延邊地區(qū)畜禽糞便污染現(xiàn)狀及產(chǎn)沼氣潛力分析

王延吉，趙 靜，王 穎，金明姬*

（1.延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院，吉林延吉133002；2.延邊大學(xué)理學(xué)院，吉林延吉133002）

延邊地區(qū)畜禽糞便污染現(xiàn)狀及產(chǎn)沼氣潛力分析

王延吉1，趙 靜2，王 穎2，金明姬1*

（1.延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院，吉林延吉133002；2.延邊大學(xué)理學(xué)院，吉林延吉133002）

為了解延邊地區(qū)的畜禽糞便排放量，污染情況及其畜禽糞便產(chǎn)沼氣潛力，本文選取相關(guān)參數(shù)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對2009—2015年延邊地區(qū)各縣（市）豬糞當(dāng)量畜禽糞尿產(chǎn)生量、畜禽糞尿耕地負荷預(yù)警值以及畜禽糞尿資源產(chǎn)沼氣潛力進行了估算。結(jié)果顯示：2009—2015年延邊地區(qū)豬糞當(dāng)量畜禽糞尿產(chǎn)生量及畜禽糞尿耕地負荷預(yù)警值均呈先增加后減少再緩慢增加的趨勢，最大值與最小值分別出現(xiàn)在2010年與2011年。在延邊地區(qū)各縣（市）中，敦化市畜禽糞尿資源產(chǎn)沼氣潛力最大，2009—2015年合計可產(chǎn)沼氣量為393.01×106m3，其次為汪清縣，合計可產(chǎn)沼氣量為205.60×106m3。

畜禽糞便；耕地負荷；預(yù)警值；產(chǎn)沼氣潛力

隨著畜禽養(yǎng)殖向規(guī)模化、集約化迅速轉(zhuǎn)變，規(guī)模養(yǎng)殖快速發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖業(yè)儼然成為農(nóng)村經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)和農(nóng)民增收的重要來源[1]。但養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴大，畜禽糞便排放量逐漸增加，由畜禽養(yǎng)殖造成的環(huán)境污染日益加重，因此如何對畜禽糞便進行資源化利用已受到社會的廣泛關(guān)注。

畜禽糞便物是環(huán)境污染源，同時也是寶貴的肥料資源和能源，若能對畜禽糞便進行無害化處理、資源化利用，可使其變廢為寶[2-3]。例如，將畜禽糞便用于開發(fā)沼氣，不僅可改善生態(tài)環(huán)境、節(jié)約能源，也可減少環(huán)境污染，增加社會效益和經(jīng)濟效益，保證畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[4]。本文結(jié)合2009—2015年延邊地區(qū)的畜禽養(yǎng)殖現(xiàn)狀，計算豬糞當(dāng)量畜禽糞尿產(chǎn)生量，同時通過其畜禽糞尿產(chǎn)生量估算畜禽糞尿耕地負荷及沼氣生產(chǎn)潛力。以此對2009—2015年延邊地區(qū)畜禽糞便污染現(xiàn)狀及產(chǎn)沼氣潛力進行分析，以期為延邊地區(qū)治理畜禽環(huán)境污染、調(diào)整畜禽養(yǎng)殖業(yè)布局、合理安排生產(chǎn)和促進畜禽糞便資源化利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源 延邊地區(qū)各縣市畜禽養(yǎng)殖數(shù)量及耕地面積等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)均取自《2015年延邊朝鮮族自治州統(tǒng)計年鑒》，對于各類畜禽飼養(yǎng)周期結(jié)合相關(guān)文獻[5]，選取了不同的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如豬的飼養(yǎng)周期為199 d，牛、馬、羊、驢、騾、鹿為365 d，家禽為55 d。結(jié)合飼養(yǎng)周期，在統(tǒng)計年鑒中選取了不同的統(tǒng)計數(shù)據(jù)作為各類畜禽的飼養(yǎng)量，如豬、家禽的年末存欄數(shù)包含在出欄數(shù)中，因此選取出欄數(shù)為飼養(yǎng)量，牛、馬、羊、驢、騾、鹿選取年末存欄數(shù)為飼養(yǎng)量。

1.2 計算參數(shù)的確定 由于畜禽品種間的個體差異、飼養(yǎng)方式、地域以及多種因素的影響，目前畜禽糞尿排泄系數(shù)并沒有統(tǒng)一的國家標準[6]。此外，沼氣產(chǎn)量估算一般以畜禽糞尿的干物質(zhì)含量計算，故本文結(jié)合參考文獻選取了如表1所示的畜禽糞尿排泄系數(shù)、干物質(zhì)含量及產(chǎn)氣率[7]。

由于不同畜禽糞便中所含肥效養(yǎng)分差異較大，因此，本文結(jié)合各種畜禽糞尿中所含的氮量，將各種畜禽糞尿統(tǒng)一換算成豬糞當(dāng)量[8]，分析了延邊地區(qū)的畜禽糞便污染現(xiàn)狀。各種畜禽糞尿中所含的氮量與豬糞當(dāng)量換算系數(shù)見表2。關(guān)于驢、騾、鹿采用了馬的換算系數(shù)。

