謝 飛，曹 磊，王 震，閔興華，趙言文

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京210095）

近年來(lái)，我國(guó)非點(diǎn)源污染的負(fù)荷比重逐步上升。以水體污染為例，非點(diǎn)源污染已成為巢湖、太湖、滇池等重要湖泊水質(zhì)惡化的主要原因之一［1］。據(jù)第一次全國(guó)污染源普查公報(bào)顯示，農(nóng)業(yè)源是中國(guó)水環(huán)境污染物化學(xué)需氧量（COD）、總氮（TN）和總磷（TP）的主要來(lái)源，一些地區(qū)河流、湖泊、地下水氮濃度超標(biāo)嚴(yán)重［2－3］。江蘇太湖地區(qū)主要包括蘇州市、無(wú)錫市和常州市，人口密集、生態(tài)環(huán)境負(fù)荷重。畜禽養(yǎng)殖業(yè)在該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有一定地位，且逐漸呈現(xiàn)規(guī)?；厔?shì)。畜禽業(yè)排放的廢棄物如果在一定時(shí)空范圍內(nèi)沒(méi)有足夠的土地將其消納，很容易對(duì)水體產(chǎn)生污染，導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化［4］。因此，有效評(píng)估和控制畜禽糞便污染勢(shì)在必行。

關(guān)于區(qū)域畜禽糞便產(chǎn)生量估算和環(huán)境效應(yīng)的研究，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有了相關(guān)報(bào)道。Mallin等［5］認(rèn)為畜禽糞便是水生生態(tài)系統(tǒng)中氮和磷污染的主要來(lái)源；畜禽糞便對(duì)水、土壤和空氣的環(huán)境影響也有過(guò)相關(guān)研究［6］。張玉珍等［7］對(duì)九龍江流域畜禽糞便年產(chǎn)生量做了估算，并提出了相應(yīng)的防治對(duì)策；閻波杰等［8］對(duì)北京大興區(qū)畜禽糞便量進(jìn)行了估算，并進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；高新昊等［9］通過(guò)分析山東省畜禽糞便污染情況，指出畜禽糞便是農(nóng)業(yè)污染的3種主要污染源之一；宋大平等［10］針對(duì)安徽省畜禽糞便污染耕地、水體的現(xiàn)狀做了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。這些研究所采用的數(shù)據(jù)大多來(lái)自統(tǒng)計(jì)年鑒或文獻(xiàn)中有關(guān)畜禽糞便的產(chǎn)污系數(shù)進(jìn)行畜禽糞便產(chǎn)生量的估算，而基于典型規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)不同飼養(yǎng)時(shí)間不同飼養(yǎng)階段的產(chǎn)污測(cè)算，以及水體的等標(biāo)排放量和等標(biāo)污染指數(shù)的研究鮮有報(bào)道。因此，本研究在對(duì)太湖地區(qū)典型規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)及其污染物進(jìn)行定點(diǎn)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，測(cè)算了江蘇省太湖地區(qū)2011年的畜禽業(yè)糞污產(chǎn)排量，并分析了污染物對(duì)水體的影響，以期為太湖流域農(nóng)業(yè)面源污染的防治和畜禽業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 監(jiān)測(cè)對(duì)象

本研究選取位于常州市的新樂(lè)農(nóng)牧有限公司養(yǎng)殖場(chǎng)設(shè)置典型監(jiān)測(cè)點(diǎn)。該生豬養(yǎng)殖場(chǎng)存欄生豬3 000頭，出欄量6 000頭以上。清糞方式為干清，60%用于銷(xiāo)售，部分施用于養(yǎng)殖場(chǎng)的農(nóng)田種植；污水采用沼氣工程處理，沼液用于農(nóng)田澆灌，沼渣作為農(nóng)田底肥施用。在飼養(yǎng)模式和糞污處理方式等方面，代表了蘇南地區(qū)規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)的養(yǎng)殖水平。因此，監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)總體上可反映江蘇省太湖地區(qū)規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)的產(chǎn)排污基本情況。

