丹麦畜禽粪肥利用对中国种养结合循环农业发展的启示

隋 斌，孟海波，沈玉君，丁京涛，王 健

（1.农业农村部规划设计研究院，北京100125；2.农业农村部资源循环利用技术与模式重点实验室，北京 100125）

0 引 言

中国畜禽养殖粪污带来的环境污染问题十分严重[1]。2010年公布的《第一次全国污染源普查公报》数据显示，畜禽养殖业排放的污染物以化学需氧量计达到1268.26万t，占农业源排放总量的96%，总氮和总磷排放量分别为102.48和16.04万t，分别占农业源排放总量的38%和56%，全国有24个省份畜禽养殖场和养殖专业户排放的污染物以化学需氧量计占到该省农业源排放总量的90%以上[2]。2015年中国畜禽粪污产生量已达38亿t，综合利用率仅为60%[3]。

近年来，中国致力于提高畜禽养殖废弃物处理和资源化利用水平。习近平总书记在2016年中央财经领导小组第14次会议上提出，要解决好畜禽养殖废弃物处理和资源化等人民群众普遍关心的突出问题[4]。农业农村部大力实施畜禽粪污资源化利用型动，以畜牧大县为重点，计划到“十三五”末，基本解决大规模畜禽养殖场粪污处理和资源化利用问题[5]。目前，中国围绕畜禽养殖污染防治及资源化利用出台了系列政策法规及标准，资源化利用技术装备研发水平不断提高，畜禽养殖污染治理工程专项投入不断增加，有效促进了种养结合循环发展，但仍然存在现有的政策法规体系不完善、种养不衔接不配套、畜禽粪肥利用技术装备仍然难以满足需求等问题[6-7]，制约了中国粪污资源化利用。

丹麦地处北欧地区，农业高度发达，丹麦的畜牧业产值占农业总产值的90%，所生产的畜产品2/3供出口，有“欧洲食橱”、“猪肉王国”的美称[8]。丹麦在畜禽粪污资源化利用方面具有较为先进的技术、管理与政策法规，所建立的畜禽粪污资源化利用体系均与本国资源禀赋与产业发展特点相适应。2016年，丹麦生猪出栏量为3166万头，奶牛存栏量57.2万头，肉牛出栏量53.9万头，年产粪肥量为4.6×107t[9]。经过多年努力，丹麦已经建立起了包括政策法规、技术装备以及应用模式等完善的粪肥利用体系，在保证畜牧业健康发展的同时，促进了种植业的发展，实现了种养平衡、循环发展，其成功经验值得中国学习借鉴。笔者通过实地调研，系统研究了丹麦畜禽养殖粪肥利用技术体系，对丹麦粪肥利用的理念、法律法规、技术装备、成熟模式进行了综合分析，以期为中国畜禽粪污的资源化利用和种养循环农业发展提供借鉴。

1 丹麦粪肥利用基本原则与主要成效

20世纪60年代开始，欧美各国因化学氮肥在农业中的施用和畜禽养殖产生的氨气和粪污的排放，导致地下水和地表水的硝酸盐污染，由此引发的“蓝婴症”受到普遍重视[10-12]。丹麦是畜禽养殖大国，推进粪肥的科学利用，不仅可以防治由其导致的环境污染，更能替代部分化肥，达到一举两得的目的，对生态环境的保护非常有利。因此，丹麦政府从20世纪80年代开始，立法规范畜禽粪污的还田利用，到2017年，丹麦粪污氮素的利用率已经从1980年的20%提高到了45%[13]。

丹麦法律规定养殖场必须满足“和谐原则”（harmony rules），这是丹麦在粪污产生、管理与利用的各个环节制定严格的规范和立法的基本原则[14]。“和谐原则”即是贯彻种养平衡、按需施肥的思路，其核心内容是粪肥需施用于正在种植农作物的并需要肥料的农用地中，粪肥的施用量不能多于农作物生长所需的量，同时，养殖场还需根据作物对养分的需求及生长周期，结合土壤的养分状况，严格测算肥料用量，确定合理的施肥方案，以保证在作物最需要肥料的生长阶段能获得足够的肥料。如果养殖场需要增加养殖规模，须购买更多的农用土地或与其他农用土地所有者签订粪肥施用合同方可扩大规模。

