成都麻羊產(chǎn)排污系數(shù)的測(cè)定研究

劉瀚揚(yáng)，陳亞迎，朱佳文，徐麒麟，楊 雪，許禎瑩，邱時(shí)秀，李 娟，吳永勝

(成都市農(nóng)林科學(xué)院畜牧研究所，四川 成都611130)

近年來, 四川省的規(guī)?；庋蝠B(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，在帶來經(jīng)濟(jì)利益的同時(shí)，對(duì)生態(tài)環(huán)境的壓力逐年增大，成為亟待解決的問題。開展農(nóng)業(yè)面源污染監(jiān)測(cè)有利于全面掌握我國(guó)農(nóng)業(yè)污染現(xiàn)狀，具有一定的迫切性和必要性。產(chǎn)排污系數(shù)作為環(huán)境領(lǐng)域重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，不僅能幫助判斷環(huán)境形勢(shì)，還能為制定防控策略和設(shè)計(jì)環(huán)境控制設(shè)備提供重要的參考依據(jù)[1-2]。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于肉羊產(chǎn)污系數(shù)測(cè)定的研究報(bào)道不多，美國(guó)農(nóng)業(yè)工程師協(xié)會(huì)編制了動(dòng)物糞便產(chǎn)生和特性參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，給出了山羊及綿羊的糞尿產(chǎn)生量及污染物含量。我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放核算研究起步較晚，2009年發(fā)布的《第一次全國(guó)污染源普查畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》給出了以地域?yàn)閱挝坏男笄蒺B(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)排污系數(shù)，是近年來我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)污染物排放核算的重要參考依據(jù)，但該手冊(cè)沒有提供肉羊的產(chǎn)排污系數(shù)[3]。同時(shí)，由于養(yǎng)殖水平、氣候條件和畜禽品種等限制性因素，跨時(shí)間跨地域套用別的國(guó)家和地區(qū)的畜禽產(chǎn)排污系數(shù)會(huì)造成核算結(jié)果與實(shí)際情況出入較大[4]。因此，形成我國(guó)的肉羊產(chǎn)排污系數(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本研究基于成都麻羊養(yǎng)殖的實(shí)際飼養(yǎng)與管理?xiàng)l件，對(duì)肉羊的產(chǎn)排污系數(shù)進(jìn)行了測(cè)定，形成了符合四川省實(shí)際的肉羊產(chǎn)排污系數(shù)體系，為幫助了解四川省肉羊養(yǎng)殖污染現(xiàn)狀，制定四川肉羊規(guī)模養(yǎng)殖環(huán)境控制策略提供了科學(xué)的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)肉羊及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)肉羊?yàn)槌啥悸檠?，試?yàn)地點(diǎn)為成都市大邑縣某成都麻羊國(guó)家級(jí)保種場(chǎng)，常年存欄成都麻羊500只。糞污通過收集堆肥出售用作果樹有機(jī)肥，生產(chǎn)污水及尿液通過沼氣池?zé)o害化處理后還田。監(jiān)測(cè)時(shí)間為2018年6月至2019年4月，分春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié)進(jìn)行，每個(gè)季節(jié)進(jìn)行有效數(shù)據(jù)為連續(xù)5天的采樣監(jiān)測(cè)。試驗(yàn)肉羊選用3個(gè)生長(zhǎng)階段，分別為妊娠期母羊、空懷母羊、以及6月齡育肥羊，每個(gè)階段隨機(jī)選擇5只，體重分別為(45±2) kg、(40±2)kg和(20±2)kg。

1.2 飼養(yǎng)管理

采用常規(guī)飼養(yǎng)管理，冬季和早春以玉米青貯為主，其余季節(jié)以收刈牧草和飼用玉米為主，每日補(bǔ)飼精料。不同季節(jié)基礎(chǔ)日糧營(yíng)養(yǎng)成分見表1。空懷羊飼喂基礎(chǔ)日糧，妊娠羊和育肥羊在此基礎(chǔ)上增加適量精料。

