实施清洁生产源头控制畜禽养殖污染

吴银宝，吴根义，廖新俤

（1.华南农业大学动物科学学院，广州 510642；2.岭南现代农业科学与技术广东省实验室，广州 510642；3.生态环境部华南环境科学研究所，广州 510530；4.温氏食品集团股份有限公司，广东云浮 527400）

规模化畜牧业的发展对保障“菜篮子”供给具有重要意义，与此同时造成畜禽养殖污染物排放呈现总量增加、范围扩大和问题加剧的趋势，直接阻碍畜牧业的可持续发展和美丽乡村建设。依据我国第二次全国污染源普查公报，畜禽养殖业中水污染物COD排放量为1 000.53 万t，分别占全国排放量和农业源排放量的46.67%和93.76%；氨氮排放量11.09万t，分别占11.51%和51.30%；总氮排放量59.63万t，分别占19.61% 和42.14%；总磷排放量11.97 万t，分别占31.95%和56.46%[1]。如此高的畜禽废弃物和污染物排放量给我国环境造成极大的污染风险。据分析，2018 年我国土地环境承载容量为146 985.99 万头猪当量，处于超载的省区占全国（不含港澳台）全部省区的41.9%，且主要集中在南方，尤其是东南沿海地区超载状况更为严重[2]。此外，畜禽粪污中还存在很难完全消除的污染物，如重金属、兽用抗生素、抗生素抗性基因、抗生素抗性菌、微塑料等，一旦进入环境就可能通过食物链影响居民健康[3]。

20 世纪70 年代末期，清洁生产作为经济和环境协调发展的一项战略措施被提出并在全世界逐步推广应用。我国在1994年提出的“中国21世纪议程”中将清洁生产列为重点项目之一。2005 年颁布的《中华人民共和国畜牧法》也明确了畜牧业清洁生产的规定，使畜禽清洁养殖纳入了法制化管理轨道。畜牧业清洁生产是农业清洁生产的重要一环，它是按照可持续发展的观点把清洁生产引入畜禽养殖中，在为人类提供绿色安全、健康无污染畜产品的同时，减少养殖废弃物和污染物的产生和排放，降低畜牧业生产过程对人类和环境的污染风险。由此可见，畜牧业清洁生产核心内容与畜禽养殖废弃物综合治理中源头减量一致，以预防为主，尽可能将污染物消除在它产生之前[4]。畜牧业清洁生产通过采取各种有效措施，从源头上控制畜禽废弃物产生量及污染物的排放量，对畜禽养殖主要污染物减排具有重要意义。本文从饲料调配和饲养管理等方面综述与畜禽养殖污染物减排相关的清洁生产技术及其效果，为畜禽养殖污染防控提供理论依据和技术支撑。

1 优化饲料配方减少畜禽污染物排放

畜禽排泄物是畜禽养殖过程排放的主要污染物，其主要来源于消化道内未完全消化吸收的饲料。根据清洁生产的要求，通过科学合理配制饲料，不仅可以提高动物对营养物质的消化吸收效率，还可以减少畜禽排泄物量及其污染物含量，从而实现源头减排。

1.1 配制低蛋白质氨基酸平衡日粮

氮是畜禽排泄物的主要营养成分。理想蛋白质指的是氨基酸组成比例与动物所需蛋白质的氨基酸组成比例完全一致的蛋白质，动物对其消化吸收效果最好。低蛋白质氨基酸平衡日粮基于理想蛋白质概念，采用的蛋白质含量低于NRC 等营养标准，通过添加必需氨基酸使日粮氨基酸组成相对平衡，以提高畜禽对蛋白质的利用率，促进畜禽的生产性能，同时减少粪尿中氮的含量。我国配制猪日粮时粗蛋白含量大都参考美国NRC 标准，如保育猪、保育猪后期、生长猪和育肥猪的日粮粗蛋白标准分别为20.9%、18.0%、15.5%和13.2%。表1 总结了低蛋白饲粮对不同畜禽污染物的氮减排效果。然而，单方面过度降低粗蛋白水平，会影响氨基酸的供给平衡，导致小肠绒毛变短并降低生产性能[5]。因此，参照畜牧业清洁生产技术的要求，在保证畜禽生产性能的前提下，通过平衡饲料氨基酸水平，最大限度地降低蛋白质的水平，从而达到畜禽养殖氮减排的目的。

表1 低蛋白饲粮的氮减排效果Table 1 Effects of low protein diet on nitrogen emission reduction

1.2 精准化配制饲料

量化饲料成分中生物可利用的营养物质含量，准确满足畜禽氮、磷和微量矿物质的需求，采用阶段或集体饲喂模式[11]，也是源头减排畜禽污染物的重要措施，不同畜禽种类粪便中养分含量如表2 所示。不同品种、生长阶段的畜禽有不同的营养需要，饲料配方应根据不同生长阶段的特点不断优化。因此，根据动物不同生长阶段、生理生化特点、环境条件，采用精细化的营养调控，提高消化率的同时，达到养分减排的目的。

