賀斌斌， 許 強， 于海茹， 陳 迪， 樸仁哲， 趙洪顏*

(1.延邊大學(xué) 農(nóng)學(xué)院;2 延邊特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心:吉林 延吉 133002)

近年來我國畜牧養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，中大型規(guī)?；B(yǎng)殖場逐漸增多，在產(chǎn)生巨大社會經(jīng)濟效益的同時，也產(chǎn)生了大量農(nóng)業(yè)廢棄物，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境污染問題亦顯得十分突出[1]。我國針對畜禽養(yǎng)殖業(yè)的污染防治政策、法規(guī)陸續(xù)頒布[2]，畜禽糞污的綜合利用引起了社會的關(guān)注，“十二五”農(nóng)業(yè)污染減排規(guī)劃也將畜禽業(yè)污染減排列為主要針對目標(biāo)[3]，國家對于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)越來越重視。東北地區(qū)是我國的糧食主產(chǎn)區(qū)，也是畜禽養(yǎng)殖的重要地區(qū)。目前，東北地區(qū)畜禽養(yǎng)殖數(shù)量快速增長，每年畜禽糞污排泄量近5億 t，若不能妥善處理，就會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染[4]。畜禽糞污綜合利用同時也蘊含著巨大的潛力,且從種植業(yè)與畜牧業(yè)的種養(yǎng)平衡角度，分析畜禽污染治理具有重要的現(xiàn)實意義[5]。提倡將畜禽糞污肥料化、飼料化、能源化將是今后我國畜禽糞污綜合利用的方向，從而改善我國農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境污染問題[6-7]。

Meta-Analysis(元分析，薈萃分析，整合分析)是一種對若干獨立研究結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析的方法[8]。該方法主要通過對某一研究內(nèi)容的多個相似研究結(jié)果進(jìn)行合并，可解決某個獨立研究無法解釋的問題，從定量的角度對此研究內(nèi)容進(jìn)行再分析。曾悅等[9]運用Meta-Analysis分析了畜禽糞污中關(guān)于氟喹諾酮類抗生素、四環(huán)素類抗生素和磺胺類這3類抗生素對土壤微生物多樣性的影響。王飛等[10]通過對畜禽糞便為原料的有機肥,分析了華北地區(qū)畜禽糞便用作有機肥的現(xiàn)狀。ZHOU Jialiang等[11]對畜禽糞污厭氧共消化的協(xié)同效應(yīng)進(jìn)行了薈萃分析。TI Chaopu[12]對減少農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中畜禽糞污管理措施等進(jìn)行了全球元分析和綜合評估，提出了合理糞肥儲存管理可顯著減少畜禽糞便污氣體的排放。HOU Yong等[13]通過對糞便管理方式對污染氣體排放的影響進(jìn)行了薈萃分析和綜合評估。SHI Shengli等[14]以減少高牲畜密度地區(qū)牲畜糞便中的養(yǎng)分排放進(jìn)行了薈萃分析。雖然關(guān)于畜禽糞污的資源化利用有諸多報道和研究，但眾多綜述研究都偏向于定性歸納，僅能提供主觀的觀點，缺乏科學(xué)定量分析的結(jié)論。且對東北地區(qū)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行合并統(tǒng)計與定量分析的研究，目前為止還鮮見報道。

因此，該研究采用Meta分析方法，對東北地區(qū)畜禽糞污綜合利用率、養(yǎng)殖場設(shè)備配套率、有機肥利用率、沼氣利用率等進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，綜合分析多個獨立研究結(jié)果并得出定量的結(jié)論，旨在探討東北地區(qū)畜禽糞污的綜合利用現(xiàn)狀，為畜禽糞污資源化利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

1.1.1 文獻(xiàn)檢索

通過對萬方數(shù)據(jù)知識服務(wù)平臺、中國知網(wǎng)、維普中文數(shù)據(jù)庫，英文Web of Science等數(shù)據(jù)庫檢索，以[主題:(畜禽糞污) or主題:(畜禽養(yǎng)殖污染) or 主題:(畜禽廢棄物) or 主題:(牛糞) or 主題:(豬糞) or 主題:(雞糞) or 主題:(羊糞)]and[主題:(利用方式) or 主題:(資源化利用) or 主題:(綜合利用)]為檢索策略，英文以Livestock and poultry waste、Animal excrement、Livestock waste、Comprehensive Utilization、Resource Utilization為檢索詞檢索1970—2020年公開發(fā)表的有關(guān)畜禽糞污利用率的文獻(xiàn)，共檢索到299篇相關(guān)文獻(xiàn)。檢索后進(jìn)行篩選，按照文獻(xiàn)篩選標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行篩選。

