下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
畜禽废弃物原本是一种极好的天然有机肥，但若未经妥善处理便大量排放，不能及时为土壤所消纳，就会引起大气污染、水体污染和土壤污染等一系列负面的环境影响（张华，2005；Gerber P.等，2006），其中的病原微生物和重金属元素还会传播疾病，危及人畜健康（Pence N.S.等，2000；俞冬生，2008；李静等，2010；Shah A. Q.等，2010；Fraison J.B.等，2013）。虽然中国在20世纪80年代后期就开始关注这一问题（刘艳丰等，2010），但如今，畜禽养殖污染却是农业面源污染的主要来源之一（吴荷群等，2011），并且随着畜禽养殖业的进一步发展，废弃物的产生量还会剧增，由此造成的环境污染也将更加严重（汪丽婷等，2010；林源，2012）。
（1）大气污染。畜禽废弃物对大气的污染主要表现为畜禽粪尿所散发的恶臭。畜禽粪尿排出体外后，腐败分解所产生的硫化氢、胺、硫醇、苯酚、挥发性有机酸、吲哚、粪臭素、乙醇和乙醛等上百种毒害物质，形成了恶臭的主要来源（黄灿等，2004；周轶韬，2009），如果处理不及时，会导致畜禽生长速度减缓、疫病突发、死亡率上升、生产性能下降等问题（Shreve B. R.等，1995；Delaune P.B.等，2004）。特别是畜禽废弃物的随意堆放扩大了污染的覆盖面，严重影响了周边民众的生活质量（黄爱霞等，2006；高洪军等，2008；俞冬生，2008）。据世界银行推测，荷兰70%与氨气有关的酸雨来源于畜禽养殖生产（World Bank，2005）。此外，在畜禽废弃物管理过程中引发的温室效应也在一定程度上对大气环境产生影响（Berlin J.，2002；Foster C.等，2006）。
（2）水体污染。畜禽废弃物对水体的污染主要表现为畜禽粪尿中含有的大量有机质、氮、磷、钾、硫及致病菌等污染物，排入水体后会使水体溶解氧含量急剧下降，水生生物过度繁殖，从而导致水体富营养化（高洪军等，2008；俞冬生，2008；周轶韬，2009）。研究表明，畜禽废弃物对水体造成的污染已占总体污染的1/3以上（李静等，2010）。畜禽废弃物还田不当还会导致地下水NO
3
N浓度增加（Evans P. O.等，1984；Adams P.L.等，1994），不仅如此，废弃物中的有毒物质通过土壤渗入到地下水，也会造成水体污染（Hesketh N.等，2000；王如意等，2010；Karadurmus E.等，2012）。20世纪90年代，美国超过1/4的地表水污染是由畜禽废弃物直接排放造成的。1995年6月，北卡罗来纳州大型养猪场250万加仑的生猪粪尿外漏流入周边水域，导致大量鱼类死亡；7月，爱荷华河南部约有150万加仑的生猪粪尿直接排入，致使30～40英里的流域遭受了严重污染（Robert I.，2000）。畜禽养殖生产所导致的面源污染对水体环境的影响已日益凸显（黄晶晶等，2006），因为废弃物是水生生态系统中氮、磷污染的主要来源（Mallinm. A.等，2003；金海洋等，2007）。据初步测算，即使只有10%的畜禽粪尿由于堆放或溢满随地表径流进入水体，氮和磷的富营养化贡献率就分别可达10%和10%～20%（张维理等，2004）。目前中国80%以上的畜禽养殖场（户）缺乏综合处理设施，废弃物大多未经处理就直接进行排放，对地表水造成了严重污染（曹芹等，2014）。2010年中国环境保护部、国家统计局和农业部共同发布的《第一次全国污染源普查公报》显示：2007年全国畜禽养殖业粪便产生量2.43亿t，尿液产生量1.63亿t；在畜禽养殖业主要水体污染物的排放量中，化学需氧量1268.26万t、总氮102.48万t、总磷16.04万t，分别占排放总量的41.87%、21.67%、37.9%
