文|麪包夾知識
編輯|麪包夾知識
«——【·前言·】——»
東北地區畜禽養殖以生豬、奶牛、肉牛等為主，是中國畜牧業重點發展的潛力區，地域遼闊、飼料資源豐富，擁有發展畜牧業的雄厚基礎和環境承載力。
近年來，隨著東北地區畜禽養殖規模的不斷擴大，畜禽糞汙的產生量逐年增加。中國統計年鑒數據顯示，2021年底東北地區生豬存欄量為3862.5萬頭，牛存欄量為1144.2萬頭，羊存欄量為2300.7萬只。
據此測算東北地區固體糞汙年產生量約為1.1億t，液體糞汙年產生量約為2.1億t，合計年糞汙產生量為3.2億t，占中國畜禽糞汙年產生總量的10.49%。
東北地區每年產生的畜禽糞汙量可折合氮養分112.1萬t，折合磷養分26.8萬t，能夠滿足660萬hm2耕地用肥需求，相當於東北地區典型黑土地耕地面積的35.62%，具有非常重要的資源化利用價值。
為了促進東北地區種養業協調發展，提升黑土地地力，應大力推進畜禽糞肥就地就近利用，透過「種養平衡、迴圈利用」促進區域內農業綠色發展。
目前，中國畜禽糞汙資源化利用技術模式的選擇和套用情況底數不清，缺乏系統研究。透過調研分析中國畜禽糞汙資源化利用技術套用情況，發現規模化養殖場固體糞便處理普遍采用堆漚肥技術，液體糞汙處理主要采用厭氧發酵和貯存發酵等技術。
研究人員發現中國規模養殖場糞汙資源化利用技術現狀，總結好氧堆肥、厭氧發酵、昆蟲轉化、氧化塘貯存和厭氧氨氧化等技術套用情況。
目前黑龍江省畜禽糞汙處理存在問題，發現黑龍江省畜禽糞汙以自然堆積發酵等簡易處理方式為主，資源化利用方式較落後，發現吉林省存在糞汙處理設施不足、種養結合不配套和糞汙資源化利用率低等問題。
目前關於東北地區畜禽糞汙處理技術的套用情況基礎數據較少，糞汙資源化利用模式總結不足，亟需開展相關研究促進區域種養迴圈發展，那麽該如何解決這一難題呢？
«——【·基本情況·】——»
東北地區主要包括黑龍江、吉林和遼寧三省以及內蒙古東四盟構成的區域。該區域雨量充沛，地形平坦，耕地肥沃且集中連片，適宜農業機械耕作。
作為中國玉米結構調整和「糧改飼」試點的重點區域，該區種植作物以玉米、大豆、水稻為主，是中國條件最好的一熟制作物種植區和商品糧生產基地，為種養迴圈和糞肥還田提供了良好條件。
按照調研方案，調研時間為2017—2020年，每年開展1次，共調研東北地區3個省、18個縣、272個養殖場，具體分布見表1。
該區域主要養殖畜種為生豬、奶牛、肉牛、肉羊、肉雞和蛋雞，其中生豬養殖場122家，占比44.85%；奶牛養殖場34家，占比12.50%。
肉牛養殖場30家，占比11.03%；肉羊養殖場8家，占比2.94%；肉雞養殖場39家，占比14.34%；蛋雞養殖場39家，占比14.34%。
在養殖場數量分布方面，遼寧省調研養殖場數量共計144家，其中生豬養殖場占比44.44%，奶牛養殖場占比13.19%，肉雞養殖場占比24.31%，蛋雞養殖場占比13.89%。
吉林省調研養殖場數量共計53家，其中生豬養殖場占比49.06%，蛋雞養殖場占比16.98%，肉羊養殖場占比13.21%。
黑龍江省調研養殖場數量共計75家，其中生豬養殖場占比42.67%，奶牛養殖場占比17.33%，肉牛養殖場占比24.00%，蛋雞養殖場占比13.33%（圖1）。
在養殖畜種數量分布方面，黑龍江省各畜種豬當量共計30.12萬頭，其中生豬養殖量6.21萬頭，奶牛豬當量達21.40萬頭。
遼寧省各畜種豬當量共計43.43萬頭，其中生豬養殖量7.96萬頭，奶牛豬當量為17.10萬頭，肉雞豬當量為14.95萬頭。
吉林省各畜種豬當量共計4.31萬頭，其中生豬養殖量1.77萬頭，肉雞豬當量為1.48萬頭，總養殖數量最少。
