上海都市型畜禽養殖業環境管理績效分析與展望

王振旗,徐 昶,曹 瑩,張 敏,胡雙慶,倪遠之,薛 云,周佳俊

(1 上海市環境科學研究院,上海 200233;2 上海市動物疫病預防控制中心,上海 201103;3 上海市生態環境局,上海 200003)

上海市位于長江入?？?、太湖流域東緣,地處我國東部平原河網地區,畜禽養殖污染出現早、治理最先關注[1],先后經歷了簡易處理(1991—1998 年)、二級生化達標治理(1999—2001 年)、綜合治理(2002—2010 年)、污染減排(2010—2015 年)和布局調整(2016—2020 年)等階段,現已基本形成完善的畜禽養殖污染防控技術與管理體系。 “十二五”期間,我國確立了畜禽養殖業糞污資源化利用主導路徑[2],上海以污染減排為工作抓手,建成了100 余家以還田利用為主的規?；笄輬鲑Y源化利用工程,極大地提升了畜禽養殖業污染治理水平[3]。

但2016 年以來,隨著郊區城鎮化的加快推進,規?；笄輬鲋苓吙衫玫南{農田逐步減少,液肥“過量還田”“不均還田”等問題頻繁出現,不僅無法實現糞污的有效利用,而且還造成土壤地下水和周邊河道環境的污染[4]。 另外,因養殖場與居民區距離逐步縮小,空氣污染及擾民引發信訪投訴日益增多,也成為都市型畜禽養殖業發展面臨的主要問題之一。 上海農業總產值占比呈逐年降低趨勢,“大城市、小郊區”格局日益顯現,依托現代科技發展的都市型畜禽養殖產業特征尤為明顯[5]。 在非洲豬瘟疫情蔓延的背景下,生豬產能自給率已上升到地方政府農業保障工作的重中之重,如何平衡畜禽穩產保供和生態環境保護成為該類地區畜禽養殖產業高質量發展的關鍵因素之一。

本研究通過分析上海市“十二五”末畜禽養殖管理存在的不足,回顧評價“十三五”期間實施的一系列畜禽養殖業環境管理舉措,客觀評價生產布局優化、糞污還田規范管理、行業標準和技術規范制定等舉措在支撐都市型畜禽養殖業發展和區域環境質量改善方面取得的成效,并根據上海市實施鄉村振興戰略、發展都市現代綠色農業的部署要求,提出“十四五”期間重點工作內容,旨在為我國類似省市畜禽養殖污染防治提供可借鑒的技術方案。

1 “十二五”末畜禽環境管理面臨的問題

1.1 生產布局亟需優化

受制于我國長期以來的土地分散經營體制,養殖業脫離種植業并長期分離,推行種養結合難度較大。隨著上海郊區城鎮化的加快推進,周邊可利用的消納農田日益減少,糞污難以就近還田的情況越來越多,而傳統生化處理工藝難以實現穩定達標排放[6],且惡臭擾民情況日益增多,需要考慮畜禽行業布局的進一步優化。

1.2 還田操作管理粗放

盡管國內已頒布畜禽糞污還田利用的相關技術規范,但主要以寬泛性的總體要求為主,缺乏適于不同地區的還田系統建設、不同作物不同畜禽糞尿還田量、施用時段、單次施用量等細化內容,且未從全過程污染防治的角度提出不同環節污染防治的技術要求,對推行糞污規范還田造成了一定難度[7]。 上海地區河網密布,水環境容量小,糞污施用不當極易造成區域環境污染,需要制定本地化技術規范。

1.3 臭氣排放限值過松

《畜禽養殖業污染物排放標準》(GB 18596—2001)規定的臭氣濃度排放限值70 已無法適應新形勢下都市型畜禽養殖業環境管理的要求,信訪投訴問題難以有效解決。 廣東、浙江等省盡管制定了地方排放標準,但對于認可密集地區標準限值仍較為寬松。 為此,根據都市型畜禽養殖臭氣引發“場群矛盾”和水環境容量不足的問題,亟需因地制宜地根據區域環境質量目標,制定能夠促進糞污資源化利用和臭氣控制的地方排放標準及其管控技術要求。

1.4 氨排放監測工作薄弱

農業源尤其是畜禽養殖業氨排放對城市地區大氣顆粒物如PM10、PM2.5二次粒子形成具有重要促進作用,已經引起國內外學者的高度關注[8]。 因缺少有效的監測手段,目前尚無法全面掌握不同畜禽類型及排放環節的氨排放變化規律及污染特征,進而無法提出針對性畜禽養殖減氨控氨技術方案。

1.5 新型污染物問題凸顯

隨著畜禽養殖業氮磷、化學需氧量(COD)等常規污染物的排放逐步得到有效控制,以抗生素、激素為主的新型污染物日益凸顯并成為社會關注的熱點問題。 獸用抗生素進入動物體內代謝后,仍有60%—90%以原形通過糞便和尿液排出體外[9],隨著糞污資源化利用工作的持續推進,該類新型污染物經農田施用通過地表徑流和下滲等途徑進入地表或地下水體,對水生態造成危害[10],因此相關防控工作刻不容緩。

