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摘要基于畜禽养殖数据，估算分析了吉林省畜禽粪便污染物排放量及污染现状，概述了吉林省畜禽粪便资源化利用现状及其采用的循环利用技术，分析了吉林省畜禽粪便资源化利用技术存在的问题，提出了解决吉林省畜禽粪便污染和实现高效资源化利用的途径。
关键词畜禽粪便；污染；资源化利用；吉林省
中图分类号S216.1文献标识码
A文章编号0517-6611（2014）36-13012-03
Abstract Based on livestock and poultry breeding data， quantity and pollution status of livestock and poultry manure emissions in Jilin Province was estimated. The utilization status of resources of livestock and poultry manure and the recycling technology was reviewed， the existing problems were analyzed， pathway for controlling poultry and animal feces pollution in Jilin Province， realizing high efficient utilization was put forward.
Key words Poultry and animal feces； Pollution； Utilization as natural resources； Jilin Province
吉林省是我国的畜牧业生产大省。近年来，畜牧业生产规模和经济效益稳步增长，所占农业总产值比重逐年提高，已经成为农业结构中重要的组成部分。但是，吉林省畜禽养殖业规模化发展，畜禽粪便产生量不断增加，而畜牧业的配套管理措施滞后，导致农村环境污染问题也日趋严重。因此，针对吉林省畜禽粪便污染的现状问题，通过分析估算吉林省畜禽粪便污染物排放量及污染现状，总结吉林省畜禽粪便资源化利用技术与模式，探讨吉林省畜禽粪便资源化利用存在的问题及其解决途径，为吉林省改善农村生态环境，增强农业持续发展能力提供参考。
1吉林省畜禽粪便污染现状
1.1畜禽粪便污染物产生量
据统计，2011年吉林省大牲畜存栏头数为504.3万头，其中奶牛18万头，黄牛405.7万头，马45.8万头，驴骡36.1万头，生猪存栏989.3万头，出栏数为1 480.2万头；羊存栏391.6万只，家禽存栏15 302.8万只。畜禽粪便的排泄量与品种、体重、生理状态、饲料组成和饲喂方式等因素相关[1]。通过查阅国内近年来的研究成果[1-3]，收集其中与畜禽粪便排泄及其污染物COD、BOD等相关参数，进行比较和计算，确定吉林省畜禽粪便及其污染物的排放系数。根据畜禽粪便总量的公式：畜禽粪尿总量=饲养量×排放系数×饲养周期，计算畜禽粪便排放总量。其中，吉林省生猪的生长周期为199 d，将生猪的出栏量作为饲养量。其他牲畜和蛋鸡的饲养周期大于1年，将存栏量作为饲养量。
粪便量合计为450.72万t，占5.92%，羊粪便为34069万t，
占4.47%。可以看出吉林省畜禽粪便量的产生量主要是牛、猪、家禽，三者合占总量的89.61%。
1.2吉林省畜禽粪便污染类型
1.2.1大气污染。
畜禽养殖过程中会产生大量的恶臭气体，如甲烷、硫化氢、氨气，大量恶臭气体的产生会降低周边空气质量，提高污浊度，危害周围居民的健康，影响养殖场的畜禽的正常生长[4-5]。据研究，一个存栏3万只的蛋鸡场，每天向空气中排放的氨气达118 kg以上。在氨气浓度为50 mg/m3猪舍内，饲喂小猪4周，采食量下降15.6%，饲料利用率下降18%。另外畜禽业甲烷气体排放量占排放总量的28%～38%，是导致温室效应的一个不容忽视的因素[6]。据统计，目前吉林省农业温室气体产生来源中由畜牧业产生的占全部温室气体的43.3%。
1.2.2水质污染。