表1 不同季節(jié)基礎(chǔ)日糧營(yíng)養(yǎng)成分Table 1 Index values of base diet samples in different seasons

1.3 采樣方法及測(cè)定指標(biāo)

試驗(yàn)采用本單位自行研究設(shè)計(jì)的肉羊代謝籠(實(shí)用新型專利號(hào)：201821707925.X)進(jìn)行單籠飼養(yǎng)，糞便及尿液經(jīng)代謝籠分離后每日定時(shí)收集及測(cè)量，本研究共采集肉羊產(chǎn)污系數(shù)測(cè)定用樣本192個(gè)(每季每個(gè)階段糞尿樣本各8個(gè))，其中送檢樣本96個(gè)，留樣96個(gè)；采集肉羊基礎(chǔ)日糧樣本24個(gè)(每季飼草和精料樣本各3個(gè))。

1.3.1 糞便采樣 每次收集的糞便稱重后按組充分混合，采用四分法分取3個(gè)樣品，每份0.5 kg。對(duì)其中兩個(gè)樣品加4.5 mol/L硫酸200 mL進(jìn)行預(yù)處理， 1個(gè)樣品留作測(cè)定含水率，樣品袋密封-20 ℃保存，實(shí)驗(yàn)室測(cè)定糞便水分含量；有機(jī)質(zhì)(OM)、全氮(TN)、全磷(TN)采用有機(jī)肥料測(cè)定方法(NY 525-2002)；銅(Cu)、鋅(Zn)采用火焰院子吸收分光光度法(GB/T 17138-1997)；鉛(Pb)、汞(Hg)、鉻(Cr)、鎘(Cd)采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(GB/T 24875-2010)；砷(As)采用二乙基二硫代氨基甲酸銀分光光度法(GB/T 17134-1997)；鎳(Ni)采用王水回流消解原子吸收法(NY/T 1613-2008)。

1.3.2 尿液采樣 尿液稱量后按組混勻倒入預(yù)處理桶中，按每100 mL加入4.5 mol/L 硫酸 2mL和4滴甲苯，將混合均勻的樣品裝入經(jīng)過潤(rùn)洗的500 mL聚乙烯樣品瓶?jī)?nèi)于4 ℃保存，每次采集2個(gè)樣品，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)定。化學(xué)需氧量(COD)采用重鉻酸鹽法(HJ 828-2017)測(cè)定；氨氮(NH3-N)采用蒸餾-中和滴定法(HJ 537-2009)測(cè)定；TN采用凱氏定氮法(GB 11891-89)測(cè)定；TP測(cè)定采用鉬酸銨分光光度法(GB 11893-89)；Pb、Hg、As、Cr、Cd、Cu、Zn、Ni的測(cè)定采用原子吸收分光光度法(GB 7475-87)進(jìn)行測(cè)定。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析及產(chǎn)排污系數(shù)計(jì)算

對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0進(jìn)行單因素方差分析。本研究的肉羊產(chǎn)污系數(shù)是指在成都地區(qū)的飼養(yǎng)和管理?xiàng)l件下，某生產(chǎn)階段1只肉羊1天內(nèi)所產(chǎn)生的原始污染物量，包括糞尿量以及糞尿中各種污染物產(chǎn)生量。根據(jù)董紅敏[5]、史鵬飛等[6]對(duì)畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)污系數(shù)提出的計(jì)算方法，成都麻羊產(chǎn)污系數(shù)的計(jì)算公式如下:

FPj,k=QFj×CFj,k×QUj×CUj,k

式中:j，k分別為生產(chǎn)階段、污染物種類。FPj,k為每只羊產(chǎn)污系數(shù)，[g/(h·d)]或[mg/(h·d)；QFj為第j生產(chǎn)階段每只羊糞便產(chǎn)量，[g/(h·d)]；CFj,k為第j生產(chǎn)階段糞便中含有第k種污染物的濃度，[g/(h·d)]或[mg/(h·d)]；QUi,j為每只羊尿液產(chǎn)量，[L/(h·d)]；CUj,k為第j生產(chǎn)階段尿液中含有第k種污染物的濃度，[g/(h·d)]或[mg/(h·d)]。

