氨氣也是霧霾形成的重要推手，農業氨減排迫在眉睫
本文節選自《中國科學院院刊》2021年第1期“智庫觀點”，原標題《以種養結合模式推進養殖氨減排的治理》
劉紅南 印遇龍*
1 中國科學院亞熱帶農業生態研究所 動物營養生理與代謝過程湖南省重點實驗室
2 中國科學院亞熱帶農業生態研究所 畜禽養殖汙染控制與資源化技術國家工程實驗室
3 中國科學院亞熱帶農業生態過程重點實驗室
4 中國科學院大學 現代農業科學學院
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大氣氨汙染和農業氨排放
氨氣是地球大氣中唯一的鹼性氣體。氨氣可以同水及酸性物質反應，大氣中 1 體積水能溶解 700 體積的氨，這意味著當大氣溼度增高時，氨更容易與水進行反應。氨極易與二氧化硫、二氧化氮發生大氣化學反應生成硫酸銨、硝酸銨等二次無機顆粒物，生成細顆粒物
（PM2。5）
。
觀測資料表明，銨根離子在京津冀及其周邊地區秋冬季 PM2。5 中佔比約 10%，僅次於有機物、硝酸根離子和硫酸根離子。
在氨大量存在的條件下，大氣中的二氧化硫和二氧化氮轉化成硫酸鹽和硝酸鹽的速度會急劇增加，從而促進二次無機顆粒物的生成。因此，
氨氣是霧霾形成的重要“推手”
。在我國大氣二氧化硫和氮氧化物得到一定程度控制的情況下，降低氨排放將成為控制大氣二次無機顆粒物生成、降低 PM2。5 濃度的重要途徑之一。
在近 20 年時間裡，我國一直是全球最大的氨排放國。據北京大學環境學院團隊研究發現，2006 年我國氨排放總量為 980 萬噸，超過北美與歐洲的總和。以京津冀區域為例，2016 年氮沉降每平方公里每年達 6。1 噸。氮沉降主要來源就是氨氣，而氨氣的 80% 都來自農業，主要來自種植業和養殖業。
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農業氨減排勢在必行
全球氨排放大多與肉乳品業相關。除了畜禽養殖和廢棄物處理過程產生大量氨外，餵養畜禽所需飼糧的種植過程氮肥施用也會產生大量的氨。
自改革開放以來，我國的養殖模式從家庭和傳統養殖模式向集約化養殖模式轉變。因此，種植和家庭副產品作為飼料利用的比例迅速降低，畜禽養殖廢棄物作為有機肥利用的效率也顯著下降——“種”和“養”的脫節導致營養成分迴圈鏈條的中斷和營養物質利用效率的降低。
以生豬養殖為例，在系統尺度
（土壤—飼料—生豬）
上，氮利用效率從改革開放前的 18。5%，下降到了 11。4%。截至 2013年，總氮損失為 4。22 萬噸，比改革開放前增加了 56。9%。
多年來，畜牧業主要關注欄舍內氨氣濃度對畜禽健康和生長效能的影響，卻忽視了畜禽養殖對大氣氨氣水平的影響。
近年來，氨排放對大氣環境汙染的影響逐漸受到重視，控制畜禽養殖氨排放才逐漸得到重視。根據最新調查顯示，氨減排有利於降低大氣中 PM2。5 的濃度。
2019 年 12 月 18 日，印遇龍院士在國家大氣汙染防治攻關聯合中心組織的“大氣重汙染成因與氨排放管控研究報告專家論證會”上發言，提出種養結合是控制氨汙染的主要措施，該提議得到了與會專家的一致認同。
其實，我國政府一直在倡導農業氨減排。2020 年6 月 5 日，農業農村部部長韓長賦在中國農業綠色發展研究會第一屆會員代表大會上表示，推進農業綠色發展，重點要做到“四個突出”；其中，在“突出資源節約”中強調了持續推進化肥農藥減量增效，在“突出生態保育”中強調要探索推廣農牧結合、種養迴圈模式。
《大氣汙染防治行動計劃》就指出，全面推行清潔生產，積極開發緩釋肥料新品種，減少化肥施用過程中氨的排放。張增傑等建議，我國應大力推行種養結合模式，調整畜禽養殖佈局和規模，提高農田有機肥施用比例，減少化肥的施用；基於畜禽養殖糞便管理系統的氮物質流，從飼餵、畜禽圈舍、糞汙儲存、糞肥土地利用 4 個方面著手採取相應的控制措施。
其中，畜禽養殖氨控制措施主要包括降低畜禽日糧中的粗蛋白質含量和分階段精準飼餵等，從源頭上減少氮的攝入。來自養殖業的氮排放主要是畜禽養殖及其糞便處理過程中的氮素損失，發生在糞便清掃和臨時堆積、高溫好氧堆肥、厭氧發酵和沼液儲存過程中。而隨著人民生活水平的提高和人口的增長，我國對肉乳蛋品的需求有增無減，農業養殖氮汙染的形勢愈發嚴峻。
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推進種養結合模式是控制養殖氮減排的關鍵
解決農業源氨排放問題，必須從種植業和養殖業同時著手：減少種植業氮肥的施用量，以及控制工業上氮和氮肥生產企業的無組織排放；同時，提高養殖業氮利用率和規範畜禽糞汙的資源化利用。
針對各區域土壤、海拔、氣候、種植和養殖結構特點，推進種養結合模式將“種”和“養”相連線，這是提高農業氮利用效率的突破口。
然而，不同區域存在著地理環境、水文狀況和氣候條件的差異，推廣哪些種養結合模式，如何平衡碳排放、氮排放和硫排放的關係，以及推算適宜種養結合模式的成本效益分析等，都是亟待解決的問題。從筆者角度來看，在研發種養結合技術時應注意以下 4 點。