2 “十三五”期間畜禽環境管理工作的績效分析

在國家大力推進畜禽養殖廢棄物資源化利用的背景下,上?！笆濉逼陂g實施了新一輪畜禽養殖布局優化與污染治理工作,并制定了污染物地方排放標準和還田技術規范,促進了種養深度結合,在改善農村環境面貌、提升郊區水環境質量方面成效顯著。

2.1 落實畜禽養殖生產布局優化

2016—2020 年,上海實施了新一輪以“減量提質”為宗旨的畜禽養殖布局規劃(圖1),考慮到近16.7 萬hm2永久基本農田的布局分散性和經營分離性,運用地理信息系統空間數據量算方法,測算各區縣及光明集團永久基本農田可配套比例(各區12%—45%、光明食品集團88%),提出全市畜禽養殖總量控制在200 萬頭出欄標準豬的目標。 在此基礎上,完成17 家規?；笄輬鑫廴緶p排工程建設,以及80 余家產能落后、環境污染風險高、惡臭擾民問題突出的不規范養殖場退養,COD 和氨氮年排放量分別減少約3 000 t 和1 250 t,極大地提升了農村地區水環境質量,郊區河道“優Ⅲ類”水體比例由2014 年的11%提升至2019 年的43%,“劣Ⅴ類”水體由2014 年64%降至2019 年的1%。

圖1 上海市規?；笄輬?015 年(左)和2019 年(右)布局Fig.1 Layout of large-scale livestock and poultry farms in 2015(left) and 2019(right),Shanghai

2.2 實施糞污生態還田精細化管理

上海市在實施新一輪畜禽布局優化調整后,約95%以上的規?；笄輬鼍捎觅Y源化還田利用模式,全部配套了糞污處理利用設施。 針對畜禽糞污還田利用過程中仍廣泛存在的儲存滲漏、發酵不全、輸送泄漏、還田過量和不均等突出問題,從畜禽糞污收集、儲存、處理、運輸、利用等全鏈條污染防控出發,構建了多畜種和多作物糞污還田配套農田面積標準、糞污減量化收集與防滲儲存規范要求、厭氧與好氧無害化處理技術指標、產品高效輸送和農田安全施用配套體系等精細化生態還田管理技術體系,形成了《畜禽糞便生態還田技術規范》(DB 31∕T 1137—2019),為規?；笄蒺B殖場廢棄物資源化利用工程設施設計及其建成后的穩定運行管理提供了技術保障(圖2)。

圖2 上海市畜禽糞污資源化利用工藝Fig.2 Technology of resource utilization of livestock and poultry manure in Shanghai

2.3 出臺促進糞污資源化利用的行業排放標準

針對上海市水環境容量不足、惡臭污染防治要求迫切的現狀[11-12],通過系統研究畜禽養殖糞污收集、儲存、處理和利用過程中水、氣污染物排放途徑、遷移規律及可行性控制手段,以鼓勵糞污資源化利用為導向,大幅提高工業化達標治理模式污染物排放限值,對標國際一流城市畜禽養殖業污染物排放地方標準及管控技術要求,形成《畜禽養殖業污染物排放標準》(DB 31∕1098—2018),促使東部沿海發達地區畜禽養殖排污治污行為向資源化利用方向發展(表1)。

表1 各地畜禽養殖業惡臭和水污染物排放限值比對Table 1 Comparison of odor and water pollutant emission limits of livestock and poultry breeding in different areas

2.4 氨排放在線監測及本地化清單編制

基于電化學傳感器和光離子法等在線監測技術,上海市開展了畜禽養殖業大氣氨排放在線監測監控研究,針對主要畜禽類型(如豬、雞、奶牛)以及主要排放環節(如棚舍養殖、糞便堆肥、污水貯存),建立了大氣氨排放長期在線觀測點位,基本掌握了主要畜禽類型及排放環節的氨排放變化規律及污染特征[8],并編制了基于本地化排放系數的畜禽養殖業排放清單,為城市地區堿性大氣污染物控制提供了重要數據支撐。

2.5 抗菌藥物源頭清單管理

根據上海地區典型規?；笄輬鲞B續3 年的畜禽糞污及處理產品和環境中藥物殘留分析,以投入量大、排放水平高、環境風險高的抗菌藥物為重點,提出了畜禽養殖生產環節2 種嚴格管理抗菌藥物和17 種重點管理抗菌藥物防控清單及其管理對策建議,已形成《關于加強本市養殖業抗菌藥物使用管理的通知》(滬農委規〔2019〕14 號)發布實施,有效保障了畜禽產品質量及生態環境安全,進一步提升上海市養殖業精細化、信息化管理水平(表2)。

表2 上海市畜禽養殖生產環節抗菌藥物管理清單Table 2 Antimicrobial drug management list of livestock and poultry breeding in Shanghai

