發(fā)酵床養(yǎng)殖技術與養(yǎng)殖業(yè)中的低碳經濟

龍醞魂

　　發(fā)酵床養(yǎng)殖技術與養(yǎng)殖業(yè)中的低碳經濟
　　1. 前言(傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)中存在的碳排放問題)
　　1.1. 大規(guī)模集約化養(yǎng)殖業(yè)的污染問題迫在眉睫
　　近年來，我國的畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅猛，由于鼓勵發(fā)展大規(guī)模集約化養(yǎng)殖的政策，一個不可忽視的副作用就是，所產生的排泄物集中且排放量大，已經對環(huán)境造成極大的污染壓力。
　　以養(yǎng)豬為例，一頭出欄豬一生排泄量約為1.1噸，而一頭母豬一年排泄量約為4噸，我國年出欄豬約6億頭，存欄母豬4500萬頭，其中規(guī)模養(yǎng)殖約占42%，則集約化豬場每年集中排泄量高達3.2億噸。
　　由于治理措施相對落后，對水資源、土壤和大氣環(huán)境造成的污染已相當嚴重，其污染負荷已超過工業(yè)廢水和生活污水的總和。據(jù)全國人大2003年對《中華人民共和國固體廢棄物污染環(huán)境防治法》執(zhí)行檢查結果，我國規(guī)?；B(yǎng)殖場畜禽糞便產生量達17.3億噸，是工業(yè)固體污染的2.4倍，COD(化學耗氧量)、BOD(生化需氧量)和SS(水中懸浮物)嚴重超標，僅COD含量就達7118萬噸，是工業(yè)廢水和生活廢水排放總量中COD(1388萬噸)的5.1倍。
　　可見，養(yǎng)殖排泄物已成為生態(tài)環(huán)境污染的主要污染源之一。這不僅影響到畜牧業(yè)經濟的可持續(xù)發(fā)展，對人類自身的健康和環(huán)境安全也造成了相當大的威脅因此，充分認識畜禽污染產生的原因，實施治理養(yǎng)殖業(yè)環(huán)境污染的應對措施，是保護生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)畜牧業(yè)乃至整個社會和經濟可持續(xù)發(fā)展的重要保證。
　　1.2. 大規(guī)模集約化養(yǎng)殖場的碳排放也同樣非常嚴重
　　注：這里說的碳排放，其實也包括了氮的排放，因為氧化亞氮也是一種溫室效應極高的溫室氣體，也是養(yǎng)殖業(yè)中的排放大戶，但都歸納為碳排放，以下不再累述這一點;
　　人類習慣以化學石油原料大規(guī)模消耗為基礎的生活方式，造成二氧化碳等溫室氣體過度排放(即碳排放)，造成全球氣候暖化，這已成為國際社會關心的嚴重課題，但鮮為人知的是，大規(guī)?；男竽琉B(yǎng)殖也是全球氣候暖化的一大原因。
　　根據(jù)國際糧農組織(FAO)的統(tǒng)計，傳統(tǒng)畜禽養(yǎng)殖活動產生的溫室氣體占全球溫室氣體排放總量的18%，其中氧化亞氮(N2O)和甲烷(CH4)兩種氣體占總量的50～80%(視養(yǎng)殖動物不同而不同，其中以牛的氧化亞氮排放最高)以上，而N2O和CH4的“增溫效率”分別是CO2的310倍和21倍。同時，中國一年畜牧養(yǎng)殖業(yè)的廢水排放量超過100多億噸，遠遠超過全國工業(yè)廢水與生活廢水排放量的總和。
