遵義市畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞便排放量估算及對(duì)環(huán)境的影響

張寶成，白艷芬，李憲碧，王加真

(遵義師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，貴州 遵義 563002)

近年來(lái)畜牧業(yè)快速發(fā)展[1]。畜牧生產(chǎn)中產(chǎn)生大量的糞尿，不但易滋生病原微生物[2]而且產(chǎn)生溫室氣體[3]，給環(huán)境造成很大壓力。在畜禽飼養(yǎng)中添加的銅和鋅等重金屬元素大部分會(huì)通過(guò)糞便的形式返回到環(huán)境中；畜禽糞尿中的氮磷等物質(zhì)進(jìn)入水體造成河流湖泊富營(yíng)養(yǎng)化，水體中溶解氧急劇下降，對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)造成很大威脅。如農(nóng)業(yè)污染對(duì)我國(guó)太湖污染的貢獻(xiàn)為59%，而畜牧業(yè)是產(chǎn)生農(nóng)業(yè)污染的主要來(lái)源。

遵義市位于黔北喀斯特區(qū)域，其生態(tài)環(huán)境敏感，穩(wěn)定性弱[4]，很容易受到外界環(huán)境干擾。該區(qū)域土壤淺薄吸附能力差，大于10 mm的降水呈增加趨勢(shì)，易把畜牧養(yǎng)殖產(chǎn)生的糞尿中富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、氮、磷和重金屬元素帶入水體，產(chǎn)生環(huán)境污染。本文對(duì)遵義市近16年來(lái)畜牧產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生的養(yǎng)殖廢棄物進(jìn)行估算，為黔北喀斯特區(qū)畜牧業(yè)治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

畜牧相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)源于遵義市2000～2015年統(tǒng)計(jì)年鑒[5]。計(jì)算時(shí)采用平均排放系數(shù)。

1.2 研究方法

遵義畜牧業(yè)中的主要畜禽為牛、豬、羊和雞，其他動(dòng)物驢和馬的數(shù)量不到畜牧業(yè)總動(dòng)物數(shù)量的1%，因此，本研究只考慮牛、豬、羊和雞這4種動(dòng)物的排泄量。

TG:排放量；Ai：第i種動(dòng)物的排放系數(shù)；Ni: 第i種動(dòng)物總數(shù)量。

遵義市畜禽養(yǎng)殖排泄糞尿中的污染物(總氮、總磷、氨氮、化學(xué)耗氧量[COD]、五日生化耗氧量[BOD5])參照相關(guān)文獻(xiàn)以及環(huán)保部發(fā)布的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算[2]，這些系數(shù)見(jiàn)表2。

污染物的計(jì)算：

Tp:總的污染物；Bi:為畜禽的糞尿相應(yīng)的排放系數(shù)；Ni:畜禽的相應(yīng)數(shù)量；M:為Bi畜禽的尿糞的鮮重。

目前缺乏畜禽動(dòng)物的排放標(biāo)準(zhǔn)，石建州等[2]系統(tǒng)總結(jié)了國(guó)內(nèi)關(guān)于畜禽糞便排放量對(duì)南陽(yáng)市畜牧業(yè)進(jìn)行了估算。因此，本研究參考其排放系數(shù)及其相關(guān)計(jì)算方法，這4種動(dòng)物的排放系數(shù)參考表1進(jìn)行計(jì)算[2]。禽類(lèi)的飼養(yǎng)期較短，通常是210 d，生豬的平均飼養(yǎng)周期按照199 d進(jìn)行計(jì)算，牛和羊的飼養(yǎng)時(shí)間較長(zhǎng)按照1年 (365 d計(jì)算) 進(jìn)行計(jì)算[2,6]。

表1 畜禽糞便日排泄系數(shù)Table 1 Daily excretion coefficient of livestock manure kg/(head·d)

2 結(jié)果與分析

2.1 畜禽糞便排泄物及COD 、BOD5 、NH3-N、TP和TN 變化

由圖1可知，遵義市養(yǎng)殖業(yè)在近16年來(lái)牛糞的排泄總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，平均值為1.33×109kg/a，變異系數(shù)為31.84%。羊和豬的糞便排泄量先增加后降低、然后是小幅度增加-降低-增加的變化趨勢(shì)，平均值分別為2.58×108kg/a和2.99×108kg/a，變異系數(shù)分別為31.00%和20.55%。雞的排泄物呈現(xiàn)增加-降低-增加的變化趨勢(shì)，平均值為1.31×109kg/a，變異系數(shù)為16.17%。

表2 畜禽糞便中污染物的平均含量Table 2 Pollutant concentrations of livestock and poultry manure excretion kg/t

