中国畜禽粪污资源化利用技术应用调研与发展分析

中国畜禽粪污资源化利用技术模式的选择和应用情况底数不清,缺乏系统研究。该研究采用问卷调研与实地测量相结合的方式,对中国190个县（市区）2 589个养殖场进行调研,并从畜禽粪污收集方式、粪污处理方式、粪肥还田利用情况等方面进行统计分析。结果表明,畜禽规模养殖场清粪方式以干清粪为主,占养殖场总数的89.40%;固体粪便处理普遍采用堆（沤）肥处理,占养殖场总数的89.44%,液体粪污处理主要采用厌氧发酵和贮存发酵等技术,分别占41.59%和39.09%,目前大部分规模养殖场粪污处理设施建设符合规范要求,但部分养殖场设施水平不高;粪污处理后还田是主要利用方向,利用粪肥的作物以水果蔬菜等经济作物为主,占比可达61.83%。总结分析了中国畜禽粪污资源化利用存在问题,提出中国畜禽粪污资源化利用亟需提升处理设施标准化水平,提高设施装备水平,同时还需引导养殖场按照种养平衡要求配套足够消纳土地,提高粪肥还田利用机械化水平。该研究可为畜禽粪污资源化利用科技创新、技术推广提供基础支撑,对于促进畜禽粪污资源化利用和农业绿色发展具有指导意义。     

种养平衡——农业污染减排模式探讨

种植业与养殖业缺乏协调规划导致“种养分离”日趋明显,由此影响了种养系统间物质循环利用过程,导致畜禽粪便过量对生态环境造成极大危害。为此,从种养系统间物质循环与农业污染之间的内在联系出发,提出“种养平衡”发展模式,分别从以种定养、以养促种的角度探讨了种植业与养殖业平衡发展模式的实现途径：“以种定养”是从种养系统物质循环的角度合理规划养殖规模,防止畜禽粪便过量产出增加环境压力;“以养促种”是通过畜禽粪便无害化处理和科学合理地还田利用等手段,降低畜禽粪便资源化的环境风险。通过建立“以种定养”、“以养促种”的农业生产模式,实现废弃物高效循环利用,降低环境污染风险,从而缓解农业污染减排压力。     

基于“生态净化种养平衡”的禽畜粪污资源化利用探讨

畜禽粪污资源化利用是改善当前养殖污染现状的有效途径。结合洞庭湖区的生态环境和产业结构特点,介绍了基于"生态净化种养平衡"的禽畜粪污资源化利用新模式,通过宏观的"种养平衡"来实现"饲料-粪污-有机肥-农产品-饲料"的物质循环。简介该模式的工艺流程、技术路线、技术要点。结合湖南竹泉农牧有限公司案例,总结分析了该模式的生态效益、经济效益。指出该模式可以较好地解决畜禽养殖废水和固体废弃物难以处理的问题,并且能够实现规模化养殖场效益的最大化,其推广应用必将对洞庭湖区规模化养殖场污染的生态治理和资源化利用起到良好的示范、带动作用。     

基于氮磷养分管理的畜禽场粪便匹配农田面积

该文基于种养平衡的生态模式,根据上海地区单位饲养规模畜禽场粪便产生量及其氮磷含量和各类农作物氮磷需求量,研究分析了基于氮磷养分管理的单位养殖规模畜禽场产生的粪便还田利用需匹配的三大类农作物种植面积。结果表明:在畜禽粪便作为农作物氮磷养分的来源和满足农作物氮养分需求的前提下,根据农作物对氮磷养分需求的木桶效应,各类畜禽粪便提供的磷养分总体上超过各类农作物对磷养分的需求量,具有流失污染环境的隐患。因此,提出了畜禽场粪便还田利用农田面积匹配应基于农作物磷养分需求,不足的氮养分可通过化肥氮给予补充,从而达到种养结合、环境友好的畜禽生态养殖。     

