規(guī)?；守i場不同季節(jié)糞污排放量及產(chǎn)污系數(shù)分析

淡江華，馮燕平，牛晉國 ，王樹華，李文剛*，穆秀梅，程曉亮

(1. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 動物科學(xué)學(xué)院，山西 太原 030031；2. 山西省農(nóng)業(yè)廣播電視學(xué)校，山西 太原 030000)

我國生豬飼養(yǎng)量和豬肉消費(fèi)量為世界第一。分散型養(yǎng)殖的豬場糞污主要通過就地還田處理，集約型的豬場產(chǎn)生了大量的糞尿及污水，目前還缺少有效的處理和利用措施，對土壤、環(huán)境、空氣造成了污染，對人類的健康也存在影響。目前大中型的養(yǎng)殖場一般都配套了糞污處理設(shè)施設(shè)備，但對于畜禽糞便的收集率、糞便中總氮、總磷等數(shù)據(jù)還很不完善，尤其是不同的季節(jié)畜禽糞便排泄量及成分是否存在差異還不十分清楚。本試驗(yàn)以規(guī)模化育肥豬場為例，在2018-2019年間按季節(jié)分4次采集糞尿樣品，對其中的主要成分進(jìn)行了測定分析，并計(jì)算產(chǎn)污系數(shù)，旨在為規(guī)?；B(yǎng)豬場環(huán)境評價(jià)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)動物與設(shè)施

試驗(yàn)在山西省介休市某養(yǎng)殖公司進(jìn)行，該公司共有生豬育肥舍6棟，豬舍(25 m×8 m)東西走向，南北墻對稱排列各有窗戶(1.5 m×1 m)5個(gè)，豬舍靠北墻有寬1.2 m的過道，靠南墻設(shè)有5個(gè)圍欄，每個(gè)圍欄長5 m，寬3 m，屋頂設(shè)有通風(fēng)口3個(gè)。豬欄由北到南設(shè)有一定的坡度，靠南墻有排污水系統(tǒng)，設(shè)有兩條水線，固定料槽。

1.2 飼養(yǎng)管理與日糧

育肥豬舍單棟飼養(yǎng)量為115頭，飼養(yǎng)“杜長大”育肥豬，從65日齡開始入舍，體重25 kg，日采食量0.7 kg；180日齡出欄，體重為90～100 kg，日采食量為(2.5±0.08)kg。采用乳頭式自動飲水器飲水，料槽自由采食，每天飼喂3次；人工干清糞，每天清糞兩次；尿液污水經(jīng)地溝流入污水處理池。豬舍采用自然通風(fēng)，半封閉養(yǎng)殖，飼養(yǎng)管理程序按照正大公司建議程序執(zhí)行。采樣豬飼喂玉米-豆粕型基礎(chǔ)日糧，營養(yǎng)水平參照我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY-T 65-2004，飼糧與營養(yǎng)水平見表1。

1.3 樣品采集與處理

2018年4月～2019年3月，按春夏秋冬4個(gè)季節(jié)，每個(gè)季節(jié)對采樣單元進(jìn)行連續(xù)3 d的采樣監(jiān)測。每季采樣選用體重為70 kg左右的育肥豬5頭，采樣前將供試豬放在單獨(dú)的定位欄進(jìn)行7 d的預(yù)試驗(yàn)，然后用自制的扇形糞污收集器(糞便在扇形盤內(nèi)，尿液流入下方桶內(nèi))，收集每頭育肥豬24 h排泄糞便與尿液，上下午各收集1次，并稱重連續(xù)采樣3 d，記錄每頭采樣豬每日體重、日采食量、日排糞量、日排尿量。

表1 基礎(chǔ)日糧組成及營養(yǎng)水平(風(fēng)干基礎(chǔ))Table 1 Composition and nutritional levelof basal diet(air-dry basis)

1.3.1 糞便處理 將每天上午和下午分別收集的豬鮮糞稱重記錄后，混合均勻，用四分法采集2份樣品，每份樣品500 g，其中1份樣品烘干后測定含水率，另1份樣品按每100 g添加4.5 mol/L硫酸5 mL現(xiàn)場處理后，送山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院資環(huán)所實(shí)驗(yàn)室檢測。

