非规模化畜禽养殖管理现状及修复技术

巩宗强 张晓蓉，2 李晓军 贾春云

（1. 中国科学院沈阳应用生态研究所，辽宁沈阳 110016；2. 中国科学院大学，北京 100049）

1 引言

随着专业村、规模化养殖场以及养殖小区的蓬勃发展，畜禽养殖业不仅造成恶臭污染，同时还对土壤、地表水以及地下水带来负面影响。畜禽产业产生携带大量病原体的粪便对人类健康构成极大威胁［1］，而非规模化的畜禽养殖更因为存在布局规划不合理、粪污利用不合理、相关法律法规不完善、监管不严等问题导致周边环境逐渐恶化［2］。近几年来，关于畜禽养殖污染研究多数都集中在重金属和抗生素等化学物质研究方向［3-4］，由其引起的土壤和地表水等生态系统的高风险问题逐渐受到关注。饲料添加剂中的抗生素可经动物代谢排入土壤，长期积累造成土壤抗生素污染［5］，抗性基因对土壤微生物影响尤为显著。由于非规模化养殖场地多为分散、个体养殖，其栏舍条件参差不齐，粪污排放无规则等导致其综合利用方式欠缺。大量对水体不利的高浓度氮、磷化合物直接排入水体中，不仅导致水体富营养化，同时会降低渔业产量，严重影响居民的饮水安全［3］。截至2016 年，我国猪肉生产量达到5 299 万t，消费量达到5 498 万t。肉类总产量从1980 年 的1 205 万t 增加到2015 年的8 625 万t，畜牧业总产值从1980 年的354.2 亿元增加到2015 年的29 780.4 亿元［6］。Qian 等人研究结果表明，育肥猪几乎贡献了粪便释放的污染物的一半。此外，肉牛对单一生产的环境影响最大，可分别达猪肉和鸡肉的2～3 倍及5～20 倍［7］，其中非规模化养殖为主要养殖方式［8］。胡艳玲等人估算得出，截至2013 年，辽宁省仅盘锦市畜禽粪便年产量即可达到676.62×104t。面对大量的畜禽养殖废物，完善畜禽养殖规模化、实现畜禽养殖废物资源化、优化畜禽养殖污染物降解技术具有重要意义。

2 畜禽养殖场地管理及现状

2.1 畜禽养殖场地管理概况

自1979 年起，国家相继出台了《环境保护法》《水污染防治法》《土壤污染防治法》等多部法律法规。2001—2002 年，国家环境保护总局发布《畜禽养殖污染防治管理办法》《畜禽养殖业污染防治技术规范》等管理办法和规范。随后十几年间畜禽养殖污染防控法规不断修正，管理措施不断完善。

2009 年发布的HJ 497—2009 《畜禽养殖业污染治理工程技术规范》明确规定了集约化畜禽养殖从工程设计到运行维护的技术要求。2010 年，国家环境保护部发布《畜禽养殖业污染防治技术政策》以及《畜禽养殖产地环境评价规范》，明确畜禽场地划分应当布局合理、绿色生产、清洁养殖。2013 年11月，国务院发布的《畜禽养殖污染防治条例》不仅提及要统筹发展畜禽产业，同时应做到畜禽废弃物的综合利用与防治。至此，畜禽养殖场地污染治理逐渐受到重视，引发社会关注［9］。

欧盟国家为保持农业生产稳定和污染可控也出台了如《通用农业政策》《良好农业规范》《硝酸盐指令》和《水框架指令》等相关法规［10］。美国则发布《清洁水法》等法规以预防和控制集约化畜牧业造成的污染［7］。面对畜禽养殖转型给环境带来的严重挑战，世界各国积极采取措施，为环境污染控制做出努力。

