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发达国家奶牛规模化养殖的粪污处理经验——以欧盟主要奶业国家为例

时间:2014-11-19 17:25:25   来源:上海农业网   作者:    点击:541次

随着全球奶业养殖规模化程度的提高以及饲养方式的改变,规模化奶牛场的污染问题已成为世界性的话题,引起各国政府的广泛关注。欧洲各国纷纷通过法律法规等手段对规模化奶牛场环境污染问题进行宏观调控,取得了很好的效果。

    

    摘要:随着全球奶业养殖规模化程度的提高以及饲养方式的改变,规模化奶牛场的污染问题已成为世界性的话题,引起各国政府的广泛关注。欧洲各国纷纷通过法律法规等手段对规模化奶牛场环境污染问题进行宏观调控,取得了很好的效果。本文以欧盟、大奶业国家、德国、法国、荷兰为例,基于其奶业概况及规模化养殖情况,研究阐述了国环境保护及奶业补贴政策下规模化奶牛场环境控制的主要经验,旨在为中国规模化奶牛场建设及环境控制提供可借鉴的国际经验。

    一、引 言

    奶业是国际社会衡量一个国家畜牧业发展水平的关键指标,奶业在发达国家国民经济中占据重要地位。奶业产值一般占畜牧业总产值的1/3左右。

    近年来,美国、意大利、爱尔兰、英国、俄罗斯、西班牙等欧美国家的奶牛存栏量虽有所徘徊甚至下降,但规模化养殖正逐渐成为趋势。对规模化奶牛场的概念国外亦有不同的界定和理解:在德国,饲养70头以上奶牛即可称为规模化奶牛场;在美国,小型规模化奶牛场成年母牛在500头左右,中型规模化奶牛场成年母牛在1000头左右;在加拿大,规模化奶牛场指饲养成年母牛60头以上的牛场。据统计,2011年美国牧场数量6万个,平均规模为每个牧场153头,与2000年相比,平均规模增加了7头;同期,欧盟牧场数71万个,平均规模为每个牧场32头,与2002相比,平均规模增加了15头。同时,世界奶牛饲养模式也发生了转变,如欧盟动物福利法禁止拴系饲养,欧洲奶业已经从放牧和拴系饲养的模式逐渐向全舍内散栏饲养模式转变。

    随着全球奶业规模化程度的提升以及饲养模式的转变,规模化奶牛场的污染已经是农业非点源污染的重要表现之一,牛场粪污收集与处理日渐成为一个严峻的问题。在所有的养殖业中,单位奶牛养殖产生的废弃物量最多,处理起来难度最大。据测定,一头成年母牛一天的粪尿产生量是35kg,是生猪(7kg)的3.57倍,是肉鸡(0.16kg)的219倍,是蛋鸡(0.30kg)的117倍。且奶牛粪污中含有大量的大肠菌群、蛔虫卵、细菌、病毒以及其他有害生物种群,必须进行无害化处理,否则将对空气、水质、土壤、人体健康产生严重危害。美国、新西兰、澳大利亚、德国、法国、英国等奶业发达国家非常重视畜禽养殖业发展的环境保护问题,出台了一系列畜禽养殖环境保护的法律法规和养殖业粪污处理的补贴政策。因此,探讨奶牛场粪污处理方式及其利用途径具有非常重要的意义,其既是奶牛场生态保护的客观需要,也是资源最大化利用的现实要求。本文以欧盟成员国德国、法国、荷兰3大奶业国家为例,研究发达国家宏观政策框架下规模化奶牛场的粪污处理经验,旨在为中国规模化奶牛场建设及环境控制提供可借鉴的国际经验。

    二、欧洲奶牛规模化养殖概况

    欧洲奶业历史悠久,由于其天然的牧场以及良好的奶牛养殖条件一直是世界奶业的根基和全球牛奶主产区之一。近年来该地区奶牛存栏量虽有所下滑,但仍居全球前列。2012年,欧盟(27国)奶牛存栏量2290万头,与2007年相比减少了5.22%,但仍为世界第二大奶牛养殖地区,北美洲是世界第一大奶牛养殖地区。与美国、加拿大等北美洲国家相比,欧洲奶牛场的规模不大,规模化奶牛场的成年母牛一般为60~300头,美国为100~500头。在欧洲,奶牛养殖基本上是以家庭牧场为主的饲养模式,每个奶牛场都配套大量土地,实行农牧一体、种养结合的饲养模式,奶牛场都有自己的人工草场和青粗饲料地。