3 “十四五”期間畜禽環境管理工作展望

2020 年11 月,農業農村部和生態環境部聯合發布《關于進一步明確畜禽糞污還田利用要求強化養殖污染監管的通知》(農辦牧〔2020〕23 號),指出在全面推進畜禽養殖廢棄物資源化利用的同時,推動建立畜禽糞污處理和糞肥利用臺賬,加快畜禽糞污資源化利用先進工藝、技術和裝備研發,并加大環境監管力度,加快構建種養結合、農牧循環的可持續發展新格局。 為打通種養循環堵點,促進糞肥還田,助力農業綠色高質量發展,農業農村部和財政部共同下發了《關于開展綠色種養循環農業試點工作的通知》(農辦農〔2021〕10 號),提出加快推進農業綠色低碳發展的總目標,助力國家“雙碳”戰略,形成可復制推廣的綠色循環農業發展模式。 為此,“十四五”期間,上海都市型畜禽養殖業環境管理工作重點體現在以下五個方面。

3.1 研發液肥還田智能化成套裝備

針對上海市崇明區集中連片糧田、金山高標準設施菜地等種植特征,結合農村土地流轉等工作,進一步擴大種養結合主體統一的畜禽養殖生產模式占比。 在此基礎上,充分借鑒國外相關設施設備優勢,根據配套農田需肥(基肥、追肥等)特點及其對應的施用方式(田面噴灑、葉面噴灑等),因地制宜地開發集抽送、攪拌、施用等功能于一體的“管網式”和“車載式”智能成套設備和糞污資源化計量監控系統,結合土壤本底肥力、作物養分需求等因素,有效控制液肥的單次用量、單位面積用量、年總用量等參數,實現液肥的按需均勻施用。

3.2 構建糞污資源化利用監測考核體系

通過對糞污“收集-處理-儲存-利用”等環節設施實施全過程計量監測,設置正常生產情況下糞污規范處理利用相關指標的正常閾值范圍和個性化操作規程,構建糞污資源化利用精準控制及預警系統,并基于實時監測與網絡傳輸技術,集成畜禽糞污還田利用云監測技術平臺,形成糞肥利用信息化動態管理臺賬,實時掌握尿污水日產生量、沼氣日產氣(發電量)、液肥儲存池液位日變化量、液肥施用量等關鍵數據,用于分析糞污場內處置利用和場外還田利用的綜合效益,最大限度地降低潛在環境風險,提升畜禽糞污資源化利用精細化管理水平。

3.3 開發臭氣與氨協同減排控制技術體系

盡管上海市2019—2020 年臭氣信訪投訴中涉畜禽養殖占比較2015 年下降了30%,但仍需結合上海市規?；笄輬鐾ǔＵ嫉孛娣e小、畜舍間隔空間小、閑置土地較少的實際特點,通過研究密閉式棚舍惡臭、氨排放控制與回收技術,研發便攜移動式的惡臭、氨末端減排處理裝置和技術,以期進一步削減惡臭與氨排放濃度在75%以上。 同時,全面實施沼液貯存密閉改造,示范應用糞污沼液硝化處理及密閉式污水貯存技術,降低糞肥還田過程中的氨揮發、營養流失,并協同控制還田惡臭揮發。

3.4 推廣應用畜禽養殖新型污染物控制技術

針對畜禽廢水還田利用潛在的抗生素殘留風險,上海市已研發了基于常規畜禽養殖廢水處理工藝的短泥齡抑硝化好氧生物處理方法,由于其成本適中、操作簡單,已開展了試點應用[13]。 “十四五”期間,需鼓勵水源保護區上下游的畜禽養殖場以高有機負荷、低濃度抗生素含量的廢水中抗生素高效選擇性去除為目標,率先推廣應用畜禽養殖新型污染物控制技術,實現抗生素和激素類新型污染物去除率在60%以上,技術成熟后進一步在長三角地區乃至全國推廣應用。

3.5 開展畜禽養殖溫室氣體減排技術研究

在國家提出“雙碳”新戰略的背景下,基于上海市畜禽養殖業目前形成的糞污資源化利用體系,需要對養殖系統碳排放量進行精確核算和排放結構剖析,從飼料配方優化、糞污收集儲運、厭氧發酵氣電聯產等方面開展溫室氣體排放影響因素及減排效果的相關研究,并試點應用畜禽養殖溫室氣體減排技術,最大程度減少人工干預環節溫室氣體排放總量,逐步實現畜禽養殖業的低碳化發展。

4 結論

上海市始終堅持科技創新,根據都市型畜禽養殖業發展定位及產業模式特征,從畜禽產業發展的全局視角,改變套用工業污染達標治理的思路和模式,在“十三五”期間探索出一套經濟、高效、符合行業特征的全鏈條畜禽糞污資源化處理利用技術與管理體系,全面實現了2018 年全面消除河道黑臭、2020 年基本消除“劣Ⅴ類”水體的目標。 在近年來我國生豬穩產保供的大背景下,上海市“十四五”期間將繼續深化種養結合生態循環農業建設,加快推進畜禽養殖廢棄物資源化利用,探索新型污染物控制技術,不僅要兼顧畜禽產業發展與環境質量目標的需求,更要實現農田化肥減量、河道水質提升、農畜產品安全和溫室氣體減排等綜合效益。