2.2 畜禽养殖场地污染现状

面对严峻的畜禽养殖场地污染，各地政府因地制宜，合理实施有效的防止及管控措施并对现有污染处理工艺进行完善。其中，海南、湖南、重庆等地已经运用种养平衡的方法进行了污染防治。我国对畜禽粪污处理主要包括“还田模式”“有机肥利用模式”等［11］。天津市宁河县则选择建设生态村落、实施测土配方施肥工程加强场地管理，不仅带来良好经济效应，更为生态环境的可持续发展带来保障［12］。在已有传统的非堆肥发酵等工艺的基础上，玉溪市通过推广建设养殖区、施行生物发酵床养殖技术对污染场地采取有效防治措施［13］，此外，生态循环式的高效畜牧发展模式在当地运行良好，为环境改善和绿色发展带来可能［14］。杨旭等人利用玉米秸秆与猪粪的可生化性，结合沼气发酵工艺实现粪污的资源利用。东北作为H－M－M－H 型污染场地类型代表，应当借助其充足的土地资源，结合当地气候特点发展生态化养殖技术［15］。

然而，我国目前完善的工程应用稀缺，部分地区种植业与养殖业发展不平衡导致粪污资源化利用受限。因此，还需进一步研发创新型修复技术，以进一步降低畜禽粪便废弃物带来的环境安全隐患。

3 畜禽场地建设及存在问题

近些年来，我国针对非规模化养殖污染防治问题做了大量工作，地方政府在环保和农业方面做出了巨大改进，但仍存在一些问题。

3.1 非规模化养殖场地养殖户缺乏健全工作引导和法律支撑

畜禽养殖污染治理逐渐受到国家重视，为保证各地农村居民的健康，营造舒适的生活环境，政府不断加快畜禽养殖污染防治进度。国家对先后出台的各类政策不断进行完善和修正并取得一定成效，然而，有关畜禽养殖污染的相关法律法规还有所缺失［16］。农村居民的环境法律意识相对薄弱，其目光主要关注于畜禽养殖的经济产出，大量的畜禽粪便由于缺少完整的处置体系被随意堆放；未经处理的粪便被直接用于农作物生产；部分废弃物甚至被排入场地周边河道等水环境中，致使小型非规模化畜禽养殖场地污染日益严重。

3.2 场地监管力度不够，场地区分混乱

面对数量日益增多的非规模化畜禽养殖场地，村镇的管理和场地建设监管无法保障。部分农村的畜禽养殖场地选址不适宜，对周边水体、大气均造成不利影响。场地构建不完善，未经科学的场地划分即进行使用，导致畜禽排放的粪便无合适场地处理和堆放。

3.3 缺乏适宜的污染修复技术

随着畜禽养殖场地规模不断扩大和数量不断增多，越来越多的畜禽养殖场地污染集中在重金属及抗生素复合污染方面。尽管畜禽养殖场地的重金属钝化技术日渐成熟，但随着抗生素使用的增多，重金属－抗生素复合污染场地逐渐扩大。我国现拥有多项无公害处理技术，但其回报率低，无法达到污染修复需求。且多数企业管理未能达到成熟水平，资金短缺导致相关修复技术研发效率低于废弃物产生速度，尤其是具有较大季后差异的北方地区，其寒冷气候使废物污染修复难度增大。

3.4 畜禽养殖场地污染物处理设备工艺不完善

地方政府积极推进生态文明建设，许多地区养殖户已经安装废物处理设备，并不断完善内部管理。然而，现有的设备加工过程需要严格的粪污干湿度控制，而这项工作需要人工添加水以保证机器的正常运转，增加了污水排放量，非规模化养殖无法保证粪污处理环节的准确性和连贯性。此外，不同场地对设备机型有一定要求，养殖户往往忽略设备的实用性和适用性，从而降低了粪污处理效果，最终导致设备的荒废和使用不当，间接增大了畜禽养殖场地污染处理风险［17-18］。

3.5 畜禽养殖户污染防治意识薄弱

长期以来，畜禽养殖户为短时间内提高其经济效益，在使用过量重金属及抗生素作为畜禽饲料添加剂外，对畜禽产生的粪污进行不当处理甚至未经处理排放至场地周边水体等自然环境，造成不良影响。而出台的有关规定不能满足畜禽养殖污染防治需求，且大部分畜禽养殖户为农民，也无法达到相关标准和要求。加之养殖户本身的环保意识相对薄弱，不能切实履行环保义务。