1.1.2 文獻(xiàn)篩選標(biāo)準(zhǔn)

為確保研究的準(zhǔn)確性，該研究按以下標(biāo)準(zhǔn)篩選論文：1) 統(tǒng)計數(shù)據(jù)地點為中國東北地區(qū)，包括吉林省、遼寧省、黑龍江??；2) 所選文獻(xiàn)必須有明確畜禽糞污產(chǎn)量以及利用率相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計；3) 該研究中所需相關(guān)數(shù)據(jù)能夠直接從圖、表或文中進(jìn)行提取，或者可以從文獻(xiàn)中計算獲得；4) 不包括評價類、綜述類、模擬數(shù)據(jù)類文獻(xiàn)；5) 相同數(shù)據(jù)出現(xiàn)在不同文獻(xiàn)中應(yīng)當(dāng)選擇信息更為全面的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)；6) 不包括城市污水，僅檢索畜禽糞污產(chǎn)量和應(yīng)用相關(guān)文獻(xiàn)。

1.2 建立數(shù)據(jù)庫

將納入文獻(xiàn)的基本資料提取出來，包括作者、發(fā)表年份、所研究具體地區(qū)、年總產(chǎn)量、綜合利用率、其他利用方式等，按照東北地區(qū)畜禽糞污的綜合利用率、養(yǎng)殖場設(shè)備配套率、畜禽糞污有機肥利用率、還田率和沼氣利用率進(jìn)行分類；其次按照省份進(jìn)行數(shù)據(jù)分類，分別為黑龍江省、吉林省、遼寧省，通過數(shù)據(jù)可以對比不同省份利用率；再按照年限分類，主要分為1980—2010年、2011—2020年2個階段，可顯示近年來東北地區(qū)畜禽糞污的利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨向。通過使用Microsoft Excel軟件將數(shù)據(jù)組建成庫，以便直接提取數(shù)據(jù)。

1.3 Meta分析數(shù)據(jù)

1.3.1 計算效應(yīng)值

研究采用隨機效應(yīng)模型，對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，基于橫斷面研究的無對照二分類數(shù)據(jù)的Meta分析，即單組率的Meta分析，此類數(shù)據(jù)的特點是只有事件發(fā)生數(shù)和觀察總數(shù)，而無對照組[15]。采用雙反正弦轉(zhuǎn)換法，對率進(jìn)行轉(zhuǎn)換合并計算，納入文獻(xiàn)結(jié)果間的異質(zhì)性采用X2檢驗進(jìn)行分析(檢驗水準(zhǔn)為α=0.1)，I2定量判斷異質(zhì)性大小,置信區(qū)間為95%CI。以綜合利用率、設(shè)備配套率、有機肥使用率等以率為結(jié)局指標(biāo)時，其發(fā)生率P及其標(biāo)準(zhǔn)誤差SE可按下列公式計算[16]：

P=X/n；

式中，P為事件概率，X為某事件的發(fā)生數(shù)，n為觀察總數(shù)，SE為標(biāo)準(zhǔn)誤差。使用條件：研究總量n較大，概率P不接近于0和1，且n*P和n*(1-P)的值都大于5，此時P的抽樣分布接近正態(tài)分布[16]。該研究所取數(shù)據(jù)滿足公式要求，故可以采用此法計算效應(yīng)值。

1.3.2 分析方法

Michael Mauer出生于1962年，畢業(yè)于著名的普福爾茨海姆應(yīng)用技術(shù)大學(xué)的汽車設(shè)計專業(yè)。自1995年進(jìn)入梅賽德斯-奔馳，先后主導(dǎo)了SLK、SL以及A級車的設(shè)計工作。2000年，他被任命為薩博品牌的設(shè)計執(zhí)行董事，并主導(dǎo)設(shè)計了薩博93等車型。2004年，他以首席設(shè)計師的身份加入保時捷品牌，參與設(shè)計了Panamera、Cayenne以及918 Spyder。自2015年起，Michael Mauer成為大眾汽車集團的設(shè)計部門的主管。

使用Microsoft Excel記錄數(shù)據(jù)，建立畜禽糞污利用率數(shù)據(jù)庫，并進(jìn)行統(tǒng)計計算。Meta分析過程使用Stata軟件來進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，使用Review Manager軟件進(jìn)行亞組分析，此兩種軟件是目前Meta分析專用軟件中較成熟的軟件。對不同利用率的結(jié)局指標(biāo)進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)滿足正態(tài)分布，采用95%CI進(jìn)行區(qū)間評估，在區(qū)間范圍內(nèi)95%CI的取值不包含0時，表示有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 東北地區(qū)畜禽糞污綜合利用率分析

