摘要：
本文从意大利罗马城郊马卡农场粪污处理技术模式着手, 简要介绍了意大利几种主要的粪污处理技术模式, 特别是没有配套农田的养殖场的氮素消除技术。然后研究了意大利一系列粪污处理保障制度和沼气发电补贴和合规生产补贴措施。最后指出中国可以借鉴意大利种养结合、制度政策、技术支撑方面的成功经验, 从根本上解决中国畜牧业, 特别是城郊畜牧业的粪便污染问题, 从而实现中国畜牧业持续健康发展。
关键词：
粪污处理技术；补贴政策；种养结合；技术支撑；
2017年1月29日至2月5日, 笔者在参加FAO粮食和农业遗传资源委员会第16届例会期间, 访问了世界畜产协会秘书处、意大利养殖者协会和罗马城郊的马卡农场, 专门考察畜禽粪污处理情况, 深受启发。
1 意大利畜禽粪污处理的主要模式
意大利地处中欧南部, 畜牧业产值约占农业总产值的33.1%。近年来, 意大利牧场数量逐步减少, 生产规模日益扩大。在欧盟对环境要求越来越高的前提下, 意大利也面临着畜禽粪污处理的压力, 但通过沼气利用和种养结合, 较好地解决了这个问题。考察中发现, 意大利的畜禽粪污处理大致有3种模式。
1.1 以马卡农场为代表的大型规模养殖场粪污处理模式
马卡农场是意大利为数不多的奶牛存栏超过3 000头的农场, 距离罗马市中心仅有20km, 是城郊型现代化农场。农场占地3 425hm2, 以奶牛养殖为主, 种养结合。目前奶牛存栏3 450头, 其中泌乳牛1 300头。有2 460hm2土地用于奶牛配套生产, 种植粮饲兼用玉米、青贮玉米、普通小麦和青贮小麦, 其余土地种植蔬菜供应罗马市场。意大利政府鼓励奶牛场采用沼气发酵工艺进行粪污处理, 马卡农场根据自身条件, 搞了两种模式的沼气发电。
第一个沼气池采用“70%粪便+30%生物质”的模式, 发电规模990kW/h。在沼气生产中, 添加的生物质一般为青贮玉米及其边角料、秸秆等, 其能量产出效率要高于畜禽粪便。因为该沼气池是响应国家粪污处理的政策而建, 所以在添加的物质中畜禽粪便占大头。
第二个沼气池采用“30%粪便+70%生物质”的模式, 发电规模650kW/h。此沼气池是在第一个沼气池成功使用的基础上建立的, 为了提高发电效率, 秸秆等生物质投入占大头。
马卡农场沼气发电工艺采用计算机控制, 利用机械设备将粪便集中在储粪池中, 然后与生物质 (秸秆或青贮玉米) 按比例混合加入沼气罐。混合装置可使沼气池内料液实现完全均匀或基本均匀状态, 有助于微生物和原料充分接触, 加快发酵速度、提高容积负荷率和体积产气率。
沼气发电之后, 对沼渣和沼液也有很好的利用。沼液直接还田, 沼渣经过干燥后可以作为奶牛场很好的卧床和运动场垫料, 适当的时候再通过地表施肥和深层施肥方式用于农田作物肥料。这样既减少了施用沼渣的压力, 又减少了垫料投入, 更加环保。此外, 奶牛场废水也做到了循环使用, 将挤奶厅、挤奶等候厅冲洗用水、一般生活用水集中在一起, 过滤为中水后可重新作为冲洗用水。
1.2 伦巴第畜牧业主产区中小型养殖场沼气发电模式
据了解, 意大利沼气发电比较普遍, 仅伦巴第大区就有250个沼气发电企业, 占养殖企业的15%。其中, 也有100%粪便生产沼气发电的模式, 相比马卡牧场生产工艺, 发电效率比较低, 但能很好地解决养殖场的粪便污染问题。由于意大利大多数牧场为中小型养殖场, 粪便产量不足以维持稳定的沼气生产, 牧场自发成立合作社, 集中收集多个牧场的畜禽粪便进行生物发酵生产再生能源。
1.3 意大利中小牧场粪污直接还田技术模式
