【中国发展门户网】以种养结合模式推进养殖氨减排的治理

  

  氨气是地球大气中唯一的碱性气体。氨气可以同水及酸性物质反应,大气中1体积水能溶解700体积的氨,这意味着当大气湿度增高时,氨更容易与水进行反应。氨极易与二氧化硫、二氧化氮发生大气化学反应生成硫酸铵、硝酸铵等二次无机颗粒物,生成细颗粒物(PM2.5)。观测数据表明,铵根离子在京津冀及其周边地区秋冬季PM2.5中占比约10%,仅次于有机物、硝酸根离子和硫酸根离子。在氨大量存在的条件下,大气中的二氧化硫和二氧化氮转化成硫酸盐和硝酸盐的速度会急剧增加,从而促进二次无机颗粒物的生成。因此,氨气是雾霾形成的重要“推手”。在我国大气二氧化硫和氮氧化物得到一定程度控制的情况下,降低氨排放将成为控制大气二次无机颗粒物生成、降低PM2.5浓度的重要途径之一。

  在近20年时间里,我国一直是全球最大的氨排放国。据北京大学环境学院团队研究发现,2006年我国氨排放总量为980万吨,超过北美与欧洲的总和。以京津冀区域为例,2016年氮沉降每平方公里每年达6.1吨。氮沉降主要来源就是氨气,而氨气的80%都来自农业,主要来自种植业和养殖业。

  农业氨减排势在必行 

  全球氨排放大多与肉乳品业相关。除了畜禽养殖和废弃物处理过程产生大量氨外,喂养畜禽所需饲粮的种植过程氮肥施用也会产生大量的氨。自改革开放以来,我国的养殖模式从家庭和传统养殖模式向集约化养殖模式转变。因此,种植和家庭副产品作为饲料利用的比例迅速降低,畜禽养殖废弃物作为有机肥利用的效率也显著下降——“种”和“养”的脱节导致营养成分循环链条的中断和营养物质利用效率的降低。以生猪养殖为例,在系统尺度(土壤—饲料—生猪)上,氮利用效率从改革开放前的18.5%,下降到了11.4%。截至2013年,总氮损失为4.22万吨,比改革开放前增加了56.9%。

  多年来,畜牧业主要关注栏舍内氨气浓度对畜禽健康和生长性能的影响,却忽视了畜禽养殖对大气氨气水平的影响。近年来,氨排放对大气环境污染的影响逐渐受到重视,控制畜禽养殖氨排放才逐渐得到重视。根据最新调查显示,氨减排有利于降低大气中PM2.5的浓度。2019年12月18日,印遇龙院士在国家大气污染防治攻关联合中心组织的“大气重污染成因与氨排放管控研究报告专家论证会”上发言,提出种养结合是控制氨污染的主要措施,该提议得到了与会专家的一致认同。

  其实,我国政府一直在倡导农业氨减排。2020年6月5日,农业农村部部长韩长赋在中国农业绿色发展研究会第一届会员代表大会上表示,推进农业绿色发展,重点要做到“四个突出”;其中,在“突出资源节约”中强调了持续推进化肥农药减量增效,在“突出生态保育”中强调要探索推广农牧结合、种养循环模式?。《大气污染防治行动计划》就指出,全面推行清洁生产,积极开发缓释肥料新品种,减少化肥施用过程中氨的排放。张增杰等建议,我国应大力推行种养结合模式,调整畜禽养殖布局和规模,提高农田有机肥施用比例,减少化肥的施用;基于畜禽养殖粪便管理系统的氮物质流,从饲喂、畜禽圈舍、粪污存储、粪肥土地利用4个方面着手采取相应的控制措施。其中,畜禽养殖氨控制措施主要包括降低畜禽日粮中的粗蛋白质含量和分阶段精准饲喂等,从源头上减少氮的摄入。来自养殖业的氮排放主要是畜禽养殖及其粪便处理过程中的氮素损失,发生在粪便清扫和临时堆积、高温好氧堆肥、厌氧发酵和沼液储存过程中。而随着人民生活水平的提高和人口的增长,我国对肉乳蛋品的需求有增无减,农业养殖氮污染的形势愈发严峻。

