苕溪流域生豬養(yǎng)殖產(chǎn)污特征

陳玉東， 周慧平， 莊 犁，2， 蘇良湖， 孫 旭， 梁康康， 張龍江①

(1.環(huán)境保護部南京環(huán)境科學(xué)研究所， 江蘇 南京 210042; 2.南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 江蘇 南京 210044)

苕溪流域生豬養(yǎng)殖產(chǎn)污特征

陳玉東1， 周慧平1， 莊 犁1，2， 蘇良湖1， 孫 旭1， 梁康康1， 張龍江1①

(1.環(huán)境保護部南京環(huán)境科學(xué)研究所， 江蘇 南京 210042; 2.南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 江蘇 南京 210044)

不同規(guī)模的畜禽養(yǎng)殖、管理模式不同，畜禽的產(chǎn)污特征存在很大差異。探究不同規(guī)模畜禽產(chǎn)污規(guī)律可為區(qū)域糞污的合理利用及污染防治提供科學(xué)依據(jù)。選取苕溪流域2家規(guī)模不同的生豬養(yǎng)殖場，對其養(yǎng)殖污水及生豬糞便進行收集和分析，對比2家養(yǎng)殖場不同養(yǎng)殖階段生豬養(yǎng)殖污水、糞便的污染物含量和產(chǎn)污系數(shù)特征。結(jié)果表明：規(guī)模較小的金愛養(yǎng)殖場(年出欄量500頭)單頭生豬養(yǎng)殖污水及糞便的日均產(chǎn)量均高于大觀山養(yǎng)殖場(年出欄量36 000頭)；大觀山養(yǎng)殖場生豬養(yǎng)殖污水和糞便中污染物含量大多高于金愛養(yǎng)殖場，金愛養(yǎng)殖場養(yǎng)殖廢物中總磷(TP)含量遠高于大觀山，可能是因為金愛養(yǎng)殖場使用的泔水中TP含量過高導(dǎo)致；大觀山養(yǎng)殖場保育、育肥和妊娠3個階段的總氮(TN)產(chǎn)污系數(shù)分別為8.94、18.68、30.65 g·d-1·頭-1，TP產(chǎn)污系數(shù)分別為3.91、7.62、14.77 g·d-1·頭-1，金愛養(yǎng)殖場保育、育肥和妊娠3個階段的TN產(chǎn)污系數(shù)分別為9.84、19.77、32.95 g·d-1·頭-1，TP產(chǎn)污系數(shù)分別為5.87、15.23、30.09 g·d-1·頭-1，大觀山養(yǎng)殖場TN產(chǎn)污系數(shù)略高于金愛養(yǎng)殖場，金愛養(yǎng)殖場TP產(chǎn)污系數(shù)遠高于大觀山養(yǎng)殖場。2家養(yǎng)殖場重金屬的產(chǎn)污系數(shù)相差不大，說明不同生豬養(yǎng)殖規(guī)模對TP的產(chǎn)污系數(shù)影響較大，而對TN和重金屬的產(chǎn)污系數(shù)影響較小。

生豬養(yǎng)殖； 苕溪流域； 產(chǎn)污系數(shù)

《第一次全國污染源普查公報》表明,農(nóng)業(yè)面源污染已經(jīng)成為我國的主要污染源[1],畜禽養(yǎng)殖業(yè)化學(xué)需氧量、總氮和總磷的年排放量分別占全國污染物排放總量的41.87%、21.67%和37.9%,是農(nóng)業(yè)面源污染的重要組成部分。近年來,我國學(xué)者從畜禽養(yǎng)殖業(yè)對環(huán)境的影響[2-3]、畜禽產(chǎn)排污量的核算[4-6]和畜禽養(yǎng)殖管理模式[7-8]等方面對畜禽養(yǎng)殖污染問題開展了研究,我國也在2009年發(fā)布了《第一次全國污染源普查畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》(以下稱污普系數(shù)),形成了以6個大區(qū)(東北、華北、華東、中南、西南、西北)為單位的畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)排污系數(shù)[9]。不同規(guī)模養(yǎng)殖場具備不同的養(yǎng)殖設(shè)施和養(yǎng)殖方式,生豬的產(chǎn)污特征亦不相同[10],但目前針對不同養(yǎng)殖規(guī)模生豬產(chǎn)污特性的研究還不多見。選取苕溪流域2家典型的不同養(yǎng)殖規(guī)模的生豬養(yǎng)殖場,探討2家養(yǎng)殖場不同養(yǎng)殖階段生豬養(yǎng)殖廢棄物中的污染物特性和產(chǎn)污系數(shù)特征,以期為苕溪流域生豬養(yǎng)殖業(yè)的污染治理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 監(jiān)測對象

