种养结合技术在畜禽粪水处理与资源化利用中的应用

孔凡克，鞠鑫鑫，杨守军，邵 蕾，罗 星，董仁杰*

（1.中国农业大学烟台研究院，山东 烟台 264670；2.山东中农三月环保科技股份有限公司，山东 烟台 264670）

种养结合技术在畜禽粪水处理与资源化利用中的应用

孔凡克1，鞠鑫鑫2，杨守军1，邵 蕾1，罗 星1，董仁杰1*

（1.中国农业大学烟台研究院，山东 烟台 264670；2.山东中农三月环保科技股份有限公司，山东 烟台 264670）

畜禽养殖业的种养脱节导致了畜禽养殖粪污难以当地消纳，抑制了畜禽养殖业的可持续发展。种养结合是一种结合种植业和养殖业的生态农业模式，可有效地解决畜禽粪污的污染问题。文内论述了种养结合的技术流程、技术原理以及技术的实施条件，可作为畜禽养殖粪水循环利用和污染防治工作的参考技术资料。

畜禽养殖粪水；种养结合；资源化利用

据统计，2016年全国畜禽粪污产生量约38亿吨，综合利用率不足60%。2010年《全国第一次污染源普查公报》显示，畜禽粪污已成为农业面源污染的主要来源。虽然近几年来，我国在畜禽粪污处理和资源化利用方面取得了一定成就，但全面推进并实现畜禽粪污的能源化和肥料化利用还面临不少的困难。

种养结合是指将畜禽养殖过程中产生的粪便或粪水利用科学工艺进行处理，为种植业生产提供养分来源，同时种植业生产的作物又给畜禽养殖业提供食源，以实现动植物间物质和能量的转换和良性循环[1]。农业部部长韩长赋指出“畜禽养殖业种养主体分离以及标准体系的不完善，导致种养结合不紧密，畜禽粪肥还田难”。因此，种养结合技术需要进一步规范和推广普及。

畜禽粪水还田前需要经过厌氧发酵处理，达到农田利用的卫生要求方可还田[2]。目前，种养结合技术大多是基于氮（N）养分平衡原理，以农田种植面积、作物不同生育期的需N特性为依据，量化农田对N养分的需求，确定沼液的供给量，顺次推算沼气工程规模、粪便需求量和畜禽养殖规模。

1 技术流程

以农田种植为基础，以畜禽养殖为保障的“以农田定沼气、以沼气定畜禽”的种养结合模式。技术流程参见图1。

2 技术条件

2.1 以农田定沼气，以沼气定畜禽

2.1.1 农田N养分需求

根据农田作物种植面积、单位农田N养分年投入量，量化农田N养分年总投入量；农艺环节应考虑N养分的利用率，建议N养分利用率按照27%取值[3]。

2.1.2 沼液供给量

事实上，仅仅依靠畜禽养殖粪水所含有的养分，难以保障对农田作物生长所需养分的足量供给。根据农业生产习惯，沼液供给量建议按照满足农作物N养分需求的60%取值。

2.1.3 沼气工程规模

根据沼液供给量和厌氧反应器运行周期推算沼气罐的有效容积，即沼气工程规模。

2.1.4 畜禽养殖规模

畜禽养殖粪水进入厌氧反应器，总固形物（TS）应控制在10%左右；根据沼气工程规模和不同畜禽种类的粪污产生量（表1）推算畜禽存栏量，即畜禽养殖规模。

2.2 沼液贮存与输送

沼液贮存塘需做防渗处理并密封。对于沼液的最长贮存期，可根据当地农作物生产用肥的最大间隔期或冬季封冻期确定，欧美部分国家对沼液贮存时间也有一定的要求[6]。结合我国南北方农艺生产惯例，沼液贮存时间可以选择性地参照表2执行，建议我国沼液贮存期为3～6个月。

