畜禽集約化養(yǎng)殖的環(huán)境污染及控制措施

畜禽集約化養(yǎng)殖的環(huán)境污染及控制措施

現(xiàn)在，中國的牲畜生產(chǎn)中，分散和低生長的小方法仍占相當(dāng)大的比例。近40%的生豬每年在50頭以下的家庭里提供，60%的黑莓每年在20頭以下的小家庭里飼養(yǎng)。小戶散養(yǎng)方式所固有的生產(chǎn)粗放、信息不靈、防疫條件差、標(biāo)準(zhǔn)化程度低、良種化程度不高等問題,嚴(yán)重制約了產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。根據(jù)《全國畜牧業(yè)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃(2011~2015年)》,到2015年全國畜禽規(guī)模養(yǎng)殖比重提高10%~15%,畜牧業(yè)產(chǎn)值占農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值的比重達(dá)到36%;存欄100頭以上奶牛、年出欄500頭以上生豬規(guī)模化養(yǎng)殖比重分別超過38%和達(dá)到50%;生豬出欄率超過140%,成年奶牛年平均單產(chǎn)超過5500kg。另一方面,隨著畜禽集約化程度不斷提高,養(yǎng)殖業(yè)與種植業(yè)的日益分離,大量集中產(chǎn)生和排放的廢棄物污染,無法在周圍土地上完全消化。同時(shí)規(guī)模化養(yǎng)殖將引發(fā)多層次的環(huán)境污染問題,具體表現(xiàn)在生豬養(yǎng)殖過程中排放的糞尿及有害氣體引起嚴(yán)重的大氣、水域、土壤污染,及生豬糞便所攜帶的病原微生物及其耐藥性所引發(fā)的一系列人畜健康問題。由于化工業(yè)的快速發(fā)展、糞便運(yùn)輸和裝運(yùn)的困難,保存和使用不方便的糞便污水相對減少,化學(xué)肥料使用量相對增加,造成畜禽糞便的大量堆積,這樣必然產(chǎn)生大量的N、P和部分礦物元素廢棄物污染,對畜禽產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展帶來具大的環(huán)境壓力。1畜禽養(yǎng)殖廢棄物污染情況集約化養(yǎng)殖能有效提高畜禽的養(yǎng)殖效率,降低生產(chǎn)成本,增加出口創(chuàng)匯和穩(wěn)定國內(nèi)市場供應(yīng);但另一方面,隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展,集約化養(yǎng)殖比例的不斷擴(kuò)大,一系列環(huán)境問題也隨之而來。當(dāng)前我國集約化養(yǎng)殖場大多數(shù)集中在遠(yuǎn)離農(nóng)田的城市郊區(qū),廢棄物還田的運(yùn)輸成本較大,加上畜禽廢棄污染物產(chǎn)生的連續(xù)性和還田的季節(jié)性,造成畜禽廢棄物的大量剩余,畜禽廢棄物的大量集中排放對環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。據(jù)2010年《全國第一次污染源普查公報(bào)》顯示:畜禽飼養(yǎng)業(yè)的污染排放已經(jīng)成為中國最重要的農(nóng)業(yè)面源污染源之一;2007年全國畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞便產(chǎn)生量2.43億t,尿液產(chǎn)生量1.63億t;畜禽養(yǎng)殖業(yè)主要水污染物排放量中:化學(xué)需氧量1268.26萬t,總氮102.48萬t,總磷16.04萬t;分別占排放總量的41.87%、21.67%、37.9%。隨著社會公眾環(huán)保意識的不斷提高,環(huán)境保護(hù)和污染治理等系列法律法規(guī)的出臺,公眾對畜牧業(yè)污染防控提出了更高要求。由于畜禽養(yǎng)殖污染處理成本偏高,部分畜禽養(yǎng)殖者廢棄物處理意識薄弱,設(shè)施設(shè)備和技術(shù)力量缺乏,畜禽養(yǎng)殖污染已經(jīng)成為制約現(xiàn)代畜牧業(yè)發(fā)展的瓶頸。