姜靈偉 陳銳 崔建華 張學(xué)軍 仲生柱 林聰 段娜

關(guān)鍵詞：河套灌區(qū);五原縣;農(nóng)業(yè)廢棄物;資源化利用;模式

1 前言

農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化處置與利用既關(guān)系到面源污染的防控與治理，同時還關(guān)系到農(nóng)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。我國典型農(nóng)業(yè)廢棄物包括畜禽糞污和農(nóng)作物秸稈[1]。早期，我國農(nóng)村地區(qū)秸稈的主要處理途徑為就地焚燒和作為家用能源。隨著秸稈禁止焚燒、農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)調(diào)整以及打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)、加強秸稈綜合利用等要求的施行，近年來逐漸形成了秸稈“五化”利用方式，即能源化、飼料化、基料化、原料化和肥料化，初步實現(xiàn)了秸稈的多元綜合利用。但是秸稈綜合利用的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展仍存在一定困難，主要受秸稈收儲運成本和不同秸稈類型處理工藝適用性等影響[2]。我國是世界畜禽生產(chǎn)大國，近年來畜禽養(yǎng)殖規(guī)?；⒓s化發(fā)展使得畜禽糞污產(chǎn)量逐年增加。據(jù)《第二次全國污染源普查公報》顯示，2017年我國產(chǎn)生的畜禽糞便總量高達35億t，但利用率卻不足60%[3]。國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于加快推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見》提出“使全國畜禽糞污綜合利用率達到75%以上，規(guī)模養(yǎng)殖場糞污處理設(shè)施裝備配套率達到95%以上，到2020年基本解決大規(guī)模養(yǎng)殖場糞污資源化利用問題”[4]。為了實現(xiàn)這一目標，我國推行了整縣推進、有機肥替代化肥等行動，也逐步形成了我國畜禽養(yǎng)殖糞污資源化利用的典型技術(shù)模式，包括糞污全量收集還田利用模式、糞污專業(yè)化能源利用模式、固體糞便堆肥利用模式、異位發(fā)酵床模式、糞便墊料回用模式、污水肥料化利用模式和污水達標排放模式[5]。但在糞污處理過程中，仍存在諸多問題，如糞污運輸成本高、處理設(shè)備效率低、種養(yǎng)環(huán)節(jié)無法匹配等。針對一個特定區(qū)域，需要結(jié)合當?shù)氐姆N養(yǎng)情況和農(nóng)業(yè)廢棄物種類，選擇適合的處理技術(shù)和模式，才能有效實現(xiàn)廢棄物的資源化利用及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

河套灌區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西部，是我國重要的商品糧油基地且養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速。因其獨特的氣候、地質(zhì)、水資源條件，主要以玉米、小麥、向日葵和番茄種植為主[6];畜禽養(yǎng)殖主要以飼養(yǎng)肉羊為主。河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)廢棄物資源豐富，但存在資源化利用率低、處理方式粗放等問題。本文以河套灌區(qū)五原縣為研究區(qū)域，核算其農(nóng)業(yè)廢棄物資源量，評估其可利用價值，并結(jié)合五原縣的種養(yǎng)特點與結(jié)構(gòu)，探索適合河套灌區(qū)的農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用途徑與模式。

2 數(shù)據(jù)來源和研究方法

2.1 農(nóng)業(yè)廢棄物資源量

本研究根據(jù)農(nóng)作物的草谷比（Straw to grainratio，SGR）核算秸稈資源量[7]。在實際中無法保證所有的秸稈都能被有效回收利用，因此，需考慮不可回收利用的部分[8]，加入了作物收集系數(shù)。秸稈資源量計算見公式（1）。

其中，TS為秸稈資源可獲得量（風干基），單位為t;i為第i種作物;Y為作物經(jīng)濟產(chǎn)量，單位為t;λ為作物草谷比;η為作物收集系數(shù)。