苕溪流域內(nèi)生豬主要以不同程度的規(guī)模養(yǎng)殖為主,畜禽養(yǎng)殖小區(qū)和養(yǎng)殖專業(yè)戶較少。因此,選擇大觀山種豬育種有限公司和金愛畜牧養(yǎng)殖有限公司2家生豬養(yǎng)殖場作為典型,代表流域內(nèi)主要的養(yǎng)殖方式。大觀山養(yǎng)殖場是一家大型國有綜合性農(nóng)場,建有各類豬舍、年產(chǎn)1萬t飼料廠、實驗室、種豬性能測定站及污水處理設(shè)施等相關(guān)配套設(shè)施。生豬年出欄量達到36 000頭,采用機械化、標(biāo)準(zhǔn)化方式進行喂食,每天早上和中午各喂1次,根據(jù)生豬不同生長階段,通過管道自動定量投放干的精飼料,主要成分為固定配比的玉米、麩皮、大麥等,結(jié)構(gòu)相對比較穩(wěn)定,飲水采用的是自動飲水器供生豬直接飲用。養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的廢棄物采用機械化干清糞、厭氧+好氧污水處理方式,并設(shè)有氧化塘、人工濕地等,污染物削減率較高。金愛養(yǎng)殖場是一家以生豬養(yǎng)殖為主導(dǎo)的小規(guī)模畜禽養(yǎng)殖場,生豬年出欄量約500頭,喂食采用人工操作方式,每天早上和中午各喂1次,除保育豬用干的精飼料喂養(yǎng)外,其他階段主要喂食泔水、酒糟配麩皮、玉米等,配比由工人自主控制,食物結(jié)構(gòu)相對不穩(wěn)定,飲水采用自動飲水器。糞污處理主要采用干清糞模式,污水經(jīng)過沼氣池發(fā)酵,然后進入氧化塘氧化存儲后,用于農(nóng)田灌溉。除了正常的干清糞外,每隔數(shù)天對豬舍進行水沖清洗。

1.2 樣品采集

實驗過程中把生豬養(yǎng)殖期分為保育、育肥、妊娠3個養(yǎng)殖階段,生豬品種為二元豬,參考體重分別為25、70和250 kg。每家養(yǎng)殖場各養(yǎng)殖階段分別選取2欄,2家養(yǎng)殖場共計12欄(生豬總數(shù)約70頭)。采樣前對即將進行試驗的生豬進行5～7 d的預(yù)飼,保證生豬狀態(tài)的穩(wěn)定,每家養(yǎng)殖場采樣4 d。采樣過程中以24 h為周期分別收集每欄生豬的全部糞便和養(yǎng)殖污水,并稱重記錄。糞便收集由養(yǎng)殖工人正常清糞并放入對應(yīng)的糞便收集桶中,工人根據(jù)生豬產(chǎn)便情況每天清理1～5次,養(yǎng)殖污水則由鋪設(shè)的管道流入收集桶內(nèi),采樣過程不影響正常的養(yǎng)殖作業(yè)。每天采樣結(jié)束后將每欄生豬糞便混勻后取樣2份,每份不少于500 g,一份不進行預(yù)處理,用來測定含水率,另一份樣品按每100 g新鮮糞便加20 mL濃度為4.5 mol·L-1硫酸的方法進行預(yù)處理,使pH值小于2[11]。養(yǎng)殖污水現(xiàn)場混勻并測定pH值后取樣250 mL,并在樣品中按每100 mL加入4.5 mol·L-1硫酸2 mL和4滴甲苯進行預(yù)處理。所有樣品均放入保溫箱或冰箱中,4 ℃以下避光保存。

1.3 樣品分析

糞便測定指標(biāo):含水率,有機質(zhì)、全氮、全磷、銅、鋅、隔、鉻和鉛含量;尿液污水測定指標(biāo):pH值,COD,氨氮、總氮、總磷、銅、鋅、鉻和鉛含量。測定方法及標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

1.4 產(chǎn)污系數(shù)計算方法

產(chǎn)污系數(shù)的計算采用現(xiàn)階段普遍采用的方法[12-13],分別考慮尿液和糞便,以d為單位,計算單頭生豬不同飼養(yǎng)階段(妊娠、育肥、保育)糞尿中各種污染物產(chǎn)生量。產(chǎn)污系數(shù)計算公式為

FP,i,j,k=QF,i,j×CF,i,j,k+QU,i,j×CU,i,j,k。

(1)

式(1)中,i、j、k分別為動物種類、生產(chǎn)階段、污染物種類;FP,i,j,k為單位動物的產(chǎn)污系數(shù),mg·d-1;QF,i,j為單位動物糞產(chǎn)量,kg·d-1;CF,i,j,k為糞便中污染物濃度,mg·kg-1;QU,i,j為單位動物尿液產(chǎn)量,L·d-1;CU,i,j,k為尿液中污染物濃度,mg·L-1。

2 結(jié)果與分析

2.1 養(yǎng)殖污水與糞便產(chǎn)量特征

苕溪流域2家典型不同規(guī)模生豬養(yǎng)殖場的養(yǎng)殖污水及糞便產(chǎn)量如表2所示。生豬個體大小決定了單頭生豬養(yǎng)殖污水與糞便產(chǎn)生量的大小,2家養(yǎng)殖場的污水產(chǎn)量均為保育豬<育肥豬<妊娠豬,其平均污水產(chǎn)量分別為3.11、6.22和11.72 kg·d-1·頭-1。但金愛養(yǎng)殖場糞便產(chǎn)量出現(xiàn)育肥豬>妊娠豬的情況,這主要是因為金愛養(yǎng)殖場妊娠豬糞便的含水率相對較低。從不同養(yǎng)殖場來看,除2家養(yǎng)殖場保育豬的污水產(chǎn)量相差不大外,金愛養(yǎng)殖場單頭生豬養(yǎng)殖污水及糞便的日均產(chǎn)量均高于大觀山養(yǎng)殖場,這是由2家不同的喂養(yǎng)方式?jīng)Q定的:大觀山養(yǎng)殖場3個養(yǎng)殖階段生豬均采用固定配比的精飼料喂養(yǎng);金愛養(yǎng)殖場除保育豬用精飼料喂養(yǎng)外,其他2個養(yǎng)殖階段生豬的飼料均為經(jīng)過發(fā)酵后的泔水(來自附近的學(xué)校和飯店)、酒糟配麩皮、玉米等,采用濕法喂養(yǎng),飼料含水率較高,并且采用人工喂養(yǎng),投料方式相對粗獷,有部分未吃完的飼料殘渣混入糞便中,這可能是其養(yǎng)殖污水和糞便產(chǎn)量相對較高的主要原因。