基于氮磷养分管理的畜禽场粪便匹配农田面积

该文基于种养平衡的生态模式，根据上海地区单位饲养规模畜禽场粪便产生量及其氮磷含量和各类农作物氮磷需求量，研究分析了基于氮磷养分管理的单位养殖规模畜禽场产生的粪便还田利用需匹配的三大类农作物种植面积。结果表明：在畜禽粪便作为农作物氮磷养分的来源和满足农作物氮养分需求的前提下，根据农作物对氮磷养分需求的木桶效应，各类畜禽粪便提供的磷养分总体上超过各类农作物对磷养分的需求量，具有流失污染环境的隐患。因此，提出了畜禽场粪便还田利用农田面积匹配应基于农作物磷养分需求，不足的氮养分可通过化肥氮给予补充，从而达到种养结合、环境友好的畜禽生态养殖。     

畜禽养殖业污染原因与防控对策探讨

首先介绍了畜禽养殖的污染类型及污染特点,然后分析了畜禽养殖污染的原因主要有:畜禽养殖与种植业分离;清洁生产水平低、环境监管不到位等。最后提出了加强畜禽养殖的环境管理措施:如改变干部考核指标,强化政策扶持,推进公众参与;加强环境监管,控制养殖规模;实施清洁生产技术,提高综合利用能力;开发种养结合的生态模式,发展循环农业等。     

密云水库流域畜禽养殖粪便的污染影响及污染控制

在对密云水库流域畜禽养殖现状分析的基础上,通过对规模化养殖场周边地下水及地表水环境的监测,分析规模化养殖场粪便的污染影响。根据我国畜禽养殖污染控制的总体思路,提出密云县立足于规模化养殖场资源化综合利用、农牧结合、种养平衡一体化的畜禽养殖业发展与环境保护"双赢"的农业循环经济发展模式。     

中国北方平原地区种养循环农业现状调研与发展分析

中国各地根据自然条件、产业类型及资源禀赋等形成了不同的种养循环农业模式,然而,针对北方平原地区(包括东北地区、西北地区和黄淮海地区)的种养循环农业模式尚缺乏系统研究,可复制可推广可持续的典型模式亟待总结.该文以实地调研和文献资料总结分析形式,对北方平原地区121个种养大县的农业废弃物资源化利用系统调研分析,梳理总结出中国北方平原地区基于农业废弃物(畜禽粪污、秸秆、尾菜等)资源化利用,形成以沼气工程、好氧堆肥和秸秆资源化为纽带的种养循环农业模式.同时,深入分析现有种养模式存在问题,仍需优化种养业格局实现种养平衡,构建评价体系,因地制宜选择种养模式,加快关键技术研发,以指导北方平原地区乃至全国种养循环农业发展.     

畜禽粪污土地承载力系统动力学模型及情景仿真

为实现畜禽粪污土地承载力系统评估、预判其发展态势及考察不同减排政策的实施效果,本文进行畜禽粪污土地承载力系统模型的设计、仿真与情景调控。在社会经济、畜禽养殖和种植业各子系统及其要素分析的基础上,以中国北方畜牧大市——石家庄市为例,建立畜禽粪污土地承载力系统动力学模型并进行有效性检验。系统运行结果显示,模型具有具有较好的稳定性,而且模拟值与实际值误差普遍小于10%,因此模型有效。在确定模型有效之后,应用系统动力学模拟仿真不同方案下的石家庄市2007—2025年畜禽养殖土地承载力变化情况。本文设置了4种与系统惯性发展相比较的方案——调整养殖业经济结构、调整环境保护治理投资、调整粪肥占施和协同发展模式,并针对上述5种情景进行仿真。仿真结果显示:1)惯性趋势发展条件下,畜禽养殖业和种植业的产出规模都有增长,但种植业产量增长不及畜禽养殖业的增长,致使种植业难以消纳畜禽养殖产生的氮磷排放,土地承载压力加大;2)调整养殖业经济结构情景下,氮、磷平衡承载均呈现出下降的趋势,但磷平衡承载仍存在压力;3)调整环境保护治理投资情景下,氮平衡承载处于可载状态,磷平衡承载压力下降明显,但只有后8个年度可载;4)调整粪肥占施情景下,氮平衡承载处于可载状态,磷平衡承载情况虽好于初始情景,但仍超载;5)协同发展模式下,氮、磷平衡承载压力均呈下降趋势,且氮、磷承载均处于可载的水平,通过比较分析发现,协同发展模式的效果最好。本研究一方面为开展畜禽养殖污染监测评估工作、建立畜禽养殖污染评估机制提供支撑,另一方面为畜牧大市(县)和其他资源环境超载区养殖业发展的调控提供科学依据。     

