文|面包夹知识
编辑|面包夹知识
«——【·前言·】——»
东北地区畜禽养殖以生猪、奶牛、肉牛等为主，是中国畜牧业重点发展的潜力区，地域辽阔、饲料资源丰富，拥有发展畜牧业的雄厚基础和环境承载力。
近年来，随着东北地区畜禽养殖规模的不断扩大，畜禽粪污的产生量逐年增加。中国统计年鉴数据显示，2021年底东北地区生猪存栏量为3862.5万头，牛存栏量为1144.2万头，羊存栏量为2300.7万只。
据此测算东北地区固体粪污年产生量约为1.1亿t，液体粪污年产生量约为2.1亿t，合计年粪污产生量为3.2亿t，占中国畜禽粪污年产生总量的10.49%。
东北地区每年产生的畜禽粪污量可折合氮养分112.1万t，折合磷养分26.8万t，能够满足660万hm2耕地用肥需求，相当于东北地区典型黑土地耕地面积的35.62%，具有非常重要的资源化利用价值。
为了促进东北地区种养业协调发展，提升黑土地地力，应大力推进畜禽粪肥就地就近利用，通过「种养平衡、循环利用」促进区域内农业绿色发展。
目前，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。通过调研分析中国畜禽粪污资源化利用技术应用情况，发现规模化养殖场固体粪便处理普遍采用堆沤肥技术，液体粪污处理主要采用厌氧发酵和贮存发酵等技术。
研究人员发现中国规模养殖场粪污资源化利用技术现状，总结好氧堆肥、厌氧发酵、昆虫转化、氧化塘贮存和厌氧氨氧化等技术应用情况。
目前黑龙江省畜禽粪污处理存在问题，发现黑龙江省畜禽粪污以自然堆积发酵等简易处理方式为主，资源化利用方式较落后，发现吉林省存在粪污处理设施不足、种养结合不配套和粪污资源化利用率低等问题。
目前关于东北地区畜禽粪污处理技术的应用情况基础数据较少，粪污资源化利用模式总结不足，亟需开展相关研究促进区域种养循环发展，那么该如何解决这一难题呢？
«——【·基本情况·】——»
东北地区主要包括黑龙江、吉林和辽宁三省以及内蒙古东四盟构成的区域。该区域雨量充沛，地形平坦，耕地肥沃且集中连片，适宜农业机械耕作。
作为中国玉米结构调整和「粮改饲」试点的重点区域，该区种植作物以玉米、大豆、水稻为主，是中国条件最好的一熟制作物种植区和商品粮生产基地，为种养循环和粪肥还田提供了良好条件。
按照调研方案，调研时间为2017—2020年，每年开展1次，共调研东北地区3个省、18个县、272个养殖场，具体分布见表1。
该区域主要养殖畜种为生猪、奶牛、肉牛、肉羊、肉鸡和蛋鸡，其中生猪养殖场122家，占比44.85%；奶牛养殖场34家，占比12.50%。
肉牛养殖场30家，占比11.03%；肉羊养殖场8家，占比2.94%；肉鸡养殖场39家，占比14.34%；蛋鸡养殖场39家，占比14.34%。
在养殖场数量分布方面，辽宁省调研养殖场数量共计144家，其中生猪养殖场占比44.44%，奶牛养殖场占比13.19%，肉鸡养殖场占比24.31%，蛋鸡养殖场占比13.89%。
吉林省调研养殖场数量共计53家，其中生猪养殖场占比49.06%，蛋鸡养殖场占比16.98%，肉羊养殖场占比13.21%。
黑龙江省调研养殖场数量共计75家，其中生猪养殖场占比42.67%，奶牛养殖场占比17.33%，肉牛养殖场占比24.00%，蛋鸡养殖场占比13.33%（图1）。
在养殖畜种数量分布方面，黑龙江省各畜种猪当量共计30.12万头，其中生猪养殖量6.21万头，奶牛猪当量达21.40万头。
辽宁省各畜种猪当量共计43.43万头，其中生猪养殖量7.96万头，奶牛猪当量为17.10万头，肉鸡猪当量为14.95万头。
吉林省各畜种猪当量共计4.31万头，其中生猪养殖量1.77万头，肉鸡猪当量为1.48万头，总养殖数量最少。
