南陽(yáng)市規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞便排放量估算與環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)

石建州，周 索，趙金兵，董冰雪

（南陽(yáng)師范學(xué)院，河南南陽(yáng)473061）

我國(guó)是畜牧業(yè)大國(guó)，畜牧業(yè)在繁榮農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、建設(shè)新型現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)進(jìn)程中發(fā)揮著重要的作用，畜牧業(yè)生產(chǎn)力水平是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。當(dāng)前我國(guó)畜牧業(yè)正處在向現(xiàn)代畜牧業(yè)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，推進(jìn)粗放型畜牧業(yè)生產(chǎn)方式向集約型生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變，全力推進(jìn)畜禽標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)模養(yǎng)殖加快發(fā)展，促進(jìn)我國(guó)現(xiàn)代畜牧業(yè)持續(xù)健康平穩(wěn)地發(fā)展。2012年，李寧［1］在《中國(guó)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究綜合報(bào)告》中指出，中國(guó)養(yǎng)殖業(yè)（畜牧業(yè)和漁業(yè)）戰(zhàn)略地位將持續(xù)提升，預(yù)計(jì)到2015年，中國(guó)養(yǎng)殖業(yè)總產(chǎn)值比重和種植業(yè)總產(chǎn)值比重分別達(dá)到48.6%和47.4%，養(yǎng)殖業(yè)將成為農(nóng)業(yè)中第一大產(chǎn)業(yè)。建設(shè)現(xiàn)代畜牧業(yè)的重要內(nèi)容之一就是加快轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式，深入發(fā)展畜禽標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)模養(yǎng)殖，增強(qiáng)畜牧業(yè)綜合生產(chǎn)能力。與此同時(shí)，隨著畜禽養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴(kuò)大，低水平規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖過(guò)程產(chǎn)生的糞便、污水、墊料等廢棄物給環(huán)境的污染也日益加重，糞污中攜帶的病原微生物、重金屬元素、甲烷等溫室氣體，造成了畜牧養(yǎng)殖與生態(tài)環(huán)境的不協(xié)調(diào)發(fā)展，成為制約我國(guó)現(xiàn)代畜牧業(yè)循環(huán)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸，畜禽養(yǎng)殖污染減排現(xiàn)已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染的主要來(lái)源，農(nóng)業(yè)源減排是整個(gè)污染減排工作的重要組成部分，而畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染減排是農(nóng)業(yè)源減排的決定環(huán)節(jié)，畜禽養(yǎng)殖污染減排勢(shì)在必行［2－3］。為了切實(shí)防治畜禽養(yǎng)殖業(yè)造成生態(tài)破壞和環(huán)境污染，推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源的綜合利用和無(wú)害化處理，保護(hù)和改善環(huán)境，保障公共安全衛(wèi)生和公眾身體健康，促進(jìn)畜牧業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，李克強(qiáng)簽署國(guó)務(wù)院令發(fā)布《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》，條例共6章44條，自2014年1月1日起施行。

南陽(yáng)市位于河南省西南部，與陜西省、湖北省接壤，總面積約26 509km2，平原、山區(qū)、丘陵約各占1／3，現(xiàn)轄兩個(gè)行政區(qū)、4個(gè)開(kāi)發(fā)區(qū)、10個(gè)縣和1個(gè)縣級(jí)市，在河南省所屬的18個(gè)省轄市中面積最大、人口最多。南陽(yáng)市良好的自然稟賦和區(qū)位優(yōu)勢(shì)孕育了多種資源，南陽(yáng)擁有多種畜禽種質(zhì)資源，比如南陽(yáng)黃牛、南陽(yáng)黑豬、伏牛白山羊和淅川烏骨雞等珍貴的優(yōu)質(zhì)畜禽遺傳資源。根據(jù)2014年3月南陽(yáng)市統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的《2013年南陽(yáng)市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，2013年農(nóng)林牧漁業(yè)投資額95.95 億元，比2012年增長(zhǎng)36.4%；肉類(lèi)總產(chǎn)量74.26×104，增長(zhǎng)3.0%；禽蛋產(chǎn)量34.1×104t，增長(zhǎng)1.6%；牛奶產(chǎn)量25.72×104t，增長(zhǎng)0.1%。南陽(yáng)市作為傳統(tǒng)的畜牧業(yè)大市已成為河南省乃至全國(guó)重要的畜產(chǎn)品生產(chǎn)和加工基地。本文旨在通過(guò)預(yù)測(cè)估算南陽(yáng)市規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞便排泄量，畜禽COD、BOD、NH3－N、總磷、總氮排泄量，重金屬排泄量，糞便資源發(fā)酵沼氣產(chǎn)量潛力，溫室氣體減排量潛力等環(huán)境效應(yīng)的評(píng)價(jià)，為南陽(yáng)市畜禽規(guī)模養(yǎng)殖糞便防治管理制定決策提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

