丹麥畜禽糞肥利用對中國種養結合循環農業發展的啟示

隋 斌，孟海波，沈玉君，丁京濤，王 健

（1.農業農村部規劃設計研究院，北京100125；2.農業農村部資源循環利用技術與模式重點實驗室，北京 100125）

0 引 言

中國畜禽養殖糞污帶來的環境污染問題十分嚴重[1]。2010年公布的《第一次全國污染源普查公報》數據顯示，畜禽養殖業排放的污染物以化學需氧量計達到1268.26萬t，占農業源排放總量的96%，總氮和總磷排放量分別為102.48和16.04萬t，分別占農業源排放總量的38%和56%，全國有24個省份畜禽養殖場和養殖專業戶排放的污染物以化學需氧量計占到該省農業源排放總量的90%以上[2]。2015年中國畜禽糞污產生量已達38億t，綜合利用率僅為60%[3]。

近年來，中國致力于提高畜禽養殖廢棄物處理和資源化利用水平。習近平總書記在2016年中央財經領導小組第14次會議上提出，要解決好畜禽養殖廢棄物處理和資源化等人民群眾普遍關心的突出問題[4]。農業農村部大力實施畜禽糞污資源化利用型動，以畜牧大縣為重點，計劃到“十三五”末，基本解決大規模畜禽養殖場糞污處理和資源化利用問題[5]。目前，中國圍繞畜禽養殖污染防治及資源化利用出臺了系列政策法規及標準，資源化利用技術裝備研發水平不斷提高，畜禽養殖污染治理工程專項投入不斷增加，有效促進了種養結合循環發展，但仍然存在現有的政策法規體系不完善、種養不銜接不配套、畜禽糞肥利用技術裝備仍然難以滿足需求等問題[6-7]，制約了中國糞污資源化利用。

丹麥地處北歐地區，農業高度發達，丹麥的畜牧業產值占農業總產值的90%，所生產的畜產品2/3供出口，有“歐洲食櫥”、“豬肉王國”的美稱[8]。丹麥在畜禽糞污資源化利用方面具有較為先進的技術、管理與政策法規，所建立的畜禽糞污資源化利用體系均與本國資源稟賦與產業發展特點相適應。2016年，丹麥生豬出欄量為3166萬頭，奶牛存欄量57.2萬頭，肉牛出欄量53.9萬頭，年產糞肥量為4.6×107t[9]。經過多年努力，丹麥已經建立起了包括政策法規、技術裝備以及應用模式等完善的糞肥利用體系，在保證畜牧業健康發展的同時，促進了種植業的發展，實現了種養平衡、循環發展，其成功經驗值得中國學習借鑒。筆者通過實地調研，系統研究了丹麥畜禽養殖糞肥利用技術體系，對丹麥糞肥利用的理念、法律法規、技術裝備、成熟模式進行了綜合分析，以期為中國畜禽糞污的資源化利用和種養循環農業發展提供借鑒。

1 丹麥糞肥利用基本原則與主要成效

20世紀60年代開始，歐美各國因化學氮肥在農業中的施用和畜禽養殖產生的氨氣和糞污的排放，導致地下水和地表水的硝酸鹽污染，由此引發的“藍嬰癥”受到普遍重視[10-12]。丹麥是畜禽養殖大國，推進糞肥的科學利用，不僅可以防治由其導致的環境污染，更能替代部分化肥，達到一舉兩得的目的，對生態環境的保護非常有利。因此，丹麥政府從20世紀80年代開始，立法規范畜禽糞污的還田利用，到2017年，丹麥糞污氮素的利用率已經從1980年的20%提高到了45%[13]。

丹麥法律規定養殖場必須滿足“和諧原則”（harmony rules），這是丹麥在糞污產生、管理與利用的各個環節制定嚴格的規范和立法的基本原則[14]。“和諧原則”即是貫徹種養平衡、按需施肥的思路，其核心內容是糞肥需施用于正在種植農作物的并需要肥料的農用地中，糞肥的施用量不能多于農作物生長所需的量，同時，養殖場還需根據作物對養分的需求及生長周期，結合土壤的養分狀況，嚴格測算肥料用量，確定合理的施肥方案，以保證在作物最需要肥料的生長階段能獲得足夠的肥料。如果養殖場需要增加養殖規模，須購買更多的農用土地或與其他農用土地所有者簽訂糞肥施用合同方可擴大規模。