表1糞、尿液和污水的測定指標(biāo)、測定方法和方法標(biāo)準(zhǔn)

Table1Indices,determinationmethodsandstandardsforthemethodsforanalysisoffeces,urineandwastewaterfromapigfarm

指標(biāo)測定方法方法標(biāo)準(zhǔn)號豬糞含水率復(fù)混肥料中游離水含量測定,真空烘箱法GB8576—88有機質(zhì)有機肥料(有機質(zhì)測定)NY525—2002全氮有機肥料(全氮含量測定)NY525—2002全磷有機肥料(全磷含量測定)NY525—2002銅、鋅等土壤銅、鋅含量的測定,火焰原子吸收分光光度法GB/T17138—1997尿液、污水pH值水體pH值的測定,玻璃電極法GB6920—86CODCr水體化學(xué)需氧量的測定,重鉻酸鹽法GB11914—89總氮堿性過硫酸鉀,紫外分光光度法GB11894—89總磷水體總磷含量的測定,鉬酸銨分光光度法GB11893—89銅、鋅等水體銅、鋅、鉛、鎘含量的測定,原子吸收分光光度法GB7475—87

表2不同生豬養(yǎng)殖場污水與糞便產(chǎn)量

Table2Variationofproductionofsewageandfecesrelativetofarms

地點污水/(kg·d-1·頭-1)糞便/(kg·d-1·頭-1)保育育肥妊娠保育育肥妊娠大觀山3.13±1.40a5.61±2.73b9.42±5.28b0.42±0.16b0.82±0.35b1.19±0.68b金愛 3.08±1.73a6.79±2.95a13.82±7.54a1.08±0.33a2.10±0.66a1.70±0.71a平均 3.11±1.546.22±2.8711.72±6.860.72±0.421.43±0.831.41±0.73

同一列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示2個養(yǎng)殖場同一類豬某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

2.2 養(yǎng)殖污水與糞便污染物特征

2.2.1污水污染物特征

表3顯示,2家養(yǎng)殖場生豬養(yǎng)殖污水的pH值相差不大,呈弱堿性,從不同養(yǎng)殖階段看,保育豬養(yǎng)殖污水pH值最低,金愛養(yǎng)殖場保育豬養(yǎng)殖污水平均pH值為7.83。大觀山養(yǎng)殖場養(yǎng)殖污水中COD和TN濃度高于金愛養(yǎng)殖場,這可能是因為2家養(yǎng)殖場采用養(yǎng)殖管理模式和污水產(chǎn)量不同導(dǎo)致污染物濃度發(fā)生變化。大觀山和金愛妊娠豬的污水日均產(chǎn)量分別為9.42和13.82 kg·d-1·頭-1,相應(yīng)的COD分別為6.24和3.99 g·L-1,較高的污水產(chǎn)量一定程度上稀釋了養(yǎng)殖污水中污染物濃度。但金愛養(yǎng)殖場養(yǎng)殖污水中TP濃度遠高于大觀山養(yǎng)殖場,其育肥豬養(yǎng)殖污水中ρ(TP)高達65.59 mg·L-1,而大觀山養(yǎng)殖場ρ(TP)僅為4.55 mg·L-1,這可能是因為金愛養(yǎng)殖場飼料中(泔水)P含量較高導(dǎo)致,金愛養(yǎng)殖場育肥豬泔水中w(TP)為15.36 g·kg-1,而大觀山養(yǎng)殖場育肥豬飼料中w(TP)只有3.80 g·kg-1。除了尿液外,金愛養(yǎng)殖場生豬在進食半液態(tài)泔水時,部分泔水灑落在豬舍內(nèi)并被收集,一定程度上也可能導(dǎo)致養(yǎng)殖污水TP含量升高。生豬養(yǎng)殖污水中重金屬以Zn濃度最高,Cu、Pb次之,Cd最低,Cr和As濃度較為接近。其中,Zn、Cu是重要的飼料添加劑,在生豬代謝過程中扮演著重要作用[14],2家養(yǎng)殖場不同養(yǎng)殖階段生豬養(yǎng)殖廢水中Zn和Cu濃度相近:均為保育、妊娠豬較高,育肥豬較低,但金愛養(yǎng)殖場不同養(yǎng)殖階段Zn和Cu濃度差異大于大觀山,例如,大觀山養(yǎng)殖場保育豬和育肥豬養(yǎng)殖污水ρ(Cu)平均值分別為75.78和51.51 μg·L-1,而金愛養(yǎng)殖場分別為122.22和14.24 μg·L-1,相差近9倍,這主要是因為2家養(yǎng)殖場飼料中Cu和Zn含量不同造成的。大觀山養(yǎng)殖場保育豬和育肥豬飼料中w(Cu)分別為189和41.8 mg·kg-1,而金愛養(yǎng)殖場分別為316和5.78 mg·kg-1。一般情況下,Pb、Cd、Cr和As不會用作飼料添加劑,又因為其本身濃度較低,生豬養(yǎng)殖場周邊各種環(huán)境因素對其影響較大,因此特征不明顯,2家養(yǎng)殖場之間亦無明顯差異。

