中山市畜禽糞便污染負(fù)荷及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

吳詠梅，彭海燕

（1.中山市農(nóng)業(yè)科技推廣中心，廣東 中山528403；2.中山市農(nóng)業(yè)局，廣東 中山528403）

“十一五”期間，廣東省畜牧業(yè)發(fā)展較快，產(chǎn)量產(chǎn)值不斷上升，標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)模養(yǎng)殖水平持續(xù)提高。畜牧業(yè)的快速發(fā)展，有效保障了畜產(chǎn)品的市場(chǎng)供給，提高了人民群眾的生活水平，但廣東省畜牧業(yè)面臨著土地資源緊缺、養(yǎng)殖污染問題日益突出的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。近幾年，區(qū)域養(yǎng)殖污染現(xiàn)狀、養(yǎng)殖布局、污染防治對(duì)策等方面的研究日益增多［1-3］，研究表明，2001年廣東省畜禽養(yǎng)殖糞尿排放總量已達(dá)1.4×108t，全年總氮、總磷流失量分別占實(shí)際化肥施用量的26.9%和42.4%［4］；龔俊勇等對(duì)梅州市農(nóng)地畜禽糞便風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，梅州市農(nóng)地畜禽糞便的平均承載量為23.07 t·hm-2·a-1［5］。中山市位于珠江三角洲中南部，珠江口西岸，總面積1 800 hm2，下轄18個(gè)鎮(zhèn)、5個(gè)街道辦事處和1個(gè)國(guó)家級(jí)火炬高技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，常住人口312萬，其中農(nóng)業(yè)人口69萬。中山市是中國(guó)河網(wǎng)密度較大的地區(qū)之一，全市共有支流289條。中山市畜牧業(yè)較發(fā)達(dá)，其飼養(yǎng)模式散養(yǎng)與集約化養(yǎng)殖并存。由于中山市河網(wǎng)密集、土地珍貴，糞便還田是目前糞便處理的主要出路，探討中山市農(nóng)用耕地畜禽糞便承載量及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)具有重要的意義。

1 數(shù)據(jù)來源和研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源及參數(shù)選擇

1.1.1 耕地面積與畜禽飼養(yǎng)量 中山市施用畜禽糞便的農(nóng)用耕地主要有農(nóng)田、果園、花卉基地和魚塘等用地。2011年各鎮(zhèn)區(qū)耕地面積和畜禽養(yǎng)殖數(shù)量見表1。中山市大牲畜的飼養(yǎng)主要以生豬、肉牛和羊?yàn)橹鳎i的飼養(yǎng)周期一般為199 d［6］，飼養(yǎng)量以出欄數(shù)來計(jì)算；肉牛和羊的飼養(yǎng)周期大于365 d，其飼養(yǎng)量以存欄數(shù)來計(jì)算。由于蛋禽與肉禽的糞便產(chǎn)污系數(shù)有較大差異，故把家禽區(qū)分為肉禽和蛋禽，肉禽的飼養(yǎng)周期為55 d，其飼養(yǎng)量以出欄數(shù)來計(jì)算［7］；蛋禽的飼養(yǎng)周期一般大于365 d，其飼養(yǎng)量以存欄數(shù)來計(jì)算。2011年中山市24個(gè)鎮(zhèn)區(qū)生豬的出欄數(shù)為643 125頭，牛存欄數(shù)為850頭，羊的存欄數(shù)為1 316頭，肉禽的出欄數(shù)為982.04萬只，蛋禽的存欄數(shù)為127.13萬只。

1.1.2 畜禽糞便及其污染物的排泄系數(shù) 畜禽糞便排泄系數(shù)是指單個(gè)動(dòng)物每天排泄糞尿的數(shù)量，它與動(dòng)物的種類、品種、性別、生長(zhǎng)期、飼料甚至天氣狀況等因素有關(guān)［8］。本研究中，豬、牛、蛋禽和肉禽的糞便日排泄系數(shù)參照劉培芳等［9］的方法，羊的糞便排泄系數(shù)采用武深樹等的方法［10］。畜禽糞便排泄系數(shù)見表2。