    1、德国奶业概况 德国位于中欧西部,气候平稳温和。优越的自然条件成就了德国高度发达的畜牧业,德国一直是欧洲最大的奶业生产国。因为降水量分布非常均衡,有助于饲草作物的生长,优质牧草和玉米供应充足,德国奶牛牧场的分布较理想。目前,德国有奶牛牧场8.5万个,以小型和中型规模为主,一般存栏量为30~200头,也有存栏量为头的大规模奶牛牧场。

    德国是欧洲奶牛存栏量最多的国家,也是牛奶产量最高的国家。德国奶牛年均单产为7t。2012年,奶牛存栏量为419.1万头,牛奶产量3050万t,占欧盟牛奶产量的21.1%(同期欧盟27国牛奶产量为14475.0万t)。近年来,德国奶牛牧场数量每年平均以4.24%的速度下降,由2008年的10.1万个减少至年的8.5万个。随着奶牛牧场数量下降,奶牛牧场平均规模逐年扩大,2012年奶牛牧场平均规模为49头,比2008年增加了7头。2012年50头(含)以上奶牛牧场比例为32.3%,比2008年提高了6.4%(表1)。

    德国规模化奶牛牧场以散栏式饲养模式为主。所谓散栏式饲养,就是牛在不拴系、无颈枷、无固定床位的牛舍(棚)中自由采食、自由饮水和自由运动。这种饲养模式更加符合奶牛的生理需要,保证了奶牛能够根据自身脾性自由获得食物、水和舒适的休息区。德国的牛舍(棚)大多由侧开栅栏以及开放的屋脊组成,地面采用混凝土支撑,牛舍(棚)内部不隔开。开放的屋脊大大增强了舍(棚)内采光系数,侧开栅栏便于牛舍(棚)内的空气流动,提高换气率,减少舍(棚)内有害气体及致命微生物密度。牛舍(棚)内由混凝土支撑的地面便于清扫地面,及时清除粪便,保持舍(棚)内清洁干燥,减少奶牛蹄病的发病概率。

    2、法国奶业概况 法国位于欧洲西部,降水量充足,盛产优质牧草,畜牧业极其发达,畜牧业产值占农业总产值的70%以上。法国是欧盟第二大奶业国家,2011年牛奶产量为2511.6万t,占欧盟牛奶产量的16.5%(同期欧盟牛奶产量为15184.0万t)。法国奶制品品质好,在国际奶制品贸易中占有重要地位,是世界上最大的乳清出口国,世界第二大奶酪出口国。

    目前,法国牛场采用单一家庭或者2~4个家庭合作经营的饲养模式。近年来,法国奶牛牧场数量不断下降,从2000年的11.6万个减少为2011年的7.8万个,奶牛存栏量也不断减少,截至2012年,奶牛存栏量为374.3万头,较2000年减少9.9%。但是由牧场科技水平的提高以及培育出良好遗传性状的奶牛,牛奶产量反而由2000年的2497.5万t增加到2011年的2511.6万t,增幅为0.5%(表2)。

    法国土地资源丰富,奶牛牧场拥有大量土地,实行种养结合、农牧一体的模式。大多数奶牛牧场在配套土地上种植牧草、玉米等,用于奶牛放牧或制作青贮和牛床垫料。同时,规模化奶牛牧场机械化程度高,从谷物收割、青贮制造到牛舍(棚)粪便清除等都采用全自动操作设备。清粪系统主要有两种:一种是牛舍(棚)底下建有蓄粪池,粪槽机定期将牛粪运往农田进行喷洒,作为牧草及农作物的养料;另一种是由刮粪板自动清粪,牛粪堆在牛舍(棚)旁,定期用拖拉机运往农田。

    3、荷兰奶业概况 荷兰位于欧洲西北部,耕地匮乏,人均耕地只有。受土地资源制约,荷兰因地制宜采用家庭牧场的基本形式发展畜牧业。奶业生产实现了集约化、规模化,销售实现了多层次、多渠道,走出了一条独具特色的奶业道路。在荷兰,全国约60%的农业用地被奶牛场使用,牛奶产值大约占农业总产值的18%,成为欧洲奶业发达国家之一。