畜禽糞尿的排泄系數(shù)隨畜禽品種、性別、生長周期、個體大小、飼養(yǎng)條件等因素的不同存在差異[9-11]。目前國內(nèi)針對畜禽糞尿年產(chǎn)生量的計算方法有很多，有的只考慮年內(nèi)出欄數(shù)或年末存欄數(shù)[8，12]、有的未考慮飼養(yǎng)周期[13]，因此，計算得到的畜禽糞污量不準確。本研究采用飼養(yǎng)周期≥1年和≤1年畜禽年排泄量的估算方法，同時考慮畜禽的種類、年內(nèi)出欄數(shù)和年末存欄數(shù)計算得到不同畜禽種類的糞尿量[14]。不同畜禽的糞尿資源量（鮮質(zhì)）計算見公式（2）至（5）。

其中，TF和TL分別表示糞便量和尿液量;i為豬、牛、羊、家禽的種類;j為馬、驢、騾的種類;C、P分別為畜禽年內(nèi)出欄數(shù)和年末存欄數(shù)，單位為頭;T為飼養(yǎng)周期天數(shù)，單位為d，其中牛、馬、驢、騾、豬、羊、雞、鴨、鵝、兔的飼養(yǎng)周期分別為365、365、365、365、199、365、210、210、210、90d[15];F和L分別為畜禽糞和尿的日排泄系數(shù){kg/[d·只（頭）]}，其中牛、馬、驢、騾、豬、羊、雞、鴨、鵝、兔的日排泄糞便量為27.3[ 1 6 ]、14.2、11.8、11.8、4.4、1.9、0.1、0.1、0.1、0.2[15]，牛、馬、驢、騾、豬、羊的日排泄尿液量為14.2[16]、1.9、2.9、2.9、5.8、0.6[15];1 000為換算系數(shù)。

2.2 標準煤量計算

為了更好地評估農(nóng)作物秸稈和畜禽養(yǎng)殖糞污的利用潛力，通過折標煤系數(shù)測算出不同種類農(nóng)業(yè)廢棄物的折合標準煤量，計算見公式（6）。

其中，E為折合的標準煤量，單位為t;C為可收集秸稈或畜禽糞污資源量，單位為t;ηi為折標煤系數(shù)，其中小麥、玉米、高粱、馬鈴薯、葵花籽、甜菜和蔬菜的折標煤系數(shù)分別為0.5、0.529、0.5、0.446、0.529、0.205和0.43[8，17-19];牛、馬、驢、騾、豬、羊、雞、鴨、鵝和兔的折標煤系數(shù)分別為0.471、0.529、0.529、0.529、0.429、0.529、0.643、0.643、0.643、0.643[17，20]。

2.3 數(shù)據(jù)來源

種植、養(yǎng)殖業(yè)數(shù)據(jù)來源于2016-2018年《五原縣統(tǒng)計年鑒》。

3 結(jié)果與討論

3.1 五原縣農(nóng)業(yè)廢棄物資源量評估結(jié)果

五原縣因其獨特的地理優(yōu)勢和充足的水資源，農(nóng)業(yè)種植種類豐富，包括谷類（水稻、小麥、玉米、高粱）、薯類（馬鈴薯）、油料（葵花籽）、糖料（甜菜）、藥材和蔬菜等;其中以玉米、向日葵種植為主。根據(jù)不同作物產(chǎn)量，結(jié)合草谷比系數(shù)和收集系數(shù)，計算得到五原縣2016-2018年秸稈資源可利用量平均值為9.1×105t，且每年呈現(xiàn)逐年增長趨勢，其中2017年和2018年較上一年增幅分別為3.7%和13.4%（表1）。大部分作物近3年秸稈資源量沒有明顯變化，僅玉米、小麥和高粱的種植量及產(chǎn)量發(fā)生了較大變動。2018年小麥的播種面積和單位面積產(chǎn)量下降造成小麥秸稈資源量較2017年減少了78.2%。同年，玉米的播種面積有所增加，其資源量比2017年增加了53.9%。

由表1可知，秸稈資源量占比情況為向日葵>玉米>小麥>蔬菜，分別占總秸稈資源量的47.1%，44.3%，7.5%和0.7%。由此可見，農(nóng)作物秸稈的資源化利用應(yīng)主要考慮葵花稈和玉米秸稈。另外，農(nóng)作物收獲季節(jié)不同，導(dǎo)致秸稈的資源量有季節(jié)性差異。內(nèi)蒙古河套平原小麥是春小麥，每年3月播種，7月第三周開始收割[29]。而為了避免春寒和春潮的影響，玉米播種一般在4月底5月初開始種植，9月上旬正式收獲[30]。向日葵播種期集中在5月下旬，成熟期在9月中旬[31]。根據(jù)農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量和產(chǎn)生期可知，五原縣農(nóng)作物秸稈產(chǎn)生主要集中在7月至9月。

