湖北省畜禽養殖污染現狀及總量控制

發布時間：2021-12-20所屬分類：農業論文瀏覽：1次

摘 要： 摘 要：通過畜禽產排污系數以及2011年湖北省的統計數據，估算出湖北省2011年畜禽養殖業畜禽糞便總量及COD、氮、磷的產生量，分析了污染物對環境污染的情況，并對湖北省畜禽養殖的環境容量和污染風險進行了初步評估。結果表明， 2011年湖北省畜禽的糞便總量為8 479.8萬t

　　摘 要：通過畜禽產排污系數以及2011年湖北省的統計數據，估算出湖北省2011年畜禽養殖業畜禽糞便總量及COD、氮、磷的產生量，分析了污染物對環境污染的情況，并對湖北省畜禽養殖的環境容量和污染風險進行了初步評估。結果表明， 2011年湖北省畜禽的糞便總量為8 479.8萬t，主要分布在襄陽市、黃岡市、孝感市。全省糞便耕地負荷為16.2 t/hm2 /a，警報值為0.54，分級級數為II，對環境構成污染的威脅為"稍有"。全省氮、磷的耕地負荷分別為157.9 kg/hm2 /a、24.5 kg/hm2 /a，其中，鄂州市、黃岡市均超過歐盟限量標準(氮170 kg/hm2 /a、磷35 kg/hm2 /a)。2011年湖北省的實際養殖總量分別為 7 868.5萬頭豬當量(N)、9 725.3萬頭豬當量(P)，都超過畜禽50%環境容量(為4 599.4萬頭豬當量(N)，7 161.1萬頭豬當量(P)。除了荊州市外，其他大部分地區的實際養殖數量都超過50%環境容量，這些地區應該嚴格控制畜禽的養殖數量并同時做好污染物消減措施。

　　關鍵詞：畜禽糞便;耕地負荷;警報值;總量控制

　　近些年中國畜禽養殖業發展迅速，促進了農村經濟的發展，已逐步發展成為農業和農村經濟的重要支柱產業[1]。但隨著畜禽養殖業的發展和集約化程度的提高，畜禽養殖污染已經成為導致農業面源污染的重要成因。2011年6月，國家首次將畜禽養殖污染減排作為削減污染物排放總量、改善農村生態環境的重要措施納入污染減排范圍[2]。近年來國內越來越多的學者對畜禽糞便的污染進行了研究。排放系數和模型模擬等方法常用于估算畜禽養殖污染排放和評價污染風險，其中，畜禽糞便產生量估算多是采用排放系數法[3]采用輸出系數模型估算北京市的畜禽養殖、土地利用等多種面源污染源的污染負荷。董紅敏等[5]研究了畜禽糞便產污系數和排污系數的計算方法。沈根祥等[6] 提出了畜禽糞便負荷量警報值與分級標準，用來全面、客觀地反映各地區畜禽糞便對環境造成的影響。李艷霞等[7]基于GIS技術深刻分析東北農田對畜禽養殖糞便的適宜性。王奇等[8]和耿維等[9]通過估算全國畜禽養殖的允許總量、與實際總量進行比較，探討總量控制的現實必要性和緊迫性。王方浩等[10]通過排放系數估算中國畜禽糞便產生量及評價其環境效應，表明部分城市畜禽養殖業已經對當地環境構成污染，隨后在重慶[11]、安徽[12]、廣西[13]、河南[14]、海南[15]等地區估算了畜禽糞便排放總量及評價其對環境的影響。但是有關湖北省畜禽養殖業污染現狀和風險評估的報道較少。

　　湖北省是農業大省，也是畜牧大省，其中生豬產業是該省畜禽養殖業的第一大產業，“十一五” 期間生豬出欄量由第9位上升到第5位。近年來在抓生豬數量發展的同時，牛、羊、兔等草食動物在畜牧業中的比重不斷加大[16]。在龐大的養殖總量背后，是嚴峻的環境壓力。畜禽糞便污染處理不當會污染地表水及地下水，也會對土壤和空氣環境造成污染[17]。畜牧業已經成為一個不可忽視的污染源，它不僅污染環境而且也嚴重影響人類健康。因此，亟需對湖北省畜禽養殖的現狀以及污染情況進行摸底分析。