表2 不同畜禽种类粪便中营养物质的含量Table 2 Nutrient contents in feces of different livestocks and poultries

饲料中添加铁、铜、锌、锰、铬等矿物质，可以促进畜禽生长，维持机体健康，改善畜产品品质[12]。但微量元素的过量添加、微量元素间的拮抗作用以及饲料保存不当均会降低畜禽对微量元素的吸收利用率，导致未被吸收利用的微量元素随粪尿排入环境中，造成污染[13]。不同畜禽种类粪便中重金属含量如表3 所示。精准控制微量元素的添加量或使用有机微量元素、纳米微量元素，可以减少畜禽粪源污染物的排放[14]。

表3 不同畜禽种类粪便中重金属含量（mg·kg-1）[15]Table 3 Heavy metal contents in feces of different livestocks and poultries（mg·kg-1）[15]

铜和锌是猪粪中超标最为严重的两类重金属，其污染主要来源于饲料中无机铜和锌的添加。研究证明，在一定范围内降低饲料中铜和锌的添加量不仅不会影响猪的生产性能，还能起到很好的减排作用。荷兰学者对2011 年公开发表的65 篇文章中的214 个数据进行统计分析，发现在生猪5～25 kg阶段，饲料中含有152 mg·kg-1的铜可以达到最佳生长效果；饲料中含有134 mg·kg-1的铜完全可以满足5～45 kg 阶段猪的生长需求；而且在生长和育肥阶段，较高浓度的铜对猪的生长没有积极作用，反而会降低猪的生长性能[16]。猪在不同生长阶段对锌的需求不一样，其中仔猪需求量最大[17]。有研究表明，在仔猪断奶后的前6周添加锌的含量为46～48 mg·kg-1，能达到最佳的生长性能和健康状况[18]，这一结论显著低于我国饲料添加剂安全使用规范的最高允许水平150 mg·kg-1，对猪饲料中锌的添加及污染物减排有很好的指导作用。因此，按照清洁生产原则，精准化配制饲料成分，特别是控制饲料中微量元素的添加量，对于动物的健康生长和生态环境安全均具有非常重要的意义。

1.3 选择易消化的饲料原料

畜禽对所有饲料的消化率都有一定的限度，没被消化利用的营养物质被排出体外，会对环境造成污染。在较常用的玉米-豆粕型猪饲料中，作为主要氮源的豆粕，猪对其消化率大约只有76.7%；磷主要以植酸磷的形式存在，而猪缺少相关消化酶，对其难以消化利用，造成60%～75%的磷被直接排到环境中；补充铜、锌的矿物质添加剂主要是硫酸铜和氧化锌，这些物质具有使用方便、价格便宜等特点，但生物可利用性低，排放到体外的量多。因此选择合理、易于消化的饲料原料，不仅可以提高猪对饲料的消化率，还可以减少污染物排放。目前比较热点的新替代原料有膨化玉米、发酵豆粕、有机矿物质和转基因植物原料等（表4）。

表4 易消化的饲料原料特征及其减排效果Table 4 Digestible feed material characteristics and their emission reduction effect

1.4 合理使用饲料添加剂

畜牧业清洁生产要求饲料添加剂的选择应达到促进营养物质吸收、减排畜禽养殖污染物的目的，同时还要明确饲料添加剂的添加方式和添加量，防止畜禽粪污中的养分、重金属、抗生素、抗性基因等污染物质的超标，对环境造成污染。常用的添加剂有益生菌、酸化剂、酶制剂、凹凸棒石和中草药等（表5）。

表5 常用的饲料添加剂优点及其减排效果Table 5 Advantages of commonly used feed additives and their emission reduction effect

2 加强饲养管理减少畜禽污染物排放

畜禽养殖清洁生产是一个全过程控制的生产模式[50]，其中畜禽饲养管理是贯穿于整个养殖过程的重要组成部分。这需要从加强环境调控、强化粪污产生管理、优化粪污资源化利用这3 个方面入手，落实清洁生产。

2.1 加强环境调控

饲养环境的好坏直接影响到畜禽健康、生长性能和养分利用率。在精细化饲养管理过程中，舍内环境条件的精准控制（如温度、湿度、光照等）对畜禽良种性能、饲料营养作用的发挥极为重要，这样才能最大限度发挥生产性能和提高资源利用，减少生猪养殖过程中疫病的发生[51]，减少污染物的产生与排放。

温度在环境的诸因素中起主导作用。温度对生猪的影响，主要体现在生长速度与饲料利用率上。温度过高或过低都会使猪生长速度减慢，饲料利用率降低[52-54]。表6、表7 为不同温度对猪生产性能的影响。通过调控温度，使猪的生长速度和饲料利用率维持在较好的水平，能达到减少污染物的产生与排放的目的。

表6 温度对70～100 kg猪采食量、增重、能量效益的影响Table 6 Effects of temperature on feed intake，weight gain and energy efficiency for 70～100 kg pigs

表7 各类型猪的适宜温度（℃）Table 7 Suitable temperature for pigs at different growth stages（℃）