基于“和谐原则”，丹麦农业部门制定了一个换算因素即动物单位（animal unit，AU），1 AU相当于平均1头奶牛1 a的粪便产生量，即相当于粪肥中年氮素产生量为100 kg，以此来计量不同种类的畜禽养殖对环境的影响。规定每个农场拥有的家畜数量不能超过500个动物单位，每个单位分别相当于1头奶牛或3头种猪和30头生猪，或是2 500只肉鸡一年的产粪量。欧盟规定养殖场必须要有1 hm2种植农作物的土地才能饲养1.7个动物单位的动物，同时也允许其成员国设定更高的环保标准。2002年，丹麦决定对养猪业制定更加严格的标准，即1 hm2种植农作物的土地才能饲养1.4个动物单位的动物。目前，只要农场养殖规模拟扩大到250个动物单位，相关机构就会对该农场环境进行全面评估，评估结果将决定农场能否扩大规模[15]。

通过环境保护立法和多年的粪肥还田实践，截止到2017年年底，丹麦化肥使用量较20世纪90年代降低了60%，农产品品质提高且产量保持稳定[16]，地下水水质指标由最差时的3～4类提升至2～3类水质，实现了粪肥科学利用和化肥有效减施，切实改善了生态环境。

2 丹麦种养平衡的生产模式与主要技术方法

2.1 种养平衡生产模式

为在一个农场内实现完整的营养循环链，丹麦法律规定一定的家畜允许养殖量须对应一定的农场土地面积。丹麦政府规定所有畜禽粪便应施用于农用地，农场应根据畜禽粪便特性（见表1）以及不同作物对氮、磷、钾的需求量（表2）制定粪肥施用标准，其中氮素的使用量为强制性标准，磷、钾为推荐性标准。除了根据不同作物的营养需求核定肥料允许施用量之外，丹麦政府还根据土壤检测结果对氮、磷、钾的施用量进行调整，校正营养元素实际需求量，如果粪肥中磷、钾元素不能满足植物需求，则施用相当量的化学肥料进行补充。据此，根据饲料、饲喂方式等各种条件，对各种饲养动物所产生的氮素进行精确地计算，同时结合作物氮素需求量，计算出农用土地所能容纳的动物饲养量，始终保持种养平衡。

以1 hm2油菜种植为例，按照氮素使用强制标准，所需氮素量为190 kg。丹麦《有机肥/无机肥使用条例》规定，每公顷氮施用量应低于经济作物最佳需求的90%，以达到环境保护和农业产量的平衡，同时推荐粪肥与无机肥的氮素提供量在4:3为最佳比例，即粪肥提供氮素的比例在60%左右。因此，由粪肥提供的氮素总量为：190 kg×90%×60%=102.6 kg。以粪肥中作物可利用的氮素质量分数为75%计算，其所允许饲养的动物单位数量（AU）为：102.6 kg÷75%÷100 kg/AU=1.37 AU。所得结果与丹麦规定的每公顷饲养量为1.4个动物单位基本相符。

丹麦政府制定的施肥指导方案中，还提供了不同季节、不同施肥方法的氮素利用率（表3），据此可选择推荐的施肥季节、施肥方法和粪肥种类。另外，规定未经处理的畜禽粪肥不得施用于直接食用的作物；如果粪肥施用到放牧草地，施用前粪尿需储存至少60 d，并且放牧活动应推迟30 d。粪肥必须在每年春耕前施用（4月），而不能在冬小麦播种前后（10月）施用，以减少施用过程中的养分向周边环境排放而造成环境污染；距居民区200 m内的区域禁止施用粪肥，节假日不能施用粪肥，从作物收获到第二年2月1日之间不应在棕色土壤上施用粪肥，有冬季作物或牧草覆盖的大田，粪肥的施用可以推迟到10月20日，但尽量避免将粪肥施用到冻土、融雪的土壤中，还应避免在降雨前施用[19]。

表1 丹麦畜禽粪肥特性[13]Table 1 Typical properties for manures and slurry in Denmark

表2 作物主要营养元素需求量[13,17]Table 2 Main nutrients demand of crops

表3 丹麦推荐的不同季节及施肥方式下液态粪肥的氮素利用率[13,18]Table 3 Recommendation of nitrogen use efficiency in liquid manure under different seasons and application methods in Denmark %