基于“和諧原則”，丹麥農業部門制定了一個換算因素即動物單位（animal unit，AU），1 AU相當于平均1頭奶牛1 a的糞便產生量，即相當于糞肥中年氮素產生量為100 kg，以此來計量不同種類的畜禽養殖對環境的影響。規定每個農場擁有的家畜數量不能超過500個動物單位，每個單位分別相當于1頭奶牛或3頭種豬和30頭生豬，或是2 500只肉雞一年的產糞量。歐盟規定養殖場必須要有1 hm2種植農作物的土地才能飼養1.7個動物單位的動物，同時也允許其成員國設定更高的環保標準。2002年，丹麥決定對養豬業制定更加嚴格的標準，即1 hm2種植農作物的土地才能飼養1.4個動物單位的動物。目前，只要農場養殖規模擬擴大到250個動物單位，相關機構就會對該農場環境進行全面評估，評估結果將決定農場能否擴大規模[15]。

通過環境保護立法和多年的糞肥還田實踐，截止到2017年年底，丹麥化肥使用量較20世紀90年代降低了60%，農產品品質提高且產量保持穩定[16]，地下水水質指標由最差時的3～4類提升至2～3類水質，實現了糞肥科學利用和化肥有效減施，切實改善了生態環境。

2 丹麥種養平衡的生產模式與主要技術方法

2.1 種養平衡生產模式

為在一個農場內實現完整的營養循環鏈，丹麥法律規定一定的家畜允許養殖量須對應一定的農場土地面積。丹麥政府規定所有畜禽糞便應施用于農用地，農場應根據畜禽糞便特性（見表1）以及不同作物對氮、磷、鉀的需求量（表2）制定糞肥施用標準，其中氮素的使用量為強制性標準，磷、鉀為推薦性標準。除了根據不同作物的營養需求核定肥料允許施用量之外，丹麥政府還根據土壤檢測結果對氮、磷、鉀的施用量進行調整，校正營養元素實際需求量，如果糞肥中磷、鉀元素不能滿足植物需求，則施用相當量的化學肥料進行補充。據此，根據飼料、飼喂方式等各種條件，對各種飼養動物所產生的氮素進行精確地計算，同時結合作物氮素需求量，計算出農用土地所能容納的動物飼養量，始終保持種養平衡。

以1 hm2油菜種植為例，按照氮素使用強制標準，所需氮素量為190 kg。丹麥《有機肥/無機肥使用條例》規定，每公頃氮施用量應低于經濟作物最佳需求的90%，以達到環境保護和農業產量的平衡，同時推薦糞肥與無機肥的氮素提供量在4:3為最佳比例，即糞肥提供氮素的比例在60%左右。因此，由糞肥提供的氮素總量為：190 kg×90%×60%=102.6 kg。以糞肥中作物可利用的氮素質量分數為75%計算，其所允許飼養的動物單位數量（AU）為：102.6 kg÷75%÷100 kg/AU=1.37 AU。所得結果與丹麥規定的每公頃飼養量為1.4個動物單位基本相符。

丹麥政府制定的施肥指導方案中，還提供了不同季節、不同施肥方法的氮素利用率（表3），據此可選擇推薦的施肥季節、施肥方法和糞肥種類。另外，規定未經處理的畜禽糞肥不得施用于直接食用的作物；如果糞肥施用到放牧草地，施用前糞尿需儲存至少60 d，并且放牧活動應推遲30 d。糞肥必須在每年春耕前施用（4月），而不能在冬小麥播種前后（10月）施用，以減少施用過程中的養分向周邊環境排放而造成環境污染；距居民區200 m內的區域禁止施用糞肥，節假日不能施用糞肥，從作物收獲到第二年2月1日之間不應在棕色土壤上施用糞肥，有冬季作物或牧草覆蓋的大田，糞肥的施用可以推遲到10月20日，但盡量避免將糞肥施用到凍土、融雪的土壤中，還應避免在降雨前施用[19]。

表1 丹麥畜禽糞肥特性[13]Table 1 Typical properties for manures and slurry in Denmark

表2 作物主要營養元素需求量[13,17]Table 2 Main nutrients demand of crops

表3 丹麥推薦的不同季節及施肥方式下液態糞肥的氮素利用率[13,18]Table 3 Recommendation of nitrogen use efficiency in liquid manure under different seasons and application methods in Denmark %