　　據(jù)專家統(tǒng)計，如果畜牧業(yè)認真采用高度水平的生態(tài)養(yǎng)殖模式，萬頭養(yǎng)豬場年減排溫室氣體就可相當于2萬畝森林一年吸收的二氧化碳量。
　　1.3. 傳統(tǒng)的養(yǎng)殖業(yè)中糞尿的處理模式已經無法從內因上解決這些問題
　　哲學上問題的解決需要從內因和外因兩個方面來考慮問題，外因可以通過外在的推動力或人為進行改進而得已解決，內因則應該從根本上來解決問題，或者說應該從原理上來解決問題。
　　那么傳統(tǒng)的養(yǎng)殖業(yè)的糞尿處理模式，主要指：
　?、?沼氣池處理模式;
　?、?廄肥處理模式，或者說堆肥模式，兩者相似，都是糞尿與秸稈等墊料堆積或放入發(fā)酵池中厭氧發(fā)酵而成;
　?、?糞便發(fā)酵生產有機肥模式，指通過糞便發(fā)酵機械，間歇式地進行好氧和厭氧交替發(fā)酵而成，特點是相對廄肥和堆肥的時間更為短，可以集中化規(guī)模生產，并烘干成品，便于運輸;
　　所有上述三種模式，都存在著碳排放過大的缺點，內因是由于厭氧發(fā)酵的結果，造成排放氣體中氧化亞氮、甲烷等“高增溫效應”氣體排放比例過高，前面已然說過，傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)中的碳排放占全球溫室氣體排放量的18%、其中氧化亞氮(N2O)和甲烷(CH4)兩種氣體占總量的50～80%以上，只有不到20%是二氧化碳(CO2)氣體，而N2O和CH4的“增溫效率”分別是CO2的310倍和21倍。
　　換句話說，由于傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)采用的是以厭氧發(fā)酵處理糞便的內因，造成傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)的排放以氧化亞氮(N2O)和甲烷(CH4)兩種氣體為主的局面，造成其碳排放就象看顯微鏡一個放大數(shù)十倍。
　　除非改變傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)中糞便的處理模式，否則這個內因永遠無法解決，但無論是沼氣池，還是堆肥，它們甚至是我國農民幾千年傳承下來的養(yǎng)殖文化，要改變這些模式談何容易。
　　1.4.以沼氣池為例，傳統(tǒng)糞尿處理模式存在很多問題
　　養(yǎng)殖場的動物糞尿可以通過沼氣池產生效益是無可置疑的，但絕對不是從根本上解決動物糞便對環(huán)境的污染和對空氣的碳排放難題，其主要因素為：
　?、?一個養(yǎng)豬場大量沖洗欄舍的糞水不可能全部流入到沼氣池，否則就會糞少水多造成沼氣池產氣下降或死池;
　?、?沼氣池的容量是永遠有限的，養(yǎng)殖場源源不斷的糞尿流入很快就會溢出，溢出的水還會造成輕度污染，沼氣池溢出等的地方對地下水造成再次污染;
　?、?一個養(yǎng)殖場產生的沼氣無法利用完，因為不可能每一個養(yǎng)殖場(100頭以上的豬規(guī)模)都建立沼氣發(fā)電配套什么的，造成沼氣浪費，多余的沼氣仍然排放到空氣中，而讓沼氣池變得意義不大;
　　因為沼氣的主要成份就是“高增溫效應”的甲烷，以及氧化亞氮，他們的增溫效應是二氧化碳的21～310倍，其對空氣造成的溫室效應可想而知。
　?、?使用過沼氣池的人都知道，其實沼氣池上方散發(fā)出大量難聞的有害氣體(氨氣、硫化氫等)本身也是一種污染。
　　2. 糞便處理模式如何變革
