农业有机废物还田利用促进土壤健康和应对气候变化的路径及研究建议

作为实现“城乡无废”目标的重要组成部分,农业有机废物还田利用是一种资源节约、环境友好的利用路径,对于提升农村污染控制水平、促进农业可持续发展、助力我国实现碳达峰及碳中和目标具有重要的意义。在系统总结农业有机废物还田利用的主要路径以及研究现状基础上,分析农业有机废物还田对土壤健康状况改善、农田温室气体排放方面的影响,并对当前存在的问题提出解决措施。研究发现,还田利用解决了大部分农业有机废物消纳的问题,有利于土壤肥力和固碳效果提升,但也带来了农田病虫害增加、稻田甲烷排放量居高不下、土地消纳粪污量超载等新的问题。同时,还田利用的市场要素不健全,短时间难以形成有效的市场闭环。应从还田利用长期系统定位监测网络构建、完善还田利用效果监测评估标准体系、补齐市场要素等方面,加快推动农业废物还田利用研究工作和制度建设,为促进农业生态系统的可持续发展、确保粮食安全和应对全球气候变化提供理论支撑。

西北地区中小猪场粪污还田利用思路

畜禽粪污作为土壤有机质的重要供应源,对改善我国西北地区土地贫瘠的整体现状有着非常重要的作用。在畜禽粪污中,养猪粪污不但产生量大而且水分含量高,治理利用困难。在西北地区很多中小猪场粪污贮存和利用设施不全,资源化利用能力差,环境污染整体压力大。该文分析总结西北地区中小猪场粪污还田利用现状和影响因素,提出发展思路。

打通最后1公里推动畜禽粪污还田利用

2020年12月25—27日,全国畜牧总站党委副书记、纪委书记聂善明带队赴天津市针对畜禽粪污资源化利用进行了调研。调研组通过实地考察和座谈交流形式,对天津市滨海新区太平镇远景二村大港刘永利猪场、太平镇大道口村富优奶牛场和小王庄镇刘岗庄村运发畜禽粪污处理中心等小规模养殖场、大规模养殖场和集中处理中心粪污资源化利用情况进行了现场调研。

低成本畜禽粪污全量还田利用模式及措施

畜禽粪肥全量还田利用模式可以通过利用厌氧发酵等技术,将畜禽粪便发酵为无害化的有机肥,粪肥中的固体物质和液体物质全部都施用到农田中,代替传统的化学肥料。该文主要介绍低成本畜禽粪污全量还田模式的技术实现方法,结合具体案例分析这种粪污处理模式的实际应用效果。

畜禽粪便污水资源化还田利用

本文对当前阶段的畜禽粪污处理和利用模式作简要的介绍,重点分析论述畜禽粪便污水资源化还田利用的策略,论述了如何降低畜禽粪便污水还田对环境的影响。

供需视角下养殖废弃物还田利用的种养协同治理机制研究

种养协同治理是提升畜禽粪污资源化利用效率关键。依据“谁污染,谁付费”原则,将具有粪污还田利用需求的养殖户视为补偿主体,供给消纳农田的种植户作为补偿客体,利用江苏省生猪养殖户和粮食种植户的选择实验数据,识别种养双方的异质性供需偏好和意愿支付/受偿价格,并模拟养殖废弃物还田市场及其均衡。研究发现:1)较高的粪污还田价格激励了种植户的参与意愿,但抑制了养殖户的参与意愿,且呈现显著的农户异质性。2)种养双方均偏好粪污还田利用的源头环节和末端环节服务,养殖户对此的边际支付意愿超过种植户的边际受偿意愿,单一属性激励情境下的畜禽粪污还田市场能够自发形成。3)不同政策组合激励情境下,畜禽粪污还田市场能够达到均衡,均衡价格为29~76元/t,样本对应的市场份额占江苏省畜禽粪污市场规模的2.28%~2.15%。因此,养殖废弃物资源化利用政策制定要兼顾种养双方偏好,推进粪污治理的社会化服务组织发展和市场培育,探索构建市场化补偿制度。