。宋大平等（2012）对安徽省2008—2009年的畜牧业水环境污染负荷指数进行了计算，发现磷污染比例呈上升趋势。可以说，水体污染是中国畜禽养殖业发展面临的首要环境约束因子（孟祥海等，2012）。
（3）土壤污染。畜禽废弃物对土壤的污染主要表现为畜禽粪尿过度还田导致土壤养分过剩和重金属元素等有害物质累积（孟祥海等，2014）。畜禽粪尿中的氮、磷、钾和有机质等不仅有益于提高农作物产量，还能起到改良土壤和培肥地力的作用（Choudhary M.等，1996；索东让等，2002），但养分过剩会引起农作物减产及产品质量下降（周轶韬，2009）。有研究表明，高氮施肥使农作物体内积存大量氮元素，引起农艺性状变劣，水稻空秕率提高6%，千粒重下降7.5%（朱兆良，2000）。近年来，南亚地区由于畜禽废弃物处理未能得到有效改善，大量氮元素随意排放，对农作物的生长造成了一定的负面影响（Gerber P.等，2006）。养分过剩还会使土壤的储存能力迅速减弱，从而使过剩的养分通过地表径流或下渗至地下径流进入流域，造成水体污染（沈根祥等，1994；王凯军等，2004；彭里，2005）。Hooda P.S.等（2001）在对加拿大和新西兰集约化畜禽养殖场的研究中发现，畜禽废弃物长期过度还田使得土壤中氮元素的积累较为明显。Oenema O.等（2004）认为，畜禽废弃物还田的年施磷量不能超过35kg/hm 2 ，否则过剩的磷会通过地表径流进入流域，引起水体富营养化。畜禽废弃物中含有大量未消化吸收的氮磷化合物、重金属元素和药物残留，若直接排放则与土壤中的钙、铜、铝、铬等元素结合生成不溶性复合物，部分氮元素氧化生成硝酸盐，滞留于土壤表层，造成土壤板结，降低透水性和透气性，容易导致农作物倒状和疯长（俞冬生，2008；Liu L.等，2009；李静等，2010）。一些研究指出，中国微量元素添加剂的年使用量为15万～18万t，但由于生物效价低，约有10万t未能被畜禽本身所利用，而是随粪尿排出并污染环境（李淑芹等，2003；谷洁等，2004；Xiong X.等，2010），对农作物的生长产生了负面影响（Zhou D.M.等，2005）。Charalampos M.等（2012）经实验分析，由于集约化养猪场直接排放的粪尿中NH 3 和氮的长期沉降，使得地中海东部土壤退化非常严重。王奇等（2011）对2007年中国畜禽粪便排放量进行了估算，得出当年畜禽粪便中总磷排放量已超出了最大可承载量。景栋林等（2012）经研究得出，2009年佛山市畜禽粪便负荷量以及氮、磷养分负荷量已超出了农田的承载能力。侯勇等（2012）研究发现，大型集约化种猪场、种养结合的小规模生态养殖园和集约化单一种植区这3种不同类型农牧生产系统的氮元素利用效率均处于较低水平，存在氮过剩的现象。潘霞等（2012）认为，畜禽废弃物长期过度还田会使土壤受到重金属元素和抗生素的复合污染，并指出猪粪最易造成土壤污染。
国内外学者将畜禽养殖污染的成因归纳为以下4个方面。
（1）畜禽养殖生产方式由传统的分散养殖逐渐向规模化、集约化养殖发生转变。20世纪90年代，随着集约化生产方式的推行，美国畜禽养殖业的规模急剧扩大，成为引起环境污染的主要原因（Pagano A.等，1995）。大规模、集约化的生产方式在提高生猪出栏率、满足市场需求的同时，大量的废弃物发生地表外溢和地下渗透，造成了严重的环境污染（Robert I.，2000）。
