種養(yǎng)結(jié)合技術(shù)在畜禽糞水處理與資源化利用中的應(yīng)用

孔凡克，鞠鑫鑫，楊守軍，邵 蕾，羅 星，董仁杰*

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺(tái)研究院，山東 煙臺(tái) 264670；2.山東中農(nóng)三月環(huán)保科技股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264670）

種養(yǎng)結(jié)合技術(shù)在畜禽糞水處理與資源化利用中的應(yīng)用

孔凡克1，鞠鑫鑫2，楊守軍1，邵 蕾1，羅 星1，董仁杰1*

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺(tái)研究院，山東 煙臺(tái) 264670；2.山東中農(nóng)三月環(huán)保科技股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264670）

畜禽養(yǎng)殖業(yè)的種養(yǎng)脫節(jié)導(dǎo)致了畜禽養(yǎng)殖糞污難以當(dāng)?shù)叵{，抑制了畜禽養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。種養(yǎng)結(jié)合是一種結(jié)合種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式，可有效地解決畜禽糞污的污染問(wèn)題。文內(nèi)論述了種養(yǎng)結(jié)合的技術(shù)流程、技術(shù)原理以及技術(shù)的實(shí)施條件，可作為畜禽養(yǎng)殖糞水循環(huán)利用和污染防治工作的參考技術(shù)資料。

畜禽養(yǎng)殖糞水；種養(yǎng)結(jié)合；資源化利用

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年全國(guó)畜禽糞污產(chǎn)生量約38億噸，綜合利用率不足60%。2010年《全國(guó)第一次污染源普查公報(bào)》顯示，畜禽糞污已成為農(nóng)業(yè)面源污染的主要來(lái)源。雖然近幾年來(lái)，我國(guó)在畜禽糞污處理和資源化利用方面取得了一定成就，但全面推進(jìn)并實(shí)現(xiàn)畜禽糞污的能源化和肥料化利用還面臨不少的困難。

種養(yǎng)結(jié)合是指將畜禽養(yǎng)殖過(guò)程中產(chǎn)生的糞便或糞水利用科學(xué)工藝進(jìn)行處理，為種植業(yè)生產(chǎn)提供養(yǎng)分來(lái)源，同時(shí)種植業(yè)生產(chǎn)的作物又給畜禽養(yǎng)殖業(yè)提供食源，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)植物間物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)換和良性循環(huán)[1]。農(nóng)業(yè)部部長(zhǎng)韓長(zhǎng)賦指出“畜禽養(yǎng)殖業(yè)種養(yǎng)主體分離以及標(biāo)準(zhǔn)體系的不完善，導(dǎo)致種養(yǎng)結(jié)合不緊密，畜禽糞肥還田難”。因此，種養(yǎng)結(jié)合技術(shù)需要進(jìn)一步規(guī)范和推廣普及。

畜禽糞水還田前需要經(jīng)過(guò)厭氧發(fā)酵處理，達(dá)到農(nóng)田利用的衛(wèi)生要求方可還田[2]。目前，種養(yǎng)結(jié)合技術(shù)大多是基于氮（N）養(yǎng)分平衡原理，以農(nóng)田種植面積、作物不同生育期的需N特性為依據(jù)，量化農(nóng)田對(duì)N養(yǎng)分的需求，確定沼液的供給量，順次推算沼氣工程規(guī)模、糞便需求量和畜禽養(yǎng)殖規(guī)模。

1 技術(shù)流程

以農(nóng)田種植為基礎(chǔ)，以畜禽養(yǎng)殖為保障的“以農(nóng)田定沼氣、以沼氣定畜禽”的種養(yǎng)結(jié)合模式。技術(shù)流程參見(jiàn)圖1。

2 技術(shù)條件

2.1 以農(nóng)田定沼氣，以沼氣定畜禽

2.1.1 農(nóng)田N養(yǎng)分需求

根據(jù)農(nóng)田作物種植面積、單位農(nóng)田N養(yǎng)分年投入量，量化農(nóng)田N養(yǎng)分年總投入量；農(nóng)藝環(huán)節(jié)應(yīng)考慮N養(yǎng)分的利用率，建議N養(yǎng)分利用率按照27%取值[3]。

2.1.2 沼液供給量

事實(shí)上，僅僅依靠畜禽養(yǎng)殖糞水所含有的養(yǎng)分，難以保障對(duì)農(nóng)田作物生長(zhǎng)所需養(yǎng)分的足量供給。根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)習(xí)慣，沼液供給量建議按照滿足農(nóng)作物N養(yǎng)分需求的60%取值。

2.1.3 沼氣工程規(guī)模

根據(jù)沼液供給量和厭氧反應(yīng)器運(yùn)行周期推算沼氣罐的有效容積，即沼氣工程規(guī)模。

2.1.4 畜禽養(yǎng)殖規(guī)模

畜禽養(yǎng)殖糞水進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器，總固形物（TS）應(yīng)控制在10%左右；根據(jù)沼氣工程規(guī)模和不同畜禽種類的糞污產(chǎn)生量（表1）推算畜禽存欄量，即畜禽養(yǎng)殖規(guī)模。

2.2 沼液貯存與輸送

沼液貯存塘需做防滲處理并密封。對(duì)于沼液的最長(zhǎng)貯存期，可根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物生產(chǎn)用肥的最大間隔期或冬季封凍期確定，歐美部分國(guó)家對(duì)沼液貯存時(shí)間也有一定的要求[6]。結(jié)合我國(guó)南北方農(nóng)藝生產(chǎn)慣例，沼液貯存時(shí)間可以選擇性地參照表2執(zhí)行，建議我國(guó)沼液貯存期為3～6個(gè)月。

