河北省畜禽糞尿產(chǎn)污量估算以及污染風(fēng)險評估

張國印，茹淑華，孫世友，王凌，耿暖，郜靜，李玭

（河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所，河北石家莊050051）

河北省畜禽糞尿產(chǎn)污量估算以及污染風(fēng)險評估

張國印，茹淑華，孫世友，王凌，耿暖，郜靜，李玭

（河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所，河北石家莊050051）

對農(nóng)業(yè)面源污染主要污染源的養(yǎng)殖業(yè)廢棄物進(jìn)行產(chǎn)生量估算和風(fēng)險評估，為河北省農(nóng)業(yè)面源污染防控提供支撐。通過收集2014年河北省畜禽養(yǎng)殖量數(shù)據(jù)，利用各類畜禽糞便排泄系數(shù)，對河北省主要畜禽糞尿產(chǎn)污量進(jìn)行了估算；參考畜禽糞便土地負(fù)荷警報值分級的環(huán)境影響，對河北省畜禽糞便、氮、磷耕地負(fù)荷進(jìn)行了污染風(fēng)險評價。估算結(jié)果顯示，河北省2014年畜禽養(yǎng)殖業(yè)主要畜禽糞尿排放總量為14 109.05萬t，其中，石家莊、唐山、邯鄲和保定4個地市的畜禽糞尿排放總量占河北省總排放量的50.75%。牛糞尿產(chǎn)生量最高，占河北省畜禽糞尿產(chǎn)生總量的38.65%；其次是豬糞尿產(chǎn)生量，占24.71%；雞糞產(chǎn)生量位列第3位，占22.26%。表明雞、牛和豬是河北省畜禽糞尿污染物排放的主要來源，BOD、COD、NH3-N、TN、TP排放總量分別占總污染物排放量的97.04%、96.65%、95.16%、86.38%和87.90%。對環(huán)境影響風(fēng)險評價發(fā)現(xiàn)，磷負(fù)荷影響嚴(yán)重，氮負(fù)荷和糞便負(fù)荷影響較輕。相比河北省其他地市，石家莊、唐山、秦皇島、邯鄲、承德畜禽糞尿?qū)Νh(huán)境影響程度較大。

畜禽糞尿；產(chǎn)生量；污染風(fēng)險；估算；評估；河北省

河北省為畜牧大省，畜牧業(yè)是該省農(nóng)業(yè)體系的第二大產(chǎn)業(yè)。2014年全省肉類總產(chǎn)量468.1萬t、奶類產(chǎn)量496.1萬t、禽蛋產(chǎn)量362.7萬t，實(shí)現(xiàn)畜牧業(yè)產(chǎn)

值1 952.0億元，較2010年增長了218%，特別是奶類產(chǎn)量和規(guī)?；B(yǎng)殖有了顯著的飛躍[1]。河北省毗連京津兩大城市，在畜產(chǎn)品供給、豐富城鄉(xiāng)消費(fèi)市場、改變?nèi)嗣裆攀辰Y(jié)構(gòu)、帶動農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和振興農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化方面做出了重要貢獻(xiàn)。

但是，隨著規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生了大量的養(yǎng)殖廢棄物，而對養(yǎng)殖廢棄物的治理和利用工作相對滯后，不經(jīng)處理直接排放和亂堆亂放帶來的農(nóng)村生態(tài)環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重。據(jù)調(diào)查，全國80%的規(guī)模化養(yǎng)殖場缺乏必要的污染治理設(shè)施，大量畜禽糞尿直接進(jìn)入水體，加劇了河流、湖泊的富營養(yǎng)化，某些區(qū)域的畜禽糞尿已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)?shù)氐耐寥镭?fù)荷，導(dǎo)致水體和土壤污染問題，越來越引起政府和社會的廣泛關(guān)注[2，3]。研究表明，畜禽糞便中的氮、磷流失量大于化肥，約為化肥流失量的122%和132%，畜禽廢棄物導(dǎo)致的環(huán)境污染已成為我國農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源之一[4，5]。根據(jù)畜禽糞便的特性，因地制宜對養(yǎng)殖廢棄物資源進(jìn)行合理的處理和利用，是畜牧業(yè)長久生存之計[6]。因此，明確養(yǎng)殖業(yè)廢棄物產(chǎn)生數(shù)量和特征，評價其對環(huán)境的影響成為各地治理農(nóng)業(yè)面源污染的基礎(chǔ)。