  推进种养结合模式是控制养殖氮减排的关键 

  解决农业源氨排放问题,必须从种植业和养殖业同时着手:减少种植业氮肥的施用量,以及控制工业上氮和氮肥生产企业的无组织排放;同时,提高养殖业氮利用率和规范畜禽粪污的资源化利用。针对各区域土壤、海拔、气候、种植和养殖结构特点,推进种养结合模式将“种”和“养”相连接,这是提高农业氮利用效率的突破口。然而,不同区域存在着地理环境、水文状况和气候条件的差异,推广哪些种养结合模式,如何平衡碳排放、氮排放和硫排放的关系,以及推算适宜种养结合模式的成本效益分析等,都是亟待解决的问题。从笔者角度来看,在研发种养结合技术时应注意以下4点。

  (1)畜禽饲养技术应强调精准。从饲料配方的角度上,在畜禽养殖过程中应大力推行“低蛋白日粮”技术和分阶段精确饲喂技术;而对于反刍动物来说,则可增加青贮饲料或者玉米喂养的比例。在禁用除中药外的所有促生长类药物饲料添加剂品种的基础上,严控饲料重金属水平;同时,优化可溶性纤维、发酵饲料和益生元等功能性饲料添加剂的应用技术,为动物后肠微生物提供更好的环境以提高氮的利用率,从而降低畜禽氨气的产生;在栏舍中以物理方法降低养殖环境中的氨气水平,适当使用吸附剂并辅之以环境湿度的控制,减少氨气在空气中水分子中的溶解。

  (2)在养殖过程中大力推行采用干清粪而非水泡粪工艺,杜绝水冲式清粪工艺。水泡粪虽然可以提高劳动效率,节约劳动成本和用水,但长期泡粪会形成厌氧发酵,这不仅会产生大量氨,也会产生硫化氢和甲烷等有害气体。而水冲式清粪的最大问题是给粪污资源化利用造成困难,不利于固液分离和粪便的发酵。与之相比,采用干清粪工艺可将氮素损失降低57.6%,因此是3种工艺中营养物质流失最少、肥料价值最高、处理最易的理想清粪工艺模式。

  (3)注意选择种养结合技术模式中的粪污处理/资源化利用方式。从控氨的角度来说,应由高温好氧堆肥逐渐转变为适温厌氧堆肥。研究发现,在高温好氧堆肥的过程中,养分氨化、硝化、反硝化等作用造成的氮损失最高可达78%。因此,控制发酵的温度是减少氮损失的必要条件,这不仅对发酵技术提出了严苛的要求,还需留意季节性环境变化对氨排放的影响。使用密闭的罐式或筒式储藏设施可以降低粪便与空气的接触面积,添加酸性物质降低pH值,以及添加阳离子吸附类物质固定铵离子也都是堆肥过程中降低氨排放的有效措施。在粪污厌氧发酵及沼液贮存过程中尽量缩短沼液发酵和存贮的时间也能有效降低氮损失。

  (4)在精准日粮和低蛋白日粮技术应用的基础上,开发新型有机肥料减量增效技术。应分区域、分作物开发新型施肥技术,减少氮素在施肥过程中的流失。

  建议 

  (1)养殖氮减控措施的推进离不开多部门协调合作和多学科交叉研究。氨减排措施的实行仍会面临着如下问题:①除京津冀及周边“2+26”城市外,我国大部分地区缺乏对氮排放量和排放规律的系统估算,缺乏对大气环境中氨的浓度水平、季节变化和区域分布与养殖结构变化结构之间关系的监控;②我国多数地区散养户占主体的养殖现状,使得控氨措施的推进举步维艰;③规模化养殖场虽有粪便和污水处理设施,但设施运行率差强人意;④非洲猪瘟横行我国生猪产业,导致环控管理不得不适当“松绑”。政策和机制的重要性无须多言,从规律探索和技术研发的角度来说,抓住养殖氮减控过程中的重点和难点问题,多学科联合展开专项研发和技术攻关是做好养殖氨减排的基础环节。

  (2)氮减排须结合分区精准控制大气二氧化硫和氮氧化合物的排放。值得注意的是,虽然减少氨排放可以有效控制PM2.5,但也会加剧我国南方地区的酸雨问题。因此,氨污染控制应分区域并采取不同的措施来推进。对于南方地区,尤其是长江中下游平原和四川盆地来说,减氨须与减二氧化硫、减氮氧化合物等酸性气体协同进行,相辅相成。相比而言,北方地区氮排放与酸雨产生联动的问题则并不突出。

  总之,氨减排治理绝非一朝一夕之事,应该在建立“环保牵头、部门联动”机制的基础上,强化气象、水利、农业、环保等学科的交叉研究,因地制宜推广种养结合模式,综合其他大气污染物的排放进行分区精准控制,以期在不久的将来从根本上控制氨的排放量,改善我国大气质量。

原载于《中国发展门户网》 2021-02-03