1.3.2 尿液處理 將每天上午和下午分別收集的豬的尿液稱重記錄后，混合均勻，采集樣品2份，每份樣品250 mL，現(xiàn)場測尿液pH，按每100 mL加入4.5 mol/L硫酸2 mL和4滴甲苯，攪拌均勻，1份送山西京誠科技有限公司檢測，1份備用。

1.3.3 飼料處理 每天用四分法采集飼料樣本2份，每份樣品250 g，混合均勻，1份送青島華測檢測技術(shù)有限公司檢測，1份備用。

1.4 測定項(xiàng)目與方法

1.4.1 飼料測定 含水量采用 GB/T 6435-2014 中飼料水分測定方法，粗蛋白采用GB/T 6432-2018 中飼料粗蛋白測定方法，總磷(TP)采用 GB/T 6437-2018 中飼料總磷檢測分光光度法，總氮(TN)采用凱氏氮的測定。

1.4.2 糞便測定 含水率、有機(jī)物含量、總氮、總磷采用 NY 525-2012 有機(jī)肥測定方法，氨態(tài)氮采用GB/T 3600-2000中的測定甲醛法。

1.4.3 尿液測定 化學(xué)需氧量(COD)采用 HJ 828-2017 重鉻酸鹽法，氨氮采用 HJ 665-2013 蒸餾中和滴定法，TP 采用 GB11893-89 鉬酸銨分光光度法，TN 采用 GB/T 609-2018 分光光度法測定。

1.4.4 產(chǎn)污系數(shù)計(jì)算方法 育肥豬的產(chǎn)污系數(shù)是指在正常的生產(chǎn)和飼養(yǎng)管理?xiàng)l件下，單個(gè)育肥豬在單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的原始污染物量。包括育肥豬的產(chǎn)糞量、產(chǎn)尿量，以及糞尿中各種污染物的產(chǎn)生量。計(jì)算方法參照2009 年農(nóng)業(yè)部發(fā)布《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》，公式如下：

污染物產(chǎn)污系數(shù) = 單豬日產(chǎn)糞量 × 糞中污染物濃度 + 單豬尿日產(chǎn)生量 × 尿中污染物濃度。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS 軟件進(jìn)行方差分析，<0.05 為差異顯著，結(jié)果以“平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差”表示。

2 結(jié) 果

2.1 飼料營養(yǎng)成分的測定

由表2可知，飼料樣本各項(xiàng)指標(biāo)的平均值各個(gè)季節(jié)之間沒有顯著性差異(>0.05)。

表2 育肥豬不同季節(jié)飼料樣本各項(xiàng)指標(biāo)測定結(jié)果Table 2 Determination results of feed samples of fatteningpigs in different seasons %

2.2 育肥豬糞便各項(xiàng)指標(biāo)測定結(jié)果

2.2.1 育肥豬糞便日產(chǎn)生量 表3表明，采樣豬的平均體重與日采食量沒有明顯差異，糞日產(chǎn)量均值春季>冬季>秋季>夏季，春冬季極顯著高于夏秋季(<0.01)，其他季節(jié)間差異不顯著(>0.05)，說明育肥豬在天氣較冷的冬春季節(jié)產(chǎn)生的糞便比夏秋季增多。

2.2.2 不同季節(jié)育肥豬糞便主要指標(biāo)測定結(jié)果 由表4可知，不同季節(jié)育肥豬糞便含水率夏季>秋季>春季>冬季，平均值變化范圍在67.18%～72.24%之間，平均含水率為70.69%，不同季節(jié)糞便的含水率沒有太大的變化，差異不顯著(>0.05)。不同季節(jié)有機(jī)質(zhì)的平均值變化范圍在56.49%～78.83%之間，春季>冬季>秋季>夏季，冬春季極顯著高于夏秋季節(jié)(<0.01)。不同季節(jié)的糞便檢測的總氮，冬季>春季>夏季>秋季，冬季極顯著高于春夏秋季(<0.01)，春季極顯著高于夏秋季(<0.01)；總磷，春季>冬季>秋季>夏季，春冬季節(jié)極顯著高于夏秋季節(jié)(<0.01)；氨態(tài)氮，冬季>秋季>夏季>春季，各季節(jié)差異不顯著(>0.05)。說明糞便中有機(jī)質(zhì)、總氮、總磷在溫度較低的冬春季含量較多，而含水率正好相反。

