四川省畜禽糞污肥料化利用環(huán)境影響評(píng)估

許文志，朱永群，王 謝，王 宏，林超文

(四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，四川 成都 610066)

【研究意義】近年來，隨著中國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的飛速發(fā)展，大量養(yǎng)殖糞污處理不當(dāng)或缺乏處理，由此產(chǎn)生的環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】中國農(nóng)業(yè)源的污染物排放量已經(jīng)超過工業(yè)和生活源，成為污染源之首[1-3]。在農(nóng)業(yè)源中，畜禽養(yǎng)殖源排放總氮102萬t，總磷16萬t，化學(xué)需氧量1268萬t，又成為農(nóng)業(yè)源的主要排放源[4]，大量的養(yǎng)殖糞污如果處理利用不當(dāng)，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的威脅。【本研究切入點(diǎn)】為進(jìn)一步明確畜禽糞污肥料化利用的效果及其對(duì)環(huán)境的影響，筆者就四川省13個(gè)典型養(yǎng)殖縣具有代表性的養(yǎng)殖場進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)研，重點(diǎn)就沼渣、沼液、土壤及部分作物的養(yǎng)分及重金屬含量進(jìn)行了抽樣檢測。【擬解決的關(guān)鍵問題】以期初步摸清省內(nèi)養(yǎng)殖企業(yè)的糞污處理利用現(xiàn)狀，找出潛在問題，并提出相應(yīng)的整改意見。

1 調(diào)研報(bào)告

1.1 抽樣及調(diào)查問卷基本情況

本研究共計(jì)對(duì)13個(gè)典型縣(市、區(qū))的26個(gè)典型養(yǎng)殖場進(jìn)行了系統(tǒng)的問卷調(diào)查及抽樣檢測。調(diào)研的26個(gè)典型養(yǎng)殖場中，生豬養(yǎng)殖場23個(gè)、奶牛養(yǎng)殖場2個(gè)、肉牛養(yǎng)殖場1個(gè)，符合四川省畜禽養(yǎng)殖以生豬為主的實(shí)際情況，樣本具有一定的代表性。問卷調(diào)查的內(nèi)容主要包括養(yǎng)殖場基本情況、投入品情況、糞污清理方式、沼渣沼液單日排放量、種植基地情況以及沼液施用量、化肥減施量等信息，以期初步了解畜禽糞污肥料化利用的基本情況。

1.2 糞污處理及排放情況

受訪的26個(gè)養(yǎng)殖場均采用沼液發(fā)酵工藝處理糞污，其中采取干濕分離清糞的有23個(gè)，占受訪數(shù)量的88.5 %，另外仍有3個(gè)養(yǎng)殖場采用混合清糞。各養(yǎng)殖場糞污排放情況見表1，牛場沼液日排量10 m3左右，沼渣日排量(含干糞，下同)1.5 t左右；豬場沼液沼渣日排量與養(yǎng)殖規(guī)模有關(guān)，一般沼液日排量在數(shù)量上為沼渣的10倍。此外，根據(jù)《GB18596-2001畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的最高允許排水量，19號(hào)生豬養(yǎng)殖場排水量超過標(biāo)準(zhǔn)要求，需引起重視。

1.3 飼料及添加劑使用情況

在飼料使用方面，本次受訪的26個(gè)養(yǎng)殖場均以濃縮料或全價(jià)料為主，配合其他成分制成預(yù)混料。其中，奶牛肉牛養(yǎng)殖場隨季節(jié)不同采用鮮草、干草、青貯玉米等為粗飼料，添加濃縮料等精飼料制成預(yù)混料飼喂；生豬養(yǎng)殖場則以育齡為主選擇適齡的濃縮料或全價(jià)料，再選擇性添加玉米、豆粕、酒糟、小麥、麥麩、魚粉等配置成預(yù)混料進(jìn)行飼喂。

在添加劑使用方面，除1號(hào)養(yǎng)殖場日糧添加22 kg愛麗美生豬添加劑，16號(hào)養(yǎng)殖場日糧添加20～30 kg含乳酸桿菌、芽孢桿菌的微生物菌劑外，其余24個(gè)養(yǎng)殖場均表示除濃縮料、全價(jià)料或精飼料外，無其他添加劑(表1)。

