现代生态农业循环技术及其应用

刘枫琪 张耀兰 姚升

（安徽省农业科学院农业经济与信息研究所 230031）

发展种养一体化循环农业是一个系统工程，其中涉及许多环节，需要一系列的技术支撑才能实现具有效率的运行。本部分研究内容将就发展种养一体化循环农业所需的各项关键支撑技术进行论述，这些支撑技术包括秸秆青贮与氨化技术、牧草青贮技术、畜禽粪便处理技术、养殖废水处理技术、养殖场清粪技术、臭气处理技术、发酵床养猪技术以及沼液、沼渣综合利用技术。

1 秸秆青贮与氨化技术

1.1 秸秆青贮技术

秸秆青贮技术是利用厌氧环境，通过乳酸发酵，抑制杂菌繁殖，使秸秆中的大部分营养成分得以长期保存的技术。

秸秆青贮所需秸秆应具有一定的含糖量，同时具有良好的含水量，通常控制在65%～70%；将秸秆切成2～3cm 的小段，边切边将秸秆装入青贮设备中，同时将其尽量压实以排出空气，青贮料中空气越少，青贮质量越好；将压实后的青贮料封实。青贮秸秆使用时应随用随取，取完料后立即压实、封实。

1.2 秸秆氨化技术

秸秆氨化技术主要选择麦秸进行氨化。将秸秆切为2～3cm的小段；设定尿素与水的比例，将尿素置于水中搅拌溶解，之后将尿素溶液均匀的拌入秸秆中，尽量使所有的秸秆都撒上尿素溶液；将拌入尿素溶液的秸秆装入氨化设备中，设备中的秸秆应压实，排出其中的空气；将氨化设备封严。

2 牧草青贮技术

牧草青贮方式较多，可选择的包括青贮窖、青贮壕、青贮塔、地面堆贮和袋装青贮等。地面堆贮是在地势较高的地面，在用水泥、塑料薄膜等对地面进行处理后，将牧草堆置在地面上，且用塑料薄膜覆盖；而青贮窖、青贮壕和青贮塔等均需要修建相应容量的窖、壕和塔，将牧草贮藏于其中，关键技术要点在于牧草要压实，同时保证贮藏环境的密闭。

南方由于低温期较短，雨水较多，湿度较大，因而在采用青贮窖（池）进行牧草青贮时，由于返潮渗水导致湿度过大，使青贮窖边缘的牧草容易受潮变质，降低青贮牧草利用率[1]，因此，在南方更适宜采用牧草袋装青贮的方式进行牧草青贮。

袋装青贮技术中青贮袋通常采用0.2mm 厚的无毒塑料薄膜制成。袋装青贮时将切碎、含水量适宜的牧草装入青贮袋中，并注意逐层挤压，从而最大限度地紧实牧草。保证装袋后密闭不通气，但不能装袋过满，以免将青贮袋扎破。青贮室的门窗应密闭不漏气，且设有存放架用于放置青贮袋，室内应保持干燥，避免阳光射入室内[1]。

3 畜禽粪便处理技术

3.1 粪便干燥技术

粪便干燥处理技术的种类很多，可选择的包括自然干燥处理、高温快速干燥处理、烘干膨化干燥处理和热喷干燥处理等。

自然干燥处理是粪便干燥处理技术中最为简单的一种，技术含量偏低，主要依靠自然界的各种能量，如太阳能、热能和风能等，降低畜禽粪便中的水分含量，从而实现粪便干燥。这种粪便干燥处理技术所需的投资较小，成本较低，但采取该处理技术所需要的处理周期较长，受到天气影响很大，且在处理过程中会产生恶臭气体，对周边环境会造成污染，通常并不提倡采用该粪便干燥处理技术。

高温干燥技术则是使用干燥机对畜禽粪便进行干燥，这种粪便处理技术完全不受天气影响，可以进行快速、大批量的粪便干燥处理，但经过高温干燥的畜禽粪便在干燥的同时也失去了很多肥效，同时干燥过程会排出较多的恶臭气体，仍然会对环境造成污染。

热喷处理技术是短时间内使用中低压蒸汽处理畜禽粪便后突然减压至常压喷放的粪便干燥处理技术[2]。热喷处理技术的投资相对较大，但其处理效果较好，处理过程中无异味排出，处理后的粪便细碎、蓬松，而且可以进一步进行配混、制粒等处理。

烘干膨化干燥技术是使用喷放机对畜禽粪便进行干燥处理的技术，其主要是利用喷放机的机械效应和热效应，疏松化和膨化畜禽粪便，从而实现畜禽粪便干燥[2]，这种粪便干燥处理技术的成本偏高，且在处理过程中也会有臭气产生。