畜禽集約化養(yǎng)殖廢棄物對環(huán)境的污染主要表現(xiàn)為養(yǎng)殖場的污水、糞渣及惡臭對水體、大氣、土壤、人體健康即生態(tài)環(huán)境造成的直接和間接的影響,包括水體污染、大氣污染、土壤污染和微生物污染等。水體污染:通過對密云水庫集約化養(yǎng)殖場周邊地下水的監(jiān)測,豐水期地下水硝酸鹽超標(biāo)1.24倍,總硬度超標(biāo)0.27倍,氨氮和TDS均超標(biāo)0.3倍;清水河在豐水年各監(jiān)測斷面總氮濃度超標(biāo)范圍在1.44~2.96倍。大氣污染:根據(jù)測算,2000~2009年江蘇省畜禽養(yǎng)殖甲烷年平均排放總量為17.46萬t,氧化亞氮年平均排放總量為2.08萬t。其中,畜禽腸道發(fā)酵甲烷排放占畜禽甲烷排放總量的61.06%;糞便管理甲烷排放占甲烷排放總量的38.94。土壤污染:Charalampos通過實(shí)驗(yàn)分析,發(fā)現(xiàn)由于集約化養(yǎng)豬場的糞便NH3和氮沉降,使得地中海東部的土壤退化非常嚴(yán)重;由于該地區(qū)經(jīng)常刮北風(fēng)的關(guān)系,污染物聚集到養(yǎng)殖場的南部并沉積導(dǎo)致土壤銨鹽和氮鹽的含量超標(biāo)。微生物污染:畜禽飼料如砷制劑和高銅飼料添加劑中微量元素的殘留物質(zhì)和超量使用,不僅對畜產(chǎn)品質(zhì)量和畜禽安全和健康造成影響,而且直接影響人類的生命安全和身體健康。據(jù)世界衛(wèi)生組織和聯(lián)合國糧農(nóng)組織報(bào)道,目前已有200多種“人畜共患傳染病”,其中較嚴(yán)重的至少89種,如由豬傳染約25種;牛傳染約26種。2家禽污染的測定2.1糞肥總養(yǎng)分監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)20世紀(jì)90年代開始,歐盟各成員國已經(jīng)通過新的環(huán)境法,規(guī)定了每公頃動(dòng)物單位(載畜量)的標(biāo)準(zhǔn):以生豬為例,英國限制每個(gè)大型畜牧場最高頭數(shù)指標(biāo)為種豬500頭、肥豬3000頭;德國規(guī)定凡是與供應(yīng)城市或公用飲水有關(guān)的區(qū)域,每公頃土地上生豬的最大允許飼養(yǎng)量為9~15頭。荷蘭政府提出了畜禽糞便草地氮施用標(biāo)準(zhǔn)為250kg/hm2,而耕地上畜禽糞便的氮肥施用限制標(biāo)準(zhǔn)為170kg/hm2。法國規(guī)定氮、磷施用量不能超過150kg/hm2和100kg/hm2。歐盟的農(nóng)業(yè)政策(EU-nitratedirective.91/676/EEC)規(guī)定,對硝酸鹽易滲濾地區(qū),糞肥年施量(以N計(jì))的限量標(biāo)準(zhǔn)為170kg/hm2。由于目前我國還沒有單位面積耕地土壤的畜禽糞便N、P養(yǎng)分的限量標(biāo)準(zhǔn),國內(nèi)學(xué)者研究一般參考?xì)W盟的限量標(biāo)準(zhǔn)來研究。2000年《全國規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)污染情況調(diào)查技術(shù)報(bào)告》顯示①:從環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的角度考慮,以每公頃土地能夠負(fù)荷的畜禽糞便最低限度的30t為基準(zhǔn),我國總體的土地負(fù)荷警戒值已經(jīng)達(dá)到能夠體現(xiàn)出一定環(huán)境脅迫水平的0.49,部分地區(qū)如北京、上海、山東、河南、湖南、廣東、廣西等地已經(jīng)呈現(xiàn)出嚴(yán)重或接近嚴(yán)重的環(huán)境壓力水平。以歐盟農(nóng)業(yè)政策中規(guī)定的年施氮量(N)170kg/hm2為土地糞肥總氮承載力的標(biāo)準(zhǔn),年施磷量(P)35kg/hm2作為土地糞肥總磷承載力的標(biāo)準(zhǔn):2007年,以氮素為基準(zhǔn),全國畜禽養(yǎng)殖允許總量為2.03億頭豬當(dāng)量,總量使用率為64.39%;以磷素為基準(zhǔn),全國畜禽養(yǎng)殖允許總量為13.68億頭豬當(dāng)量,總量使用率為100.20%。