畜禽養(yǎng)殖環(huán)境效應(yīng)分析及其影響因素研究
——以蘭州市為例

王星元，李 浩

(甘肅蘭州市七里河區(qū)動物疫病預防控制中心，甘肅 蘭州 730050)

0 引言

隨著近年來甘肅省及蘭州市一系列針對養(yǎng)殖業(yè)的扶貧開發(fā)項目的落地,當?shù)匦笄蒺B(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)井噴式的發(fā)展，數(shù)量規(guī)模和經(jīng)濟效益都有了明顯提高。截止2014年底畜牧業(yè)總產(chǎn)值為117 287.28萬元，相較于2010年末的80 537.73萬元增加約45.63%[1]。與此同時大量產(chǎn)生的畜禽養(yǎng)殖糞便造成的環(huán)境問題也不容忽視。大多數(shù)的畜禽糞便缺少有效的處理措施，未經(jīng)處理直接進入土壤水體等外界環(huán)境，而畜禽糞便中含有大量的有機質(zhì)和氮、磷等物質(zhì),即是肥沃土地的優(yōu)質(zhì)有機肥源，也是可以作為飼料的營養(yǎng)物質(zhì),但是流失進入環(huán)境后會造成嚴重的環(huán)境污染。因此如何將畜禽養(yǎng)殖中產(chǎn)生的糞便等廢棄物進行綜合利用,降低或消除其對當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的影響已經(jīng)顯得迫在眉睫。而解決好畜禽糞便污染問題對當?shù)匕l(fā)展環(huán)境友好型生態(tài)畜牧業(yè)大有裨益并為當?shù)卣臎Q策提供參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

本文以蘭州市為例，以年度為單位，統(tǒng)計2010～2014年度豬、牛、羊、家禽等的糞便排放量，主要依據(jù)為2010-2015年度蘭州市統(tǒng)計年鑒農(nóng)業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)中主要畜禽的數(shù)量，從養(yǎng)殖環(huán)境及生產(chǎn)管理情況、飼喂程度、飼養(yǎng)周期、單頭日排放量、糞尿排放及處理情況等幾個方面對蘭州市內(nèi)扶貧養(yǎng)殖項目及幾家大型飼養(yǎng)場進行統(tǒng)計，并將近幾年國內(nèi)外研究的畜禽糞尿排放參數(shù)做為參考。

2 蓄禽糞便污染情況分析

2.1 畜禽養(yǎng)殖情況

豬、牛、羊、家禽等是當?shù)刂饕B(yǎng)殖的畜禽種類，根據(jù)蘭州市統(tǒng)計年鑒及相關(guān)資料顯示蘭州市2014年豬存欄量為37.2萬頭、牛存欄量為5.01 萬頭、羊存欄量為 67.3萬只、家禽存欄量為261.28萬只，豬、牛、羊、家禽出欄分別為36.18萬頭、0.82萬頭、28.68萬只和248.74萬只，存欄量較2010年分別增長了11.31%，3%、8.17%、29.97%，豬、牛、羊和家禽出欄分別較2010年增長了8.58%，36.67%、14.81%，和39.23%?？傮w畜禽飼養(yǎng)量成上升趨勢。(詳見表1)

表1 蘭州市畜禽飼養(yǎng)量

2.2 畜禽飼養(yǎng)期的估算

參考國內(nèi)外資料確定存欄頭數(shù)的飼養(yǎng)期按全年(365 d)計算，不同畜禽種類出欄：生豬平均出欄為155 d，肉牛平均飼養(yǎng)期為160 d，家禽主要以肉雞當年出欄為主，估算中可以肉雞為參考飼養(yǎng)周期平均出欄為50 d，肉羊出欄期約為183 d。

2.3 畜禽糞尿產(chǎn)量的估算

2.3.1 畜禽糞尿日產(chǎn)量的估算 由于不同種類的動物在其不同品種間，不同飼養(yǎng)周期的時間段，以及各飼養(yǎng)周期內(nèi)飼喂水平及飼養(yǎng)管理程度的高低不同，導致畜禽排泄糞便的量及糞便中有機物質(zhì)含量有顯著差異，因此本研究參照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)手冊中西北地區(qū)的數(shù)據(jù)。另參考蘭州市的實際情況，并進行充分校核的原則，確定各類畜禽日產(chǎn)糞尿量。(詳見表2)