3.2 堆肥处理技术

堆肥处理技术是常见的畜禽粪便处理方式，包括好氧堆肥和厌氧堆肥两种方式。

好氧堆肥是利用畜禽粪便中的好氧菌对畜禽粪便进行处理的技术。在有氧条件下，通过对畜禽粪便中的碳氮比、温度、湿度、酸碱度、氧含量等相关参数的调节，使好氧菌对畜禽粪便中的有机物进行分解，从而实现粪便无害化处理[3]。使用好氧堆肥处理畜禽粪便通常要经过预处理、发酵、后处理及贮存等环节，虽然处理效果较好，但在堆肥过程中会有臭气产生，且处理所需的时间较长。

厌氧堆肥则是利用畜禽粪便中厌氧菌对畜禽粪便进行处理的技术。在厌氧环境下，厌氧菌将畜禽粪便消化发酵，形成有机肥料，从而实现畜禽粪便无害化处理。厌氧堆肥技术较为简单，不需要大量劳动力，但需要的处理时间也比较长。

3.3 蚯蚓处理畜禽粪便技术

利用蚯蚓处理畜禽粪便是今后发展规模化畜牧养殖过程中具有推广意义的粪便处理技术之一。

利用蚯蚓处理畜禽粪便是传统堆肥法和生物处理法的结合[4]。蚯蚓在吞食有机物质后，将其与土壤混合，通过其自身砂囊机械研磨作用和肠道内生物化学作用对有机物和土壤混合物质进行分解转化。蚯蚓处理畜禽粪的基本原理是畜禽粪便通过蚯蚓新陈代谢作用将其转化为蚯蚓粪。与畜禽粪便相比，蚯蚓粪在物理特性、化学特性及生物特性等各方面相对更好，通过这种转化，将大幅提高畜禽粪便中有机物质的发酵分解速度，并且该技术工艺简单，成本相对较低，在获得优质有机肥和高蛋白质饲料的同时不会产生二次废物，不会对环境构成二次污染[4]。

在采用蚯蚓处理畜禽粪便技术时，需要重点关注的技术环节包括蚯蚓品种的选择、蚯蚓生长率的变化、堆肥温度的控制、堆肥pH 变化及蚯蚓堆肥速效N、P、K 含量的变化。要获得较好的处理效果，不仅要根据不同的环境选择不同品种的蚯蚓，同时还需要严格控制蚯蚓生长发育的条件，包括堆肥温度、湿度、pH 等。

3.4 畜禽粪便固液分离技术

畜禽粪便固液分离是畜禽养殖过程中的关键环节。固液分离后分离出的固体物质可以加工为优质有机肥料，而固液分离后液体污水中COD、BOD 和TS 含量减少，尤其是COD 含量可减少40%左右，减轻了厌氧处理的负荷，为高校厌氧工艺提供了条件[5]。

在进行畜禽粪便固液分离时，如果粪便污水的含量和成分较合适，则可以不进行其他预处理，直接对其进行分离；如果畜禽粪便中污水含量较低，则需要经过预沉降，再进行固液分离，以提高分离效率；如果畜禽粪便污水中含有较多畜禽毛，需要对污水进行去毛处理后才能进行分离，以避免畜禽毛堵塞分离设备[6]。

4 养殖废水处理技术

畜禽养殖废水处理技术大致可分为生物处理技术和生态处理技术两大类。其中生物处理技术包括厌氧生物处理技术、好氧生物处理技术及厌氧—好氧组合生物技术；生态处理技术则包括还田技术、稳定塘、人工湿地等技术[7]。

4.1 厌氧生物处理技术

厌氧生物处理技术是利用厌氧微生物达到对废水无害化处理的技术。在厌氧条件下，多种厌氧微生物将废水中的蛋白质、脂肪和碳水化合物等有机物分解生成有机酸，分解生成的有机酸在甲烷菌作用下发酵生成甲烷、二氧化碳和氢等，实现污水净化。

厌氧处理通常能去除废水中70%～85%的可溶性有机物，同时实现废水资源化利用，是废水处理与物质能源利用的结合。厌氧生物处理技术的厌氧能耗和费用均较低，受季节温度变化的影响较小，常用的处理工艺包括厌氧挡板反应器、厌氧序批式反应器、完全混合式厌氧反应器、厌氧复合反应器、上流式厌氧污泥床、厌氧生物滤池、内循环厌氧反应器等。