根據(jù)2013年4月1日南陽(yáng)市統(tǒng)計(jì)局公布的《南陽(yáng)市規(guī)?；笄萆a(chǎn)簡(jiǎn)介》，研究對(duì)象包括南陽(yáng)市主要規(guī)?；B(yǎng)殖的生豬、奶牛、肉牛、山羊、綿羊、蛋雞、肉雞，統(tǒng)計(jì)資料中的規(guī)模養(yǎng)殖標(biāo)準(zhǔn)是指：豬存欄≥100頭；肉?；蚰膛４鏅凇?0頭；綿羊或山羊存欄≥30只；肉雞（鴨）或蛋雞（鴨）存欄≥2000 只。2012年南陽(yáng)市規(guī)模養(yǎng)殖生豬、牛、羊、家禽的存、出欄量見(jiàn)表1，由于在《南陽(yáng)市規(guī)模化畜禽生產(chǎn)簡(jiǎn)介》中對(duì)生豬只統(tǒng)計(jì)了2011年的存、出欄量，所以本文用2011年的數(shù)據(jù)代替2012年生豬的存、出欄量。

1.2 研究方法

1.2.1 畜禽糞便量 畜禽糞便是指畜禽排泄的糞、尿，是糧食、牧草、農(nóng)作物等飼糧生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化形式［4］。南陽(yáng)市畜禽規(guī)模養(yǎng)殖以生豬、山羊、綿羊、肉牛、奶牛、蛋雞、肉雞為主，所以，本研究估算畜禽糞便量時(shí)只考慮了豬、牛、羊和雞這4 種畜禽糞便的排泄量。依據(jù)畜禽飼養(yǎng)數(shù)量、飼養(yǎng)周期和飼養(yǎng)周期內(nèi)糞、尿日排放系數(shù)，按下式計(jì)算畜禽糞便量：畜禽糞便量＝飼養(yǎng)數(shù)量（出欄量或存欄量）×糞便日排泄系數(shù)（kg·d－1）×飼喂周期（d）。畜禽糞便量的估算通常以排泄系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，畜禽糞便排泄系數(shù)是指單體畜禽每一天所排泄出的糞便物的重量，排泄系數(shù)受到動(dòng)物品種、生長(zhǎng)階段、個(gè)體生理、飼糧組合、采食方式、季節(jié)氣候等內(nèi)外因素的影響存在不同的差異，因此當(dāng)前關(guān)于畜禽糞便排放系數(shù)沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，本論文所采用的畜禽糞便日排放系數(shù)參照了多篇國(guó)內(nèi)近幾年的研究文獻(xiàn)，見(jiàn)表2。畜禽飼養(yǎng)數(shù)量取決于不同種類(lèi)畜禽的飼養(yǎng)周期。肉雞和蛋雞在糞便日排泄量上差異顯著，而且飼養(yǎng)周期也大不相同，因而肉雞和蛋雞要求各自計(jì)算糞便的排泄量。一般情況下各類(lèi)畜禽的飼養(yǎng)周期的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下：牛、羊和蛋雞的飼喂養(yǎng)殖周期比較長(zhǎng)，其中牛羊飼養(yǎng)周期大于1年，蛋雞的飼養(yǎng)周期通常是210d，而且當(dāng)年出欄數(shù)相對(duì)存欄數(shù)較少，所以按照年末存欄數(shù)量作為飼養(yǎng)數(shù)量計(jì)算，飼養(yǎng)周期為全年365d；肉雞的飼養(yǎng)周期通常是55d，生豬平均飼養(yǎng)周期通常是199d，生豬和肉雞飼養(yǎng)周期均不足一年，小于365d，所以將其出欄數(shù)量作為穩(wěn)定的飼養(yǎng)數(shù)量［5－11］。