重庆市渝北区畜禽养殖废弃物资源化利用探讨

重庆市渝北区坚持保供给与保环境并重,着力改善农村居民生产生活环境,全面推进畜禽养殖粪污资源化利用,促进畜牧业可持续健康发展。截至2017年底,该区畜禽粪污综合利用率71%,环评执行率76%。总结渝北区畜禽养殖废弃物资源化利用主要做法及成效,分析畜禽养殖废弃物资源化利用模式及实例。提出对策建议:严格落实"三区"管理,加快调整优化产业布局;始终坚持种养结合,推进畜牧业转型升级;合理配套粪污处理设施,推广资源化利用模式;强化组织保障,切实加强政策引导。     

Nutrient management for intensive animal agriculture: policies and practices for sustainability

Abstract. The intensity of animal production around the world has increased substantially during the last half-century, which has led to large problems with the disposal of manures and waste waters. The focus of this paper is on the development of national policies to improve the nutrient management of concentrated animal feeding operations (CAFOs), where nutrients are invariably in surplus. To create proper nutrient management strategies for CAFOs, and to avoid environmental problems when surplus nutrients enter air, soil and water, we need to know the number of animals/birds in the unit, the quantity of manure/slurry produced, how this material is stored and handled and how much land is available for manure spreading. In this paper, we discuss the development of nutrient management strategies for CAFOs in Europe and North America, and the voluntary measures and environmental regulations related to this. For the planning of nutrient management to be comprehensive and efficient, we need expertise from several disciplines. This planning includes development of: animal diets that reduce the amounts of excreted nutrients; efficient storage and land application technologies; land application programmes to optimize yields and reduce nutrient losses; and strategies for use of excess manure outside the farm. Also, large-scale efforts involving many stakeholders (farmers, governments and private industry) are needed to solve problems with nutrient imbalances over the long term. Efforts along these lines include manure relocation, alternative uses of manures, nutrient trading, and a general extensification of animal agriculture. The overall guiding principle for policies and planning should be a balance of nutrients, on farms as well as at larger scales.     

京郊畜禽粪污氮磷含量特征及影响因素分析

中国规模化养殖废弃物中养分资源数量可观,但缺乏循环利用技术,处置不当易引发环境污染问题。该文通过问卷调研和粪污样品检测,对京郊典型养殖场粪便和废水中的总氮、总磷含量特点进行分析,同时追踪典型规模化猪场废水中总氮、总磷含量变化的影响因素及其季节性变化特征。结果表明:所调研的养殖场中,猪粪、牛粪的总氮质量分数平均值分别为29.1,17.8 g/kg,总磷质量分数平均值分别为15.1,6.8 g/kg,猪粪便的总氮、总磷含量变异程度大于牛粪;猪场和牛场中废水总氮、总磷质量分数的平均值分别为892,540和82.4,53.3 mg/L,猪场废水总氮、总磷含量变异程度明显大于牛场。规模化猪场粪便总氮、总磷含量受到饲料配方的影响较大;受饲料和圈舍用水量的影响,现行饲养工艺及粪污处理方式下粪便对废水中总氮、总磷含量的影响较小;万头以上的规模化猪场废水中总氮、总磷含量存在季节性差异,且随着废水存储时间的推移其无机磷比例增加。这些变化特征可对畜禽粪便和养殖废水的资源化再利用提供了有用的参考。     