    目前,荷兰是欧盟第三大奶业国家。2012年,奶牛存栏量148.4万头,牛奶产量1287.0万t,占欧盟牛奶总产量的8.9%。与2000年相比,奶牛存栏量虽然下降了4.8万头,但牛奶产量仍增加了110万t。与德国和法国相似,近年来荷兰奶牛牧场数量也不断减少,牧场平均规模明显增加。2012年,奶牛牧场数量为2.0万个,较2000年减少1.2万个;牧场平均规模为87头,较2000年增加了38头(表3)。到2015年,欧盟将取消牛奶配额,预计荷兰奶业养殖规模将进一步扩大。 

   荷兰奶业是以家庭农场为基本单位的生产体系,专业化、技术化的加强使得荷兰奶牛养殖规模不断扩大,并实现了产加销一体化。超过80%的规模化奶牛场采用易于机械化操作和管理的开放式牛舍(棚),这种牛舍(棚)多配备漏缝地板。荷兰法律规定,在每年9月至次年2月严禁向土地施用粪尿,因此冬季奶牛场需要将粪污进行集中储存,而漏缝地板下的空间为储存奶牛粪污提供了方便,这种储存方式减少了清洁牛粪时的劳动强度和劳动力。另一种储存奶牛粪污的方式是在地上建筑圆形水泥储粪池,由于这种储粪池建于地面之上,因此要注意对这种储粪池进行覆盖,以减少其有害气体及致命微生物的挥发。

    三、欧洲环境政策下奶牛场粪污处理经验

    近年来,随着欧洲奶牛场规模化程度的提高以及散栏饲养模式的普及,奶牛场产生了大量废弃物,粪污所含的有机物、氮、磷、病原微生物等不仅危害奶牛健康,也会通过土壤、地表水污染环境,甚至形成公害。目前,奶牛场环境控制已引起各国政府关注,欧洲许多国家已出台了反污染的相关法律法规。如荷兰规定,每公顷土地饲养2.5头牛以上的牧场,其氮和磷酸盐的投入量与产出量都必须进行登记,且农场主必须缴纳粪便费;德国规定,每年11月到次年2月禁止向农田倾倒粪便;丹麦规定,冬季不允许牧场向土地倾倒粪尿,每个牧场的储粪能力要达到9个月。

    牛粪是一种利用价值极高的可再生能源,据测算,19亿t粪便相当于约0.7亿t标准煤或近1亿有机肥料。为了促进牛粪无害化处理及支持可再生能源发展,欧盟颁布了一系列法律法规,如1997年制定的 《可再生能源发展战略白皮书》 规定:到年可再生能源贡献额翻番,占能源比例12%,其中生物质能源比例超过80%,沼气贡献应达到相当于150亿t石油量。同时,欧盟对奶牛场引进相关粪污处理设备与技术改造实行补贴政策,额度为奶牛场建设资金的10%。在政策驱动下,规模化奶牛场对粪污的收集与处理也越来越重视,不同国家依据自身特点采取了不同的处理方法。

    1、德国 全混合高温沼气发酵工艺 德国能源缺乏,政府一直致力于支持可再生能源的发展。考虑降水量丰富、电能供应紧张、沼气发酵原料丰富等原因,德国政府鼓励奶牛场采用沼气发酵工艺解决牛场粪污处理问题。2004年修订的 《可再生能源法》 (Renewable Energy Act)规定:到2010年由可再生能源提供的电能须达到德国总电能的12.5%,到2020年则至少达到20%。可再生能源发电补贴措施规定:对新建热电联产工程装机容量在在5MW以上,上网电价补偿金额为每千瓦时2欧分;对沼气发电采用增值税全额退税的政策,增值税率为16%;同时对沼气池建设提供20%~30%的无偿补助费,具体金额由各州根据自身财力自行决定。在这些补贴政策的支持下,农场主3~5年时间内就可以收回奶牛场沼气工程建设的投资成本,因此,从效益的角度调动了奶牛场主利用粪便实现沼气发酵的积极性。