畜禽污染物中，其对水质产生影响的污染物主要有BOD、COD、NH3N、氮和磷等，畜禽养殖场的污水中含有大量的污染物质，其污水的生化指标极高[2]。吉林省畜禽粪便产生的污染物主要是COD、BOD、NH3N、TP、TN。据测算，2011年吉林省畜禽粪便污染物总量为910.86万t，COD、BOD、NH3N、TP、TN产生总量分别为406.34万t、348.19万t、35.21万t、20.87万t、100.25万t。据统计，吉林省畜禽粪尿流失率为30%，吉林省畜禽粪便流失污染负荷总量为273.26万t，COD、BOD、NH3N、TP、TN分别为121.9万t、104.46万t、10.56万t、6.26万t和30.08万t，畜禽粪尿污染高负荷量水平已经对吉林省农村生态环境造成了较严重的威胁。
1.2.3生物污染。
目前，吉林省大部分规模化畜禽场建在市郊和农村地区，在农村饲养场通常离居民区20～300 m，最近的仅为5～10 m。饲养场离居民饮水源一般为100～300 m，最近的仅为20 m[7]。而很多养殖场没有污染处理设施，畜禽粪便随意排放，臭味四溢，污水横流。在这样人畜混杂、养殖环境恶劣的条件下，不仅畜禽生长缓慢，肉质、产奶和蛋品质量差，阻碍了畜牧养殖业的发展，而且，畜禽粪便中含有大量的病原微生物、致病菌等，畜禽粪便没有得到有效处理，将使农村环境中孳生大量蚊蝇，导致大量传染病的传播与发展，对农村居民的健康也构成了严重的威胁。
2吉林省畜禽粪便资源化利用方式 畜禽粪便是一种优质的有机肥源。由于大规模集约化养殖业的迅速发展，使得畜禽粪便成为环境中重要的污染源，如何使大量的畜禽粪便无害化、减量化、资源化和生态化是吉林省畜禽粪便污染治理及资源的再生利用中亟待解决的重要问题。目前，吉林省畜禽粪便资源化利用的方式主要包括以下几种。
2.1肥料化利用畜禽粪便中含有大量的有机质和氮、磷、钾等作物生长所需的营养物质[8]，是一种宝贵的有机肥源，施于农田后有助于改良土壤结构，提高土壤有机质含量，促进农作物的增产。肥料化利用是吉林省畜禽粪便资源化利用的最主要方式。肥料化利用采取的技术主要有直接施用、堆腐施用、生物转化和烘干施用。
2.1.1直接堆肥。
直接堆肥施用是吉林省农业生产施肥的最传统方式。畜禽粪便作为肥料直接施入农田，既可以为农作物提供营养元素，又可以消除一些土壤中的病害。直接施用方法不需要很大的投资，操作简便，易于被农民接受和利用。但是由于畜禽粪便中水分含量高，大量施用时费工耗时，在一定程度上限制了其施用[9]。
2.1.2堆腐施用。
堆腐施用是在人为控制堆肥因素的条件下，根据各种粪便原料的营养成分和堆肥过程中对混合堆料中碳氧比、颗粒大小、水分含量和pH等的要求，将计划中的各种堆肥材料按一定比例混合堆积，在好氧或者好氧-厌氧交替的条件下，对粪便进行腐解，进而制成有机肥[10-13]。快速好氧堆肥技术需要采用机械通风、翻堆和提高发酵温度，同时放入加速发酵的微生物菌种和调理剂等[14-17]。好氧堆肥过程中的主要影响因素包括：通风、温度、填充料的选择、堆料含水率、适宜的碳氮比和pH[18]。Sundberg等[19]研究指出当pH<6时，会严重降低微生物的呼吸作用，抑制堆肥反应的进行。Huang等[20]研究指出采用强制通风与机械翻堆相结合的通风方式有利于水溶性碳的分解和固相碳氮比的降低，加快堆肥腐熟。
2.1.3烘干施用。
烘干施用是采用干燥法进行畜禽粪便加工制成有机肥。干燥法是吉林省畜禽粪便资源化利用常用的方法，此方法主要是利用热效应和喷放机械使畜禽粪便脱水干燥，既除臭又能彻底杀灭虫卵，达到卫生防疫和生产商品肥料的要求。目前采用的干燥技术分为自然干燥、高温快速干燥、微波烘干和烘干膨化处理技术。
2.1.4生物转化施用。
生物转化利用是利用蚯蚓消化处理粪便，该技术目前是吉林省畜禽粪便处理的重要方式。相关研究表明[21-23]，施用蚯蚓堆肥处理与不施用对照比较，土壤中速效N、P、K分别增加15.68、10.71、24.30 mg/kg；利用蚯蚓堆腐处理的猪粪，有机N更多地转化为NO3N，而NH+4N的含量很少，减少了N的挥发；接种蚯蚓处理未腐熟牛粪比不接种蚯蚓的未腐熟牛粪或自然堆制的腐熟牛粪，显著增加了未腐熟牛粪中矿质N和速效P的含量，提高了碱性磷酸酶的活性，降低了微生物中C、N的含量和脲酶的活性。由此可见，畜禽粪便可以经过蚯蚓、蝇蛆处理后再施用，这样能提高粪便的肥效，改良土壤结构，增加土壤透水性，防止土壤表面板结，提高土壤的保肥性。这种从整个生态系统考虑，使畜禽粪便资源化、无害化增值利用的生物方法，不仅可以解决污染问题，还能提高养殖业的经济效益。