1.2 樣品采集方法

（1）糞尿樣品采集。選取妊娠母豬（懷孕2個(gè)月左右）、育肥豬（約60kg）和保育豬（約25kg）這3個(gè)飼養(yǎng)階段的生豬作為試驗(yàn)對(duì)象。在每個(gè)階段，隨機(jī)抽取1欄（10～15頭）進(jìn)行糞尿收集采樣。采樣期間內(nèi)，每日上午和下午分別收集豬只產(chǎn)生的糞便和尿液，分別稱(chēng)量和記錄。糞便混合均勻后采用四分法取3個(gè)樣品，每個(gè)樣品約1kg，裝入自封樣品袋中。尿樣500ml裝于聚乙烯瓶。采集的糞尿樣品需進(jìn)行加酸預(yù)處理，添加比例為每100g鮮糞添加20ml濃度為4.5mol／L H2SO4，每100ml尿樣添加2ml濃度為4.5mol／L H2SO4和4滴甲苯。預(yù)處理后送至分析檢測(cè)室分析。

（2）采樣頻率和時(shí)間。監(jiān)測(cè)點(diǎn)為周年監(jiān)測(cè)。從2011年2—12月，分不同季節(jié)，在2，4，8和12月對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)3～5d的采樣監(jiān)測(cè)，根據(jù)天氣狀況、養(yǎng)殖條件等實(shí)際狀況安排具體監(jiān)測(cè)時(shí)間，并保證3d有效數(shù)據(jù)。

（3）測(cè)定指標(biāo)和方法。糞便監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括糞便量、含水率、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷。

尿液監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括尿液量、pH值、化學(xué)需氧量（CODCr）、全氮（TN）、全磷（TP）。各監(jiān)測(cè)指標(biāo)的測(cè)定方法詳見(jiàn)表1。

表1 監(jiān)測(cè)指標(biāo)、測(cè)定方法和標(biāo)準(zhǔn)

1.3 產(chǎn)污系數(shù)測(cè)算

產(chǎn)污系數(shù)的計(jì)算公式為：

式中：FPi，j，k——每頭動(dòng)物的產(chǎn)污系數(shù)〔g／（頭·d）〕；QFi，j——第i種動(dòng)物第j生產(chǎn)階段的糞產(chǎn)量〔kg／（頭·d）〕；CFi，j，k——第i種動(dòng)物第j生產(chǎn)階段糞便中含第k種污染物的濃度（mg／kg）；QUi，j——第i種動(dòng)物第j生產(chǎn)階段尿液產(chǎn)量〔L／（頭·d）〕；CUi，j，k——第i種動(dòng)物第j生產(chǎn)階段尿中含第k種污染物的濃度（mg／L）。

采用Excel和SPASS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 養(yǎng)殖場(chǎng)糞尿主要污染指標(biāo)

經(jīng)過(guò)周年監(jiān)測(cè)，獲得的3種不同生長(zhǎng)階段生豬糞尿主要污染指標(biāo)（表2）。從表2可以看出，保育豬糞便含氮量最高為1.18%，與妊娠母豬和育肥豬差異顯著（p＜0.05）；妊娠母豬總磷含量最高為1.26%，育肥豬次之達(dá)1.18%，二者與保育豬間差異顯著（p＜0.05）；保育豬有機(jī)質(zhì)含量最高，達(dá)17.78%，與育肥豬差異不顯著（p＞0.05），但是二者都與妊娠母豬間差異顯著（p＜0.05）。

尿液中總氮含量由大到小順序?yàn)椋罕Ｓi＞育肥豬＞妊娠母豬，保育豬與育肥豬和妊娠母豬間差異顯著（p＜0.05）；總磷含量保育豬最高為124.37mg／L，與育肥豬和妊娠母豬差異顯著（p＜0.05）；生豬尿液中的COD含量均在20 000mg／L以上，妊娠母豬與育肥豬間差異不顯著（p＞0.05）。

表2 生豬糞尿主要污染指標(biāo)

2.2 養(yǎng)殖場(chǎng)的產(chǎn)污系數(shù)

依據(jù)產(chǎn)污系數(shù)公式，對(duì)周年數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定了養(yǎng)殖場(chǎng)糞尿污染物產(chǎn)污系數(shù)（表3）。產(chǎn)污系數(shù)與其它研究相比［11－12］略有不同，這是因?yàn)楦鱾€(gè)地區(qū)養(yǎng)殖的畜禽種類(lèi)、品種、氣候、生長(zhǎng)期、喂養(yǎng)飼料等存在差異［13］。

