江蘇省畜禽糞便污染對水體的風險評價研究

常佳悅， 潘芳慧， 吳榮康， 張 星， 王友保

(安徽師范大學 生態(tài)與環(huán)境學院，生物環(huán)境與生態(tài)安全安徽省高校省級重點實驗室,安徽 蕪湖 241000)

關鍵字：畜禽糞便；污染水體負荷；等標污染負荷；等標污染指數；風險評價

引言

近年來，畜禽糞便污染是導致農業(yè)面源污染的主要原因之一，被世界各國普遍關注，而畜牧業(yè)是我國第一產業(yè)的重要組成部分，在經濟的發(fā)展中起著重要的作用[1]，畜禽養(yǎng)殖模式由分散型向規(guī)?；s化發(fā)展，過去50年，畜牧業(yè)總產值占比提高13.3%[2]。然而，規(guī)模化養(yǎng)殖的不斷發(fā)展會使養(yǎng)殖業(yè)與種植等產業(yè)產生分離，導致畜禽糞便的回收利用率逐年下降[3]，若沒有足夠的資源對畜禽養(yǎng)殖廢棄物進行消納，則很容易對環(huán)境造成污染[4]。未經處理的畜禽糞污排入周邊土壤，易導致土壤板結，影響農作物生長[5]，若流入水體，則會導致水體富營養(yǎng)化。目前，我國在畜禽糞便方面的研究主要集中在估算畜禽糞便產生量、資源化利用及畜禽糞便污染的危害與防治等方面[6]。因此，減少畜禽糞便的排放、無害化處理和有效利用是促進畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關鍵[7]。本文在此理論基礎上，基于江蘇省畜禽養(yǎng)殖量近十年(2008—2018)年鑒數據對畜禽糞便污染特征進行定量研究，評估江蘇省畜禽糞便污染水體現狀及其風險，以期對江蘇省防治和解決畜禽糞便污染問題提供參考。

1 數據來源與分析方法

1.1 數據來源

江蘇省各畜禽養(yǎng)殖數量及耕地水源面積來自《江蘇統(tǒng)計年鑒》(2008—2018年)。其中生豬量是根據每年出欄的數據來估算的。牛、羊、禽飼養(yǎng)量以年末存儲數據估算[8]。據資料統(tǒng)計，江蘇省畜禽飼養(yǎng)情況如表1所示。

表1 江蘇省2008—2018年畜禽飼養(yǎng)情況

1.2 數據分析

1.2.1 畜禽糞便產生量的計算 計算畜禽糞便的年產生量有兩種方法，一種是劉培芳等人采用的方法[9]，另外一種是國家環(huán)保總局使用的計算方法[10]。由于牛、羊、家禽的飼養(yǎng)周期一般為1至2年，所以采用當年的存欄量來計算其糞便產生量，而豬的飼養(yǎng)周期不足一年，所以將出欄量作為穩(wěn)定的飼養(yǎng)量。對于家禽來說，肉禽和蛋禽的飼養(yǎng)周期分別是55天和210天，家禽存欄量被視為一年中相對穩(wěn)定的飼養(yǎng)量，這一數量被家禽的出欄量和家禽的增補給量所抵消。因此，本研究采用以下計算公式：

出/存欄量(頭/只)×日排泄系數(kg/d)×365(d)

(1)

其中，各類畜禽糞便日排放系數采用國家環(huán)?？偩止嫉臄祿10](見表2)。

表2 各類畜禽糞便日排泄系數

1.2.2 畜禽糞便中污染物平均含量計算 本研究中涉及的參數包括飼養(yǎng)期、畜禽糞便日排放系數以及各污染物含量系數等，以上參數的選取參照國內外有關資料和調查結果[11-12]。不同畜禽種類、糞尿中所含的污染物種類及數量存在差異[13]，大量畜禽糞便產生的同時也會產生大量污染物，例如：BOD5(五日生化需氧量)、COD(化學耗氧量)、TN(總氮)、TP(總磷)、NH3-N(氨氮)等。各種污染物的指標可以反映畜禽糞便排放量對于環(huán)境造成的危害，通過對污染物種類以及數量的分析，可以幫助防治畜禽糞便產生的危害。各類畜禽糞便污染物產生量依據表3所示污染物平均含量關系計算得出。