2.2能源化利用
目前，吉林省畜禽粪便能源化利用即转化成能源主要有两种方式。一种是直接燃烧，在吉林省西部草原地区这种方法比较常用，适用于草原上的牛、马等动物粪便。吉林省利用畜禽粪便与秸秆、煤灰等物质加工制备成牛粪煤作为能源。
另一种是通过厌氧消化工艺转化获得沼气。利用畜禽粪便生产沼气是目前吉林省畜禽粪便资源化利用的重要方式，也是吉林省畜禽粪便无害化处理、综合利用最有效的方法。这种方法不仅可提供清洁的新能源，而且还可达到资源的多级利用，即“三沼”产品的综合利用：沼气可直接为农户提供能源、气肥等；沼液可直接肥田、养鱼等；沼渣制作高效优质有机肥等。“三沼”完全可以当成一种农业生产资料，作为肥料、饲料、饵料，用于作物浸种；防治病虫害；提高作物、果品产量、质量；农产品储存保鲜等方面。更主要的是通过“沼气”这一环节，把种、养联系起来，形成一个物质多层次高效利用的生态农业良性循环系统。
2.3饲料化利用
吉林省畜禽粪便饲料化利用方面实践较少，畜禽粪便不仅是优质的有机肥源，而且也是畜禽饲喂效果较好的饲料资源。畜禽粪便用作饲料是畜禽粪便综合利用的重要途径。通过青贮、发酵、机械化处理、热喷处理等技术对畜禽粪便进行加工处理，除臭、灭菌、脱水、提高利用价值和贮藏性，以充分利用畜禽粪便中的营养物质。国外畜禽粪便饲料化早已商品化。中国对此已开展多年工作，积累了一些经验，但距商品化还有一定距离[24]。主要技术难题是饲料化的安全性。畜禽粪便既含有丰富的营养成分，但又是一种有害物的潜在来源，它主要包括病源微生物、化学物质、有毒金属等。故必须经过某些技术处理，杀死病源菌等，同时应使其便于贮存、运输。技术处理方法一般有高温快速干燥法、分离法等。
3吉林省畜禽粪便资源化利用存在的问题
畜禽粪便资源化利用是农牧结合循环农业中重要的加环技术。畜禽粪便的资源化利用的部分技术已在农业生产上获得较为广泛的应用，皆取得了良好的生态与经济效益。但是，就目前吉林省畜禽粪便的处理和利用现状而言，还远未达到令人满意的程度，并且部分地区由于畜禽养殖业规模及发展模式的变化，畜禽粪便的面源污染呈现加剧的趋势。存在的问题主要包括以下几个方面。
3.1畜禽粪便资源化的循环利用链条断裂
目前，吉林省畜禽养殖业的规模化、集约化、现代化水平不断提高，但是与种植业的结合程度差，两者之间日益分离。表现为养殖业企业不从事农业种植生产，产生的大量畜禽粪便无法有效利用，规模化的农业种植生产不从事养殖业，农业基本是传统种植方式，过多依赖依靠化肥和农药[24]，畜禽粪便用作有机肥的比重逐年降低，导致耕地的营养物质和地力日益下降。种养结合循环链条的断裂是导致畜禽粪便资源化得不到有效利用的重要原因。另外，受投入劳动力、时间成本因素的影响，农民使用畜禽粪便作为肥料的积极性也不高。
关键词畜禽粪便；污染；资源化利用；吉林省
中图分类号S216.1文献标识码
A文章编号0517-6611（2014）36-13012-03
Abstract Based on livestock and poultry breeding data， quantity and pollution status of livestock and poultry manure emissions in Jilin Province was estimated. The utilization status of resources of livestock and poultry manure and the recycling technology was reviewed， the existing problems were analyzed， pathway for controlling poultry and animal feces pollution in Jilin Province， realizing high efficient utilization was put forward.