表1 南陽(yáng)市畜禽年存欄、出欄情況Table 1 Basic data of livestock and poultry in Nanyang／a

表2 畜禽糞便日排泄系數(shù)［12－21］Table 2 Daily discharge rate of livestock manure

1.2.2 畜禽糞便污染物（COD、BOD、NH3－N、TP、TN）含量 畜禽糞便排泄的主要污染物（COD、BOD、NH3－N、TP、TN）含量經(jīng)大量研究證實(shí)有穩(wěn)定的范圍，本文主要研究了畜禽糞便污染物中COD（化學(xué)需氧量）、BOD（五日生化需氧量）、NH3－N（氨氮含量指標(biāo)）、TP（總磷）、TN（總氮）5 種指標(biāo)的含量，以國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局環(huán)發(fā)［2004］43號(hào)文件發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為主并參照相關(guān)文獻(xiàn)資料［7，9，13，18，22－30］，見(jiàn)表3。畜禽糞便污染物含量估算均以直接排泄的新鮮糞便量為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。畜禽糞便污染物含量的計(jì)算公式為：糞便污染物（COD、BOD、NH3－N、TP、TN）重量＝糞（尿）重量×污染物平均含量。

1.2.3 畜禽糞便中重金屬含量 在規(guī)模畜禽養(yǎng)殖過(guò)程中，為了促進(jìn)畜禽動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育、預(yù)防疾病、提高生產(chǎn)效率、追求經(jīng)濟(jì)效益等目的，生產(chǎn)者在畜禽養(yǎng)殖過(guò)程中會(huì)超標(biāo)添加多種重金屬元素，從而導(dǎo)致了畜禽排泄的糞便中重金屬含量水平較高。畜禽糞便中所含重金屬排泄量在集約化規(guī)模養(yǎng)殖模式通常高于散養(yǎng)模式，重金屬元素易富集、難遷移、危害大，畜禽排泄物可導(dǎo)致土壤、水源和農(nóng)作物的重金屬含量水平超標(biāo)，將會(huì)威脅到生態(tài)環(huán)境和公眾健康。目前，畜禽糞便中所含重金屬種類(lèi)多達(dá)十幾種，各類(lèi)畜禽糞便中所含重金屬排泄量差異較大，因?yàn)槭艿叫笄輦€(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育水平、采食飼料的種類(lèi)以及養(yǎng)殖方式等多種因素影響。本文計(jì)算南陽(yáng)市各類(lèi)畜禽糞便中重金屬含量，主要參考郭冬生等［13］、劉榮樂(lè)等［31］、單英杰等［32］多篇文獻(xiàn)資料［33－39］，見(jiàn)表4。畜禽糞便中重金屬含量計(jì)算公式如下：某重金屬含量（Zn、Cu、Cr、Pb、Cd、Ni、As和Hg）＝鮮糞重量×糞便干物質(zhì)含量×重金屬元素含量，其中豬糞、牛糞、雞糞和羊糞干物質(zhì)含量（%）分別為18，17，30，30。

表3 各類(lèi)畜禽糞便中污染物的平均含量Table 3 Pollutant concentrations of livestock and poultry manure excretion kg／t

1.2.4 畜禽糞便沼氣生產(chǎn)潛力 畜禽糞便是一種生物質(zhì)能源，沼氣發(fā)酵技術(shù)是有效地對(duì)畜禽糞便資源化利用的有效方式，不僅可以減少畜禽糞便對(duì)環(huán)境的污染，而且還可以使畜禽糞便廢棄物轉(zhuǎn)化成為綠色能源資源，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。厭氧環(huán)境、溫度、pH、勻漿程度、C／N、有機(jī)物含量等都會(huì)影響畜禽糞便產(chǎn)沼氣量，各類(lèi)畜禽糞便生產(chǎn)沼氣效率存在差異。一般使用表5中的畜禽糞便轉(zhuǎn)換沼氣參數(shù)，20 ℃轉(zhuǎn)換參數(shù)是根據(jù)35 ℃時(shí)畜禽糞便產(chǎn)沼氣量的60%折算而來(lái)［4，11，13，40－43］。因?yàn)槟详?yáng)市年平均氣溫14.4～15.7 ℃，所以本文計(jì)算沼氣生產(chǎn)潛力依據(jù)20℃的轉(zhuǎn)換沼氣參數(shù)，保守地評(píng)價(jià)畜禽糞便沼氣生產(chǎn)潛力。計(jì)算公式如下：各類(lèi)畜禽糞便的年沼氣潛力＝新鮮糞便總量×干物質(zhì)含量×轉(zhuǎn)換沼氣參數(shù)，其中雞糞、豬糞、牛糞和羊糞的轉(zhuǎn)換沼氣參數(shù)（m3／kg）分別為0.29，0.25，0.18和0.20。