2.2 畜禽糞污中氨減排技術

養殖舍內氨濃度較高將對畜禽生長產生不利影響，丹麥的部分豬場曾有過全漏縫地板，但新建豬場已不再允許使用全漏縫地板，單個豬位的設置，一般豬頭部所對的半側是實心地板，尾部所對的半側是漏縫地板，這樣大部分糞便可直接進入暫貯池[21]。丹麥通過減少動物排泄物的漏縫地板面積，并將漏縫地板下的糞污收集系統改為“V”字形構造（圖1），有效地降低了糞尿貯存表面積，這項措施可減少15%～25%的氨排放。此外，丹麥研發了糞漿冷卻處理工藝以降低氨排放強度，糞漿冷卻可以減少氨排放30%。

圖1 “V”字形糞污收集系統Fig.1 V-shaped manure collection system

由于液體糞便在貯存過程中會揮發大量的臭氣物質，其中以氨氣為主，為防止污染環境和液體肥料肥效降低，糞漿酸化處理技術在丹麥應用較為廣泛[22]。該技術主要是使用一定量的純度為95%的工業硫酸與糞漿混合（圖2a），使糞漿的pH值降到5.5以下，可減少氨氣排放70%以上，且經過酸化的糞水可以回用于沖欄，減少養殖舍的氨排放強度。糞污經酸化后進入貯存池（圖2b），貯存池的容量按照9個月的貯存時間設計，另外要考慮降雨和地表徑流匯入的容量。貯存池主要部分在地面以下，上部高于地面2 m以上，多為圓柱形結構，貯存池的材料要求不透水、抗壓、耐腐蝕。如果貯存池與周邊居民距離小于300 m，則需要對貯存池頂覆蓋或對糞污表面覆蓋。若貯存池覆頂，氨氣排放量可降低約95%～98%，成本增加(以噸糞污計，下同)1.8歐元/t；如果對糞污表面覆蓋，可采秸稈、懸浮PVC顆粒等材料，氨排放量可降低約80%，其中秸稈覆蓋成本為0.25歐元/t，懸浮PVC覆蓋成本為0.625歐元/t[13]。

圖2 糞污酸化系統和糞污貯存池Fig.2 Acidification system and storage tank for slurry

丹麥特別重視糞污施用時降低氨排放，對糞肥施用方式都作了詳細的規定。政府規定畜禽糞肥一般在6～12 h之內翻耕施入土壤，以便將氨氣的排放量降到最低并且有利于保證衛生。糞水施用方式主要包括表面噴施（broadcast spreading）、軟管施用（trailing hoses）、注入式施用（injection）、半注入式施用（trailing shoe）4種，4種糞水施用特點見表4，施用方式示意見圖3。目前丹麥已禁止采用表面噴施方式，各種施肥方式均已實現機械化，施肥車上裝載有糞肥自動在線監測系統，可實時監測糞肥養分含量，按需施肥。

表4 四種主要的糞水施用方式特點[18,23]Table 4 Review of characteristics of four main slurry application methods

圖3 四種主要的糞水施用方式示意圖[13]Fig.3 Illustration of principles for four major types of slurry application methods

3 丹麥糞肥利用基本經驗與啟示

3.1 先進理念引領科學發展

丹麥是全世界養豬業最發達的國家之一。1982?1988年，丹麥的地下水受氮素污染較嚴重，因此丹麥政府注重面源污染控制，杜絕過度施肥，同時控制氨揮發；從1988年至今，丹麥始終堅持這一理念，高度重視環境保護和種養平衡，在糞肥的儲存、施用全過程中，都嚴格控制污染物（液態、氣態）的排放。畜禽養殖場將種植業和養殖業有機結合，其中作物肥料和灌溉用水來自無害化處理后的畜禽糞便和沖洗廢水，在減少經營成本的同時，保持了種養平衡。農場優先考慮將畜禽糞便作為肥料來源，糞肥施用量不能高于農作物生長所需要的量，不足部分再添加化學肥料，限定了每公頃耕地氮肥的最大施用量及最佳施用時間，畜禽糞肥必須有足夠的耕地予以容納，如果需要擴大養殖規模，要購買更多的耕地或與其他耕地所有者簽訂糞肥施用合同。從20世紀90年代以來在限定了肥料的允許施用量之后，丹麥的作物產量不僅沒有下降，反而略呈上升之勢。

