摘要：近年來(lái)我國畜禽養殖規?；焖侔l(fā)展,畜禽養殖糞污資源化利用也取得明顯成效,但依然有40%的糞污未能實(shí)現合理有效的利用。造成這種現狀的瓶頸問(wèn)題主要體現在:養殖布局不合理,種養規模不匹配,糞污資源化利用難度大;養殖污染防治有效的成套技術(shù)少,尤其是經(jīng)濟適用的技術(shù)少,許多技術(shù)存在成本過(guò)高或效率低下的問(wèn)題。國家水體污染控制與治理科技重大專(zhuān)項(簡(jiǎn)稱(chēng)水專(zhuān)項)針對畜禽養殖污染防治技術(shù)的重點(diǎn)和難點(diǎn),研發(fā)了一批實(shí)用技術(shù),針對部分區域特點(diǎn),研發(fā)了養殖污染防治成套管理技術(shù),一定程度上解決了從源頭到資源化全循環(huán)中的問(wèn)題,并形成10余項技術(shù)規范(指南),為我國畜禽養殖污染防治提供了較好的支撐。針對我國畜禽養殖規?；鶖荡?、分散養殖比例高、基礎設施及管理機制薄弱等問(wèn)題,提出通過(guò)法律制度和分類(lèi)施策管控養殖污染,強化畜禽糞污高效收集轉化與利用技術(shù)體系創(chuàng )建,推進(jìn)標準化、規范化的種養結合技術(shù)模式研究,強化第三方社會(huì )化服務(wù)組織的培育及加強政策支持等對策建議。

2010年第一次全國污染源普查數據顯示[1],在我國主要污染物排放源中,農業(yè)面源污染物排放量已遠超工業(yè)與生活污染源,成為最主要的污染物排放源。近年來(lái),農業(yè)面源污染狀況在我國局部區域有所好轉,但總體仍不容樂(lè )觀(guān)。畜禽養殖污染是我國農業(yè)面源污染的重要來(lái)源之一,對其進(jìn)行有效處理與資源化利用對于保障水環(huán)境安全具有重要意義。研究表明,我國農業(yè)化肥中氮的流失率一般為8%~20%,磷的流失率約為5%,但畜禽糞便中氮、磷的流失率分別為化肥中氮、磷流失率的122%和132%,畜禽糞便進(jìn)入水體的流失率高達25%~30%[2]。由于我國在過(guò)去很長(cháng)一段時(shí)間只重視養殖生產(chǎn),忽視畜禽糞污綜合治理,使畜禽糞污對環(huán)境的污染逐年加重,日益威脅水體的安全。如上海市黃浦江畜禽養殖污染負荷占總污染負荷的36%[3]。因此,加強對畜禽養殖污染的治理迫在眉睫。

經(jīng)過(guò)近20多年的努力,我國畜禽糞污資源化利用已取得明顯成效。在政策支持和市場(chǎng)倒逼下,糞污處理設施不斷完善,治理機制逐步健全。2015年畜禽養殖的COD、氨氮排放量比2010年分別降低132萬(wàn)和10萬(wàn)t,降幅達11.5%和15.4%[7]。畜禽糞便經(jīng)過(guò)減量化、無(wú)害化、資源化處理后轉換成肥料、飼料或能源,不僅可以消除其對環(huán)境的負面影響,也將產(chǎn)生較大的經(jīng)濟價(jià)值和社會(huì )效益。