由于意大利大部分为中小型牧场, 自身拥有一定规模的土地, 大部分猪场和部分奶牛场采用了简单处理还田技术。为防止养殖场粪污污染环境, 政府规定未经过处理的粪污不能直接施于农田。还田前必须将粪尿、饲养用水一并通过缝隙地板排放到粪沟中, 然后汇入储粪池储存至少2个月, 厌氧发酵杀灭粪便中的有害微生物, 然后才能还田。
无论是直接还田, 还是沼渣沼液还田, 都有地表施肥和深层施肥两种模式。据介绍, 地表施肥模式粪便中氮素利用效率约为50%, 其中氨态氮挥发损失达30%~50%;深层施肥模式粪便中氮素利用效率可达80%, 其中氨态氮挥发损失仅为2%~3%。深层施肥是减少空气环境污染的有效方法, 对比试验表明, 深层施肥完全可以用粪便替代化肥保证作物生长。
养殖场要拥有与其饲养规模相配套的土地才能避免氮素污染环境, 如果没有土地就必须采用氮素消除技术处理粪污。意大利伦巴第大区部分养殖场没有或拥有很少的配套土地, 没有条件实行粪肥还田, 根据企业自身情况选择了不同的氮素消除技术。
如果养殖企业没有配套土地, 在沼气发电 (利用了其中的碳元素生产甲烷) 后, 粪便中的氮元素只是改变了存在形式, 并没有减少。给沼液通入氧气充分反应, 氮素通过硝化作用转变为NO3-, 然后通过反硝化作用生成N2。这样形成产品就可以直接排放到环境中。此设备投资不大, 但需要消耗大量的电能, 与沼气发电结合效果最好。
如果养殖企业有部分配套土地, 可将生产沼气的剩余物干湿分离, 沼液通过排出氨态氮减少还田粪便中的氮素, 固体部分可运输到其他需要的地区, 有计划地避免磷和重金属区域性超标。有两种排出氨态氮的方法:热空气法和化学法。热空气法主要是将热空气通过粪便, 加热将氨气排出, 此法需要大量的热量, 一般利用沼气发电产生的热量。化学法是将沼液4次过滤, 减少沼液体积至一半以下, 加入Na+、Ca2+将NH3置换排出。排出的NH3与硫酸反应生成硫酸铵。至此完成粪污中氮素的资源化利用。
经过近10年的畜禽粪污处理综合技术的实践, 意大利有关协会和专家都认为, 只要盯住土壤中氮素这一关键指标持续监测, 就能基本上实现畜禽粪污的资源化利用, 粪便中其他潜在污染元素如磷、重金属也能迎刃而解。实践证明, 水、空气、土壤监测指标逐年得到改善, 地下水资源得到了一定程度的净化, 笔者所到的养殖场环境都很优美, 无刺激性气味, 说明意大利粪污资源化利用的经验是成功的。
2 意大利畜禽粪污处理相关制度和政策措施
2.1 有关制度规定
欧盟非常重视畜禽养殖业的环境保护问题, 出台了一系列环境保护的法律法规和养殖业粪污处理的补贴政策。欧盟《硝酸盐指令》 (91/676/EC) 明确规定, 自2002年起, 每年每公顷土地上不能施用含氮素超过170kg的粪便, 除非通过一个免除规定。欧盟《饮用水指令》 (80/778/EEC) 将水中硝酸盐定量为低于50mg/L。在这个大框架下, 每个国家都制定了相应的法律法规, 意大利政府颁布了152/99法规和209号农业部令 (2006年4月7日) , 规定每公顷土地上不能超过2.2个成年牛单位。之后, 意大利每个地区也相应地出台了政策, 促使本地区的畜牧业生产在不违反欧盟指令的基础上实现可持续发展。例如, 意大利伦巴第大区配套制定了“大区行动规划5868号” (2007年11月21日) 和“水资源保护和利用规划3297号” (2006年10月11日) , 具体规范本大区的养殖企业。
2.2 沼气发电补贴