分省來看,以氮素和磷素為基準(zhǔn),分別有5個(gè)和17個(gè)省份的實(shí)際總量超過其允許總量。2.2畜禽糞肥總氮、總磷及養(yǎng)分承載參考閻波杰和王奇關(guān)于中國有效耕地畜禽糞便承載量的模型,建立畜禽氮磷排放量和允許總量的模型(以豬當(dāng)量計(jì))。糞便產(chǎn)生量及糞便中的總氮和總磷的含量分別為:式中:Mi為畜禽年糞便總量(單位:kg);Qi(單位:頭)為各類畜禽飼養(yǎng)量總和;Di為畜禽飼養(yǎng)周期;Ei為畜禽日排泄量;TN、TP表示當(dāng)年全國畜禽糞便總氮、總磷的產(chǎn)生量;Ni、Pi分別為一年中每單位生豬的氮磷含量;n為畜禽種類,具體參數(shù)見表1,各類畜禽的豬當(dāng)量折算系數(shù)見表2。耕地養(yǎng)分承載負(fù)荷量以歐盟農(nóng)業(yè)政策中規(guī)定的年施氮量170kg/hm2和年施磷量35kg/hm2作為土地糞肥總氮和總磷承載力的標(biāo)準(zhǔn),則警報(bào)值為:式中:RN、RP分別為以N、P為基準(zhǔn)的土地養(yǎng)分承載警報(bào)值;θN、θP分別為畜禽糞便中的養(yǎng)分損失率(%);S為有效耕地面積;ON、OP分別為總氮和總磷承載力的標(biāo)準(zhǔn)。3畜禽污染源的環(huán)境壓力現(xiàn)狀設(shè)RN和RP為畜禽糞便總氮、總磷負(fù)荷量承受程度有關(guān)的警報(bào)值,它與承受程度呈反比,即隨著R數(shù)值的增大,環(huán)境對畜禽糞便負(fù)荷量承受能力逐漸降低,畜禽糞便對環(huán)境造成污染威脅性越來越大(如表3)。根據(jù)測算得出歷年全國生豬養(yǎng)殖糞便及其中的氮磷養(yǎng)分情況(表4)、2001~2010年全國畜禽污染的環(huán)境壓力情況(表5)以及2010年全國各個(gè)區(qū)域畜禽污染的環(huán)境壓力情況(表6)。結(jié)合表4和表5,從2007~2011年全國總體情況看,以氮養(yǎng)分測算的耕地負(fù)載警報(bào)值處于0.7左右,且2009~2011年的警報(bào)值已經(jīng)超過0.7,畜禽氮養(yǎng)分的耕地負(fù)荷已經(jīng)開始對環(huán)境產(chǎn)生污染威脅;而以磷肥測算的耕地負(fù)載警報(bào)值均超過了1,說明畜禽的磷養(yǎng)分已經(jīng)超過了耕地承載負(fù)荷,對環(huán)境造成了較嚴(yán)重的污染威脅。根據(jù)表6分析2011年全國各區(qū)域的耕地承載量,以氮養(yǎng)分測算的耕地負(fù)載警報(bào)值超過0.7的達(dá)到17個(gè)省份,其中河南、湖南、廣東、四川污染較嚴(yán)重;北京的畜禽環(huán)境污染已經(jīng)到嚴(yán)重的程度;西藏和青海由于耕地面積較少,耕地警報(bào)值已經(jīng)達(dá)到很嚴(yán)重的分析。以磷養(yǎng)份測算的耕地負(fù)載警報(bào)值已有21個(gè)省份超過1;北京和廣東的耕地負(fù)載警報(bào)值已接近3,磷養(yǎng)分的環(huán)境污染已很嚴(yán)重。同時(shí)我國作為生豬的生產(chǎn)和消費(fèi)大國,在畜禽廢棄物環(huán)境污染背景下,2011年以N計(jì),生豬對畜禽糞便環(huán)境壓力的貢獻(xiàn)率已經(jīng)達(dá)到34.71%;以P計(jì)的環(huán)境壓力貢獻(xiàn)率則達(dá)到39.54%,且有逐年上升的趨勢,可見生豬集約化養(yǎng)殖廢棄物治理對可持續(xù)發(fā)展的重要意義。4大力推進(jìn)環(huán)境規(guī)制優(yōu)化地區(qū)建設(shè),促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)廢棄物再利用根據(jù)全國和各區(qū)域的耕地承載負(fù)荷的數(shù)據(jù)顯示,不同區(qū)域因養(yǎng)殖規(guī)模和廢棄物處理技術(shù)不同其耕地承載負(fù)荷也不一樣。由于不同省市的環(huán)境規(guī)制力度不一,生豬養(yǎng)殖的“污染天堂效應(yīng)”導(dǎo)致中國生豬養(yǎng)殖生豬生產(chǎn)也正從環(huán)境規(guī)制嚴(yán)格地區(qū)向環(huán)境規(guī)制寬松地區(qū)轉(zhuǎn)移。