4 畜禽养殖场地污染修复技术

4.1 重金属污染修复技术

畜禽饲料中会添加锌、镉、砷等动物机体所必需的微量元素，然而，30%～90%的微量元素会随着动物粪便排出，造成重金属污染。因此，汤施展利用生物质炭和木醋液对畜禽废水中的重金属进行钝化，处理效果良好［19］。生物炭热解技术逐渐成熟并获得广泛关注。主要的重金属污染修复技术为物理化学修复技术，但其修复费用较高，一旦有机物与重金属络合，处理效果不明显且易破坏土壤生态环境，降低生物活性，产生二次污染［20］。

4.2 抗生素污染修复技术

由于抗生素具有良好的预防疾病和促进畜禽生长的作用而被广泛添加于饲料中。现阶段已有的兽用抗生素污染修复技术主要包括表面活性剂修复［21］、凝结、膜分离、吸附和生物降解［22］。然而，由于去除效率低，操作性不高，因此尚未得到广泛应用，此外，有关抗生素抗性基因（ARGs）的去除技术仍处于起步阶段。面对抗性基因给环境带来的消极影响，可利用堆肥、厌氧消化、臭氧氧化以及光催化等工艺手段去除ARGs 或促进抗生素耐药性或诱导短暂失活［23］。

4.3 重金属－抗生素联合修复技术

由于重金属－抗生素复合污染的存在导致环境中耐药细菌骤增，甚至出现了抵抗多种抗生素的“超级细菌”［24］。Kong 等人研究发现抗生素与重金属会发生相互作用，从而导致土壤中土著微生物的生物多样性、碳源利用率等发生显著变化［25］。现有的复合污染修复技术有植物－微生物联合修复技术，如利用孔雀草－紫金牛叶杆菌对镉－土霉素复合污染进行修复［26］。植物修复技术成本低，但周期长，受到强烈的环境波动影响。由于我国对重金属－抗生素复合污染土壤修复研究起步较晚，因此亟待开展相关调查研究。

5 畜禽养殖场地污染修复技术发展对策

鉴于畜禽养殖场地管理工作和污染修复技术尚需完善，对此，应采取多种措施，不断完善修复体系，合理发展畜禽养殖规模。

5.1 综合防治畜禽养殖场地污染

畜禽养殖场地废弃物处理处置应以循环经济理念为主要指导思想，遵循资源化、无害化、减量化等原则。因地制宜提高资源化利用率，综合沼气生产、有机肥加工以及耕地利用等模式提高环境排放达标率［1］。粪便是造成畜禽污染的主要来源，因此，完善并发展先进的清粪工艺、引进环保且对人体健康不造成影响的生态型饲料至关重要。在保障饲养管理技术完善的基础上，应合理规划畜禽场地选址，尤其是城镇及地方县级市，通过人畜粪便分离，划定禁养区、限养区、适养区等区域并进行全面规划和布局。面对重金属－抗生素复合污染场地，应当明确污染场地的土壤状态，分析场地内污染物的空间分布特征，以便于对场地修复进行分区。此外，对周边水体环境进行严格监管，保证饮用水水源地不受污染，从而促进我国“种养平衡区域一体化”发展［1］。

5.2 发展寒冷地区村镇畜禽养殖复合污染场地修复技术

国内北方地区村镇畜禽养殖污染场地，其特殊之处在于场地受气候温度影响会发生污染场地冻融效应。冬季气温降至－10 ℃以下给污染的原位修复技术带来困难。辽宁省岫岩、海城等地区在冬季冻土层可达1 m 厚，污染场地修复难度大。因此，基于寒冷气候条件下对重金属－抗生素复合污染场地修复的连贯性考虑至关重要。面对北方自然环境带来的修复压力，中国科学院沈阳应用生态研究所联合重庆大学开展的国家重点研发计划课题“村镇社区环境监测及修复关键技术研发”之“村镇社区冻土冻融水土环境修复关键技术及小型设备研究”围绕岫岩、海城、盘锦等辽宁省畜禽养殖场地，利用实验室资源研发低温生物调控工艺，耦合传统钝化技术与微生物降解技术，达到污染土壤修复的目的。在此基础上，研发适用于非规模化畜禽养殖场地的一种撬装式污染冻土解冻修复设备，通过外源增温、土壤表面覆盖等措施，实现寒冷气候条件下的重金属固定并延长抗生素低温降解微生物适宜温度区间，实现高效的场地修复性能，为土壤污染物排放控制及管理提供技术支撑。