表3 畜禽糞便及排泄物中重金屬元素含量Table 3 Content of heavy metals in livestock manure mg/kg

遵義市畜禽污染物排放量見(jiàn)表4。畜禽排泄物中COD排放量為14.25×107kg/a，其中牛的排放占總排放量45.26%，位居第一，豬排泄占總排放量37.54%，雞排放量占總排放量16.35%，羊糞COD較少為0.12×107kg/a。BOD5的排放總量為9.89×107kg/a，牛的排放量最大，為總排放量的58.64%；其次是豬45.10%，雞和羊的排泄物BOD5較少僅占5.16%和1.12%。

氨氮的排放總量為9.97×106kg/a，其中豬產(chǎn)生的氨氮最大為總排放量的57.87%，其次是牛占36.31%，較小的是羊和雞分別占2.11%和3.71%。

總磷的排放量為7.82×106kg/a，豬的排放量最大占總排放量的42.32%，其次是牛的排放量占39.39%，雞和羊的排放量分別占總排放量的9.72%和8.57%?？偟呐欧帕繛?3.14×106kg/a，其中牛產(chǎn)生的總氨氮位居第一，占總氮的69.63%；其次是豬占29.26%；羊和雞產(chǎn)生的氨氮分別占3.63%和2.56%。

圖1 2000～2015年遵義市畜禽糞便及排泄物變化趨勢(shì)圖Fig.1 Changes of livestock and poultry dung and excreta inZunyi during the study period from 2000 to 2015

2.2 畜禽糞便排泄物中重金屬元素的量

遵義市畜禽重金屬平均污染物的排放量如表5所示?？偟膩?lái)講，牛、豬、雞和羊?qū)︿\、銅、鉻、鉛、鎘、鎳、砷和汞的貢獻(xiàn)分別在25%～72%、12%～65%、4%～43%和1%～40%間波動(dòng)，對(duì)不同元素的貢獻(xiàn)有所差異。

表4 2000～2015年遵義市畜禽污染物排放量Table 4 Emission of livestock and poultry pollutants in Zunyi during 2000 to 2015 kg/a

表5 遵義市畜禽重金屬污染物平均排放量Table 5 Emission of heavy metal pollutants in livestock and poultry pollutants in Zunyi kg/a

3 討 論

遵義市養(yǎng)殖企業(yè)通過(guò)環(huán)評(píng)的僅占36.80%，建成污染處理設(shè)施的為58.40%。而遵義市畜禽養(yǎng)殖排泄物中產(chǎn)生的COD排放量為14.25×107kg/a。可見(jiàn)，遵義的畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的環(huán)境污染很?chē)?yán)重。遵義位于長(zhǎng)江源頭，河流密度較高0.3 km/km2，有烏江、綦江和赤水河水系，每公里產(chǎn)水量為58×104m3。水域很容易受到污染，如2014年度貴州省環(huán)境狀況公報(bào)指出烏江水系呈中度污染，污染物主要是COD、總磷和氨氮，劣于Ⅴ類(lèi)水質(zhì)占22.6%、Ⅴ類(lèi)水質(zhì)占3.2%、Ⅳ類(lèi)水質(zhì)占9.7%；湖庫(kù)水質(zhì)呈現(xiàn)一定程度污染，Ⅳ類(lèi)水質(zhì)占32%，Ⅴ類(lèi)水質(zhì)占4%，主要不達(dá)標(biāo)項(xiàng)目為COD、總磷和BOD5。遵義是貴州省的重要畜禽養(yǎng)殖區(qū)之一，遵義養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的COD和氨氮分別占全省的40.14%和10.73%[9]。

畜禽養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)是影響?zhàn)B殖排泄物的重要因素。畜禽養(yǎng)殖中畜禽種類(lèi)常受到消費(fèi)市場(chǎng)和外界市場(chǎng)的影響，從而對(duì)畜禽養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。如2006年爆發(fā)的禽流感[7]影響到2007的家禽數(shù)量，因此畜禽糞便在研究期間的值最低(圖1)。在豬肉價(jià)格波動(dòng)較大的2004～2008年中[8]，遵義市生豬飼養(yǎng)數(shù)量隨之波動(dòng)，造成養(yǎng)豬的糞便污染物的巨大波動(dòng)，在2007年成為研究期間的最低點(diǎn)?？偟膩?lái)講遵義市羊的數(shù)量較少其糞便污染物量最小，而牛和豬的排泄物對(duì)環(huán)境的影響較大。

遵義市畜牧業(yè)產(chǎn)生的COD排放量較大，而具備處理的養(yǎng)殖企業(yè)僅占58.40%，這意味著每年將有近5.93×107kg的COD進(jìn)入到環(huán)境中。有研究表明，遵義市地下水質(zhì)監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)17.4%的水質(zhì)呈現(xiàn)逐漸變差趨勢(shì)[10]。研究區(qū)位于巖溶發(fā)育區(qū)，土壤侵蝕速度是巖石分化為土壤的56～129倍[11]，而且土壤中缺乏形成土壤團(tuán)聚體的粘粒。該區(qū)域大于10 mm降水呈增加趨勢(shì)[12]，這有利于分散土壤隨地表徑流流失。與其他非喀斯特區(qū)域相比，喀斯特區(qū)不利于土壤對(duì)畜牧養(yǎng)殖排放的污染物中氮、磷和BOD5以及COD的吸附作用，很容易進(jìn)入水體造成水體污染。這與先前報(bào)道的喀斯特區(qū)三叉河流域在枯水季水質(zhì)污染嚴(yán)重，主要是農(nóng)業(yè)造成水體中總氮、化學(xué)需氧和總磷增加產(chǎn)生富營(yíng)養(yǎng)化[13]。

