美国畜禽养殖养分管理计划对我国的启示

美国综合养分管理计划对我国种养业可持续发展的启示目 录一、美国综合养分管理计划2二、适用对象及原理4三、主要内容5四、综合养分管理的成效与作用8五、CNMP实施要求10（一）项目申请和实施步骤10（二）申请农场综合养分管理CNMP计划的主要材料11（三）CNMP认证师或机构需要经过专门培训取得资格12（四）CNMP计划的投资与资金来源13六、美国CNMP计划对我国现代种养业协调发展的启示13七、参考资料17（一）CNMP计划的通用手册17（二）其他资料172013年9月15日-18日，由发展计划司组织的赴美农业培训团在爱荷华州考察。在Select Farm养猪场和Bill Couser肉牛场参观座谈时，农场主都提到一项促进农业可持续发展的综合养分管理计划（Comprehensive Nutrient Management Plan，CNMP）。据了解，1999年以来，美国联邦农业部USDA和环保总署EPA联合推广针对大规模集约化养殖场（Concentrated Animal Feeding Operations，CAFO）的综合养分管理计划，在养殖场许可经营的基础上，要求规模化养殖场通过实施综合管理计划，将粪污作为养分还田，提高土壤有机肥、减少水土流失，实现种养业协调发展。Select Farm实施该计划后，从2009年到2012年，该农场碳排放量减少35%，节水41%，每年农田的化肥支出减少了$75/英亩。Bill Couser介绍，他的农场单位产量能耗降低60%，CO2排放量减少30%，土地利用强度降低20%，水土流失只有当地平均水平的5%，已经全面实现了爱荷华州提出减排10%的要求。据州农业厅厅长Bill Northey介绍，2012年，爱荷华州将养分管理覆盖到全州，结果2500万美元的补助资金在2周之内就被广大农场主申请一空。为此，我们请教了爱荷华州立大学的辛宏伟教授和田纳西州的Burns教授，对有关CNMP资料整理进行了整理，供大家参考借鉴。一、美国综合养分管理计划随着畜禽养殖生产率的提高，美国养殖场集约化程度不断提高。清洁水法案（the Clean Water Act，1977）把大规模集约化养殖场（CAFO）定义为点污染源，其他养殖场（AFO）被纳入面源污染源，进行管理和规范。为实现在农业生产的同时满足自然资源保护的目标要求，减少畜禽养殖对环境和公共健康的影响，1999年美国联邦环保总署（EPA）和美国联邦农业部（USDA）协商，联合制定了一个国家畜禽养殖战略措施（unified national strategy for animal feeding operations）。目前正在实施一项需要通过专业认证的综合养分管理计划（Comprehensive Nutrient Management Plan，CNMP，包括养分管理Nutrient Management，田间措施Land Treatment，粪污预处理和储存Manure and Wastewater Handling and Storage，以及跟踪记录Recordkeeping等），其核心是将环境保护与养分管理结合起来，充分利用自然资源来防治水土流失、粪肥应用和有机产品生产，通过对水质标准的监控，解决好饲养场的粪污处置和农作物生产区域和土地上粪肥的应用问题。该综合养分管理计划（CNMP）将内容基本相同的美国环保署NMP NMP，US EPA requires a Nutrient Management Plan for large animal production operations.美国联邦环保总署要求规模化畜禽养殖企业执行养分管理计划。计划和美国农业部的类似计划 CNMP，USDA requires a Comprehensive Nutrient Management Plan when providing funding or technical assistance.美国联邦农业部向养殖企业提供资金和技术援助时要求执行综合养分管理计划。统一了起来。CNMP计划涉及畜禽养殖场产生的所有废弃物和养分处理，可作为环保总署（EPA）的养分管理计划NMP一样使用，代表了美国养分管理的最高水平水平。二、适用对象及原理所有采用水泡粪系统的大型集约化养殖场（Liquid CAFO）都需要执行CNMP计划，不能在指定地点消纳粪污的大型干清粪养殖场和中型养殖场也要执行。