湖南农业院士丛书:畜禽粪便资源化利用新技术

作者简介

印遇龙 中国科学院亚热带农业生态研究所研究员，中国工程院院士，博士生导师，湖南省科学技术协会第十届全省委员会副主席。长期从事研发高效环保安全猪饲料生产技术及畜禽粪便无害化处理与资源利用研究，并取得重大的创新成果。现已发表各类科研论文200余篇，其中SCI或同类论文40余篇，申请国际、国家级发明专利有20项。

内容简介

近年来，随着经济和技术的高速发展，我国的农业环境污染问题越来越严重，环境形势日益严峻。如今，我国第一产业中存在很多不科学的生产方式，而这些生产方式有许多不足。一是影响国内农业的产业效能，降低生产效率；二是对农村生态环境造成了严重的污染。据有关部门报道，目前我国有一半以上农村地区地下水已经受到污染，而归根结底正是因为农业生产过程中排放的“三废”未得到有效处理，影响农业经济发展的同时也威胁着人们生活用水的安全，因此农业环境污染问题已成为亟待解决的大问题。 一、我国农业环境污染现状 我国改革开放至今四十余载，农业经济得到了高速发展，农业经济体系基本实现了从数量型到质量效益型的转型发展，然而，国内农业经济的高速增长很大程度上是由于化学品的大量使用。实际生产中，化学品的使用通常会存在滥用等问题，归根结底是由于我国在化学品相关知识的普及和相关部门监督、管理方面存在不足，从而导致土壤、河流、空气的污染物含量在持续增长，因此我国农业环境污染问题日益严峻。目前，由于我国农业政策的不断完善，工业化污染和城镇化污染已经得到了控制和治理，而由于我国农村用地大、人口稀少导致农村人口密度小，机械化程度较低，环境负载容量较大，致使农业环境污染这一“世纪大问题”一直被大家轻视，所造成的后果也可想而知，农村环境污染区域正由“点状”到“块状”扩大。 由于相关知识储备不足，许多人认为点源污染（有固定排放点）主要就是工业污染及城市生活污染，而农业环境污染就是面源污染（无固定排放点）。准确来说，将农业污染笼统概括为面源污染是不准确的。面源污染是指农业生产过程中化肥、农药的不合理使用，养殖的畜禽排泄物处理不当以及农村生活中产生的污染物，在雨水、人工灌溉、土壤降解的作用下，分散地、微量地污染水体，其污染途径是通过地表径流和地下渗流等方式引起水资源污染。所以，将农业污染完全当作面源污染是不全面的，没有概括出农业污染的本质和全貌。21世纪初，我国农业科学院的众多教授经过多年来的研究首次提出“农业立体污染”这一全新概念。“农业立体污染”是指在实际农业生产过程中化肥和农药的不科学使用、畜禽排泄物不合理排放、农田的废弃物、耕作设备以及“工废农用”等，这一系列污染物造成农业环境中大气、水体、生物、土壤立体交叉污染。因此，这一全新概念的提出深刻地指出农业环境污染源及其危害的严峻性。 二、农业环境污染的危害 1.污染水体 众所周知，农业环境污染会导致水体严重污染，也是水体富营养化的主要污染源。至今，我国至少一半的水域遭到污染，并不同程度上处于富营养化，而沿海地区水域出现“赤潮”这一现象经常可见，并呈上升趋势。“赤潮”危害极大，极易使水体受到严重污染，因此我国的水库、河流、湖泊等水域的富营养化程度加剧，更为严峻的是，这一现象已经危及国内城乡居民饮用水的安全。因此，保护水源成为“人类命运共同体”第一要务，需要人们去保护所剩无几的淡水资源。 2.污染土壤 为了保护和改善生态环境，防治土壤污染，保障公众健康，推动土壤资源永续利用，推进生态文明建设，促进经济社会可持续发展，2019年《中华人民共和国土壤污染防治法》正式实施，对防治土壤污染相关的规划、标准、普查和监测、预防和保护提出了明确要求，要求加强农药、肥料登记，组织开展农药、肥料对土壤环境影响的安全性评价，禁止向农用地排放重金属或者其他有毒有害物质含量超标的污水、污泥，以及可能造成土壤污染的清淤底泥、矿、矿渣等。国家鼓励和支持农业生产者采取下列措施：①使用低毒、低残留农药以及先进的喷施技术；②使用符合标准的有机肥、高效肥；③采用测土配方施肥技术、生物防治等病虫害绿色防控技术；④使用生物可降解农用薄膜；⑤综合利用秸秆、移出高富集污染物秸秆；⑥按照规定对酸性土壤等进行改良。 