Key words Poultry and animal feces； Pollution； Utilization as natural resources； Jilin Province
吉林省是我国的畜牧业生产大省。近年来，畜牧业生产规模和经济效益稳步增长，所占农业总产值比重逐年提高，已经成为农业结构中重要的组成部分。但是，吉林省畜禽养殖业规模化发展，畜禽粪便产生量不断增加，而畜牧业的配套管理措施滞后，导致农村环境污染问题也日趋严重。因此，针对吉林省畜禽粪便污染的现状问题，通过分析估算吉林省畜禽粪便污染物排放量及污染现状，总结吉林省畜禽粪便资源化利用技术与模式，探讨吉林省畜禽粪便资源化利用存在的问题及其解决途径，为吉林省改善农村生态环境，增强农业持续发展能力提供参考。
1吉林省畜禽粪便污染现状
1.1畜禽粪便污染物产生量
据统计，2011年吉林省大牲畜存栏头数为504.3万头，其中奶牛18万头，黄牛405.7万头，马45.8万头，驴骡36.1万头，生猪存栏989.3万头，出栏数为1 480.2万头；羊存栏391.6万只，家禽存栏15 302.8万只。畜禽粪便的排泄量与品种、体重、生理状态、饲料组成和饲喂方式等因素相关[1]。通过查阅国内近年来的研究成果[1-3]，收集其中与畜禽粪便排泄及其污染物COD、BOD等相关参数，进行比较和计算，确定吉林省畜禽粪便及其污染物的排放系数。根据畜禽粪便总量的公式：畜禽粪尿总量=饲养量×排放系数×饲养周期，计算畜禽粪便排放总量。其中，吉林省生猪的生长周期为199 d，将生猪的出栏量作为饲养量。其他牲畜和蛋鸡的饲养周期大于1年，将存栏量作为饲养量。
粪便量合计为450.72万t，占5.92%，羊粪便为34069万t，
占4.47%。可以看出吉林省畜禽粪便量的产生量主要是牛、猪、家禽，三者合占总量的89.61%。
1.2吉林省畜禽粪便污染类型
1.2.1大气污染。
畜禽养殖过程中会产生大量的恶臭气体，如甲烷、硫化氢、氨气，大量恶臭气体的产生会降低周边空气质量，提高污浊度，危害周围居民的健康，影响养殖场的畜禽的正常生长[4-5]。据研究，一个存栏3万只的蛋鸡场，每天向空气中排放的氨气达118 kg以上。在氨气浓度为50 mg/m3猪舍内，饲喂小猪4周，采食量下降15.6%，饲料利用率下降18%。另外畜禽业甲烷气体排放量占排放总量的28%～38%，是导致温室效应的一个不容忽视的因素[6]。据统计，目前吉林省农业温室气体产生来源中由畜牧业产生的占全部温室气体的43.3%。
1.2.2水质污染。
畜禽污染物中，其对水质产生影响的污染物主要有BOD、COD、NH3N、氮和磷等，畜禽养殖场的污水中含有大量的污染物质，其污水的生化指标极高[2]。吉林省畜禽粪便产生的污染物主要是COD、BOD、NH3N、TP、TN。据测算，2011年吉林省畜禽粪便污染物总量为910.86万t，COD、BOD、NH3N、TP、TN产生总量分别为406.34万t、348.19万t、35.21万t、20.87万t、100.25万t。据统计，吉林省畜禽粪尿流失率为30%，吉林省畜禽粪便流失污染负荷总量为273.26万t，COD、BOD、NH3N、TP、TN分别为121.9万t、104.46万t、10.56万t、6.26万t和30.08万t，畜禽粪尿污染高负荷量水平已经对吉林省农村生态环境造成了较严重的威胁。