表2 蘭州畜禽糞便日排放量 g/(頭·d)

2.3.2 畜禽糞尿年產(chǎn)量的估算 年產(chǎn)糞量(t/a)=個體日產(chǎn)糞量(kg/d×頭)×飼養(yǎng)期(d)×飼養(yǎng)數(shù)(頭、只)×10-3=個體日產(chǎn)糞量(kg/d×頭)×飼養(yǎng)期(d)×出欄量(頭、只)×10-3+個體日產(chǎn)糞量(kg/d×頭)×飼養(yǎng)期(d)×存欄量(頭、只)×10-3

年產(chǎn)尿量(t/a)=個體日產(chǎn)尿量(kg/d×頭)×飼養(yǎng)期(d)×飼養(yǎng)數(shù)(頭、只)×10-3=個體日產(chǎn)尿量(kg/d×頭)×飼養(yǎng)期(d)×出欄量(頭、只)×10-3+個體日產(chǎn)尿量(kg/d×頭)×飼養(yǎng)期(d)×存欄量(頭、只)×10

2.4 畜禽糞尿中污染成分的估算

畜禽糞便排泄物中對周圍生態(tài)環(huán)境造成影響的物質(zhì)除了部分有機物，主要是含有大量的氮、磷、鉀等元素。畜禽糞尿中有機質(zhì)、氮、磷、鉀的含量，據(jù)一些研究顯示基本保持穩(wěn)定，通過對國內(nèi)外多人在此方面的研究進行對比，畜禽排泄物中有機質(zhì)、氮、磷、鉀含量雖然一直處于動態(tài)變化之中，但是選取比較長的一段時間來觀察其中的含量均保持穩(wěn)定。以國內(nèi)外分析測試成分為依據(jù)[2-3]，據(jù)此確定蘭州市糞尿中的各成份比例。(詳見表3)

表3 蘭州市畜禽糞便成分

2.5 畜禽糞尿污染物負荷

由于現(xiàn)代種植業(yè)中采用化肥代替以畜禽糞便等有機物為主的農(nóng)家肥越來越普遍，畜禽養(yǎng)殖數(shù)量的不斷增長，而畜禽產(chǎn)生的排泄物也越來越多，土地對其的利用卻越來越少，其對環(huán)境產(chǎn)生的負面影響也越來越大。這里必須提到一個概念，即畜禽糞尿的土地負荷，它是指單位公頃的耕地能夠分解接受畜禽糞便的量(通常以豬糞當量計算)，其計算公式[4-6]：

其中 q―畜禽糞便以豬糞當量計的負荷量(t/hm2·年)

Q―各類畜禽糞尿相當豬糞總量(t/年)

S―有效耕地面積(hm2)

X—各類畜禽糞尿量(t/年)

T—各類畜禽糞尿換算成豬糞當量的換算系數(shù)(詳見表4)

表4 各種畜禽糞便豬糞當量換算系數(shù)[7]

3 結(jié)果與分析

3.1 蘭州市畜禽養(yǎng)殖情況分析

對蘭州市2010～2014年度豬、牛、羊、家禽等主要畜禽種類排泄的糞尿總量進行了分析和統(tǒng)計計算(詳見表5)，根據(jù)計算結(jié)果可知，2014 年蘭州市畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞尿產(chǎn)生量218.859 00 萬t，相較2010 年蘭州市畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞尿產(chǎn)生量200.153 70 萬t， 5年間畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞尿產(chǎn)生量增長了9.35%，分項來看5年間豬糞(尿)增長了8.29%，牛糞(尿)增長了4.81%，羊糞(尿)增長了11.91%，禽糞增長了30.98% ?？v觀2010-2014年度這主要是因為畜禽排放糞尿的多少除了與動物的固有屬性如：種屬類別、公母、生長的不同階段、飼料的品質(zhì)優(yōu)略、氣候條件等因素有關(guān)，還與畜禽養(yǎng)殖量、單頭日排放量和飼養(yǎng)期有關(guān)[8]，從絕對值來看，糞尿產(chǎn)生量的前三位是牛、羊、豬，主要是由于它們飼養(yǎng)周期較長，單頭日排放量比較多，值得注意的是，從增長率可以明顯看出禽糞的增長率排在第一位，羊糞(尿)增長率排在第二位，并且均高于畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞尿產(chǎn)生量的平均增長率。顯示出蘭州市幾年間大力發(fā)展扶貧養(yǎng)殖業(yè)，著力扶持養(yǎng)羊與家禽飼養(yǎng)已初見成效，與此同時羊糞(尿)與禽糞的污染已經(jīng)不容忽視，今后治理畜禽糞尿的污染工作中除了以豬、牛糞尿為治理重點外，還應(yīng)加強羊糞(尿)與禽糞的治理。