沼液應(yīng)優(yōu)先當(dāng)?shù)叵{，超過(guò)養(yǎng)殖場(chǎng)周邊土地承載力的沼液應(yīng)進(jìn)行養(yǎng)分富集，可將沼液中2/3養(yǎng)分經(jīng)濟(jì)回收，含有1/3養(yǎng)分的剩余液可就近消納，以減輕沼液當(dāng)?shù)叵{的壓力。養(yǎng)分富集技術(shù)包括糞水添加有機(jī)廢棄物堆肥（糞水堆肥）、沼液濃縮及N、P養(yǎng)分回收等。

小型、中型養(yǎng)殖場(chǎng)建議分別配套2 t以下和5 t罐車，大型、超大型養(yǎng)殖場(chǎng)建議配套地下管網(wǎng)或10 t罐車；罐車要求全封閉，配備一體真空泵和側(cè)、后防護(hù)，外殼保持清潔（見(jiàn)圖2、圖3、圖4）。

2.3 沼液施用

沼液應(yīng)與化肥配施以滿足作物生長(zhǎng)對(duì)養(yǎng)分的需求，沼液可以以基肥或追肥形式施用。基肥施用建議采用地面灌溉，追肥施用建議采用地面灌溉或水肥一體化滴灌。

實(shí)際上，畜禽養(yǎng)殖糞水不經(jīng)過(guò)厭氧處理和穩(wěn)定貯存，僅經(jīng)過(guò)快速處理達(dá)到農(nóng)田利用的衛(wèi)生要求，也可以少量與灌溉水配合施于農(nóng)田[2]。

3 計(jì)算案例

以某區(qū)域5 000畝（33．33 hm2）農(nóng)田為例，作物種植采用小麥與玉米輪作方式，小麥和玉米常規(guī)畝產(chǎn)分別為500 kg和800 kg，每100 kg小麥和玉米需N量分別為3 kg和2．68 kg[7]。基于N養(yǎng)分平衡原理，農(nóng)田需配套沼氣工程和生豬飼養(yǎng)規(guī)模如表3所示。

表1 不同畜禽糞污產(chǎn)生系數(shù)

表2 歐美部分國(guó)家沼液貯存時(shí)間

表3 農(nóng)田定沼氣-沼氣定畜禽

圖1 畜禽養(yǎng)殖糞水種養(yǎng)結(jié)合技術(shù)流程

圖4 大型罐車參考圖

圖2 小型罐車參考圖

圖3 中型罐車參考圖

對(duì)具有不同畜禽種類的養(yǎng)殖場(chǎng)和養(yǎng)殖區(qū)，農(nóng)田配套沼氣工程和養(yǎng)殖場(chǎng)規(guī)模可將雞、牛的養(yǎng)殖量換算成豬的當(dāng)量數(shù)，參照畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB18596-2001第1．2．2條“30只蛋雞折算成1頭豬，60只肉雞折算成1頭豬，1頭奶牛折算成10頭豬，1頭肉牛折算成5頭豬”進(jìn)行換算。

4 小結(jié)

種養(yǎng)結(jié)合技術(shù)能夠有效地解決畜禽養(yǎng)殖糞便尤其是糞水難以消納的問(wèn)題，減少環(huán)境污染，節(jié)約化肥資源，提高耕地質(zhì)量，真正做到了糞水的資源化利用，利于畜禽養(yǎng)殖業(yè)的統(tǒng)籌布局和可持續(xù)發(fā)展。

基于N養(yǎng)分平衡原理進(jìn)行糞水還田量計(jì)算時(shí)，應(yīng)綜合考慮作物對(duì)磷營(yíng)養(yǎng)的需求特性以及土壤中的重金屬和抗生素是否存在超標(biāo)問(wèn)題，避免土壤的二次污染。

[1] 錢明，黃國(guó)禎．種養(yǎng)結(jié)合家庭農(nóng)場(chǎng)的基本模式及發(fā)展意義[J]． 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2012(19)：294-295．

[2] 農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所，農(nóng)業(yè)部沼氣產(chǎn)品及設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心． 沼肥：NY/T 2596-2014[S]．北京：中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部，2014．

[3] 張福鎖，王激清，張衛(wèi)峰，等．中國(guó)主要糧食作物肥料利用率現(xiàn)狀與提高途徑[J]．土壤學(xué)報(bào)，2008，45(5)：915-924．

[4] 農(nóng)業(yè)部科技教育司內(nèi)部資料《第一次全國(guó)污染源普查畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》．2009年2月．

[5] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局．畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)：GB 18596-2001[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化出版社，2001．

[6] 李登忠，楊軍香．畜禽糞便資源化利用技術(shù)-種養(yǎng)結(jié)合模式[M]．北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2016．

[7] http：//wenku．baidu com/ view/8dc0a89ba45177232e60a2db．html．

[8] 李祎雯，曲英華，徐奕琳，等．不同發(fā)酵原料沼液的養(yǎng)分含量及變化[J]．中國(guó)沼氣，2012， 30(3)：17-20．

2017-07-25）

山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016ZDJS11A07）。

孔凡克（1969-），男，副教授，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)和畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理技術(shù)研究。E-mail：kfk2000@sina.com。

*通訊作者：董仁杰（1964-），男，教授，主要從事生物質(zhì)能和有機(jī)廢棄物資源化利用研究。