表3不同養(yǎng)殖場污水污染物特征

Table3Propertiesofpollutantsinthewastewaterrelativetofarms

養(yǎng)殖場養(yǎng)殖階段pH值COD/(g·L-1)ρ(TN)/(g·L-1)ρ(TP)/(mg·L-1)ρ(Zn)/(mg·L-1)大觀山保育8.52±0.35a7.01±3.36a1.59±0.87a4.95±3.28b0.33±0.22a育肥8.95±0.22a6.69±3.58a2.11±0.96a4.55±2.48a0.26±0.26a妊娠9.21±0.19a6.24±4.62a2.64±2.09a20.11±26.33a0.28±0.26a金愛保育7.83±0.79a3.23±1.16b0.55±0.35b13.92±17.51a0.33±0.22a育肥8.97±0.24a6.38±2.80a1.94±0.86a65.95±38.01a0.07±0.03b妊娠8.93±0.22a3.99±2.01b1.31±0.69b20.89±23.07a0.16±0.17b養(yǎng)殖場養(yǎng)殖階段ρ(Cu)/(μg·L-1)ρ(Pb)/(μg·L-1)ρ(Cd)/(μg·L-1)ρ(Cr)/(μg·L-1)ρ(As)/(μg·L-1)大觀山保育75.78±53.95b66.74±69.28a1.55±1.38a1.89±1.83a2.04±3.24b育肥51.51±33.04a64.70±65.72a1.58±1.72a1.96±2.92b1.45±3.02b妊娠76.14±93.13b28.87±24.4a1.24±1.1a3.17±5.21a2.10±3.72a金愛保育122.22±118.33a71.41±56.45a0.86±1.31b0.91±1.14b2.39±4.33a育肥14.24±10.84b22.17±19.58b1.33±1.73a3.91±3.22a2.71±3.85a妊娠98.45±153.74a31.47±24.97a1.29±1.56a1.84±1.74b2.63±3.54a

同一列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示2個養(yǎng)殖場同一類豬某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

2.2.2污水中污染物構(gòu)成

生豬養(yǎng)殖業(yè)通過養(yǎng)殖污水與生豬糞便2種方式向外界排放污染物,在實際養(yǎng)殖操作過程中也是對其分別進行收集的。生豬糞便一般通過人工或者機械收集以便進行資源化利用,而養(yǎng)殖污水與部分未被收集的糞便則通過管道排入養(yǎng)殖場污水處理設(shè)備,處理后進入環(huán)境。因此,在養(yǎng)殖場污水處理環(huán)節(jié),養(yǎng)殖污水的處理是重中之重,研究產(chǎn)污系數(shù)中養(yǎng)殖污水的相對貢獻率對環(huán)境工程的設(shè)計有指導(dǎo)意義。經(jīng)過計算,苕溪流域生豬養(yǎng)殖業(yè)養(yǎng)殖污水中各污染物產(chǎn)量占總產(chǎn)量的比例如表4所示。

表4污水中污染物構(gòu)成分析

Table 4 Components of pollutants in the wastewater relatioe to fasms %

在該研究中,采樣操作與工人正常作業(yè)清理豬舍的時間、方式一致,養(yǎng)殖污水與生豬糞便的分離與養(yǎng)殖場實際操作過程一致,可以反映真實的污染物產(chǎn)生構(gòu)成情況。由表5可見,TN的養(yǎng)殖污水產(chǎn)污綜合占比最高,保育、育肥、妊娠的綜合占比分別為31.96%、51.33%、50.82%,而TP的占比則很低,3個養(yǎng)殖階段的綜合占比均不超過1%。養(yǎng)殖污水中重金屬產(chǎn)量相對于總產(chǎn)量的比例均很低,其中保育豬Cr的綜合占比最低,僅為0.04%,污水Pb和Cd占比則相對較高,基本都在5%以上,最高可達20%以上,這說明養(yǎng)殖污水的治理應(yīng)重點關(guān)注TN、Pb和Cd。2家養(yǎng)殖場產(chǎn)污系數(shù)的污水占比略有差別,大觀山TN污水占比高于金愛,而金愛污水TP占比高于大觀山,這是2家養(yǎng)殖場喂養(yǎng)和管理方式的不同造成的。從不同養(yǎng)殖階段看,生豬污水中污染物產(chǎn)量占總產(chǎn)污量的比例有明顯差異,保育期生豬TN、TP、Cu和Zn的污水產(chǎn)污量占比要低于其他2個養(yǎng)殖階段,而Pb和Cd的占比則相對較高,這可能與不同養(yǎng)殖階段生豬對重金屬元素的利用率和代謝過程有關(guān)。