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畜禽飼養技術應強調精準
從飼料配方的角度上，在畜禽養殖過程中應大力推行“低蛋白日糧”技術和分階段精確飼餵技術；而對於反芻動物來說，則可增加青貯飼料或者玉米餵養的比例。在禁用除中藥外的所有促生長類藥物飼料新增劑品種的基礎上，嚴控飼料重金屬水平。
同時，最佳化可溶性纖維、發酵飼料和益生元等功能性飼料新增劑的應用技術，為動物後腸微生物提供更好的環境以提高氮的利用率，從而降低畜禽氨氣的產生；在欄舍中以物理方法降低養殖環境中的氨氣水平，適當使用吸附劑並輔之以環境溼度的控制，減少氨氣在空氣中水分子中的溶解。
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在養殖過程中大力推行採用幹清糞而非水泡糞工藝，杜絕水衝式清糞工藝
水泡糞雖然可以提高勞動效率，節約勞動成本和用水，但長期泡糞會形成厭氧發酵，這不僅會產生大量氨，也會產生硫化氫和甲烷等有害氣體。而水衝式清糞的最大問題是給糞汙資源化利用造成困難，不利於固液分離和糞便的發酵。
與之相比，採用幹清糞工藝可將氮素損失降低 57。6%，因此是 3 種工藝中營養物質流失最少、肥料價值最高、處理最易的理想清糞工藝模式。
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注意選擇種養結合技術模式中的糞汙處理/資源化利用方式
從控氨的角度來說，應由高溫好氧堆肥逐漸轉變為適溫厭氧堆肥。研究發現，在高溫好氧堆肥的過程中，養分氨化、硝化、反硝化等作用造成的氮損失最高可達 78%。
因此，控制發酵的溫度是減少氮損失的必要條件，這不僅對發酵技術提出了嚴苛的要求，還需留意季節性環境變化對氨排放的影響。使用密閉的罐式或筒式儲藏設施可以降低糞便與空氣的接觸面積，新增酸性物質降低 pH 值，以及新增陽離子吸附類物質固定銨離子也都是堆肥過程中降低氨排放的有效措施。在糞汙厭氧發酵及沼液貯存過程中儘量縮短沼液發酵和存貯的時間也能有效降低氮損失。
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在精準日糧和低蛋白日糧技術應用的基礎上，開發新型有機肥料減量增效技術
應分割槽域、分作物開發新型施肥技術，減少氮素在施肥過程中的流失。
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建議
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養殖氮減控措施的推進離不開多部門協調合作和多學科交叉研究
氨減排措施的實行仍會面臨著如下問題：
1.
除京津冀及周邊“2+26”城市外，我國大部分地區缺乏對氮排放量和排放規律的系統估算，缺乏對大氣環境中氨的濃度水平、季節變化和區域分佈與養殖結構變化結構之間關係的監控；
2.
我國多數地區散養戶佔主體的養殖現狀，使得控氨措施的推進舉步維艱；
3.
規模化養殖場雖有糞便和汙水處理設施，但設施執行率差強人意；
4.
非洲豬瘟橫行我國生豬產業，導致環控管理不得不適當“鬆綁”。政策和機制的重要性無須多言，從規律探索和技術研發的角度來說，抓住養殖氮減控過程中的重點和難點問題，多學科聯合展開專項研發和技術攻關是做好養殖氨減排的基礎環節。
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氮減排鬚結合分割槽精準控制大氣二氧化硫和氮氧化合物的排放
值得注意的是，雖然減少氨排放可以有效控制 PM2。5，但也會加劇我國南方地區的酸雨問題。因此，氨汙染控制應分割槽域並採取不同的措施來推進。對於南方地區，尤其是長江中下游平原和四川盆地來說，減氨須與減二氧化硫、減氮氧化合物等酸性氣體協同進行，相輔相成。相比而言，北方地區氮排放與酸雨產生聯動的問題則並不突出。
總之，氨減排治理絕非一朝一夕之事，應該在建立“環保牽頭、部門聯動”機制的基礎上，強化氣象、水利、農業、環保等學科的交叉研究，因地制宜推廣種養結合模式，綜合其他大氣汙染物的排放進行分割槽精準控制，以期在不久的將來從根本上控制氨的排放量，改善我國大氣質量。
劉紅南 中國科學院亞熱帶農業生態研究所副研究員。中國科學院青年創新促進會會員。2019 年湖湘青年英才獲得者。主要從事功能性單胃動物營養研究，以第一作者和通訊作者發表 SCI 論文 20 餘篇。
印遇龍 中國工程院院士，中國科學院亞熱帶農業生態研究所研究員、博士生導師。獲英國女王大學哲學博士學位。現任畜禽養殖汙染控制與資源化技術國家工程實驗室主任，中國農學會微量元素與食物鏈分會理事長，國家生豬產業技術創業戰略聯盟理事長等職。長期從事畜禽健康養殖與環境控制研究，先後主持完成科研專案 30 多項。在畜禽綠色養殖技術、非常規飼料原料高效利用以及養殖過程廢棄物減控等方面成果卓著，以第一完成人獲國家科技進步獎 3 項和國家自然科學獎 1 項，帶領團隊發表高質量論文 100 多篇。
文章源自：劉紅南，印遇龍。 以種養結合模式推進養殖氨減排的治理。 中國科學院院刊， 2021，36（1）：93-96。