由表2可知，2016-2018年五原縣糞尿量變化幅度不大，總糞尿平均值為4.6×106t，其中肉羊產(chǎn)業(yè)是五原縣的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。為了促進當?shù)厝庋虍a(chǎn)業(yè)的發(fā)展，當?shù)卣畯?013年開始實施肉羊儲備項目，并對肉羊養(yǎng)殖戶進行圈舍補貼、飼草料種植補貼以及種公羊補貼[32]，使其肉羊養(yǎng)殖量逐年遞增，產(chǎn)生的糞污量也在不斷增多，平均肉羊糞尿量占畜禽糞尿總資源量的69.2%，占據(jù)五原縣糞污的主要部分;其次為豬糞尿和牛糞尿，分別占畜禽糞尿總資源量的22.3%和6.9%。

3.2 五原縣農(nóng)業(yè)廢棄物可利用潛力分析

2016-2018年農(nóng)業(yè)廢棄物可利用資源量轉(zhuǎn)化為標準煤資源總量為836.2萬t，其中秸稈資源總量為271.9萬t，轉(zhuǎn)化為142.9萬t標準煤量，占總資源量的16.8%。畜禽糞污資源總量為1376.6萬t，轉(zhuǎn)化為693.2萬t標準煤量，占總資源量的83.2%。

如圖1所示，秸稈折標煤量變化趨勢與秸稈資源量趨于一致，秸稈能源化潛力逐年升高，近三年平均折標煤量為47.6萬t。2018年的秸稈折標煤總量最大，為52.4萬t，其中向日葵和玉米秸稈折標煤量占比較大，其折標煤量占比分別為44%和52.8%。五原縣向日葵種植面積和秸稈產(chǎn)量較為穩(wěn)定，其能源化潛力保持穩(wěn)定，而玉米產(chǎn)量在2018年最高，其折標煤量也相應(yīng)增多，可利用資源量也隨之增多。

如圖2所示，畜禽糞污折標煤量近三年變化不大，其均值為231萬t。羊糞的可利用潛力最高，三年的平均折標煤量為168萬t，約占總畜禽糞污折標煤量的72.7%，其利用方式以能源化和肥料化為主。綜合來看，畜禽糞污的折標煤含量比秸稈高，且畜禽糞污中含有豐富的氮磷鉀等營養(yǎng)物質(zhì)，因此具有很高的利用潛力。

4 農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用現(xiàn)狀

4.1 秸稈資源化利用情況

五原縣位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西部，河套平原腹地，種植業(yè)發(fā)達，是全國著名的糧、油、糖及綠色農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地。其種植業(yè)結(jié)構(gòu)由三部分構(gòu)成，即經(jīng)濟作物、糧食作物和其他作物[32]，其中占比最大的是經(jīng)濟作物，主要包括葵花籽、甜菜、黑白瓜籽和藥材。五原縣具有優(yōu)質(zhì)的地理和氣候條件，其向日葵產(chǎn)業(yè)實力雄厚，種植經(jīng)濟作物主要以葵花為主[33]。糧食作物主要包括小麥、玉米和薯類作物。五原縣因其獨特的氣候條件，晝夜溫差大、光照時間長、無霜期長等特點適宜種植小麥，且種植的小麥作物品質(zhì)優(yōu)良，經(jīng)濟效益高，有利于促進其農(nóng)業(yè)的發(fā)展。五原縣的秸稈主要利用方式是作為畜牧業(yè)飼料的來源[32]，2018年五原縣秸稈的綜合利用量為84.5萬t，其中肥料化利用量為29.8萬t，飼料化利用量為43.6萬t，燃料化利用量5.1萬t，原料化利用量為6萬t，綜合利用量可達85%。2018年五原縣向日葵秸稈機械粉碎還田35萬畝，玉米秸稈粉碎深松深翻還田6萬畝。秸稈還田一方面可增加土壤有機質(zhì)和礦質(zhì)養(yǎng)分，提高農(nóng)田養(yǎng)分利用率，尤其可使大量的鉀素還田，對維持土壤鉀素肥力、減少鉀肥投入尤為重要;另一方面秸稈就地還田還能減少秸稈外運產(chǎn)生的收集、運輸和儲存等成本。玉米秸稈和葵花盤是當?shù)厝庋蝠B(yǎng)殖戶使用的主要飼料來源。利用農(nóng)作物秸稈養(yǎng)畜，可有效緩解“人畜爭糧”“人畜爭地”的矛盾[5，32]。將農(nóng)作物秸稈混合其他農(nóng)作物材料經(jīng)青貯或微貯等方式加工成飼料可大大減少飼料成本，并實現(xiàn)廢棄物的綜合利用。五原縣現(xiàn)有正大、力農(nóng)、巴美、羊管家4家飼料加工廠，年生產(chǎn)加工牛羊飼料能力80萬t以上。據(jù)統(tǒng)計2016年五原縣青貯玉米、農(nóng)作物秸稈成為了飼料加工廠的主要原料來源，占畜牧業(yè)飼草資源的60%-70%。在秸稈原料化利用方面，因秸稈纖維組織結(jié)構(gòu)強，因此可以將其通過切草、粉碎、干燥、拌膠、鋪裝、預(yù)壓、熱壓和后處理等工序加工成板材進行綜合利用。在燃料化利用生產(chǎn)方面，秸稈作為一種重要的生物質(zhì)能，可以將其利用固化成型技術(shù)，將秸稈壓制成固體生物質(zhì)燃料進行利用。