CNMP计划由农业部自然资源保护局（NRCS）管理。农场服务局要求生产者在申请政府担保贷款前需要实施CNMP计划。原理如下：图1 Whole Farm Nutrient BalanceFarmBoundarNutrient Imbalance=(inputs - outputs)0养分平衡Inputs输入Outputs 输出Feed饲料牲畜AnimalsIrrigation Water灌溉Fertilizer施肥Legume N豆科固氮Meat/Milk/Eggs肉蛋奶Crops谷物Manure粪肥Gas Emissions呼吸及运动消耗农场养分输入量：饲料+畜禽购入+肥料等的全部养分量；农场养分输出量：生产的肉蛋奶+粮食+有机肥等总养分量；农场养分失衡值=农场养分输入量-农场养分输出量。综合考虑农场现有的畜禽饲养量、作物对氮或磷的利用率和用粪肥的农田数量三个参数，当输入输出养分基本平衡时，计算得到有多少养分需要转移或另行处理。三、主要内容建立一套完整的CNMP计划，需要在经过专业训练、取得专门资格的专业人员指导下开展，同时也需要得到养殖生产者的认可和协助。一套完整的CNMP计划由6个主要部分组成，不同项目根据实际情况有所取舍。在实施过程中，生产者对每个部分的现状和变更都要详细地记录在案。第一部分是规划粪便和污水预处理及储存（Manure and Wastewater Handling and Storage）方案。要求集约化养殖场建有适当的收集、存储、处理和/或运输粪污的设施设备，容量要满足粪污从产生直到施用的全过程。养殖场需要明确养殖品种、养殖量、饲养重量、养殖批次（Confinement Times）、粪便量、粪污养分含量、污水量、储存体积等。妥善处理好病死畜禽、兽医废弃物和过期饲料。在实际应用时，允许根据生产者的意图、可用的设备、劳动力情况和耕作制度进行适当调整。设立应对粪污外溢和灾难性事件的应急处置方式（Needed Treatments）。第二部分是制订田间措施（Land Treatment Practices）。分析确定农场现有的或潜在的自然资源问题和机会。主要内容包括：识别潜在的氮、磷流失的具体地点；定位农场内土壤易被侵蚀、流失的具体地址；标识出对养分敏感的区域，如坑洞、溪流、泉水、湖泊、池塘、沟渠、井和饮用水源。 为防止灌溉水带着养分流失到河流引起污染，防止水土流失，在农场内确定养分拦截带（Setback），沿河岸设置肥料流失缓冲区（Buffers），布置水草沟（Grass Waterway），并设置农田防风林带。第三部分是制订养分管理（Nutrient Management）计划文件。主要包括：（1）根据长期可持续发展的需要，按照整个农场养分平衡的要求，建立起便于管理的年度种植和施肥计划。年度种植计划应明确农作物类型、品种、种植面积、计划产量。（2）开展土壤成分分析、粪肥成分分析，记录当前土壤养分试验结果和粪肥成分的试验结果；根据农艺对养分要求，规划施肥方式、施肥时间，初步确定施肥量和称量方法。（3）准确统计在养殖场及周围农场内，可以筹集到的无机肥料、粪肥和城市污泥等所有养分和有机副产物的需要和供应数量，计算产出的所有氮、磷和钾养分量。（4）根据农艺和环保要求，考虑到不同作物轮作的要求、有机肥施用设备，以及其他资源保护的限制，确定粪便储存时间的长短（6个月或1年）。（5）开展基于农场（包括种植和养殖）的养分平衡计算。（6）考虑建设相应配套措施，防止因施肥带来的空气质量、病原体、盐和重金属问题等。第四部分是优化畜禽喂饲管理（Feed Management）方案。在饲养环节优化饲料配方，减少粪污中的养分排放，使得较少的土地就能消纳粪污，从而减小对环境的影响。鼓励农场生产者从州推广服务中心、赠地大学、农业部农业研究局、联邦动物科学学会、美国注册的专业动物科学家或其他合格的技术实体获得具体的节省饲料、减少养分排放的科技信息和建议。第五部分是备选利用处理方式（Other Utilization Activities）。当畜禽粪便的养分供给超过农作物的营养要求和土地消纳承载力的时候，为避免产生重大的环境风险，需要寻找备用处置方案。对粪便进行固液分离（Solid/Liquid Separation），开展堆肥处理（Composting），制造颗粒肥料减少体积，或与工业和市政有机物（Industrial or municipal byproducts）混合进行厌氧消化（Anaerobic digestion）生产沼气，对其进行能源化增值利用，或委托经纪人（Manure brokering）销售有机肥，最不济挖个大坑或找个闲置的泄湖（Lagoon Amendments）集中存放，防止随意扩散。