低碳可持续发展背景下畜禽粪污资源化利用

沙艳羽，白冰，王保印，贾永全，韦春波

（黑龙江八一农垦大学/农业农村部东北平原农业绿色低碳重点实验室，大庆 163319）

我国地大物博，饲草饲料资源丰富、种类繁多，发展畜牧业具有得天独厚的地缘优势。随着畜牧业发展的规模和速度不断攀升，畜禽粪污的体量也随之增大。环境污染、废弃物和碳排放量日益增加等一系列问题纷至沓来，加大对畜禽养殖污染的治理力度，是推动发展低碳畜牧业和资源化利用的一条有效路径。刘春等[1]研究表明，中国的畜禽粪污年产生量在38 亿吨左右，畜禽粪污资源化利用率为70%，而规模养殖场粪污处理设施装备配置比例只有63%。产生的粪污在一定范围内没有足够的土地消纳而被随意堆积和排放，对生态环境造成负面影响。尤其，个别规模化养殖场产生的粪污未经处理直接排放，严重污染了周围的地表水、地下水和空气。因此，如何在畜牧业发展与保护生态环境之间取得平衡，是实现畜牧业可持续发展迫切需要解决的一个重大问题。我国相继出台《畜禽规模养殖污染防治条例》《关于加快推进畜禽养殖废物资源化利用意见》等相关法律法规，明确指出防治污染的要求，以及畜禽废弃物资源化利用的总体要求和目标。农业农村部与生态环境部在2020 年6 月联合印发《关于进一步明确畜禽粪污还田利用要求强化养殖污染监管的通知》，明确了畜禽粪污还田的具体要求和标准，加强环境监测，因地制宜，继续推动畜牧业的可持续发展。而在这份文件解读中，农业农村部畜牧兽医局、生态环境部土壤生态环境司则进一步指出，防治畜禽养殖业污染最经济有效的方法是畜禽粪污资源化利用。同时，2022 年中央一号文件又进一步强调，加强粪污资源化利用和农业面源污染综合治理，推进农业农村绿色发展。但是，目前我国种养主体分离现象普遍存在，亟须构建新型的种养结合体系，要大力推进粪污资源化利用的成功模式，规范和完善畜禽粪污还田标准和监管制度，不仅实现了社会、经济和生态效益的三结合，也保障了我国畜牧业的健康可持续发展。当前，随着低碳经济理念的快速普及，相关研究和探讨也在逐步深化，畜牧业也开始审视自身与绿色低碳循环发展的关系。那么，如何实现低碳可持续发展背景下畜牧业畜禽粪污资源化利用，应是畜牧行业从业者当前乃至今后研究的首要议题。

1 畜牧业可持续发展概述

低碳可持续发展与全球发展息息相关，是一种既能适应当代社会需求，也不会给后代人带来危害的发展理念，从而实现对资源的永续利用和生态环境的可持续性发展[2]。我国畜牧业是以可持续发展理论为指导，以传统畜牧业经验和现代科学技术结合在一起具有合理性、良性循环的一种农业体系。近些年我国畜牧业呈现出强劲发展态势，2010 年的畜牧业总产值为20 461.1 亿元，而在2020 年达到了40 266.7 亿元，十年间增加了19 805.6 亿元。畜产品质量安全水平不断提高，2021 年，农业农村部连续三次对全国农产品质量安全进行了例行监测，通过对畜产品的抽检，合格率达到98.8%，从根本上解决了“吃得饱”和“吃得安全”的问题。总体看，畜牧业发展的整体水平还不高，区域布局不均衡、生产结构不合理、环境污染和生态环境的恶化等问题仍然存在，产业发展急需转变和提升[3]。集中体现在：规模养殖用地难问题十分突出，畜禽种源“卡脖子”问题、农牧循环与种养结合的可持续发展机制尚未建立；粪污资源化利用途径尚未完全打开，畜禽养殖环保压力不断加大。因此，要加强政策支持和保障，建立长效发展机制，加快转型升级，提高竞争力，积极探索资源化利用发展模式，带动畜牧养殖主体养殖水平的提高，达到低污染、节能减排，实现畜牧业绿色可持续发展。