1.4 配套種植基地情況

配套種植基地方面，一般以水稻、玉米等糧食作物為主，部分種植果蔬。沼液年均施用次數(shù)2～3次，單畝單次施入2～5 m3不等，年均單位(667 m2)施入量一般在5～15 m3不等。按照《畜禽糞污土地承載能力測算技術(shù)指南》提供的方法，根據(jù)不同作物將養(yǎng)殖場實(shí)際配套土地面積折算成相應(yīng)的承載量(豬當(dāng)量)，并與實(shí)際存欄量進(jìn)行比較分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有17家養(yǎng)殖場配套種植基地家畜承載能力不足(實(shí)際存欄量大于理論承載量)，特別是2號(hào)、8號(hào)、23號(hào)及24號(hào)養(yǎng)殖場超載3000頭以上，需要擴(kuò)大沼液施用面積或者減少存欄量。其余養(yǎng)殖場種植基地承載量超過存欄量，配套種植基地承載能力充足，可以較好的消納養(yǎng)殖場糞污。

2 材料與方法

本次調(diào)研還對(duì)26個(gè)典型養(yǎng)殖場的沼液、沼渣、土壤及成熟作物可食用部位進(jìn)行了樣品采集。

所采集沼肥樣品的pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、五氧化二磷、氧化鉀等營養(yǎng)成分檢測參照《NY525-2012有機(jī)肥料》、《NY/T2065-2011,沼肥施用技術(shù)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)[5-6]進(jìn)行。此外，沼肥重金屬殘留量依《NY/T1978-2010肥料汞、砷、鎘、鉛、鉻含量的測定》[7]等進(jìn)行測定，并參照《GB4284-84農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》[8]進(jìn)行分析。

所采集土壤樣品營養(yǎng)元素含量主要參照《NY/T1121.2-2006土壤pH的測定》等標(biāo)準(zhǔn)[9-11]方法測定；重金屬殘留按照《GB/T22105.2-2008土壤中總砷的測定》等[12-14]進(jìn)行測定。土壤重金屬安全限量參照《HJ/T332-2006食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》[15]及《GB15618-1995土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[16]中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即“為保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，維護(hù)人體健康的土壤限制值”進(jìn)行判定。

所采集植物樣全氮、全磷、全鉀、總砷、總鉛、總鎘、總銅及總鋅含量檢測按照《NY/T 2419-2013植株全氮含量的測定自動(dòng)定氮儀法》等標(biāo)準(zhǔn)[17-23]進(jìn)行。按照《GB 2762-2017 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》[24]對(duì)污染物的界定，暫未將銅和鋅列為污染物，而將砷、鉛、鎘作為重金屬污染物分別規(guī)定了各類食品的安全限量。

3 結(jié)果與分析

3.1 沼肥營養(yǎng)成分分析

從表2可知，本次抽樣的26份沼液pH在6.83～8.26，受檢樣品均符合NY/T2065-2011標(biāo)準(zhǔn)對(duì)沼液的pH的規(guī)定(介于3.0～9.0)。從營養(yǎng)成分分析，樣品總養(yǎng)分即全氮、P2O5及K2O的含量總和基本都達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.2以上。其中3份沼液樣品的總養(yǎng)分不達(dá)標(biāo)，可能是雨污分離處理不佳所致。26號(hào)樣品顏色異常發(fā)黑，有機(jī)質(zhì)等含量嚴(yán)重偏離其他樣品，不具有代表性。除去3個(gè)不達(dá)標(biāo)樣品及26號(hào)樣外，其他樣品的總養(yǎng)分含量平均為0.49 %，總養(yǎng)分含量較高，按照NY/T2065-2011規(guī)定要求，可以作為沼肥使用。

表2 沼液樣營養(yǎng)成分檢測結(jié)果

注：平均值為除去3個(gè)總養(yǎng)分不達(dá)標(biāo)樣(總養(yǎng)分小于0.2 %)及26號(hào)樣外其他樣品的均值。

按照NY/T2065-2011規(guī)定，有機(jī)肥pH介于5.5～8.5，有機(jī)質(zhì)含量不小于30 %，總養(yǎng)分不小于3 %。從表3可知，除個(gè)別樣品外，沼渣樣的pH一般處于5.5～8.5，水分含量一般不超過30 %，各樣品的總氮含量在1.23 %～4.46 %，均值為2.59 %；P2O5含量在0.48 %～10.74 %，均值為4.33 %；K2O含量在0.32 %～2.88 %之間分布，均值為1.19 %；各樣品養(yǎng)分含量總和均在3 %以上，平均為8.1 %。此外，21份沼渣樣品的有機(jī)質(zhì)含量在60 %～90 %，平均為74.5 %，有機(jī)質(zhì)含量極為豐富，可作為沼肥使用。

