畜禽養(yǎng)殖污染現(xiàn)狀與防治措施研究進展

高 程,王 榮,王 敏,*,吳端欽*

(1.中國農(nóng)業(yè)科學院 麻類研究所，湖南 長沙 410205；2.中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，湖南 長沙 410125)

畜禽養(yǎng)殖業(yè)是中國農(nóng)業(yè)的重要組成部分，自改革開放以來，大型畜禽養(yǎng)殖公司的建立和發(fā)展推動了畜禽養(yǎng)殖的現(xiàn)代化進程，其中生豬飼養(yǎng)量位居全球第一，占全球生豬總養(yǎng)殖量的50%，家禽和反芻動物飼養(yǎng)量位居全球第二，占全球總養(yǎng)殖量的20%。根據(jù)2020年《中國統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)表明，截至2019年底，中國牛的數(shù)量為9.138×10頭，羊的數(shù)量為3.007×10只，肉豬年出欄5.442×10頭，年底存欄3.103×10頭。然而，畜禽養(yǎng)殖業(yè)不斷發(fā)展的同時，也導致畜禽糞便排放增加、養(yǎng)殖污染加劇等嚴重的環(huán)境污染問題。根據(jù)中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部、國家統(tǒng)計局和中華人民共和國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部頒布的《第二次全國污染源普查公報》數(shù)據(jù)顯示，截至2017年，中國畜禽規(guī)模養(yǎng)殖場有37.8×10個，農(nóng)業(yè)源畜禽養(yǎng)殖業(yè)水污染物化學需氧量、總氮、總磷的排放量分別為1.0×10、59.6×10和11.9×10t，分別占農(nóng)業(yè)源排放量的93.7%、42.1%和56.5%，分別占全國總污染物排放量的46.7%、19.6%和37.9%。因此，防治畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的污染物已經(jīng)成為控制農(nóng)業(yè)面源污染的關鍵一步。本文通過綜述畜禽養(yǎng)殖污染的現(xiàn)狀以及相應的科學防治措施，旨在為今后的畜禽養(yǎng)殖與環(huán)境和諧共處提供參考。

1 畜禽養(yǎng)殖污染的現(xiàn)狀

畜禽養(yǎng)殖業(yè)在帶動農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的同時，也因畜禽糞污處理不當造成了水體、土壤和氣體等環(huán)境污染。朱志平等研究表明，畜禽養(yǎng)殖每年至少產(chǎn)生38×10t糞便，但是有效處理率不足50%，這已經(jīng)成為中國農(nóng)業(yè)環(huán)境污染的主要來源。

1.1 水體污染

畜禽養(yǎng)殖造成的水體污染主要與畜禽糞污和清洗養(yǎng)殖場的污水排放有關。目前，中國許多畜禽養(yǎng)殖場建立在靠近河流或農(nóng)田的郊外，許多養(yǎng)殖戶缺乏環(huán)保意識，將污水隨意排放到周邊的河流，導致水質惡化，造成水體污染。而被污染的水體會不斷滲透，從而對地下水造成污染，影響畜禽和人類的飲水健康。和其它畜禽相比，水禽糞便一般直接排放在水體中，難以回收，并且一旦發(fā)生禽病，極易造成水體中病菌病毒的傳播。