2 畜禽粪污对环境的影响

根据中国统计年鉴公布的数据显示，2020 年全国肉、奶、禽蛋年生产总量分别为7 748.4、3 529.6、3 467.8 万t，丰富的畜产品正在改变着人们的生活水平，提升人民生活品质。与此同时，养殖业规模的扩大也加剧了环境的污染，很大一部分来源于畜禽生产的粪尿与污水。在2017 年《第二次全国污染源普查公报》[4]显示，畜禽养殖业水污染物排放量：化学需氧量1 000.53 万t，占全国农业源化学需氧量的94%；此外，氨氮、总氮、总磷为11.09、59.63、11.97 万t，在全国农业源排放量所占比例分别为51%、42%、56%。尤其是在养殖生产过程中所产生的尿液、粪便、甲烷、硫化氢、养殖废水、病死尸体、温室气体等废弃物[5]，如果不经无害化处理直接排放，将对周围环境造成一定危害，并通过土壤、大气、水体进一步破坏生态环境。由于缺乏技术管理和政策保障机制，会在短期内对环境造成不可逆的压力和破坏。在这样的发展形势下，必须大力推进可持续发展，满足当前的环保需求，加强养殖污染治理，实现低碳效益，推动社会全面发展。

2.1 对土壤的影响

对土壤造成的污染主要包括两个方面：一是畜禽粪便中含有大量的钠盐和钾盐，直接施用于农田时，在反聚作用下大量的钠离子与钾离子会造成土壤减少微孔，破坏了土壤原有结构，对土壤中生长的植物带来危害[6]。二是畜禽体内的微生物主要从胃肠道排出，而粪便是各种微生物的主要载体，畜禽粪便中含有大量微生物，包括细菌、真菌、寄生虫卵和病毒[7]。它可以促进某些有害微生物和寄生虫种群生长，后者会诱发作物疾病，使其无法正常生长。将含有病原微生物的粪便施于土壤会造成蔬菜污染，可通过食物链威胁人类健康，甚至引起严重疾病[8]。

2.2 对大气的影响

对大气的污染主要表现在两个方面：一是恶臭。畜禽养殖场中检测出的有害气体高达上百种，未经处理的粪便在高温下分解和发酵，产生氨气、硫化氢、粪臭素、硫醇和挥发性脂肪酸等难闻的物质[9]，释放到空气中，使空气恶臭气味增加，含氧量下降。另外，这些物质还可引起动物神经系统的损伤，对呼吸系统造成伤害，严重影响畜禽的生长发育；二是温室气体排放，畜牧业是农业源温室气体排放主要来源之一。郭娇等[10]研究结果表明，粪便N2O 和CH4排放比例分别为18.23%和15.16%。如果养殖场没有有效的废气处理设施，只能让这类有害气体及其含有的一些病原体在空气中传播。同时，畜禽废水中也会产生二氧化碳和甲烷加剧环境温室效应，严重影响空气质量。此外，畜禽粪尿所产生的的碳排放列在畜牧业温室气体之首。一方面冲洗地面、墙壁、尿沟，以及清理垫草和地面上的污垢，是碳排放的重要方面。另一方面在畜禽养殖过程中，由于存在大量资源消耗，导致生态环境污染和气候变化，也是一种碳排放行为。