    除国家政策支持外,沼气混合发酵原料充足也是德国推行全混合高温沼气发酵工艺的主要原因。

    据统计,德国每年秸秆产量大约为40088万t,畜禽粪便所含干物质量大约为57500t,其中奶牛场所占比例约为28.2%。因此,德国奶牛场处理粪污时大多采用秸秆与牛粪进行全混合高温发酵的沼气发酵工艺。牛场沼气工程采用计算机控制方式,利用机械设备将牛粪与秸秆混合加入沼气罐。混合装置可使沼气池内料液实现完全均匀或基本均匀状态,有助于微生物和原料充分接触,加快硝化速度、提高容积负荷率和体积产气率。另外,高温发酵方式可以杀灭牛粪中的人畜共患菌和寄生虫卵,提升装置的卫生效果。

    2、法国 水泡粪无害化处理工艺 法国奶牛饲养都采用夏季放牧、冬季舍养的形式,优质牧草是法国拥有发达奶业的保障,因此法国政府非常注重农牧场环境保护,颁布了一系列环境保护方面的法律法规。如 《哥德堡议定书》 中承诺:1999—2010年将氮氧化物和易挥发有机合成物的排放量减少40%左右。 《土壤保护法》 规定:排放于土地中的农场污水,每公顷氮的含量为140~150kg。农业污染控制计划(PMPOA)规定:通过对养殖企业生产废物的处理和储存来保护水质,由专业人员对奶业生产者环境保护措施进行帮助和指导。另外,为扶持本国奶业发展,法国政府也实行了一系列奶业补贴政策,对于玉米、小麦、大麦等每公顷补贴348欧元,对于载畜量每公顷1.4头以下草场,每公顷补贴80欧元,养殖规模40头以上,每头补贴226欧元。对于奶业贷款,国家返还5.5%的增值税。

    按1头奶牛1年的粪尿产生量14.4t来算,法国每年奶牛场粪尿产生量为5390万t左右。为了防止奶牛场粪污污染环境,政府强制要求奶牛场采用粪污处理工艺,大部分奶牛场处理粪污都采用水泡粪形式。水泡粪工艺是在牛舍内的排粪沟中注入一定量的水,粪尿、饲养用水一并排入缝隙地板中的粪沟中,储存一定时间(一般为1~2个月),待粪沟满后打开出口的闸门,将粪沟中粪水排出。对于粪污无害化处理主要有3种方式:第一种是粪污在粪便池自然沉淀一段时间后与农作物秸秆混合发酵形成有机肥;第二种是直接对粪污进行工业化处理,制成有机肥;第三种为利用沼气发酵技术,产生沼气用于发电照明等。由于法国电能充足,而建设沼气池成本又高,因此,法国奶牛场粪污极少采用沼气发酵形式,多数奶牛场采用将粪污经过处理制成有机肥的方式。在将粪污进行干湿分离时,主要采用螺旋式固体分离工艺,分离后无害无味的固体将被制成有机肥出售或者用做农场肥料,而经过无害化处理的废水也将就近排入农田灌溉网络或者河流。

    3、荷兰 “液压刮粪板+固液分离+筛分固体压块”一体化工艺 荷兰国土面积较小,土地资源宝贵,是畜牧业高度发达的国家。由于没有足够土地来消纳养殖业的粪污,荷兰政府非常注重环境保护和牛场粪污处理。1971年荷兰立法直接规定:不经任何处理直接将粪便排入土壤、地表水属违法行为。1984年起,规定每公顷土地超过2.5个畜单位,农场主必须缴纳一定数量的粪便费。荷兰 《环境管理法》 规定:任何可能对环境造成破坏和污染的活动都必须经过相关政府机关的批准,在此批准过程中,必须进行环境影响的评价和环境污染预防审计。除相关环境保护法律,荷兰政府也出台了一系列补贴政策,帮助解决由畜禽产生的粪污过剩问题,如制定了粪肥长距离运输补贴计划以及将粪便加工成粪丸出口计划,且政府补贴建立粪肥加工厂。

    受耕地资源制约,荷兰绝大多数奶牛场非常注重粪污的循环利用,其粪污处理采用“液压刮粪板+固液分离+筛分固体压块”一体化工艺。从粪污收集、干湿分离到干物质深加工都有完善的配套处理设施:粪污收集方式为液压刮粪板全自动定点铲粪,优点主要有:①缩短了牛粪暴露在空气中的时间,减少了挥发性气体的排放;②节省了劳动时间,降低了劳动成本;③实现了雨污分离。在粪污集中采纳之后,统一进行固液分离,优点主要有:①便于固体物运输;②减少了粪污总量;③固体物具有好氧稳定性,减少了甲烷排放量。固液分离工序完成之后,污水澄清后直接施用于农田进行灌溉施肥,而残余的固体有机物则利用筛分固体压块一体化技术进行深加工,将剩余牛粪制成有机肥或者燃料棒,增加牛粪附加值。