表4 規(guī)?；B(yǎng)殖各類(lèi)畜禽糞便中重金屬元素的含量（mg／kg，干重）Table 4 Contents of heavy metals in different types of animal manures excretion in scale farming（mg／kg，DW）

表5 各類(lèi)畜禽糞便每千克干物質(zhì)轉(zhuǎn)換沼氣參數(shù)Table 5 Parameters of animal manures excretion converted to biogasm3／kg

2 結(jié)果與分析

2.1 畜禽糞便年排泄量以及污染物COD、BOD、NH3－N、TP、TN 含量

生豬、蛋雞、肉雞、牛、羊的糞、尿年排泄量和糞便中污染物COD、BOD、NH3－N、TP、TN 的含量見(jiàn)表6。南陽(yáng)市各類(lèi)畜禽的糞年排放總量分別為4.71×109kg，尿年排放總量為4.44×109kg，糞尿年排放總量到達(dá)9.15×109kg，豬糞尿2012年排放量分別為2.38×109kg和3.93×109kg，分別占到當(dāng)年各類(lèi)畜禽糞、尿排放總量的50.53%和88.51%。牛糞與蛋雞糞的排泄量?jī)H次于生豬，分別占總糞便量的21.66%和21.23%。糞便中污染物COD、BOD、NH3－N、TP 和TN，豬糞分別占到65.43%，69.33%，65.99%，55.43%和55.79%。在本文中，只統(tǒng)計(jì)了規(guī)模養(yǎng)殖的生豬、雞、牛、羊四種畜禽動(dòng)物，在實(shí)際生產(chǎn)中還存在著大量的散養(yǎng)以及其它多種畜禽動(dòng)物，在養(yǎng)殖過(guò)程中的糞便排泄物也占據(jù)了不小的比例，所以南陽(yáng)市畜禽養(yǎng)殖糞便處理問(wèn)題在促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展道路上是重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

2.2 畜禽糞便排泄物中重金屬元素的量

南陽(yáng)市雞、豬、牛羊年糞便排泄物中各種重金屬元素的含量見(jiàn)表7。重金屬元素中鋅和銅含量最高，分別達(dá)到9.09×105kg和5.51×105kg；砷、鎳、鉻、鉛、鎘次之，糞便排泄物中含有汞58.1kg。糞便中重金屬元素含量隨著動(dòng)物采食的飼料中添加的重金屬元素量增加而增加。鋅和銅的適量添加可以增進(jìn)動(dòng)物機(jī)體健康，超標(biāo)添加就會(huì)造成浪費(fèi)與污染，砷、鎳、鉻、鉛、鎘和汞會(huì)對(duì)水體和土壤造成極大的破壞和污染，嚴(yán)重影響人類(lèi)的生存環(huán)境。

2.3 畜禽糞便沼氣生產(chǎn)潛力

南陽(yáng)市年規(guī)模養(yǎng)殖畜禽糞便排泄量如果厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，保守地估計(jì)年生產(chǎn)沼氣總量為2.45×108m3，其中雞糞9.22×107m3，豬糞1.07×108m3，牛糞3.11×107m3，羊糞1.46×107m3。一般生產(chǎn)沼氣選用35 ℃厭氧發(fā)酵，本文中考慮到南陽(yáng)市年平均氣溫14.4～15.7 ℃，估算時(shí)選取了20 ℃的轉(zhuǎn)換沼氣參數(shù)，而20 ℃轉(zhuǎn)換參數(shù)是根據(jù)35 ℃時(shí)畜禽糞便產(chǎn)沼氣量的60%折算而來(lái)，同時(shí)僅僅估算了規(guī)模養(yǎng)殖模式下的豬、雞、牛羊4種動(dòng)物的糞便沼氣生產(chǎn)潛力。由此可見(jiàn)，南陽(yáng)市畜禽糞便資源能更好地發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)。