1.2 研究方法

1.2.1 畜禽糞便產(chǎn)生量的估算方法 畜禽糞便產(chǎn)生量的估算主要有產(chǎn)污系數(shù)法和數(shù)學(xué)模型法。本研究參考劉培芳等［9］方法，根據(jù)中山市畜禽飼養(yǎng)總量、畜禽糞便排泄系數(shù)計(jì)算得到畜禽糞便年產(chǎn)生量。

式中：Fi為i類畜禽糞尿產(chǎn)生量（t）；i為畜禽種類；ni為i類畜禽飼養(yǎng)量（頭／只）；di為畜禽飼養(yǎng)天數(shù)（d）；Pi為i類畜禽糞便日排泄系數(shù)（g·頭-1·d-1或g·只-1·d-1）。

表1 中山市各鎮(zhèn)區(qū)耕地面積和畜禽養(yǎng)殖數(shù)量Table 1 Area of farmlands and population of livestock in Zhongshan city

表2 畜禽糞便日排泄系數(shù)Table 2 Daily excretion coefficient of livestock 單位：g·頭-1·d-1或g·只-1·d-1

1.2.2 耕地畜禽糞便承載量的計(jì)算方法 耕地畜禽糞便承載量可以表征地區(qū)耕地對(duì)畜禽糞便的消納量和承載力?？煞从钞?dāng)?shù)匦笄菁S便還田對(duì)環(huán)境的壓力，以及畜禽糞便還田后發(fā)生非點(diǎn)源污染的風(fēng)險(xiǎn)。由于不同畜禽糞便的養(yǎng)分差異較大，故以畜禽糞便中氮含量為標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一換算成豬糞當(dāng)量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算時(shí)不區(qū)分耕地類型。

式中：LR為耕地畜禽糞便承載量（t／hm2）；X為不同畜禽糞便以其氮含量為基準(zhǔn)，統(tǒng)一換算成豬糞當(dāng)量的系數(shù)（見表3）；Q為各類畜禽糞便產(chǎn)生量（t）；S為有效耕地面積（hm2）。

1.2.3 耕地畜禽糞便負(fù)荷預(yù)警值的計(jì)算與分級(jí)耕地畜禽糞便負(fù)荷預(yù)警值是指耕地畜禽糞便實(shí)際承載量與其理論最大承載量的比值。

式中：A為耕地畜禽糞便承載預(yù)警值；LR為單位耕地面積以豬糞當(dāng)量計(jì)的畜禽糞便實(shí)際承載量（t／hm2）；LM為單位耕地面積以豬糞當(dāng)量計(jì)的畜禽糞便理論最大承載量（t／hm2）。

李國(guó)學(xué)研究得出，1 hm2耕地能夠負(fù)擔(dān)的畜禽糞便為30～45 t，如果高出這一水平即會(huì)帶來土壤的富營(yíng)養(yǎng)化，為了最大程度降低環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)，本研究取30 t為最大理論適宜量［11］。預(yù)警值的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參考上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院提出的家畜糞便負(fù)荷警報(bào)值分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表4）。

表3 畜禽排泄物含氮量及豬糞當(dāng)量換算系數(shù)Table 3 Nitrogen content of livestock manure and the coefficient conversion to pig manure

表4 畜禽糞便土地負(fù)荷警報(bào)值分級(jí)［12］Table 4 The classification of livestock manure loading alert value

2 畜禽糞便產(chǎn)生量估算和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.1 畜禽糞便產(chǎn)生量

根據(jù)表1、表2數(shù)據(jù)，通過公式（1）計(jì)算獲得2011年中山市不同畜禽和各個(gè)鎮(zhèn)區(qū)畜禽糞便及其污染物產(chǎn)生量，分別見表5、表6。由表5可知，2011年中山市畜禽產(chǎn)生的糞尿合計(jì)為78.39×4t，其中糞便產(chǎn)生量為40.72×104t，尿液為37.67×104t，折合BOD5為3.67×104t，COD為4.13×104t，NH3-N為0.62×104t。畜禽糞尿產(chǎn)生量較大的依次為豬、肉禽和蛋禽，分別占中山市畜禽年產(chǎn)糞尿總量的83.26%、10.33%和4.44%，羊糞產(chǎn)生量最小，僅占畜禽年糞尿總量的0.08%。從中山市各鎮(zhèn)區(qū)所產(chǎn)生的畜禽糞尿絕對(duì)量來看，三鄉(xiāng)鎮(zhèn)的畜禽糞尿產(chǎn)生量最大，為8.30×104t，占中山市畜禽糞尿總量的22.78%，其次是南朗鎮(zhèn)和坦洲鎮(zhèn)，分別占15.27%、8.28%。