4.2 畜禽糞污資源化利用情況

目前，五原縣各類畜禽糞尿年可收集利用量約為459萬t，綜合利用率達到95%以上，主要處理利用方式為能源化和肥料化利用。五原縣畜牧業(yè)主要以肉羊產(chǎn)業(yè)為主，按照“穩(wěn)羊增牛擴豬禽”的思路，五原縣畜牧業(yè)穩(wěn)步發(fā)展[32]。肥料化利用是五原縣畜禽糞污的主要利用方式，包括生產(chǎn)商品有機肥和簡易農(nóng)家肥料。河套灌區(qū)土地鹽堿化嚴重，有機肥可以成為鹽堿地改良的主要生化調(diào)理劑。五原縣有潤澤、巴美、天宇、沃豐、蒙源興禾和眾信6家有機肥生產(chǎn)企業(yè)，年處理畜禽糞便20萬t，占全縣畜禽糞尿產(chǎn)生總量的4.4%。農(nóng)村散養(yǎng)戶、小規(guī)模養(yǎng)殖戶仍占據(jù)較大比例，通過田間地頭或圈舍旁簡易堆肥發(fā)酵后以農(nóng)家肥的形式進行施用。有機肥施用可改良土質(zhì)、改善種植品質(zhì)，有利于實現(xiàn)當?shù)亍百|(zhì)量興農(nóng)、綠色興農(nóng)、品牌強農(nóng)”的發(fā)展思路，創(chuàng)建“天賦河套”區(qū)域品牌。五原縣巴美養(yǎng)殖開發(fā)有限責任公司是五原縣糞污資源化處理利用的典型企業(yè)，年綜合利用羊糞10萬t，年發(fā)電1 200萬度，利用沼氣發(fā)電所產(chǎn)生的沼渣、沼液進行有機肥生產(chǎn)，逐步形成了集飼草種植、飼料生產(chǎn)、種羊繁育、肉羊養(yǎng)殖、沼氣發(fā)電、有機肥生產(chǎn)、屠宰加工、冷鏈物流、觀光旅游于一體的肉羊全產(chǎn)業(yè)鏈循環(huán)經(jīng)濟模式，綜合效益顯著。

5 農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用模式思考

五原縣農(nóng)業(yè)廢棄物資源豐富，種養(yǎng)業(yè)都有自己的特色和主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，農(nóng)業(yè)廢棄物處理作為連接種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的中間環(huán)節(jié)，具有十分重要的作用。結(jié)合五原縣的種養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)及農(nóng)業(yè)廢棄物種類，可建立不同的農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用模式，實現(xiàn)種養(yǎng)平衡。