2011年《國家環(huán)境保護(hù)“十二五”規(guī)劃》明確提出要推動(dòng)規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖污染防治優(yōu)化養(yǎng)殖場布局,合理確定養(yǎng)殖規(guī)模,改進(jìn)養(yǎng)殖方式,推行清潔養(yǎng)殖,推進(jìn)養(yǎng)殖廢棄物資源化利用。嚴(yán)格執(zhí)行畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn),對養(yǎng)殖小區(qū)、散養(yǎng)密集區(qū)污染物實(shí)行統(tǒng)一收集和治理。到2015年,全國規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場和養(yǎng)殖小區(qū)配套建設(shè)固體廢物和污水貯存處理設(shè)施的比例達(dá)到50%以上。近年來我國逐步加強(qiáng)畜禽廢棄物治理的力度,但是與發(fā)達(dá)國家相比還存在一定的距離。4.1畜禽養(yǎng)殖污染防治政策及標(biāo)準(zhǔn)早在20世紀(jì)60~70年代,世界上許多畜牧業(yè)發(fā)達(dá)的國家,就出現(xiàn)了畜禽廢棄物污染問題。歐盟國家一般以養(yǎng)豬場的空間密度作為生豬集約化養(yǎng)殖環(huán)境影響的指標(biāo),生豬養(yǎng)殖環(huán)境壓力較大的主要是荷蘭、比利時(shí)、丹麥,其中荷蘭每100hm2上的養(yǎng)豬數(shù)目已超過700,尤其是南部地區(qū),高密集度畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的畜禽糞便大大超過農(nóng)田生產(chǎn)施用量,造成糞便硝酸鹽污染。法國布列塔尼省公用水硝酸鹽含量超標(biāo)、地中海東部的土壤退化中銨鹽和氮鹽含量超標(biāo),都是集約化養(yǎng)殖引起的環(huán)境壓力。發(fā)達(dá)國家對畜禽養(yǎng)殖污染的防治較早,芬蘭是最早開展畜禽養(yǎng)殖立法的國家,日本是立法最多的國家,一般通過嚴(yán)格細(xì)致的立法來防治畜禽養(yǎng)殖污染,主要包括適度限制飼養(yǎng)規(guī)模、嚴(yán)格新建養(yǎng)殖場的審批手續(xù)、限定污水排放標(biāo)準(zhǔn)等[13~15]:日本規(guī)定畜禽場養(yǎng)殖規(guī)模達(dá)到一定的程度(養(yǎng)豬超過2000頭、養(yǎng)牛超過800頭、養(yǎng)馬超過2000匹)時(shí),排出的污水必須經(jīng)過處理?！稅撼舴乐狗ā分幸?guī)定畜禽糞便產(chǎn)生的腐臭氣中8種污染物的濃度不得超過工業(yè)廢氣濃度。美國明確規(guī)定超過一定規(guī)模的畜禽養(yǎng)殖場建場必須報(bào)批,獲得環(huán)境許可。同時(shí)美國的大部分大型農(nóng)場都是農(nóng)牧結(jié)合型的,養(yǎng)殖場的動(dòng)物糞便或通過輸送管道或直接干燥固化成有機(jī)肥歸還農(nóng)田。荷蘭每年產(chǎn)糞便近1億,是畜牧業(yè)高度密集國家,具體政策表現(xiàn):限定農(nóng)田施肥量;具體糞便的使用;新建農(nóng)場報(bào)批;以及專門針對多余糞肥運(yùn)往缺肥區(qū)的運(yùn)輸補(bǔ)貼及建立糞肥加工廠和用于低氨散發(fā)的畜舍建設(shè)的稅收優(yōu)惠和補(bǔ)貼。法國規(guī)定,養(yǎng)豬場污染物質(zhì)的剩余流量排放到自然環(huán)境中的標(biāo)準(zhǔn)如下:COD,70kg的豬每天最大排放量為35g;BOD,70kg的豬每天最大排放量為5g;TSS,70kg的豬每天最大排放量為3g。加拿大政府認(rèn)為對畜禽養(yǎng)殖場建設(shè)的管理是控制畜禽污染的重要措施,可以控制畜禽養(yǎng)殖的。各省要求牧場必須遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)和村莊800m以上;土地面積與畜禽糞便相平衡,要求每公頃土地最多用30頭育肥豬的糞便。