成本收益视角下中小养殖户畜禽粪污还田利用的实践与内在逻辑——以四川省蒲江县为例

实现畜禽粪污全量利用是解决畜禽养殖污染、实现农业可持续发展的根本出路,也是实现碳达峰、碳中和的必然要求。当前我国种养结合农牧循环发展新格局已初步形成,但中小养殖户的畜禽粪污还田利用仍面临困境。文章从内部驱动和外部影响两个层面梳理中小养殖户畜禽粪污还田利用困境的成因,归纳总结典型案例——四川省蒲江县基于社会化服务的中小养殖户畜禽粪污还田利用的主要实践特征,并进一步从成本收益视角下分析种植户和养殖户参与畜禽粪污还田利用的内在逻辑,以期为提升全国其他省市中小养殖户的畜禽粪污还田利用率提供一般性的参考和借鉴。

规模化奶牛养殖污水收集处理与利用现状研究

针对规模化奶牛养殖污水污染物浓度高、处理工艺运行成本大、利用标准不统一等问题,通过文献查阅梳理等方式,综述了奶牛养殖污水的产生与收集、粪水处理、挤奶厅污水处理、污水还田利用及宁夏粪污处理现状等内容,提出了奶牛养殖污水微生物强化处理、分类分质就地就近循环利用等发展思路。

京郊乡村有机废弃物资源及养分供需关系时空分异特征

为准确掌握不同地区、不同阶段农业农村有机废弃物资源及还田情况,探明作物养分供需关系的动态变化,该研究以北京郊区为研究区域,基于统计年鉴和文献资料,估算2010—2019年京郊秸秆、尾菜、林果枝条、畜禽粪污和厨余垃圾资源总量和还田量,根据作物需求和有机养分当季释放率,量化养分供给与需求的时空差异。结果表明,京郊有机废弃物及其养分量10 a间持续下降,2010年分别为1.30×10^(7)、2.18×10^(5)t,至2019年分别下降了62.3%和71.8%。有机废弃物资源空间分布呈动态变化,2010年大兴区有机废弃物资源最多,2019年平谷有机废弃物资源最多。京郊乡村有机废弃物还田利用重点分布在东南部,各区有机废弃物还田养分量10a间持续降低,2019年较2010年减少53.5%~86.6%。在50%化肥配施条件下,有机废弃物有效养分供给与作物需求的匹配程度呈交错变化趋势,2010—2015年昌平、房山等区的废弃物养分过剩情况加剧,而2019年怀柔、密云等地出现养分亏缺;从养分类型看,门头沟氮、钾养分超载最严重,昌平区磷量过载严重。建议养分过剩区应结合区域需求,合理控制产业规模,或采用有机废弃物的高值多元利用、有机肥外运等方式进行养分调控;养分亏缺区则可适当扩大生产规模,提高废弃物的养分利用率。研究结果可为区域农业产业合理布局和废弃物资源化利用提供科学依据。

江苏南京市规模养殖场粪污资源化利用典型模式分析

构建高水平的种养循环农业体系是解决都市现代农业发展中畜禽粪污污染问题的有效途径。南京市深入挖掘都市现代农业发展的“六新”内涵(新功能、新空间、新产业、新业态、新主体、新动能),利用都市圈优势,在工业化、信息化、城市化的带动下,结合城市人才、科教、资本、市场、财政实力等优势要素的集聚、辐射和支持,通过电商、互联网+等信息化路径在区域内实现生产资料的优化配置,能够有针对性的帮助各养殖主体有效的解决畜禽粪污集中堆积、快速处理的问题,取得较好的应用经验和效果,农业循环经济发展的综合水平不断提高。该文详细介绍几种较为典型的畜禽粪污资源化综合利用的模式,分析利用都市圈优势有效促进农业循环体系各要素优化配置的途径,提出在发展规模化畜牧养殖的同时构建畜禽粪污高水平利用的理念,以期能够为都市圈畜牧业的高质量发展提供思路。