　　本研究通過估算2011年湖北省各市畜禽糞便產生量、負荷量以及畜禽養殖環境容量，分析和闡明各市畜禽養殖業對環境的污染情況，為今后湖北省養殖業發展規劃提供基礎數據，也為該省畜禽養殖業可持續發展及畜禽糞便環境污染防治提供科學依據。

　　1 材料與方法

　　1.1 數據來源

　　本研究中的數據來自于2012年的湖北省農村統計年鑒，主要數據是湖北省各地區的耕地面積以及豬、牛、羊、家禽、兔、馬、驢的出欄量以及存欄量。以湖北省現有17個市的豬、牛、羊、家禽、兔、馬、驢為研究對象，以各市為研究單元，估算出2011年各畜禽種類的糞便產生量、豬糞當量以及污染物的含量，并對環境進行評價及總量控制。

　　1.1.1 飼養量和飼養周期

　　畜禽飼養量根據各類畜禽的生長周期確定。一般生長周期小于1年的，按當年出欄量作為飼養量;生長周期大于1年的，按存欄量作為飼養量，飼養周期為365 d[13]。

　　本文的畜禽飼養周期是參考國內文獻[18]得到的。各類畜禽的飼養期具體如下：生豬飼養周期 199 d，以出欄量為飼養量;牛、羊、馬和驢飼養周期按全年365 d計，以年底存欄量為飼養量;兔的飼養周期為90 d，以出欄量為飼養量;家禽要分為蛋禽和肉禽來計算：肉禽飼養周期一般為55 d，以出欄量來計算，蛋禽飼養周期一般為365 d，以年末蛋雞的存欄量來計算。

　　1.1.2 產排污系數

　　單位個體畜禽每日的糞便以及各污染物的產排污系數見表1。豬、奶牛、役用牛、肉牛、肉禽和蛋雞的產排污相關參數來自文獻[19]。兔、羊、馬、驢騾產排污系數來自文獻[10, 11]。對產排污系數進行適當的修正[ 9 ]，其中：豬產排污系數=1/3保育期產排污系數+2/3育肥期產排污系數;奶牛產排污系數以產奶階段產排污系數計;役用牛產排污系數以育成牛階段產排污系數計;肉牛產排污系數以育肥牛階段產排污系數計;蛋雞產排污系數以產蛋期階段產排污系數計，肉禽產排污系數以肉雞的產排污系數計算。

　　2 結果與分析

　　2.1 畜禽糞便總量、COD、總氮和總磷的產生量及分布情況

　　根據畜禽的產排污系數以及存出欄量和飼養周期估算出2011年湖北省的各畜禽的糞便總量、 COD、總氮、總磷產生量如表4所示。2011年湖北省畜禽的糞便總量為8 479.8萬t，其中牛產生的糞便量最多，為3 970.4萬t，占總量的46.8%。豬產生的糞便量其次，為3 447.0萬t，占總量的40.6%。羊、家禽的糞便產生量位居第三和第四，分別為 597.7萬t和454.9萬t，占總量的12.4%。馬、驢和兔的糞便產生量最少。

　　為了更好的比較畜禽糞便的產生量，根據氮素的平衡將畜禽糞便產生量轉換成豬糞當量，湖北省的豬糞當量的區域分布見圖1。湖北省畜禽糞便產生量較多的市是襄陽市、黃岡市和宜昌市，三個市的糞便產生量占全省總量的49.2%，其中襄陽市位居第一，為990.4萬t，是以豬產生的糞便最多，其次是牛和羊，黃岡市位居第二，為844.2萬t，是以牛產生的糞便最多，其次是豬和家禽，宜昌市糞便產生量排第三，為644.8萬t，是以豬和羊產生的糞便量最多，而神農架的糞便產生量最少，為8.9萬t，是以牛和豬的糞便為主。