2017年2月,中共中央、國務(wù)院將畜禽養殖污染防治工作列入中央一號文件,明確指出推進(jìn)農業(yè)清潔生產(chǎn),加快畜禽糞便集中處理;2017年6月,國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于加快推進(jìn)畜禽養殖廢棄物資源化利用的意見(jiàn)》(國辦發(fā)〔2017〕48號)[8],明確提出到2020年我國將建立科學(xué)規范、權責清晰、約束有力的畜禽養殖廢棄物資源化利用制度,全國畜禽糞污綜合利用率達到75%以上,規模養殖場(chǎng)糞污處理設施裝備配套率達到95%以上。2019年9月,生態(tài)環(huán)境部、農業(yè)農村部聯(lián)合召開(kāi)規范畜禽養殖禁養區劃定和管理促進(jìn)生豬生產(chǎn)發(fā)展視頻會(huì ),明確表示通過(guò)科學(xué)制定種養循環(huán)發(fā)展規劃、健全標準體系、強化政策支持、加強技術(shù)推廣、建立市場(chǎng)機制等舉措,加快推進(jìn)畜禽養殖糞污資源化利用,構建種養結合、農牧循環(huán)的可持續發(fā)展新格局[9]。目前我國畜禽養殖業(yè)正逐步向集約化、專(zhuān)業(yè)化方向發(fā)展,如何在確保畜禽養殖規模的前提下,加快推進(jìn)污染防控、種養結合,實(shí)現糞污資源的有效利用是當前和未來(lái)一定時(shí)期內保障我國畜禽養殖業(yè)可持續發(fā)展亟需解決的重大現實(shí)問(wèn)題。

2.1 頂層設計不足導致種養失衡、糞污資源化利用難度大

我國畜禽養殖業(yè)在頂層設計上側重優(yōu)良品種推廣、規?；?jīng)營(yíng)和標準化生產(chǎn)、疫病防控等,對于環(huán)境保護的設計通常直接套用工業(yè)化處理的模式,這導致長(cháng)期以來(lái)基層政府對于養殖分區劃定標準不明確,甚至直接將養殖企業(yè)遷入工業(yè)園區與化工企業(yè)同步管理,導致局部地方養殖過(guò)于集中,十分不利于畜禽糞污的收集、處理和資源化利用。

由于我國在畜禽養殖規?；l(fā)展進(jìn)程中缺乏種養結合的思路,針對養殖規模并沒(méi)有做出明確的限定,使得種養主體從規模和空間布局逐步分離,有些地區甚至為了招商引資或促進(jìn)當地產(chǎn)業(yè)規模發(fā)展的需要,一味要求養殖企業(yè)做大做強[10]。過(guò)于龐大的養殖規模,產(chǎn)生遠超過(guò)生態(tài)承載力的糞污量,不僅造成嚴重的環(huán)境污染,也影響了周邊居民的正常生活。盡管許多養殖企業(yè)迫于形勢要求開(kāi)始打造種養結合的生態(tài)農業(yè),但是龐大的養殖規模需與大面積的農田相匹配,這對于人多地少的地區來(lái)講是非常困難的。此外,對于大型的規模養殖,每天產(chǎn)生的大量糞污如何按照作物需求高效輸送到農田,且不造成資源浪費和二次環(huán)境污染,也是目前面臨的難題。糞污從貯存、輸送到灌溉等的每一個(gè)環(huán)節,在現實(shí)操作中都存在技術(shù)難點(diǎn)。

2.2 成套技術(shù)少且技術(shù)研發(fā)與應用難以統一

與工業(yè)污染治理不同,畜禽養殖污染治理涉及的環(huán)節和影響因素較多,不僅受到地域、溫度和農業(yè)制度的影響,也受到養殖模式、處理工藝和農田配套的影響。目前的養殖污染防治技術(shù)研究大多集中在某個(gè)環(huán)節,產(chǎn)出的單項技術(shù)較多,而很少有針對某種養殖模式的覆蓋源頭減排,糞污收集、貯存、處理,到末端資源化利用的全循環(huán)技術(shù)的研究,從而影響了區域和流域尺度成套技術(shù)方案的制定。