畜禽糞污排放是造成農(nóng)業(yè)面源污染的首要原因，同時也是造成水體富營養(yǎng)化的主要原因。據(jù)報道，家畜氮排放約占農(nóng)業(yè)氮排放的35%，占全球總氮排放的29%～34%。目前，在畜禽養(yǎng)殖過程中氮磷利用效率較低，其中奶牛飼糧中僅有25%～35%的氮可以轉化為乳蛋白，豬對飼料中氮的利用率僅30%～55%，磷的利用率也只有10%～25%，其余大部分隨糞尿排出體外。這樣不僅造成飼料資源的浪費，而且加重了環(huán)境中氮磷的富集。畜禽集約化養(yǎng)殖過程中過量使用的抗生素不但會在畜禽體內(nèi)沉積，也會隨動物的排泄物進入到環(huán)境中，特別是四環(huán)素類和氟喹諾酮類。Wei等針對大型畜禽養(yǎng)殖場廢水和地表水中抗生素含量進行檢測，結果顯示畜禽廢水中磺胺二甲嘧啶(SMZ)、磺胺甲惡唑(SMX)、土霉素(OTC)、強力霉素(DOX)和磺胺嘧啶(SD)的最高濃度依次為211、63.6、72.9、39.5和17.0 μg/L，含量嚴重超標。閭幸對浙江省10家大型規(guī)?；B(yǎng)豬場的廢水進行了四環(huán)素類、磺胺類、喹諾酮類及大環(huán)內(nèi)酯類等10種抗生素的檢測分析，結果發(fā)現(xiàn)抗生素的檢出率高達70%～100%。畜禽養(yǎng)殖過程中抗生素高檢出率說明抗生素在飼料中使用十分不規(guī)范，不僅導致其在肉蛋奶產(chǎn)品中殘留，也會使細菌產(chǎn)生耐藥性，從而造成抗生素使用量越來越大。另外，糞污中的抗生素還會通過食物鏈傳遞，嚴重威脅人類的生命健康。

1.2 土壤污染

目前，飼料添加劑已經(jīng)廣泛應用于現(xiàn)代畜禽養(yǎng)殖業(yè)，這些添加劑中往往包含鋅、銅、砷等重金屬。然而，畜禽對重金屬的利用效率很低。有研究表明，豬飼料中的鋅僅有4%～8%能被動物體吸收。這也導致大部分飼料中的重金屬富集到糞便中，通過施肥到土壤里，而重金屬由于不易被土壤中的微生物降解，會長期滯留在土壤，導致土壤中重金屬濃度不斷升高，從而對土壤生態(tài)平衡造成破壞。有研究結果表明，未經(jīng)無害化處理的糞便施入土壤，會導致土壤中重金屬累積，直接造成農(nóng)作物減產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品質量下降。并且土壤中的重金屬還會被植物吸收富集于人體，對人體的骨骼和器官產(chǎn)生負面影響。柏兆海發(fā)現(xiàn)，土壤中反復施用畜禽糞尿作肥料，會對植物和微生物帶來中長期毒性風險，直接影響作物產(chǎn)品安全和營養(yǎng)品質，最終通過食物鏈和食物網(wǎng)危害到動物和人類的健康。除此之外，畜禽在屠宰過程中會產(chǎn)生許多廢棄物，這些屠宰廢棄物的堆放會侵占土地資源，造成土壤缺氧而使得土表結塊變硬，廢棄物中所含的鹽分還會導致土壤鹽堿化，不利于土壤可持續(xù)發(fā)展。

1.3 氣體污染

畜禽養(yǎng)殖造成的氣體污染主要與甲烷(CH)、氨氣(NH)、硫化氫(HS)等排放密切相關。前期研究結果表明，全球畜牧業(yè)所產(chǎn)生的廢氣占農(nóng)業(yè)除二氧化碳(CO)外溫室氣體排放量的80%，占全球排放總量的12%。在畜禽排放的廢氣中，CH作為反芻動物瘤胃發(fā)酵產(chǎn)物，化學性質穩(wěn)定且很難被吸收，主要以噯氣的形式排出。目前，CH是僅次于CO的第二大溫室氣體，其增溫潛能值是CO的25倍。據(jù)Zhuang報道，2019年CH排放總量高達14.3 Tg，占全球家畜胃腸道CH排放量的18.7%，并且還呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢。另外，廢氣中NH的產(chǎn)生主要與豬相關，李季等發(fā)現(xiàn)畜禽舍內(nèi)蛋白代謝和尿素分解產(chǎn)生NH與其他氧化產(chǎn)物反應是PM的重要來源。據(jù)測定，每頭育肥豬每天排放的NH約為70 g。在禽類飼養(yǎng)環(huán)境中，0～3周齡肉雞禽舍內(nèi)的NH濃度應當不超過13 mg/kg，4～6周齡不超過20 mg/kg。而在實際生產(chǎn)中，禽舍內(nèi)的NH濃度可以達到50 mg/kg。在高濃度NH環(huán)境中，肉雞會出現(xiàn)足部感染、跛行等狀況，還會引起眼部異常，改善環(huán)境中不利于畜禽生長的因素迫在眉睫。除了CH和NH，HS也對動物的粘膜有直接刺激作用，導致畜禽眼睛和呼吸道等產(chǎn)生炎癥。甚至在畜禽屠宰后有機物降解過程中，腐爛變質部分還會產(chǎn)生難聞的有害氣體，不僅長期招引蚊蟲繁殖并且極易傳播有害病菌。尤其是在養(yǎng)殖環(huán)境通風不好的情況下，隨著有害氣體濃度的增大，病原體數(shù)量增多，嚴重時發(fā)生慢性或急性中毒，直接導致畜禽生產(chǎn)性能下降，減少畜禽生產(chǎn)效益。