2.2.3糞便特性

表5顯示，金愛養(yǎng)殖場生豬糞便中含水率與有機質(zhì)含量均高于大觀山,金愛糞便含水率相對較高是因為在樣品采集過程中,糞便會不同程度地被污水浸潤,浸潤程度與養(yǎng)殖方式和糞便收集方式有關(guān)。大觀山養(yǎng)殖場由專人負責(zé)糞便清掃,收集頻率高，每欄生豬數(shù)量較少,降低了糞便被踩踏的機會,糞便被收集時更為接近原始狀態(tài),含水率較低,大多在65%左右,最高不超過70%。而金愛養(yǎng)殖場喂養(yǎng)的是含水率很高的泔水,使得糞便本身含水率較高,且每欄保育豬和育肥豬數(shù)量較多,搶食過程亦導(dǎo)致污水大量混入糞便,其日?；顒舆M一步加劇了污水與糞便的混合,使得收集時糞便已經(jīng)被踩踏成泥漿狀,因此含水率遠高于大觀山,最高可達80.81%。而有機質(zhì)含量的差異則與養(yǎng)殖管理關(guān)系更大,大觀山養(yǎng)殖場針對不同生豬對營養(yǎng)成分的需求采取不同的飼料配方以提高經(jīng)濟效益,生豬對飼料中養(yǎng)分利用率更高。總體上看,大觀山養(yǎng)殖場生豬糞便中(干基)TN含量略高于金愛養(yǎng)殖場,而TP含量則相差不大。

表5不同養(yǎng)殖場糞便特性(干基)

Table5Propertiesofthepigfecesrelativetofarms(drybasis)

養(yǎng)殖場養(yǎng)殖階段含水率1)/%w(有機質(zhì))/%w(TN)/(g·kg-1)w(TP)/(g·kg-1)w(Cu)/(g·kg-1)大觀山保育66.71±2.52b0.61±0.03a34.66±7.40a28.72±8.19a0.72±0.25b育肥67.36±2.82a0.59±0.03a29.77±4.85a30.54±11.86a0.43±0.23a妊娠62.96±7.84a0.57±0.03a26.16±5.20a38.35±12.17a0.27±0.10b金愛 保育77.48±3.12a0.56±0.25a34.28±5.68a25.71±4.23a1.02±0.29a育肥77.57±3.63a0.71±0.26a20.99±4.29b32.75±11.83a0.12±0.26b妊娠61.91±6.30a0.56±0.22a21.14±2.72b36.65±5.68a0.34±0.30a養(yǎng)殖場養(yǎng)殖階段w(Zn)/(g·kg-1)w(Pb)/(mg·kg-1)w(Cd)/(mg·kg-1)w(Cr)/(mg·kg-1)w(As)/(mg·kg-1)大觀山保育3.63±2.49a6.97±1.66a0.34±0.10a60.23±34.94a0.44±0.65a育肥1.31±0.42a6.73±1.25a0.32±0.12a45.96±17.62a0.53±0.81a妊娠1.11±0.32a5.71±1.08a0.27±0.06a39.09±15.04a0.47±0.64a金愛 保育3.93±2.78a5.11±1.46b0.24±0.07b43.88±25.12b0.47±0.57a育肥0.22±0.17b4.17±1.85b0.24±0.09b17.30±4.18b0.28±0.39b妊娠0.77±0.71b4.63±1.81b0.31±0.18a20.25±8.77b0.46±0.66a

同一列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示2個養(yǎng)殖場同一類豬某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。1)指鮮糞含水率。

大觀山養(yǎng)殖場生豬糞便中重金屬含量亦略高于金愛養(yǎng)殖場。從不同養(yǎng)殖階段看,保育豬糞便中TN含量最高,妊娠豬最低,而妊娠豬糞便中TP含量最高,保育豬最低。2家養(yǎng)殖場保育豬糞便中Cu和Zn含量均高于其他2個養(yǎng)殖階段生豬,大觀山養(yǎng)殖場w(Cu)和w(Zn)分別為720和3 630 mg·kg-1,金愛養(yǎng)殖場分別為1 020和3 930 mg·kg-1,這是因為在生長階段前期,為了滿足快速增長發(fā)育的需求,在飼料中添加了高水平的Cu和Zn,Cu直接參與生豬膽固醇代謝、骨骼礦化和免疫調(diào)劑等代謝功能,Zn則可以促進生豬的快速增長和健康。保育豬飼料中Cu和Zn含量一般明顯高于其他養(yǎng)殖階段的飼料,并且因為生物富集作用,畜禽糞便重金屬能高出飼料數(shù)倍,且不同樣品間相差也很大。石艷平等[15]通過對27家規(guī)模生豬養(yǎng)殖場飼料和對應(yīng)糞便樣品重金屬含量進行分析,發(fā)現(xiàn)保育豬糞便w(Cu)和w(Zn)平均值最高,分別達628.60和3 834.60 mg·kg-1,且與飼料中重金屬含量呈很好的相關(guān)性,與該研究的結(jié)果一致。不同養(yǎng)殖階段生豬糞便中Pb、Cd、Cr和As含量差異不明顯。