4.2 好氧生物处理技术

好氧生物处理技术是通过利用好氧微生物实现废水无害化处理的技术。在有氧条件下，通过好氧微生物的生物代谢，将废水中的有机物质进行分解，在经过一系列的生化反应后，以低能位的无机物稳定下来。从而使废水达到排放标准，减少对环境的污染。

好氧生物处理的主要技术手段包括好氧序批式反应器、生物转盘、膜生物法、半隔式反应器、氧化沟等。该技术通常用于对厌氧生物处理后废水的再次处理，进一步降解废水中的COD、氨氮等污染物的含量。

4.3 厌氧—好氧组合生物技术

厌氧—好氧组合生物技术是厌氧生物技术和好氧生物技术的组合，由于单一的厌氧生物技术和好氧生物技术都各自存在一定的缺陷，因而在实际操作中，常常选择厌氧生物技术和好氧生物技术的组合，对两种技术方法取长补短，混合应用。

4.4 废水还田技术

废水还田可以避免畜禽养殖废水向外界排放，从而实现畜禽养殖污染物的零排放，这种处理方法通过利用土壤微生物和植物将废水中有机物质转化为植物生长所需的营养物质，减少养殖废水的环境污染，这种废水处理方式在发达国家得到广泛应用，但在具体实践中需要注意养殖场规模不能过大（以养猪场为例，一般不能超过2 万头）。

4.5 稳定塘废水处理技术

稳定塘处理废水技术是利用天然形成或人工修建的池塘进行养殖废水处理的技术，其基本原理是利用稳定塘水体中的微生物代谢养殖废水中的有机物质，从而降解养殖废水中的污染物，实现养殖废水的净化。稳定塘可选择的类型有兼性塘、厌氧塘、好氧塘和水生植物塘等[8]。

目前稳定塘处理技术主要用于经过厌氧生物技术和好氧生物技术处理后废水的后续深度处理手段。在使用稳定塘处理废水时需要采取防渗处理，以避免废水向周围土地的渗透。

4.6 人工湿地废水处理技术

人工湿地是另一种畜禽养殖废水生态处理技术，在使用该技术进行畜禽养殖废水处理时，可根据流动方式将其设计为地表流湿地、垂直流湿地和潜流湿地；同时应根据实际情况（废水的性质、当地气候和地理环境等）选择合适的水生植物，以达到不同的废水治理效果。

人工湿地技术在欧美国家的应用更为广泛，在对BOD、TN、TP 等污染物的处理方面具有较高的去除率，但这种废水处理技术占地面积大，易堵塞，在实际操作中需要注意这两方面的问题。

5 养殖场清粪技术

规模化养殖场在清粪环节可选择的技术主要包括水冲式、水泡式和干清粪3 种。

目前中国大部分畜禽养殖场采用水冲式清粪技术，这种清粪技术会导致养殖场废水中含有大量畜禽粪便、零散饲料，造成废水氨氮含量高、悬浮物多、臭味大、污染成分复杂等。废水固液难以分离，不仅增加养殖场废水处理成本，同时也增加了对环境污染的威胁。如果养殖场有配套的种植耕地可以考虑采用水冲式清粪技术，将废水经过发酵后还田。

从今后畜禽养殖业发展趋势可以看出，清洁生产是未来的发展方向，从这个角度出发，相较于水冲式清粪技术，干清粪技术更值得提倡。干清粪技术是在进行水冲清粪前先对粪便进行收集，然后再进行冲洗，从而使干粪与污水分离，减少污水中污染物的含量。

6 臭气处理技术

畜禽养殖过程中产生的臭气问题可选择的处理方法有物理除臭、化学除臭及生物除臭3 种技术。

物理除臭技术的基本原理是通过在养殖场内投放（或铺放）具有吸附臭气功能的固体物质，以减少养殖场内的臭气问题。可选择的固体吸附材料有沸石、锯末、膨润土、秸秆及泥炭等含有较多纤维素、木质素的具有较强吸附功能的固体材料。

化学除臭技术则是通过在养殖场投加或喷洒化学除臭剂、中和剂以消除或减少臭气的影响，可采用的化学除臭剂包括过氧化氢、次氯酸钠等，而中和剂为石灰。

生物除臭技术主要指养殖场通过使用生物过滤法和生物洗涤法来达到除臭目的[9]，通常利用滤料上生长的除臭微生物对硫化氢、二氧化硫等臭气进行降解。

7 发酵床养猪技术

发酵床养猪技术主要是利用微生物技术，通过采集和培育土壤中的多种有益微生物，将其培养成具有活力的微生物母种，将微生物母种与锯木屑、稻壳、食盐及其他辅助材料按照一定的比例混合，制作成发酵床有机垫料，放置在经过特殊设计的猪舍中。