调研数据显示，东北地区调研养殖场各畜种粪污年产生总量为170.45万t，其中液体粪污产生量为110.06万t，固体粪污产生量为60.40万t，液体粪污产生量是固体粪污的1.82倍。
从不同畜种来看，奶牛粪污产生量最大，占粪污总量的68.72%；奶牛液体粪污产生量占液体粪污总量的71.46%，奶牛固体粪污产生量占固体粪污总量的63.70%。
生猪粪污产生量占粪污总量的21.44%；生猪液体粪污产生量占液体粪污总量的27.07%，生猪固体粪污产生量占固体粪污总量的11.18%；肉/蛋鸡固体粪污产生量占固体粪污总量的21.81%。
利用该地区的粪污产生量除以养殖数量所得数据显示，东北地区生猪固体粪污的排放系数为1.16 kg/(d·头)，液体粪污的排放系数为5.12 kg/(d·头)。
奶牛固体粪污的排放系数为18.10 kg/(d·头)，液体粪污的排放系数为37.00 kg/(d·头)；以上系数符合农业农村部推荐的【畜禽规模养殖场粪污产生量测算参数】要求。
«——【·粪污收集处理与还田利用技术·】——»
养殖场粪污清粪工艺主要包括干清粪、水泡粪和水冲粪3种，具体可分为人工清粪、机械刮板清粪、水冲清粪、铲车清粪、吸粪车清粪和机器人清粪等类型。
整体来看，东北地区规模化养殖场清粪工艺以干清粪为主，占比达94.35%；水泡粪清粪工艺占比为4.52%，水冲粪清粪工艺占比为1.13%。
从不同畜种来看，生猪养猪场干清粪工艺占比为86.49%，水泡粪工艺占比为10.81%，水冲粪工艺占比为2.70%；奶牛、肉牛、肉鸡和蛋鸡养殖场全部采用干清粪工艺。
研究人员对中国不同区域规模化养殖场畜禽粪污处理技术模式进行了综合评价，得出东北地区宜采用前分离肥料模式和前分离垫料模式。
东北地区固体粪污处理方式主要有堆/沤肥、生产商品有机肥和生产垫料等，其中堆/沤肥为主要处理方式，占所调研养殖场的86.93%；其次为生产商品有机肥，占所调研养殖场的6.54%。
粪便堆/沤肥技术包括简易堆沤、槽式堆肥和反应器堆肥等类型，东北地区以简易堆沤工艺为主，占比达93.94%。从不同畜种来看，东北地区各畜种固体粪污处理工艺以简易堆沤为主，部分禽类畜种采用反应器堆肥工艺，占比为5.56%～27.27%。
粪便堆/沤肥工艺需配套建设足够的存储设施。根据【畜禽规模养殖场粪污资源化利用设施建设规范】，猪场粪便堆/沤肥设施容积不小于0.002 m3×发酵周期×设计存栏量。
每头猪所需的最小设施面积可以按0.002 m2计，其他畜种按【畜禽养殖业污染物排放标准（GB18596-2001）】折算成猪的存栏量计算。
针对不同畜种固体粪便存储设施所需面积进行了计算，统计数据表明，生猪平均存储设施面积为0.078 m2、奶牛平均存储设施面积为0.031 m2。
肉牛平均存储设施面积为0.219 m2、蛋鸡和肉鸡养殖场平均设施建设面积均大于建设规范规定面积，不同畜种存储设施面积详见图2。
根据【畜禽粪便堆肥技术规范（NY/T 3442-2019）】，条垛式堆肥时间不少于15 d，槽式堆肥时间不少于7 d，反应器堆肥时间不少于5 d。
东北地区粪便堆肥时间小于10 d的占比为3.97%，10～30 d的占比为3.17%，30 d以上的占比为92.86%，60 d以上的占比为83.33%。
从不同畜种来看，生猪、肉牛和奶牛养殖场粪便堆肥时间普遍能达到30 d以上，其中有85.45%以上的生猪养殖场粪便堆肥时间达到60 d以上，奶牛养殖场粪便堆肥时间全部达到60 d以上；有近70.00%的禽类养殖场粪便堆肥时间大于30 d。