本研究的肉羊排污系數(shù)是指在成都地區(qū)的飼養(yǎng)和管理?xiàng)l件下，某生產(chǎn)階段1只肉羊1天內(nèi)所產(chǎn)生的前述污染物排放到外部環(huán)境的量，根據(jù)相關(guān)研究[7-9]，我們測(cè)定了該養(yǎng)殖場(chǎng)單個(gè)圈舍(10只羊)的糞便及尿液收集量，成都麻羊糞便(尿液)利用率=單個(gè)圈舍的糞便(尿液)收集量/[產(chǎn)污系數(shù)中每只羊糞便(尿液)收集量×相應(yīng)只數(shù)]×100%。成都麻羊排污系數(shù)的計(jì)算公式如下:

FWDj,k=(QFj×CFj,k)×(1-ηU)×(QUj×CUj,k)×(1-ηT)

式中:FWDi,j=肉羊第j生產(chǎn)階段第k中污染物的排污系數(shù)[g/(h·d)]或[mg/(h·d)]；ηU為糞便的利用率；ηT為尿液的利用率。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)污系數(shù)

2.1.1 糞便樣本各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定值 從表2可知，在總氮方面，妊娠羊春季和冬季高于夏季(P<0.05)，空懷羊冬季高于秋季(P<0.05)，其他季節(jié)差異不顯著(P>0.05)，育肥羊春季和冬季高于夏季和秋季(P<0.05)；總磷方面，三種階段的羊最高值均出現(xiàn)在夏季，其中妊娠羊和空懷羊顯著高于其他季節(jié)(P<0.05)；在鋅和銅方面，妊娠羊和空懷羊春、夏兩季均高于夏、秋兩季(P<0.05)，且最高值都在春季，育肥羊夏季最高且顯著高于秋季(P<0.05)；三種階段的羊有機(jī)質(zhì)含量最高值都在冬季，且均顯著高于秋季(P<0.05)；重金屬方面，除鎘以外，三種階段的羊鉛、汞、鉻、砷、鎳均低于檢出限，其中妊娠羊及育肥羊分別在春、冬檢出，空懷羊春、冬兩季均有檢出，檢出的鎘含量符合生物有機(jī)肥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(≤3 mg/kg，NY 884-2012)；產(chǎn)糞量方面，三種階段的羊四季無(wú)顯著差異(P>0.05)，妊娠羊最高值出現(xiàn)在夏季，空懷羊和育肥羊最高值出現(xiàn)在秋季。

表2 糞便樣本各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定值Table 2 The estimated value of each index of manure samples

2.1.2 尿液樣本各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定值 從表3可以看出，在總氮方面，三種階段的羊冬季均顯著高于其他季節(jié)(P<0.05)，妊娠羊及空懷羊夏季顯著低于其他季節(jié)(P<0.05)，育肥羊春季顯著低于其他季節(jié)(P<0.05)；總磷方面，妊娠羊秋、冬季顯著高于春、秋兩季(P<0.05)，空懷羊和育肥羊各季節(jié)之間無(wú)顯著差異(P>0.05)；COD方面，妊娠羊和育肥羊的最高值分別出現(xiàn)在春季及冬季(P<0.05)，空懷羊最低值出現(xiàn)在夏季，其余各季節(jié)無(wú)顯著差異(P>0.05)；氨氮方面，三種階段的羊夏季均顯著高于其他季節(jié)(P<0.05)，冬季均低于其他季節(jié)；產(chǎn)尿量方面，妊娠羊和空懷羊夏季均顯著高于其他季節(jié)(P<0.05)，育肥羊春季顯著高于冬季(P<0.05)，三種階段的羊最低值均在冬季；三種階段的羊尿液中銅、鋅、鉛、汞、鉻、砷、鎳均低于檢出限。