4.2畜禽糞污水處理規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀與發(fā)達(dá)國家的畜禽養(yǎng)殖環(huán)境管理體系相比,我國畜禽污染防治的法律法規(guī)尚處于起步階段。2000年以前國家制定的法律法規(guī)主要針對工業(yè)及城市污染,農(nóng)村污染也只是涉及農(nóng)藥、化肥等方面,隨著我們近年來畜禽集約化養(yǎng)殖的迅速發(fā)展,我國畜禽污染控制的環(huán)境管理政策比較滯后。2001年國家環(huán)保局發(fā)布《畜禽養(yǎng)殖污染防治管理辦法》、《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術(shù)規(guī)范》等一系列法規(guī),確定畜禽養(yǎng)殖場污染防范的部分內(nèi)容,具體畜禽污染管理措施則缺乏相關(guān)的原則性規(guī)定。2009年發(fā)布修訂的《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染治理工程技術(shù)規(guī)范》(HJ497-2009),目前修訂的《畜禽養(yǎng)殖業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術(shù)政策》正處于征求意見過程中。2012年國家環(huán)保局發(fā)布《完全混合式厭氧反應(yīng)池廢水處理工程技術(shù)規(guī)范》(HJ2024-2012)為畜禽養(yǎng)殖的廢水處理提供技術(shù)規(guī)范參考。根據(jù)養(yǎng)殖場的規(guī)模大小及所在區(qū)域適用不同的技術(shù),目前我國畜禽養(yǎng)殖污染的治理方案大體有3種:第一種主要以傳統(tǒng)養(yǎng)殖與廢棄物處理相結(jié)合的養(yǎng)殖模式,其中廢棄物處理技術(shù)又分為厭氧發(fā)酵處理技術(shù)、好氧堆肥處理技術(shù)、或者厭氧-好氧處理相結(jié)合。第二種模式是發(fā)酵床養(yǎng)殖模式,起源于日本的發(fā)酵床養(yǎng)豬從18世紀(jì)70年代開始也被各國競相采用,與傳統(tǒng)養(yǎng)豬對比,發(fā)酵床生態(tài)養(yǎng)殖技術(shù)顯著提高了豬的日增重和飼料轉(zhuǎn)化率,減少了養(yǎng)殖強(qiáng)度和飼養(yǎng)成本,是一種無污染、低排放的新型環(huán)保養(yǎng)豬技術(shù)。第三種模式是自然生態(tài)處理模式,一般適用規(guī)模較小,土地較多的偏遠(yuǎn)地區(qū);近年來人工濕地生態(tài)處理的應(yīng)用價(jià)值也逐步推廣。通過對比國外相關(guān)的畜禽防治措施,我們發(fā)現(xiàn)發(fā)達(dá)國家對于法律條款訂得很細(xì):例如為保護(hù)水域而制訂的法律,在捷克的《水法》、芬蘭的《水資源保護(hù)法》、美國和挪威的《水污染法》等中,對畜禽糞便污染中的治理和補(bǔ)貼等許多環(huán)節(jié)均作了具體規(guī)定,同時(shí)地方政府在具體措施方面往往規(guī)定得更嚴(yán)格、更具體。其次,各國關(guān)于環(huán)境防治的立法不斷完善:美國、日本等發(fā)達(dá)國家對于并非是畜禽廢棄物污染的防治立法能進(jìn)行及時(shí)修訂,根據(jù)新情況、新問題的出現(xiàn)或者為了進(jìn)一步提高環(huán)境規(guī)制水平,不斷進(jìn)行完善;而我國的畜禽防治立法不夠細(xì)致,同時(shí)從表7可以看出,與發(fā)達(dá)國家相關(guān),2003年至今中國畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)較低,如果環(huán)境立法不能具體落實(shí),環(huán)境規(guī)制水平不能及時(shí)加強(qiáng)和完善,畜禽養(yǎng)殖廢棄物污染未來可能進(jìn)一步加劇。再次,我國的畜禽養(yǎng)殖環(huán)境污染的法律手段與經(jīng)濟(jì)手段結(jié)合程度不夠。畜禽糞便污染的治理需要大量的投資,需要