1.3 計算方法 ①畜禽糞尿產(chǎn)生量=畜禽飼養(yǎng)量×糞尿排泄系數(shù)×飼養(yǎng)周期；②畜禽糞尿干物質(zhì)產(chǎn)生量=畜禽糞尿產(chǎn)生量×糞尿干物質(zhì)含量；③畜禽糞尿沼氣產(chǎn)量=畜禽糞尿干物質(zhì)產(chǎn)生量×畜禽糞尿干物質(zhì)產(chǎn)氣率；④豬糞當(dāng)量畜禽糞尿產(chǎn)生量=畜禽糞尿產(chǎn)生量×畜禽糞尿豬糞當(dāng)量換算系數(shù)；⑤豬糞當(dāng)量畜禽糞尿耕地負荷=豬糞當(dāng)量畜禽糞尿產(chǎn)生量/耕地面積。

表1 畜禽糞尿排泄系數(shù)、干物質(zhì)含量及產(chǎn)氣率

表2 畜禽糞尿豬糞當(dāng)量換算表

表3 2009—2015年延邊地區(qū)豬糞當(dāng)量畜禽糞尿產(chǎn)生量 （×103t）

2 結(jié)果與分析

2.1 豬糞當(dāng)量畜禽糞尿產(chǎn)生量 如表3所示，從整個延邊地區(qū)豬糞當(dāng)量畜禽糞尿產(chǎn)生量來看，2009—2015年其變化趨勢呈先增加后減少再緩慢增加的趨勢，2011年出現(xiàn)最低值，為2 764.2×103t；2010年出現(xiàn)最高值，為5 844.2×103t。從不同縣（市）來看，2009—2015年敦化市排放量最多，占延邊地區(qū)總排放量的33.9%，其次依次為汪清縣與安圖縣，3個縣（市）的排放量占總排放量的66.4%，延邊地區(qū)畜禽糞尿區(qū)域分布不均勻。

2.2 畜禽糞尿耕地負荷 畜禽糞尿作為有機肥料還田仍是現(xiàn)階段的主要處理途徑，耕地是其主要的消納場地。因此，單位耕地可容納的畜禽糞尿負荷是衡量一個地區(qū)消納畜禽糞尿能力強弱的重要指標[9]。本文使用畜禽糞尿耕地負荷衡量了延邊地區(qū)各縣（市）的土地消納能力。不同耕地類型對畜禽糞尿的適宜施用量有所變化，據(jù)研究一般每公頃耕地能承受30～45 t畜禽糞尿，若高出這一水平，將對土壤環(huán)境產(chǎn)生不良影響[10]。本文從風(fēng)險角度出發(fā)，選用30 t/hm2為最大理論適宜值，計算出畜禽糞尿耕地負荷預(yù)警值，并結(jié)合預(yù)警值與表4中的污染程度分級標準，對延邊地區(qū)各縣（市）畜禽糞尿污染程度進行分級。其具體公式：

畜禽糞尿耕地負荷預(yù)警值=豬糞當(dāng)量畜禽糞尿耕地負荷/最大理論適宜值

計算結(jié)果如表5、圖1所示。2009—2015年延邊地區(qū)畜禽糞尿耕地負荷預(yù)警值整體呈先上升后下降再平緩上升趨勢。延邊地區(qū)平均畜禽糞尿耕地負荷預(yù)警值2010年達到最高，為0.60，污染等級為II；而到2011年，其均值為0.28，污染等級降到I。在所有分析年份中，延邊地區(qū)8個縣（市）2009年與2010年污染等級均為II以上，畜禽養(yǎng)殖業(yè)對環(huán)境的影響較重。而2011年起隨畜禽養(yǎng)殖數(shù)量的減少，除安圖縣以外的延邊地區(qū)7個縣（市）畜禽養(yǎng)殖污染等級均為I，畜禽養(yǎng)殖業(yè)對環(huán)境的影響逐漸得到改善。從不同縣（市）來看，在分析年份中安圖縣的預(yù)警值均高于其他縣（市）。2009—2015年安圖縣畜禽糞尿產(chǎn)生總量位居延邊地區(qū)各個縣（市）第3，但因安圖縣耕地少，其預(yù)警值高于其他縣（市）。而畜禽糞尿產(chǎn)生總量最多的敦化市因其可消納畜禽糞尿的耕地面積廣，其預(yù)警值均低于其他縣（市）。

圖1 延邊地區(qū)各縣（市）畜禽糞尿耕地負荷預(yù)警值

表4 畜禽糞尿耕地負荷預(yù)警值及分級標準

表5 2009—2015年延邊地區(qū)各縣（市）畜禽糞尿耕地負荷預(yù)警值

2.3 畜禽糞尿資源產(chǎn)沼氣潛力 如圖2、圖3所示，從不同縣（市）來看，受畜禽糞尿產(chǎn)生量影響，敦化市產(chǎn)沼氣資源最為豐富，其次為汪清縣與安圖縣。在整體產(chǎn)沼氣資源總量中，畜禽糞產(chǎn)沼氣資源占總量的96%左右，而畜禽尿產(chǎn)沼氣資源占總量的4%左右。

