我國畜禽養殖糞污產生量及其資源化分析

武淑霞，劉宏斌，黃宏坤，雷秋良，王洪媛，翟麗梅，劉申，張英，胡鈺

（1.中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所，農業農村部農業面源污染控制重點實驗室，北京 100081；2.農業農村部農業生態與資源保護總站，北京100125；3. 航天信息股份有限公司，北京100195；4.農業農村部農村經濟研究中心，北京100810）

一、前言

隨著生活水平的提高，畜牧業迅猛發展，畜禽養殖在為人們提供肉蛋奶的同時，也產生了大量的廢棄物，成為我國農業面源污染的主要來源[1]，也是發達國家和發展中國家共同關心的問題。早在20世紀六七十年代，世界上許多畜牧業發達的國家和地區，就出現了畜禽糞便污染問題[2～4]。在畜禽高度密集的地區，畜禽廢棄物已成為主要的環境污染源。例如，英國每年有8×107t畜禽糞便需要處理，其中可回收利用119 000 t磷。荷蘭南部地區畜牧業密集度最高，結果造成畜禽糞便量大大超過農田畜禽糞便承載量，從而引起糞便硝酸鹽污染。據報道，荷蘭每年糞便總產出量為9.5×107t，其中過剩1.5×107t；比利時每年糞便總產出量為4.1×107t，過剩8×106t；法國的布列塔尼省集中了全國集約化畜牧業的40%，該地區從20世紀80年代初只有一個地區飲用水硝酸鹽含量超過飲用水標準，逐步發展到2005年6個地區飲用水超標，21個地區接近超標；在美國，畜禽養殖場產生的廢棄物是人類生活廢棄物的130多倍，嚴重威脅著當地的生態環境。在中國，畜禽糞便堆存量大、環境影響廣泛，畜禽糞便利用率低。在我國部分地區，畜禽糞尿污染已超過城鄉結合帶居民生活、農田氮磷流失等對環境的影響，是造成許多重要水源地、江、河、湖等水體嚴重污染的主要原因之一[5]。

畜禽養殖糞污在不合理排放造成環境污染時被認為是污染物，但如施入農田作為農業生產肥料而被作物吸收利用時就變成了資源，可以替代化肥為作物持續提供營養，并能提高土壤有機質。畜禽糞污產生量是畜禽糞便污染治理和資源化利用的基礎和前提。本文在計算我國畜禽糞污的產生量基礎上，對其資源化、耕地承載力等熱點問題進行了分析和討論。

二、我國畜禽糞污產生量現狀

（一）畜禽養殖糞污產生量的計算方法

近十幾年來，關于我國及各地區畜禽糞便排放量及其對環境影響評價的研究較多，排污系數法為當前所普遍采用的估算方法[6,7]。目前雖然很多資料對各種畜禽的畜禽糞尿發生總量和氮、磷產生系數進行了估算，但是差異很大。造成差異的原因主要有：畜禽種類不齊全，大多數只選取豬、牛、雞、鴨，而其他畜禽未統計；畜禽糞便的產排污系數和飼養期的選取與確定存在差異；有些研究中未區分畜禽出欄量和存欄量，或存在錯算、漏算的問題；而有些研究中同時計算同一種畜禽的出欄量和存欄量，又存在重復計算的問題；近幾年畜禽養殖方式由原來的農戶散養變成如今的規模化、集約化養殖，因此畜禽養殖污染也發生巨大變化；牲畜日排糞量和日排尿量因品種、年齡、體重、飼料、地區、季節等不同而有差異，例如，隨著飼料配方日漸合理，牲畜有排糞減少、排尿增多的趨勢；取樣方式和鮮樣的含水量等影響也很大，按干重和濕重不同的估算方式會有差別。

本文中的畜禽糞污量計算沿用農業農村部2013年針對我國畜禽糞污計算時所采用的方法。全國及各省畜禽統計數據來自《2015年中國農業統計資料》，畜禽種類選取對農業生產及環境影響較大的豬、牛、禽和羊，分別采用生豬出欄數、奶牛存欄數、肉牛出欄數、家禽存欄數、羊存欄數進行計算，畜禽糞尿、氮磷產污系數主要參照2009 年《第一次全國污染源普查－畜禽養殖業源產排污系數手冊》[8,9]，生豬年排污量根據萬頭豬場仔豬、育肥豬和母豬的構成比例及相應的產污系數進行計算，奶牛產污系數采用育成牛和產奶牛的平均值計算，奶牛、肉牛、蛋禽、羊的養殖天數為365天，家禽年糞便產生量計算采用3/4家禽養殖50天、1/4家禽養殖365天計算。據農業農村部調查，生豬年污水產生量為5.26 t/頭，牛年污水產生量為0.46 t/頭，家禽污水產生量為0.001 t/羽。