　　2.1.傳統(tǒng)養(yǎng)殖方法的糞便處理模式中，以氧化亞氮、甲烷為主要排放形式難以改變
　　傳統(tǒng)糞便處理模式顯然以厭氧發(fā)酵為主，這為產生氧化亞氮和甲烷創(chuàng)造了先決條件，氧化亞氮的產生過程原理如下：
　　畜禽糞便所含有的有機氮在進行堆肥處理過程中，經過微生物的礦化(mineralization)或者說是分解作用，生成NH 4 +， 在氧存在下由硝化作用將NH 4 +(氨)轉變成NO 2 -(亞硝酸鹽) 及NO 3 -(硝酸鹽)， 但在氧氣受到極大限制時(或者說在厭氧密封狀態(tài)下)才會產生氧化亞氮，或在厭氧狀態(tài)時，經反硝化細菌的脫氮作用才會生成氧化亞氮，例如， 成熟的堆肥在搬運過程中，及施用于農田時，經土壤中的反硝化細菌的脫氮作用才會生成和釋放氧化亞氮。
　　由此可知，氧化亞氮主要是在反硝化細菌(主要存在于土壤中)的作用下，在相對厭氧的條件下，還原硝酸鹽或亞硝酸鹽，釋放出分子態(tài)氮(N2)或一氧化二氮(N2O)的過程中產生的。少量是在氧氣受到極大限制時，在硝化細菌的硝化過程中產生的。
　　可見，在傳統(tǒng)的沼氣池中，和堆肥生產過程中，最容易產生氧化亞氮和甲烷，而事實上，情況也確實如此，這兩種氣體在傳統(tǒng)模式下占總排放的50～80%以上。而且這種情況難以改變。
　　2.2.活力發(fā)酵床養(yǎng)殖模式，創(chuàng)造了一個全新的低碳排放的糞便處理模式
　　活力發(fā)酵床養(yǎng)豬的技術，是指在豬圈地面墊上一層厚達40～80公分的以惰性原料為主的墊料(如木屑、鋸末、刨花、谷殼等)，墊料中加入高活力的人工微生物菌種，豬排泄的糞和尿直接進入墊料中，先被墊料吸附，然后被吸附在墊料縫隙中的微生物所分解利用，必須強調的是，這種一種徹頭徹尾的好氧發(fā)酵過程，利用粗細搭配的墊料縫隙，通過自然對流、豬的翻拱、人工輔助性翻拌來補充和進入氧氣，糞便中的碳水化合物和氮素在好氧發(fā)酵過程中，被徹底和直接分解成為二氧化碳，以及合成菌體蛋白，基本不存在產生氧化亞氮、和甲烷的內因和過程。
　　所以，為什么說它是一種全新的糞便處理模式，就是因為它是徹頭徹尾的好氧發(fā)酵過程而定義的。
　　2.3.各種糞便處理模式中不變的是碳總量，變革的是碳排放形式
　　糞例處理模式中的變革與不變：無論是傳統(tǒng)養(yǎng)殖中的糞便處理模式，還是全新的活力發(fā)酵床養(yǎng)殖模式，在它們的糞便處理過程中，有一個是不變的，即排放到空氣中的碳氮的總量是不變的。
　　以豬為例，只要人類要吃豬肉，就必須養(yǎng)豬，養(yǎng)豬就必須排泄，這種排泄的總量是由人類對豬肉的需求量而定，無論是何種養(yǎng)殖模式，它都是固定的，除非人類減少對豬肉的消費，排泄量才會減少。
　　還有一點是不變的，即豬排泄出來的糞尿，最終都會被自然界中的微生物分解成各種碳和氮的形式，揮發(fā)到空氣中去，最終參與地球的碳循環(huán)過程或氮循環(huán)過程;你不能說我的養(yǎng)殖技術非常高，我養(yǎng)的豬排泄的糞便不會被分解和排放到空氣中去，我養(yǎng)的豬排泄的糞便中的碳和氮不參與地球的碳循環(huán)和氮循環(huán)，這是不對的，是違反自然規(guī)律的，任何動物的尸體和排泄物最終都是要參與地球的碳循環(huán)，都要變成各種溫室氣體排放到空氣中去的，只是時間早晚的問題，除非你人為地把排泄物封存起來，或采用技術把產生的碳氣體或氮氣體收集和封存起來(可這又是為何呢?);