從表3可以看出，生豬不同生長(zhǎng)階段糞尿污染物產(chǎn)生量不同，產(chǎn)污系數(shù)由高到低排序依次為：妊娠母豬＞育肥豬＞保育豬。雖然妊娠母豬糞尿污染物濃度低，但是糞尿產(chǎn)生量大，因此產(chǎn)生的污染物總量也多。從方差分析結(jié)果看，生豬各個(gè)階段之間的糞尿污染物產(chǎn)生量存在顯著性差異（p＜0.05）。因此，在選取產(chǎn)污系數(shù)時(shí)，不能以一個(gè)生長(zhǎng)階段的糞尿污染物產(chǎn)生量來(lái)代替該種動(dòng)物的產(chǎn)污系數(shù)，而是應(yīng)該分階段測(cè)算以后，再根據(jù)飼養(yǎng)動(dòng)物數(shù)量，計(jì)算獲得較為準(zhǔn)確的畜禽污染物產(chǎn)生量。

表3 不同飼養(yǎng)階段豬的產(chǎn)污系數(shù)

2.3 畜禽糞尿?qū)λw的污染分析

2.3.1 江蘇太湖地區(qū)畜禽糞便排放量 采用的數(shù)據(jù)來(lái)源于2011年的《常州市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《蘇州市統(tǒng)計(jì)年鑒》以及《無(wú)錫市統(tǒng)計(jì)年鑒》中的畜禽養(yǎng)殖量和水資源總量等數(shù)據(jù)。根據(jù)《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18596—2001）》，同時(shí)參考汪開(kāi)英等［14］的研究結(jié)果，對(duì)不同畜禽種類(lèi)折算為生豬當(dāng)量。即2011年江蘇省太湖地區(qū)畜禽年末存、出欄量折算生豬當(dāng)量為584.36萬(wàn)頭（表4）。

由于牛和羊的生長(zhǎng)期較長(zhǎng)，將牛和羊的年末存欄量作為一年中穩(wěn)定的飼養(yǎng)量；豬、家禽的飼養(yǎng)周期不足1a，所以將年末出欄量作為穩(wěn)定的飼養(yǎng)量。在未考慮飼養(yǎng)周期的前提下，采用該計(jì)算方法：存／出欄量（頭／只）×日產(chǎn)污系數(shù)（kg／d）×365d。根據(jù)所得的產(chǎn)污系數(shù)估算2011年江蘇省太湖地區(qū)畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞尿產(chǎn)量為1.93×107t。其中，TN為4.81×104t，TP為3.40×104t，COD為1.47×105t，有機(jī)質(zhì)為5.01×105t。

表4 江蘇省太湖地區(qū)2011年各類(lèi)畜禽年末飼養(yǎng)量

畜禽糞尿在清糞沖洗和堆置貯存過(guò)程中極易流失進(jìn)入水體，但在不同區(qū)域、不同管理水平下畜禽糞尿的流失率有很大差異。張維理等［15］研究表明畜禽糞便污染物進(jìn)入水體的流失率在2%～8%的范圍內(nèi)，液體排泄物則可能會(huì)達(dá)到50%。太湖流域水系發(fā)達(dá)，降水充沛，同時(shí)參考孔源、段勇等［16－17］的研究結(jié)果，將畜禽糞尿進(jìn)入水體流失率定為30%。據(jù)此計(jì)算，2011年江蘇省太湖地區(qū)畜禽養(yǎng)殖業(yè)共水體排放污染物TN，TP和COD共2.19×105t（表5），其中，COD最高，占到了總量的88.75%，TN和TP分別占總量的6.59%和4.66%。從區(qū)域角度看，各地區(qū)的畜禽糞污染物排放量也存在差異，常州市污染物排放量最高，達(dá)到9.88×104t，占江蘇省太湖地區(qū)污染物排放總量的45.14%。原因是常州地區(qū)畜禽養(yǎng)殖業(yè)較為發(fā)達(dá)，規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場(chǎng)較多，畜禽養(yǎng)殖數(shù)量大，畜禽污染物排放量自然也較多。蘇州市的畜禽污染物排放量最少，為5.32×104t，占總量的24.32%，這是因?yàn)樘K州市經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)，農(nóng)業(yè)人口較少，畜禽養(yǎng)殖數(shù)量少，污染物排放量也相對(duì)較低。利用污染物擴(kuò)散濃度可以表征農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)水環(huán)境的影響程度。2011年江蘇省太湖地區(qū)因畜禽養(yǎng)殖業(yè)向水體排放的TN，TP和COD濃度分別為1.46，1.03，19.62mg／L，其中常州市的3種污染物擴(kuò)散濃度均超過(guò)地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（COD為20mg／L，TN為1mg／L，TP為0.2mg／L），TP的排放濃度更是遠(yuǎn)高于0.2 mg／L。蘇州市和無(wú)錫市的TN和TP均超過(guò)地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。TN，TP，COD的擴(kuò)散濃度均以常州市最高。