調研數據顯示，東北地區調研養殖場各畜種糞汙年產生總量為170.45萬t，其中液體糞汙產生量為110.06萬t，固體糞汙產生量為60.40萬t，液體糞汙產生量是固體糞汙的1.82倍。
從不同畜種來看，奶牛糞汙產生量最大，占糞汙總量的68.72%；奶牛液體糞汙產生量占液體糞汙總量的71.46%，奶牛固體糞汙產生量占固體糞汙總量的63.70%。
生豬糞汙產生量占糞汙總量的21.44%；生豬液體糞汙產生量占液體糞汙總量的27.07%，生豬固體糞汙產生量占固體糞汙總量的11.18%；肉/蛋雞固體糞汙產生量占固體糞汙總量的21.81%。
利用該地區的糞汙產生量除以養殖數量所得數據顯示，東北地區生豬固體糞汙的排放系數為1.16 kg/(d·頭)，液體糞汙的排放系數為5.12 kg/(d·頭)。
奶牛固體糞汙的排放系數為18.10 kg/(d·頭)，液體糞汙的排放系數為37.00 kg/(d·頭)；以上系數符合農業農村部推薦的【畜禽規模養殖場糞汙產生量測算參數】要求。
«——【·糞汙收集處理與還田利用技術·】——»
養殖場糞汙清糞工藝主要包括幹清糞、水泡糞和水沖糞3種，具體可分為人工清糞、機械刮板清糞、水沖清糞、鏟車清糞、吸糞車清糞和機器人清糞等類別。
整體來看，東北地區規模化養殖場清糞工藝以幹清糞為主，占比達94.35%；水泡糞清糞工藝占比為4.52%，水沖糞清糞工藝占比為1.13%。
從不同畜種來看，生豬養豬場幹清糞工藝占比為86.49%，水泡糞工藝占比為10.81%，水沖糞工藝占比為2.70%；奶牛、肉牛、肉雞和蛋雞養殖場全部采用幹清糞工藝。
研究人員對中國不同區域規模化養殖場畜禽糞汙處理技術模式進行了綜合評價，得出東北地區宜采用前分離肥料模式和前分離墊料模式。
東北地區固體糞汙處理方式主要有堆/漚肥、生產商品有機肥和生產墊料等，其中堆/漚肥為主要處理方式，占所調研養殖場的86.93%；其次為生產商品有機肥，占所調研養殖場的6.54%。
糞便堆/漚肥技術包括簡易堆漚、槽式堆肥和反應器堆肥等類別，東北地區以簡易堆漚工藝為主，占比達93.94%。從不同畜種來看，東北地區各畜種固體糞汙處理工藝以簡易堆漚為主，部份禽類畜種采用反應器堆肥工藝，占比為5.56%～27.27%。
糞便堆/漚肥工藝需配套建設足夠的儲存設施。根據【畜禽規模養殖場糞汙資源化利用設施建設規範】，豬場糞便堆/漚肥設施容積不小於0.002 m3×發酵周期×設計存欄量。
每頭豬所需的最小設施面積可以按0.002 m2計，其他畜種按【畜禽養殖業汙染物排放標準（GB18596-2001）】折算成豬的存欄量計算。
針對不同畜種固體糞便儲存設施所需面積進行了計算，統計數據表明，生豬平均儲存設施面積為0.078 m2、奶牛平均儲存設施面積為0.031 m2。
肉牛平均儲存設施面積為0.219 m2、蛋雞和肉雞養殖場平均設施建設面積均大於建設規範規定面積，不同畜種儲存設施面積詳見圖2。
根據【畜禽糞便堆肥技術規範（NY/T 3442-2019）】，條垛式堆肥時間不少於15 d，槽式堆肥時間不少於7 d，反應器堆肥時間不少於5 d。
東北地區糞便堆肥時間小於10 d的占比為3.97%，10～30 d的占比為3.17%，30 d以上的占比為92.86%，60 d以上的占比為83.33%。
從不同畜種來看，生豬、肉牛和奶牛養殖場糞便堆肥時間普遍能達到30 d以上，其中有85.45%以上的生豬養殖場糞便堆肥時間達到60 d以上，奶牛養殖場糞便堆肥時間全部達到60 d以上；有近70.00%的禽類養殖場糞便堆肥時間大於30 d。