李帆等[7]從養(yǎng)殖業(yè)廢棄物所含養(yǎng)分價值出發(fā)對安徽省畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞便成分進(jìn)行了調(diào)查，并對排放量進(jìn)行了估算，得出2008年安徽省畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的糞便中純氮、磷、鉀養(yǎng)分的排放量分別相當(dāng)于24.62萬t尿素、111.59萬t過磷酸鈣和16.18萬t氯化鉀。潘濤等[8]為了解北京市畜禽養(yǎng)殖業(yè)氨排放的分布特征研究了畜禽氨排放量，得出2012年北京畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的氨為4.43萬t，肉雞養(yǎng)殖是氨排放的最大貢獻(xiàn)源。譚美英等[9]估算了1996～2006年10 a間湖南省畜禽糞便排放量，分析了湖南省畜禽糞便排放的時空分布特征。劉曉利等[10]通過分析我國畜禽糞便中氮素養(yǎng)分資源及其分布狀況，得出2002年我國畜禽糞便中的氮素養(yǎng)分總量達(dá)到1 598.8萬t，其中約50%進(jìn)入環(huán)境，產(chǎn)生了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。

作者通過估算河北省不同種類畜禽以及不同地區(qū)畜禽糞便的產(chǎn)生量，分析河北省畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞尿污染物的排放和分布特征，并對由此產(chǎn)生的環(huán)境影響進(jìn)行評價，旨在為針對性治理河北省畜禽養(yǎng)殖業(yè)所帶來的農(nóng)業(yè)面源污染治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 畜禽養(yǎng)殖數(shù)量

畜禽養(yǎng)殖數(shù)量來源于《河北省農(nóng)村統(tǒng)計年鑒-2015》公布的統(tǒng)計資料[1]，數(shù)據(jù)的截至?xí)r間是2014年底（表1）。根據(jù)各類畜禽的生長周期，確定2014年畜禽的飼養(yǎng)量。豬：平均飼養(yǎng)期一般為199 d[11，7]，因此豬的飼養(yǎng)數(shù)量就是當(dāng)年的出欄數(shù)，河北省總計4 616.8萬頭。牛：按用途分類，主要有役用牛、肉牛和奶牛，奶牛一般當(dāng)年不出欄，年末存欄數(shù)即可視為當(dāng)年飼養(yǎng)數(shù)量，而役用牛和肉牛一般在未出欄時記在年末存欄數(shù)中，役用牛和肉牛共計452.3萬頭，奶牛218.5萬頭。家禽：蛋禽與肉禽在生長期和日排泄量上均有較大差異。肉雞的生長期一般為55 d[11，7]，而蛋雞的生長期一般為365 d[12，8]，因此在計算家禽糞便排泄量時，兩者需要分開計算，其中，肉雞總計84298.3萬只，蛋雞總計57 464.1萬只。羊、馬、驢和騾：生長期一般長于1 a，因此采用年末存欄量作為當(dāng)年的飼養(yǎng)數(shù)量，其中，羊1 907.4萬頭，馬17.9萬頭，驢和騾69.5萬頭。兔：生長期一般為90 d[13，9]，以當(dāng)年出欄數(shù)計為飼養(yǎng)數(shù)量，總計3 378.5萬只。

表1 2014年河北省畜禽的出欄和存欄數(shù)量（萬只或萬頭）Table1 The slaughter and on hand amount of livestock/poultry in Hebei Province in 2014

1.2 畜禽糞便排污系數(shù)及污染物含量

畜禽糞便的日排泄量與畜禽品種、個體差異、生長期、生長狀況、飼料組成、喂養(yǎng)方式、飼養(yǎng)管理水平，以及氣候、季節(jié)等多種因素相關(guān)[14，10]，不同統(tǒng)計資料提供的數(shù)值不盡相同。目前中國尚沒有相應(yīng)的畜禽糞便排泄系數(shù)國家標(biāo)準(zhǔn)，因此，本研究查閱了近年來國內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)報道[11～13，15，16]，分析比較后得出本研究采用的估算參數(shù)。國內(nèi)對于畜禽糞尿中各種污染物含量的研究很多[14～16，17～19]，畜禽糞便中生化需氧量（BOD）、化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、全氮（TN）、全磷（TP）的含量雖是一組動態(tài)數(shù)據(jù)，但從長期來看可以認(rèn)為含量基本是穩(wěn)定的。為了便于比較，作者綜合了多方研究結(jié)果[16，20，13，17]，作為河北省糞尿污染物的含量參考（表2）。

