“三部曲”技术助推畜牧业氨减排

经过反应后获得的成品有机肥，呈无异味粉末状。王超摄

智能堆肥反应器示意图。中科院农业资源研究中心供图

“像我家这样存栏4万羽的鸡场，每年1000多吨的鸡粪，原来光送到处理中心就得花6万多块钱，现在这套设备不仅让我的鸡场变得不再臭气熏天，而且卖有机肥还可以带来每年5万~6万元的收益。”家住江苏省盐城市射阳县盘湾镇的王贵花，经营着自己的桂花蛋鸡养殖场。

是什么设备和技术让王贵花的蛋鸡养殖场发生了如此大的变化？

近日，《中国科学报》在江苏省射阳县召开的国家重点研发计划“农畜牧业氨排放污染高效控制技术”项目示范现场会上了解到，国内首套基于畜禽养殖多环节的固氨减排技术体系示范成功，标志着以技术途径解决农田大气污染防治痛点成为可能。

氨排放近九成来自农业

“我国农畜牧业氨排放大，高排放区与大气严重污染区高度重叠，是导致雾霾的重要原因之一。”项目承担单位中国科学院遗传发育所农业资源研究中心主任、研究员胡春胜告诉《中国科学报》。

我国每年氨排放1200万~1500万吨，排放强度是欧盟和美国的4~5倍。其中，近90%的氨排放来自农业源，畜牧业占农业源一半以上。华北平原、长江中下游地区是氨排放热点区域。

然而，“目前氨挥发时空分布不清，减排难度大，技术缺乏，亟待攻关”。胡春胜说，农业氨减排工作基础差、难度大，急需突破氨减排关键技术。

这包括，在种植业方面，急需精准减氮、缓释抑氨、根施控氨、酸化固铵技术；在畜牧业方面，急需研发畜禽养殖全链条氨减排设备与技术。

“农畜牧业氨排放污染高效控制技术”项目就是为深入落实《大气污染防治行动计划》和《加强大气污染防治科技工作支撑方案》等相关部署，解决上述农业生产中的难题，由科技部和中国科学院于2018年联合启动。

该项目旨在研发基于优化施肥方式与肥料类型的农田高效控氨减排关键技术和基于禽畜圈舍—粪便储存—综合处理利用等多环节的固铵减排技术；构建基于氨排放通量测定技术、同位素源解析技术和数学模型的高精度氨排放清单与减排效果评估技术；在大气污染防治重点区内开展综合示范，形成农畜牧业氨排放调控技术体系。

据介绍，项目自启动以来，研究团队开展了重点区域大气污染联防联控技术示范，目前已形成可复制、可推广、可考核的污染治理技术方案。

氨减排“三部曲”

酸化抑氨、密闭控氨、回收固铵。胡春胜告诉《中国科学报》，这相当于氨减排的“三部曲”。

原来，在畜禽圈舍，粪便管理技术粗放，氨气浓度高，急需快速清粪、脲酶抑氨、强排固铵的技术；在粪污贮存环节，现有处理设施简单，氨气排放量大，急需酸化储存、密闭固铵、结晶回收的技术；而在还田施用环节，存在还田率低、氨损失高的问题，急需机械化注射深施技术。

中国科学院遗传发育所农业资源研究中心研究员马林向《中国科学报》介绍道，团队采用“分步式工程”手段，针对畜禽圈舍—存储—应用等环节，以关键技术和机具产品为重点，吸纳常规技术，构建了农牧一体化高效氨减排技术模式。

王贵花的蛋鸡养殖场，采用的是“一场一罐、原位处理”氨减排技术模式。

鸡场圈舍中，鸡粪通常会产生浓烈的氨气，粪尿酸化氨减排技术将乳酸溶于水，根据圈舍氨浓度变化规律，通过自动控制系统，采用微喷技术对粪便表层进行酸化处理，能显著降低氨气浓度，减排45%~60%。“圈舍内空气质量好了，蛋鸡福利好了，产蛋量也会增加。”胡春胜说。