不同堆/沤肥工艺发酵时间有所差异。经统计，东北地区条垛式堆肥时间均在30 d以上，平均堆肥时间为129 d，反应器堆肥时间平均为10 d，基本符合【畜禽粪便堆肥技术规范（NY/T 3442-2019）】要求。
畜禽粪便沤肥时间目前没有相关标准出台，东北地区畜禽粪便沤肥时间为13～180 d，沤肥时间达到180 d的养殖场占78.57%，研究表明畜禽粪污存储6个月后可直接还田利用，详见图3。
东北地区液体粪污处理技术主要有粪水贮存、厌氧发酵和其他方式等，其中粪水贮存为主要处理方式，占所调研养殖场的68.18%；厌氧发酵占调研养殖场的4.55%；其他方式占调研养殖场的27.27%。
调研数据分析结果表明，生猪养殖场已建设施平均容积为0.011 m3，大于建设规范规定所需容积（0.01 m3）；奶牛养殖场已建设施平均容积为0. 041 m3，小于建设规范规定所需容积（0.045 m3）；肉鸡养殖场已建设施平均容积为0.00003m3。
小于建设规范规定所需容积（0.0002m3），这是由于实际生产中肉鸡养殖场产生的粪水较少，一般不需要建大容积的存储设施。不同畜种设施容积统计分析结果详见图4。
研究表明，畜禽粪污中的沙门氏菌在4℃环境下存储115 d后即可被去除，一般要求畜禽粪污贮存180 d后再进行还田利用。东北区不同畜种粪水贮存时间统计结果详见图5。
由图5可知，生猪养殖场粪水平均贮存时间为91 d；奶牛养殖场粪水平均贮存时间为157 d，有81.25%的奶牛养殖场粪水贮存时间达到180 d；蛋鸡和肉鸡养殖场粪水平均贮存时间为89 d。
由以上分析可知，生猪、禽类养殖场粪水贮存时间均接近于90 d，有80%以上的奶牛养殖场粪水贮存时间达到180 d。
国外针对畜禽粪污还田利用制定了较为完善的法律制度，如美国【联邦水污染法】要求畜禽养殖规模应与配套土地面积相适应，以保证有足够的土地消纳畜禽粪便。
丹麦【废弃物处理法】中规定每公顷土地可饲养1.4个动物单位，每公顷土地可消纳27 t固液分离前的粪浆或35 t固液分离后的粪浆。
荷兰制定的【动物粪便法案】中规定每公顷土地氮的最大投入量为170 kg，每公顷土地饲养2.5个动物单位；芬兰规定每公顷土地养殖密度上限是1.5个动物单位，瑞士则规定为1.4～3.0个动物单位。
调研数据表明，东北地区粪肥还田主要种植作物为玉米，占所有种植作物的78.13%，其他作物还有水稻、果品和蔬菜等。东北地区粪肥消纳土地配套情况见图6。
图6
根据【畜禽粪污土地承载力测算技术指南】，当采用「固体粪便堆肥外供+肥水就地利用」模式时，生猪需配套消纳用地0.029 hm2/头，奶牛需配套消纳用地0.187 hm2/头，蛋鸡需配套消纳用地0.001 hm2/羽。
由图6可知，生猪养殖场配套土地面积平均为0.024 hm2，低于粪便堆肥外运模式所需配套土地面积，高于0.029 hm2标准的养殖场占比为30.77%；奶牛养殖场配套土地面积平均为0.214 hm2，高于粪便堆肥外运模式所需配套土地面积。
蛋鸡养殖场配套土地面积平均为0.0005 hm2，低于粪便堆肥外运模式所需配套土地面积，高于0.001 hm2标准的养殖场占比为16.67%。
当采用「大田作物粪肥全量就地利用」模式时，生猪需配套消纳用地0.060 hm2/头，奶牛需配套消纳用地0.400 hm2/头，蛋鸡需配套消纳用地0.0024 hm2/羽。
由图6可知，仅有1家生猪养殖场配套土地面积高于粪肥全量就地利用模式所需配套土地面积，占比为7.69%；所有奶牛养殖场和蛋鸡养殖场配套土地面积均低于粪肥全量就地利用模式所需配套土地面积。
