规模猪场生态循环模式的研究与建设实践

刘定发 郭霄峰 刘 凯 于国安

（1华南农业大学兽医学院，广东广州 510640；2汕尾市金瑞丰生态农业有限公司，广东汕尾 516400；3汕尾市现代畜牧产业研究院，广东汕尾 516400）

目前规模化养猪出栏的比例已超过40%，并且具有标准化生产、产业化经营、规模化管理特点的规模化养殖的比例还将继续提高。《全国生猪生产发展规划（2016-2020年）》指出，到2020年规模养殖比重达到52%。生猪养殖规模化、集约化发展已成为必然趋势。但同时规模化生猪养殖也成为农村面源污染的主要来源，全国生猪粪便产生量2015年超过6亿吨，仅广东省就达到877万吨。2016年的中央财经领导小组第十四次会议和2017年中央1号文件强调要加快推进畜禽养殖废弃物处理和资源化，力争在“十三五”时期，基本解决大规模畜禽养殖场粪污处理和资源化问题。大力推行高效生态循环的种养模式，加快畜禽粪便集中处理是必然趋势。

1 发展生态循环模式的意义

实行种养结合的生态循环农业模式是解决养猪与环境污染这一矛盾的有效手段。通过猪场正确选址、科学布局，全封闭和内环境控制，制定饲料配方提高饲料中蛋白质的利用率，降低氨氮排放；采用密闭管道输送有机肥并以微喷灌方式精准施肥，提高水分利用率，降低有机肥使用量；针对不同作物开展测土配方施肥，分作物设计配方，补充微量元素，避免使用作物不需要的元素而对环境造成污染，有效解决生态循环农业模式下规模猪场的关键共性问题，发展形成“规模养殖-禽畜粪便-有机肥-作物种植”的现代生态循环农业模式，有利于促进污染物减排，改善农村人居环境，引领畜禽养殖业转型升级和健康发展，对于保护生态环境、遏制愈演愈烈的面源污染，进而保护人体健康具有十分重要的现实意义。

2 当前国内外同类研究的现状

生态循环模式是世界现代农业发展的新趋势。在国外，许多国家都已经开展了各具特色的循环农业发展模式。其中欧盟的综合型循环农业模式严格限制化学品的投入，控制废弃物排放，推行轮作间作和农牧结合，施用有机肥等；美国实行高新技术型循环农业模式，利用高新技术实现以最少的投入获得高收益和高产出；日本的环保型循环农业特别强调在保护产地生态环境的前提下注重提高农产品质量。生态循环农业是农业生产发展到现阶段的最好选择。在发展农业生产的同时，为了保护环境、防止污染，国外采取最多的方式就是农牧结合，通过粪污还田实现资源化利用。例如美国一般采取水泡粪的方式养猪，养猪场的粪污用罐车或者通过输送管道归还农田，用作有机肥。国外采取农牧结合模式的前提是明确规定了养殖场必须配套的土地面积。

目前，国内也形成了各具特色的猪－沼－果、猪－沼－菜、猪－沼－鱼等生态循环农业模式。广东省正在从环境友好型种植业与牲畜废弃物管理两方面进行治理，针对农业面源污染源头、过程与末端进行控制。种植业方面，主要采用化肥减量控污、农药减量控害等措施来降低化肥与农药施用量并提高其利用率；养殖业方面，通过无害化处理与生态利用牲畜粪便、尿液，通过将牲畜粪污变废为宝，并减少有害排放，极大地降低总氮、总磷、氨氮、COD等对环境的污染。

3 生态循环模式存在的共性问题

规模猪场的生态循环农业模式在我国刚刚起步，各地都在积极探索。近年来，各地在投入减量与清洁生产、污染治理与废物利用方面积极探索和实践，特别是在基于规模猪场的生态循环农业发展模式方面取得了重要进展，但也存在如下关键共性问题：（1）饲料中营养元素的利用率、抗生素和重金属的超量添加造成的污染等。例如饲料中蛋白质含量超过动物需要量、饲料蛋白质品质不佳或者氨基酸的比例不合理而降低饲料氮素的利用率，既增加了农业资源消耗，又增加粪尿中氮的排泄量。（2）生猪养殖和有机肥生产过程中产生的恶臭对周围环境造成严重污染。（3）雨污不分流、干湿不分离导致粪污产生量大，难以处理回用。（4）种养规模难以协调，肥料分布不均易对根系造成伤害，种植规模过大，养殖污水难以满足灌溉要求；种植规模过小，氮磷等养分不能被作物充分吸收。（5）作物对各种养分需求不同，氮磷等部分养分过多易造成污染，而微量元素不足易影响作物生长。面对上述问题，必须坚持“生态设计、清洁生产、循环利用”的发展理念，开展规模猪场清洁生产关键技术研究与工程应用，有效解决生态循环农业模式下规模猪场的关键共性问题，发展形成“规模养殖-禽畜粪便-有机肥-作物种植”现代生态循环农业模式。

4 生态循环模式的建设实践

笔者项目组针对规模化猪场安全高效清洁生产技术缺口，通过产学研合作，做了如下工作：一是开展了抗病育种和生态健康养殖技术研究，形成一套科学、有效的技术与管理体系，该体系具有生产效率更高、设备利用率更好、减少人工等诸多优点，实现了环保、节能、高效、安全等特点；二是创新了规模化猪场粪污高值化利用和安全清洁生产工艺，核心是沼渣和沼液的利用，解决了目前沼渣沼液有机肥就地消纳易造成二次污染的难题，实现规模养猪粪污的安全清洁生态利用；三是结合本地区生猪、沼气、茶叶、沉香、火龙果等产业特点，进行了“猪-沼-茶（果）”等模式的研究和示范，创建了“猪-沼-茶”“猪-沼-果”“猪-沼-药”三种生态循环农业模式，成功解决了规模化猪场安全高效清洁生产的关键共性问题，为规模猪场建设生态循环农业提供了技术支持和模式参考。

这一模式的关键点是针对目前生猪规模养殖存在粪污无害化处理与资源利用化程度不高的问题，采用“固液分离-厌氧发酵-强化絮凝-接触氧化-类Fenton催化消毒”工艺处理粪污，沼气经净化后供食堂炊事、发电等用能，沼渣、沼液被加工为有机肥，实现粪污资源化利用。该工艺中，根据养猪场污水水质特性及排水状况，在污水处理工艺前端设置固液分离段，以利粪便与污水初步分离，减少污水处理量，同时分离后的粪便和人工清除的粪便作进一步堆积发酵处理后，加工有机肥出售。分离后的污水经格栅拦截后，进入沼气池，有机物被微生物分解为沼气，经净化后供食堂炊事、发电等用能，沼渣、沼液被加工为有机肥；沼气池出水采用淀粉基絮凝剂进行强化絮凝，去除色度、悬浮物和COD，提高曝气效果，减轻污染负荷；分离后的污水再依次进入曝气池、二沉池、厌氧池、接触氧化池，进一步脱磷、脱氨处理后，主要降解指标COD、BOD、NH3-N去除率可超过98%以上，出水经类Fenton产生的羟自由基作用，高效、快速、彻底杀灭大肠杆菌和各种病原微生物，保证废水安全回用，从而实现粪污的资源化利用。