表5 2011年中山市各類畜禽糞便產(chǎn)生量Table 5 Generation of manure by various species of livestock in Zhongshan in 2011

2.2 畜禽糞便流失污染負(fù)荷估算

畜禽糞便除了還田，還有一部分進(jìn)入水體，主要包括2種途徑：一是在飼養(yǎng)過程中直接排放進(jìn)入水環(huán)境；二是在堆放儲(chǔ)存過程中因降雨或其他原因通過地表徑流進(jìn)入水體。目前國(guó)內(nèi)相關(guān)研究通常將市郊畜禽糞便的流失率估算為30%～40%［12］，本研究取流失率為30%，則可估算出2011年中山市畜禽糞便污染物流失量分別為糞尿23.52×104t，折合BOD51.10×104t，COD 1.24×104t，NH3-N 0.19×104t。

2.3 耕地畜禽糞便承載風(fēng)險(xiǎn)狀況分析

根據(jù)公式（2）和（3）計(jì)算得到2011年中山市各鎮(zhèn)區(qū)畜禽糞便承載量及預(yù)警值，結(jié)果見表7。由表7可知，2011年中山市耕地總體畜禽糞便承載預(yù)警值為0.5，總體預(yù)警級(jí)別為Ⅱ級(jí)，對(duì)環(huán)境“稍有影響”。各鎮(zhèn)區(qū)中火炬區(qū)、南區(qū)和三鄉(xiāng)鎮(zhèn)的預(yù)警值分別高達(dá)12.6、3.7和5.1，預(yù)警級(jí)別達(dá)到了Ⅵ級(jí)，顯然這三個(gè)鎮(zhèn)區(qū)的畜禽養(yǎng)殖已對(duì)環(huán)境構(gòu)成“很嚴(yán)重影響”，需控制這三個(gè)地區(qū)的畜禽養(yǎng)殖數(shù)量或改進(jìn)畜禽糞污的管理方法；南頭鎮(zhèn)、石岐區(qū)、東區(qū)和南朗鎮(zhèn)的耕地畜禽糞便預(yù)警值都在1.5以上，亦對(duì)環(huán)境構(gòu)成了“嚴(yán)重影響”；黃圃鎮(zhèn)、阜沙鎮(zhèn)等12個(gè)鎮(zhèn)區(qū)的耕地畜禽糞便預(yù)警值都在0.4以下，對(duì)環(huán)境“沒有影響”，表明這些鎮(zhèn)區(qū)還有較大的畜禽養(yǎng)殖空間。

表6 2011年中山市各鎮(zhèn)區(qū)畜禽糞便產(chǎn)生量Table 6 Generation of livestock manure in districts of Zhongshan in 2011

3 討 論

在本研究中，飼養(yǎng)周期小于365 d的生豬和肉禽飼養(yǎng)量?jī)H考慮出欄數(shù)，而飼養(yǎng)周期大于365 d的牛、羊和蛋禽飼養(yǎng)量?jī)H計(jì)算存欄數(shù)，這有可能導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏小，因此還需對(duì)畜禽糞便排泄量估算方法進(jìn)一步完善。由于中山市勞動(dòng)力資源結(jié)構(gòu)的變化、人工和能源成本的大幅上升，導(dǎo)致養(yǎng)殖廢棄物循環(huán)利用的成本日益增高，這也可能導(dǎo)致廢棄物的實(shí)際利用程度低于理論值。

中山市消納畜禽糞便的耕地主要有農(nóng)田、果園、花卉基地和魚塘等，2011年中山市耕地畜禽糞便實(shí)際承載量為16.47 t／hm2，低于全國(guó)耕地的平均承載量24 t／hm2。耕地畜禽糞便承載預(yù)警值平均為0.5，總體預(yù)警級(jí)別為Ⅱ級(jí)，對(duì)環(huán)境稍有影響，說明中山市耕地對(duì)畜禽糞便的消納和承受未超出其承載力，但已經(jīng)達(dá)到了對(duì)環(huán)境影響的臨界點(diǎn)，中山市需對(duì)該市的畜禽養(yǎng)殖進(jìn)行總量的控制。