2.3 对水体的影响

畜禽养殖所排出的废水是水体污染的主要来源，主要包括尿液、冲洗养殖场舍内外、器具等所产生的污水。Ana R García 等[11]学者表明，在养殖场内大部分的降雨水从地表流走，较低的比例渗入土壤中，到达地下水。其中径流溶解粪便或污水的成分（溶解的有机物、高浓度的营养物质，如氮、磷、盐、非甾体激素、重金属和病原体）[11]，这就解释了养殖场为什么被认为是水污染的点源。对水体的污染主要表现在以下两个方面：一是污染人类水源。研究发现，粪便和污水渗入地下会使地下水中的硝酸盐浓度增加[12]。如果被人饮用，大量的亚硝酸盐在人体内达到一定剂量时会对人体健康产生致癌作用。二是导致水体富营养化。粪便中含有氮和磷等有害物质，会导致地表水富营养化，引起藻类过度生长[13]，同时，水中尸体腐烂还会产生大量厌氧菌繁殖，水体细菌指数超标，散发恶臭，影响河流生态功能。

3 粪污资源化利用典型模式

现阶段，由畜禽粪污带来的环境污染问题日益受到关注。财政、生态环境部门统筹协调鼓励和支持投入大量资金整治畜禽养殖污染问题。为使畜禽粪污实现无害化和资源化，总结了几种可有效解决粪污资源化利用的模式，如专业化能源利用、栽培基质利用、生态种养结合、集中工业化处理、肥水利用与垫料回用等。但仍需坚持可持续发展的原则，结合当地实际情况优化筛选相应模式，全面推进绿色、低碳、高效畜牧业发展，从而为畜牧业生态效益提供有效保障。

3.1 专业化能源利用模式

畜禽粪污能源化利用是保护我国生态环境、畜禽养殖业发展、扩大清洁能源供给途径的关键[14]。通过厌氧菌的发酵生产沼气，这是一种可再生燃料，可为燃烧热能、绿色电力、汽车燃料和农业生产提供质量优良的清洁能源，减少一些其他能源需求。畜禽粪污可以通过微生物燃料电池（MFC）技术直接转化为电能[15]，在处理养殖废水中有较多研究。李小虎等[16]研究结果表明，以养殖场沼气池沼泥为接种物，自制乙二胺、三氯化铁改性阳极，构建单室空气阴极MFC，在利用养殖废水产电的同时改善废水水质。畜禽粪便还可作为生物质能源，韩磊等[17]发现，当牛粪与煤的比例在4∶6 以下时，将其压缩为蜂窝煤后，其含硫量显著低于原煤。既缓解了由燃煤引起的能源短缺，又降低了化石能源燃烧造成的环境污染问题[18]。此外，研究表明，牛粪中含有22%纤维素和12.5%半纤维素。通过对畜禽粪便中的木质纤维素进行预处理，将其转化为糖，再经发酵制成酒精[19]，可减少粪便带来的环境污染，亦可作为乙醇化的原料替代粮食生产酒精，开辟了畜禽粪污利用的新途径，但目前尚未见投入工业化生产，相关报道也较少。合理利用畜禽粪便，推动畜牧业与可再生能源融合发展，减少二氧化碳排放量，实现碳达峰碳中和。

3.2 栽培基质利用模式

该模式主要将畜禽粪便与植物秸秆等辅料按一定比例混合，在各种有益微生物的作用下，经高温堆置发酵加工而成[20]。以这种形式生产的园艺基质具有较高的有机含量，改善了生物活性、保肥性、持水性和透气性，而且可以改善土壤结构，并能促进植物根系生长。所生产的基质可用园艺作物和园林植物的生产和栽培，如蔬菜、果树、观赏植物、花卉等，以及各种土壤改良和修复。以畜禽粪便为栽培基质的模式是一种新的资源化利用方法，使畜禽粪便资源得到循环利用；有效解决了目前园艺生产对泥炭基质的依赖，有利于降低园艺生产成本和泥炭开采量。因此，通过利用畜禽粪便为栽培基质可以获得较好的经济效益和生态效益。