3.污染大气 全球科技化所导致的温室效应被各个国家、地区广泛关注，全球变暖、臭氧层破坏正使地球受到前所未有的磨难，而全球气候的急剧变化也正在一步一步侵蚀我们的家园。这些现象的主要原因是温室气体的大量排放，如二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、臭氧（O3）、氢氟氯碳化物类（CFCs，HCFCs，HFCs，）、六氟化硫（SF6）及全氟碳化物（PFCs）等。我国环境检测结果表明其中甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）是由于农业生产活动产生的，值得注意的是氧化亚氮（N2O）是由于氮肥消解后在土壤作用、流动转移下产生的，另外，占温室气体绝大部分的甲烷（CH4）主要是由农作物种植和畜禽养殖活动产生的。 4.危害人体 水、土壤、空气对于人类来说是不可或缺的。根据环保部资料可知，我国61%以上饮用水和地下水正遭受污染，790多个农村环境水源质量观测点整理数据表明，我国农村地区的水源正遭受不同程度的污染，由于政策实行不全面，部分农村已达到“一碗米换一碗水”的地步。世界淡水资源紧缺，我国也不例外，农村地区作为主要淡水聚集区域若遭受一定的污染，必将危害我国人民身体健康。据卫生部统计，全国有数以万计的人因为亚硝酸盐、卤代烃进入体内而导致重病或慢性死亡，罪魁祸首正是“水污染”。 5.制约农业经济发展 我国是农业大国，农业占比10%左右，由于农业环境污染造成的经济损失不容小觑。一旦出现农业环境污染，污染程度小的出现农作物减产，质量下降，污染程度大的则会导致传统农作物无法存活。据相关资料显示，我国因为农业环境污染的直接经济损失占农业生产总GDP的51%～102%。近10年来，我国农业经济增长率呈下降趋势，由于农产品质量问题所导致的损失每年约为80亿元，其主要原因是农民过量使用化肥、农药，导致蔬果、牲畜、花卉产量及质量急剧下降。据统计，每年约有900万吨氮肥流失于农田之外，导致农村环境污染，直接经济损失可达200亿元。 三、我国农业环境污染的原因分析 1.外层原因 （1）农药、化肥污染。化肥、农药等的不合理使用，致使我国农业土壤污染问题日趋严重。农药和化肥的危害对我国农业环境造成巨大影响，农业环境安全与生态环境安全正面临前所未有的挑战。单就农药来说，2019年农药使用量达30万吨，相比之下，是20世纪90年代的100倍，相比2018年来说略有下降，但总量仍旧很大，是美国、日本等国家的总和。 （2）畜禽排泄物污染。二十年来，我国畜禽业发展速度迅猛，畜牧业为农业和国民经济作出了重要贡献。禽蛋产量2700多万吨，近20年稳居世界第一；奶类产量3800万吨，居世界前列，保障了食品需求。但是，有利必有弊，由此造成的粪便污染近年来持续走高，而且我国畜禽粪便产量巨大，也是水污染的主要原因。 （3）农业废弃物污染。在实际农业生产活动中会有大量“三废”的产生，其中包括如农作物的秸秆等。秸秆是成熟农作物茎叶（穗）部分的总称。通常由水稻、小麦、棉花、甘蔗等农作物（通常为粗粮）产生，是在收获籽实后剩余的部分。秸秆中含有大量的N、P、K等元素、有机质和微量元素，如果不能合理处置很容易造成水、大气、土壤污染。 2.内层原因 （1）粮食安全保障的压力。我国人多耕地少，但是我国最伟大的贡献就是仅用世界7%的耕地面积就养活了世界上22%左右的人口。然而国内粮食供求关系压力大，粮食安全保障一直是政府鼓励发展农业政策的核心要求。但是由于城镇化水平的不断提高，人口增长，而且工业、住房用地面积增加，农村耕地面积不断减少，很多田地荒废。为了保证粮食供应链需求和粮食质量安全，高水平、高层次的农业生产投入不断加大，尤其是化肥和农药的使用已成为高产不可避免的一条途径。如果一味地加大化肥、农药的使用量则会造成更大的危害。 （2）城乡二元分割的结构。我国的发展长期存在不平衡的状态，新中国为了谋发展不断出现“重城市轻农村”“重工轻农”的发展战略，经济发展不平衡的同时，环境保护侧重点也受到了不大不小的影响，国家原有政策偏重于城镇化发展而忽略农村经济发展，例如自新中国成立以来，优先发展重工业的领先政策、限制农民转城镇户籍制度，长期以来的环境治理方针和政策、法律法规偏重于城市，对于农村和农业的照顾少之又少。