還田利用雖是畜禽糞便的主要出路，但是由于土地資源的緊缺，在控制飼養(yǎng)規(guī)模的同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)畜禽養(yǎng)殖廢棄物的無害化處理，如將糞便廢水進(jìn)行厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣、脫氮除磷等處理，這樣可以提高單位面積土地的畜禽承載量。廣東是“十二五”期間全國(guó)養(yǎng)殖污染物減排的試點(diǎn)省份之一，養(yǎng)殖業(yè)COD和氨氮的減排力度大，根據(jù)中山市不同鎮(zhèn)區(qū)的畜禽糞便污染負(fù)荷及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合各鎮(zhèn)區(qū)的土地、種植資源和養(yǎng)殖現(xiàn)狀，有必要制訂各鎮(zhèn)區(qū)的養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展規(guī)劃及其畜禽廢棄物綜合治理方案。因此，本研究結(jié)果對(duì)當(dāng)?shù)剡M(jìn)一步開展畜牧業(yè)發(fā)展規(guī)劃，防止環(huán)境污染，對(duì)促進(jìn)畜牧養(yǎng)殖業(yè)與農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的建設(shè)具有參考作用。

表7 2011年中山市耕地畜禽糞便承載量和風(fēng)險(xiǎn)狀況Table 7 Risk of livestock manure loading to farmland in Zhongshan in 2011

［1］ 李書田，劉榮樂，陜 紅.我國(guó)主要畜禽糞便養(yǎng)分含量及變化分析［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，28（1）：179-184.

［2］ 李 帷，李艷霞，張豐松，等.東北三省畜禽養(yǎng)殖時(shí)空分布特征及糞便養(yǎng)分環(huán)境影響研究［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2007.26（6）：2 350-2 357.

［3］ 彭 里.重慶市畜禽糞便的土壤適宜負(fù)荷量及排放時(shí)空分布研究［D］.重慶：西南大學(xué)，2009.

［4］ 楊國(guó)義，陳俊堅(jiān)，何嘉文，等.廣東省畜禽糞便污染及綜合防治對(duì)策［J］.土壤肥料，2005（2）：46-52.

［5］ 龔俊勇，彭小珍，廖新俤.廣東省梅州市農(nóng)地畜禽糞便環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［J］.生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2011.27（3）：25-28.

［6］ 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局自然生態(tài)保護(hù)司.全國(guó)規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)污染情況調(diào)查及防治對(duì)策［M］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002：14-103.

［7］ 吳根義.農(nóng)業(yè)產(chǎn)排污系數(shù)體系構(gòu)建與核算［EB／OL］.http／／www.docin.com／p-307579436.htm，2010.

［8］ Smitha K A，Charles D R，Moorhouse D.Nitrogen excretion by farm livestock with respect to land spreading requirements and controlling nitrogen losses to ground and surface waters.Part 2：pigs and poultry［J］.Bioresource Technology，2000，71：183-194.

［9］ 劉培芳，陳振樓，許世遠(yuǎn)，等.長(zhǎng)江三角洲城郊畜禽糞便的污染負(fù)荷及其防治對(duì)策［J］.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2002，11（5）：457-460.

［10］ 武深樹，譚美英，黃 璜，等.湖南洞庭湖區(qū)農(nóng)地畜禽糞便承載量估算及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)基于生態(tài)承載力的城市生態(tài)調(diào)控［J］.中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2009，17（6）：1 245-1 251.

［11］ 李國(guó)學(xué).中國(guó)規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)的環(huán)境污染問題與環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的利用現(xiàn)狀［C］∥中加項(xiàng)目環(huán)保與土壤養(yǎng)料管理研討會(huì)論文集，1999.

［12］ 沈根祥，汪雅谷，袁大偉.上海市郊農(nóng)田畜禽糞便負(fù)荷量及其警報(bào)與分級(jí)［J］.上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，1994（S1）：6-11.