2.2 畜禽粪污中氨减排技术

养殖舍内氨浓度较高将对畜禽生长产生不利影响，丹麦的部分猪场曾有过全漏缝地板，但新建猪场已不再允许使用全漏缝地板，单个猪位的设置，一般猪头部所对的半侧是实心地板，尾部所对的半侧是漏缝地板，这样大部分粪便可直接进入暂贮池[21]。丹麦通过减少动物排泄物的漏缝地板面积，并将漏缝地板下的粪污收集系统改为“V”字形构造（图1），有效地降低了粪尿贮存表面积，这项措施可减少15%～25%的氨排放。此外，丹麦研发了粪浆冷却处理工艺以降低氨排放强度，粪浆冷却可以减少氨排放30%。

图1 “V”字形粪污收集系统Fig.1 V-shaped manure collection system

由于液体粪便在贮存过程中会挥发大量的臭气物质，其中以氨气为主，为防止污染环境和液体肥料肥效降低，粪浆酸化处理技术在丹麦应用较为广泛[22]。该技术主要是使用一定量的纯度为95%的工业硫酸与粪浆混合（图2a），使粪浆的pH值降到5.5以下，可减少氨气排放70%以上，且经过酸化的粪水可以回用于冲栏，减少养殖舍的氨排放强度。粪污经酸化后进入贮存池（图2b），贮存池的容量按照9个月的贮存时间设计，另外要考虑降雨和地表径流汇入的容量。贮存池主要部分在地面以下，上部高于地面2 m以上，多为圆柱形结构，贮存池的材料要求不透水、抗压、耐腐蚀。如果贮存池与周边居民距离小于300 m，则需要对贮存池顶覆盖或对粪污表面覆盖。若贮存池覆顶，氨气排放量可降低约95%～98%，成本增加(以吨粪污计，下同)1.8欧元/t；如果对粪污表面覆盖，可采秸秆、悬浮PVC颗粒等材料，氨排放量可降低约80%，其中秸秆覆盖成本为0.25欧元/t，悬浮PVC覆盖成本为0.625欧元/t[13]。

图2 粪污酸化系统和粪污贮存池Fig.2 Acidification system and storage tank for slurry

丹麦特别重视粪污施用时降低氨排放，对粪肥施用方式都作了详细的规定。政府规定畜禽粪肥一般在6～12 h之内翻耕施入土壤，以便将氨气的排放量降到最低并且有利于保证卫生。粪水施用方式主要包括表面喷施（broadcast spreading）、软管施用（trailing hoses）、注入式施用（injection）、半注入式施用（trailing shoe）4种，4种粪水施用特点见表4，施用方式示意见图3。目前丹麦已禁止采用表面喷施方式，各种施肥方式均已实现机械化，施肥车上装载有粪肥自动在线监测系统，可实时监测粪肥养分含量，按需施肥。

表4 四种主要的粪水施用方式特点[18,23]Table 4 Review of characteristics of four main slurry application methods

图3 四种主要的粪水施用方式示意图[13]Fig.3 Illustration of principles for four major types of slurry application methods

3 丹麦粪肥利用基本经验与启示

3.1 先进理念引领科学发展

丹麦是全世界养猪业最发达的国家之一。1982−1988年，丹麦的地下水受氮素污染较严重，因此丹麦政府注重面源污染控制，杜绝过度施肥，同时控制氨挥发；从1988年至今，丹麦始终坚持这一理念，高度重视环境保护和种养平衡，在粪肥的储存、施用全过程中，都严格控制污染物（液态、气态）的排放。畜禽养殖场将种植业和养殖业有机结合，其中作物肥料和灌溉用水来自无害化处理后的畜禽粪便和冲洗废水，在减少经营成本的同时，保持了种养平衡。农场优先考虑将畜禽粪便作为肥料来源，粪肥施用量不能高于农作物生长所需要的量，不足部分再添加化学肥料，限定了每公顷耕地氮肥的最大施用量及最佳施用时间，畜禽粪肥必须有足够的耕地予以容纳，如果需要扩大养殖规模，要购买更多的耕地或与其他耕地所有者签订粪肥施用合同。从20世纪90年代以来在限定了肥料的允许施用量之后，丹麦的作物产量不仅没有下降，反而略呈上升之势。