此外,目前還存在技術(shù)研發(fā)與應用難以統一的問(wèn)題:對于研究者來(lái)說(shuō),更多考慮技術(shù)的有效性;對于政府而言,需要標準的、通用的、便于管控的成套技術(shù);對于養殖企業(yè)來(lái)說(shuō),需要低成本、實(shí)用、便利的技術(shù)。由于養殖企業(yè)更關(guān)注的是養殖效益,而在后續的糞污處理中缺少資金和人才投入,導致全流程環(huán)節技術(shù)應用和維護方面出現困難。同時(shí),由于養殖企業(yè)受農業(yè)農村和生態(tài)環(huán)境部門(mén)的雙重管理,在不同關(guān)注點(diǎn)和要求之下,容易出現技術(shù)環(huán)節斷裂,使技術(shù)運行不暢,成本加大,造成新技術(shù)推廣難的局面。如曾一度被江蘇省提倡的大型養殖場(chǎng)沼氣發(fā)電工程,目前至少有60%處于停工狀態(tài),主要原因是投資、運行及維護成本過(guò)高,且沼液如何利用也是一大難題;此外,很多大型養殖場(chǎng)配套的大型污水凈化設施由于運維成本高,成為養殖企業(yè)的巨額負擔[11]。

2.3 養殖糞污資源化存在亟待突破的技術(shù)難點(diǎn)

農業(yè)面源是造成地下水污染最普遍的因素,也是最難治理的污染源之一,由于其形成過(guò)程隨機性大、影響因素復雜、潛伏周期長(cháng)等,因此相應的研究和污染控制難度也較大[12]。養殖糞肥對地下水的污染比化肥高出8%,養殖糞水和沼液直接還田對地下水的污染風(fēng)險也顯著(zhù)高于化肥,有關(guān)養殖對地下水污染風(fēng)險的評價(jià)及控制的研究需要深入開(kāi)展[13]。

糞污從收集、處理到后期利用的過(guò)程中,會(huì )導致大量的養分流失,造成大氣、水體和土壤的污染,其中以氨氣或N2O揮發(fā)方式的氮流失占50%左右[14],但目前對這方面的研究還不多,尤其是糞便長(cháng)周期堆肥過(guò)程中產(chǎn)生的臭氣和成本控制以及厭氧工程中沼氣貯存和有效利用是亟待解決的技術(shù)難點(diǎn)。在資源化利用方面,沼液如何按農時(shí)運輸并灌溉,長(cháng)期使用養殖糞肥造成的重金屬和抗生素殘留問(wèn)題等也是亟待解決的技術(shù)難點(diǎn)。以抗生素為例,畜禽養殖業(yè)用于促進(jìn)動(dòng)物生長(cháng)及疾病預防和治療的抗生素用量超過(guò)8 000 t∕a,其中30%~90%的抗生素會(huì )殘留在動(dòng)物的糞污中[15],這對發(fā)展生態(tài)農業(yè)、有機農業(yè)造成障礙,也極大影響了糞污資源化利用的推進(jìn)。

2.4 養殖污染防治監管難度較大

由于近年來(lái)畜禽養殖成本(飼料、人力)逐年升高,且受市場(chǎng)價(jià)格周期性波動(dòng)和疫病沖擊影響很大,很多畜禽養殖企業(yè)尤其是小規模養殖企業(yè)實(shí)力較弱,抗風(fēng)險能力較差,加之治污設施投入大且運行成本高,很多養殖企業(yè)存在投不起或投得起運行不起的尷尬局面,因此,畜禽養殖企業(yè)進(jìn)行污染防治的積極性往往不高。

從政府層面來(lái)講,對養殖企業(yè)污染防治的監管難度很大。畜禽養殖污染面廣量大、持續性強、構成復雜,僅僅依賴(lài)于政府的監管很難達到治理效果;加上畜禽養殖行業(yè)利潤不高,從業(yè)人員多為農民等弱勢群體,即使生態(tài)環(huán)境部門(mén)做出處罰和整改要求,很多養殖企業(yè)仍無(wú)力投資建設污染防治設施。因此,僅僅依靠行政強制手段,難以實(shí)現對養殖污染的有效監管和控制。

此外,由于面向養殖企業(yè)的基層農技推廣部門(mén)技術(shù)力量相對薄弱,人員力量欠缺,存在推廣難度大、技術(shù)落地難的問(wèn)題,對技術(shù)成果的推廣應用造成一定的制約。