    四、对中国的启示

    2002年国家环境保护总局公布的全国规模化养殖场污染情况报告显示:随着中国畜禽业的迅速发展,畜禽污染已成为中国农村非点源污染的主要来源。2010年 《第一次全国污染源普查公告》 显示,中国畜禽养殖业粪便排放量为2.43亿t,尿液排放量为1.63亿t。其中,奶牛场粪便产生量为0.57亿t,占畜禽养殖业粪便排放量的23.5%。规模化奶牛场发展后带来的环境污染问题已经得到中国政府的高度关注。2001年以来,国家环境保护总局先后出台了系列政策文件。但与欧盟奶业发达国家相比,中国奶业起步较晚,国家产业支持力度不够,养殖业环境控制能力较差。本文阐述了德国、法国、荷兰3国规模化奶牛场在政府宏观政策支持下粪污处理的主要工艺,介绍了3种不同模式,为中国奶业健康发展提供了一些经验启示。

    1、完善养殖业污染防治法律法规 加大执法力度 中国对畜禽养殖业污染防治的相关法律法规相对薄弱,有法不依、执法不严现象时有发生。在水保护方面,中国 《水污染防治法》 只是提出“保护和改善水环境”的目标,并没有像欧盟新水资源管理政策一样对污染物排放标准作出具体要求,更没有严格规定养殖业污染物排放标准。在治理养殖业环境污染方面,中国虽然出台了 《畜禽养殖污染防治管理办法》、 《畜禽养殖业污染排放物标准》、《畜禽场环境质量标准》 等政策文件,但是这都属于行政规范,没有将其上升到法律高度,执行力度较差。且这些规范的惩罚力度也较小,如 《畜禽养殖污染防治管理办法》 中规定,对违反规定的行为,仅处1000元以上10000元以下罚款。因此,在实际操作过程中,很难起到法律预防犯罪的作用。根据欧盟发达奶业国家有关经验,中国应进一步完善养殖业污染防治法律法规,细化其污染物排放标准等有关规定;将现有管理规范上升的法律的高度,加大处罚力度,规范执法行为。

    2、加大国家政策补贴力度 奖惩并用促进农场粪污处理 奶业既是一项具有社会效益的产业,也是一项高风险产业。高投入、低产出、周期长的特性决定了“养牛人”资金短缺问题严重。对于牛场粪污处理,欧盟各成员国政府不仅采取法律、金融、财政等方面的政策扶持,同时予以用地、信贷、税收等方面的优惠措施,如奥地利的 《绿色电力法》、英国的碳基金项目等。与欧盟相比,中国缺少具体明确的优惠政策,金融支持方式偏少,财政补贴对象局限于大中型粪污处理工程。依据欧盟的经验做法,中国应加大国家政策补贴力度,扩大补贴范围,细化补贴项目,调整补贴方式,采用后补助方式(先进行粪污处理,依据处理效果予以补贴)。同时采用奖惩并用手段,对于自觉治污的牛场给予更多优惠政策和资金补贴;对于拒不治理的牛场采用通报批评、罚款等手段予以处罚。

    3、依据自身资源禀赋 因地制宜选择粪污处理模式 欧盟 3大奶业国家依据自身资源优势,选择了3种不同的粪污处理模式。中国地域广阔,主要有京津沪奶业主产区、东北内蒙古奶业主产区(黑辽内蒙古)、西北奶业主产区(新宁陕)、华北奶业主产区(鲁晋冀豫)、南方奶业主产区(粤桂黔)大奶业主产区。这5大奶业主产区资源禀赋差异较大,在选择牛场粪污处理工艺时也应依据自身特色,因地制宜采用不同模式。如东北内蒙古、西北、华北奶业主产区由于土地资源丰富,可采用堆肥发酵返田模式;京津沪奶业主产区土地资源珍贵,可采用固液分离技术,分离后的固体有机物主要用做牛场再生垫料;南方奶业主产区由于多雨湿热的自然条件,可采用沼气发酵的粪污处理工艺。

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