沼液应优先当地消纳，超过养殖场周边土地承载力的沼液应进行养分富集，可将沼液中2/3养分经济回收，含有1/3养分的剩余液可就近消纳，以减轻沼液当地消纳的压力。养分富集技术包括粪水添加有机废弃物堆肥（粪水堆肥）、沼液浓缩及N、P养分回收等。

小型、中型养殖场建议分别配套2 t以下和5 t罐车，大型、超大型养殖场建议配套地下管网或10 t罐车；罐车要求全封闭，配备一体真空泵和侧、后防护，外壳保持清洁（见图2、图3、图4）。

2.3 沼液施用

沼液应与化肥配施以满足作物生长对养分的需求，沼液可以以基肥或追肥形式施用。基肥施用建议采用地面灌溉，追肥施用建议采用地面灌溉或水肥一体化滴灌。

实际上，畜禽养殖粪水不经过厌氧处理和稳定贮存，仅经过快速处理达到农田利用的卫生要求，也可以少量与灌溉水配合施于农田[2]。

3 计算案例

以某区域5 000亩（33．33 hm2）农田为例，作物种植采用小麦与玉米轮作方式，小麦和玉米常规亩产分别为500 kg和800 kg，每100 kg小麦和玉米需N量分别为3 kg和2．68 kg[7]。基于N养分平衡原理，农田需配套沼气工程和生猪饲养规模如表3所示。

表1 不同畜禽粪污产生系数

表2 欧美部分国家沼液贮存时间

表3 农田定沼气-沼气定畜禽

图1 畜禽养殖粪水种养结合技术流程

图4 大型罐车参考图

图2 小型罐车参考图

图3 中型罐车参考图

对具有不同畜禽种类的养殖场和养殖区，农田配套沼气工程和养殖场规模可将鸡、牛的养殖量换算成猪的当量数，参照畜禽养殖业污染物排放标准GB18596-2001第1．2．2条“30只蛋鸡折算成1头猪，60只肉鸡折算成1头猪，1头奶牛折算成10头猪，1头肉牛折算成5头猪”进行换算。

4 小结

种养结合技术能够有效地解决畜禽养殖粪便尤其是粪水难以消纳的问题，减少环境污染，节约化肥资源，提高耕地质量，真正做到了粪水的资源化利用，利于畜禽养殖业的统筹布局和可持续发展。

基于N养分平衡原理进行粪水还田量计算时，应综合考虑作物对磷营养的需求特性以及土壤中的重金属和抗生素是否存在超标问题，避免土壤的二次污染。

[1] 钱明，黄国祯．种养结合家庭农场的基本模式及发展意义[J]． 现代农业科技，2012(19)：294-295．

[2] 农业部沼气科学研究所，农业部沼气产品及设备质量监督检验测试中心． 沼肥：NY/T 2596-2014[S]．北京：中华人民共和国农业部，2014．

[3] 张福锁，王激清，张卫峰，等．中国主要粮食作物肥料利用率现状与提高途径[J]．土壤学报，2008，45(5)：915-924．

[4] 农业部科技教育司内部资料《第一次全国污染源普查畜禽养殖业源产排污系数手册》．2009年2月．

[5] 国家环境保护总局，国家质量监督检验检疫总局．畜禽养殖业污染物排放标准：GB 18596-2001[S]．北京：中国标准化出版社，2001．

[6] 李登忠，杨军香．畜禽粪便资源化利用技术-种养结合模式[M]．北京：中国农业科学技术出版社，2016．

[7] http：//wenku．baidu com/ view/8dc0a89ba45177232e60a2db．html．

[8] 李祎雯，曲英华，徐奕琳，等．不同发酵原料沼液的养分含量及变化[J]．中国沼气，2012， 30(3)：17-20．

2017-07-25）

山东省重点研发计划（2016ZDJS11A07）。

孔凡克（1969-），男，副教授，主要从事农业机械设计和畜禽养殖废弃物处理技术研究。E-mail：kfk2000@sina.com。

*通讯作者：董仁杰（1964-），男，教授，主要从事生物质能和有机废弃物资源化利用研究。