中國畜禽養殖污染防治起步較晚，在2000年前，隨著畜禽養殖業規模化、集約化的發展，養殖企業多參照工業企業污染防治模式，采用工業化處理模式進行畜禽糞污處理后達標排放，但因這種處理方法投資成本高、運行困難、操作難度大，實際生產中沒地很好的運行，因此并未從根本上解決糞污處理問題。近些年，養殖企業逐漸認識到畜禽糞便是放錯位置的資源，可以作為糞肥還田利用。中國是農業大國，種植業發達，化肥過度施用可造成土壤板結和環境污染，畜禽糞肥還田利用，不僅可以有效處理畜禽養殖污染物，還可解決化肥過量施用問題。遵循“種養平衡、循環利用”的理念，實現物質與能量的循環，已成為當前中國解決畜禽養殖污染的理想出路。丹麥糞污種養平衡資源化全過程污染控制的理念對中國正在推進的種養循環農業具有重要的借鑒作用。

3.2 完善的法規體系規范行業行為

丹麥淡水資源完全是地下水，而且一般不經處理就直接送達用戶。為了保護地下水資源免受畜禽糞便污染，從1988年開始，丹麥嚴格執行歐盟在控制畜禽養殖環境污染方面出臺的系列法規及政策，主要有《水框架指令》《硝酸鹽法令》、歐盟共同農業政策（Common Agricultural Policy，CAP）、良好農業規范（Good Agricultural Practices，GAP）、《農業環境條例》等。同時，丹麥根據自身情況需要，制定了“NPO計劃”、《水環境行動方案》《流域管理計劃RBMPs》以及糞污管理和利用等方面的法律法規，涵蓋畜舍規范化建設、畜禽糞污儲存及施用全過程，以嚴格的法律法規約束手段和多種政策鼓勵措施相結合的方式，促進糞污資源化利用。丹麥法律規定養殖場必須在中央畜牧管理登記處登記，在新設、擴建或變更畜舍、糞尿貯存設施時必須事先報告。政府立法規定土地載畜量，所有養殖場必須滿足“和諧原則”。每戶農民所施用畜禽糞便、化肥的數量和時間，要通過互聯網向丹麥農業部報告，并接受技術顧問的指導和監督。政府每年隨機抽取養殖場的深井水樣進行糞便污染檢測，并實時把監測水質報告發布在網絡上，若發現養殖場畜禽糞便管理違反要求甚至對周圍環境造成污染，將交由環保部門對其污染事故進行相應處罰。

目前，中國畜禽養殖糞便處理及資源化相關法規體系仍需完善。2013年之前，僅有《中華人民共和國畜牧法》《中華人民共和國水污染防治法》《畜禽養殖污染防治管理辦法》對畜禽糞便污染防治做了相關規定，將畜禽糞便作為一種污染物進行防治和處理，認為糞污還田必須達到農田灌溉水標準，甚至還有觀點認為畜禽糞污還田是污染排放過程[24-25]。然而這種觀點近年來得以扭轉，2014年實施的《畜禽規模養殖污染防治條例》中明確提出，畜禽糞污經過無害化處理后，在與土地的消納能力相適應的前提下，可作為肥料還田。2015年之后，中國制定出臺了一系列畜禽糞污資源化利用政策，加快推進畜禽糞肥還田利用，主要有《國務院辦公廳關于加快推進畜禽養殖廢棄物資源化利用的意見》《農業部關于打好農業面源污染防治攻堅戰的實施意見》《到2020年化肥使用量零增長行動方案》《開展果菜茶有機肥替代化肥行動方案》《畜禽糞污資源化利用行動方案（2017—2020年）》《畜禽糞污土地承載力測算技術指南》《畜禽規模養殖場糞污資源化利用設施建設規范（試行）》等。但與畜牧業快速發展相比，與種養平衡的實際需要相比，還有大量的工作要做，需加大標準規范的研究制定工作，并且要嚴格執行。丹麥通過立法嚴格限制化肥使用量，平衡肥料中氮、磷、鉀的比例，詳細的糞肥管理政策法規切合實際、尊重科學、循序漸進，執行效果較好，值得借鑒。