意大利在建设沼气工程之初, 给予企业工程投资30%的补贴。同时积极推动沼气发电并入国家电网, 保证以每度电0.28欧元的价格 (高于国家购电成本0.21欧元, 高于居民用电0.05欧元) 连续收购15年。笔者考察的马卡农场, 其两个沼气池的正常运转每年卖电总收入超过400万欧元, 极大地调动了农场利用沼气生产可再生能源的积极性。近两年, 由于沼气发电工程的普遍推广, 现在如果只建设沼气发电厂, 政府将不再给予补贴。而对于沼气发电和氮素消除设备配套建设的项目, 意大利政府继续提供30%的补贴。同时降低了收购沼气发电的价格, 承诺以每度电0.23欧元的价格连续收购20年。
2.3 合规生产补贴
意大利给予养殖生产者补贴与环境保护挂钩。马卡农场每年都遵守意大利环保政策, 大区按照每100L牛奶4欧元的标准给予生产补贴。马卡农场每年生产1 300万L牛奶, 可获得补助52万欧元, 增强了农场合规生产的动力。
3 启示
3.1 适度规模, 种养匹配, 加快构建新型种养关系
种养紧密结合是意大利粪污处理成功的基础。在意大利, 如果没有自己的配套土地是很难经营养殖场的。无论是从饲料原料成本的角度, 还是粪污处理的角度, 养殖企业在规划建设或扩大规模之前, 都要考虑通过并购或合作的方式使自身拥有的土地规模能够消纳养殖场潜在的粪便污染。养殖企业是畜禽粪污资源化利用的主体, 从事畜牧业生产就必须提供畜禽粪污资源化利用方案和保障措施。政府的角色主要是合理规划和布局规模养殖企业, 引导和监督养殖企业彻底解决畜禽粪污资源化利用问题。
当前, 中国养殖业和种植业生产主体分离, 农牧结合难度很大, 应借鉴意大利种养结合和多种粪污处理技术综合运用的经验, 发展适度规模养殖企业, 尽量少建特大型养殖场。应把养殖场周边可利用的农田的数量作为规划建设和扩大规模的重要衡量指标, 对于已经存在的养殖企业, 鼓励企业加大土地流转或采用合作的方式保证可使用农田面积, 确保能够消纳养殖场的粪污。建立种养配套的新型种养关系, 不仅能够促进粪污资源化新技术的应用, 有效的缓解粪便污染的压力, 而且能够引导企业充分利用本地饲料资源, 降低养殖成本, 实现种养双赢。
3.2 制度保障, 政策激励, 推动畜禽粪污综合利用和资源化
指向明确的激励政策是意大利粪污处理成功的保障。意大利政府在欧盟指令的框架下, 从中央政府到大区政府都出台了相应的法律法规。农业部、环境保护部分工明确, 农业部负责从养殖规模、生产水平上进行监控, 环境保护部从水、土壤、空气质量方面进行监督。从生产的角度看, 意大利根据养殖企业生产水平和土壤性质, 规定单位面积上所能容纳的载畜量。采用“先建后补”的政策对养殖企业进行管理和规范。一方面, 对环境友好型畜产品进行补贴。例如, 意大利奶牛养殖企业利润平衡点较低, 如果推行环境友好型生产, 生鲜奶每升可获得0.04欧元的补贴, 这对养殖企业来说非常重要。如果某一个企业粪污处理不达标, 就会失去牛奶补贴, 企业效益可能就会由盈利转为亏损。另一方面, 对于沼气发电的补贴。意大利政府明确规定沼气发电可以并入国家电网, 以远高于国家民用电成本的价格收购。马卡农场第一个沼气池是为处理粪污而建, 第二个沼气池则是为了发电而建。政策激励促使养殖企业处理粪污由被动变为主动, 极大地促进了粪便资源和农产品下脚料资源的充分利用。