固体粪肥还田，不同种类的畜禽粪肥养分含量不同，相关学者研究了施用畜禽粪肥对土壤培肥、玉米增产效果及经济效益的影响，结果表明各种粪肥肥效由高到低的顺序为鸡粪、羊粪、猪粪、牛粪，适宜施肥量分别为鸡粪30 m3/hm2、羊粪和猪粪60 m3/hm2、牛粪90 m3/hm2。
东北地区固体粪肥主要用于基肥，施肥量一般小于150 m3/hm2，其中施肥量≤30 m3/hm2的占27.27%，施肥量＞30～75 m3/hm2的占59.09%，施肥量＞75～150 m3/hm2的占13.64%，不同畜种固体粪肥施用量见图7a。
液体粪肥还田。液体粪肥的施用量跟粪肥中的养分含量、种植作物种类和目标产量等因素有关。
相关学者研究了沼液对成都平原地区土壤氮、磷、钾含量及其平衡的影响，结果表明沼液使用量应控制在108～144 t/hm2。
沼肥种类及不同施氮量对芹菜品质的影响，表明猪粪沼液每年施用量不宜超过495 m3/hm2（对应氮量为34 g/(m2·a)），长期施用沼肥对设施菜田土壤养分和盐分累积量的影响，结果表明长期施用沼液沼渣（施用量600 m3/hm2）能有效增加土壤养分含量，但同时也会对土壤环境带来较大的污染风险。
东北地区液体粪肥主要用于基肥，施肥量一般小于150 m3/hm2，其中施肥量105～120 m3/hm2的占10.53%，施肥量150 m3/hm2的占89.47%，不同畜种液体粪肥施用量详见图7b。
东北地区固体粪肥施肥季节与作物和区域有关，一般在春季播种前和秋季收获后施肥。经统计，固体粪肥施肥时期主要为4月和10月，该时间段施肥的养殖场占比为61.90%。
在3月和11月施肥的养殖场占比为19.05%；每年只在4月份施肥的养殖场占比为14.29%，只在10月份施肥的养殖场占比为4.76%，详见表2。
东北地区液体粪肥施肥季节一般在春季播种前和秋季收获后施肥。经统计，液体粪肥施肥时期主要为4月和10月，该时间段施肥的养殖场占比为58.33%；在3月和11月施肥的养殖场占比为16.67%；在4月和7月施肥的养殖场占比为12.50%。
在6月和8月施肥的养殖场占比为4.17%；每年只在4月份施肥的养殖场占比为8.33%。调研数据表明，东北地区固体粪肥主要施用方式有人工施肥和机械施肥2种，其中人工施肥为主要施肥方式，占比达88.00%。
东北地区液体粪肥主要施用方式有漫灌、喷灌和其他方式，其中漫灌施肥占比为54.17%，喷灌施肥占比为37.50%，其他施肥方式占比为8.33%。
«——【·粪污资源化利用模式分析·】——»
东北地区粪污资源化利用模式主要有3种，分别是固体粪便堆沤处理结合液体粪水贮存处理后就近还田利用模式、固体粪便好氧堆肥结合有机肥还田利用模式、液体粪水厌氧发酵处理结合沼渣沼液还田利用模式，详见图8。
东北地区生猪和奶牛养殖场主要采用此模式，模式示意图见图8a。养殖圈舍中的畜禽粪污采用干清粪工艺收集后，固体粪便采用堆沤发酵工艺处理，液体粪水采用贮存发酵工艺处理，产生的固体粪肥和液体粪肥进行就地还田利用。
东北地区调研养殖场中，采用此模式的养殖场占42.32%，其中生猪养殖场占67.01%，奶牛养殖场占15.74%，肉牛养殖场占12.22%，肉鸡养殖场占3.51%。
粪便堆沤和粪水贮存均是一种轻简化的粪污处理技术，具有工艺运行简单和处理成本低等特点，但同时也存在处理周期长、发酵不彻底和臭味较严重等不足。
东北地区在推广应用该技术模式过程中，应重点考虑粪污处理设施容积和无害化指标是否满足还田要求。
结合国内外粪污贮存时间要求，并考虑东北地区的气候条件和农作物生产用肥最大间隔期，建议粪污贮存时间达到180 d以上。该技术模式为东北地区中小规模养殖场粪肥还田循环利用提供了解决途径。