3.1 研發(fā)了32項適用技術(shù),形成12項技術(shù)指南

根據流域特點(diǎn),以種養結合為理念,水專(zhuān)項研發(fā)了32項畜禽養殖污染治理的適用技術(shù),其中既有集成的移動(dòng)式生態(tài)養殖、山地果園種養結合養殖、原位發(fā)酵床養豬等技術(shù),也有針對技術(shù)難點(diǎn)攻克的適用技術(shù),包括種養結合、源頭節水、豬舍改造、糞便堆肥、厭氧發(fā)酵、沼液利用、尾水凈化、糞污資源化利用、沼液能源化利用等技術(shù)和設備。如山地果畜結合區面源污染控制技術(shù)針對東江源頭區的地貌特征,以小流域為系統單元,實(shí)行山坡種果、山溝養豬、溝底筑壩養魚(yú)的果畜生態(tài)農業(yè)模式,集成了滯留塘生態(tài)凈化系統構建、有機固體廢物循環(huán)利用、生豬養殖高氨氮廢水處理等技術(shù),從系統結構上實(shí)現養殖廢物的循環(huán)利用,實(shí)現“控源、減排、凈化”的污染防治目標。應用該技術(shù)在東江源頭區的安遠縣開(kāi)展了107 hm2臍橙果園的示范推廣,通過(guò)生態(tài)化改造,在山溝養殖生豬,有效保護了果園生態(tài)環(huán)境,并輻射帶動(dòng)周邊農戶(hù)致富。該技術(shù)在安遠縣的臍橙果園逐步推廣應用,推動(dòng)了該區域農業(yè)循環(huán)經(jīng)濟,促進(jìn)了果業(yè)和畜禽養殖業(yè)的發(fā)展,對水資源保護起到積極作用。

從“十一五”至今,通過(guò)水專(zhuān)項的研究,共發(fā)布12項與養殖污染控制相關(guān)的技術(shù)規范或指南。國家層面發(fā)布的包括HJ 497—2009《畜禽養殖業(yè)污染治理工程技術(shù)規范》[16]、《畜禽養殖污染發(fā)酵床治理工程技術(shù)指南(2014)》[17]等,省(市)層面的包括《江蘇省污水生物凈化處理技術(shù)規程》[18]、《河南省畜禽養殖業(yè)污染控制技術(shù)規范》[19]等,內容涵蓋了養殖場(chǎng)建設、區域規劃、污染控制、資源化利用等多個(gè)環(huán)節,也有針對發(fā)酵床養殖污染防治、污水生態(tài)凈化、雨污分流、糞便集中收集等具體技術(shù)的規范和指南。12項指南的發(fā)布,不僅為管理者提供了參考,也為養殖場(chǎng)的新建和改造提供了技術(shù)方案。

3.2 研發(fā)了低成本實(shí)用成套技術(shù),促進(jìn)了技術(shù)的推廣應用

針對單項技術(shù)多、成套技術(shù)缺乏的問(wèn)題,水專(zhuān)項研發(fā)了針對特定地區的系列養殖污染防治成套技術(shù),包括基于無(wú)害化微生物發(fā)酵床的養殖廢物全循環(huán)、畜禽養殖廢物異位微生物發(fā)酵床處理與資源化利用、遼河源頭區農村面源污染防治、東北寒冷地區畜禽養殖污染系統控制和山地果畜結合區面源污染控制等技術(shù)。如基于無(wú)害化微生物發(fā)酵床的養殖廢物全循環(huán)技術(shù),攻克了微生物發(fā)酵床生態(tài)養殖、飼料微生物添加和養殖物及廢棄墊料高值轉化等技術(shù),創(chuàng )新了以微生物發(fā)酵為核心的技術(shù)系統,實(shí)現了畜禽養殖污染控制與廢物資源化;通過(guò)多項技術(shù)的串聯(lián)應用示范,建立了以微生物發(fā)酵技術(shù)為核心的畜禽養殖污染控制與治理系統方案,取得了一定的社會(huì )效益和生態(tài)效益。以養殖污染生態(tài)控制為主的種養加一體化控制方案已推廣到福建、山東、北京和浙江等20省(市),累計推廣規模達到2 100萬(wàn)頭當量豬,削減養殖業(yè)對水體的污染負荷COD、TN和TP分別超過(guò)70萬(wàn)、8萬(wàn)和1萬(wàn)t,創(chuàng )造經(jīng)濟效益19億元以上。該種養加一體化控制技術(shù)模式支撐了遼寧省阜蒙和彰武、河北省定興等6個(gè)縣的養殖污染治理。