动物农家肥的应用与环境化学研究进展

Animal manure consists of predominantly urine and feces,but also may contain bedding materials,dropped feed,scurf,and other farming wastes.Manure is typically applied to soils as fertilizer for agricultural production.The estimated amount of manure produced in 12 major livestock-producing countries is 9 × 10~9 Mg of manure annually.Manure is rich in plant nutrients.However,manure is also considered as an environmental pollutant when it is over-applied to cropland or following runoff into surface water.Manure can also in?uence global climate change via emissions of methane(CH_4) and nitrous oxide(N_2O).Thus,increased and updated knowledge of applied and environmental chemistry of animal manure is needed to shed light on the research and development of animal manure utilization and minimization of its adverse environmental concerns.The advances in basic and applied studies of manure major components,organic matter,phosphorus,and nitrogen,primarily related to US livestock production are summarized in this review.Detailed focus was placed on three notable challenges for future manure research:1) soil application of animal manure,2)manure phytate phosphorus,and 3) manure nitrogen availability.This review may contribute to the global effort in sustainable and environmentally sound agriculture by stimulating new ideas and directions in animal manure research,and promoting application of knowledge and insight derived from manure research into improved manure management strategies.     

规模化养殖畜禽粪主要有害成分测定分析研究

随着我国规模化养殖业的快速发展,畜禽粪中重金属、兽药残留、盐分及有害菌等有害污染物的增加,构成影响农田土壤健康功能的限制因素,甚至带来生态环境风险。对我国7个省、市、自治区的典型规模化养殖畜禽粪的主要化学组成进行了测定。结果表明,规模化养殖畜禽粪中富含有机质、氮、磷、钾及钙、镁、铁、钠、锰、钴等矿质元素;砷、铜、锌、铬等重金属及盐分含量较高,55个猪粪、鸡粪样中,Cu、Zn、Cr、As含量变幅分别为10.7～1591mg/kg、71.3～8710.mg/kg、0～688.mg/kg、0.01～65.4.mg/kg。同时多有四环素类抗生素残留,32个猪粪样中,土霉素、四环素、金霉素平均含量分别为9.09.mg/kg、5.22.mg/kg、3.57.mg/kg;23个鸡粪样中,土霉素、四环素、金霉素平均含量分别为5.97.mg/kg2、.63.mg/kg1、.39.mg/kg。因此,规模化养殖畜禽粪对农田施用后存在潜在危害性,规模化养殖畜禽粪必须进行无害化处理,才能资源化利用。     

农业废弃物中重金属含量特征及农用风险评估

为了解江西省主要农业废弃物中重金属污染状况和评估其再利用产物农用的安全性,在江西省内采集了水稻秸秆、蔬菜废弃物、猪粪和牛粪等样品,对样品中铬、镍、铜、锌、砷、镉、汞和铅重金属含量进行了测定与风险评估。结果表明,动物性废弃物中重金属含量和超标率明显高于植物性废弃物,其中猪粪属于重度污染,牛粪为轻度污染,植物性废弃物尚处于安全水平。若以江西省农业废弃物为原料制成有机肥,并长期施用于设施菜地,猪粪有机肥施用8.4、15.3和23.9 a后土壤中Cu、Cd和Zn将陆续超标,牛粪有机肥施用23.3 a后土壤中Cu将超标,水稻秸秆、蔬菜废弃物有机肥施用约29a后土壤中Cd将超标,故农业废弃物有机肥须严格控制原料中重金属含量,其农用的长期安全性有待加强监测。     

泛种养结合视角下北京市养殖业土地承载力评估

种养结合是中国未来农业绿色发展的重要方向。其中,对畜禽粪污的土地承载力的准确估算是关键。针对北京市畜禽粪污消纳的土地没有充分利用及其氮磷需求取值不够准确的问题,该研究根据畜禽养殖数据计算了2018年北京畜禽养殖粪污产生量和氮磷养分资源量,以粮地、菜地、园地、部分林地、草地及未利用土地6种地类作为畜禽粪污的消纳场所,利用统计年鉴和ArcGIS估算了6种类型的土地资源量,根据文献综合分析了各地类单位面积的氮磷养分需求量,进而计算了北京市域内畜禽养殖业的土地承载力。结果表明：2018年北京市畜禽养殖总量为453万头猪当量,畜禽粪污产生总量为380.1万t,氮磷养分资源量分别为2.61万及0.53万t。在有机肥全部替代化肥的情况下,仅以耕地（粮地、菜地）作为畜禽粪污的消纳场所,则全市种植业土地能够承载的最大养殖量为675万头猪当量;若以6种土地类型作为畜禽粪污的消纳场所,则为1 089万头猪当量,是仅以耕地作为消纳场所的1.61倍。若有机肥50%替代化肥,仅以耕地为畜禽粪污消纳场所,土地承载力为337.6万头猪当量,则2018年的养殖规模已经超过耕地承载力。若以6种土地作为消纳场所,其土地承载力为544.5万头猪当量,与现养殖规模相比还有20.1%的养殖潜力。因此,在环境保护的前提下促进养殖业的发展,一是要扩大有机肥对化肥的替代比例,二是要将更多的可作为畜禽粪污消纳的土地类型加以充分利用。     