表5 畜禽糞便污染物排放量和擴(kuò)散濃度

2.3.2 畜禽養(yǎng)殖業(yè)等標(biāo)排放量與等標(biāo)污染指數(shù) 等標(biāo)污染負(fù)荷是污染評(píng)價(jià)中經(jīng)常使用的評(píng)價(jià)指標(biāo)，它主要反映污染源本身潛在的污染水平，采用等標(biāo)污染負(fù)荷法對(duì)污染物進(jìn)行評(píng)價(jià)，用污染物的排放量除以環(huán)境中污染物的限量標(biāo)準(zhǔn)，把污染物的排放量轉(zhuǎn)化為“把污染物全部稀釋到評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)所需的介質(zhì)量”。計(jì)算結(jié)果不但反映了污染物在量上對(duì)環(huán)境的影響，也反映了污染物在質(zhì)上對(duì)環(huán)境的影響。統(tǒng)一轉(zhuǎn)化之后，使同一污染源所排放污染物之間、不同污染源之間在對(duì)環(huán)境的潛在影響上進(jìn)行比較成為可能［18－19］。本研究采用此方法對(duì)畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染負(fù)荷進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)因子選擇TN，TP和COD。

式中：Pi——i污染物的等標(biāo)排放量（m3）；Ci——i污染物流失量（t／a）；C0——污染物按 GB3838—2002的Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)系列的閾濃度（COD為20mg／L，TN為1mg／L，TP為0.2mg／L）。

根據(jù)上述結(jié)果以及計(jì)算公式，計(jì)算得出各地區(qū)畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物等標(biāo)排放量（表6）和等標(biāo)污染指數(shù)（圖1）。2011年江蘇省太湖地區(qū)畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物等標(biāo)排放總量達(dá)7.51×1010m3，TN，TP和COD分別占等標(biāo)排放總量的19.20%，67.87%和12.93%，說(shuō)明江蘇省太湖地區(qū)畜禽糞便對(duì)水環(huán)境的污染主要是TP，其次是TN和COD的污染。常州市的等標(biāo)排放總量最高，達(dá)3.39×1010m3，說(shuō)明常州市對(duì)畜禽污染物的排放貢獻(xiàn)最大。

2011年江蘇省太湖地區(qū)常州市、蘇州市、無(wú)錫市的等標(biāo)污染指數(shù)分別為11.54，5.70和6.10，各地區(qū)等標(biāo)污染指數(shù)存在差異。常州市等標(biāo)污染指數(shù)最高，遠(yuǎn)高于平均值7.78，這與常州市等標(biāo)排放量最多，而水資源量最少也有關(guān)系。從圖1可以看出常州、蘇州、無(wú)錫3種污染物的等標(biāo)污染指數(shù)最高為T(mén)P，其次為T(mén)N和COD，說(shuō)明TP對(duì)水體的污染負(fù)荷最大，COD污染負(fù)荷最小。

參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838—2002）》中相應(yīng)水質(zhì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，本研究中將等標(biāo)污染指數(shù)劃分為5個(gè)等級(jí)：等標(biāo)污染指數(shù)在0～5范圍為Ⅰ級(jí)，對(duì)水體無(wú)污染風(fēng)險(xiǎn)；5～10范圍為Ⅱ級(jí)，對(duì)環(huán)境稍有污染；10～15范圍為Ⅲ級(jí)，對(duì)環(huán)境有污染；15～20范圍為Ⅳ級(jí)，對(duì)環(huán)境污染較嚴(yán)重；20以上為Ⅴ級(jí)，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。由上述結(jié)果可知，2011年江蘇省太湖地區(qū)畜禽污染物對(duì)水體的污染程度在Ⅱ級(jí)的為蘇州市和無(wú)錫市；對(duì)水體的污染程度在Ⅲ級(jí)的為常州市。

表6 畜禽糞便污染物等標(biāo)排放量

圖1 研究區(qū)畜禽糞便污染物等標(biāo)污染指數(shù)