表6 各類(lèi)畜禽年糞便排泄量和污染物含量Table 6 Output of livestock and poultry manure excretion and pollutant concentrations kg／a

表7 畜禽年糞便排泄物中重金屬元素含量Table 7 Content of heavy metal in animal manures excretion kg／a

3 討論

南陽(yáng)市是畜牧業(yè)大市。南陽(yáng)是淮河的源頭，也是南水北調(diào)中線工程水源地和渠首所在地，南陽(yáng)市人民政府為確保出境水質(zhì)安全，確保一泓清水送津京，各相關(guān)部門(mén)高度重視，切實(shí)做好南水北調(diào)水污染防治工作，其中把畜禽規(guī)模化養(yǎng)殖污染防治作為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)源污染減排目標(biāo)的突破口和重要著力點(diǎn)，按照“農(nóng)牧結(jié)合、科學(xué)布局、因地制宜、循環(huán)利用、控量減排”的要求，做好畜禽養(yǎng)殖污染整治工作。2014年6月11日發(fā)布的豫環(huán)文［2014］111號(hào)《2014年河南省畜禽養(yǎng)殖主要污染物總量減排實(shí)施方案》確定2014年總量減排目標(biāo)：2014年，河南省COD、NH3－N 兩項(xiàng)主要污染物排放總量分別控制在133.39×104t、13.94×104t 以內(nèi)，分別比2013年削減1.50%、3.30%。其中，農(nóng)業(yè)源COD、NH3－N 排放量應(yīng)分別控制在76.90×104t和5.92×104t以內(nèi)，分別比2013年（2013年河南省農(nóng)業(yè)源COD、NH3－N排放量分別是78.15×104t、6.11×104t）削減1.60%和3.10%以上。此方案還明確指出，在種植業(yè)平移基數(shù)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)減排貢獻(xiàn)極其有限的情況下，實(shí)現(xiàn)河南省農(nóng)業(yè)源減排目標(biāo)的主要途徑就是在于畜禽養(yǎng)殖業(yè)的減排。2014年，畜禽養(yǎng)殖業(yè)COD和NH3－N 排放量應(yīng)分別控制在76.05×104t和5.39×104t以內(nèi)，分別比2013年（2013年河南省畜禽養(yǎng)殖業(yè)COD 和NH3－N 排放量分別為77.30×104t、5.57×104t）削減1.62%和3.40%以上，COD 和NH3－N 分別實(shí)現(xiàn)凈減排1.25×104t和0.19×104t以上?！?014年河南省畜禽養(yǎng)殖減排工程項(xiàng)目表》中具體規(guī)定了1792家畜禽規(guī)模養(yǎng)殖企業(yè)的治污設(shè)施提標(biāo)改造任務(wù)與治理措施，其中包括南陽(yáng)市的79家畜禽規(guī)模養(yǎng)殖企業(yè)。南陽(yáng)市人民政府辦公室2014年6月18日印發(fā)《南陽(yáng)市2014年度畜禽養(yǎng)殖減排計(jì)劃實(shí)施方案》，規(guī)定了2014年南陽(yáng)市畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染物總量控制目標(biāo)及減排任務(wù)。主要污染物總量控制目標(biāo)：COD 排放總量控制在42 834t以內(nèi)，相對(duì)2013年削減3.15%；NH3－N 排放總量控制在4 000t以內(nèi)，相對(duì)2013年削減5.01%。主要污染物減排任務(wù)量：COD 排放量1 400t，NH3－N 排放量220t。并在此實(shí)施方案中針對(duì)南陽(yáng)市79家中大型畜禽規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)每一家的具體情況進(jìn)行了量化規(guī)定，詳細(xì)明確地制定了每一家養(yǎng)殖場(chǎng)2014年的COD 減排量、NH3－N 減排量、減排措施、項(xiàng)目要求等任務(wù)要求，確保實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)源污染減排目標(biāo)，促進(jìn)畜牧業(yè)與生態(tài)環(huán)境健康和諧發(fā)展。

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