3.3 生态种养粪污利用模式

种养结合是养殖业与种植业互补的一种生态养殖模式还是一种节能减排的方式。利用丰富的自然资源推行生态种养模式，不仅促进了农民增收还为畜牧业的可持续发展开辟了多种途径。典型的生态种养包括玉鹅种养、林—草—鸡、林—鹅—鱼、稻田养鸭等多种模式。“玉鹅种养”模式是一种将耐粗饲、喜食虫的“狮白鹅”按照一定比例适时放养至玉米田地，达到减少养鹅成本、鹅粪资源化利用、种养循环的新生态农业发展模式。研究表明畜禽粪污资源化利用率高达90%，而畜禽粪便等有机肥氮在玉米中的使用比例达到30%以上[21]，以供应玉米生长所需的养分并减少化肥的施用，促进畜牧业循环可持续发展。林—草—鸡生态种养结合[22]，在草场、果林等区域，以放养鸡为主，既能消除害虫，还能让鸡消化它们浪费的饲料。降低了养殖、种植成本，建立良性的物质循环，实现了立体种养融合发展与资源的循环利用。李桂明等[23]研究“林—鹅—鱼”的立体生态养殖方法，可以促进林、鹅、鱼的生长，显著增加经济效益；营养物质随“林木（+补饲饲料）→鹅→鹅粪→鱼（+林木）→池塘水”链条逐渐代谢至养殖废水，达到总体污染减排目标。此外，还有很多其他种养模式，如“猪—肥—茶”生态茶园种养复合模式，使畜禽养殖废弃物资源变废为宝得到充分利用，并对土壤产生较好的改善效果[24]，具有一定的推广价值。华中农大傅廷栋院士培育的双低甘蓝型油菜消纳粪污能力超强，而且还能多功能利用（菜用、饲用）；在大型养殖场周边，开发畜禽养殖业粪污高效种植油菜技术体系，形成以饲料用与蔬菜用相结合的种养、用养双结合的循环农业模式，可以大量消纳养殖业粪污，提供优质蔬菜和饲料。畜牧业与农业在相互推动中均衡发展，促进低碳绿色发展的同时实现双赢。

3.4 集中工业化处理模式

畜禽粪污集中处理模式治理主体包括前端养殖场户、中端畜禽粪污处理中心经营者、后端种植户及相关政府部门[25]。主要运营模式为：（1）统一收集。建立粪污收集运输服务平台，与大型养殖场签订粪污委托处理合同，统一收集周边养殖密集乡镇的畜禽粪污、集中处理和资源化利用。（2）集中处理。建设大型生物天然气工程，通过生产沼气、有机肥加工和沼液配送三大系统，形成以能源化和肥料化为主的区域集约化工业加工模式。（3）按需配送。一方面，转让农田种植水果和蔬菜，并自行消纳固体、液体肥。另一方面，向所种植农田提供液体有机肥，使其每年消耗利用大量的液体肥料，并根据农田的用肥需求按需配送。（4）商品化产品。一是生产和提纯沼气，可与当地电力部门并网销售。二是有机肥加工，沼渣被用于生产茶叶、蔬菜和水果等的专用肥。沼液则被加工成液体肥料，并采用集中配送至种植田地。

3.5 肥水利用和垫料回用技术模式

肥水利用和垫料利用回用技术模式是一种对污水和干粪进行处理利用，节约养殖场成本的养殖模式，在农田或其承载力有限的区域广泛应用[26]。通过对生猪和奶牛养殖场产生的粪水进行厌氧发酵或氧化塘贮存处理后，利用管网在附近的种植基地施肥和灌溉时，可将肥水与灌溉田用水按照一定的比例混合，进行肥水一体化利用是解决粪水处理的有效途径。固体粪便经过无害化处理，干燥、风干后，回用于牛床垫料。该技术模式比较适合于规模化牛场。根据牛粪纤维素含量高和质地柔软的特点，对牛粪进行固液分离，干粪经高温灭菌发酵好后晒干作为牛床垫料[27]。液体部分通过物理、生化及自然处理，出水水质达到国家排放标准，并经进一步消毒灭菌后，回用于养殖场内的圈舍冲洗、绿化浇灌、车辆冲洗和道路冲洗等，从而达到节水减排的目的[28]。