表3 育肥豬糞便日產(chǎn)生量的測定結(jié)果Table 3 Measurement result of daily productionof solid manure for fattening pigs kg/頭

2.3 尿液各項(xiàng)指標(biāo)測定結(jié)果

由表5可知,日產(chǎn)尿量秋季最高，與其他季節(jié)相比差異極顯著(<0.01)，春夏冬季之間差異不顯著(>0.05)；尿液中COD值春季最高，秋季最低，冬春季極顯著高于秋季(<0.01)，春季顯著高于夏季(<0.05)；尿液中氨態(tài)氮值和總磷值都是冬季最低，與其他三季相比差異極顯著(<0.01)，其他三個(gè)季節(jié)間差異不顯著(>0.05)；總氮值秋季極顯著低于其他季節(jié)(<0.01)，春夏季間差異顯著(<0.05)。

表4 不同季節(jié)育肥豬糞便主要指標(biāo)測定結(jié)果Table 4 Determination of main fecal indexes of fattening pigs in different seasons %

表5 不同季節(jié)育肥豬尿液樣本各項(xiàng)指標(biāo)測定值Table 5 Determination value of urine samples of fattening pigs in different seasons

2.4 產(chǎn)污系數(shù)

不同季節(jié)育肥豬產(chǎn)污系數(shù)各項(xiàng)指標(biāo)值見表6。由表6可知，育肥豬COD產(chǎn)污系數(shù)秋季最高，夏季最低，各季節(jié)間差異不顯著(>0.05)；有機(jī)質(zhì)、總磷的產(chǎn)污系數(shù)，秋季極顯著高于其他季節(jié)(<0.01)，夏季極顯著低于其他季節(jié)(<0.01)，春季和冬季差異不顯著(>0.05)；總氮的產(chǎn)污系數(shù)，夏季極顯著低于其他季節(jié)(<0.01)，秋季顯著高于春季和冬季(<0.05)，春季和冬季間差異不顯著(>0.05)；氨氮的產(chǎn)污系數(shù)，春季極顯著高于其他季節(jié)(<0.01)，其他季節(jié)間差異不顯著(>0.05)。

表6 不同季節(jié)育肥豬產(chǎn)污系數(shù)各項(xiàng)指標(biāo)平均值比較Table 6 Comparison of average values of pollution production coefficient of finishing pigs in different seasons

3 討 論

生豬養(yǎng)殖糞便污染主要成分為化學(xué)需氧量(COD)、全氮、全磷、銅和鋅等，可以造成耕地地力下降、污染地下水以及導(dǎo)致周邊水域富集營養(yǎng)化，糞便污染是生豬養(yǎng)殖造成的重要污染之一，已經(jīng)成為全球性的問題。據(jù)報(bào)道2013年我國養(yǎng)豬業(yè)產(chǎn)生豬糞1.21×10t和豬尿3.10×10t，其中COD、全氮、全磷、氨態(tài)氮分別為36.28×10t、0.33×10t、51.63×10t、73.55×10t，給周邊生態(tài)環(huán)境帶來了巨大的污染壓力。山西省省級空間單元2001年以來，生豬養(yǎng)殖量逐年上升，生豬污染物產(chǎn)量也隨之大幅度增加逐年上升，2013年達(dá)到10.79×10t，比2001年增長38.33% 。2016年山西畜禽糞尿總排放量達(dá)3410.97×10t，豬糞便的排放量占23.2%，2018年占比達(dá)到33.9%,生豬產(chǎn)業(yè)污染物產(chǎn)量在全省畜禽養(yǎng)殖業(yè)中占比逐年快速上升。