中国畜禽养殖污染防治起步较晚，在2000年前，随着畜禽养殖业规模化、集约化的发展，养殖企业多参照工业企业污染防治模式，采用工业化处理模式进行畜禽粪污处理后达标排放，但因这种处理方法投资成本高、运行困难、操作难度大，实际生产中没地很好的运行，因此并未从根本上解决粪污处理问题。近些年，养殖企业逐渐认识到畜禽粪便是放错位置的资源，可以作为粪肥还田利用。中国是农业大国，种植业发达，化肥过度施用可造成土壤板结和环境污染，畜禽粪肥还田利用，不仅可以有效处理畜禽养殖污染物，还可解决化肥过量施用问题。遵循“种养平衡、循环利用”的理念，实现物质与能量的循环，已成为当前中国解决畜禽养殖污染的理想出路。丹麦粪污种养平衡资源化全过程污染控制的理念对中国正在推进的种养循环农业具有重要的借鉴作用。

3.2 完善的法规体系规范行业行为

丹麦淡水资源完全是地下水，而且一般不经处理就直接送达用户。为了保护地下水资源免受畜禽粪便污染，从1988年开始，丹麦严格执行欧盟在控制畜禽养殖环境污染方面出台的系列法规及政策，主要有《水框架指令》《硝酸盐法令》、欧盟共同农业政策（Common Agricultural Policy，CAP）、良好农业规范（Good Agricultural Practices，GAP）、《农业环境条例》等。同时，丹麦根据自身情况需要，制定了“NPO计划”、《水环境行动方案》《流域管理计划RBMPs》以及粪污管理和利用等方面的法律法规，涵盖畜舍规范化建设、畜禽粪污储存及施用全过程，以严格的法律法规约束手段和多种政策鼓励措施相结合的方式，促进粪污资源化利用。丹麦法律规定养殖场必须在中央畜牧管理登记处登记，在新设、扩建或变更畜舍、粪尿贮存设施时必须事先报告。政府立法规定土地载畜量，所有养殖场必须满足“和谐原则”。每户农民所施用畜禽粪便、化肥的数量和时间，要通过互联网向丹麦农业部报告，并接受技术顾问的指导和监督。政府每年随机抽取养殖场的深井水样进行粪便污染检测，并实时把监测水质报告发布在网络上，若发现养殖场畜禽粪便管理违反要求甚至对周围环境造成污染，将交由环保部门对其污染事故进行相应处罚。

目前，中国畜禽养殖粪便处理及资源化相关法规体系仍需完善。2013年之前，仅有《中华人民共和国畜牧法》《中华人民共和国水污染防治法》《畜禽养殖污染防治管理办法》对畜禽粪便污染防治做了相关规定，将畜禽粪便作为一种污染物进行防治和处理，认为粪污还田必须达到农田灌溉水标准，甚至还有观点认为畜禽粪污还田是污染排放过程[24-25]。然而这种观点近年来得以扭转，2014年实施的《畜禽规模养殖污染防治条例》中明确提出，畜禽粪污经过无害化处理后，在与土地的消纳能力相适应的前提下，可作为肥料还田。2015年之后，中国制定出台了一系列畜禽粪污资源化利用政策，加快推进畜禽粪肥还田利用，主要有《国务院办公厅关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》《农业部关于打好农业面源污染防治攻坚战的实施意见》《到2020年化肥使用量零增长行动方案》《开展果菜茶有机肥替代化肥行动方案》《畜禽粪污资源化利用行动方案（2017—2020年）》《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》《畜禽规模养殖场粪污资源化利用设施建设规范（试行）》等。但与畜牧业快速发展相比，与种养平衡的实际需要相比，还有大量的工作要做，需加大标准规范的研究制定工作，并且要严格执行。丹麦通过立法严格限制化肥使用量，平衡肥料中氮、磷、钾的比例，详细的粪肥管理政策法规切合实际、尊重科学、循序渐进，执行效果较好，值得借鉴。