2 防治措施

畜禽養(yǎng)殖業(yè)是中國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的重要組成部分，直接關系到國計民生。必須重視畜禽養(yǎng)殖污染防治，統(tǒng)籌兼顧，推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物的綜合利用和無害化處理，推動中國畜牧業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。根據(jù)目前存在的畜禽養(yǎng)殖污染現(xiàn)狀，可以從優(yōu)化飼糧配方、合理使用飼料添加劑、畜禽廢棄物處理標準化、場舍建設合理化和制定相關政策幾方面采取防治措施，為保護環(huán)境提供可行性方法。

2.1 優(yōu)化飼糧配方

有研究表明，低蛋白飼糧是提高動物飼糧中氮利用率和減少氮排泄的有效策略之一。當仔豬飼糧蛋白水平從21%降低至17%時，仔豬營養(yǎng)物質消化率得到了改善，并且仔豬腹瀉率顯著降低。在生長豬的育肥試驗中，當飼糧蛋白水平適當調低時，豬的營養(yǎng)物質降解率和育肥效果均得到了明顯提高。如果育肥豬的氮攝入量顯著降低，繼而氮排出量和氮沉積量也能顯著降低。在哺乳母豬試驗中，當飼糧蛋白水平降至16%時，可以減少NH排放，提高母豬對氮的利用率，并改善了母豬的繁殖性能。Wang等發(fā)現(xiàn)，飼糧中較低的蛋白水平可以降低肉雞氮的排泄量，但是會抑制肉雞生長。不過在適度降低后及時補充合成氨基酸可使肉仔雞生長性能不受損害。Namroud等研究表明，雞飼料中蛋白水平分別減少1.5%和3%，雄雞氮的排泄量分別減少9.5%和17%，雌雞分別減少11.8%和14.6%。這些研究結果說明，通過降低飼糧蛋白水平和額外補充一定的氨基酸都有助于減少氮的排泄，提高氮的利用效率。

其次，有研究發(fā)現(xiàn), 調整飼糧的精粗比能夠有效降低CH生成。日糧非纖維性糖類(nonfiber carbohydrate, NFC)與中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)的比值可以調控瘤胃微生物和瘤胃發(fā)酵參數(shù)。李嵐捷等試驗發(fā)現(xiàn)飼喂3～6月齡的肉犢牛NFC/NDF的比值最高的日糧組甲烷能最低，CH排放量最少。除了適當?shù)脑黾泳峡梢杂行p少CH排放外，選擇低纖維類粗飼料也可以抑制CH生成。另有研究表明額外添加合成氨基酸也能提高飼糧中氮利用率和降低氨排放，約有60%的氮排放可轉化為氨。因此，降低飼糧蛋白水平和調整飼料精粗比尤為重要，減少飼糧營養(yǎng)物質的浪費可以從源頭上減少一定程度的污染。

