養殖知識  發酵床養殖可減少溫室效應
發酵床養殖可減少溫室效應
一。 前言(傳統養殖業中存在的碳排放問題)
1.1。 大規模集約化養殖業的污染問題迫在眉睫
 近年來,我國的畜禽養殖業發展迅猛,由於鼓勵發展大規模集約化養殖的政策,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,已經對環境造成極大的污染壓力。
以養豬為例,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,其中規模養殖約佔42%,則集約化豬場每年集中排泄量高達3.2億噸。
由於治理措施相對落後,對水資源、土壤和大氣環境造成的污染已相當嚴重,其污染負荷已超過工業廢水和生活污水的總和。據全國人大2003年對《中華人民共和國固體廢棄物污染環境防治法》執行檢查結果,我國規模化養殖場畜禽糞便產生量達17.3億噸,是工業固體污染的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,是工業廢水和生活廢水排放總量中COD(1388萬噸)的5.1倍。
可見,養殖排泄物已成為生態環境污染的主要污染源之一。這不僅影響到畜牧業經濟的可持續發展,對人類自身的健康和環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,實施治理養殖業環境污染的應對措施,是保護生態環境、實現畜牧業乃至整個社會和經濟可持續發展的重要保證。
1.2。 大規模集約化養殖場的碳排放也同樣非常嚴重
注:這裡說的碳排放,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,也是養殖業中的排放大戶,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,大規模化的畜牧養殖也是全球氣候暖化的一大原因。
根據國際糧農組織(FAO)的統計,傳統畜禽養殖活動產生的溫室氣體佔全球溫室氣體排放總量的18%,其中氧化亞氮(N2O)和甲烷(CH4)兩種氣體佔總量的50~80%(視養殖動物不同而不同,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,中國一年畜牧養殖業的廢水排放量超過100多億噸,遠遠超過全國工業廢水與生活廢水排放量的總和。
據專家統計,如果畜牧業認真採用高度水平的生態養殖模式,萬頭養豬場年減排溫室氣體就可相當於2萬畝森林一年吸收的二氧化碳量。
1.3。 傳統的養殖業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。
那麼傳統的養殖業的糞尿處理模式,主要指:
沼氣池處理模式;
厩肥處理模式,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酵池中厭氧發酵而成;
糞便發酵生產有機肥模式,指通過糞便發酵機械,間歇式地進行好氧和厭氧交替發酵而成,特點是相對厩肥和堆肥的時間更為短,可以集中化規模生產,並烘乾成品,便於運輸;
所有上述三種模式,都存在著碳排放過大的缺點,內因是由於厭氧發酵的結果,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,傳統養殖業中的碳排放佔全球溫室氣體排放量的18%、其中氧化亞氮(N2O)和甲烷(CH4)兩種氣體佔總量的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,由於傳統養殖業採用的是以厭氧發酵處理糞便的內因,造成傳統養殖業的排放以氧化亞氮(N2O)和甲烷(CH4)兩種氣體為主的局面,造成其碳排放就像看顯微鏡一個放大數十倍。
除非改變傳統養殖業中糞便的處理模式,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殖文化,要改變這些模式談何容易。
 1.4.以沼氣池為例,傳統糞尿處理模式存在很多問題
養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境的污染和對空氣的碳排放難題,其主要因素為:
① 一個養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;
② 沼氣池的容量是永遠有限的,養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;
③ 一個養殖場產生的沼氣無法利用完,因為不可能每一個養殖場(100頭以上的豬規模)都建立沼氣發電配套什麼的,造成沼氣浪費,多餘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。
④ 使用過沼氣池的人都知道,其實沼氣池上方散發出大量難聞的有害氣體(氨氣、硫化氫等)本身也是一種污染。
 