3.2 沼肥重金屬殘留分析

由表4可知，所有沼液樣品的砷、鉛、鎘、銅及鋅的含量均在安全限量以內(nèi)，符合使用標(biāo)準(zhǔn)，可以按照施用規(guī)范安全施用。

沼渣以烘干基計(jì)，各樣品的總砷、總鉛及總鎘均在安全限量以內(nèi)(表5)，可以作為沼肥安全使用。但依照《GB4284-84農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》分析，非酸性土壤中，總銅超過安全限量500 mg/kg的有4個(gè)，超標(biāo)較多的13號(hào)樣超標(biāo)88.6 %；總鋅超過安全限量1000 mg/kg的有5個(gè)，其中7號(hào)樣超標(biāo)152.7 %。雖然《GB4284-84農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》新的征求意見稿中，總銅和總鋅的安全限量有大幅度上調(diào)，但是沼渣中總銅和總鋅含量仍偏高的問題仍需重視。

表3 沼渣樣營養(yǎng)成分檢測結(jié)果

注：有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)NY525-2012中有機(jī)質(zhì)的氧化校正系數(shù)由原來的1.0修改為1.5，但實(shí)際情況下不同樣品的氧化效率不同，有的氧化校正系數(shù)不到1.5，從而造成有機(jī)質(zhì)含量高于100 %。

表4 沼液樣重金屬殘留檢測結(jié)果

續(xù)表4 Continued table 4

樣品編號(hào)Sample No.達(dá)標(biāo)/安全限量Qualification or safety amount總砷(mg/kg)Total arsenic總鉛(mg/kg)Total lead總鎘(mg/kg)Total cadmium總銅(mg/kg)Total copper總鋅(mg/kg)Total zinc≤70≤100≤3≤500≤100012蒼溪20.0220.00700.002300.1700.6013西充10.0420.00190.000440.4000.4814西充20.0030.00480.000380.0120.2615蓬溪10.0080.00360.000470.0100.0216蓬溪20.0040.00320.000350.0570.3817射洪10.0040.00490.000600.0100.0718射洪20.0030.00110.000380.0600.1519洪雅10.0050.00180.000430.1900.5720洪雅20.0100.00930.002600.2000.6521丹棱10.0050.00220.000470.2000.9822丹棱20.0350.00910.001000.0610.3323邛崍10.0030.0020.000451.8904.4124邛崍20.0180.00180.000390.0620.6325蒲江10.0030.00950.000490.0840.4426蒲江20.1200.02200.0130046.800102.00平均0.03300.00480.00122.05835.3127

注：安全限量參見《NY525-2012有機(jī)肥料》、《NY/T2065-2011沼肥施用技術(shù)規(guī)范》及《GB4284-84農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》。

3.3 沼液的培肥效果分析

一般而言，采用干濕分離清糞方式的養(yǎng)殖場干糞作為商品肥外銷，不便于追蹤，因此本次調(diào)研重點(diǎn)分析沼液對(duì)土壤的影響，土壤樣品營養(yǎng)成分檢測結(jié)果見表6。

25個(gè)樣點(diǎn)中，有13個(gè)樣點(diǎn)在施用沼液后土壤pH有不同程度的升高；其余12個(gè)樣點(diǎn)土壤pH有所下降。施用沼液對(duì)土壤pH的影響有待進(jìn)一步研究證實(shí)。

表5 沼渣重金屬殘留檢測結(jié)果

續(xù)表5 Continued table 5

樣品編號(hào)Sample No.達(dá)標(biāo)/安全限量Qualification or safety amount總砷(mg/kg)Total arsenic總鉛(mg/kg)Total lead總鎘(mg/kg)Total cadmium總銅(mg/kg)Total copper總鋅(mg/kg)Total zinc≤70≤100≤3≤500≤100012射洪13.531.90.2213866413射洪21.013.10.49943?1445?14洪雅12.891.30.3628084515洪雅22.691.30.33358616丹棱10.341.30.064920617丹棱21.571.50.29682?72318邛崍17.353.60.1311130719邛崍25.581.30.191791022?20蒲江11.251.50.1010433921蒲江21.191.50.12436941平均2.792.60.23279711

注：安全限量參見《NY525-2012有機(jī)肥料》、《NY/T2065-2011沼肥施用技術(shù)規(guī)范》及《GB4284-84農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》等，“*”表示超過相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