2.3.3 畜禽養(yǎng)殖業(yè)主要污染源 采用區(qū)域內(nèi)污染源或污染物的等標(biāo)污染負(fù)荷比可確定主要污染源和污染物。根據(jù)畜禽養(yǎng)殖業(yè)不同糞污排放源和污染物的等標(biāo)污染負(fù)荷比（表7）可以看出，2011年江蘇太湖地區(qū)畜禽養(yǎng)殖業(yè)主要污染源依次是家禽、豬、牛和羊，其等標(biāo)污染負(fù)荷比分別達(dá)到了49.52%，44.47%，5.01%和1.00%。雖然家禽的個(gè)體產(chǎn)污量不高，但是養(yǎng)殖數(shù)量卻是最高的，說(shuō)明畜禽養(yǎng)殖業(yè)的污染物排放量不僅與養(yǎng)殖種類(lèi)有關(guān)，還與飼養(yǎng)數(shù)量有關(guān)。畜禽養(yǎng)殖業(yè)最主要的污染物是TP，其等標(biāo)污染負(fù)荷比達(dá)到了67.87%。

表7 畜禽養(yǎng)殖業(yè)等標(biāo)污染負(fù)荷比

3 結(jié)論

（1）通過(guò)選取典型規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)進(jìn)行定點(diǎn)監(jiān)測(cè)，測(cè)算得出該養(yǎng)殖場(chǎng)的產(chǎn)污系數(shù)，以此測(cè)算畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞污排放量，該方法有利于更準(zhǔn)確的評(píng)估畜禽養(yǎng)殖業(yè)對(duì)水體污染的貢獻(xiàn)。試驗(yàn)結(jié)果得出：妊娠母豬、育肥和保育3個(gè)飼養(yǎng)階段的全氮產(chǎn)污系數(shù)分別為每頭32.48，20.04 和 15.09g／（頭 ·d），全 磷 分 別 為24.64，15.25，7.91g／（頭·d），COD分別為119.26，54.08，33.22g／（頭·d），有機(jī)質(zhì)分別為327.13，223.40，153.67g／（頭·d），產(chǎn)糞量分別為1.93，1.28，0.88kg／（頭·d），產(chǎn)尿量分別為5.60，2.43，1.45L／（頭·d）。

（2）2011年江蘇省太湖地區(qū)畜禽養(yǎng)殖業(yè)TN，TP，COD的排放量分別為1.44×104t，1.02×104t，1.94×105t，相應(yīng)的等標(biāo)排放量分別為1.44×1010m3，5.10×1010m3，9.71×109m3。因畜禽養(yǎng)殖業(yè)引起的TN，TP，COD擴(kuò)散濃度分別為1.09～2.22mg／L，0.77～1.57mg／L，14.74～29.85mg／L，常州市的TN，TP，COD以及蘇州市和無(wú)錫市的TN和TP擴(kuò)散濃度均超過(guò)地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

（3）2011年江蘇省太湖地區(qū)畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物等標(biāo)污染指數(shù)常州市、蘇州市、無(wú)錫市分別為11.54，5.70和6.10。因此造成的水體污染程度，蘇州市和無(wú)錫市為Ⅱ級(jí)，常州市為Ⅲ級(jí)。葉飛等［20］利用統(tǒng)計(jì)年鑒和相關(guān)數(shù)據(jù)估算了2002年江蘇省各地區(qū)畜禽糞便污染源等標(biāo)污染指數(shù)，相比本研究結(jié)果，2011年常州市和無(wú)錫市等標(biāo)污染指數(shù)分別升高155.31%和14.45%，蘇州市等標(biāo)污染指數(shù)降低19.31%。說(shuō)明常州市和無(wú)錫市的畜禽污染程度是增加的，尤其是常州市對(duì)水體污染程度較高；蘇州市雖有降低，但對(duì)水體仍然存在污染。

（4）2011年江蘇省太湖地區(qū)畜禽養(yǎng)殖業(yè)最主要的污染物來(lái)源是家禽和豬，其貢獻(xiàn)率分別為49.52%和44.47%，因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)家禽和豬的糞尿污染物控制。主要污染物是TP，其貢獻(xiàn)率為67.87%。宋大平等［10］研究表明安徽省畜禽糞便對(duì)水體的主要污染物為T(mén)P，與本研究結(jié)果一致，說(shuō)明P素對(duì)水環(huán)境的污染應(yīng)該引起重視。

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