二。 糞便處理模式如何變革
2.1.傳統養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
傳統糞便處理模式顯然以厭氧發酵為主,這為產生氧化亞氮和甲烷創造了先決條件,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下)才會產生氧化亞氮,或在厭氧狀態時,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,及施用於農田時,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(主要存在於土壤中)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,這兩種氣體在傳統模式下佔總排放的50~80%以上。而且這種情況難以改變。
2.2.活力發酵床養殖模式,創造了一個全新的低碳排放的糞便處理模式
活力發酵床養豬的技術,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、穀殼等),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,然後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,為什麼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:無論是傳統養殖中的糞便處理模式,還是全新的活力發酵床養殖模式,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,就必須養豬,養豬就必須排泄,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,揮發到空氣中去,最終參與地球的碳循環過程或氮循環過程;你不能說我的養殖技術非常高,我養的豬排泄的糞便不會被分解和排放到空氣中去,我養的豬排泄的糞便中的碳和氮不參與地球的碳循環和氮循環,這是不對的,是違反自然規律的,任何動物的屍體和排泄物最終都是要參與地球的碳循環,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,或採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:
     ① 二氧化碳;氧化亞氮;甲烷;氨氣;其他微量成分;
前面已經知道傳統養殖業中豬排泄物的碳氮主要排放形式是氧化亞氮和甲烷,佔50~80%以上,而發酵床養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:
所以說,活力發酵床養殖技術實際上是開創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,至於氮,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。
 
三.活力發酵床對減少碳排放的貢獻究竟有多大
3.1.為什麼發酵床養殖技術的主要排放形式是二氧化碳
相信用過發酵床的養殖戶都很驚奇這樣一個現象,用了一年的發酵床,並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,還是表面乾乾爽爽的,深挖的結果,也是乾散的墊料,你不禁要問,這一年本來要排泄的33噸糞便究竟到哪裡去了呢?這裡指一個15~20平方米的豬欄,飼養10頭豬的排泄量,一年養三批為例;按常人的想像,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。
這顯然不能用傳統養豬中的堆肥或厩肥理論來解釋,唯一的解釋是,它是一種極佳的好氧發酵過程,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酵過程,好氧發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,最終消失於無形中;
糞便中的氮元素(總量遠小於碳總量)則大部分轉化成菌體蛋白質,部分被豬採食,極少量變成氨氣揮發掉,部分殘留和固定在墊料中,被有機化於墊料中,對墊料環境的滲透壓環境影響不大,由於墊料中相對充分的好氧環境,所以,絕不可能進行還原反應變成氮氣揮發掉,至於氨氣的揮發量其實也不大,這一點在實踐當中就可以感覺得到,即發酵床的養殖場中基本聞不到臭味,一些管理良好的活力發酵床豬場,就是捧上一把墊料也聞不到臭味,對於這一點,業界已沒有任何異議,不僅如此,據南京農業大學李娜的研究,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 ,低於畜禽舍環境質量標準293.7%,氨濃度為0.893mg/m3,遠低於傳統畜禽舍。
所以,總結的結果就是,活力發酵床養豬,其碳排放的形式基本上就是二氧化碳,在無論採用何種養殖方法,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.活力發酵床比之傳統養豬模式,約能減少多少碳排放呢?
在各種養殖模式最終碳氮排放總量是固定不變的情況下,活力發酵床的排放氣體幾乎都是二氧化碳CO2,而傳統養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,傳統養殖排放的氣體是發酵床排放的氣體的溫室效果大21~310倍,考慮到傳統養豬生產中(養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,可以估計發酵床養豬排放的“溫室效應的排放量”只有傳統養豬的至少十分之一,或者說只有傳統養豬的10%。這樣的貢獻應該說已經不小了。
 
四.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模集約化養豬生產模式,這種養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豬的情況已不復存在了,這對我國的養豬文化其實是一大損失,千家萬戶養豬模式即可以穩定市場,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、糟渣資源等來養豬,並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,並為田間提供充足的有機農肥。
鼓勵發展發酵床養豬模式,隨著發酵床技術的推廣和發展,最終回到政策推廣環節也是指日可待。
 
參考文件:
《規模化養豬場飼料和糞便中銅含量分析及高銅豬糞對土壤的影響》  山東農業大學   蘇秋紅。
《發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》   中國農業科學院農業環境和可持續發展研究所  李娜
《豬排泄物中氮、磷、銅對周圍環境的影響及其營養調控措施 》 湖南農業大學動物營養與飼料科學    譚新
《畜禽業》1999年3期  利用微生物菌體開發飼料蛋白資源(之一)   鍾啟平   宜春強微高新技術專利產品開發中心
《豬用發酵床的研究》  李娜    南京農業大學