（二）畜禽糞尿產生量

2015年全口徑統計測算全國生豬、奶牛、肉牛、家禽和羊的糞污產生量為5.687×109t，其中新鮮糞便產生量約為1.019×109t，尿液約為8.9×108t，沖洗污水約為3.778×109t。在2007年我國開展第一次全國污染源普查中畜禽養殖業源普查口徑為：生豬出欄50頭以上，奶牛存欄5頭以上，肉牛出欄10頭以上，蛋雞存欄500羽以上，肉雞出欄2 000羽以上，肉羊未納入普查范圍。按照此劃分標準，我國畜禽規模化養殖生豬所占比例為69.9%，蛋雞所占比例為81%，肉雞所占比例為85.6%，奶牛所占比例為57%，肉牛和肉羊未見相關數據，分別采用50%和80%進行計算。從而得出我國2015年規模化畜禽養殖糞污產生量為3.834×109t，其中新鮮糞便為6.36×108t，尿液為5.65×108t，污水為 2.633×109t。

單從不同畜禽種類上看，2015年我國畜禽糞尿產生量約為1.91×109t，其中豬、牛、禽和羊的糞尿產生量分別為6.5×108t、9.2×108t、9×107t和2.5×108t，分別占總產生量的33.9%、48.3%、4.7%和13.1%。在同時考慮污水排放的情況下，全口徑畜禽養殖糞污產生量為5.687×109t，其中豬排污總量為4.37×109t，占76.8%，牛排污總量為9.7×108t，占17.1%，而禽排污總量為9.639×107t，占1.7%，羊排污總量為2.5×108t，占4.4%。

從區域分布看（見圖1），畜禽糞尿產生量（不含污水）以河南省最多，其次為四川省、湖南省、山東省，均超過1×108t，產生量在5×107～1×108t間的省（區）有11個，從大到小依次為云南省、湖北省、河北省、廣西省、黑龍江、內蒙古、遼寧、廣東、吉林、江西和貴州，小于5×107t的省（市、區）有16個，以上海、北京、寧夏糞尿產生總量最小，不足1×107t，其他省的糞尿產生總量均在1×107～5×107t。

圖1 2015年我國各省畜禽糞尿產生量

從不同畜禽種類糞尿產生量所占比例可以看出（見圖2），在浙江、江蘇、上海、福建、廣東、重慶，豬糞尿所占比例最高，超過60%。湖南、湖北、安徽和北京豬糞尿產生量占50%～60%，在這些區域，需要加強對豬糞尿的處理和利用。牛糞尿占比較高的區域主要發生在我國西部和北部的地區，超過60%的有10個省（區），主要包括西藏、青海、寧夏、內蒙古、新疆、甘肅、黑龍江、貴州、吉林和云南，牛糞尿比例在50%～60%的省份有6個，為河南、山西、河北、海南、廣西和四川，其余15個省份牛糞尿比例則小于50%，以江蘇、浙江比例最低，僅為10%～11%。禽糞在畜禽糞尿中所占比重較高的省份為江蘇、山東、浙江、安徽、福建和遼寧，均在10%以上，其他省份所占比例則較低。

三、畜禽糞尿養分資源分析

（一）畜禽糞便資源現狀

我國畜禽養殖發展迅速，與建國初期相比，2016年大牲畜、豬、羊、禽的年末存欄數分別增加了1.98倍、7.53倍、7.11倍和27.96倍。與世界其他國家相比，我國生豬的存欄量及出欄量均居世界第一位，約占世界總量的一半。

利用第一次全國污染源普查成果《畜禽養殖業源產排污系數手冊》計算了我國畜禽糞尿中氮、磷的含量。從總量上看，在不計污水的情況下，我國豬、牛、羊、禽糞尿資源中氮、磷產生量分別為1.229×107t和2.046×106t，各省（市、區）產生量分別如圖3所示，以河南省產生量最高，其次為山東、河北、四川、湖南等省。

圖2 2015年各省不同畜禽糞尿產生量比例

圖3 我國各省（市、區）畜禽養殖氮、磷產生量

在養殖方式上，也從以前的散養為主開始向規模化和集約化發展，21世紀初，規模化養殖場初具規模，約有5萬余個。近十幾年來規模化發展更為迅速，尤其是規模化養豬場的發展最為迅速。畜禽養殖的規模化有利于采用先進設備對糞污進行處理，進而促進畜禽糞便資源化利用的機械化和工廠化水平，提高了畜禽糞便資源量。