表2 中國主要畜禽糞尿排泄系數(shù)和污染物含量Table2 The emission indexes and average content of pollutants in livestock and poultry manure

1.3 畜禽糞、尿排放量以及污染物含量的計算方法

畜禽糞尿排放量=畜禽種類數(shù)量×飼養(yǎng)周期×排泄系數(shù)

畜禽糞尿污染物產(chǎn)生量=畜禽糞尿產(chǎn)生量×畜禽糞尿污染物含量

2 結(jié)果與分析

2.1 河北省各地市畜禽糞尿產(chǎn)生量及其污染物排放量

2014年河北省畜禽養(yǎng)殖業(yè)主要畜禽糞尿排放總量為14 109.05萬t（表3），是當(dāng)年該省工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量（41 928萬t）的33.65%，其中，糞排放總量為9 877.49萬t，占排放總量的70.00%；尿排放總量為4 231.56萬t，占排放總量的30.00%。河北省畜禽糞尿排放總量（14 109.05萬t）占全國每年糞尿排放總量的5%左右[21，18]。從河北省不同地區(qū)的畜禽糞便產(chǎn)生總量來看，河北省11個地級市中，石家莊的畜禽糞尿排放總量最高，達(dá)到了2 145.73萬t，其中，糞排放量1 568.57萬t，尿排放量577.16萬t；其次是唐山和邯鄲，二市的糞尿產(chǎn)生量基本相當(dāng)，其中，唐山畜禽糞尿排放總量為1 771.98萬t（糞1 153.30萬t，尿618.68萬t），邯鄲畜禽糞尿排放總量為1 741.84萬t（糞1 289.92萬t，尿451.92萬t）；保定緊隨其后，畜禽糞尿排放總量為1 500.52萬t。石家莊、唐山、邯鄲和保定4個地區(qū)的畜禽糞、尿及糞尿排放總量分別占河北省總排放量的50.64%、50.99%和50.75%，占河北省畜禽糞尿排放總量的50%。大量糞便產(chǎn)生的同時，也產(chǎn)生了極其龐雜的有機(jī)污染物，從表3還可以看出，2014年河北省畜禽養(yǎng)殖業(yè)主要畜禽糞尿BOD、COD、NH3-N、TN和TP排放總量分別為351.65萬t、373.17萬t、36.54萬t、88.07萬t和31.88萬t。其中，2014年畜禽糞尿COD排放量（373.17萬t）是當(dāng)年廢水COD排放量（126.85萬t）的2.94倍。2014年畜禽糞尿NH3-N排放量（36.54萬t）是當(dāng)年廢水NH3-N排放量（10.27萬t）的3.56倍?？梢钥闯觯颖笔⌒笄菁S尿已成為農(nóng)村面源污染的重要來源。在河北省的11個地級市中，石家莊的畜禽糞尿污染物排放量最高，BOD、

COD、NH3-N、TN和TP排放總量分別為61.64萬t、64.08萬t、6.33萬t、14.29萬t和5.61萬t；其次是邯鄲，畜禽糞尿BOD、COD、NH3-N、TN和TP排放總量分別為46.88萬t、47.47萬t、4.75萬t、11.71萬t和4.90萬t。

2.2 河北省各類畜禽糞尿及其污染物的排放量

河北省各類畜禽中，牛（役用牛、肉牛和奶牛）的糞尿產(chǎn)生量最高，占河北省畜禽糞尿產(chǎn)生總量的38.65%（其中奶牛產(chǎn)糞尿占牛糞尿的比例達(dá)到49%）；其次是生豬、雞、羊，其糞尿產(chǎn)生量分別占河北省畜禽糞尿產(chǎn)生總量的24.71%、22.26%和12.14%；馬、驢騾和兔的糞尿產(chǎn)生量較低，分別占河北省畜禽糞尿產(chǎn)生總量的0.61%、1.37%和0.25%，合計比例為2.23%?？梢钥闯?，河北省畜禽糞尿主要來源是牛、豬、雞和羊，糞尿產(chǎn)生總量占畜禽總糞尿產(chǎn)生量的97.77%。但是從表4看出，河北省各類畜禽中，雞糞污染物排放量位居第1位，BOD、COD、NH3-N、TN和TP排放總量分別為150.47萬t、141.36萬t、15.08萬t、30.79萬t和16.96萬t；其次是牛糞尿污染物排放量，BOD、COD、NH3-N、TN和TP排放總量分別為98.47萬t、126.06萬t、12.36萬t、30.07萬t和5.10萬t；豬糞尿污染物排放量位居第3位，BOD、COD、NH3-N、TN和TP排放總量分別為92.29萬t、93.24萬t、7.33萬t、15.22萬t和5.97萬t。河北省牛、雞和豬糞尿污染物的BOD、COD、NH3-N、TN和TP排放總量分別占總污染物排放量的96.51%、96.13%、94.33%、84.47%和85.14%，表明雞、牛和豬是河北省畜禽糞尿污染物排放的主要來源。