东北地区蛋鸡、肉鸡、肉牛和部分生猪养殖场主要采用此模式，模式示意图见图8b。养殖圈舍中的畜禽粪污采用干清粪工艺收集后，固体粪便采用反应器堆肥、条垛式堆肥和槽式堆肥等好氧发酵工艺处理，产生的堆肥成品可以就地利用、作为垫料利用或加工成商品有机肥后还田利用。
东北地区调研养殖场中，采用此模式的养殖场占49.33%，其中蛋鸡和肉鸡养殖场占52.21%，生猪养殖场占20.95%，肉牛养殖场占11.93%，奶牛养殖场占9.70%，肉羊养殖场占5.25%。
粪便好氧堆肥是一种较为成熟的固体粪污处理技术，具有发酵周期短、操作运行简单和产品质量稳定等特点，但同时也存在投资成本高、辅料添加量多和臭味难控制等不足。
东北地区在推广应用该技术模式过程中，应重点考虑粪污无害化指标是否满足标准要求。
在冬季环境温度较低条件下，应确保堆体温度能够达到55℃以上，且条垛式堆肥高温持续时间不少于15 d，槽式堆肥不少于7 d，反应器堆肥不少于5 d，发酵结束时堆肥产物种子发芽指数（germination index, GI）≥70%。
该技术模式为东北地区不同类型养殖场的固体粪污肥料化利用提供了解决途径，东北地区部分生猪、肉鸡和奶牛养殖场采用此模式，模式示意图见图8c。
养殖圈舍中的畜禽粪污采用水泡粪或干清粪工艺收集后，利用厌氧发酵工艺处理，产生的沼渣和沼液就地还田利用。
东北地区调研养殖场中，采用此模式的养殖场占2.92%，其中生猪养殖场占62.51%，肉鸡养殖场占25.03%，奶牛养殖场占12.56%。
粪水厌氧发酵是一种较为成熟的液体粪污处理技术，具有协调处理能力强、能源化利用价值高和处理过程环境友好等特点，但同时也存在设施设备投资高、环境温度要求严和存在安全风险等不足。
东北地区在推广应用该技术模式过程中，应重点考虑环境温度对工艺运行的影响，确保在冬季低温条件下能正常运转。
厌氧发酵产生的沼液还田前建议贮存时间不低于60 d，沼渣还田前宜通过堆肥方式进行处理。沼肥中的重金属指标和卫生学指标应达到【沼肥（NY/T 2596-2022）】中限量指标要求。
该技术模式为东北地区畜禽养殖场的粪污能源化利用提供了解决途径，但对运行条件要求较高，在东北地区难以大规模推广。
«——【·结语·】——»
东北地区以奶牛养殖为主要畜种，粪污产生量最大，粪污收集以干清粪工艺为主，占比达94.35%。
固体粪便以堆/沤肥工艺为主，占所调研养殖场的86.93%；不同畜种固体粪便存储设施面积均大于粪污处理建设规范规定面积，粪便堆肥时间达到30 d以上的占比为92.86%，符合畜禽粪便堆肥技术规范要求
东北地区液体粪污主要处理方式为粪水贮存，占所调研养殖场的68.18%。粪水贮存设施容积方面，生猪养殖场粪水贮存设施符合粪污处理建设规范要求，奶牛养殖场粪水贮存设施小于粪污处理建设规范要求，养殖场需从粪水产生量和存储时间两个因素考虑贮存设施容积大小。
粪水贮存时间方面，生猪、禽类养殖场粪水贮存时间均接近于90 d，有80%以上的奶牛养殖场粪水贮存时间达到180 d。
东北地区粪肥还田主要种植作物为玉米，占所有种植作物的78.13%。畜禽粪肥消纳用地配套面积与粪肥利用方式有关，东北地区各养殖场现有配套土地面积普遍低于畜禽粪污土地承载力测算需求面积。
固体粪肥还田以基肥为主，施肥量小于150 m3/hm2；人工施肥占比达88.00%，施肥时期主要为4月和10月。
液体粪肥主要用于基肥，施肥量小于150 m3/ hm2，施肥时期主要为3—4月和9—10月；液体粪肥主要施用方式为漫灌和喷灌，其中漫灌施肥占比为54.17%，喷灌施肥占比为37.50%。
整体来看，东北地区粪污处理与资源化利用主要模式为「干清粪+粪便堆沤+粪水贮存」模式。