2.3 產(chǎn)污系數(shù)分析

2.3.1不同養(yǎng)殖場產(chǎn)污系數(shù)特征

表6顯示，總體上，大觀山養(yǎng)殖場生豬TN產(chǎn)污系數(shù)比金愛養(yǎng)殖場高,但相差不大,金愛養(yǎng)殖場3個養(yǎng)殖階段生豬TN產(chǎn)污系數(shù)分別為大觀山養(yǎng)殖場的90.85%、94.49%和93.02%。而金愛養(yǎng)殖場TP產(chǎn)污系數(shù)則遠高于大觀山養(yǎng)殖場,同是采用精飼料喂養(yǎng)的保育豬產(chǎn)污系數(shù)為大觀山養(yǎng)殖場的1.5倍,使用泔水喂養(yǎng)的育肥豬和妊娠豬則達2倍左右,這說明采用泔水喂養(yǎng)會顯著提高生豬的TP產(chǎn)污量。雖然2個養(yǎng)殖場污水量以及TP濃度相差較大,但是由于糞便中TP絕對含量大,污水中TP污染物產(chǎn)生量占TP總產(chǎn)污量的比例小于1%,污染物主要來源于糞便。此外，不同的養(yǎng)殖管理模式亦對生豬TP產(chǎn)污系數(shù)有較大影響,對TN產(chǎn)污系數(shù)的影響則較小。從不同養(yǎng)殖階段看,TN和TP的產(chǎn)污系數(shù)均為妊娠>育肥>保育,TP各養(yǎng)殖階段產(chǎn)污系數(shù)的差異要大于TN,其中,妊娠豬的TP綜合產(chǎn)污系數(shù)是保育豬的4.6倍,而TN則為3.4倍,這可能是因為不同養(yǎng)殖階段生豬對N和P的利用效率不同。2家養(yǎng)殖場Cu和Zn的產(chǎn)污系數(shù)均以育肥期為較低,這是因為保育豬攝入Cu和Zn較多,而妊娠豬養(yǎng)殖廢物產(chǎn)生量較高。Pb、Cd、Cr和As在養(yǎng)殖污水與糞便中的含量差異不明顯,其產(chǎn)污系數(shù)更多地與生豬養(yǎng)殖廢物產(chǎn)量有關(guān),表現(xiàn)為妊娠>育肥>保育。

表6不同養(yǎng)殖場產(chǎn)污系數(shù)特征

Table6Pollutantsgenerationcoefficientsrelativetofarm

養(yǎng)殖場養(yǎng)殖階段TN/(g·d-1·頭-1)TP/(g·d-1·頭-1)Cu/(mg·d-1·頭-1)Zn/(mg·d-1·頭-1)Pb/(mg·d-1·頭-1)Cd/(mg·d-1·頭-1)Cr/(mg·d-1·頭-1)As/(mg·d-1·頭-1)大觀山保育8.94a3.91b94.40b539.82b1.27a0.04a12.30a0.17b育肥18.68a7.62b96.92a344.74a2.55a0.07a21.14a0.57a妊娠30.65a14.77b185.02a716.04a4.01b0.14b26.61a0.79a金愛保育9.84a5.87a196.02a970.34a1.12a0.03a10.34a0.23a育肥19.77a15.23a15.45b100.55b2.06a0.08a8.40b0.43b妊娠32.95a30.09a83.24a265.73b6.59a0.24a30.17a1.69a

同一列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示2個養(yǎng)殖場同一類豬某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

2.3.2與其他研究成果的比較

除了污普系數(shù)外,我國很多學(xué)者亦開展了生豬養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)排系數(shù)的測算及特征研究工作。目前，我國大多數(shù)研究僅探討了生豬養(yǎng)殖TN和TP的產(chǎn)污系數(shù),因此，亦選取TN和TP這2個產(chǎn)污系數(shù)指標(biāo)將該研究與其他研究成果進行橫向?qū)Ρ?。由?可見,不同研究成果之間差異明顯。對比其他研究成果,該研究中TN的產(chǎn)污系數(shù)與污普系數(shù)[9]與謝飛等[5]的研究成果相近,而汪開英等[16]的研究結(jié)果則略大一些;污普系數(shù)(華東)中TP的產(chǎn)污系數(shù)很小,這可能是因為華東地區(qū)幅員遼闊,其平均產(chǎn)污系數(shù)在較小區(qū)域的產(chǎn)污核算過程中代表性不佳,而該研究與其他2位學(xué)者的研究成果則很相近。這說明在一定區(qū)域范圍內(nèi)生豬養(yǎng)殖的產(chǎn)污系數(shù)具有較好的一致性,該研究的研究對象在苕溪流域具有典型性,可以反映流域內(nèi)典型生豬養(yǎng)殖產(chǎn)污的一般性特征。

表7該研究與其他研究成果的對比

Table7Comparisonofthefindingsofthisstudywiththoseoftheothers

地點TN產(chǎn)污系數(shù)/(g·d-1·頭-1)TP產(chǎn)污系數(shù)/(g·d-1·頭-1)保育育肥妊娠保育育肥妊娠來源華東11.3525.4039.601.443.21 5.11 仇煥廣等[8]常州15.0920.0432.487.9115.2524.64謝飛等[5]杭嘉湖平原11.2030.4449.614.6610.4020.93汪開英等[16]杭州苕溪流域9.2919.1531.674.6710.9321.58筆者研究

3 結(jié)論

(1)苕溪流域不同規(guī)模養(yǎng)殖場保育豬的污水產(chǎn)量相差不大,但規(guī)模較小的金愛養(yǎng)殖場育肥豬及妊娠豬單頭生豬養(yǎng)殖污水及糞便的日均產(chǎn)量均高于規(guī)模大的大觀山養(yǎng)殖場。