由于发酵床有机垫料中含有微生物，可以将猪排泄物快速分解，同时将其转化为富含蛋白质的可食用有益菌，这种可食用有益菌在经过一段时间生长后将成为猪的食物，实现循环。

发酵床有机垫料中的微生物、猪粪、可食用有益菌及其他代谢产物共同构成一个相对稳定的微生态平衡系统，只要该微生态系统的平衡得以维持，这种养殖模式将不需要再对猪粪进行人工冲洗和清理，是一种污染极小的养殖方式。

采用发酵床养猪技术需要注意的关键环节包括：猪舍能通风换气，注意冬季和夏季的温度控制；微生态垫料可以采取地下填充方式构建，也可以采用半地上式或完全地上式，但无论何种方式均需要设计好深（高）度；合理选择垫料的构成材料，以锯木屑和统糠粉最佳，也可以选择秸秆粗粉和花生壳粗粉，并选择不同的配比，垫料如果保养得当可以连续使用多年而不需要清理；根据实际情况合理设计垫料层高度，并分层构建，最下层为酸碱度较低的绝对厌氧层，中间为主发酵层，最上层为好氧层，每一层的比例应科学设计，平时需要注意控制垫料层的湿度和温度。

发酵床养猪技术起源于日本，该技术在引进中国后得到广泛推广。该技术目前在家禽养殖中已有应用，在养牛方面也开始有所探索，具备较好的发展潜力[10]。

8 沼液、沼渣综合利用技术

沼气菌对有机物进行厌氧发酵后产生的有机物即是沼液和沼渣，沼液和沼渣中含有丰富的矿物质（包括钙、钠、氯、硫、镁、钾等敞亮元素和铁、锌、铜、锰、钴、钒等微量元素）、营养物质（由沼气微生物分解形成发酵原料中的大分子物质）和活性物质（包括氨基酸、生长素、赤霉素、激动苏、腐殖酸、维生素及某些抗生素类物质）[11]。沼液、沼渣中含有的这些营养成分对农作物的生长有显著刺激作用，如果使用得当，能促进农业生产实现增长增效。沼液、沼渣在种植业的综合利用技术主要包括沼液和沼渣栽培技术、沼液和沼渣浸种技术、沼液和沼渣病虫害防治技术及沼液作为培养料液技术。

此外，沼液和沼渣除了能用于种植业，其所含有的营养成分对猪、鱼等动物的生长也具有较好的作用，可以用于养殖业中。沼液和沼渣在养殖业的综合利用技术主要包括沼液养猪和沼液养鱼技术。

8.1 沼液、沼渣施肥技术

沼液和沼渣施肥技术主要是指其作为肥料施用于作物栽培，促进作物生长。具体而言，沼液、沼渣栽培技术分为做基肥、追肥和叶面肥等技术。

沼液和沼渣均可以作为作物基肥使用。沼液和沼渣作为基肥使用时，通常在种植前翻耕土地时撒入；对于移栽作物，可采用穴施法和条施法进行施肥。使用沼液作为基肥时，通常需要按照一定比例兑水稀释后方能使用。

沼液和沼渣作为追肥时，通常是在作物生长期施用，以开沟或挖穴的方式施入，沼液需等其完全渗入土壤后再覆土，而沼渣则可以立即覆土（沼渣在使用前需搁置一段时间）。具体的沼液和沼渣施用量应根据种植面积确定，如果要进行叶面施肥，则只需要沼液。叶面所用沼液需为大换料后至少产气两个月以上的沼液，将沼液于沼气发酵池外存贮一定时期后，根据所喷施植物的生长期和气温情况确定是否需要将沼液按一定比例兑水稀释，将沼液用于叶面喷施[12]。

8.2 沼液、沼渣浸种技术

使用沼液浸种一方面可以为种植催芽提供较为全面的营养物质，另一方面为种植发芽提供更适宜的温度，第三则可以给种子杀菌[13]。由于沼液中含有丰富的营养成分和相对稳定的温度，使其在浸种方面较“温汤浸种” 和“药物浸种” 具有一定的优势。使用沼液浸种后的作物产量通常有较明显的增幅，品质也有显著提高。