（2）种植业和养殖业分离，畜禽养殖生产布局不尽合理（张军民，2003；李启美等，2008）。中国近10年来，集约化、规模化养殖已得到大力发展，在农村地区出现了大量的畜禽养殖户和专业村，而耕地规模相对缩小，种植业和养殖业逐渐分离（崔秀丽，2007）。同时，随着城镇化的快速推进，为便于畜产品的加工和销售，多数畜禽养殖场设在近郊区，所产生的废弃物不治而弃，导致环境污染日益严重（刘黎等，2012）。
（3）畜禽废弃物处理技术落后（张存根等，2005；崔秀丽，2007；李启美等，2008；刘黎等，2012）。从中国目前的情况来看，70%以上的畜禽废弃物来自规模化畜禽养殖场（孔源等，2002），而规模化畜禽养殖场废弃物处理设施的建成率仅为30%，且其中绝大多数是没有达标的简易设施；60%以上的规模化畜禽养殖场未采取干湿分离工艺（吴一平等，2007；朱凤连等，2008），缺乏必要的污染防治措施（汪丽婷等，2010；吴荷群等，2011）；畜禽废弃物约有30%得到了初步处理和利用，而70%则直接排入环境（薛智勇等，2002）。同时，饲料中金属元素、矿物质和抗生素等添加剂的滥用，使得畜禽废弃物中有毒物质的含量增加，综合利用的难度加大（崔秀丽，2007）。此外，沼气工程的建设和运行成本较高，亟需进一步实现技术创新，以提高综合利用效益（李启美等，2008）。
（4）畜禽养殖户环境保护意识淡薄，政府环境监管不到位（孙菊英，2005；张存根等，2005；崔秀丽，2007；李继连等，2010；李静等，2010；刘黎等，2012）。一方面，畜禽养殖户微利经营，无力承担环境污染控制成本（朱辉鹏等，2006；刘艳丰等，2010）；另一方面，政府的产业政策又与环保政策相脱节，忽略了畜禽养殖业的环境管理问题（李建华，2004）。
国内外对畜禽废弃物处理方式的探讨，总结起来主要涉及前端控制和末端处置两个方面（舒朗山，2010）。
前端控制旨在通过科学配制饲料、提高饲养技术和改善养殖设施等手段降低畜禽废弃物产生量（Vu T. K.V.等，2007）。
（1）在科学配制饲料上，Aillery M.等（2005）认为，每一品种甚至每头生猪在饲养的不同阶段需要不同质量的饲料。因此，养殖户通过科学选配饲料能够避免生猪摄入营养过剩，有效提升生猪对饲料中蛋白质和氨基酸的吸收效率，降低生猪排泄物中氮、磷等元素的含量，从而简化废弃物处理的各个步骤。
（2）在提高饲养技术上，合理使用添加剂是一种有效的方法。但由于一些添加剂，如高铜饲料添加剂和砷制剂（高升鹏，1998），含有大量的微量元素，随着畜禽废弃物的排放会形成新的污染源，应引起重视。
（3）在改善养殖设施上，良好的通风能有效降低恶臭程度，抑制畜禽废弃物中病原体的传播；在粪尿沟处铺设半漏缝地板，使漏缝缩小，漏尿不漏粪，实现粪尿分离，有利于减少冲水量，便于畜禽废弃物的收集和清扫（高升鹏，1998；Vu T. K.V.等，2007）；收集畜禽粪便时采用“干清粪”工艺可减少1/3～1/2的污水排放总量（李健生，2005）。