隨機效應(yīng)模型Meta分析結(jié)果顯示，東北地區(qū)畜禽糞污的綜合利用率為58%(50%～67%，95%CI)，如圖1所示。

圖1 畜禽糞污綜合利用率

整體來看東北地區(qū)畜禽糞污綜合利用率較低，所統(tǒng)計數(shù)據(jù)為歷年來東北地區(qū)畜禽糞污利用情況，年份間差異較大。此外，納入文獻(xiàn)所統(tǒng)計地區(qū)不同，縣市各有差異，畜禽養(yǎng)殖發(fā)展情況有所不同，具體通過亞組分析討論。

通過亞組數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，東北地區(qū)畜禽糞污的綜合利用率為59%(53%～65%，95%CI)，其中，吉林省為51%(20%～82%，95%CI)，遼寧省為67%(61%～72%，95%CI)，黑龍江省為55%(48%～61%，95%CI)(表1)。其中遼寧省畜禽糞污綜合利用率最高，主要原因是遼寧省規(guī)?；B(yǎng)殖場發(fā)展更快，畜禽糞污便于集中處理。從研究年限來看，2010—2015年為59%(47%～71%，95%CI)，2016—2020年為64%(50%～78%，95%CI)，可看出東北地區(qū)畜禽糞污綜合利用率提升較大，主要原因是相關(guān)政策的引導(dǎo)、政府監(jiān)督力度的加大、農(nóng)戶對資源利用的認(rèn)知提高以及對環(huán)保意識的逐步提高。

表1 綜合利用率亞組分析

2.2 東北地區(qū)養(yǎng)殖場設(shè)備配套率分析

隨機效應(yīng)模型Meta分析結(jié)果顯示，東北地區(qū)養(yǎng)殖場設(shè)備配套率為65%(52%～78%，95%CI)，如圖2所示。

圖2 養(yǎng)殖場設(shè)備配套率

近年來隨著人們的環(huán)保意識加強，對于畜禽糞污資源化利用的認(rèn)知水平的提高，各養(yǎng)殖場也逐漸完善畜禽糞污處理設(shè)施，設(shè)備配套率也在不斷提高。

通過亞組數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，東北地區(qū)養(yǎng)殖場設(shè)備配套率為65%(56%～75%，95%CI)，吉林省養(yǎng)殖場設(shè)備配套率為57%(44%～70%，95%CI)，遼寧省為88%(83%～93%，95%CI)，黑龍江省為66%(44%～88%，95%CI)，文獻(xiàn)數(shù)量不足地區(qū)不納入到亞組分析中(表2)。吉林省的設(shè)備配套率相對較低，由于資金投入不足、養(yǎng)殖技術(shù)推廣不到位、缺少政策優(yōu)惠扶持等原因；遼寧省設(shè)備配套率較高，出于現(xiàn)有研究的數(shù)目，這只是現(xiàn)有研究基礎(chǔ)之上得出的結(jié)論；黑龍江省設(shè)備配套率相對吉林省較高。東北地區(qū)養(yǎng)殖場設(shè)備配套率與實現(xiàn)畜禽糞污處理利用產(chǎn)業(yè)化還有一定的差距。

表2 設(shè)備配套率亞組分析

2.3 東北地區(qū)有機肥利用率分析

由圖3可以看出,畜禽糞污有機肥利用率較低。畜禽糞污通過堆肥制成有機肥是一種良好的利用途徑，堆肥化是處理某些有機固體廢棄物無害化、減量化、資源化的有效途徑之一[40-41]。隨機效應(yīng)模型Meta分析結(jié)果顯示，東北地區(qū)畜禽糞污有機肥利用率為15%(7%～23%，95%CI)，具體數(shù)據(jù)通過亞組分析實現(xiàn)。