不同堆/漚肥工藝發酵時間有所差異。經統計，東北地區條垛式堆肥時間均在30 d以上，平均堆肥時間為129 d，反應器堆肥時間平均為10 d，基本符合【畜禽糞便堆肥技術規範（NY/T 3442-2019）】要求。
畜禽糞便漚肥時間目前沒有相關標準出台，東北地區畜禽糞便漚肥時間為13～180 d，漚肥時間達到180 d的養殖場占78.57%，研究表明畜禽糞汙儲存6個月後可直接還田利用，詳見圖3。
東北地區液體糞汙處理技術主要有糞水貯存、厭氧發酵和其他方式等，其中糞水貯存為主要處理方式，占所調研養殖場的68.18%；厭氧發酵占調研養殖場的4.55%；其他方式占調研養殖場的27.27%。
調研數據分析結果表明，生豬養殖場已建設施平均容積為0.011 m3，大於建設規範規定所需容積（0.01 m3）；奶牛養殖場已建設施平均容積為0. 041 m3，小於建設規範規定所需容積（0.045 m3）；肉雞養殖場已建設施平均容積為0.00003m3。
小於建設規範規定所需容積（0.0002m3），這是由於實際生產中肉雞養殖場產生的糞水較少，一般不需要建大容積的儲存設施。不同畜種設施容積統計分析結果詳見圖4。
研究表明，畜禽糞汙中的沙門氏菌在4℃環境下儲存115 d後即可被去除，一般要求畜禽糞汙貯存180 d後再進行還田利用。東北區不同畜種糞水貯存時間統計結果詳見圖5。
由圖5可知，生豬養殖場糞水平均貯存時間為91 d；奶牛養殖場糞水平均貯存時間為157 d，有81.25%的奶牛養殖場糞水貯存時間達到180 d；蛋雞和肉雞養殖場糞水平均貯存時間為89 d。
由以上分析可知，生豬、禽類養殖場糞水貯存時間均接近於90 d，有80%以上的奶牛養殖場糞水貯存時間達到180 d。
國外針對畜禽糞汙還田利用制定了較為完善的法律制度，如美國【聯邦水汙染法】要求畜禽養殖規模應與配套土地面積相適應，以保證有足夠的土地消納畜禽糞便。
丹麥【廢棄物處理法】中規定每公頃土地可飼養1.4個動物單位，每公頃土地可消納27 t固液分離前的糞漿或35 t固液分離後的糞漿。
荷蘭制定的【動物糞便法案】中規定每公頃土地氮的最大投入量為170 kg，每公頃土地飼養2.5個動物單位；芬蘭規定每公頃土地養殖密度上限是1.5個動物單位，瑞士則規定為1.4～3.0個動物單位。
調研數據表明，東北地區糞肥還田主要種植作物為玉米，占所有種植作物的78.13%，其他作物還有水稻、果品和蔬菜等。東北地區糞肥消納土地配套情況見圖6。
圖6
根據【畜禽糞汙土地承載力測算技術指南】，當采用「固體糞便堆肥外供+肥水就地利用」模式時，生豬需配套消納用地0.029 hm2/頭，奶牛需配套消納用地0.187 hm2/頭，蛋雞需配套消納用地0.001 hm2/羽。
由圖6可知，生豬養殖場配套土地面積平均為0.024 hm2，低於糞便堆肥外運模式所需配套土地面積，高於0.029 hm2標準的養殖場占比為30.77%；奶牛養殖場配套土地面積平均為0.214 hm2，高於糞便堆肥外運模式所需配套土地面積。
蛋雞養殖場配套土地面積平均為0.0005 hm2，低於糞便堆肥外運模式所需配套土地面積，高於0.001 hm2標準的養殖場占比為16.67%。
當采用「大田作物糞肥全量就地利用」模式時，生豬需配套消納用地0.060 hm2/頭，奶牛需配套消納用地0.400 hm2/頭，蛋雞需配套消納用地0.0024 hm2/羽。
由圖6可知，僅有1家生豬養殖場配套土地面積高於糞肥全量就地利用模式所需配套土地面積，占比為7.69%；所有奶牛養殖場和蛋雞養殖場配套土地面積均低於糞肥全量就地利用模式所需配套土地面積。