第六部分是做好记录和监测（Recordkeeping）。制订详细的养分管理计划执行文件，并将计划的运行和操作进行随时和长期记录，积累形成历史数据，供监管机构考核使用。记录包括：粪肥的养分和土壤养分测试结果；记录每次粪肥或商业肥料的施用情况；农作物和其他植物种植品种、面积和产量；记录每次畜禽粪便存储池抽走或排出粪污后液面的高低；记录粪肥输送给第三方的量；以及在执行过程中有关粪肥使用情况变化的记录。四、综合养分管理的成效与作用CNMP实施10年后，美国共有个养殖场 Executive Summary，Costs Associated with Development and Implementation of Comprehensive Nutrient Management Plans，USDA，NRCS，June 2003.实施了CNMP计划，总投入为195亿美元，每个养殖场投资约76000美元。估计共有135万吨氮和63万吨磷得到还田利用。诚然，并不是所有粪便实施后都能就地还田。大约35%的粪肥用在本农场内，49%的粪肥转移到了别的农场应用，还有16%不能施用到地里（主要是因为当地州法律规定粪肥不能跨州运输，需要通过其他途径处理掉）。综合养分管理计划不是纸上画画墙上挂挂锁在文件柜中的文件（A CNMP is not a document that is written and placed in a filing cabinet）。非常重要的一点，它是一个动态的文件，农场的土壤养分、粪便养分随着时间变化时要进行动态记录，需要专业的CNMP认证师对变化情况随时进行设计分析，调整粪肥施用策略。对CNMP计划的实施和跟踪、调整和评价需要延续几年，最终判断是否真正帮助或解决了环境保护、水土保持、改善农产品质量和增加农场经营效益等问题。总得来说，CNMP计划有以下几方面的好处：一是经济效益显著。有助于农场主扩大养殖规模，扩大盈利能力。如按照威斯康星州畜牧选址法NR243的要求，原来能饲养500头奶牛的养殖场，实施CNMP后可以饲养到1000头。协助减少粪污量，并减少粪污处理工作量，显著减少粪便存储池容积。改善了农场经营，帮助农场主在养分管理、饲养管理和新建养殖场时提高效率。还可以帮助农场主更好更方便地开展员工培训。为放贷机构和保险公司提供审核该农场的设施安全性能和环境危害，降低财务风险，贷款额度更高和利率更低。二是社会效益明显。帮助农场主改进了种植农艺技术，提高农产品质量，保障农产品质量安全。帮助养殖企业制订比较完善的灾害应急计划和安全计划，处理粪便泄漏外溢、人或动物掉进粪坑、受伤或火灾等突发事件。提高种植养殖的可持续发展能力；树立农业商业可持续发展意识，符合科技社会发展潮流。三是环境效益得到体现。完善正在建设或准备建设的环保措施。减少减轻因粪便泄漏、外溢等造成的环境风险和责任。帮助集约化养殖业（FAO）符合国家环境资源保护条例（NR151）的许可程序，保护了水土资源。使得生态环境更加优美，邻里社区更加和谐。五、CNMP实施要求（一）项目申请和实施步骤制订一项CNMP计划需要几个月到几年时间。CNMP计划可在申请成本分担资金（cost-share fund）时电话咨询NRCS设在各郡县的现场办公室。办公室将推荐专业的认证师协助农场开展。还可以直接与经过认证的技术服务商（Technical Service Provider，TSP）合作，将项目直接委托给他们来申请和执行。当然，与TSP承包商的合作及取费一开始就应该与当地的自然资源处（NRCS）沟通好，否则有关费用不能列入项目申请资金。CNMP计划将在有资质的专业人员辅导下开展，工作主要内容及流程如图2所示。