城市人口多，废弃物多才需要治理，而农村人少、工业化程度低则不需要治理，这是十分错误的观点。农村需要发展，中华民族伟大复兴离不开农业的蓬勃发展。近年来，随着城镇化水平的不断提高，许多一线、二线城市将污染物排放量大的企业搬至农村，这样虽一定程度上减轻了城市污染的负担，也释放出一个不好的信号，即一种城市环境日益好转而农村环境污染逐步加重的二元不平衡结构。这一结构客观体现了城市与农村在环境监测、环境保护、环境治理等许多方面存在的明显差距以及城市与农村发展的不平衡性。城市的发展离不开农村振兴，两者只有共同发展，经济产业结构才能健康，国家才会强大另外，我国需要从上至下制定相关政策，全面改革。农村环境治理体系不健全且从属关系复杂、科技人才匮乏、环保意识差、农产品产业水平低，无法有力实施最新法律法规、改革创新，执行力不强导致农业环境保护不够全面。乡、镇、县、市不能一体化管理，无法实行对农村环境污染的有效治理和控制，扩大了城乡二元结构，使治理难度增大、成本增加、效果下降。诸多因素导致农村环境污染得不到有效防控。 四、农村环境污染治理对策 1.建立、完善农村环境保护法律法规 农业环境保护需要规章制度来约束，我国应该借鉴国际上成功案例，因地制宜地制定控制化肥、有机肥和农药非点源污染的法律法规，取其先进之处，对症下药，由国务院制定相关的、针对性强的法规体系。包括完善国家农业生产卫生清洁的管理规章，拟定新的农药、化肥管理政策和排放标准，国家应鼓励新型化肥和有机肥的研究，旨在发展农业肥料的高效、无害化处理技术。适当提高废弃物排放标准，有效控制城乡的各种污水排放和无害化、标准化、产业化畜禽养殖场粪尿的排放量。 2.加大资金投入，加强政府政策制定 为确保农村、农业良性发展，改变城乡发展结构二元化的现状，国家应实施向农村环境保护倾斜的相关政策。提前做好基层调研，结合我国目前农村实际情况，因地制宜，有目标地制定出各项农村环境保护管理制度及相关标准。根据各地实际情况，统筹地增加对农业环境污染治理的资金投入和农业环境保护所需的公共产品投入量。对所需资金合理分配，如加大对农业转项资金链投入，鼓励制定生态农业模式，创建环境保护新机制、新体系。 3.发展农业科学技术，提高生产力 减少化学品的使用，发展新的化肥、有机肥、农药合理处理及使用技术，鼓励使用农家肥，加大科技投入，发明新技术，以减少农业生产活动中造成的环境污染，减少经济损失；建设秸秆、畜禽粪便、农村生活垃圾处理站点，增加农业废弃物处理设施投入，鼓励乡镇村民学习相关知识，各企业积极引导发展秸秆废弃物气化以及供气生产技术；杜绝废水直接排放，增加技术投入，集中处理废水；设立农田废弃物收集装置，从源头制止农业环境污染，实现农业环境污染减排目标。 4.大力发展农村生态农业 基于农村发展振兴战略，生态农业是农业发展必经之路，也是可持续发展的必由之路，是实现我国农业环境非点源污染减排和治理的重要途径，也是农业环境污染的重中之重。生态农业的含义是按照生态学原理和经济学原理，运用现代科技手段和方法，增加第一与第二、第三产业联系，按照生态系统中物质循环和能量转化这一基本规律建立起来的一种新型农业生产方式，通过人工设计生态工程，只把化肥作为辅助型能源；有效利用生物控制新型技术和综合控制技术，旨在防治农作物虫害、病害，保护农作物正常生长，最大限度地减少农药的使用，实现农业与经济的良性循环。 5.增强农民环保意识 农民作为土地上的主力军，只有增强农民环保意识才能有效治理农村环境污染，在农村环境保护这条道路上少不了农民的无私奉献和辛勤劳作。环保知识需要在农民心中根深蒂固，只有做到这一点才能有效杜绝农村环境污染，通过各种方式加强农民环保意识，加强环保知识宣传。通过讲座、电视宣传、广播教育等方式加深农民对于环境保护的认识，强调农村环境污染的危害。 《畜禽粪便资源化利用新技术》是印遇龙院士团队最新科研成果，对养殖专业户有效地预防和控制畜禽粪便污染有很大的帮助。