.48万t煤，远期潜在大中型沼气工程刚性需求为465～697万 m3之间，可见远期沼气工程建设潜力巨大。

当然，当前的畜粪还田还存在一些问题，如一些施用了沼肥后，检测发现农产品有砷和部分重金属超标，或连续施用沼肥后土壤中Cu，Pb，Cd，Hg含量上升的现象，究其原因，主要是养殖场生产时不按规定超剂量、超范围使用饲料添加剂。

4 结论与建议

成都市推进畜禽养殖规模化，推广能源生态型沼气工程，走种养结合循环经济模式，较好地解决了养殖粪污零污染零排放问题，尽管在2006年就出台了相关政策和资金扶持，但沼气工程建设潜力还大，畜禽粪污资源化利用远未得到有效的发挥，现应在成都市3圈层的7个县(市)中加大沼气工程推广力度。结合农业供给侧改革，可在全市探索畜禽粪肥完全代替化肥，走以地定养的充分种养循环经济模式，建议全市每亩耕地年承载综合出栏生猪控制在6头以内，并修订相应的财政政策，推动沼气工程建设。

为此，笔者提出以下建议：

(1)政府修订和出台新的沼气工程建设及配套设施的补贴标准，配套出台种养结合循环经济优惠政策，并完善项目验收督管措施。

(2)政府应根据各区(市)县耕地面积，为各区(市)县下达养殖量控制指标和相应的沼气工程建设任务。

(3)规模养殖场建立中小型沼气工程分布式发电数据平台和政府出台分布式发电补贴标准，提升沼气工程直接经济效益。

(4)开发沼肥中砷和部分重金属控制技术及制定出沼肥质量评估标准。

[1] 成都统计年鉴—2016编辑委员会.成都统计年鉴—2016[M].北京：中国统计出版社，2016.

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PresentSituationandProspectAnalysisofLargeLivestockFarmBiogasProjectinChengdu/

SUNJia-bin1，PENGZhao-hui1，FANZhan-hui1，HUQi-chun2，ZHUShun-xi1/

(InstituteofRenewableEnergy,ChengduAcademyofAgricultureandForestrySciences,Chengdu611130,China; 2.BiogasInstituteofMinistryofAgriculture,Chengdu610041,China)

In order to support “National Sustainable Development of Agriculture 2015-2030” and supply-side reform of agriculture, seeking the way to replace chemical fertilizer by livestock and poultry manure, the animal breeding scale levels and the demand space for biogas project were analyzed according to the variation of farm scale and farm number, the present situation of livestock breeding, the biogas technical pattern and present project number in Chengdu. Furthermore, based on the land in Chengdu, a principle that “land decides production, production decides fertilizer, and fertilizer decides livestock”, was proposed, and a programme for the livestock quantity and biogas projects in Chengdu in “The 13th Five-Year” was suggested. Suggestions were also made for government to modify the allowance standards for biogas project construction.

Chengdu; large scale livestock farm; biogas construction; analysis.

2017-04-24

2017-05-17

孙家宾(1963-)，男，汉族，四川成都人，研究员，主要从事农村能源工作，E-mail: 2361196350@qq.com

彭朝晖，E-mail: 416021727@qq.com

S216.4

B

1000-1166(2017)04-0084-05