2.3 河北省畜禽糞便耕地負(fù)荷以及污染風(fēng)險的評價

耕地畜禽糞便負(fù)荷量可以直接反映某地區(qū)耕地消納畜禽糞便的能力，而單位面積耕地土壤的氮、磷養(yǎng)分負(fù)荷反映了畜禽糞便對于耕地土壤的污染風(fēng)險[19，22]。參考已有畜禽糞便土地負(fù)荷警報值分級的環(huán)境影響（表5），對河北省畜禽糞便、氮、磷耕地負(fù)荷進(jìn)行了污染風(fēng)險評價。

表3 河北省不同地市的畜禽糞尿產(chǎn)生量及其污染物排放量（萬t）Table3 The manure production quantities of livestock and its pollutant content in different cities of Hebei Province

表4 河北省各類畜禽糞尿產(chǎn)生量及其污染物排放量（萬t）Table4 The produced manure quantities of different livestock and pollutant content in different cities of Hebei Province

表5 畜禽糞便土地負(fù)荷警報值分級的環(huán)境影響[23，20]Table5 Effect of alarm grades of land carrying for livestock and poultry manure on environment

目前，我國尚無單位面積耕地的畜禽糞便及其N、P養(yǎng)分限量標(biāo)準(zhǔn)，從環(huán)境風(fēng)險的角度考慮，以最低限度30 t/hm2為最大理論適宜量。根據(jù)河北省畜禽糞便排放量和常用耕地面積，對河北省2014年畜禽糞尿以及氮磷承載量進(jìn)行估算，結(jié)果（表6）顯示，如果畜禽糞便全部用作農(nóng)家肥歸于農(nóng)田，則河北省耕地畜禽糞尿負(fù)荷為23.94 t/hm2，低于畜禽糞便還田限量值，與王萬浩等[17，21]的研究結(jié)果（24 t/hm2）相近。從河北省各地市畜禽糞尿耕地負(fù)荷來看，承德、秦皇島、石家莊和唐山較嚴(yán)重。

畜禽糞便中N素、P素的農(nóng)用地負(fù)荷能更好地反映畜禽糞便對環(huán)境的污染風(fēng)險。國內(nèi)外有關(guān)農(nóng)田施用限量的研究較多。歐盟綜合考慮了土壤質(zhì)地、肥力和氣候等自然條件，規(guī)定糞肥年施N量的限量標(biāo)準(zhǔn)為170 kg/hm2[22，24]。Oenema等給出了土壤糞肥年施P量的推薦值為不超過35 kg/hm2[25，23]。從河北省各地市畜禽糞尿耕地負(fù)荷看，承德、秦皇島、石家莊、唐山較嚴(yán)重；從河北省各地市耕地N負(fù)荷看，承德、秦皇島、石家莊、唐山和邯鄲較嚴(yán)重；從河北省各地市耕地P負(fù)荷看，石家莊耕地P負(fù)荷最大，影響很嚴(yán)重，承德、秦皇島、邯鄲和唐山影響嚴(yán)重，除張家口外其他較嚴(yán)重?？傮w來看，石家莊、唐山、秦皇島、邯鄲、承德耕地N負(fù)荷高于歐盟規(guī)定的糞肥年施N量限量標(biāo)準(zhǔn)，而除張家口外，其他10個地市耕地P負(fù)荷均已經(jīng)超過土壤糞肥年施P量的推薦值。對環(huán)境影響風(fēng)險評價以P負(fù)荷影響嚴(yán)重，N負(fù)荷和糞便負(fù)荷影響較輕。相比河北省其他地市，石家莊、唐山、秦皇島、邯鄲、承德畜禽糞尿?qū)Νh(huán)境影響程度較大。