表3 尿液樣本各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定值Table 3 The estimated value of each index of urine samples

2.1.3 產(chǎn)污系數(shù) 由表4可知，總氮方面，妊娠羊和育肥羊4個(gè)季節(jié)的產(chǎn)污系數(shù)無(wú)顯著差異(P>0.05)，空懷羊冬季總氮高于夏季(P<0.05),其余季節(jié)間無(wú)顯著差異；總磷方面，妊娠羊和育肥羊夏季均顯著高于冬季(P<0.05)，空懷羊各個(gè)季節(jié)間差異不顯著(P>0.05)；鋅和銅方面，妊娠羊和空懷羊春季及夏季均高于秋、冬兩季(P<0.05)，育肥羊夏季顯著高于秋季(P<0.05)；重金屬方面，妊娠羊及育肥羊分別在春、冬檢出，空懷羊春、冬兩季均有檢出；COD方面，妊娠羊春季及夏季均高于秋、冬兩季(P<0.05)，空懷羊夏季顯著高于秋季(P<0.05)，育肥羊各個(gè)季節(jié)間差異不顯著(P>0.05)；氨氮方面，三種階段的羊最高值均出現(xiàn)在夏季，最低值均出現(xiàn)在冬季，且夏季顯著高于冬季(P<0.05)；有機(jī)質(zhì)方面，妊娠羊夏季顯著高于春季，其余季節(jié)間差異不顯著(P>0.05)，空懷羊和育肥羊各個(gè)季節(jié)間均無(wú)顯著差異(P>0.05)。

表4 成都麻羊的產(chǎn)污系數(shù)Table 4 Pollutants discharging coefficients of Chengdu Grey Goat

2.2 排污系數(shù)

目前，關(guān)于肉羊糞便收集率的研究未見報(bào)道，本研究參考了欒冬梅對(duì)于育肥牛糞尿收集率的研究方法[10]。成都麻羊白天在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)活動(dòng)，夜間在舍內(nèi)休息，場(chǎng)內(nèi)有較為完善的糞便及污水無(wú)害化處理設(shè)施。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算，該飼養(yǎng)條件下的糞污利用率見表5。由表5可知，糞尿利用率冬季最高，夏季最低。

通過各個(gè)季度的糞污利用率，根據(jù)排污系數(shù)的計(jì)算公式可以得到成都麻羊的排污系數(shù)，由表6可知，三種階段的羊夏季的總氮、總磷、鋅、銅、COD、氨氮、有機(jī)質(zhì)都顯著高于其他三個(gè)季節(jié)(P<0.05)。

表5 規(guī)?；驁?chǎng)4個(gè)季度的糞污利用率Table 5 Efficiency of fecal collection in 4 seasons of large-scale dairy farm

表6 成都麻羊的排污系數(shù)Table 6 Pollutants producing coefficients of Chengdu Grey Goat

3 討 論

3.1 產(chǎn)污系數(shù)

四川盆地氣候?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤(rùn)氣候，夏季平均溫度在24～28 ℃之間，冬季平均溫度4～8 ℃之間。肉羊的粗飼料來源受氣候條件影響較大，夏季和秋季以人工牧草和飼用玉米為主，春季和冬季則以農(nóng)作物秸稈、青貯為主，適口性較新鮮草料差。