（二）畜禽糞便資源化利用方式

我國是養殖大國，生豬的存欄量及出欄量均居世界第一位，同時也是種植大國，種養結合不僅可以提高土壤質量，減少化肥投入，同時還能減輕畜禽養殖對環境造成的污染。促進畜禽糞便廢棄物的綜合利用，已成為中國養殖業發展亟待解決的重要問題之一，有利于緩解突出的環境問題，促進循環農業的實現，有利于資源節約及環境保護。畜禽糞便經過“減量化、無害化、資源化”處理，轉換為肥料、飼料或能源，不僅可消除其對環境的影響，還可產生較大的經濟價值和社會效益。

1. 畜禽糞便肥料化

畜禽糞便中含有豐富的有機物和氮、磷、鉀及多種微量元素物質，能夠為作物生長提供營養，并培肥地力，是一種優質的有機肥源。較早的資料記載表明，我國在建國初期就提倡“大建田頭肥庫，大漚優質肥料”，其中畜禽糞尿就是最好的原料[10]。畜禽糞便肥料化是其資源化的最主要途徑。

我國畜禽養殖方式在改革開放以前多為散戶飼養，所產生的糞尿作為農家肥就近施用到農田，主要是一家一戶堆漚模式。隨著人們生活水平的提高，對肉蛋奶供應的需求不斷增長，越來越多的規模化養殖場出現在大中城市近郊，在畜禽糞便肥料化處理方式上也開始發生轉變。

傳統堆肥技術由于占地面積大、周期長，不能控制畜禽糞便臭氣等缺點，限制了其在規模養殖下的應用與推廣。而工廠化生產模式的高溫好氧堆肥以其有機物分解速度快、發酵時間短、最大限度殺滅病原菌等優點成為畜禽糞便堆肥的首選方式。高溫好氧堆肥是有機物在一定條件下，依靠微生物的相互協同作用，通過高溫發酵分解轉變為肥料的技術，這期間合成的有機物腐殖質等能作為提高土壤肥力的重要活性物質。這是當前畜禽糞便資源化利用相對成熟的技術模式。據農業農村部不完全統計[11]，截至2015年我國有機肥生產企業達2 961個。當前，在我國規模化畜禽養殖場的畜禽糞便處理模式中，儲存農用和生產有機肥的比例均在 65%～75%[12]。

2. 畜禽糞便能源化

畜禽糞便還可以作為一種生物質能源，經過開發利用，可以節約和替代原生資源，減少對不可再生資源的依賴，實現資源可持續利用。畜禽糞便能源化以在較大規模的養殖場所進行的沼氣工程為主體，以能源生產為目標，通過對畜禽糞污等養殖廢棄物進行厭氧發酵，能夠分解畜禽糞便中的大部分有機物，所生產的沼氣可以作為能源用于燃燒發電，沼氣工程中的副產品沼渣、沼液可作為肥料還田利用，最終實現沼氣、沼液、沼渣綜合及有效利用。

隨著畜禽糞便原料型沼氣生產技術的不斷發展，在農村能源需求增長、規模化養殖快速發展以及環境治理壓力加大等驅動因素下，畜禽糞便原料型沼氣工程得到了國家政策的大力推動及經費上的大力支持并迅速發展。在發展畜禽養殖業的同時，將糞污通過沼氣發酵處理 “變廢為寶”，獲得生活、生產能源和有機肥料，進行資源化利用。總之，利用沼氣技術對污水進行綜合處理，不但可以解決規模化畜禽養殖帶來的污染問題、消除規模化畜禽養殖與環境保護的矛盾，還可以對污水進行資源化利用，在取得生態效益的同時獲得可觀的經濟效益，是保護農業自然資源，優化生態環境，促進現代化養殖業的好辦法。在我國規模化畜禽養殖場的畜禽糞便處理模式中，當前糞便生產沼氣的方式與肥料化相比仍然少得多，全國占比僅在1%左右[12]，有較大的發展空間。