2.2 合理使用飼料添加劑

飼料添加劑可以提高飼料中氮、磷和微量元素的生物利用率。其中，飼料里50%～70%的磷以植酸磷的形式存在，磷的利用率也與植酸磷的含量和活性密切相關。李文剛等在豬的飼糧中添加0.08%的植酸酶和減少60%的磷酸氫鈣后發(fā)現(xiàn)，磷的排泄量減少30%～40%。朱蓮英等在仔豬和中豬階段飼糧中添加植酸酶后，糞尿中磷排泄量分別降低27.2%和33.1%，植酸磷排泄量分別降低11.9%和17.6%，氮排泄量分別降低10.4%和9.3%。在家禽研究中，Rokade等發(fā)現(xiàn)，肉雞飼糧中添加均衡氨基酸和蛋白酶可以減少氮的排泄量，并且對肉雞的生產(chǎn)性能沒有負面影響。徐曉娜等發(fā)現(xiàn)，鵝飼糧中植酸酶添加量增加到900 IU/kg時，可以極顯著提高飼糧鈣、磷表觀利用率，減少總氮和總磷排泄量。趙若含等發(fā)現(xiàn)，泌乳荷斯坦奶牛使用復合添加劑后，飼糧消化率顯著提高，總氮和總磷排泄量分別減少16.3%和16.1%。這些研究結果說明，在飼料中添加適宜劑量的植酸酶可以提高氮磷利用效率，從而減少養(yǎng)殖過程中氮磷排泄量。

在日糧中使用添加劑調節(jié)反芻動物瘤胃發(fā)酵也是減少CH排放的有效方法。向日糧中添加適量的油脂可以減少附著在原蟲上的甲烷菌數(shù)量，抑制CH生成。多項研究表明，在反芻動物日糧中添加適量菜籽油、玉米油和亞麻籽油，對CH排放量均有不同程度減少。除此之外，添加硝酸鹽也能明顯抑制甲烷菌活性，硝酸鹽成為常見甲烷抑制劑被廣泛運用到反芻動物CH減排中。

2.3 畜禽廢棄物處理標準化

畜禽養(yǎng)殖業(yè)進行規(guī)?；B(yǎng)殖生產(chǎn)規(guī)劃時，需要以保護生態(tài)環(huán)境為基礎，全面考慮畜禽廢棄物的處理情況。首先，養(yǎng)殖場必須定期消毒，減少病原菌的生成。在畜禽排泄區(qū)域進行干濕分離，及時收集動物排泄物，避免產(chǎn)生糞便和尿液混合物，有效抑制NH等有害氣體產(chǎn)生。通過鋪設有機墊料與糞便接觸發(fā)酵，這不僅可以消除惡臭，還能抑制害蟲和病菌等。清糞方式注意干清糞和固液分離，這樣不僅可以減少污水產(chǎn)生量，還可以提高糞尿收集率，從而減少糞污發(fā)酵產(chǎn)生的CH。另外，在飼糧和糞尿中加入吸附劑可以有效降低NH的產(chǎn)生，同時保持畜禽舍良好通風也能降低舍內(nèi)NH濃度。Pedersen等研究發(fā)現(xiàn)，地板的材質會顯著影響豬舍NH排放量，用金屬或塑料漏縫地板替代混凝土地板，可以避免糞尿在漏縫中的殘留，減少10%～40%的NH生成。Liao等研究表明，經(jīng)過固液分離的糞尿應當進行集中區(qū)別處理，液體部分進行厭氧沼氣，固體部分進行好氧堆肥，這樣有助于微生物快速將有機物充分降解，是減少溫室氣體產(chǎn)生的有效手段。另外，研究發(fā)現(xiàn)，電化學法可以對具有生物毒性物質、難降解的有機物進行降解。例如，利用石墨板和不銹鋼板作為電極處理養(yǎng)殖糞便，能夠有效的降低養(yǎng)殖糞便中的重金屬離子含量。這方面技術已經(jīng)在畜禽廢棄物處理方面得到了廣泛的關注，有潛力成為一種較為經(jīng)濟環(huán)保的方法。