針對技術(shù)投資成本高、運行費用高或運行復雜、管理難度大的問(wèn)題,通過(guò)對技術(shù)的投資和運行成本進(jìn)行優(yōu)化和核算,使技術(shù)更加實(shí)用。如研發(fā)的畜禽養殖廢物異位微生物發(fā)酵床處理與資源化利用技術(shù),相比糞污厭氧工程+尾水深度凈化技術(shù)具有投資和運行成本低、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn),在有機肥銷(xiāo)路打通的情況下,不僅可以抵消墊料成本的費用,每頭豬還可以額外收益90元以上,受到養殖戶(hù)的廣泛歡迎。

3.3 攻克了糞污處理關(guān)鍵環(huán)節的難點(diǎn)技術(shù)

在源頭減量方面,研究和改進(jìn)了新型飲水器和兩坡段干濕分離養豬生產(chǎn)污水削減技術(shù),達到減少飼料和水源浪費的目的。在堆肥方面,研發(fā)了保氮除臭免通氣槽式堆肥發(fā)酵技術(shù)[20],利用微生物技術(shù)處理起到無(wú)害化的作用;同時(shí)將有機固體廢物降解和轉化為優(yōu)質(zhì)有機肥。針對糞污在資源化過(guò)程中的氮損失率過(guò)大問(wèn)題,研發(fā)了耐高溫快腐熟保氮除臭發(fā)酵復合菌劑與復合多功能微生物添加劑制備技術(shù),畜禽養殖廢物經(jīng)保氮除臭發(fā)酵,堆肥溫度有了大幅提高,堆肥物料腐熟過(guò)程和發(fā)酵周期顯著(zhù)縮短,氮損失率也明顯降低。針對尾水處理,研發(fā)了河口濕地養殖水體污染的物理-生物聯(lián)合阻控與水質(zhì)改善技術(shù),通過(guò)物理-生物聯(lián)合阻控方式,低成本凈化養殖尾水。

3.4 通過(guò)宣傳和示范推動(dòng)了技術(shù)成果的推廣應用

水專(zhuān)項重視實(shí)用技術(shù)的應用,通過(guò)建設示范工程,引導、培訓和推廣水專(zhuān)項成果。水專(zhuān)項產(chǎn)出了32項養殖污染治理技術(shù),其中20余項技術(shù)均建立了示范工程,并取得良好的運行效果,部分技術(shù)在示范的基礎上加大了推廣力度。如由中國農業(yè)科學(xué)院農業(yè)環(huán)境與可持續發(fā)展研究所研發(fā)的大通欄原位發(fā)酵床和異位發(fā)酵床養豬技術(shù),被推薦為農業(yè)農村部2018年十大引領(lǐng)技術(shù)及主推技術(shù)[21],且被推廣到福建、江蘇、山東、四川和浙江等省,累計應用2 100多萬(wàn)頭當量豬,相關(guān)推廣應用規模仍在繼續增長(cháng)中,成為很好的宣傳示范樣板。