5.3 完善非规模化畜禽养殖污染场地周边环境生态修复技术

畜禽养殖污染场地对其周边生态环境造成威胁。按照“村镇社区冻土冻融水土环境修复关键技术及小型设备研究”中的课题安排，课题组对海城、岫岩等地的抗生素及重金属污染进行调研。研究表明，鸡粪中氧氟沙星、恩诺沙星、环丙沙星、金霉素、强力霉素以及四环素含量可分别达160.96，2 255.87，4 089.61，40.846，211.05，1 193.39 μg/kg，猪粪中土霉素、氧氟沙星、环丙沙星、恩诺沙星含量可达1 002.89，400.02，679.10，966.55 μg/kg，大量粪便堆放于土壤上导致土壤中的氧氟沙星、环丙沙星、恩诺沙星、强力霉素含量可高达200.5，168.48，169.37，106.68 μg/kg。因此，完善其周边环境生态修复技术至关重要，对于辽宁省而言，应重点研究寒冷地区村镇土壤及水体污染修复技术。上述重点研发计划中对抗生素降解提出了合理方案：通过筛选耐低温高效且具有负荷的降解抗生素微生物、研发可控释菌剂材料以及具有环境友好特性的高效污染物活化技术、对污染场地周边土壤及水体调控进行研究和规划等，不断优化微生物生长条件及应用环境，进一步提高修复效率。同时可利用海绵阻控与拦截净化技术对周边水体进行调控，建立完善的冻融环境污染水体阻控修复技术；利用人工湿地、地下渗滤系统等完善的生态结构式体系对污染水体进行修复，改善污染场地周边生态。

5.4 构建合理集约式畜禽养殖场地环境修复技术集成与示范

“村镇社区冻土冻融水土环境修复关键技术及小型设备研究”课题中以非规模化畜禽养殖场地为研究对象，以降低经济成本并获得满意修复效果为最终原则，集成村镇不同季节所容纳的环境修复关键材料、成套设备与单项技术，对工艺进行优化和组装，建设非规模化养殖场地的村镇环境修复工程并给予效果评估。利用实验室成熟的模拟技术，结合原位场地进行土壤及水环境修复工程示范，以求得到优化的工艺组合，达到检测示范效果的智能化。综合考虑污染场地冻融气候条件、场地类型以及场地周边水文环境特征对整体修复技术的影响，完善修复技术体系和模式，制定可信度高的水土环境修复指南，最终达到全季候畜禽养殖场地复合污染的高效修复。

5.5 提高农村畜禽养殖场地主体环保责任与意识

农村生态环境的保护离不开政府的公信力和执行力，同时也离不开场地使用人环保责任和意识的加强。因此，政府应提高自身环境管理水平，同时加强环境公共服务，对村镇畜禽养殖的个体进行合理的环境使用引导和环保普及。地方政府应引导养殖户树立科学发展观念，遵循生态循环模式，杜绝因盲目追求经济效益而产生的恶性循环效应。畜禽养殖场地污染重在预防，提倡让农民广泛参与到畜禽养殖污染场地修复与防治中来，加强主体环保意识，不间断地让当地农民分享畜禽养殖污染防治技术方法，将先进的畜禽养殖方法和废物高效处置方案送达农民手中，利用网络技术提升农民环保理念。在畜禽废弃物减量化、资源化、再利用的前提下达到有效的全方位管理，在保障个体经济效益稳中求进的基础上，实现畜禽养殖污染场地的多元化效益［16］。

6 结论

畜禽养殖废弃物引起的环境问题逐年增多，应当引起高度重视。为了解决畜禽养殖带来的环境污染问题，应在优化空间布局的基础上，不断研发创新型高效修复技术，引导并鼓励养殖户不断强化畜禽废弃物的处理和综合利用，促进畜禽养殖产业的健康及可持续发展。这不仅需要养殖户的积极配合，同样需要各级政府部门之间相互配合，优化畜禽养殖产业链各个环节，维护养殖企业利益，保护好自然生态环境。