　　既然糞便量是固定的，排放到空氣中的總碳量，和總氮量也是不變的，則唯一可以改變的是碳或氮最終排放到空氣中的模式，豬排泄物中碳和氮的最終排放的主要形式有：
　?、?二氧化碳;
　　② 氧化亞氮;
　?、?甲烷;
　?、?氨氣;
　?、?其他微量成分;
　　前面已經知道傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)中豬排泄物的碳氮主要排放形式是氧化亞氮和甲烷，占50～80%以上，而發(fā)酵床養(yǎng)豬的排泄物的碳氮主要排放形式是二氧化碳，極少量氨氣和其他氣體。如下圖：
　　此主題相關圖片如下：溫室氣體.jpg
　　所以說，活力發(fā)酵床養(yǎng)殖技術實際上是開創(chuàng)了一個全新的碳或氮排放形式，其排放的碳是以二氧化碳為主的排放形式，至于氮，則基本上被分解和同化成為微生物的菌體蛋白質，部會被豬以蛋白補充料的形式吃掉了，這絕對是一個質的進步。
　　3.活力發(fā)酵床對減少碳排放的貢獻究竟有多大
　　3.1.為什么發(fā)酵床養(yǎng)殖技術的主要排放形式是二氧化碳
　　相信用過發(fā)酵床的養(yǎng)殖戶都很驚奇這樣一個現(xiàn)象，用了一年的發(fā)酵床，并沒有因為豬糞的積累而水漲船高，一年當中如果不補充一兩次墊料，反而會下沉，墊料用了一年，還是表面干干爽爽的，深挖的結果，也是干散的墊料，你不禁要問，這一年本來要排泄的33噸糞便究竟到哪里去了呢?這里指一個15～20平方米的豬欄，飼養(yǎng)10頭豬的排泄量，一年養(yǎng)三批為例;按常人的想象，排泄的33噸糞便豈不是要堆成大山了，但實踐中它們就是不見了。
　　這顯然不能用傳統(tǒng)養(yǎng)豬中的堆肥或廄肥理論來解釋，唯一的解釋是，它是一種極佳的好氧發(fā)酵過程，而且是一通過豬的拱翻和人工輔助性翻拌的十分充分的好氧發(fā)酵過程，好氧發(fā)酵的特點就是充分分解物料，糞便中的碳水化合物幾乎都被人工微生物以氧化磷酸化的形式充分發(fā)酵利用，釋放能量(熱量)，碳骨架最終以二氧化碳的形式排放出去，釋放到大氣中，最終消失于無形中;
　　糞便中的氮元素(總量遠小于碳總量)則大部分轉化成菌體蛋白質，部分被豬采食，極少量變成氨氣揮發(fā)掉，部分殘留和固定在墊料中，被有機化于墊料中，對墊料環(huán)境的滲透壓環(huán)境影響不大，由于墊料中相對充分的好氧環(huán)境，所以，絕不可能進行還原反應變成氮氣揮發(fā)掉，至于氨氣的揮發(fā)量其實也不大，這一點在實踐當中就可以感覺得到，即發(fā)酵床的養(yǎng)殖場中基本聞不到臭味，一些管理良好的活力發(fā)酵床豬場，就是捧上一把墊料也聞不到臭味，對于這一點，業(yè)界已沒有任何異議，不僅如此，據(jù)南京農業(yè)大學李娜的研究，空氣中的PM10濃度(10微米以下的顆粒物，又稱為可吸入顆粒物或飄塵)只有0.254mg/m3，低于畜禽舍環(huán)境質量標準293.7%，氨濃度為0.893mg/m3，遠低于傳統(tǒng)畜禽舍。
　　所以，總結的結果就是，活力發(fā)酵床養(yǎng)豬，其碳排放的形式基本上就是二氧化碳，在無論采用何種養(yǎng)殖方法，都存在碳排放總量不變的情況下，這幾乎就是最低的碳排放量了。
　　3.2.活力發(fā)酵床比之傳統(tǒng)養(yǎng)豬模式，約能減少多少碳排放呢?