水质污染Specialist AdvisorCNMP专家1. Manure Wastewater Handling and Storage粪污管理方案2. Land Treat Practice田间工程实施方案3. Nutrient Management养分管理方案4. Feed Management饲养管理方案5. Other Utilization Activities备用方案6. Recordkeeping监测方案CAFO 集约化畜禽养殖场种植情况养殖情况经营情况空气质量水土流失委委托许可Cost Share 资助USDA NRCS 美国农业部自然资源保护处驻地方办事机构Planning规划设计图2 CNMP 计划流程图（二）申请农场综合养分管理CNMP计划的主要材料主要申请材料包括：（1）准备CNMP基础情况表 Comprehensive Nutrient Management Plan Inventory Sheet /Internet/ FSE_DOCUMENTS /nrcs141p2_.pdf。，有关资料都可从当地自然资源保护处NRCS网站上获得。表上要提供最准确的信息，位置，养殖场情况（畜禽数量、畜禽舍数量、养殖状况等）、种植情况、农场的地形图等；（2） 找个合适的案例 见：/fileadmin//extension/wastemgmt/CNMP _Curriculum/Example_Dairy_CNMP_ revision_.pdf学习和参考；（3）委托NRCS推荐的专家制订CNMP计划；（4）规划粪便和污水的处理和储存。对现有系统进行评价，开展地质勘探，进行土壤结构评估，制订紧急预案Emergency Action Planning等。（5）规划养分管理。制订总体规划目标和年度计划、物流方案和灌溉用水管理等；（6）制订田间工程措施。包括水土保持、生态拦截沟等保护方案的制订和实施。（7）优化喂饲管理。分析畜禽养殖场粪污情况，粪污处置过程中存在的问题，分析研究对策。（8）开展现场记录，制订记录表，记录初始情况。（9）考虑周围环境对空气质量的要求，有没有问题，提出相应的对策。（10）提出并储备可替代的技术和措施，增加可选择的处理措施，提高CNMP计划实施的可靠性。（三）CNMP认证师或机构需要经过专门培训取得资格认证师培训由爱荷华州立大学负责。培训的师资力量来自赠地大学、政府机构和行业专家。培训对象为准备参加CNMP认证的人员，主要有工程师顾问和农艺师顾问Consultants (engineers and agronomists)、研究和推广机构人员Academia & extension、监管机构Regulators、USDA 自然资源保护处NRCS和农业研究处ARS，偶尔也有一些一线的生产者Producers参加。培训课程围绕CNMP的核心要求，由USDA出资，由Burns教授的团队开发。课程共3天，采用专题的方式讲解农场CNMP计划的建立和组织实施，讲解中采用实际案例。CNMP认证师（Technical Service Provider）培训有关要求可参见爱荷华州立大学的网站 来源：/wastemgmt /tsp-certification.html。（四）CNMP计划的投资与资金来源即使是一个简单的CNMP也要花费几千美元。每个CNMP计划的投资与养殖场类型、规模、废物管理系统现状和养护问题的严重程度相关。在大多数情况下，CNMP计划的大部分投资（总投资的85%）可通过申请农业部NRCS的cost-share资金得到补偿。六、美国CNMP计划对我国现代种养业协调发展的启示我国自古以来就关注并实践出一套种养殖结合的农业发展模式，用世界上7%的耕地、6%的淡水资源，养活了世界上22%的人口。但是，上世纪九十年代以来，农业发展受资源和环境的约束越来越突出。种植业方面，我们用掉了全世界30%以上的化肥，从2005年到2011年，我国粮食单产提高了9.2%，而化肥使用量同期提高了16.9%，亩用化肥量达到24公斤，超出国际安全标准的60%，土壤板结、地力下降、黑土地退化和重金属污染现象日趋严重。养殖业方面，2012年出栏生猪7.18亿头，连同牛羊养殖和家禽养殖等粪污，每年排出的粪污量估计在30亿吨以上。据估计，规模化养殖场的粪污通过环保工程处理实现达标排放的不足10%，借助沼气工程等综合利用的不足20%，总共有20多亿吨的粪污水不仅被白白浪费，而且导致江河湖海富营养化污染、威胁饮用水安全。这与美国50年前的状况类似。美国通过制定相应的法律，在种植业上大力推广休耕、免耕、秸秆覆盖，在养殖业上推行粪污排放环境许可制度，最近十几年实行了种养业协调发展的CNMP计划，使得环境逐步得到了改善和保护。我们没有丰富的耕地资源，大面积休耕势必影响全球粮食市场，抬高国内粮价。唯有用好、养好耕地，使之愈来愈肥沃，才能保障综合生产能力，保障质量安全，保障粮食安全。