基于氮磷养分管理的畜禽场粪便匹配农田面积

该文基于种养平衡的生态模式,根据上海地区单位饲养规模畜禽场粪便产生量及其氮磷含量和各类农作物氮磷需求量,研究分析了基于氮磷养分管理的单位养殖规模畜禽场产生的粪便还田利用需匹配的三大类农作物种植面积。结果表明:在畜禽粪便作为农作物氮磷养分的来源和满足农作物氮养分需求的前提下,根据农作物对氮磷养分需求的木桶效应,各类畜禽粪便提供的磷养分总体上超过各类农作物对磷养分的需求量,具有流失污染环境的隐患。因此,提出了畜禽场粪便还田利用农田面积匹配应基于农作物磷养分需求,不足的氮养分可通过化肥氮给予补充,从而达到种养结合、环境友好的畜禽生态养殖。

畜禽废水处理技术及其应用进展

针对我国养殖业废水污染日益严重的现状,介绍了畜禽废水还田利用、自然处理以及工业化处理的优缺点、国内外应用现状以及研究的重点,并结合我国的实际情况,提出现阶段我国养殖业废水应重点发展还田利用技术与自然处理技术,并及时建立畜禽废水处理设计数据库以及编写设计规范。

猪场污水还田与化肥配施对农田水土环境和作物产量的影响

畜禽粪污还田利用作为一种具有良好经济性和可操作性的资源化处理方式,近年来逐步成为规模化畜禽养殖场污染减排的方向,但其在还田过程中对水、土壤环境以及作物产量的潜在影响也不容忽视。以规模化养猪场为例,以常规化肥施用农田为对照,研究猪场厌氧污水还田与化肥配施对水环境(地表径流污染物流失负荷、地下水污染物浓度)、土壤环境(养分含量)和作物产量的影响。结果表明,与常规对照农田相比,污水还田农田地表径流化学需氧量(COD)、总磷(TP)和可溶性磷(DP)年流失负荷分别显著增加32.18%、15.46%和28.13%,但氨氮(以NH_4^+-N计)年流失负荷显著减少31.81%;地下水COD、硝态氮(NO_3^--N)、TP和DP等污染物浓度分别显著提高24.69%、17.04%、11.76%和21.05%;与初始土壤相比,污水还田农田不同土层中TN含量显著降低,常规对照农田TP含量显著降低;污水还田农田作物产量与常规对照农田无显著差异。

秸秆的综合利用

综述了已经成熟的农作物秸秆综合处理方法,并简要介绍了新的综合处理方法。

探索畜禽粪污处理处置途径

随着畜禽养殖业的发展,污染问题也愈来愈严重,大量养殖废弃物没有得到有效处理和利用,造成空气恶化、水质下降。根据《甘肃省畜禽养殖废弃物资源化利用工作方案》,从技术角度介绍适合本地区畜禽养殖粪污处理、粪污全量收集处理还田、粪便垫料回用、污水肥料化利用的种养结合的综合模式的技术,使畜禽粪污全部还田利用,促进农作物的生产、提高产量,带动地方经济的发展。

马铃薯淀粉加工废水还田对土壤氮磷钾迁移转化的影响

选取固原市某淀粉厂试验基地,对其有机废水还田种植作物后,连续2年采取土样分析土壤耕作层(0~30 cm)肥力变化和土壤剖面(30~60、60~90 cm)氮磷钾迁移规律。结果表明,施用马铃薯淀粉有机废水还田,还田量在600~900 m^3/hm^2时,能明显提高土壤耕作层中有机质、全氮、有效磷、速效钾含量,使土壤耕作层中全氮、有效磷、速效钾养分等级从Ⅲ级提高到Ⅰ级,有机质提高到Ⅲ级。有机废水还田量为600 m^3/hm^2时,30~60和60~90 cm剖面中氮元素无明显迁移趋势。超过900 m^3/hm^2时,在30~60和60~90 cm^2个剖面氮元素有明显迁移变化。随着还田量、还田和耕作次数的增加,氮元素向下迁移量增加。施用600 m^3/hm^2有机废水还田,土壤中磷和钾元素已经开始向下迁移。且随着还田量、还田和耕作次数的增加,磷和钾元素向下迁移越明显。在向下迁移过程中,有效磷和速效钾有逐渐转化为矿化磷和矿物质钾的固化趋势。