Evaluation of Organic Wastes for Composting

Management of organic wastes is essential to reduce environmental pollution and increase resources of plane nutrients for crop production. This study was undertaken to evaluate major organic wastes produced in northwestern Pakistan for characteristics that are useful for composting. Organic wastes such as manures, municipal wastes (MW), crop residues, fruit/vegetable wastes, and yard wastes contained large reserves of nutrients. Manures had high nitrogen (N) and crop residues had low N. Crop residues were relatively dry (7–12% moisture); MW, poultry manure, sheep manure, leaves, and city garbage were moderately moist (27–47% moisture), whereas cattle manure (CM), fruit and vegetable wastes, and grass clippings were wet (62–89% moisture). The compost developed from mixing MW with CM matured early and had low C/N ratio compared with either source alone. These results suggested that MW could be converted into compost when mixed with CM. The inoculation of wastes with effective microbes (EM) was ineffective in expediting the process of composting.     

Reducing Potential Leaching of Phosphorus, Heavy Metals, and Fecal Coliform From Animal Wastes Using Bauxite Residues

Long-term applications of animal manures to agricultural fields have caused serious environmental concerns over release of excessive nutrients, heavy metals, and fecal coliforms into waterbodies. An alternative is to control nutrient bioavailability of animal manures before their land application. In this study, two types of bauxite residues (red mud and brown mud) were evaluated for their potential use in reducing leachability of phosphorus (P), copper (Cu), and zinc (Zn) as well as fecal coliform and NH₃ release from animal manures. Poultry litter and cattle manures collected from production farms were mixed with bauxite residues at mixing rates of 11%, 22%, and 50%. Bauxite residues were effective in suppressing the leaching of water-soluble P, As, Cu, and Zn from animal manures. At 22% mixing rate, brown mud reduced water-extractable P by 40% and 70% from chicken litter and cattle manure, whereas red mud reduced water-extractable P by 27% and 55%, respectively, in five successive extractions. Amending manures with bauxite residues also decreased populations of fecal coliform. Bauxite residues did not increase NH₃ release despite its relatively high pH. The results suggest that bauxite residues could be used as a potential amendment for reducing P and other contaminant leaching in animal manures and improve the application of both wastes for beneficial use.     

考虑种养平衡的黄淮海小麦-玉米模式下畜禽承载量估算

黄淮海地区作为中国种植业与养殖业优势区,随着国家对农作物秸秆和畜禽粪便所带来农村环境问题的日益重视,研究该区域"以种定养"、实现种养业废弃物资源化利用、践行绿色发展理念显得尤为重要。以区域种植业实际生产情况为基础,确定典型种植模式下可施用畜禽粪便类有机肥量,经推导计算后确定区域畜禽养殖种类与数量。该文选取河北、河南和山东为黄淮海地区典型代表,在保障粮食产量和满足农田环境风险评估的基础上,研究小麦-玉米生产模式中,畜禽粪便类有机肥每年可施用量,经推导得到高温好氧堆肥处理前的畜禽粪污资源量,进而计算得到每年可承载的不同种类畜禽养殖量。这样既可满足种植业生产的肥料需求,也能缓解养殖业粪污带来的环境压力。研究结果表明:黄淮海地区小麦-玉米生产模式中,每公顷农田每年可利用6头奶牛或18头肉牛或47～51头生猪或731～789只蛋鸡或8 062～8 705只肉鸡粪便N量。在实际生产中,土壤肥力和土壤微生物等多因素影响有机肥可施用量,不同种类畜禽的农田承载量还需进一步优化。该研究为促进黄淮海地区种养结合提供一定的理论基础。