三個(gè)階段的肉羊各個(gè)季節(jié)間產(chǎn)糞量差異不顯著，說明氣候變化及飼草的適口性并未對(duì)成都麻羊的產(chǎn)糞量造成較大影響。由于不同季節(jié)基礎(chǔ)日糧樣本中粗蛋白含量差異不大，總氮方面，除空懷羊夏季略低于冬季，三種階段羊各季節(jié)間總氮產(chǎn)污系數(shù)無(wú)顯著差異?？偭追矫妫捎谙募揪峡偭赘哂谄渌竟?jié)，因此妊娠羊和育肥羊的總磷產(chǎn)物系數(shù)夏季顯著高于其他季節(jié)，其余各季節(jié)間差異不顯著。鋅和銅方面，妊娠羊和空懷羊春、夏兩季均高于夏、秋兩季(P<0.05)，這與精料來源中鋅、銅的含量變化完全一致，說明肉羊攝入的鋅、銅如果不能被消化道吸收，大部分會(huì)隨糞便排出體外，王國(guó)利在對(duì)肉牛產(chǎn)物系數(shù)的測(cè)定中也有類似發(fā)現(xiàn)[7]。重金屬的含量，成都麻羊糞便中僅在部分季節(jié)檢出少量鎘，且符合生物有機(jī)肥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，說明成都麻羊的糞便在經(jīng)過無(wú)害化處理后，可以安全還田。

肉羊的產(chǎn)尿量，妊娠羊和空懷羊夏季均顯著高于其他季節(jié)，這與四川盆地夏季氣候有關(guān)。四川省全年濕度較大，成都市年平均相對(duì)濕度為79%，在相同的溫度下，相對(duì)濕度越大，體感溫度的增幅就越明顯，妊娠羊和空懷羊體型較大，體脂率較高，因此與育肥羊相比，夏季飲水量顯著增加，產(chǎn)尿量也隨之增加。COD、氨氮產(chǎn)污系數(shù)均來自于尿液，系數(shù)的大小取決于尿液量及其濃度。因此COD方面，雖然妊娠羊和空懷羊夏季的尿液樣本中COD濃度最低，但由于產(chǎn)尿量高，COD產(chǎn)污系數(shù)最高值均出現(xiàn)在夏季。同理，氨氮含量，三種階段的羊夏季的尿液樣本中氨氮濃度均高于其他季節(jié)，因此三種階段的羊氨氮產(chǎn)污系數(shù)最高值均出現(xiàn)在夏季。

3.2 排污系數(shù)

四川省的肉羊養(yǎng)殖場(chǎng)普遍采用干清糞方式收集糞便，收集的糞便集中貯存堆漚后主要用于果樹肥料，尿液通過沼氣池?zé)o害化處理后得以還田，因此糞便及尿液具有較高的收集率。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算結(jié)果，三種階段的羊夏季糞便及尿液收集率均低于冬季，原因可能是夏季天氣較熱，尿液蒸發(fā)量大，冬季則相反。同時(shí)夏季雨水較多，運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的糞便及尿液被雨水沖刷流失，因此利用率較低。育肥羊運(yùn)動(dòng)量較大，夏季糞尿利用率降低明顯，妊娠羊運(yùn)動(dòng)量小，因此各個(gè)季節(jié)利用率高于空懷羊和育肥羊。

各指標(biāo)排污系數(shù)呈現(xiàn)顯著的季節(jié)性，表現(xiàn)為夏季高，冬季低。根據(jù)排污系數(shù)的計(jì)算公式可以得知，糞便及尿液利用率直接影響產(chǎn)污系數(shù)的大小，因此各指標(biāo)排污系數(shù)最高值均出現(xiàn)在夏季，且顯著高于其他季節(jié)。需要指出的是該方法測(cè)得的糞污利用率只代表了試驗(yàn)組的糞污利用率，實(shí)際上被雨水沖刷流失而未被收集測(cè)得的那部分糞污可以通過養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)的排污設(shè)施集中進(jìn)入沼氣池處理，并未直接排放，因此實(shí)際的排污系數(shù)會(huì)更低。

4 結(jié) 論

本研究結(jié)果表明，成都麻羊妊娠期、空懷期和育肥期產(chǎn)污系數(shù)以妊娠羊最高，空懷羊次之，育肥羊最低；總氮、總磷、鋅、銅、鎘、有機(jī)質(zhì)、COD、氨氮排出量隨季節(jié)變化有不同變化；排污系數(shù)呈現(xiàn)顯著的季節(jié)性，表現(xiàn)為夏季高，冬季低。