圖3 畜禽糞污有機肥利用率

通過亞組分析，東北地區(qū)畜禽糞污整體有機肥利用率為16%(10%～22%，95%CI)(表3)。其中,遼寧省有機肥利用率為15%(3%～27%，95%CI)，吉林省有機肥利用率為8%(6%～10%，95%CI)，黑龍江省有機肥利用率為29%(28%～30%，95%CI)，文獻(xiàn)數(shù)量不足地區(qū)不納入到亞組分析中。從研究年限來看，2010—2015年為8%(4%～12%，95%CI)，2016—2020年為25%(7%～43%，95%CI)。由于畜禽養(yǎng)殖分散，糞污收集困難，且制作有機肥過程對于個體養(yǎng)殖場和大多數(shù)農(nóng)戶來說較為復(fù)雜，如一般使用的商品有機肥、生物有機肥、有機復(fù)合肥等?？傮w上,東北地區(qū)有機肥利用率低，其原因可能如下：建設(shè)有機肥加工廠投資較大，社會環(huán)境未形成連續(xù)的產(chǎn)業(yè)鏈；處理技術(shù)層面和創(chuàng)新能力不足，生產(chǎn)效率較低。

表3 有機肥利用率亞組分析

2.4 東北地區(qū)畜禽糞污處理后還田率分析

由圖4所示，畜禽糞污還田較高，國家近年來鼓勵畜禽糞污還田，但有一定的技術(shù)要求，首先對其進(jìn)行基本的無害化處理，將畜禽糞污堆積發(fā)酵，充分腐熟，殺滅其中的病原菌、蟲卵和雜草種子，達(dá)到相應(yīng)的指標(biāo)才可施用。由于堆積發(fā)酵還田操作相對簡單，投入成本較低，因此畜禽糞污還田率較高。

圖4 畜禽糞污還田率

通過亞組數(shù)據(jù)分析，結(jié)果顯示東北地區(qū)畜禽糞污的還田率為56%(45%～67%，95%CI)(表4)。

表4 畜禽糞污還田率亞組分析

在東北3省畜禽糞污利用方式中還田率較高，原因是東北地區(qū)土地遼闊，畜禽養(yǎng)殖較為分散，絕大部分養(yǎng)殖散戶缺少糞污處理利用設(shè)施，因此多數(shù)農(nóng)戶以及小規(guī)模養(yǎng)殖場采取糞污自然堆積還田。從研究年限來看，1980—2010年,畜禽糞污還田率為53%(33%～72%，95%CI)，2011—2020年,為57%(19%～96%，95%CI)。東北地區(qū)畜禽糞污還田比率較高，主要原因如下：以前人們的環(huán)保意識較弱，畜禽糞污隨意堆積或丟棄，處理較困難，隨著農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展，多數(shù)農(nóng)戶將畜禽糞便堆積發(fā)酵腐熟更加方便快捷；有機肥效果并沒有達(dá)到期望值，且市場中有機肥產(chǎn)品種類繁多，農(nóng)戶難以辨別真假；普通養(yǎng)殖散戶不會建立專門的糞污處理系統(tǒng)，堆漚發(fā)酵還田方式更受農(nóng)戶歡迎。

2.5 東北地區(qū)畜禽糞污沼氣利用率分析

隨機效應(yīng)模型Meta分析結(jié)果顯示，東北地區(qū)畜禽糞污用于沼氣利用的比率為9%(3%～15%,95%CI),如圖5所示。由于東北地區(qū)冬季氣溫低，厭氧、有氧微生物發(fā)酵困難，沼氣池產(chǎn)氣量太少；由于氣候原因，東北地區(qū)推廣難度相對較大；畜禽糞污沼液中含有多種重金屬及其他污染物，用于農(nóng)田存在環(huán)境安全隱患，若處理不當(dāng)，則可能存在二次污染的風(fēng)險；一般農(nóng)戶和小規(guī)模養(yǎng)殖場生產(chǎn)沼氣的成本高，處理干濕分離難度較大，很多沼氣池建設(shè)項目已廢棄。因此在東北地區(qū)，將畜禽糞污用于制作沼氣的比率較低。