4.1 通過(guò)法律制度和分類(lèi)施策管控養殖污染

基于我國區域水資源承載力、耕地環(huán)境容量(上限)和人口食物需求(下限)等限制因素,采用“以水定種”“以種定養”的模式,借鑒區域農田養分平衡和畜禽糞污養分綜合管理計劃經(jīng)驗,科學(xué)制定畜禽養殖業(yè)發(fā)展規劃,依據區域不同農用地利用類(lèi)型、規模和水環(huán)境生態(tài)功能區劃分,建立以畜禽糞污養分管理為基礎的準入制度,依法科學(xué)劃定禁養區、限養區和適養區;確立區域畜禽養殖的品種和規模,實(shí)現種養平衡。完善養殖污染治理的相關(guān)立法,提高立法層次,細化執法主體及違法責任,通過(guò)法律手段強制將畜禽養殖污染遏制在源頭環(huán)節。對不同類(lèi)型養殖污染,采取分類(lèi)防治策略:針對規?；笄蒺B殖場(chǎng),規范設置養殖場(chǎng)排污口,將其納入點(diǎn)源污染日常環(huán)境監管;針對分散畜禽養殖場(chǎng),逐步建立科學(xué)的監測、普查和評估體系。

4.2 強化畜禽糞污高效收集轉化與利用技術(shù)體系創(chuàng )建

一是源頭減量。推廣使用微生物制劑、酶制劑等飼料添加劑和低氮、磷,低礦物質(zhì)飼料配方,提高飼料轉化效率;減量使用獸藥和銅、鋅飼料添加劑,降低養殖污染排放;推廣新型喂料線(xiàn),減少飼料的損失;引導配套養殖糞污“三分離”(干濕分離、人豬分離和雨污分離)以減少污水中固形物含量。二是收集轉化控制。所有的養殖場(chǎng)都要建設必要的糞污收集處理設施,配套成熟、穩定的糞污收集處理技術(shù),加速糞污無(wú)害化、資源化處理過(guò)程,減少氮、磷和臭氣排放。三是末端利用。有配套農田的,因地制宜地開(kāi)展標準化、規范化的循環(huán)利用;無(wú)配套農田的,地方政府應積極協(xié)調尋找合理的農用土地,并請有關(guān)專(zhuān)家因地制宜地制定糞污消納方案。

4.3 推進(jìn)標準化、規范化的種養結合技術(shù)模式研究

雖然水專(zhuān)項在養殖污染治理方面已產(chǎn)出一批研究成果,但養殖糞污治理中糞污資源化利用技術(shù)模式、技術(shù)指南和標準等尚未有效建立,一些關(guān)鍵技術(shù)(如清潔回用、土地消納、遠程輸送、能源化、基料化等)與裝備還有待突破,未來(lái)畜禽養殖污染防治應鼓勵因地制宜地開(kāi)展以源頭削減和“五化”(畜禽良種化、養殖設施化、生產(chǎn)規范化、防疫制度化、糞污無(wú)害化)綜合利用實(shí)用技術(shù)的研發(fā)。當下最有效的養殖污染治理技術(shù)模式是種養一體化或種養加一體化,土壤是種養結合中養殖污染負荷的消納體,因此,養殖污染負荷輸入必須滿(mǎn)足或符合土壤營(yíng)養標準或土壤調理劑標準,以避免產(chǎn)生二次污染。

4.4 強化第三方社會(huì )化服務(wù)組織的培育及加強政策支持

在我國,種植業(yè)以小農經(jīng)營(yíng)為主,規模養殖多分布在偏遠山地等區域,這使得種養主體從規模和空間布局方面進(jìn)一步分離,導致小農在畜禽糞污資源化循環(huán)利用的技術(shù)示范、勞力投入和規模養殖企業(yè)在糞污收集、運輸、處理以及農田回用輸送或污水處理達標排放等的巨額成本投入方面面臨諸多困難,對污染治理極為不利。因此,需要引入專(zhuān)業(yè)化的第三方服務(wù)組織開(kāi)展社會(huì )化服務(wù),通過(guò)政府建立以綠色生態(tài)為導向的農業(yè)補貼政策,應用于專(zhuān)業(yè)化的第三方環(huán)保社會(huì )化服務(wù)組織,以市場(chǎng)購買(mǎi)服務(wù)的形式吸引和引導其開(kāi)展畜禽養殖糞污處理和肥料化服務(wù),以加快糞污無(wú)害化、資源化處理,同時(shí)提高小農使用畜禽糞肥積極性。這對提升農業(yè)環(huán)保效果和改善農田地力都將起到積極的推動(dòng)作用。