畜牧業(yè)排泄金屬元素多為水溶態(tài)，很容易隨著進(jìn)入地表和地下水體。研究表明遵義市城郊發(fā)現(xiàn)，在豐水期通過(guò)飲用地下水患癌癥人為萬(wàn)分之1.50～3.52，主要是由于地下水受重金屬鉻、銅和鋅污染[14]。如對(duì)遵義市赤水河的研究表明，多種重金屬對(duì)該水體造成一定污染，主要污染重金屬為Cu、Cd、Cr、Pb、As和Hg，主要受城市化和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等[15]。

4 建 議

綜上所述，遵義市地質(zhì)環(huán)境特殊土壤淺薄，生態(tài)環(huán)境承載能力較弱，容易受外界環(huán)境的影響。畜牧業(yè)生產(chǎn)易對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成污染，希望引起當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)管理部門(mén)重視，合理規(guī)劃發(fā)展，促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)穩(wěn)步發(fā)展、促進(jìn)畜牧業(yè)發(fā)展中排污健康有序發(fā)展，減少或者杜絕任意排放等通過(guò)淋濾作用進(jìn)入地下水、河流或者湖泊水庫(kù)造成污染。為環(huán)境保護(hù)和防治污染提供科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 肖禮華．應(yīng)用灰色系統(tǒng)預(yù)測(cè)遵義市畜牧業(yè)發(fā)展趨勢(shì)[J]．貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，35(4)：81-83．

[2] 石建州，周索，趙金兵，等．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)[J]．家畜生態(tài)學(xué)報(bào)，2014，35(12)：76-81．

[3] 張寶成，白艷芬．遵義市畜牧業(yè)發(fā)展與溫室氣體排放研究[J]．黑龍江畜牧獸醫(yī)，2016(16)：78-80．

[4] 張寶成，彭艷，藏靈飛，等．入侵植物喜旱蓮子草在黔北喀斯特不同生境中可塑性研究[J]．廣西植物，2017，37(6)：702-706．

[5] 遵義市統(tǒng)計(jì)局，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局遵義調(diào)查隊(duì).遵義市統(tǒng)計(jì)年鑒[J].北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社, 2016:210-280.

[6] 張?zhí)铮访罇|，耿維．中國(guó)畜禽糞便污染現(xiàn)狀及產(chǎn)沼氣潛力[J]．生態(tài)學(xué)雜志，2012，31(5)：1 241-1 249．

[7] 黃澤穎，王濟(jì)民．2004-2014年我國(guó)禽流感發(fā)生狀況與特征分析[J]．廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，42(4)：93-98．

[8] HE Xiaoye, LI Jianke, ZHAO Wei, et al. Chemical fingerprint analysis for quality control and identification of Ziyang green tea by HPLC[J]. Food Chemistry, 2015, 171:405-411.

[9] 秦仕華，張崇玉，白家云．貴州省畜禽養(yǎng)殖業(yè)現(xiàn)狀及其污染防治對(duì)策[J]．貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42(4)：157-161．

[10] 肖欣，陳淼，吳永貴．遵義市主城區(qū)地下水水化學(xué)特征及水質(zhì)的時(shí)空變化[J]．桂林理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，35(1)：142-146．

[11] 曹建華，袁道先，潘根興．巖溶生態(tài)系統(tǒng)中的土壤[J]．地球科學(xué)進(jìn)展，2003，18(1)：37-44．

[12] 曾慶雨，白艷芬．喀斯特森林城市遵義55年不同強(qiáng)度降水特征[J]．遵義師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，18(1)：99-103．

[13] 吳旌滔，安艷玲，吳起鑫，等．貴州三岔河水質(zhì)時(shí)空分布特征與評(píng)價(jià)[J]．環(huán)境與健康雜志，2016，33(3)：229-231．

[14] 王鐵軍，查學(xué)芳，熊威娜，等．貴州遵義高坪水源地巖溶地下水重金屬污染健康風(fēng)險(xiǎn)初步評(píng)價(jià)[J]．環(huán)境科學(xué)研究，2008，21(1)：46-50．

[15] 油秋平，支崇遠(yuǎn)，王璐，等．赤水河中重金屬含量及污染評(píng)價(jià)[J]．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41(8)：3 628-3 629,3 640．