4 畜禽粪污污染防治对策

4.1 科学划定养殖区，促进绿色发展

必须严格管控禁止养殖的区域，落实国家相关政策推动产业转型升级。对于允许养殖区域，应督促其环保升级改造和扩建，并配套与之相适应的粪污消纳用地，完善粪污收集、储存、处理、利用等设施促进资源循环利用。科学规范划定畜禽养殖禁养区，同时也要符合现行国家法律法规要求与各地相关标准规定，对于产生污染物排放、造成环境污染的，均按规定列入关停整顿或限期搬迁范围，进一步促进环境保护和畜牧业绿色发展。

4.2 提高环保意识，强化技术支撑

要将重点放在对畜禽养殖从业人员的宣传教育上，让养殖户了解环境污染的危害和治理知识。在宣传渠道的选择上，可采取广告、电视、自媒体等易于理解的形式，同时还可开展生态环境保护活动等来加大宣传力度，推动我国畜禽粪污资源化利用朝着更加有利的方向发展。

加快畜禽粪污资源化利用技术与装备的研发和推广，制定和修改相关标准，提高粪污资源化利用效率。根据养殖场不同资源条件、畜禽种类及规模大小，因地制宜积极推广成熟高效的粪污处理模式，如粪污专业化能源利用、生态种养、垫料回用等模式。支持部分畜牧大县开展技术培训，加强示范带动和宣传引导，有效提高养殖场粪污处理能力与资源利用技术水平。此外，积极鼓励科研院所及高等院校与畜禽养殖人员，开展粪污防治及资源化利用交流与合作，支持科技人员到养殖场从事技术推广活动，推动社会各界积极参与粪污资源化利用这项工作。

4.3 加大财政补贴，加强畜禽粪污监管

政府应优先加大对中小规模养殖场补贴力度，相对中小养殖场而言，粪污处理设备需要一定投入成本，并且投资在短期内难以获得回报；在养殖行情好的时候可以顺利实施，但市场不景气时，养殖场就很难进行投入。财政补贴可作为一种激励政策，对粪污治理较好的养殖场给予奖励，鼓励其积极性，对不达标的则予以处罚。通过优化政策环境，推动畜禽粪污资源化利用。

由于缺乏完善的监管制度，常发生随意处理污染的情况，从而导致资源化利用效率低下。因此必须要及时制定针对性的监管策略，并不断完善畜禽粪污法治建设，严格规范粪污排放准则，避免资源浪费的问题突出。此外，还可通过公众监督，促使养殖场实行清洁生产，还要定期开展巡查工作，确保粪污监管工作落实到位，发挥其监督管理的实质作用。

4.4 培养环保人才，打造队伍建设

政府应鼓励粪污处理技术的研究和开发，从而有效控制养殖业污染的产生。积极鼓励养殖从业人员开展环保理念及其技术的培训学习，通过实施环保奖惩、绩效考核等制度，树立良好的污染防治典范，推动畜禽养殖业粪污资源化利用。

积极推进畜禽粪污资源化利用技术岗位建设，打造专家队伍，发挥带头引领作用，提高科研水平。组织专家针对当前粪污资源化利用的技术瓶颈或难题，明确研究方向，并以专家为主导开展相关粪污资源化利用技术研究，达到破解技术难题，促进畜牧业发展的目的。

5 总结

综上所述，在当前低碳畜牧业可持续发展背景下，积极推广畜禽粪污资源化利用的典型模式，并采取相应防制对策，为现代畜牧产业转型升级注入了新理念。在环保和生态问题日益受到重视的今天，畜禽粪污的无害化和资源化利用已成为未来畜牧业可持续发展的一个重要研究领域。我国的畜牧业发展应围绕低消耗、低排放和高效率实现转型升级，构建“政府+企业+养殖从业者”三位一体的协同机制，推动畜牧业的健康、低碳、可持续发展。