(2)規(guī)模較大養(yǎng)殖場生豬養(yǎng)殖污水和糞便中污染物含量大多高于較小規(guī)模養(yǎng)殖場,但小型養(yǎng)殖場由于使用泔水喂養(yǎng),養(yǎng)殖廢物中TP含量遠高于大觀山養(yǎng)殖場。Cu、Zn是生豬生長重要的添加劑,2種規(guī)模養(yǎng)殖場保育豬糞便中Cu和Zn含量均高于育肥豬和妊娠豬。不同養(yǎng)殖場養(yǎng)殖廢棄物中Pb、Cr、Cd和As含量無明顯差異。2個養(yǎng)殖場污水均以TN產(chǎn)污綜合占比為最高。

(3)較大規(guī)模的養(yǎng)殖場TN產(chǎn)污系數(shù)略高于較小規(guī)模養(yǎng)殖場,而較小規(guī)模養(yǎng)殖場TP產(chǎn)污系數(shù)遠高于較大規(guī)模養(yǎng)殖場,不同規(guī)模養(yǎng)殖場由于生豬喂養(yǎng)和管理方式不同,對TP的產(chǎn)污系數(shù)影響較大,對TN的產(chǎn)污系數(shù)影響較小。育肥豬Cu和Zn的產(chǎn)污系數(shù)低于其他2個養(yǎng)殖階段,Pb、Cd、Cr和As的產(chǎn)污系數(shù)總體趨勢為妊娠>育肥>保育。

[1] 石嫣,程存旺,朱藝,等.中國農(nóng)業(yè)源污染防治的制度創(chuàng)新與組織創(chuàng)新:兼析《第一次全國污染源普查公報》[J].農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與管理,2011(2):27-37.[SHI Yan,CHENG Chun-wang,ZHU Yi,etal.Institutional and Organizational Innovation on China Agricultural Non-Point Pollution Prevention:Analysis on the 1st National Survey of Pollution Sources Bulletin[J].Agricultural Economics and Management,2011(2):27-37.]

[2] 王方浩,馬文奇,竇爭霞,等.中國畜禽糞便產(chǎn)生量估算及環(huán)境效應(yīng)[J].中國環(huán)境科學(xué),2006,26(5):614-617.[WANG Fang-hao,MA Wen-qi,DOU Zheng-xia,etal.The Estimation of the Production Amount of Animal Manure and Its Environmental Effect in China[J].China Environmental Science,2006,26(5):614-617.]

[3] 陳蕾,王鄭,曹世瑋.畜禽養(yǎng)殖排放的雌激素對周邊水體環(huán)境的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2014,23(2):359-364.[CHEN Lei,WANG Zheng,CAO Shi-wei.Effects of Estrogens on Water Environment by Livestock Excretion[J].Ecology and Environmental Sciences,2014,23(2):359-364.]

[4] 楊飛,楊世琦,諸云強,等.中國近30年畜禽養(yǎng)殖量及其耕地氮污染負荷分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2013,29(5):1-11.[YANG Fei,YANG Shi-qi,ZHU Yun-qiang,etal.Analysis on Livestock and Poultry Production and Nitrogen Pollution Load of Cultivated Land During Last 30 Years in China[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2013,29(5):1-11.]

[5] 謝飛,曹磊,王震,等.江蘇省太湖地區(qū)畜禽業(yè)產(chǎn)排污測算[J].水土保持通報,2014,34(2):128-133.[XIE Fei,CAO Lei,WANG Zhen,etal.Estimation of Pollutant Production and Discharge From Livestock and Poultry Industries in Taihu Lake Region[J].Bulletin of Soil and Water Conservation,2014,34(2):128-133.]

[6] 馮倩,許小華,劉聚濤,等.鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)畜禽養(yǎng)殖污染負荷分析[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報,2014,30(2):162-166.[FENG Qian,XU Xiao-hua,LIU Ju-tao,etal.Pollution Load of Animal Breeding in Poyang Lake Ecological Economic Zone[J].Journal of Ecology and Rural Environment.,2014,30(2):162-166.]

[7] 吳根義,廖新俤,賀德春,等.我國畜禽養(yǎng)殖污染防治現(xiàn)狀及對策[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2014,33(7):1261-1264.[WU Gen-yi,LIAO Xin-di,HE De-chun,etal.Current Situation and Countermeasures of Livestock Industry Pollution Control in China[J].Journal of Agro-Environment Science,2014,33(7):1261-1264.]

[8] 仇煥廣,井月,廖紹攀,等.我國畜禽污染現(xiàn)狀與治理政策的有效性分析[J].中國環(huán)境科學(xué),2013,33(12):2268-2273.[QIU Huan-guang,JING Yue,LIAO Shao-pan,etal.Environmental Pollution of Livestock and the Effectiveness of Different Management Policies in China[J].China Environmental Science,2013,33(12):2268-2273.]

[9] 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所,環(huán)境保護部南京環(huán)境科學(xué)研究所.第一次全國污染源普查畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊[G].2007.[Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture,Nanjing Institute of Environmental Sciences.A Handbook of 1st National Survey of Pollution Discharge Coefficient of Livestock and Poultry Breeding Industry[G].2007.]