表5 蘭州市2010-2014年畜禽糞便排放量

3.2 蘭州市畜禽養(yǎng)殖糞尿污染成分分析

蘭州市2014年畜禽糞尿中的有機質(zhì)、總氮、磷、鉀排放總量分別為2 745.403萬t，146.916 1萬t，68.415 2萬t和134.068 3萬t(詳見表6)；較2010年畜禽糞尿中的有機質(zhì)、總氮、磷、鉀排放總量分別增加了8.99%，11.08%，11.17%和10.18%，有研究顯示，畜禽糞便中約30%極易溶解進入水體[9]，照此推算僅2014年，進入水體的有機質(zhì)達到823.620 9萬t，總氮44.074 83萬t，磷20.524 56萬t，鉀40.220 49萬t，畜禽糞便中的有機質(zhì)滲入水體后，使水體富營養(yǎng)化，糞便中含有的氮磷鉀等已經(jīng)成為農(nóng)村面源污染物中的主要成分，隨著進入土壤水體和大氣中畜禽廢棄物的增多，對整體環(huán)境的影響也在逐漸增大。

表6 蘭州市2010～2014年畜禽糞便污染物產(chǎn)生量

3.3 蘭州市畜禽糞尿污染物負荷分析

蘭州市2010年年末耕地面積為314.22萬畝(209 480公頃)，2011年年末耕地面積為314.01萬畝(209 340公頃)，2012年年末耕地面積為314.44萬畝(209 626.67公頃)，2013年年末耕地面積為313.79萬畝(209 193.33)，2014年年末耕地面積為310.40萬畝(206 933.33公頃)。參考一些學者的研究顯示，平均每公頃耕地能夠承受畜禽糞便(q)最大負荷約在30～45 t，超出這一范圍則會對周邊生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響[10]，例如土地富營養(yǎng)化等。從環(huán)境風險與農(nóng)作物種植兩方面角度綜合考慮，蘭州市主要農(nóng)作物為糧食、蔬菜和部分經(jīng)濟作物，將農(nóng)田最大適宜施糞肥用量定為45 t/hm2，根據(jù)沈根祥等的研究[11]，以畜禽糞便豬糞當量負荷q(詳見表7)，與農(nóng)田最大適宜施糞肥用量P的比值(r)來衡量，r<0.4時，畜禽糞便負荷量可被當?shù)剞r(nóng)田環(huán)境完全承受，對環(huán)境不構(gòu)成威脅；當r逐漸增大時，對環(huán)境造成污染的威脅性將逐漸變大。通過計算得知，2010～2014年間的r值為別為0.23，024，0.24，0.25和0.26，均小于0.4，表明畜禽糞便負荷量暫時可以被當?shù)剞r(nóng)田環(huán)境所接納，不會造成污染。

表7 2010-2014 年蘭州市畜禽糞便負荷量

4 結(jié)論與討論

根據(jù)上文實驗數(shù)據(jù)，本文得出結(jié)論，蘭州市五年間畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞尿產(chǎn)生量平均增長了9.35%。其中，羊糞(尿)增長了11.91%，禽糞增長了30.98%，這兩項實驗數(shù)據(jù)均高于平均增長率。這說明在治理畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞尿污染時應(yīng)加強對羊糞(尿)與禽糞的治理。此外，畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞尿在這五年間共產(chǎn)生有機質(zhì)為12 950.76 t×104，總氮為687.684 1 t×104，磷為320.775 4 t×104，鉀為629.756 3 t×104，而這五年間蘭州市畜禽糞便負荷量q處在10-12 t/ hm2·a范圍之間，且r值為別為0.23，024，0.24，0.25和0.26，均小于0.4，這表明畜禽糞便負荷暫時可以被當?shù)剞r(nóng)田環(huán)境所接納，還未對當?shù)丨h(huán)境造成污染。但是，在蘭州大力發(fā)展草食畜牧業(yè)與家禽養(yǎng)殖的背景之下，畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的廢棄物也明顯增多。雖然這些廢棄物對農(nóng)業(yè)面源污染造成威脅，但是其中所含有的氮、磷、鉀養(yǎng)分施用于農(nóng)田之后將有助于改良土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤有機質(zhì)含量、促進農(nóng)作物增產(chǎn)。然而，這些畜禽糞便，即畜禽有機肥這一傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的寶貴資源卻為化肥所取代，不再作為農(nóng)家肥大量施用，并逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槲廴疚镔|(zhì)，使得養(yǎng)殖場周邊基本農(nóng)田的糞便負荷越發(fā)沉重。