如表6所示，整個延邊地區(qū)產(chǎn)沼氣潛力較大，2010年延邊地區(qū)產(chǎn)沼氣量達到241.84×106m3，約合天然氣136.32×106m3，若此部分能源全部用于發(fā)電，則可年產(chǎn)綠色電力502.81×106kWh。而近年來隨農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，2011—2015年每年理論產(chǎn)沼氣潛力處于2010年的50%左右。就延邊地區(qū)各縣（市）而言，敦化市畜禽糞尿資源產(chǎn)沼氣潛力最大，占所有延邊地區(qū)總產(chǎn)氣量的35.08%，而汪清縣畜禽糞尿產(chǎn)沼氣潛力僅次于敦化市，占所有延邊地區(qū)總產(chǎn)氣量的18.35%。

圖2 延邊地區(qū)各縣（市）畜禽糞干物質(zhì)產(chǎn)生量

圖3 延邊地區(qū)各縣（市）畜禽尿干物質(zhì)產(chǎn)生量

畜禽糞便資源產(chǎn)沼氣潛力只是理論上的最大值，在各類畜禽糞尿收集上會花費大量的人力、物力和財力。同時，受一些客觀因素的限制，在一些地區(qū)沼氣潛力開發(fā)工作較為困難，故有必要進行詳細地實地調(diào)查，反復(fù)驗證后方可進行沼氣開發(fā)。

3 結(jié) 論

2009—2015年延邊地區(qū)豬糞當(dāng)量畜禽糞尿產(chǎn)生量呈先增加后減少再緩慢增加的趨勢，在2011年時出現(xiàn)最低值，為2 764.2×103t；2010年出現(xiàn)最高值，為5 844.2×103t。整體上，延邊地區(qū)畜禽糞尿區(qū)域分布不均勻，主要集中在敦化市、汪清縣與安圖縣。

2009—2015年延邊地區(qū)畜禽糞尿耕地負荷預(yù)警值整體呈先上升后下降再平緩上升趨勢。在所有分析年份中，延邊地區(qū)8個縣（市）2009年與2010年污染等級均為II以上；而2011—2015年除安圖縣以外的延邊地區(qū)7個縣（市）畜禽養(yǎng)殖污染等級均為I，畜禽養(yǎng)殖業(yè)對環(huán)境的污染得到一定改善。從不同縣（市）來看，安圖縣預(yù)警值最高，敦化市預(yù)警值最低。

表6 2009—2015年延邊地區(qū)各縣（市）畜禽糞尿可產(chǎn)沼氣量 （×106m3）

就整個延邊地區(qū)而言，畜禽糞便資源產(chǎn)沼氣潛力很大，2010年延邊地區(qū)產(chǎn)沼氣量達到241.84×106m3，約合天然氣136.32×106m3。其中，敦化市畜禽糞尿資源產(chǎn)沼氣潛力最大，其次是汪清縣。

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Analysis of Pollution Status and Biogas Utilization Potential of Livestock and Poultry Excrements in Yanbian Area

WANG Yan‐ji1, ZHAO Jing2, WANG Ying2, JIN Ming‐ji1*

(1.Agricultural College of Yanbian University, Jilin Yanji 133002, China; 2. Sciences College of Yanbian University, Jilin Yanji 133002, China)

In order to make clear the discharged amount,pollution status,and biogas utilization potential of the livestock and poultry excrements resources in Yanbian Area.and selection of related parameters and basic data. For counties (cities) of the livestock and poultry pig fecal equivalent excrements and early‐warning values of arable land for livestock and poultry manure, and biogas utilization potential of the livestock and poultry excrements resources of Yanbian Area in 2009‐2015 were estimated . As a result, the Yanbian area between 2009 and 2015 pig equivalent of livestock and poultry manure production and livestock and poultry manure plow load warning .The value of the livestock and poultry pig fecal equivalent excrements and early‐warning values of arable land for livestock and poultry manure changed were increased after decreased fi rst and then slowly increase trend, the maximum and minimum appeared in 2010 and 2011, respectively.It is the biggest that the biogas utilization potential of the livestock and poultry excrements resources in Dunhua city, 2009—2015 total biogas production capacity of 393.01×106m3, Wangqing county is relatively high in the counties (cities) of Yanbian Area, total biogas production capacity of 205.60×106m3.

US dairy farms; Scale benef i t; Milk production; Cost benef i t

S216.4

A

10.19556/j.0258-7033.2017-09-144

2017-02-27；

2017-05-07

吉林省教育廳“十二五”科學(xué)技術(shù)研究項目（吉教科合字【2015】第35號）

王延吉(1995-)，女，碩士，研究方向為環(huán)境科學(xué)，E-mail：1203301246@qq.com

*通訊作者：金明姬(1977-)，女，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向為環(huán)境科學(xué)，E-mail:jinmingji@ybu.edu.cn