5.1 以大型養(yǎng)殖企業(yè)為主體的全產(chǎn)業(yè)鏈綜合處理利用模式

五原縣擁有多家大型養(yǎng)殖企業(yè)，且分布較為廣泛。以大型養(yǎng)殖企業(yè)為主體的全產(chǎn)業(yè)鏈綜合處理利用模式具有以下幾個特點：（1）養(yǎng)殖規(guī)模大，需要構(gòu)建以沼氣或堆肥技術(shù)為主且完備的糞污處理系統(tǒng)，處理能力強，效率高;（2）飼料需求量大，可充分收集利用周邊的農(nóng)作物秸稈;（3）產(chǎn)業(yè)鏈長，內(nèi)部循環(huán)多，有利于實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物多級產(chǎn)品的市場化;（4）目標明確，以獲得最大化的綜合效益為終極目標。因此，依托大型養(yǎng)殖企業(yè)，可實現(xiàn)縣域內(nèi)大部分的農(nóng)作物秸稈和部分養(yǎng)殖糞污的消納，并可通過全產(chǎn)業(yè)鏈條的建立，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的多級循環(huán)及高效利用。在實際生產(chǎn)過程中，可通過以下措施建立并強化該模式：一是出臺激勵政策，鼓勵大型養(yǎng)殖企業(yè)在達到防疫條件的基礎(chǔ)上，作為廢棄物處理主體收集周邊散戶或中小養(yǎng)殖場的糞污以及周邊農(nóng)作物秸稈進行處理，實現(xiàn)滿負荷運行和高值化利用;二是政府幫助大型養(yǎng)殖企業(yè)建立上下游市場渠道，尤其是與種植業(yè)之間的聯(lián)系，有利于實現(xiàn)種養(yǎng)平衡和綠色發(fā)展，同時有利于形成良性的市場機制，讓企業(yè)獲得更大的經(jīng)濟效益，從而更好地促進農(nóng)業(yè)廢棄物的處理與資源化利用。

5.2 以第三方處理中心為主體的專業(yè)化運營模式

五原縣養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展主要以中小型農(nóng)戶散養(yǎng)為主，其規(guī)模較小，產(chǎn)生的糞污相對集中且結(jié)構(gòu)單一，因此在實際生產(chǎn)中存在糞污處理率低及難以高效利用、抗風險程度差、管理技術(shù)水平低等問題。正因為如此，往往出現(xiàn)露天堆放、隨意排放等問題，從而給環(huán)境帶來嚴重的污染。因此，針對中小型養(yǎng)殖區(qū)和密集散養(yǎng)區(qū)的特點，可以根據(jù)分布情況，以村落為單位構(gòu)建第三方運營的糞污處理中心，并結(jié)合整縣推進等項目，在中小型養(yǎng)殖場和散養(yǎng)密集區(qū)配套建設(shè)糞污暫存設(shè)施及集中收集站，將糞污集中收集與處理。這種模式一方面可以減少養(yǎng)殖戶對糞污處理設(shè)備的投資和運營成本，減緩環(huán)保壓力，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的專業(yè)化處理，提高其處理效率;另一方面該模式有利于形成多個新型經(jīng)濟體，服務(wù)于第三方處理中心的上下游，可更好地將養(yǎng)殖和種植聯(lián)合起來，助力產(chǎn)業(yè)扶貧和鄉(xiāng)村振興。

6 結(jié)論

五原縣農(nóng)業(yè)發(fā)展穩(wěn)定，農(nóng)業(yè)廢棄物資源量豐富且呈逐年上升趨勢，利用潛力大。五原縣種植業(yè)主要以玉米和向日葵為主，秸稈產(chǎn)生的高峰期在每年7-9月，以飼料化和肥料化為主，年利用率可達85%。畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展主要以肉羊、豬、牛為主，其產(chǎn)生的糞便以肥料化、能源化利用為主，但存在糞污資源量分布較散、收集困難、糞污處理設(shè)施配套率低、難以進行高效的資源化利用等問題。針對河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)廢棄物的組成特點及利用需求，提出以大型養(yǎng)殖企業(yè)為主體的全產(chǎn)業(yè)鏈綜合處理利用模式以及以第三方處理中心為主體的專業(yè)化運營模式，有利于促進農(nóng)業(yè)廢棄物的綜合利用以及種養(yǎng)結(jié)合，促進農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。