甜玉米秸秆还田对土壤地力与产量、效益的影响

稳定与提高甜玉米产区耕地土壤地力,是实现甜玉米生产持续发展的重要途径。采取甜玉米秸秆直接还田利用的方法,经3年6季试验,对其地力及产量影响的分析结果表明,持续单一施用化肥不利于土壤地力的稳定与产量的提高,实施秸秆还田可以培肥地力、改善土壤酸性条件、提高甜玉米产量。与试验前相比,持续单一施用化肥除土壤速效磷含量有所增加外,土壤有机质、速效氮和速效钾含量分别下降1.08g/kg、1.18 mg/kg、2.47 mg/kg,土壤p H值下降0.15;同等化肥条件下实施单季和双季秸秆还田有机质含量则分别增加0.71、1.29 g/kg,速效氮增加17.15、28.27 mg/kg,速效磷增加0.96、1.73 mg/kg,速效钾增加2.41、5.92mg/kg、土壤p H值提高0.16、0.2,与单一施用化肥处理相比每季平均产量提高7.5%、11.8%,每667 m2增效87.3、117.1元。

猪粪水密闭贮存过程中理化特性变化分析

为了探究猪粪水在厌氧条件下不同贮存时间的各项理化指标的变化情况,并为其合理还田利用提供参考,试验以山东省烟台市牟平区某育肥猪场畜禽养殖场新鲜猪粪水为研究对象,在密闭条件下贮存120 d,分别于贮存的第1,5,10,15,20,25,30,40,50,60,70,80,90,100,110,120天采样,根据相关标准及方法分析猪粪水中总固体浓度(TS)、悬浮物浓度(SS)、pH值、总氮(TN)、铵态氮、硝态氮、酰胺态氮、总磷(TP)、速效磷、总钾(TK)、腐殖酸、粪大肠菌群、蛔虫卵死亡率、氯化物、化学需氧量(COD;)、生化需氧量(BOD;)等指标变化情况。结果表明:与第1天比较,贮存至第120天时,常规指标中TS升高了35.0%,SS下降了41.0%,pH值下降了0.20;氮元素水平中TN含量下降了37.5%,铵态氮含量下降了64.1%,硝态氮含量升高了78.3%,酰胺态氮含量下降了54.2%;磷元素水平中TP含量下降了5.9%,速效磷含量下降了15.9%;TK含量基本保持不变,在530 mg/mL左右波动;腐殖酸浓度上升了55.9%;粪大肠菌群数下降了85.4%;蛔虫卵死亡率达到了97.0%;氯化物浓度上升了80.0%;COD;下降了5.7%;BOD;上升了14.2%。说明猪粪水经过120 d的密闭贮存基本达到了无害化要求,但污染因子水平仍然偏高,在还田时应根据粪水资源化利用方案进行相应处理。

规模化奶牛场粪污全量贮存及肥料化还田工艺设计

为推进粪污全量贮存和肥料化还田模式在规模化奶牛场的应用,该研究以存栏500头规模奶牛场为例,分析了粪污收集量、贮存工艺与设施和粪肥还田等内容,提出了粪污贮存池设计容积和粪肥还田配套土地面积等参数。结果表明:奶牛粪污全量收集量为17.33t/d,全量贮存设施分为舍内贮存池和舍外贮存囊2种。单个舍内贮存池尺寸为85 m×12 m×2m(长×宽×深),粪污存储期9个月,所需贮存池数量为5个,总容积10200m^3;舍外贮存囊占地尺寸为90 m×30 m(长×宽),深2.2 m,总容积5615 m^3。粪肥全部还田所需土地面积与种植作物类型和种植制度相关,种植作物为小麦、玉米、小麦+玉米和水稻(1年2熟)时,需配套土地分别为248.4、400.6、122.8和127.0hm^2。粪肥还田成本为10.37万元/a,全部还田可节省化肥22.8万元/a,年可产生经济效益12.43万元。

着力推进秸秆综合利用产业化

江苏省金湖县位于苏北水网地区,是个农业县,辖8个镇街、2个农场,以小麦、水稻种植为主。近年来,全县十分重视秸秆禁烧禁抛和综合利用工作,层层建立组织,强化考核,在秸秆综合利用上取得了一定的成效。2021年全县小麦种植面积52万亩、水稻种植面积58万亩,秸秆理论产量59.4万吨,可收集量45.18万吨。全年还田97.69万亩,还田利用秸秆41.14万吨。