固體糞肥還田，不同種類的畜禽糞肥養分含量不同，相關學者研究了施用畜禽糞肥對土壤培肥、玉米增產效果及經濟效益的影響，結果表明各種糞肥肥效由高到低的順序為雞糞、羊糞、豬糞、牛糞，適宜施肥量分別為雞糞30 m3/hm2、羊糞和豬糞60 m3/hm2、牛糞90 m3/hm2。
東北地區固體糞肥主要用於基肥，施肥量一般小於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%，不同畜種固體糞肥施用量見圖7a。
液體糞肥還田。液體糞肥的施用量跟糞肥中的養分含量、種植作物種類和目標產量等因素有關。
相關學者研究了沼液對成都平原地區土壤氮、磷、鉀含量及其平衡的影響，結果表明沼液使用量應控制在108～144 t/hm2。
沼肥種類及不同施氮量對芹菜品質的影響，表明豬糞沼液每年施用量不宜超過495 m3/hm2（對應氮量為34 g/(m2·a)），長期施用沼肥對設施菜田土壤養分和鹽分累積量的影響，結果表明長期施用沼液沼渣（施用量600 m3/hm2）能有效增加土壤養分含量，但同時也會對土壤環境帶來較大的汙染風險。
東北地區液體糞肥主要用於基肥，施肥量一般小於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%，不同畜種液體糞肥施用量詳見圖7b。
東北地區固體糞肥施肥季節與作物和區域有關，一般在春季播種前和秋季收獲後施肥。經統計，固體糞肥施肥時期主要為4月和10月，該時間段施肥的養殖場占比為61.90%。
在3月和11月施肥的養殖場占比為19.05%；每年只在4月份施肥的養殖場占比為14.29%，只在10月份施肥的養殖場占比為4.76%，詳見表2。
東北地區液體糞肥施肥季節一般在春季播種前和秋季收獲後施肥。經統計，液體糞肥施肥時期主要為4月和10月，該時間段施肥的養殖場占比為58.33%；在3月和11月施肥的養殖場占比為16.67%；在4月和7月施肥的養殖場占比為12.50%。
在6月和8月施肥的養殖場占比為4.17%；每年只在4月份施肥的養殖場占比為8.33%。調研數據表明，東北地區固體糞肥主要施用方式有人工施肥和機械施肥2種，其中人工施肥為主要施肥方式，占比達88.00%。
東北地區液體糞肥主要施用方式有漫灌、噴灌和其他方式，其中漫灌施肥占比為54.17%，噴灌施肥占比為37.50%，其他施肥方式占比為8.33%。
«——【·糞汙資源化利用模式分析·】——»
東北地區糞汙資源化利用模式主要有3種，分別是固體糞便堆漚處理結合液體糞水貯存處理後就近還田利用模式、固體糞便好氧堆肥結合有機肥還田利用模式、液體糞水厭氧發酵處理結合沼渣沼液還田利用模式，詳見圖8。
東北地區生豬和奶牛養殖場主要采用此模式，模式示意圖見圖8a。養殖圈舍中的畜禽糞汙采用幹清糞工藝收集後，固體糞便采用堆漚發酵工藝處理，液體糞水采用貯存發酵工藝處理，產生的固體糞肥和液體糞肥進行就地還田利用。
東北地區調研養殖場中，采用此模式的養殖場占42.32%，其中生豬養殖場占67.01%，奶牛養殖場占15.74%，肉牛養殖場占12.22%，肉雞養殖場占3.51%。
糞便堆漚和糞水貯存均是一種輕簡化的糞汙處理技術，具有工藝執行簡單和處理成本低等特點，但同時也存在處理周期長、發酵不徹底和臭味較嚴重等不足。
東北地區在推廣套用該技術模式過程中，應重點考慮糞汙處理設施容積和無害化指標是否滿足還田要求。
結合國內外糞汙貯存時間要求，並考慮東北地區的氣候條件和農作物生產用肥最大間隔期，建議糞汙貯存時間達到180 d以上。該技術模式為東北地區中小規模養殖場糞肥還田迴圈利用提供了解決途徑。
