Agro-Environment&Development畜禽粪便废弃物处理与低碳技术应用汪丽婷，马友华，储茵，朱小红，张丽娟，孙丽（安徽农业大学，安徽合肥230036）摘要：近几年，国家提出了要积极应对全球气候变化，实行节能减排的政策。文章简要介绍了目前国内对畜禽粪便进行肥料化、能源化和饲料化的几项措施和技术，最后对我国畜禽粪便的利用提出了展望，并指出为了实现低碳农业，在国家进一步加大节能减排措施和未来技术更加成熟的前提下，畜禽粪便的高效循环处理是完全可以实现的。关键词：低碳技术；畜禽粪便；节能减排文章编号：1005-4944（2010）05-0057-042003年，英国政府在《新能源白皮书》中首次提出低碳经济概念[1]。低碳经济是指依靠太阳能、风能、水能等可再生能源为主要能源，以低能耗、低排放、低污染为特征的新型经济发展方式。实质就是能源高效利用、清洁能源开发、追求绿色GDP的问题。核心是能源技术和减排技术创新、产业结构和制度创新以及人类生存发展观念的根本性转变。目前，发展低碳经济在全球已经形成共识，其研究内容也进一步扩展，不但包括碳足迹、低碳能源和低碳技术，还涉及低碳产业、低碳生活、低碳城市、低碳社会等方面。谈到低碳经济，都是讲工业的多，讲农业的少，讲城市的多，讲乡村的少。事实上，联合国粮农组织新近指出，耕地释放出大量的温室气体，超过全球人为温室气体排放总量的30%，相当于150亿t的二氧化碳。同时，联合国粮农组织估计，生态农业系统可以抵消掉80%的因农业导致的全球温室气体排放量，无需生产工业化肥每年可为世界节省1%的石油能源，不再把这些化肥用在土地上还能降低30%的农业排放。所以，在发展低碳经济方面，农业潜力巨大，特别是畜禽粪便的有效处理，对发展低碳经济起着一定的促进作用。1畜禽粪便的危害据第一次全国污染源普查公报显示，畜禽养殖业产生的主要水污染物排放量为：化学需氧量1268.26万t，总氮102.48万t，总磷16.04万t，铜2397.23t，锌4756.94t；畜禽养殖业粪便产生量2.43亿t，尿液产生量1.63亿t。随着中国养殖业的进一步发展，畜禽粪便排放量还会进一步增大，由此造成的环境污染将会更加严重。据调查，全国90%规模化畜禽养殖场未经过环境影响评价，60%的规模化养殖场缺乏必要的污染防治措施，畜禽养殖产生的污染已成为我国农村地区面源污染的主要来源[2]，畜禽粪污一般未经任何处理就地排放。畜禽粪便长期堆置或排放到附近水沟，堵塞了河道，污染了水体和空气，造成蚊蝇滋生。而富含大量有机物和营养元素的污水流入河流和湖泊，造成水体富营养化；渗入地下，使地下水中硝态氮、硬度和细菌总数超标[3]。最近的研究表明，牲畜直接或间接地产生3种主要的温室效应气体———甲烷、二氧化碳和氮氧化物，对气候变暖有着不容忽视的影响。在有可能导致大气变暖的气体排放方面，畜牧业所占的比例比较大，如畜牧业的甲烷排放（主要来自反刍动物的肠内发酵）占甲烷排放总量的37%，而甲烷的温室效应是二氧化碳的23倍。由此可见，在农业生产过程中，应对畜禽粪便进行有效处理，以期减少对环境和人类的危害，文章简要介绍了目前国内对畜禽粪便进行处理的各项措施，其中包括畜禽粪便的肥料化利用、能源化利用和饲料环境整治·ENVIR.CONTROL57农业环境与发展2010年第5期化利用。2畜禽粪便的肥料化与低碳技术利用畜禽粪便是优质的有机肥料，可以作为肥料直接施用。畜禽粪便中不仅含有农作物生长所需的营养物质，而且还含有硼、锰、钴、铜等微量元素。微量元素可增加土壤中有机质含量，促进土壤微生物繁殖，改良土壤结构，提高土壤肥力。但是由于水分含量高、使用不方便、易造成二次污染等原因而限制了它的使用。