猪舍内的空气湿度也会影响猪的新陈代谢[55]。在气温14～23 ℃、相对湿度50%～80%的环境下最适合猪生存（表8）。合适的湿度范围有利于畜禽高效利用营养物质，从而实现源头减排污染物的目的。为了防止湿度过高，首先要减少猪舍内水汽的来源，少用或不用大量水冲刷猪圈，保持地面平整，避免积水；同时要设置通风设备，经常开启门窗。

表8 不同生长阶段猪舍的适宜相对湿度（%）Table 8 Suitable relative humidity for pigs at different growth stages（%）

猪舍通风较差会在舍内蓄积大量二氧化碳、氨、硫化氢和尘埃。猪舍空气中有害气体的允许浓度见表9，最大允许值，二氧化碳为3 000 mg·L-1，氨为30 mg·L-1，硫化氢为20 mg·L-1。猪若长时间生活在有害环境中，除引起各种疾病外，还会导致猪的应激综合征，从而导致畜禽生产力下降10%～20%[56]。通过自然通风和机械通风（表10），可以将有害气体等排出至舍外，使舍内空气环境得到保障，有利于提高畜禽营养物质的消化吸收和利用率。

表9 猪舍内有害气体允许浓度（mg·m-3）Table 9 Permissible concentration of harmful gases in piggery（mg·m-3）

表10 猪舍内适宜的气流（m·s-1）Table 10 Suitable air flow in piggery（m·s-1）

光照是影响家畜生长、繁殖的主要环境因素之一。合理的光照环境对猪有促进新陈代谢、加速骨骼生长以及活化和增强免疫机能的作用，能够显著提高猪的繁殖力和生产力。母猪、仔猪和后备种猪每日保持14～18 h 的50～100 lx 的光照时间，有利于提高畜禽的饲料利用率，减少污染物的排放[57-58]。

2.2 强化粪污产生管理

猪场雨污分流、清污分流系统的设置能使猪场废水总量降低[59]。雨水和一些猪场人员生活用水这类污染物含量低或不含污染物的水，若直接并入猪场废水中，会导致废水总量加大，处理难度增大。建立雨污分流和清污分流系统，可将这部分水的流向与高浓度的猪场废水分隔，提高废水的处理效率。此外，不同的饮水器类型或饮水方式，动物在饮水时洒漏的情况不一样。以猪为例，现在常见的饮水器有鸭嘴式、乳头式、吸吮式（仔猪）及杯式或碗式等[60]；王美芝等[55]对保育猪阶段不同饮水器造成的浪费水量进行对比，发现每头保育猪使用鸭嘴式、Swing 式和杯式饮水器造成的浪费水量分别为1.93、1.42、1.13 L·d-1。选择适宜的饮水器也是减少粪污产生量的重要措施。

清粪工艺对猪场粪污和废水的产生量以及废水中各种物质的含量有着重要的影响（图1～图3）。水冲清粪、水泡清粪和干清粪工艺平均每头猪用水量分别为35～40、20～25 L·d-1和10～15 L·d-1[61]。采用干清粪（机械或人工）有助于清洁生产。

2.3 优化粪污资源化利用

畜禽饲养规模要考虑周边环境的承载能力。养殖规模将决定粪污的产生量，若粪污产生量与有效范围内农田、果园负荷量保持相对均等，可以减少养殖过程中造成的环境污染。因此，在进行猪场选址和建造时不仅要配备足够的粪污处理设备，并且要考察周围环境是否有利于未来的发展。陈贵等[51]进行了连续5 a 田间定位试验，发现水稻种植过程中单独施用猪粪30 t·hm-2时，水稻产量、干物质累积量、氮磷累积量及生理利用效率与常量化肥处理相比无显著差异。种植水稻、玉米和大豆，黑龙江农垦每公顷农田可承载的猪当量分别为37、21 头和21 头[62]。规模养殖场配套土地面积等于规模养殖场粪肥养分供给量（对外销售部分不计算在内）除以单位土地粪肥养分需求量。主要作物的需肥量如表11 所示，根据作物需肥量核算养殖场周边土地承载力，为养殖场配套足够利用养分的土地，不仅是畜牧业清洁生产的要求，更是农业可持续发展的要求。

表11 不同作物的目标产量和需肥量特征Table 11 Target yields and fertilizer requirements for different crops

3 结语

养殖端采用清洁生产技术对源头减排畜禽养殖污染有重要贡献。清洁生产既能够实现畜牧业内部饲养技术、管理水平和资源利用效率的提升，又能够实现污染物的减排，从而减轻末端的废弃物处置压力；从整个农业来看，养殖粪污是重要的农业有机肥源，在适度规模下践行种养结合、推进粪污资源化利用进程，是发展循环农业、绿色农业所不可或缺的。然而，目前畜牧业清洁生产尚处于探索和实践阶段，今后应配套清洁生产相关的组织与管理体系，让清洁生产技术指导我国畜禽养殖，在提供优质产品的同时，减少畜禽养殖污染物排放，助力畜牧业可持续发展。