東北地區蛋雞、肉雞、肉牛和部份生豬養殖場主要采用此模式，模式示意圖見圖8b。養殖圈舍中的畜禽糞汙采用幹清糞工藝收集後，固體糞便采用反應器堆肥、條垛式堆肥和槽式堆肥等好氧發酵工藝處理，產生的堆肥成品可以就地利用、作為墊料利用或加工成商品有機肥後還田利用。
東北地區調研養殖場中，采用此模式的養殖場占49.33%，其中蛋雞和肉雞養殖場占52.21%，生豬養殖場占20.95%，肉牛養殖場占11.93%，奶牛養殖場占9.70%，肉羊養殖場占5.25%。
糞便好氧堆肥是一種較為成熟的固體糞汙處理技術，具有發酵周期短、操作執行簡單和產品質素穩定等特點，但同時也存在投資成本高、輔料添加量多和臭味難控制等不足。
東北地區在推廣套用該技術模式過程中，應重點考慮糞汙無害化指標是否滿足標準要求。
在冬季環境溫度較低條件下，應確保堆體溫度能夠達到55℃以上，且條垛式堆肥高溫持續時間不少於15 d，槽式堆肥不少於7 d，反應器堆肥不少於5 d，發酵結束時堆肥產物種子發芽指數（germination index, GI）≥70%。
該技術模式為東北地區不同類別養殖場的固體糞汙肥料化利用提供了解決途徑，東北地區部份生豬、肉雞和奶牛養殖場采用此模式，模式示意圖見圖8c。
養殖圈舍中的畜禽糞汙采用水泡糞或幹清糞工藝收集後，利用厭氧發酵工藝處理，產生的沼渣和沼液就地還田利用。
東北地區調研養殖場中，采用此模式的養殖場占2.92%，其中生豬養殖場占62.51%，肉雞養殖場占25.03%，奶牛養殖場占12.56%。
糞水厭氧發酵是一種較為成熟的液體糞汙處理技術，具有協調處理能力強、能源化利用價值高和處理過程環境友好等特點，但同時也存在設施器材投資高、環境溫度要求嚴和存在安全風險等不足。
東北地區在推廣套用該技術模式過程中，應重點考慮環境溫度對工藝執行的影響，確保在冬季低溫條件下能正常運轉。
厭氧發酵產生的沼液還田前建議貯存時間不低於60 d，沼渣還田前宜透過堆肥方式進行處理。沼肥中的重金屬指標和衛生學指標應達到【沼肥（NY/T 2596-2022）】中限量指標要求。
該技術模式為東北地區畜禽養殖場的糞汙能源化利用提供了解決途徑，但對執行條件要求較高，在東北地區難以大規模推廣。
«——【·結語·】——»
東北地區以奶牛養殖為主要畜種，糞汙產生量最大，糞汙收集以幹清糞工藝為主，占比達94.35%。
固體糞便以堆/漚肥工藝為主，占所調研養殖場的86.93%；不同畜種固體糞便儲存設施面積均大於糞汙處理建設規範規定面積，糞便堆肥時間達到30 d以上的占比為92.86%，符合畜禽糞便堆肥技術規範要求
東北地區液體糞汙主要處理方式為糞水貯存，占所調研養殖場的68.18%。糞水貯存設施容積方面，生豬養殖場糞水貯存設施符合糞汙處理建設規範要求，奶牛養殖場糞水貯存設施小於糞汙處理建設規範要求，養殖場需從糞水產生量和儲存時間兩個因素考慮貯存設施容積大小。
糞水貯存時間方面，生豬、禽類養殖場糞水貯存時間均接近於90 d，有80%以上的奶牛養殖場糞水貯存時間達到180 d。
東北地區糞肥還田主要種植作物為玉米，占所有種植作物的78.13%。畜禽糞肥消納用地配套面積與糞肥利用方式有關，東北地區各養殖場現有配套土地面積普遍低於畜禽糞汙土地承載力測算需求面積。
固體糞肥還田以基肥為主，施肥量小於150 m3/hm2；人工施肥占比達88.00%，施肥時期主要為4月和10月。
液體糞肥主要用於基肥，施肥量小於150 m3/ hm2，施肥時期主要為3—4月和9—10月；液體糞肥主要施用方式為漫灌和噴灌，其中漫灌施肥占比為54.17%，噴灌施肥占比為37.50%。
整體來看，東北地區糞汙處理與資源化利用主要模式為「幹清糞+糞便堆漚+糞水貯存」模式。