表6 河北省2014年畜禽糞尿污染物承載量的估算與評價Table6 The manure load per unit cropland and risk assessment of Hebei Province in 2014

3 結(jié)論與討論

2014年河北省畜禽養(yǎng)殖業(yè)主要畜禽糞尿排放總量為14 109.05萬t，約是養(yǎng)殖小省福建省4 249萬t（2005年）的3.3倍[26]，是養(yǎng)殖大省河南省26 695.4萬t（2011年）的52.85%[27]，是當(dāng)年河北省工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量（41 928萬t）的33.65%。其中，石家莊、唐山、邯鄲和保定4個地市的畜禽糞、尿及糞尿排放總量分別占河北省總排放量的50.64%、50.99%和50.75%。與河南省的情況類似，也是幾個主要養(yǎng)殖大市的排放量約占全省一半以上。河南省南陽市、駐馬店市、周口市、商丘市和信陽市是主要的養(yǎng)殖大市，COD、TN、TP污染物排放量之和分別占全省的54.49%、52.36%和48.51%[27]。各類畜禽中，牛糞尿產(chǎn)生量最高，占河北省畜禽糞尿產(chǎn)生總量的38.65%；其次是豬，糞尿產(chǎn)生量占河北省畜禽糞尿產(chǎn)生總量的24.71%；雞糞尿的產(chǎn)生量位列第3位，占河北省畜禽糞尿產(chǎn)生總量的22.26%。雞、牛和豬是河北省畜禽糞尿污染物排放的主要來源，BOD、COD、NH3-N、TN和TP排放總量分別占總污染物排放量的97.04%、

96.65%、95.16%、86.38%和87.90%。這也與河南省等養(yǎng)殖大省一致，雞、牛和豬是畜禽糞尿污染物排放的主要來源?？傮w來看，石家莊、唐山、秦皇島、邯鄲、承德耕地N負(fù)荷高于歐盟規(guī)定糞肥年施N量的限量標(biāo)準(zhǔn)，而除張家口外，其他10個地市耕地P負(fù)荷均已經(jīng)超過土壤糞肥年施P量的推薦值。

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Quantity Estimation and Risk Assessment of Animal Manure Pollution in Hebei Province

ZHANG Guo-yin，RU Shu-hua，SUN Shi-you，WANG Ling，GENG Nuan，GAO Jing，LI Pin
（1.Institute of Agricultural Resources and Environment，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Shijiazhuang 050051，China）

Due to animal manure becomes main resources of agricultural non-point pollution，this paper was focused on quantity and risk of animal manure in Hebei Province.The methed used was collecting data of 2014 livestock and poultry breeding in Hebei Province，adopted feces excretion coefficient of all kinds of livestock and poultry，referring the alarm grades of land carrying for livestock and poultry manure，its pollution risk assessment in Hebei Province had made.The results showed that 141.090 5 million ton of manure was produced by main livestock in 2014 in Hebei Province.Livestock and poultry manure emissions of Shijiazhuang，Tangshan，Handan and Baoding cities accounted for 50.75%of the total emissions in Hebei Province.Cattle and cow produced the highest amount of livestock manure in Hebei Province，accounting for 38.65%of total amount.Pig produced 24.71%.Chicken accounted for 22.26%. The conclusion was that chickens，cattle and cow，pigs were main source of livestock manure in Hebei Province.They emissioned BOD，COD，NH3-N，TN，TP accounted for 97.04%，96.65%，95.16%，86.38%and 87.90 of the total pollutant emissions.For risk assessment to environment，phosphorus load for land was serious，nitrogen load and manure load had less impact.Compared to other cities in Hebei Province，the livestock and poultry manure influence degree on the environment of Shijiazhuang，Tangshan，Qinhuangdao，Handan，Chengde were more serious.

Livestock and poultry manure；Production quantity；Pollution risk；Estimation；Assessment；Hebei Province

S141.3

A

1008-1631（2016）04-0066-06

2016-01-20

國家科技支撐計劃項(xiàng)目(2012BAD15B02)

張國印(1962-)，男，山西陵川人，研究員，主要從事農(nóng)業(yè)面源污染防控等方面的研究。E-mail：gyzhang1984@126.com。