农村畜禽废弃物资源化利用国内外研究进展

■文 / 柳珊

近年来，随着中国养殖方式从家庭散养向规模养殖的加速转变，畜禽粪便量大且集中，受季节限制、施用不便等因素制约，农业生产中内部物质能量循环流动的链条中断，导致许多粪便资源变成了重大污染源。中国肉蛋奶的年产量约为1.5亿吨，所产生的畜禽粪污高达38亿吨。畜禽养殖废弃物污染成为农业面源污染的主要来源，废弃物资源化利用已经成为当前中国农村环境治理的有效途径之一。截至2017年底，全国畜禽粪污综合利用率达到70%，规模养殖场粪污处理设施装备配套率达到63%。深入分析畜禽废弃物资源利用现状及国内外畜禽废弃物处理处置技术模式，对实现中国畜禽养殖业绿色、健康、可持续发展具有重要的现实意义。

一、中国畜禽废弃物资源利用现状及存在的问题

2017年6月，国务院办公厅印发《关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》（国办发 〔2017〕48号）中明确提出以畜牧大县和规模养殖场为重点，以沼气和生物天然气为主要处理方向，以农用有机肥和农村能源为主要利用方向加快构建种养结合、农牧循环的可持续发展新格局。原农业部、财政部和国家发展和改革委员会联合启动了中央财政畜禽粪污资源化利用试点项目和中央预算内投资整县推进畜禽粪污资源化利用项目，目前已支持了300个畜牧大县整县推进。《畜禽粪污资源化利用行动方案（2017-2020年）》《开展水果蔬菜茶叶有机肥替代化肥行动方案》和 《乡村振兴战略规划（2018-2022年）》等方案的实施，加快推进了畜禽废弃物的资源化利用。但是，目前全国70%以上农业园区为单一种植业或单一养殖业，种养主体分离，粪肥还田“最后一公里”问题仍待解决。

（一）小农户种植与规模化养殖脱节

随着人民生活水平的提高，对畜禽产品需求量加大，畜禽规模养殖比重迅速提升，种养主体从规模和空间布局逐步分离。中国种植业经营组织的规模总体仍然以小农为主，并将在相当长一个时期保持这种状态。而规模化养殖不能占用基本农田，使得养殖场大多分布在偏远山地等区域，空间分离进一步加剧了种养分离，导致中国畜禽废弃物农田利用率低，粪便氮还田施用量约占排泄量的30%；粪便磷还田施用量仅占排泄量的约48%。

（二）施用方式粗放、粪便养分利用效率低

据统计，中国当前畜禽粪便年生产量约为1400万吨纯氮，约相当于化学氮肥年生产量的一半。粪肥不同于化肥，畜禽粪便养分含量低、体积大，再加上厌氧发酵设施、沼液贮存池、滴灌或喷灌设施等农业设施设备匮乏且产业化水平低，导致贮存、运输和施用不方便。另外，农户的粪肥施用主要靠经验，有机肥和化肥的配比不合理，施用时间、施用方式和施用量不科学，不仅造成作物减产，同时还会带来氨气、臭气等环境污染。农民有机肥使用积极性不高。

（三）种养结合长效运行机制缺乏、粪肥农田利用竞争力弱

在国家有关部门和各地政府的积极推动和支持下，种养结合废弃物利用取得了显著成效。但目前中国种养循环效益链条不完整，长效运营机制缺乏，粪肥还田“最后一公里”途径不畅。主要归因于四个方面：1.粪肥和有机肥相对于化肥没有明显的市场竞争优势；2.专业化第三方服务机构能力明显不足，社会化服务组织数量少、规模小、服务能力弱；3.部分粪肥中重金属和抗生素的含量可能超过国家相关标准要求；4.中国对于畜禽养殖业发展还没有提出以种养结合养分平衡管理为基础的准入制度，更缺乏适合不同区域、不同作物的种养结合操作指南。