因此，为努力遏制种植业、养殖业不循环不和谐的发展状况，保障现代农业可持续发展，建设山清水秀生态文明的社会主义新城镇，借鉴美国综合养分管理办法，在全社会树立耕地保养和可持续利用的理念，摸清各地方畜禽养殖业总体情况，了解各地规模化养殖粪污处理和综合利用情况，通过测土配方摸清耕地养分总体情况，研究当地耕地养分承载力，实行畜禽养殖污染物排放总量控制，建立养殖业与种植业协调的许可证制度。当地没有足够的土地用来消纳粪污的时候，应当采取当地畜禽养殖总量限制，为种植业和养殖业结构调整提供依据。对养殖场实行养分管理，要求养殖场除动物防疫许可证外，增加养分管理许可证。养殖业粪污必须作为有机肥优先还用到田间去，养殖场要有足够的土地来消纳养分。消纳用土地可以是租赁的、也可以是周围农民的，但必须要有相关的确认手续。无论对于新建养殖场还是已有养殖场，如果养殖场周围没有足够的土地消纳粪污，该养殖场就得对考虑用环保方式对粪污进行处理后达标排放，否则不能立项、或者搬迁或者关闭。发挥政府的主导作用，实施耕地增施有机肥工程，建立耕地使用有机肥的补贴制度。重点研究解决养殖场粪污利用的不方便、不卫生、不安全问题。有关部门应严格控制畜禽饲料中的重金属含量，防止重金属因粪肥使用流向耕地。养殖场应根据养殖规模建设足够量大的粪肥储存池，以满足农作物用肥的时节和数量。加强关联土地的测土配方工作，加强粪肥的养分测试，提供合理化的施肥建议。研究深耕兼施肥的农业机械，减轻劳动强度和卫生条件。鼓励和扶持农民在田间地头建设粪肥池窖，方便使用、确保安全。继续加强全国沼气工程的实施。沼气工程是种植养殖的结合点。农民养殖通过建设户用沼气池积肥产气，既解决环境问题、又解决有机肥问题，并得到部分能源。随着社会经济快速发展，集约化养殖迅速崛起，集约化养殖的粪污不能很好的得到处理和还田利用，导致环境污染的问题也越来越严重。针对目前畜禽养殖规模既分散又集中（如养殖小区）模式下，养殖者粪污处理能力有限、粪污集中处理和综合利用水平不高，点源污染严重，户用沼气逐渐退出、养殖场沼气工程利用率不高、沼液不能充分消纳还田造成二次污染的问题，需要一个枢纽工程。初步考虑以乡镇为单位，规划建设大型生物质转化供气供肥中心，以当地养殖场粪污、农村秸秆和厨余垃圾等有机物为原料，以日处理粪污300吨、产气3000-5000立方米的大型高效厌氧发酵系统为核心，以沼气和有机肥为产品，沼气用于新城镇供气供能，有机肥就地还田。我国现有近4万个乡镇，是新农村城镇化建设的核心，平均每个乡镇有耕地5-6万亩，畜禽4-5万头，养分总量上基本平衡；每个乡镇常驻人口1.5-2万人，日需用气3000-5000立方米；每个项目投资需要3000-5000万元，总投资超过万亿。全面铺开建设，该工程需要大量的钢筋、水泥和劳动力，不仅可以部分消纳我国现阶段过剩的工业生产能力，还可以解决农民就业问题。通过为新城镇提供新能源，既改善了新城镇基础设施条件，又保障了环境卫生，更提高了城镇的生活水平，是现代农业专业化分工后的新型服务产业之一。建议我部加强研究解决好原料来源问题、三沼（沼气沼渣沼液）的合理利用问题、投资建设和运营主体及综合效益的问题，可先行试验示范。七、参考资料（一）CNMP计划的通用手册USDA 自然资源保护局关于CNMP计划的通用手册 来源：/Internet/FSE_DOCUMENTS/stelprdb.pdf（共10page）：General Manual Title 190 Ecological Sciences Part 405 Comprehensive Nutrient Management Plans。主要包括：sub-A通用：设立目的、背景、主管单位、范围和适用对象。Sub-B政策：综合养分管理计划CNMP主要内容，最低技术支撑要求，申报软件。Sub-C责任：包括NRCS国家，NRCS区域，NRCS州办公室，办事处，现场办公室的工作和责任。Sub-D财政和技术援助：金融援助计划，特殊情形，互动要求。（二）其他资料1. 综合养分管理规划技术指导2000版。Comprehensive Nutrient Management Planning Technical Guidance 来源：http:/www.dep.state.fl.us/water/nonpoint/docs/nonpoint/cnmptgfn.pdf. 2000。2. 国家规划程序手册，第5修订版。National Planning Procedures Handbook, Amendment 5 (180