本論文研究對象蘭州市是甘肅省的省會城市，作為中國西部地區(qū)的代表，對其畜禽污染物的研究可視為中國西部地區(qū)畜禽污染問題的重要參考，且將本論文研究數(shù)據(jù)與近幾年國內(nèi)研究者對畜禽養(yǎng)殖環(huán)境污染效應(yīng)所做的分析進行對比研究有助于我們進一步了解中國西部地區(qū)畜禽污染發(fā)展趨勢。通過對比分析我們發(fā)現(xiàn)，根據(jù)林源[12]等和耿偉等[13]針對全國范圍內(nèi)畜禽糞尿產(chǎn)生量進行的估算，以及朱建春[14]等通過分析畜禽糞便污染成分進行的推論，均推定得出結(jié)論，認為西北甘肅等地養(yǎng)殖規(guī)模還有擴大空間，畜禽糞便污染未超出當?shù)赝寥莱休d量。雖然本論文實驗數(shù)據(jù)中所涉及的蘭州市畜禽糞便負荷量未超出當?shù)剞r(nóng)田環(huán)境接納量這一結(jié)論與上述研究推論結(jié)果相一致，但是本論文表5中的研究數(shù)據(jù)表明從2010年到2014年五年期間蘭州市畜禽糞便排放量已呈現(xiàn)明顯增長的趨勢。此外，潘喻春[15]，彭錦星[16]，彭里[17]，吳飛龍[18]， 景棟林[19]等學者通過研究發(fā)現(xiàn)從京津地區(qū)到長江流域再到沿海地區(qū)，中東部一些發(fā)達城市的畜禽養(yǎng)殖環(huán)境污染效應(yīng)已經(jīng)明顯顯現(xiàn)。而與中東部地區(qū)對比，西部地區(qū)特別是甘肅等地的同類型研究較少，但是西部地區(qū)畜禽養(yǎng)殖業(yè)及其環(huán)境面臨同樣的畜禽糞便污染量持續(xù)增長的問題。本論文表7中的研究數(shù)據(jù)表明從2010年到2014年五年期間蘭州市畜禽糞便負荷量呈現(xiàn)明顯增長趨勢。該數(shù)據(jù)分析結(jié)果也印證了西部地區(qū)正面臨畜禽廢棄物污染問題的推定。在這種情況下，地處西部黃河流域的蘭州市如何處理未來可能逐步增加的畜禽糞便量，如何變廢為寶，當?shù)仞B(yǎng)殖業(yè)如何保持健康、綠色的發(fā)展仍是不容我們忽視和值得思考的問題。

鑒于此，筆者有幾點建議。首先，相關(guān)職能部門應(yīng)針對污染物處理,進一步健全污染防治立法，并加大財政對防污設(shè)施、畜禽糞便資源化設(shè)備的投入力度和補貼，強化對養(yǎng)殖戶的培訓工作。其次，通過高溫烘干制作肥料、直接還田、沼氣發(fā)酵、糞便飼料化以及堆肥處理等多種技術(shù)，加大推進畜禽糞便資源化利用，并根據(jù)土地的承納容量，確定養(yǎng)殖規(guī)模，以確保土地對養(yǎng)殖場產(chǎn)生的廢物有最夠的消納能力。合理再利用畜禽養(yǎng)殖所產(chǎn)生的廢物，將其作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，并反哺于畜禽養(yǎng)殖業(yè)。此舉既可從源頭有效控制面源污染，又有利于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)部良性循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展，同時為當?shù)剞r(nóng)牧民創(chuàng)收做出貢獻。