高温堆肥是处理畜禽粪便的有效方法，通过微生物降解畜禽粪便中的有机质，杀死其中的病原菌，使有机质降解，提高肥效。畜禽粪便还田，可以减轻土壤有机质的分解，增加土壤有机质含量。有机质含量增加，不仅可以提高土壤肥力，促进作物的高产稳产，还可以固定土壤中的碳，有机质碳增多可以改善土壤供氮能力，显著提高肥料氮素利用率。另外，与施用化肥相比，投入减少了11.65%，产出高了5.27%[4]。这不但可以减少肥料成本和环境污染，而且可以减少化肥工业这个排放大户的温室气体排放量，促进生态农业的发展，其社会效益和长远的生态效益十分显著。3畜禽粪便的饲料化与低碳技术利用从畜禽粪便中回收养分再喂养家畜，是一种经济利用能量的途径。畜禽粪便含有大量的营养成分，如粗蛋白质、脂肪、无氮浸出物、Ca、P、维生素B12，尤其是消化道较短的禽类，粪便中的养分含量更高。粪便的再利用，可广辟饲料的来源。畜禽粪便中含有价值最高的是含氮化合物，对粪便进行加工、制作家畜蛋白质，补充了蛋白质饲料新的来源。目前将畜禽粪便饲料化有以下几种方法。3.1青贮法处理畜禽粪便用青贮法处理畜禽粪便时，应注意添加富含可溶性碳水化合物的原料，将青贮物料水分控制在40%～70%。因为青贮粪便中碳水化合物的含量低，不宜单独青贮，应和一些禾本科青饲料一起青贮，调整好青饲料与粪的比例并掌握好适宜含水量，就可以保证青贮质量。青贮法不仅可防止粪便中粗蛋白损失过多，而且可将部分非蛋白氮转化为蛋白质，杀灭几乎所有有害微生物。3.2新鲜粪便直接作饲料这种方法主要适用于鸡粪。这是因为鸡的肠道较短，饲料在鸡肠胃中通过的时间也短，饲料中大部分营养物质没被吸收就排出体外。在排泄的鸡粪中，按干物质计算，粗蛋白含量为20%～30%，其中氨基酸含量不低于玉米等谷物饲料，此外还含有丰富的微量元素和一些未知因子。因此，可利用鸡粪代替部分精料来养牛、喂猪。3.3干燥法处理粪便利用热效应和农业工程装备技术对畜禽粪便进行干燥处理，粪便经干燥后可制成高蛋白的饲料。干燥法处理粪便的效率最高，而且设备简单，投资小，粪便经干燥后可制成高蛋白饲料。这种方法既除臭又能彻底杀灭虫卵，能够达到卫生防疫和生产商品饲料的要求。3.4分解法处理粪便利用蝇、蚯蚓、蜗牛等优良品种分解畜禽粪便，既能提供动物蛋白又能处理畜禽粪便，此法不仅经济，而且生态效益显著。4畜禽粪便的能源化与低碳技术应用4.1沼气的利用据测定，畜禽粪便中含有较高的N、P和有机质，是生产沼气的优质原料。沼气是有机物质（主要是畜禽粪便）经过微生物的发酵作用而产生的一种可燃性气体，主要成分是甲烷和二氧化碳。沼气的主要成分是甲烷，1份甲烷与2份氧气混合燃烧可产生大量的热能，甲烷燃烧的最高温度可达1400℃。CH4占总体积的55%～70%，CO2含量为30%～45%。1m3沼气的发热量为20800～23600J，即1m3沼气完全燃烧后，能产生相当于0.7kg无烟煤提供的能量[5]。沼气燃料的温室气体排放因子低于煤和石油，分别为748g·kg-1的CO2和0.023g·kg-1的CH4，而煤炭则分别高达2280g·kg-1的CO2和2.92g·kg-1的CH4。1990—2005年的15年间，我国的农户沼气累计提供了相当于2.84×107t标煤的能量，相当于减排7.3亿t温室气体当量[6]。反刍动物因纤维素和淀粉等在胃内厌氧发酵，会产生和通过嗳气排出大量CH4。若有意识地对畜禽粪环境整治·ENVIR.CONTROL58Agro-Environment&Development便进行处理，在控制条件下转化为沼气并加以利用（即开发沼气产业），既能够对畜禽粪便进行有效处理，减少对环境的污染；又能够获得能源物质沼气，用于照明做饭，减少对薪柴及化石燃料和电能的消耗，大大减少温室气体的排放。