末端处置是通过物理方法、化学方法、生物方法，以及其他技术对畜禽废弃物进行综合处理（Zhang Z.J.等，2005；Burton C. H.，2007；Ki Y.M.等，2008）。物理方法主要有干湿分离（Henriksen K.等，1998；林代炎等，2005）、过滤除菌等；化学方法主要有通风氧化、使用添加剂等；生物方法主要是通过发酵技术再生清洁能源（Pierre J.，2006），而其中的厌氧性沼气发酵技术最为重要（姚来银等，2003；高怀友等，2003；Nauyen Q.C.，2005；Claire E.m.等，2009）。一些学者如Bernal M.P.等（1998）等通过深入了解畜禽废弃物发酵后的残渣成分，致力于使发酵残渣的最终处理更加稳定和成熟。其他技术涉及用秸秆和粪尿混合堆肥后还田（Flemming R. A.等，1998）、用干燥法或青贮法将畜禽废弃物转化为有机饲料（王德荣，1997；李健生，2005）等循环利用途径。此外，黄志彭（2008）首次开发了畜禽废弃物管理系统，旨在通过对畜禽废弃物环境负荷与配套耕地养分需求进行预算，制定合理的还田利用计划。
尽管一些学者对当前的畜禽废弃物处理方式进行了概括总结（卞有生等，2004），但现实中却并没有最好的解决办法，而应根据不同的经济社会环境对各种方式进行选择和调整（鲁聪达等，2003；邓良伟，2004；陶秀萍等，2009；Martineza J.等，2009；陆文聪等，2011）。有研究表明，还田仍是中国目前畜禽废弃物处理的主要方式（仇焕广等，2012）。但是，分散养殖生产容易实现种植业和养殖业的结合，使畜禽废弃物利用效率得到提高；规模化、集约化养殖生产则没有足够的耕地相配套，使得畜禽废弃物利用效率下降（苏杨，2005；陈晓鸥等，2007；黄季焜等，2010）。邓良伟（2001）提出了规模化生猪养殖场废弃物处理的3种模式，即还田处理、无动力自然处理和机械化处理，并根据中国的自然经济状况，认为国内大多数规模化生猪养殖场适宜采用无动力—自然处理模式。张元碧（2003）针对生猪养殖污染已呈现“点—线—面”发展的严重态势，提出了“厌氧—自然处理”和“厌氧—还田处理”两种废弃物处理模式。王倩（2007）以山东省昌乐县白塔镇为试验基地，对畜禽固体粪便的处理进行了研究，认为高温堆肥是畜禽固体粪便资源化利用的有效途径，具有较好的经济效益和环境效益。邓良伟等（2008）认为，由于中国规模化生猪养殖场大多建在距离城市较远的地区，养殖规模不大，废弃物处理应优先考虑沼气发酵，并实现沼渣沼液还田，若利用不充分，再采用自然处理模式加以处置；在养殖规模较大、耕地资源紧缺的情况下，可采用工业化处理模式。韦秀丽等（2013）以三峡库区15个区县2011年的畜禽养殖数据为基础，研究了库区规模化养殖场的数量及分布状况，提出了畜禽废弃物处理利用的8种技术模式，并针对不同的养殖规模和类型，给出了有关技术模式选择的建议。仇焕广等（2013）对中国农村畜禽养殖散养户和专业户的废弃物处理方式进行了实地调查，发现散养户和专业户的废弃物处理方式存在较大的差异。总之，无论如何处理畜禽废弃物，综合利用、减量化、资源化、无害化和运行成本低廉化始终是最为重要的几个原则（邓良伟，2006）。
畜禽养殖户选择废弃物处理方式，不仅要依据技术上的可行性和适用性，还要更多地考虑到对经济效益的评价。Catelo M. A. O.等（2001）对菲律宾畜禽养殖污染控制状况进行了研究，通过使用“成本收益”分析方法，对厌氧生产沼气和好氧堆肥两种废弃物处理方式的净现值与敏感性分别进行比较，结果显示厌氧生产沼气的废弃物处理方式更能产生经济效益。杨朝飞（2002）对两种废水处理模式的投资规模和年运行成本进行了估算，结果表明两者皆适用于小规模畜禽养殖户。