　　在各種養(yǎng)殖模式最終碳氮排放總量是固定不變的情況下，活力發(fā)酵床的排放氣體幾乎都是二氧化碳CO2，而傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式的排放量中有50～80%是以氧化亞氮N2O和甲烷CH4的排放形式，而N2O和CH4的“增溫效率”分別是CO2的310倍和21倍。
　　所以，這就很容易計算發(fā)酵床對減少排放的貢獻量了，因為碳氮排放總量不變，變化的只是形式，傳統(tǒng)養(yǎng)殖排放的氣體是發(fā)酵床排放的氣體的溫室效果大21～310倍，考慮到傳統(tǒng)養(yǎng)豬生產中(養(yǎng)牛則以氮化亞氮為主)，排放以甲烷為主，氧化亞氮和二氧化碳次之，所以，可以估計發(fā)酵床養(yǎng)豬排放的“溫室效應的排放量”只有傳統(tǒng)養(yǎng)豬的至少十分之一，或者說只有傳統(tǒng)養(yǎng)豬的10%。這樣的貢獻應該說已經不小了。
　　4.政策減排
　　個人認為，我們的政策應該至少應該堅持兩條腳走路，即不能一味鼓勵大規(guī)模集約化養(yǎng)豬生產模式，這種養(yǎng)豬模式雖然提高了效率，卻造成了極大的污染和碳排放，也不能充分利用民間的資金來擴大生豬生產，上世紀的千家萬戶農民養(yǎng)豬的情況已不復存在了，這對我國的養(yǎng)豬文化其實是一大損失，千家萬戶養(yǎng)豬模式即可以穩(wěn)定市場，又解決了部分三農問題，同時，也農民也可以充分利用各家各戶的農副產物、田間豬草、剩飯剩菜、糟渣資源等來養(yǎng)豬，并且也是保持我們地方特色豬種的一種好的基因庫，減少對豆粕、玉米等糧食作物的依賴，最大的特點也極大地減少了碳的排放，并為田間提供充足的有機農肥。
　　鼓勵發(fā)展發(fā)酵床養(yǎng)豬模式，雖然現(xiàn)階段對發(fā)酵床養(yǎng)豬的爭議仍然非常大，但隨著發(fā)酵床技術的推廣和發(fā)展，最終回到政策推廣環(huán)節(jié)也是指日可待。
　　參考文件：
　?、?、《規(guī)?；B(yǎng)豬場飼料和糞便中銅含量分析及高銅豬糞對土壤的影響》 山東農業(yè)大學 蘇秋紅。
　?、啤ⅰ栋l(fā)酵雞糞樣品中大腸埃希氏菌與沙門氏菌的檢測》 貴州大學 王開功等。
　?、?、《豬場貯存污水溫室氣體排放研究》 中國農業(yè)科學院農業(yè)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展研究所 李娜
　?、?、《豬排泄物中氮、磷、銅對周圍環(huán)境的影響及其營養(yǎng)調控措施 》 湖南農業(yè)大學動物營養(yǎng)與飼料科學 譚新
　?、?、《畜禽業(yè)》1999年3期 利用微生物菌體開發(fā)飼料蛋白資源(之一) 鐘啟平 宜春強微高新技術專利產品開發(fā)中心
　　⑹、《豬用發(fā)酵床的研究》 李娜 南京農業(yè)大學
　　中國發(fā)酵床養(yǎng)殖技術網

國強

低碳要想真正做到不容易

龍醞魂

要想真正做到不容易
國強 發(fā)表于 2010-9-6 16:13

    制作發(fā)酵床養(yǎng)殖了就能做到低碳養(yǎng)殖