1.2.3生物污染。
目前，吉林省大部分规模化畜禽场建在市郊和农村地区，在农村饲养场通常离居民区20～300 m，最近的仅为5～10 m。饲养场离居民饮水源一般为100～300 m，最近的仅为20 m[7]。而很多养殖场没有污染处理设施，畜禽粪便随意排放，臭味四溢，污水横流。在这样人畜混杂、养殖环境恶劣的条件下，不仅畜禽生长缓慢，肉质、产奶和蛋品质量差，阻碍了畜牧养殖业的发展，而且，畜禽粪便中含有大量的病原微生物、致病菌等，畜禽粪便没有得到有效处理，将使农村环境中孳生大量蚊蝇，导致大量传染病的传播与发展，对农村居民的健康也构成了严重的威胁。
2吉林省畜禽粪便资源化利用方式 畜禽粪便是一种优质的有机肥源。由于大规模集约化养殖业的迅速发展，使得畜禽粪便成为环境中重要的污染源，如何使大量的畜禽粪便无害化、减量化、资源化和生态化是吉林省畜禽粪便污染治理及资源的再生利用中亟待解决的重要问题。目前，吉林省畜禽粪便资源化利用的方式主要包括以下几种。
2.1肥料化利用畜禽粪便中含有大量的有机质和氮、磷、钾等作物生长所需的营养物质[8]，是一种宝贵的有机肥源，施于农田后有助于改良土壤结构，提高土壤有机质含量，促进农作物的增产。肥料化利用是吉林省畜禽粪便资源化利用的最主要方式。肥料化利用采取的技术主要有直接施用、堆腐施用、生物转化和烘干施用。
2.1.1直接堆肥。
直接堆肥施用是吉林省农业生产施肥的最传统方式。畜禽粪便作为肥料直接施入农田，既可以为农作物提供营养元素，又可以消除一些土壤中的病害。直接施用方法不需要很大的投资，操作简便，易于被农民接受和利用。但是由于畜禽粪便中水分含量高，大量施用时费工耗时，在一定程度上限制了其施用[9]。
2.1.2堆腐施用。
堆腐施用是在人为控制堆肥因素的条件下，根据各种粪便原料的营养成分和堆肥过程中对混合堆料中碳氧比、颗粒大小、水分含量和pH等的要求，将计划中的各种堆肥材料按一定比例混合堆积，在好氧或者好氧-厌氧交替的条件下，对粪便进行腐解，进而制成有机肥[10-13]。快速好氧堆肥技术需要采用机械通风、翻堆和提高发酵温度，同时放入加速发酵的微生物菌种和调理剂等[14-17]。好氧堆肥过程中的主要影响因素包括：通风、温度、填充料的选择、堆料含水率、适宜的碳氮比和pH[18]。Sundberg等[19]研究指出当pH<6时，会严重降低微生物的呼吸作用，抑制堆肥反应的进行。Huang等[20]研究指出采用强制通风与机械翻堆相结合的通风方式有利于水溶性碳的分解和固相碳氮比的降低，加快堆肥腐熟。
2.1.3烘干施用。
烘干施用是采用干燥法进行畜禽粪便加工制成有机肥。干燥法是吉林省畜禽粪便资源化利用常用的方法，此方法主要是利用热效应和喷放机械使畜禽粪便脱水干燥，既除臭又能彻底杀灭虫卵，达到卫生防疫和生产商品肥料的要求。目前采用的干燥技术分为自然干燥、高温快速干燥、微波烘干和烘干膨化处理技术。
2.1.4生物转化施用。