2.4 場舍建設合理化

畜禽養(yǎng)殖場舍的建設必須避開城鎮(zhèn)居民區(qū)和水源保護區(qū)等，并且需要符合環(huán)境保護和防疫要求。養(yǎng)殖場應當設在常年主導風向的下風向或側風向處，遠離村莊集中飲用水源地，距離村民居住區(qū)500 m以上。根據(jù)畜禽養(yǎng)殖量確定飼養(yǎng)場面積，養(yǎng)殖區(qū)域需以合理的密度引進畜禽，避免畜禽因養(yǎng)殖密度過大而感染傳染病，這樣有助于減少抗生素的使用頻率。其次，畜禽養(yǎng)殖企業(yè)應該積極探索和推廣水禽等新型養(yǎng)殖方式，減少水體污染，提高水禽飼養(yǎng)的生物安全水平。除此之外，還應當對養(yǎng)殖人員進行專業(yè)技術培訓，包括日常養(yǎng)殖標準、抗生素使用規(guī)范等，加強養(yǎng)殖人員自身文化素養(yǎng)，學習在養(yǎng)殖過程中嚴格控制添加劑和抗生素的使用，從根本上避免濫用和誤用。

2.5 制定相關政策

國務院2013年7月份出臺了《畜禽養(yǎng)殖污染防治條例(征求意見稿)》，明確提出了畜禽養(yǎng)殖污染防治辦法及具體措施。但根據(jù)農(nóng)村的實際情況來看，養(yǎng)殖業(yè)污染問題未得到有效遏制。2014年1月1日，國務院正式頒布實施《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》(國務院令第643號)，這是中國第一部由國務院制定實施的農(nóng)業(yè)農(nóng)村環(huán)境保護行政法規(guī)，凸顯了現(xiàn)階段中國政府對畜牧業(yè)污染防治的高度重視。中國共產(chǎn)黨的十九大提出實施“鄉(xiāng)村振興”戰(zhàn)略，明確了“產(chǎn)業(yè)興旺、生態(tài)宜居、鄉(xiāng)風文明、治理有效、生活富?！钡目傄?。國家農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布194號公告，自2020年元旦起，中國飼料中全面禁止添加抗生素，減少濫用抗生素造成的危害，維護動物源食品安全和公共衛(wèi)生安全。相關部門應當加強執(zhí)法監(jiān)管，強化源頭管控，督促建設或完善配套的污染治理設施，對現(xiàn)有不符合規(guī)定的養(yǎng)殖企業(yè)，責令限期整改。技術人員應當提倡生態(tài)、科學、環(huán)保養(yǎng)殖等最新養(yǎng)殖技術，將環(huán)保宣傳到底。廣大養(yǎng)殖戶也必須充分認識污染防治管理的必要性、緊迫性，提高保護農(nóng)村環(huán)境的自覺性。養(yǎng)殖戶應與相關部門通力合作，將畜禽養(yǎng)殖污染的防治管理擺上重要議事日程，決不能以犧牲群眾利益和廣大農(nóng)民賴以生存的環(huán)境為代價換取經(jīng)濟效益。

3 小結與展望

中國作為農(nóng)業(yè)大國，畜禽養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模龐大，目前行業(yè)總產(chǎn)值穩(wěn)定在3×10元左右，在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟中占主導地位，但是畜禽養(yǎng)殖業(yè)所帶來的環(huán)境污染問題更應該引起高度重視。畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)上需要充分推動種養(yǎng)結合、農(nóng)牧循環(huán)的新型種養(yǎng)關系，這樣有助于在保護環(huán)境的同時充分利用資源，一舉兩得。養(yǎng)殖戶與相關部門密切配合，對畜牧業(yè)繁榮發(fā)展和環(huán)境污染防治統(tǒng)籌兼顧，保證畜禽養(yǎng)殖污染防治工作取得實效。通過采取以上措施，堅持建設可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代畜牧業(yè)，為環(huán)境生態(tài)保護保駕護航。