另外，沼气燃烧发电是随着沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术。它将沼气用于发动机上，并装有综合发电装置，以产生电能和热能，是有效利用沼气的一种重要方式。沼气发电工程不仅可提供清洁能源，解决环境问题，而且由于其产生大量电能和热能，又为沼气的综合利用找到了广泛的应用前景。通过沼气发电工程可以减少CH4的排放，每减少1tCH4的排放，相当于减少25tCO2的排放，能缓和温室效应[7]。4.2沼液沼渣的利用沼液和沼渣中的营养成分复杂（见表1），不仅含有丰富的蛋白质、氮、磷、钾和矿物盐，以及一定数量的激素、维生素等，养分全面，而且还含有丰富的有机质，其中还有一部分被转化成的腐植酸类物质，可作为农业生产的肥料[8-9]。将沼渣和沼液制成肥料，能增加土壤有机质、碱解氮、速效磷含量及土壤酶活性，使作物病害减少，降低农药使用量，提高农作物产量和品质，可用于粮食、经济作物、果树和瓜菜等。长期施用沼液、沼渣肥料，可促进土壤团粒结构的形成，使土壤疏松，增强土壤保水保肥能力，改善土壤理化性状，提高土温，使土壤有机质、全氮、全磷及有效磷等养分均有不同程度的提高，而且减少污染，降低用肥成本；可为作物补充养分，对蔬菜、瓜果的病虫害防治效果非常明显。沼液中的多种生物活性物质除具有肥效作用外，还能提高作物的抗逆能力。沼气池中的沼液含有几种氨基酸、多种活性酶和微量元素。沼液可代替部分化肥，送到农田和蔬菜花卉园艺场，用来肥田；并可以对作物、果蔬叶面、根部施肥。沼液中含有动物生长发育所需的多种微量元素和营养成分，可促进动物的生长发育，增加食欲。可以用作补充饲料用来养鱼。沼渣是有机物厌氧发酵后的残渣。沼渣具有营养元素齐全、肥效高、品质优等特点。沼渣中N、P、K含量都比较高，是农林业理想的优质化肥。沼渣还可以作为家畜饲料和鱼的饵料。“粪便-沼气-养鱼（猪）”的循环生态模式，实际上是一个以畜禽养殖为中心，沼气工程为纽带的生态系统，它具有与传统养殖业不同的经营模式。在这个系统中，生猪得到科学的饲养，物质和能量获得充分的利用，环境得到良好的保护，因此生产成本低，产品质量优，资源利用率高。既解决了畜禽粪便对环境的污染问题，减少了温室气体的排放，又能使农林渔行业相互循环，减少了生产成本，提高了经济效益，收到了经济效益与生态效益双赢的效果[10-13]。5畜禽粪便利用的注意事项（1）畜禽粪便中含有大量的致病菌和寄生虫，如不进行适当处理则成为畜禽传染病、寄生虫病和人畜共患病的传染源，威胁到人的健康。所以畜禽粪便饲喂前一定要做好彻底的灭菌工作。（2）动物饲料中常常加入抗生素、驱虫药及矿物质添加剂等，这些物质的使用或多或少都会在动物粪便中残留。如果将粪便饲料化后，用于喂养家禽可能会有负面影响。因此，在动物屠宰前应预留一定的代谢期[14]。6展望由于中国社会经济的快速发展，中国将从一个低能源消耗国向高能源消耗国过渡。随着温室气体的大量排放及其所带来的气候变化和对人类自身的影响，其将成为全球各个国家最为关注的焦点之一。据有关部门预测，到2010年，中国的CO2排放量为13.3亿t，比2003年提高57%～85%；到2020年CO2排放量将达到15.43亿～21.74亿t，比2003年提高82%～156%。由此可见，中国的碳排放形势非常严峻[15]。在中国，大力推行节能减排工作，制定严格的政策法规，积极发展低碳经济势在必行。2008年6月27日，胡锦涛总书记在中共中央政治局第六次集体学习时明确指出，要大力落实控制温肥料有机质氨基酸全氮全磷全钾沼液——0.03~0.080.02~0.060.05~1.0沼渣35~5010~200.8~2.00.4~1.20.6~1.2表1沼液沼渣中的几种主要养分含量/%环境整治·ENVIR.CONTROL59农业环境与发展2010年第5期室气体排放的措施，坚持实施节约资源和保护环境的基本国策，发展循环经济和低碳经济。