在土壤培肥效果方面，施用沼液在土壤肥力提升方面有一定的作用。施用沼液后，25個(gè)樣點(diǎn)有機(jī)質(zhì)平均提升3.1 g/kg，其中16個(gè)樣點(diǎn)施用沼液后有機(jī)質(zhì)提升幅度在0.4～19.5 g/kg，平均升高7.9 g/kg；其余9個(gè)樣點(diǎn)有所下降。此外，施用沼液后土壤樣品的全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀等養(yǎng)分含量也有不同程度的增加，25個(gè)樣點(diǎn)全氮平均增加0.26 g/kg、堿解氮平均增加20 mg/kg；而有效磷和速效鉀含量則顯著增加(SPSSv22配對(duì)t檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)未列出)，平均分別達(dá)到29和67 mg/kg。

土壤養(yǎng)分含量升高可以說明施用沼液有一定的土壤培肥效果，沼液可作為有效肥源加以合理利用。但是施用沼液可能會(huì)引起土壤有效磷的大幅增加，因此沼液一定要有規(guī)劃的合理施用，避免土壤磷素升高引起污染。

3.4 沼肥的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)分析

從土壤樣品重金屬殘留情況來看，施用沼液對(duì)土壤總砷、總鉛和總鎘的影響不大，25個(gè)調(diào)查點(diǎn)上升下降均有，但幅度不大(SPSSv22配對(duì)t檢驗(yàn)，結(jié)果未列出)。土壤總銅和總鋅均有上升的趨勢，25個(gè)樣點(diǎn)中分別有15個(gè)點(diǎn)上升，施用沼液后土壤總銅平均增加4.1 mg/kg，最高增加41.3 mg/kg，增幅達(dá)152 %；土壤總鋅平均增加19.7 mg/kg，最高增加134.2 mg/kg，增幅達(dá)139 %；總銅和總鋅增幅最高均出現(xiàn)在11號(hào)樣點(diǎn)(表7)?？傮w來說施用沼液后土壤總銅、總鋅均呈升高的趨勢，應(yīng)引起重視。

3.5 植物重金屬殘留分析

8份植物樣中，空心菜以鮮重計(jì)，砷、鉛、鎘均未超標(biāo)(數(shù)據(jù)未列出)。玉米以干重計(jì)，施用沼液后，3個(gè)樣點(diǎn)全氮含量增加2.49 %，全磷增加了11.7 %，變化不明顯(數(shù)據(jù)未列出)。重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)方面，施用沼液后3個(gè)樣點(diǎn)的玉米砷、鉛、鎘、銅、鋅含量均有不同程度的增加，其中砷含量顯著增加了0.008 mg/kg，增幅達(dá)92.59 %(數(shù)據(jù)未列出)。另外，來自古藺2的兩份玉米樣鎘均超標(biāo)(安全限量0.1 mg/kg)，其中施沼液總鎘含量0.19 mg/kg，超標(biāo)90 %，未施沼對(duì)照含量0.12 mg/kg，超標(biāo)20 %；該樣點(diǎn)為家庭養(yǎng)殖的20頭奶牛，沼液施用采用人工擔(dān)挑撒施，隨機(jī)性較大，其施沼區(qū)土壤鎘含量不超標(biāo)，未施沼土壤鎘含量輕微超標(biāo)(超標(biāo)6.67 %)，該樣點(diǎn)玉米籽粒鎘超標(biāo)的具體原因需要進(jìn)一步查證。

4 討 論

受訪的26個(gè)養(yǎng)殖場中，超過88 %的采用干濕分離的清糞方式，一般鋪有沼液管網(wǎng)或者使用沼液運(yùn)輸車，且均配有一定面積的種植基地，養(yǎng)殖糞污一般可以得到適當(dāng)處理，且可有效安全消納。但仍有少量中小規(guī)模養(yǎng)殖場采取混合清糞方式，糞污處理不當(dāng)；部分養(yǎng)殖場存欄規(guī)模超出種植基地的承載能力，導(dǎo)致沼液等無法安全消納，一般此類養(yǎng)殖場環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)較高。

沼肥的營養(yǎng)成分方面，抽樣的26份沼液樣品絕大多數(shù)總養(yǎng)分含量平均為0.65 %，養(yǎng)分含量較高，符合NY/T2065-2011的要求；21份沼渣樣品的有機(jī)質(zhì)含量在60 %～90 %，平均為74.5 %，有機(jī)質(zhì)含量極為豐富，超過NY/T2065-2011的要求，沼液沼渣均可作為有機(jī)肥施用。土壤培肥方面，長期施用沼肥后，土壤有機(jī)質(zhì)含量、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀等有不同程度的升高，土壤培肥效果顯著。但長期施用沼液后，土壤有效磷及總銅、總鋅含量增加明顯，存在一定份生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，需要引起重視。