表3 畜禽糞便污染物的平均含量

1.2.3 畜禽糞便流失入水體負荷量的計算 畜禽糞便產生及養(yǎng)殖場的沖欄廢水很容易流失進入到水體中，但流失率根據不同地區(qū)，不同規(guī)定下有著較大的差異，根據南京環(huán)境科學研究所進行的研究：固體糞便污染物進入水體的流失率在2%～8%的范圍，液體糞便污染物的流失率達到50%[14]。一般畜禽糞便污染物的流失率介于30%～40%之間[15]，張緒美等[16]采用30%計算江蘇省畜禽糞尿進入水體的流失率。

(2)

Ci=Cix×Ciy

(3)

(4)

(5)

2 結果與討論

2.1 江蘇省畜禽糞便排放量

根據表1江蘇省近十年畜禽飼養(yǎng)情況，每年生豬飼養(yǎng)量在4300至4800萬頭，牛30至35萬頭，羊350至420萬頭，家禽94025至121733萬只，其中規(guī)?；曫B(yǎng)場中家禽飼養(yǎng)量所占比重較高。結合畜禽糞便的日排放系數估算江蘇省近十年畜禽糞便產生量，如表4所示。近十年江蘇省畜禽糞尿產生量約在14481萬t左右，其中，每年禽糞產量所占比重最高，因此加強家禽糞便管理是防治畜禽糞便污染的重點，其次是豬糞便年產量也較高，羊糞次之，牛糞最低，且牛糞便產生量整體呈下降趨勢。豬糞便每年產生量較穩(wěn)定，沒有較大的變化幅度，而家禽糞便產生量在2012年達到5554.08萬t，說明該年份江蘇省飼養(yǎng)家禽數量較其他年份明顯升高。從畜禽糞便年產生總量分析看，在2008至2012年間，畜禽糞便呈逐步上升趨勢，2012至2018年間有所下降。

表4 江蘇省畜禽糞便排放量

2.2 畜禽糞便污染物產生量

表5 江蘇省畜禽糞便污染物產生量

2.3 畜禽糞便養(yǎng)分污染水體負荷

表6 江蘇省畜禽糞便污染物流失量

表7所示為江蘇省各畜禽糞便污染物流失量。從計算結果可以看出，每年的污染物流失量持續(xù)處于較高的污染量沒有明顯變化，以豬和家禽糞便為主要污染源，而牛、羊糞便污染物流失量平均分別占總量的1.74%和0.77%。豬糞便污染物流失量從2013年開始降低；家禽糞便污染物流失量呈增加-降低趨勢，2012年開始降低，并且2010年的流失量超過豬糞便的流失量，2014年開始逐年低于豬糞便的流失量。由此可見，江蘇省豬和家禽養(yǎng)殖場占主要比例，解決養(yǎng)豬場與家禽飼養(yǎng)場的糞便排放量的問題為江蘇省防治環(huán)境污染的關鍵。

表7 江蘇省各畜禽糞便污染物流失量

表8 江蘇省畜禽糞便污染物擴散濃度

表9 江蘇省畜禽糞便污染物等標排放量

表10 江蘇省畜禽糞便污染的等標污染指數

對于面源污染的研究首要的就是估算面源污染負荷[19]，胡蕓蕓[20]等的研究表明，畜禽養(yǎng)殖是沱江流域首要污染來源。江蘇省近十年畜禽糞便污染物等標污染指數差異明顯，如圖1所示，其中2016年的等標污染指數最低，為181.57，相比較于2013年降低了65.02%，2013年污染指數高達519.08，說明畜禽糞便污染嚴重，對于農業(yè)面源污染問題的治理已十分關鍵。

圖1 江蘇省畜禽糞便污染物等標污染指數Fig.1 Standard pollution index of pollutants from livestock and poultry manure in Jiangsu province

3 結論

(1) 從2008—2009年與2017—2018年間的比較，江蘇省畜禽糞便污染物整體上呈下降趨勢，但始終處于較平穩(wěn)的水平，污染程度沒有較明顯的改善，依然不可放松警惕。

(2)從畜禽糞便污染物流失量來看，COD和BOD5是主要的污染物，根據等標污染物排放量指標，TP明顯高于其他幾類污染物，說明P素對水體的污染問題應該被重視。

(3)江蘇省位于長江三角洲，屬于經濟發(fā)達省份，在發(fā)展經濟的同時，對于畜牧業(yè)造成的污染問題也應加以重視，發(fā)展生態(tài)農業(yè)以實現可持續(xù)發(fā)展。