华永新等（2004）对大规模畜禽养殖场沼气工程建造模式和运行效益进行了分析，认为畜禽养殖场沼气工程的市场化能力很弱，基本不具备商业推广的条件，需要政府提供必要的资金扶持和政策支持。曾悦（2005）分析了粪肥的资源化效益，探讨了特定区域粪肥的经济距离，这对制定畜禽养殖业发展规划具有重要的现实意义。王宇欣等（2008）对京郊农村大中型沼气工程的发展状况进行了实地调研，提出要通过建立沼气工程的融资机制、加大对沼气工程清洁发展机制项目的开发力度、构建畜禽养殖排污权交易制度等措施来提高综合效益。雷成等（2014）在对内蒙古、新疆、西藏、宁夏、陕西、青海、甘肃7个西部省（自治区）的调查中发现，大多数畜禽养殖场废弃物处理设备落后、管理不足，使得堆肥效率低下，并因资金短缺、设备不足和缺少技术培训，导致沼气发酵、基质养殖等废弃物处理方式普及率较低，需要政府加强技术引导和资金扶持。
资源化是实现畜禽废弃物有效处理的重要原则之一。传统上，养殖业是与种植业相结合的。剩余农作物可以用来饲养畜禽，而畜禽废弃物则可作为农作物的有机肥进行还田。规模化养殖和种养分离使得大量未经处理的畜禽废弃物难以通过还田得到消纳。研究显示，目前80%的畜禽废弃物没有实现资源化利用，这是造成环境污染最主要的原因（李继连等，2010）。多数学者认同畜禽废弃物资源化利用需要遵循减量化、资源化、无害化、生态化和产业化的原则（黄爱霞等，2006；杨京平等，2009；吴荷群等，2011），即在减轻环境污染的同时，提高资源利用效率，兼顾环境效益和经济效益（何加骏等，2011）。中国对畜禽废弃物的开发研究始于20世纪80年代，最初是将晒干的鸡粪用作鱼饲料和猪饲料（马合群等，2010）。经过30多年的发展，目前已形成3种畜禽废弃物利用模式，即肥料化、能源化和饲料化（薛智勇等，2002；李淑芹等，2003；潘琼等，2006；相俊红等，2006；陈文优，2007；高洪军等，2008；陈希杭等，2009；刘合光等，2010；朱宁等，2013）。
肥料化可增加土壤中的有机质含量，促进土壤微生物繁殖，改良土壤结构，提高土壤肥力（Garg R. N.，2005；施平安等，2005；汪丽婷等，2010），进而有利于农作物增产（Warman P.R.，1986；Haidar M. A.等，2006；Arriaga H.等，2011）。但是由于生产强度大、耗费精力多，中小规模畜禽养殖户难以承担相应的成本，使得肥料化没有得到很好的推广（谷洁等，2004；张学峰等，2010）。
能源化主要是指生产沼气和发电（王如意等，2010；吴荷群等，2011），但应提高畜禽废弃物的转化率（张学峰等，2010）。目前，畜禽废弃物沼气利用主要采用厌氧发酵技术（Fatma A.等，2010）。刘小真等（2012）的研究结果表明，“沼气池—沉淀池—废水外排—生态水沟—稻田灌概”系统能彻底降解生猪废弃物，是较好的处理模式。能源化的问题在于：一是沼气的季节性生产不均匀，且沼液、沼渣容易造成二次污染；二是发电的成本太高，非大规模畜禽养殖户无力承担，因此能源化还未能得到很好的推广。
饲料化主要是通过高温干燥法、化学处理法、发酵法、青贮法、氨化法和分离法等将畜禽废弃物加工后饲喂鱼、猪、牛、羊等（王如意等，2010；吴荷群等，2011）。然而，饲料化不仅存在能量低、矿物质含量高等营养不平衡问题，而且畜禽废弃物中残留的大部分添加剂会引起中毒，或导致病菌传播。因此，许多发达国家早已不主张将畜禽废弃物作为饲料使用（Dalsgaard A.，1995；Katia M. A.等，2006；张学峰等，2010）。