表6 沼液土壤培肥效果分析

注：①施沼為施用沼液的土壤樣品，未施為未施用沼液的土壤對(duì)照樣品；②差值=施沼-未施。

雖然沼液沼渣中重金屬含量尚在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的安全限量以內(nèi)，但長期施用沼肥后，重金屬在土壤中不斷累積，通過植物的富集作用，可能導(dǎo)致作物重金屬超標(biāo)。例如本次抽樣的植物樣中，3個(gè)樣點(diǎn)的玉米施用沼液后砷、鉛、鎘、銅、鋅均有不同程度的增加，其中砷含量顯著增加了92.59 %，需要引起重視。

5 結(jié) 論

本次調(diào)研發(fā)現(xiàn)，除個(gè)別小型養(yǎng)殖場外，四川省內(nèi)養(yǎng)殖場一般都按照相關(guān)要求配備了干濕分離、沼液發(fā)酵等畜禽糞污處理設(shè)施設(shè)備，且配有面積不等的種植基地，通過管網(wǎng)或者沼液運(yùn)輸車來消納沼液沼渣。養(yǎng)殖糞污處理得當(dāng)，肥料化利用程度較高，環(huán)境污染分險(xiǎn)較小。

抽樣檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過適當(dāng)處理的沼液沼渣，富含有機(jī)質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，符合有關(guān)有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)，可以作為有機(jī)肥施用。此外，長期施用沼液沼渣后，土壤有機(jī)質(zhì)等營養(yǎng)成分含量均有上升趨勢，沼肥土壤培肥效果顯著，但長期施用沼肥導(dǎo)致土壤磷、總銅及總鋅含量升高，存在一定的污染風(fēng)險(xiǎn)。因此需要?jiǎng)討B(tài)監(jiān)測沼肥及土壤各項(xiàng)營養(yǎng)元素及重金屬含量的動(dòng)態(tài)變化，科學(xué)合理的施用沼肥。

表7 施用沼液土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)分析

注：①施沼為施用沼液的土壤樣品，未施為未施用沼液的土壤對(duì)照樣品；②差值=施沼-未施；3、安全限量參照《GB15618-1995土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；“*”表示該值超過相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

6 問題及建議

(1)本次調(diào)研發(fā)現(xiàn)仍有少量中小規(guī)模養(yǎng)殖場采取混合清糞方式；部分養(yǎng)殖場現(xiàn)有糞污處理設(shè)備存在老化、泄露等問題。建議盡快完善或更新干濕分離、新型發(fā)酵罐等糞污處理設(shè)施設(shè)備，嚴(yán)格控制養(yǎng)殖用水，從源頭上減少養(yǎng)殖糞污的直接排放。

(2)部分養(yǎng)殖場種植基地面積嚴(yán)重不足，存在沼肥過量的潛在風(fēng)險(xiǎn)。建議養(yǎng)殖場擴(kuò)大種植基地面積，或根據(jù)現(xiàn)有種植基地承載量來確定合理的家畜存欄量。

(3)沼液氮素含量較低，為滿足作物生產(chǎn)長期大量施用沼液容易造成土壤有效磷大幅增加，建議加強(qiáng)沼液營養(yǎng)成分監(jiān)測管理[25]，強(qiáng)化濃縮型沼液發(fā)酵工程技術(shù)、沼液主要成分及其分離提取濃縮技術(shù)等研究[26]，將沼液的安全利用納入農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)建設(shè)的系統(tǒng)工程[27]。

(4)強(qiáng)化飼料及獸藥研究，嚴(yán)格控制銅、鋅等重金屬在飼料、獸藥中的投入量，從源頭上控制輸入量；強(qiáng)化沼肥的加工處理技術(shù)研究，通過生化、物理等方法去除沼肥中的重金屬殘留[28-29]，或者降低金屬離子活性[30]，降低沼肥中重金屬對(duì)土壤及作物的不良影響。

(5)本研究發(fā)現(xiàn)施用沼液后3個(gè)樣點(diǎn)的玉米砷、鉛、鎘、銅、鋅均有不同程度的增加，其中砷含量顯著增加，建議選擇對(duì)重金屬低富集的植物種類或作物品種，降低重金屬在食品中的殘留[31]。