二、中国畜禽废弃物资源化利用技术模式

2017年，原农业部印发《畜禽粪污资源化利用行动方案（2017-2020年）》，集成创建了资源化利用7种典型技术模式，包括粪污全量收集还田利用模式、粪污专业化能源利用模式、固体粪便堆肥利用模式、异位发酵床模式、粪便垫料回用模式、污水肥料化利用模式和污水达标排放模式。由于养殖场养殖种类、规模和清粪的工艺不同，以及地域自然气候和作物种植模式的差异，全国各地采用的畜禽粪污资源化利用模式也不同。在实际生产过程中，需要探索多种模式相结合的方式处理畜禽粪污，实现资源化利用最大化和生态环境的可持续发展。

畜禽粪污干湿分离资源化利用模式大部分规模奶牛场、养猪场采用干湿分离方式处理畜禽粪污。鲜粪污通过干湿分离后，液体部分进入氧化塘进行三级氧化，塘液腐熟后还田至养殖场配套田地，实现牧场区域内的农牧结合。干湿分离后的干物质采用不同的资源化利用模式：1.堆肥发酵腐熟成初级粪肥后还田或出售给水稻种植户作为水稻育秧苗床土使用；2.腐熟后的粪肥经过晾晒后储存作为育成牛舍内发酵床垫料；3.采用发酵罐发酵后还田；4.精加工有机肥，生产有机肥、生物肥、有机—无机复混肥等系列产品。

水泡粪模式部分奶牛牧场和养猪场采用水泡粪模式处理畜禽粪污。一是将固液混合，全量收集，通过预设泵及管道输送到密闭贮存池，经过4-6个月发酵，在农作物播种前及收获后，采用粪肥抛撒车进行还田。二是水泡粪处理的鲜粪污，全量收集至贮存池内，采用液体粪肥撒施车或贮存池预设水泵还田到牧场附近作物地。做到日产日清，养殖场内不存粪污。

农业废弃资源发电模式某大型农业废弃资源发电厂主要采用秸秆等废弃物燃烧发电。发电厂所在区域内，有一个年养殖5000万只白羽鸡的规模养殖场。养鸡场采用稻壳垫料机械干清粪方式，将清理后的鸡粪送至发电厂与秸秆等混合后燃烧发电。发电厂解决了原料问题的同时，养殖场减轻了粪污处理压力，做到了环境友好和可持续发展。

畜禽粪污沼气发酵模式畜禽粪污全量收集至贮存池内，通过预设管道输送至沼气发酵车间，植物秸秆等废弃资源粉碎后与畜禽粪便混合发酵。生产的沼气经过脱硫、脱水等工艺处理后，供牧场使用或存储到储气罐内进行能源利用。沼液、沼渣通过粪肥抛撒车就近还田。

三、国际畜禽粪污资源化利用模式与特点

美国规模化养殖场采用以粪便养分综合管理计划（CNMP）为基础的种养结合全量利用模式，将养殖粪便和污水混合贮存后作为液体肥料进行农田利用，并开发与之配套的畜禽粪便综合养分计划软件、液体粪肥农田利用配套的运输系统，以及多种农田施肥技术和专用设备。在少数养殖场中，当畜禽粪便的养分供应量超过农作物的养分需求或土地承载力时，选用其他的粪污处理利用方法，如堆肥处理、厌氧发酵处理等。

德国养殖业以家庭农场为主，其养殖总量根据土地承载力进行控制，实施以养分平衡为基础的生态利用模式。其中奶牛、生猪主要采用深贮存池模式，一般将粪尿集中存放在畜舍下的贮存池内，通过6-9个月的时间腐熟以后直接用于农田。除粪便经贮存还田处理模式外，粪便—沼气—还田也是主要处理模式之一。德国是能源缺乏的国家，政府一直致力于支持可再生能源的发展，鼓励采用沼气发酵工艺解决粪污处理问题。