沼液浸种技术对沼液和种子均有一定要求。所需沼液应为大换料后至少两个月以上且正在产气的沼液，要求在换料期间没有生水、其他污水及人畜粪便等废弃物进入沼液，沼液颜色应呈灰黑色，没有明显臭味，酸碱度应为中性或微碱性，一般情况下只要是发酵正常的沼气池沼液都符合浸种要求，而已经停止产气或废弃不用的沼气池中的沼液不能用于浸种，浸种前需要搅动沼液，以使其中硫化氢等有害气体逸出；种子则要求使用上年或上季生产的新种良种，不能使用陈旧的种子，在浸种前需要将种子翻晒1～2d，并清除其中杂物，将种子放置于透水性较好的编织袋或布袋中，每袋重量控制在15～20kg，留以适当的空间（有壳种子留1/3 空间，无壳种子留一半或2/3 空间），种子浸泡于沼液中部，浸泡时间根据地区、品种、温度的不同而具体设定，浸种后将种子于清水中淘洗干净用于播种和催芽。

8.3 沼液、沼渣病虫害防治技术

沼液中含有无机盐类、有益菌、激素和抗生素等物质，对于作物病虫害防治具有较明显的效果。利用沼液进行作物病虫害防治技术可以采取地面冲施和叶面喷施两种方式。

采用地面冲施方式时需要使用具有较强氧化杀菌作用的沼液，通常选择大换料后产气一个月以上的沼液，将沼液直接从沼气发酵池中抽出，随水冲施到土壤中，每亩冲施3～5m3[12]。采用叶面喷施方式时应根据需喷洒作物的数量确定沼液数量。将沼液从沼气发酵池中取出且过滤后，对作物进行全株均匀喷雾，尤其注意叶背面也应喷洒到。

8.4 沼液、沼渣养猪技术

沼液和沼渣都可以喂猪。沼液和沼渣中含有丰富的氨基酸、微量元素、碳水化合物、粗蛋白质、生长激素及糖类等。当其作为饲料添加剂用于养猪时，能提高饲料转换率，缩短猪的育肥期[14]，同时也能提高猪肉品质。沼液喂猪所用沼液必须为正常产气一个月以上沼气池中的沼液，所提取的沼液应为不含沼渣的纯净沼液。使用沼液喂猪可以采用3 种模式：一是用沼液直接喂猪，二是用沼液拌精饲料喂猪，三是用沼液浸泡青饲料喂猪。不管采用何种模式都需要根据所喂猪的体重严格设定沼液数量。

8.5 沼液、沼渣养鱼技术

沼液、沼渣养鱼技术主要是利用沼肥降低水体中溶解氧的消耗，促进水体中浮游动物、植物的繁殖，增加水体中浮游生物的数量，从而提高淡水鱼养殖的增产，此外，利用这种养殖技术还能有效减少鱼类疾病的产生。总体而言，使用沼液养鱼对提高淡水鱼养殖效率具有显著意义。

使用沼液、沼渣养鱼时所用沼液不需进行固液分离处理，但应将取出的沼液在空气中放置一段时间，以达到更好的效果。所用沼液采用泼洒的方式，而沼渣则可采用分点施用的方式，沼液和沼渣可轮换使用。在使用沼液、沼渣养鱼时应注意每亩鱼塘施用沼液和沼渣的数量，且施用次数也应控制在每周不超过3 次为宜。

9 结论

“种养分离” 的生产模式在农业生产过程中存在循环断裂、资源浪费、环境污染等问题，而种养一体化涉及的秸秆青贮与氨化技术使秸秆中的大部分营养成分能长期保存；牧草青贮技术延长了牧草贮存期，提高了牧草利用效率；畜禽粪便处理技术中的蚯蚓处理畜禽粪便技术是传统堆肥法和生物处理法的结合，成本相对较低，不仅可以获得优质有机肥和高蛋白质饲料，还避免了对环境的二次污染；畜禽养殖废水处理技术是利用好氧生物、厌氧生物对废水进行无害化处理，或利用稳定塘水体中的微生物、人工湿地的水生植物净化养殖废水，达到清洁化养殖；养殖场清粪技术用水冲式、水泡式和干清粪几种清粪方式可减轻养殖场废水对环境的污染；臭气处理技术通过含有较多纤维素和木质素的固体材料进行吸附、化学去除、生物过滤、生物洗涤等几种方式去除臭气；发酵床养猪技术通过在发酵床有机垫料中构建的由微生物、猪粪、可食用有益菌及其他代谢产物组成的相对稳定的微生态平衡系统，实现清洁化养猪；沼液、沼渣综合利用技术将沼液和沼渣中丰富的矿物质、营养物质和活性物质作用于农作物、家禽生长。这8 大类技术的综合应用，在实现农业生态良性循环闭环的基础上有效解决了面源污染、资源损耗等问题，在此背景下推进种养一体化的循环农业生产模式成为必然趋势。