3.3 技术研发追求精益求精

丹麦十分重视畜禽粪肥利用技术装备的研发和推广。在丹麦，每个养殖场基本上都配备了一套粪肥处理设施，包括沉淀池、曝气池、抽送和搅拌设备、液肥施肥车和固体肥料抛撒车等。同时，结合实际大力推广粪肥精准施用技术。目前，丹麦奥胡斯大学正在深入开展生物空气净化畜舍的研究工作，减少猪舍的气味对当地环境和农场工作人员的影响。该养殖环境模拟实验室总投入经费260万欧元（约2000万元人民币），可以完全模拟实际养殖生产环境，具备研究从养殖饲喂到粪污处理各环节的试验条件，同时配备有气体自动监测与采集系统，可实现全方位实时气体污染监测。Samson作为丹麦最大的设备公司，具备较强的研发能力，专注于农用机械生产，建立了研发、设计、生产、销售、服务农户等完整的链条，该公司生产的专用施肥罐车可依据当地的土壤养分含量和多年的施肥数据实现精准施肥，产品已出口30多个国家。

粪肥利用涉及储存、处理、运输、科学施用等多个环节，只有解决了各环节的关键技术问题，才能实现合理有效利用，避免产生污染。目前，中国畜禽粪肥就地就近科学储存技术装备研究不够，处理及资源化过程污染物控制技术还不成熟，高效输送成套装备推广不足，粪肥施用比较粗放、缺乏技术标准。丹麦注重对全链条各环节的技术研发，加强各环节间衔接配套和推广应用，在每个环节的技术研发上都追求精益求精，同时，非常注重产学研紧密结合，围绕生产实际需要，研发推广适用的先进技术，并提供保姆式全程服务，很值得学习。

3.4 成熟模式提升综合效益

丹麦的畜禽粪肥利用模式十分成熟，主要包括3类模式。一是“牛床垫料+还田利用”模式，由于丹麦大多数养殖场为家庭农场经营，农场里除了养殖场外，还会配套相应的农田，在遵循粪肥施用“和谐原则”前提下，粪肥可替代部分化肥施用于农田，做到循环利用。二是“酸化贮存+还田利用”模式，该模式是将畜禽养殖粪水酸化处理，达到保留粪水氮素含量、减少氨排放的目的，酸化后的粪水经过9个月的贮存后，可直接还田利用。三是“沼气工程+还田利用”模式，丹麦近10%的粪便采用沼气工程进行处理，沼气多用于发电，可以享受免税政策，沼渣沼液经过贮存处理后还田利用。此外，丹麦注重加强农民培训，使得成熟的技术模式易于接受，推广较快。

当前，中国相关机构已经提出“粪污全量收集还田利用模式”“粪污专业化能源利用模式”“固体粪便堆肥利用模式”“异位发酵床模式”“粪便垫料回收模式”“污水肥料化利用模式”和“污水达标排放模式”等7种畜禽粪污资源化利用模式[26]。这些模式还存在核心技术成本较高、推广应用难等问题，应进一步加强对农民的培训和指导，并根据不同区域的土壤理化性质、水源情况、畜禽粪污的养分组成等特点，不断地总结完善，建立起区域化畜禽粪污资源化利用模式，推进畜禽粪污的全量与精准利用，提升种养业综合效益。

4 结论

丹麦已形成完善的粪肥利用体系，可做到种养平衡和按需施肥，在科学理念、法规体系、先进技术和成熟模式等方面处于国际领先地位。“和谐原则”是丹麦在粪污产生、管理与利用的各个环节制定规范和立法的基本原则。丹麦通过立法严格限制化肥使用量，制定的详细的粪肥管理政策法规切合实际、尊重科学、循序渐进，执行效果较好；同时，丹麦注重对粪肥利用全链条各环节的技术研发，并注重产学研紧密结合，并提供保姆式全程服务，形成了成熟的畜禽粪肥利用模式。

中国畜禽粪污产生量大，随着畜禽养殖业规模化、集约化的发展，种养不平衡导致了严重的环境污染问题。中国畜禽养殖业已进入高质量发展阶段，应该充分学习借鉴丹麦在粪肥利用方面的成功经验，遵循种养平衡、循环发展的理念，从政策法规、技术研发、模式推广等方面构建起完善的粪肥利用体系，发展种养循环农业，促进中国农业绿色发展。

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