每隔一段时间，养殖场都会对鸡粪进行集中收集处理。马林向《中国科学报》展示了鸡场安装的智能堆肥反应器。“这个反应器是我们团队与江苏中科纽克生态科技有限公司联合研发的，能将储存和处理粪便过程合二为一。”通过调氧控温、利用微生物代谢作用将畜禽粪便转化为有机肥。同时，这个过程中产生的尾气通过多级循环水/酸喷淋洗气系统处理，又能有效回收氨气，形成液态氨肥，减少畜禽粪便处理过程中的氨气排放。

马林介绍，反应器堆肥技术较传统堆肥技术无害化处理时间缩短60%~70%，氨挥发减少70%~80%。“由于我们采用了加温堆肥，禽畜粪便中抗生素和抗性基因的去除率超过90%。”马林说，这种方法生产的有机肥更加绿色安全。

除了关注圈舍内部氨减排，项目组并没有遗忘逃逸到圈舍之外的氨气。畜舍外排氨气回收技术将减排和回收利用过程合二为一。一道弱酸水帘设在圈舍排气口外，它能吸收外排空气中的粉尘、氨气，通过化学固铵和微生物转化降解，使畜禽舍外排空气达标，同时回收铵盐进行资源化利用。实现氨气减排80%。

“整套系统可实现养殖场氨减排60%~70%。”胡春胜说，经测算，该养殖场每年产生粪污量1460吨，粪污处理成本为72.7元/吨，年运行总成本10.6万元。

盘湾镇裕丰村目前有9户养殖户采用“一场一罐、原位处理”模式，解决了15万~20万只鸡的粪污处理问题。

北京农林科学院研究员刘宝存在现场观摩后告诉《中国科学报》，这套技术值得推广应用，因为其成本低，只有传统处理方法的一半左右；而且该技术的氨减排效率高达60%~70%，这是传统技术无法实现的。

射阳模式

射阳县养殖以生猪和家禽为主，出/存栏量分别达到114万头和2124万只，全县畜禽粪污总产生量为180.3万吨/年。

射阳县兴桥镇共有养殖场/户103户，以蛋鸡为主，年产粪污2.1万吨，采用的是“统一收集、集中处理”氨减排技术模式。

《中国科学报》了解到，处理中心由政府建设—公司运行—农户配合运营，现已与80户养殖户签订协议，日处理粪污40~50吨，达全镇粪污总量的65%~80%，年产有机肥1500吨，实现全镇氨减排45%~56%。

据测算，兴桥处理中心每年收集粪量14016吨，粪污处理成本为56元/吨，有机肥生产成本为150元/吨，氨减排技术成本6.7元/千克氨气。年运行总成本78.6万元。

“我们在江苏省射阳县实施的畜禽氨减排示范模式得到了当地的充分认可，形成了‘一场一罐、原位处理’和县域‘统一收集、集中处理’两种减排模式。”胡春胜说。

《中国科学报》了解到，目前射阳县已在全县推进畜牧业氨减排技术运营模式，建成镇级集中处理中心11家，新建或改造规模养殖场35家。全县新增畜禽粪污处理能力约120万吨，年产有机肥约40万吨。

“项目的实施将进一步提升射阳农村环境的治理成效，对增强农民的环境保护意识、带动养殖业绿色升级绿色转型、巩固全域生态环境发展成果起到重要支撑作用。”射阳县副县长陈刚表示。

“若该技术在射阳县全县推广覆盖，则有望实现全县近七成畜牧业氨减排。”马林说。

项目跟踪专家、中科院大气所研究员王自发表示，“射阳模式”找到了一条适合我国国情的农业氨减排技术路线，既符合广大农村地区养殖业多为农户散养的实际，又为集约化大型养殖场提供了环保原位解决的方案，对支撑我国养殖业健康发展具有重要意义。

胡春胜介绍说，这套技术体系可让示范田肥料用量减少20%~30%，氮肥利用率分别提高5%~8%，产量提高5%~10%，经济效益提高20%。通过实施，3 年可减少种植农田氨挥发和其他氮氧化物大气排放，并减少示范养殖场粪污污染物排放，实现农田氨减排40%以上，畜牧业氨减排50%以上。“具有明显的生态效益，推动大气雾霾治理、空气质量的改善和提升生态服务功能，促进社会和谐发展。”