3.3 技術研發追求精益求精

丹麥十分重視畜禽糞肥利用技術裝備的研發和推廣。在丹麥，每個養殖場基本上都配備了一套糞肥處理設施，包括沉淀池、曝氣池、抽送和攪拌設備、液肥施肥車和固體肥料拋撒車等。同時，結合實際大力推廣糞肥精準施用技術。目前，丹麥奧胡斯大學正在深入開展生物空氣凈化畜舍的研究工作，減少豬舍的氣味對當地環境和農場工作人員的影響。該養殖環境模擬實驗室總投入經費260萬歐元（約2000萬元人民幣），可以完全模擬實際養殖生產環境，具備研究從養殖飼喂到糞污處理各環節的試驗條件，同時配備有氣體自動監測與采集系統，可實現全方位實時氣體污染監測。Samson作為丹麥最大的設備公司，具備較強的研發能力，專注于農用機械生產，建立了研發、設計、生產、銷售、服務農戶等完整的鏈條，該公司生產的專用施肥罐車可依據當地的土壤養分含量和多年的施肥數據實現精準施肥，產品已出口30多個國家。

糞肥利用涉及儲存、處理、運輸、科學施用等多個環節，只有解決了各環節的關鍵技術問題，才能實現合理有效利用，避免產生污染。目前，中國畜禽糞肥就地就近科學儲存技術裝備研究不夠，處理及資源化過程污染物控制技術還不成熟，高效輸送成套裝備推廣不足，糞肥施用比較粗放、缺乏技術標準。丹麥注重對全鏈條各環節的技術研發，加強各環節間銜接配套和推廣應用，在每個環節的技術研發上都追求精益求精，同時，非常注重產學研緊密結合，圍繞生產實際需要，研發推廣適用的先進技術，并提供保姆式全程服務，很值得學習。

3.4 成熟模式提升綜合效益

丹麥的畜禽糞肥利用模式十分成熟，主要包括3類模式。一是“牛床墊料+還田利用”模式，由于丹麥大多數養殖場為家庭農場經營，農場里除了養殖場外，還會配套相應的農田，在遵循糞肥施用“和諧原則”前提下，糞肥可替代部分化肥施用于農田，做到循環利用。二是“酸化貯存+還田利用”模式，該模式是將畜禽養殖糞水酸化處理，達到保留糞水氮素含量、減少氨排放的目的，酸化后的糞水經過9個月的貯存后，可直接還田利用。三是“沼氣工程+還田利用”模式，丹麥近10%的糞便采用沼氣工程進行處理，沼氣多用于發電，可以享受免稅政策，沼渣沼液經過貯存處理后還田利用。此外，丹麥注重加強農民培訓，使得成熟的技術模式易于接受，推廣較快。

當前，中國相關機構已經提出“糞污全量收集還田利用模式”“糞污專業化能源利用模式”“固體糞便堆肥利用模式”“異位發酵床模式”“糞便墊料回收模式”“污水肥料化利用模式”和“污水達標排放模式”等7種畜禽糞污資源化利用模式[26]。這些模式還存在核心技術成本較高、推廣應用難等問題，應進一步加強對農民的培訓和指導，并根據不同區域的土壤理化性質、水源情況、畜禽糞污的養分組成等特點，不斷地總結完善，建立起區域化畜禽糞污資源化利用模式，推進畜禽糞污的全量與精準利用，提升種養業綜合效益。

4 結論

丹麥已形成完善的糞肥利用體系，可做到種養平衡和按需施肥，在科學理念、法規體系、先進技術和成熟模式等方面處于國際領先地位。“和諧原則”是丹麥在糞污產生、管理與利用的各個環節制定規范和立法的基本原則。丹麥通過立法嚴格限制化肥使用量，制定的詳細的糞肥管理政策法規切合實際、尊重科學、循序漸進，執行效果較好；同時，丹麥注重對糞肥利用全鏈條各環節的技術研發，并注重產學研緊密結合，并提供保姆式全程服務，形成了成熟的畜禽糞肥利用模式。

中國畜禽糞污產生量大，隨著畜禽養殖業規模化、集約化的發展，種養不平衡導致了嚴重的環境污染問題。中國畜禽養殖業已進入高質量發展階段，應該充分學習借鑒丹麥在糞肥利用方面的成功經驗，遵循種養平衡、循環發展的理念，從政策法規、技術研發、模式推廣等方面構建起完善的糞肥利用體系，發展種養循環農業，促進中國農業綠色發展。

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