畜禽產(chǎn)排污系數(shù)是畜牧環(huán)境研究和糞便處理工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)指標(biāo)，我國畜牧業(yè)環(huán)境研究與發(fā)達(dá)國家相比起步較晚，當(dāng)前我國畜禽采用的產(chǎn)排污系數(shù)，僅僅是在宏觀的層面進(jìn)行核算，無法體現(xiàn)同一畜種間不同品種、不同地域、不同養(yǎng)殖方式、不同氣候等條件下的差異性?？紤]到不同季節(jié)，動物的生長情況、飼養(yǎng)條件、飼料特性及糞污清理方式等都是影響產(chǎn)污系數(shù)的主要參數(shù)，本研究選取具有山西代表性的育肥豬場進(jìn)行產(chǎn)污系數(shù)四季原位監(jiān)測，該研究成果對山西省育肥豬污染物產(chǎn)污系數(shù)的測算提供有價(jià)值的參考。

山西省屬于溫帶季風(fēng)氣候，四季特色分明，氣候條件決定了不同季節(jié)飼養(yǎng)管理方式的不同，污染物的產(chǎn)生量和及相關(guān)系數(shù)含量也不同。本研究中，糞日產(chǎn)生量冬春季高于夏秋兩季，而含水率正好相反，這與鮮明氣候特點(diǎn)有關(guān)，直接導(dǎo)致糞中有機(jī)質(zhì)、總氮、總磷冬春季也高于夏秋，說明溫度低時(shí)，糞中污染物濃度較大；尿日產(chǎn)生量秋季最大，春、夏、冬差異不顯著，COD春季最高，秋季最低，冬春季顯著高于秋季，而氨態(tài)氮、總磷，冬季最低，其他三個(gè)季節(jié)差異不顯著，總氮秋季顯著低于其他季節(jié)，春夏季間差異顯著。說明糞尿產(chǎn)生量及其中污染物濃度四季有差異，產(chǎn)污系數(shù)進(jìn)行四季監(jiān)測具有準(zhǔn)確性、科學(xué)性，這也與全國第一、二次污染普查中畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)排污系數(shù)監(jiān)測方案相符。

從四季平均值來看，山西省“杜長大”育肥豬糞便平均產(chǎn)生量為1.30 kg/(d·h)，尿產(chǎn)生量2.59 L/(d·h)，這與第一次全國污染普查公布的華北地區(qū)70 kg育肥豬產(chǎn)污系數(shù)中的產(chǎn)糞量1.81 kg/(d·h)，產(chǎn)尿量2.14 L/(d·h)相比糞便產(chǎn)生量下降，產(chǎn)尿量增加。與朱志平等報(bào)道的糞便收集系數(shù)為0.75 kg/(d·h)相比偏高，可能與品種和糞便的收集方式有關(guān)，與2019年頒布的《排污許可證申請與核發(fā)技術(shù)規(guī)范 畜禽養(yǎng)殖業(yè)》中生豬糞便產(chǎn)生量1.24 kg/(d·h)，相比略微高，這可能與本研究的操作有關(guān)。糞便中含水率和有機(jī)質(zhì)值分別為70.69%和67.79%，與前人研究基本一致；育肥豬糞便中總氮、氨態(tài)氮和總磷約為31.0 g/kg、9.6 g/kg和14.1 g/kg，這在正常范圍內(nèi)。

本研究的育肥豬產(chǎn)污系數(shù)COD值極大地低于第一次污染普查公布值419.56 g/(h·d)，主要是由于本次僅僅檢測了尿液中的COD值而沒有檢測糞便中的，另一方面也可能是由于糞污中有機(jī)物的減少；產(chǎn)污系數(shù)全氮值比“一污普”降低了11.04%，全磷值與“一污普”比升高了38%；氨態(tài)氮值由“一污普”的4.49 g/(h·d)升高到了11.32 g/(h·d)，可能是由于糞便中的氨態(tài)氮比較容易揮發(fā)，不容易檢測到全部而造成。本研究對育肥豬的糞便和尿液中的產(chǎn)污系數(shù)與主要成分進(jìn)行了研究，由于經(jīng)費(fèi)等原因還缺少對銅和鋅等金屬污染物濃度的檢測，需要進(jìn)一步的研究。隨著我國各界對畜禽養(yǎng)殖糞便污染工作重視程度的增強(qiáng)，以及政府政策與資金的大力支持，養(yǎng)殖場糞污處理相關(guān)設(shè)施設(shè)備的配套，我國畜禽糞便造成的環(huán)境污染會越來越少。