而我国作为农业大国，积极推行低碳农业，发展生态农业，在我国的低碳减排中具有重要的地位和作用。改革开放以来，随着我国畜禽养殖业的大力发展，畜禽粪便的排放量也在不断地增加。从保护环境的角度来看，畜禽粪便的排放量已经成为一个不可忽视的排放源。因此，如何减少并高效循环利用畜禽粪便，已经成为减少温室气体排放及应对全球气候变化的重要组成部分。如前所述，目前我国农业上对畜禽粪便的处理和利用已经有了比较成熟和完善的措施和技术。但是畜禽粪便的处理是一个庞大的系统工程，它的产生量大、污染面广、结构与成分复杂、处理技术难度较大。随着国家在节能减排上采取措施的不断加强，特别是自2007年开始，我国各个省份实行的能源生态补贴制度，包括沼气池建设和畜禽粪便生产有机肥以及农民增施有机肥的补贴，还有随着我国生物技术水平的提高和设备机械的进一步改善，形成高效低耗的畜禽粪便处理技术体系是完全可能的。参考文献：[1]Secretaryofstatefortradeandindustry.Energywhitepaper,ourenergyfuture:creatingalowcarboneconomy[R].London:TSO，2003.[2]朱凤连，马友华，周静，等.我国畜禽粪便污染和利用现状分析[J].安徽农学通报，2008，14（13）.[3]金冬霞，王凯军.规模化畜禽养殖场污染防治综合对策[J].自然生态保护，2002（12）.[4]石剑华，李志国，王英杰，等.畜禽粪便有机肥对土壤肥力的影响[J].环境保护，2007（9）.[5]戴敬，周学金，朱平庆，等.以沼气为纽带的生物循环生态模式研究[J].环境保护与循环经济，2009（1）.[6]刘宇，匡耀求，黄宁生，等.农村沼气开发与温室气体减排[J].中国人口·资源与环境，2008，18（3）：48-53.[7]蒋同昌，周国鼎.我国沼气发电机的研究和生产概况[J].中国沼气，1992，10（2）：44-46.[8]张无敌，宋洪川，尹芳，等.牛粪在沼气发酵过程中的水解酶酶活变化研究[J].新能源及工艺，2003（6）：22－24.[9]弋晓康，韩勇．生态家园中沼气发酵产物的综合利用[J]．农机化研究，2006（3）：192-194.[10]朱海生，陈志宇，来冬梅.畜禽粪便的综合利用[J].黑龙江畜牧兽医，2004（4）：59－60.[11]钱午巧，包武，陈彪，等.利用厌氧发酵技术综合治理畜牧业污染的探讨[J].福建能源开发与节约，2003（3）：51－52.[12]徐卫佳.用厌氧发酵技术处理农村养殖场畜禽粪便[J].可再生能源，2004（1）.[13]孙贝烈，陈丛斌.厌氧消化技术在畜禽粪便处理中的应用[J].辽宁农业科学，2006（3）：59－60.[14]姜楠.绿色农业中畜禽粪便的资源化开发与利用[J].现代畜牧兽医，2009（5）.[15]程绍明，马杨晖，姜雄晖.我国畜禽粪便处理利用现状及展望[J].农机化研究，2009（2）.作者简介：汪丽婷（1987—），女，安徽安庆人，硕士，主要从事农业面源污染控制和治理方面研究。基金项目：国家科技支撑计划项目（2007BAD87B06）；国家水体污染控制与治理科技重大专项（2008ZX07103-002）项目资助收稿日期：2010-05-18通讯作者：马友华，男，博士，教授，E-mail：yhma2010@yahoo.com.cn环境整治·ENVIR.CONTROL2010年10月16日世界粮食日主题团结起来，战胜饥饿60