荷兰自1970年起，荷兰开始不断立法，规范畜禽养殖粪污的排放和处理。并在1990年开始实施土壤保护法，限制使用化肥。经过40余年的不懈努力，荷兰最终建成肥料施用标准并通过法规强制实施。另外，荷兰政府针对粪污处理技术的发展成立了专项基金，鼓励研发技术创新，在融资提升管理模式上也作出了一定程度的补贴和减税的支持。

丹麦制定了畜禽粪污管理措施和执行标准，通过严格的法律法规约束手段和多种政策鼓励措施相结合，对畜禽养殖废弃物进行管理。中小型牧场将种植业和养殖业有机结合，畜禽粪便经过无害化处理后作为肥料，冲洗废水无害化处理后作为灌溉用水。对施肥方式也作出了明确规定，粪肥必须直接深施到土壤中，以控制粪肥中氨气的排放量降到最低。

日本主要实施以堆肥为核心的废弃物资源利用模式。20世纪70年代，日本先后制定了多个与畜禽污染管理相关的法律规范，对于达到一定数量标准的养殖场，要求其必须按照法律规定对污水进行处理。日本经济发达，注重有机肥生产点环境建设，政府投入机制较为完善，实行农业基础设施补贴制度，对建设现代化的猪、鸡、牛养殖场，政府给予全部投入额40%的补贴，在低息贷款上落实有力，并且对部分进口的饲料生产原料给予税收减免。

四、基于中国国情的资源化发展趋势和方向

中国现代农业进程中，在相当一段时期内粪污资源化利用模式将面临着数量规模的匹配性困境。当畜禽废弃物资源化受到空间分割、季节差异、养殖规模等因素制约，通过培育第三方生态组织，可将畜禽废弃物纳入产业尺度和区域尺度的生态系统中，因地制宜开展技术模式创新。

有机肥料还田型模式以畜禽粪污经过无害化处理后还田为目的，以固体和液体有机肥为主、其他利用方式为辅的畜禽粪污全量化处理利用格局。结合养殖业生产实际粪污量及直接还田的粪污量，将大部分的粪污加工成有机肥后再还田。同时，完善配套的政策措施，做好宣传推广和相关人员的技能培训，制定区域性的有机肥还田操作标准。该模式要求粪污存储收集、干湿分离、无害化处理、运输等机械设施在种类和数量上高度匹配，并配套适宜的有机肥还田技术。

多元循环利用型模式在客观分析区域内畜禽废弃物的产生量、消纳量、消纳方式及剩余量的前提下，整合畜禽粪污全量化处理利用的相关技术，实现畜禽粪污多元循环的利用模式，同时配备完善的社会化服务，强化政策扶持力度，构建政府调控与市场运行相结合的综合机制，以实现区域内畜禽粪污全量化处理利用。该模式以循环为主，利用方式多元化，体现了“粪污—沼气—发电、粪污—沼液—还田、粪污—有机肥—沼渣还田”等循环链条。该模式的重点在于原料的获得和持续供给，需要政府对产业布局、政策配套、运行管理等方面进行调控。

产业利用主导型模式在考虑区域内的自然条件、生产方式、经济水平等因素的基础上，充分满足畜禽有机肥还田补充土壤有机质等基本需求的条件，通过引进先进技术、设施装备、资金政策等，扶持区域内畜禽粪污综合利用企业做大做强、形成沼气产业。不仅解决了区域内畜禽废弃物的污染问题，同时实现畜禽废弃物到增值性商品的转化。该模式是以企业为主导的市场化运营，企业完成从粪污收集、储存、运输、加工以及转化产品销售的整个过程。通过消纳畜禽粪污发展沼气产业，在市场上公开交易，获得相应的经济效益、生态效益和社会效益。

五、结语

在生态文明建设和乡村振兴战略叠加实施背景下，有效地将生态农业建设与畜禽粪污资源化利用相结合，积极推行种养结合模式，实现种植业与养殖业的和谐发展，有利于保持生态平衡，缓解集约化、规模化养殖带来的环境问题。这符合生态文明建设中长期发展战略规划，也将为中国畜牧业转型升级、绿色发展和生态文明建设做出突出的贡献。