圖5 畜禽糞污沼氣利用率

3 討論與結(jié)論

通過對東北地區(qū)畜禽糞污的不同利用方式的利用率進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，得出東北地區(qū)畜禽糞污的綜合利用率、養(yǎng)殖場設(shè)備配套率、畜禽糞污有機肥利用率、畜禽糞污的還田率以及沼氣利用率。就綜合利用率和設(shè)備配套率而言，東北地區(qū)總體綜合利用率為58%(50%～67%,95%CI)，此結(jié)果與趙立欣[37]等研究結(jié)果相似。養(yǎng)殖場設(shè)備配套率為65%(52%～78%，95%CI)。由此可以看出，東北地區(qū)部分養(yǎng)殖場在糞污處理設(shè)施方面還存在問題，還需要大力投入，盡快完善養(yǎng)殖場配套設(shè)備。分析其主要原因，可能受氣候、地域特征、缺少相關(guān)政策等的影響，冬季溫度過低，冰雪覆蓋導(dǎo)致交通運輸不便；且東北地區(qū)地域遼闊，養(yǎng)殖散戶較多，畜禽糞污集中處理有難度；政府對企業(yè)的節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)不夠完善，污染物排放計量建設(shè)滯后，政府相關(guān)政策法規(guī)不健全，監(jiān)管力度不足等，各地方政府應(yīng)側(cè)重有效政策供給[42-43]。畜禽糞污資源化利用對于任何一個國家來說都至關(guān)重要，政府也正在加快發(fā)展商業(yè)規(guī)模畜牧業(yè)，合理利用該資源可減少污染物，因此不僅在中國，其它各國也都在探索畜禽糞污的合理處理利用的方式[44]。在關(guān)注農(nóng)業(yè)發(fā)展的同時，政府應(yīng)當(dāng)重視專業(yè)人才的培養(yǎng)，當(dāng)前大量農(nóng)村中青年人都在城市工作，導(dǎo)致務(wù)農(nóng)人數(shù)劇減。據(jù)統(tǒng)計，學(xué)歷越高選擇從事農(nóng)業(yè)相關(guān)工作的傾向越小，應(yīng)當(dāng)加強對學(xué)生的思想教育，宣傳我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的前景，提高從事農(nóng)業(yè)相關(guān)人員的補貼，為農(nóng)業(yè)發(fā)展輸入更多人才[45]。

根據(jù)研究數(shù)據(jù)統(tǒng)計，東北地區(qū)畜禽糞污有機肥利用率為16%(10%～22%，95%CI)。畜禽糞污制作的有機肥營養(yǎng)豐富，適量有機肥的使用可使土壤速效養(yǎng)分增加且產(chǎn)量大幅提升[46]，提高作物抗病能力和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，常與化肥配施或單獨施用[47]，但將其加工成相對高效的有機肥商品，過程較為繁瑣，且對于大多數(shù)農(nóng)戶來說，投入成本相對較大。此外，在短期內(nèi)有機肥對作物產(chǎn)量的影響比無機肥相對小，農(nóng)戶更愿意使用無機肥料，導(dǎo)致有機肥市場太小，因此利用率相對較低。畜禽糞污還田率為56%(45%～67%,95%CI)，由于東北地區(qū)擁有遼闊的土地，種植面積較大，將畜禽糞污堆肥發(fā)酵后還田，也是一種良好的處理方式[48]。但對于土地來說，限定時間單位耕地面積對畜禽糞便吸收能力有限，超出限度將對環(huán)境造成污染[49]。沼氣利用率為9%(3%～15%,95%CI)，用于制作沼氣也是常用的處理技術(shù)之一，但由于我國北方地區(qū)冬季氣溫較低，在厭氧消化的穩(wěn)定與效率方面，溫度起著關(guān)鍵作用，低溫時微生物發(fā)酵困難，導(dǎo)致產(chǎn)氣量少，此技術(shù)并不能得到廣泛推廣使用。此外，多數(shù)企業(yè)難以承擔(dān)沼氣工程所需要的投資，因沼氣工程環(huán)境效益巨大，而企業(yè)實際經(jīng)濟收益相對偏小[50]，這也是需要進(jìn)一步解決的問題。郝慶斌等[34](2014)認(rèn)為，采用厭氧消化技術(shù)，建設(shè)能源生態(tài)型沼氣工程和生物培養(yǎng)污水處理工程，是處理畜禽糞污的良好方式。目前也有專家研究應(yīng)對低溫環(huán)境下沼氣正常生產(chǎn)方面的新技術(shù)，郗偉東等[20](2012)認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)面向養(yǎng)殖場建立養(yǎng)殖場為中心的沼氣生產(chǎn)、種養(yǎng)互補的循環(huán)經(jīng)濟模式。據(jù)此可推測未來畜禽糞污處理方向和低溫生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)不可分割，在生物能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮越來越重要的作用[51]。

綜上所述，東北地區(qū)的畜禽糞污綜合利用率達(dá)到58%(50%～67%,95%CI)，隨著社會發(fā)展近幾年來已經(jīng)達(dá)到64%(50%～78%，95%CI)，東北地區(qū)養(yǎng)殖場設(shè)備配套率為65%(52%～78%，95%CI)，制作有機肥的利用率為16%(10%～222%，95%CI)；經(jīng)處理后還田率為56%(45%～67%，95%CI)，畜禽糞污沼氣利用率為9%(3%～15%,95%CI)。