3.畜禽糞便飼料化

由于畜禽糞便含有豐富的粗蛋白，粗纖維、純蛋白、粗脂肪，以及礦物質元素如鈣、磷等，畜禽糞便再生飼料化成為畜禽糞便資源利用的途徑之一。雞糞的飼料化價值最高，一方面是因為雞飼料營養成分較全，另一方面是雞的自身結構導致飼料在消化道里停留時間短，雞對飼料的消化吸收率低，因而雞糞的營養物質含量也較高。雞糞再生飼料可用于飼喂雞、豬、牛、羊等多種畜禽。豬糞再生飼料也較多地用于反芻動物，由于反芻動物特有的消化能力能有效利用這種飼料。用豬糞喂豬通常應該控制在15%左右的比例，太高會影響豬的生長。另外，加工后的畜禽糞便再生飼料還可以用于水產養殖等。有些魚類利用動物糞便的能力很強，如熱帶魚、鰱魚、鯰魚和羅非魚等，通過控制動物糞便養分流量，實現繁殖速生魚的最佳條件。

畜禽養殖糞便再生飼料大幅度地降低了養殖業肉類、奶類和其他畜產品的成本。畜禽糞便再生飼料的制作方法包括干燥法、發酵法（又可分成厭氧發酵、充氧發酵和青貯發酵等）、熱噴處理法、物理方法、化學方法等[13]，有時也可以和其他物質配合直接用來飼養反芻動物、魚、蠅蛆等，來增加動物蛋白質飼料資源。

四、畜禽糞污農田利用現狀分析

（一）農業生產有機肥施用比例調查

盡管畜禽糞污作為肥料施用已經有近千年的歷史，也積累了大量關于有機肥具有培肥地力、提高土壤質量等方面的研究，與化肥相比，有機肥的推廣難度要大得多。這是由于畜禽糞便作為有機肥具有體積大、不易運輸、施用時費工、費力等特性，而在我國以小農戶為主體的農業生產中，尤其是農村大量年輕勞動力涌向城市和工廠，在務農的人群以婦女和老年人所占比重較大的情況下，有機肥的推廣還有很大的空間。

根據農業農村部對全國23 706個典型地塊的最新調查，種植糧食作物施用了有機肥（主要為畜禽糞便等糞肥，不含秸稈等有機肥）的田塊比例合計為19.1%，其中水稻、小麥、玉米、甘薯和馬鈴薯分別為11.9%、34.5%、20.5%、31.7%和48.2%；經濟作物施用有機肥的田塊比例約占36.9%，其中，花卉、果樹的有機肥施用比例均在50%以上，甘蔗、甜菜、煙草、茶、桑類作物施用有機肥的地塊約占調查地塊的30%～40%，棉花、油菜及其他油料作物則較低。瓜果蔬菜施用有機肥的田塊比例較高，其中根莖葉類蔬菜和瓜果類蔬菜分別為56.1%和56.4%，水生蔬菜較低，為24.6%（見圖4）。

調查結果表明，在當前農業生產中仍有大量種植糧食作物和部分經濟作物的地塊沒有施用有機肥，有機肥替代部分化肥的工作仍需進一步加強。我國近年來對促進和引導農民使用有機肥出臺了一些補貼政策和措施，部分地方政府如北京、上海、江蘇等省市也出臺了有機肥補貼政策，開展有機肥替代化肥試點工作等，這些措施較為有效地推進了畜禽糞便的還田利用。

圖4 不同作物施用有機肥的田塊比例

（二）農用耕地畜禽糞尿承載力水平現狀

目前已有大量文獻對于單位耕地面積的畜禽糞便承載力進行了評價。國內有學者[6]提出耕地能夠承載的畜禽糞便為30 t/hm2左右，歐洲畜禽糞便的施用量限值為35 t/hm2。畜禽糞便年施用量與土壤質地、肥力和氣候等自然條件有關，綜合考慮這些影響因素，歐洲將糞肥年施用量的限量標準定為170 kg N/hm2，超過這個極限值將會帶來硝酸鹽的淋洗；土壤的年施糞便磷量不能超過35 kg/hm2， 過量會引起土壤磷的淋洗，造成環境污染[14]。國內有學者[15]根據我國的情況，認為單位耕地氮或磷最大可施用量分別為150 kg N/hm2和30 kg P/hm2。據沈根祥等[16]的研究結果，糧食作物氮、磷年平均需求量分別為219 kg N/hm2和63 kg P2O5/hm2。另外，在評估耕地和果園對畜禽糞便承載力時，應考慮化肥施用的影響。

綜合以上因素，本研究采用每公頃耕地能夠承載的畜禽糞便量上限為30 t/hm2，單位耕地氮、磷最大可施用量分別為150 kg N/hm2和30 kg P/hm2，超過該限定值，則認為畜禽養殖超過單位耕地面積承載力。