意大利的补贴政策说明, 只要有明确要求和合理利润, 养殖企业处理粪污一定会从要我干变成我要干。当前, 中国正处在畜禽粪污资源化利用政策的设计阶段, 可借鉴意大利的做法, 强化顶层设计, 激励养殖企业提高精准化管理, 从源头减排。首先, 避免再建设高投入、高污染、低效益的养殖企业。其次, 对现有的养殖场进行粪污处理技术改造和升级, 可采用“先建后补”的政策, 环境达标后给予补贴, 确保补贴真正用于养殖场转型升级和绿色发展。第三, 应抓紧出台生物再生能源顺利并入国家电网的优惠政策, 支持沼气发电事业发展。第四, 也是最关键的环节, 应明确沼气发电只是对粪便中的能量进行了资源化利用, 并没有从根本上解决氮、磷和重金属污染问题, 只有充分利用干湿分离技术和氮素消除技术, 才能够从根本上缓解大型牧场缺乏配套农田造成的污染问题。
3.3 强化支撑, 提炼模式, 进一步加强粪污处理典型模式的示范推广
完善的技术服务是意大利粪污处理成功的关键。意大利在进行粪污处理之初, 以中央和大区政府为主导, 召集了各地区大专院校、科研院所、推广服务机构从事畜牧生产、机械设备、土壤作物等方面的专家, 形成“政府、科研、推广”三位一体的团队, 从减排 (牧场设计、高效用水、精准饲养、粪便计量) 、处理 (沼气发电、干湿分离、氮素消除) 、利用 (土壤性质、施肥模式、作物需求) 3个方面着手, 形成可行的技术方案和操作规范, 使养殖企业在遵循粪污处理法规的时候做到有所依据, 在提高畜禽生产水平、增加经济效益的基础上合理处理粪便, 切实做到粪污资源化。例如, 意大利执行欧盟指令91/676/EC的时候, 研究表明每公顷农田上可容纳的成年牛数量为1.2～2.8头, 意大利政府制定了每公顷农田可容纳2.2头成年牛的规定, 给企业一个可以实现的目标, 促使企业提高管理水平和生产水平。
意大利粪污处理完善的技术支持启示中国, 首先应从源头上减少氮、磷和重金属的排放。畜禽生产必然产生粪便, 关键是要精准化计量出为了维持生产必需的氮、磷和重金属的排放, 在此基础上限制超量排放, 并制定“谁污染、谁付费”的政策。其次是提高沼气生产技术和规范, 单纯使用粪便生产沼气效率低, 如果能够利用农作物秸秆作为辅助, 可以大幅提高沼气生产效率, 还能减少焚烧秸秆造成的污染。沼渣沼液最终还是要还田的, 这就要求中国针对不同的沼渣沼液特性、不同的土壤结构、不同的作物、不同时间等多方面考虑, 制定出养殖企业可以作为依据的、不同农田施肥的规范, 综合运用多种粪污处理技术, 形成多种可推广、可复制的技术模式, 实现粪污无害化、资源化。
3.4 统筹供需, 积极引导, 促进城郊畜牧业健康发展
城郊畜牧业是大农业的重要组成部分, 也是人与自然和谐的重要方面, 应该能够大有作为。2015年米兰国际食品博览会期间, 从117个国际都市联合签署的“都市食品政策公约”可以看出, 世界上所有的国际大都市都很重视发展畜牧业, 提倡短链畜产品供应, 也为中国发展都市畜牧业提供了理论和实践依据。马卡农场在罗马市郊, 是罗马鲜奶、奶制品和蔬菜的供应基地。马卡农场附近既有学校, 也有居民区, 关键是实现了循环利用和可持续发展。农场经营的农产品就近供应罗马市场, 对于保障供给、稳定物价、应对极端天气等突发事件的作用非常突出。
当前, 国内高度重视环境问题, 但是不能偏废和简单化, 应当处理好生产、生活和生态的关系。意大利牧场的实践证明, 生产、生活和生态是能够协调发展的。因此, 不能只顾生态, 不顾供给, 漠视就业, 对城郊畜牧业一禁了之, 拒城郊畜牧业于千里之外, 一旦发生极端天气灾害, 城市的供给将成为大问题。特别是鲜牛奶等生鲜畜产品, 城郊畜牧业应该占有一定比例。事实上, 城郊畜牧业集品种、养殖、饲料、销售现代技术为一体, 是现代畜牧业的窗口, 示范带动能力更强。只要处理好生产和环境关系, 强化畜禽粪污处理和资源化利用, 让农牧业真正循环起来, 城郊畜牧业一定大有可为。