生物转化利用是利用蚯蚓消化处理粪便，该技术目前是吉林省畜禽粪便处理的重要方式。相关研究表明[21-23]，施用蚯蚓堆肥处理与不施用对照比较，土壤中速效N、P、K分别增加15.68、10.71、24.30 mg/kg；利用蚯蚓堆腐处理的猪粪，有机N更多地转化为NO3N，而NH+4N的含量很少，减少了N的挥发；接种蚯蚓处理未腐熟牛粪比不接种蚯蚓的未腐熟牛粪或自然堆制的腐熟牛粪，显著增加了未腐熟牛粪中矿质N和速效P的含量，提高了碱性磷酸酶的活性，降低了微生物中C、N的含量和脲酶的活性。由此可见，畜禽粪便可以经过蚯蚓、蝇蛆处理后再施用，这样能提高粪便的肥效，改良土壤结构，增加土壤透水性，防止土壤表面板结，提高土壤的保肥性。这种从整个生态系统考虑，使畜禽粪便资源化、无害化增值利用的生物方法，不仅可以解决污染问题，还能提高养殖业的经济效益。
2.2能源化利用
目前，吉林省畜禽粪便能源化利用即转化成能源主要有两种方式。一种是直接燃烧，在吉林省西部草原地区这种方法比较常用，适用于草原上的牛、马等动物粪便。吉林省利用畜禽粪便与秸秆、煤灰等物质加工制备成牛粪煤作为能源。
另一种是通过厌氧消化工艺转化获得沼气。利用畜禽粪便生产沼气是目前吉林省畜禽粪便资源化利用的重要方式，也是吉林省畜禽粪便无害化处理、综合利用最有效的方法。这种方法不仅可提供清洁的新能源，而且还可达到资源的多级利用，即“三沼”产品的综合利用：沼气可直接为农户提供能源、气肥等；沼液可直接肥田、养鱼等；沼渣制作高效优质有机肥等。“三沼”完全可以当成一种农业生产资料，作为肥料、饲料、饵料，用于作物浸种；防治病虫害；提高作物、果品产量、质量；农产品储存保鲜等方面。更主要的是通过“沼气”这一环节，把种、养联系起来，形成一个物质多层次高效利用的生态农业良性循环系统。
2.3饲料化利用
吉林省畜禽粪便饲料化利用方面实践较少，畜禽粪便不仅是优质的有机肥源，而且也是畜禽饲喂效果较好的饲料资源。畜禽粪便用作饲料是畜禽粪便综合利用的重要途径。通过青贮、发酵、机械化处理、热喷处理等技术对畜禽粪便进行加工处理，除臭、灭菌、脱水、提高利用价值和贮藏性，以充分利用畜禽粪便中的营养物质。国外畜禽粪便饲料化早已商品化。中国对此已开展多年工作，积累了一些经验，但距商品化还有一定距离[24]。主要技术难题是饲料化的安全性。畜禽粪便既含有丰富的营养成分，但又是一种有害物的潜在来源，它主要包括病源微生物、化学物质、有毒金属等。故必须经过某些技术处理，杀死病源菌等，同时应使其便于贮存、运输。技术处理方法一般有高温快速干燥法、分离法等。
3吉林省畜禽粪便资源化利用存在的问题
畜禽粪便资源化利用是农牧结合循环农业中重要的加环技术。畜禽粪便的资源化利用的部分技术已在农业生产上获得较为广泛的应用，皆取得了良好的生态与经济效益。但是，就目前吉林省畜禽粪便的处理和利用现状而言，还远未达到令人满意的程度，并且部分地区由于畜禽养殖业规模及发展模式的变化，畜禽粪便的面源污染呈现加剧的趋势。存在的问题主要包括以下几个方面。
3.1畜禽粪便资源化的循环利用链条断裂
目前，吉林省畜禽养殖业的规模化、集约化、现代化水平不断提高，但是与种植业的结合程度差，两者之间日益分离。表现为养殖业企业不从事农业种植生产，产生的大量畜禽粪便无法有效利用，规模化的农业种植生产不从事养殖业，农业基本是传统种植方式，过多依赖依靠化肥和农药[24]，畜禽粪便用作有机肥的比重逐年降低，导致耕地的营养物质和地力日益下降。种养结合循环链条的断裂是导致畜禽粪便资源化得不到有效利用的重要原因。另外，受投入劳动力、时间成本因素的影响，农民使用畜禽粪便作为肥料的积极性也不高。