從圖5中可以看出，我國單位耕地面積的畜禽承載量有16.1%的省（市、區）超過30 t/hm2糞污限制值，這些地區主要為西藏、北京、廣東、福建和湖南。以單位耕地氮承載力來計（見圖6），則有10個省（市、區）超過了150 kg N/hm2，分別為北京、西藏、廣東、天津、山東、湖南、福建、河南、江西和海南；其中，除海南、河南、湖南和江西外，其他6省（市、區）及遼寧的單位耕地磷承載力超過了30 kg P/hm2。為保障國家糧食安全、提高人們營養健康水平，我國畜禽養殖產品仍呈持續增長勢頭。在很多地區資源短缺、環境承載力超負荷的情況下，做好畜禽糞污資源化、減少對環境的污染，成為我國養殖業可持續發展中必須面對并解決的重大問題。

圖5 各省（市、區）耕地均畜禽糞便產污量

圖6 我國各省（市、區）耕地均畜禽全氮、全磷量

五、畜禽糞污資源化中的問題及建議

（一）開展清潔生產，提高糞污利用率

畜禽養殖糞污能夠被利用則成為資源，而當不合理排放到水體中時，就變成了污染物。規模化畜禽養殖場采用的清糞工藝主要是水沖糞、水泡糞和干清糞工藝，養豬場以這三種工藝為主，養雞場和養牛場以干清糞為主。對于水沖糞工藝，由于排出的糞水含水率高（95%～98%），肥料化的難度較大，其運輸、貯存和施用都不方便。分離糞水的工藝復雜，并且所分離出的固體糞便養分含量低，作為肥料的價值也較低。

清潔生產是從源頭控制開始，以預防為主，將污染物盡可能消除在它生產之前。在人力、物力和財力允許的情況下，優化飼料配方，提高飼養技術，采用能夠減少畜禽養殖污水產生量、降低處理難度、節約處理成本的清潔生產工藝，積極推行干清糞工藝， 將干糞及時、單獨清理出，減少與尿、污水的混合排出量，并及時將清出的糞便進行貯存或處理，提高糞污回收利用率，便于進行資源化使用。

（二）優化畜禽養殖場布局，加強種養結合

從整體上看，我國畜禽養殖業正從傳統養殖業轉向現代養殖業，從以散養為主轉向規模化發展，同時小型養殖場和散養群體依然占較大比例。傳統養殖業主要集中在農區和牧區，周邊有較充足的土地來消納養殖廢棄物。隨著大型養殖場逐漸向城郊結合帶轉移，養殖業和種植業開始脫節，養殖場與農田的距離增大，養殖廢棄物難以被運輸到農田加以利用。

從長遠發展看，畜禽養殖場的建設布局應遵循“種養結合、畜地平衡”的原則，首先要考慮當地的環境承載能力，兼顧市場需求、效益及污染排放治理，目前國家和部分地區已經出臺了劃定畜禽禁養區、限養區技術指南，在這些指南的基礎上，應根據可接納畜禽養殖廢棄物的土地布局，合理確定畜禽養殖場的布設區域、畜禽種類、總量及規模。

（三）加強畜禽糞便無害化處理

在畜禽糞污資源化過程中，仍有不少問題必須引起重視。

當畜禽糞便肥料化時，如果使用不當，有可能對土壤造成二次污染，影響作物生長，甚至導致農產品質量下降，進而危害人類健康。這是由于規模化養殖場所用飼料中含有大量添加劑，導致畜禽糞便中抗生素、重金屬的含量較高，另外畜禽糞便中還含有大量病原體，在使用前需要進行無害化處理。農業農村部在2018年5月出臺了畜禽糞便無害化處理技術規范（GB/T 36195—2018），該規范對畜禽糞便無害化處理做出了基本要求，還從糞便處理場選址及布局、糞便收集、貯存和運輸、糞便處理及糞便處理后的利用等方面進行了規定。在畜禽糞污資源化過程中，應遵循該技術規范，作為有機肥施用時應與化肥進行合理配合，避免過量施用畜禽糞尿，以免對土壤和農產品造成污染。

在畜禽糞便飼料化過程中，由于糞便成分復雜并含有病原微生物、寄生蟲等易造成傳染疾病和爆發性疾病的成分，抗生素和重金屬等有害物質超標的現象較多，作為飼料應用時不安全隱患較大，所以畜禽糞便飼料化的利用爭議較大，目前有些發達國家已不主張利用畜禽糞便作為飼料。必須經過適當的加工處理后再制作成飼料原料。不同畜禽種類、不同地區、不同飼養管理方式等所產生的糞便均可能不同，在飼料化過程中要根據實際情況進行利用，加大畜禽糞便飼料化利用各個環節研究的深度和廣度。