[10] 何志平,曾凱,李正確,等.不同養(yǎng)殖模式下生豬排污系數(shù)測定[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報,2010,23(3):897-902.[HE Zhi-ping,ZENG Kai,LI Zheng-que,etal.Determination of Pig Pollutants Discharge Coefficient in Different Culture Modes[J].Southwest China Journal of Agricultural Sciences,2010,23(3):897-902.]

[11] GB/T 25169—2010,畜禽糞便監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].[GB/T 25169-2010.Technical Specifications for Monitoring of Animal Manure[S].]

[12] 陳海媛,郭建斌,張寶貴,等.畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)污系數(shù)核算方法的確定[J].中國沼氣,2012,30(3):14-16.[CHEN Hai-yuan,GUO Jian-bin,ZHANG Bao-gui,etal.Pollutant Producing Coefficients in Animal Production[J].China Biogas,2012,30(3):14-16.]

[13] 蘇文幸.生豬養(yǎng)殖業(yè)主要污染源產(chǎn)排污量核算體系研究[D].長沙:湖南師范大學(xué),2012.[SU Wen-xin.Study on Accounting System of the Amount of Pollutants Producing and Pollutants Discharge in the Main Pollution Sources of Live Pig Farming Industry[D].Changsha:Hunan Normal University,2012.]

[14] 劉進遠,楊加豹,李斌,等.飼料中重金屬與生豬安全養(yǎng)殖[J].中國畜牧獸醫(yī)文摘,2015,31(5):3.[LIU Jin-yuan,YANG Jia-bao,LI Bin,etal.Heavy Metals in Feed and the Safety of Pig Breeding[J].Chinese Abstracts of Animal Husbandry and Veterinary Medicine,2015,31(5):3.]

[15] 石艷平,黃錦法,倪雄偉,等.嘉興市主要生豬規(guī)?；B(yǎng)殖飼料和糞便重金屬污染特征[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,56(9):1494-1497.[SHI Yan-ping,HUANG Jin-fa,NI Xiong-wei,etal.The Characteristics of Heavy Metal Pollution of Pig in Jiaxing Main Pig Scale[J].Journal of Zhejiang Agricultural Sciences,2015,56(9):1494-1497.]

[16] 汪開英,劉健,陳小霞,等.浙江省畜禽業(yè)產(chǎn)排污測算與土地承載力分析[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2009,20(12):3043-3048.[WANG Kai-ying,LIU Jian,CHEN Xiao-xia,etal.Pollutant Production and Discharge From Livestock and Poultry Industries and Land Carrying Capacity in Zhejiang Province[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2009,20(12):3043-3048.]

PollutionProductionCoefficientofPigFarmsTypicalofTiaoxiBasin.

CHEN Yu-dong1, ZHOU Hui-ping1, ZHUANG Li1,2, SU Liang-hu1, SUN Xu1, LIANG Kang-kang1, ZHANG Long-jiang1

(1.Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Nanjing 210042, China; 2.School of Environmental Science and Engineering, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China)

Livestock and poultry breeding farms different in scale vary in management mode, and in pollution generation characteristic, too. Studying their pollution generation characteristics relative to scale of the farm may help provide some scientific basis for rational regional waste utilization and pollution control. Two pig farms different in scale in Tiaoxi Basin were selected for the study, samples of wastewater and pig feces generated in these two pig farms were collected for analysis to characterize, pollutant contents in the wastewater and feces and pollution generation coefficient of the farms different in scale at different stages. Results show that the Jinai Farm (annually 500 pigs sent to the slaughterhouse) was higher than in the Daguanshan Farm (annually 36 000 pigs sent the slaughterhouse) in average daily production of breeding sewage and feces per pig; the Daguanshan Farm was higher than the Jinai Farm in pollution content (except for P) in the sewage and feces; the Jianai Farm was much too higher than the Daguanshan Farm in content of total phosphorus(TP) in the pig waste, which might result from the use of swill as feed, which was higher in TP. Pollution generation coefficient varied with pig breeding stage. In the Daguanshan Farm, generation coefficient reached 8.94, 18.68 and 30.65 g·d-1for TN and 3.91, 7.62 and 14.77 g·d-1for TP, respectively, at the stage of nursery, fattening and gestation in the Daguanshan Farm, and 9.84, 19.77 and 32.95 g·d-1for TN, and 5.87, 15.23 and 30.09 g·d-1for TP, respectively, at the Jinai Farm. Apparently, the Daguanshan Farm was slightly higher than the Jinai Farm in total nitrogen (TN) pollutant generation, but much lower in TP pollutant generation coefficient and the two farms were quite similar in heavy metal pollutants generation coefficient, which demonstrate that scale of a pig farm is a major factor affecting TP pollutant generation coefficient, but a minor one affecting TN and heavy metal pollutant generation coefficients.

pig breeding; Tiaoxi Basin; pollutant generation coefficient

2016-08-23

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2014ZX07101-012); 中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項(2016); 國家重點研發(fā)計劃(SQ2017YFD0801301,SQ2016YFNC060041)

① 通信作者E-mail: zlj@nies.org

X502； X830.7

A

1673-4831(2017)10-0943-07

10.11934/j.issn.1673-4831.2017.10.011

陳玉東(1984—),男,江蘇響水人,助理研究員,博士,主要研究方向為農(nóng)田磷素循環(huán)及農(nóng)村面源污染控制。E-mail: dongzi1225@sina.com

責(zé)任編輯： 陳 昕)