　　全省畜禽糞便COD的產生量為782.6萬t，其中牛產生的COD量占總量的58.6%、豬產生的COD量占總量的35.6%。畜禽糞便COD產生量在全省各市的空間分布如圖2所示。畜禽糞便COD產生量最多的是襄陽市和黃岡市，其中襄陽市和黃岡市的畜禽糞便COD產生量分別為137.8萬t、131.2萬t，兩個市的畜禽糞便COD產生量占全省總量的34.4%。孝感市、恩施市和宜昌市的COD產生量都超過了 50萬t。神農架、天門市、潛江市、仙桃市、鄂州市和咸寧市的COD產生量低于20萬t。

　　全省畜禽糞便總N產生量為62萬t，其中豬產生的總N量占全省總N量的54.3%，牛產生的總N量占全省總N量的28.1%。畜禽糞便總N產生量在全省各市的空間分布如圖3所示。襄陽市、黃岡市和宜昌市的總N產生量最多，分別為9.7萬t、8.2萬t和 6.3萬t，占全省總量的39%。潛江市、仙桃市和神農架的總N產生量均少于1萬t。

　　全省畜禽糞便總P產生量為9.6萬t。其中豬產生的總P量占全省總P量的46.3%，牛產生的總P量占全省總P量的32.6%。畜禽糞便總P產生量在全省各市的空間分布如圖4所示。襄陽市和黃岡市的畜禽糞便總P產生量最多，分別為1.6萬t和1.3萬t，占全省總量的31.5%。宜昌市、恩施市、孝感市、荊州市和荊門市的畜禽糞便總P產生量均超過0.6萬t。神農架、仙桃市、潛江市、天門市、鄂州市和黃石市的的畜禽糞便總P產生量均少于0.3萬t。畜禽糞便COD、總N和總P產生量的主要來源均是牛和豬。因此，牛和豬是湖北省畜禽養殖污染的主要來源，也是湖北省畜禽面源污染的控制重點。

　　2.2 畜禽糞便對環境的評價

　　2.2.1 畜禽糞便的耕地負荷及警報值

　　畜禽糞便的耕地負荷是可以反映該地區耕地消納畜禽糞便的能力[10]，而農田畜禽糞便負荷警報值是反映畜禽糞便對環境造成的壓力程度，進行分級和警報[6]。通過耕地面積和豬糞當量計算出湖北省各地(市)的畜禽糞便的耕地負荷，糞便的耕地負荷在湖北省各地(市)的區域分布見圖5。將畜禽糞便的耕地負荷除以有機肥最大理論適宜施用量( 30 t/hm2 /a)得到警報值(表5)。

　　全省的糞便耕地負荷平均值為16.2 t/hm2 /a，警報值為0.54，分級級數為Ⅱ，表明湖北省畜禽糞便對環境構成污染的威脅為“稍有”。從畜禽糞便耕地負荷的分布圖中可以看出畜禽糞便污染較為嚴重的主要分布在湖北省的鄂州市、黃岡市、襄陽市和宜昌市。畜禽糞便負荷警報值的級別在Ⅰ級和 Ⅲ級之間，表明湖北省大部分地(市)的耕地均受到不同程度的污染威脅。只有黃石市、荊州市、潛江市、仙桃市的警報值小于0.4，表示該地區不受畜禽污染的威脅。武漢市、十堰市、宜昌市、荊門市、咸寧市、隨州市、恩施市、天門市和神農架的警報值分級級數為Ⅱ，表示這些地區畜禽養殖對環境稍有污染。而對環境存在較嚴重污染的地區有鄂州市、黃岡市和襄陽市。其中鄂州市受到的污染程度最大，耕地負荷達26.3 t/hm2 /a，警報值為0.88。盡管鄂州市的畜禽養殖量較少，但是它的耕地面積相對較少，無法消納畜禽養殖所產生的糞便量。因此它的耕地負荷較大，污染較為嚴重。而襄陽市、黃岡市的耕地負荷小于鄂州市，這是因為該地區的耕地面積較大能消耗更多的畜禽糞便量。但是他們的畜禽絕對養殖數量較大，這也對環境存在一定的威脅。因此，應加強該地區畜禽糞便風險監督和管理，同時提高畜禽糞便的處理能力，以緩解因畜禽糞便超負荷所造成的環境污染。

　　2.2.2 總氮和總磷的耕地負荷

　　畜禽糞便中的氮、磷作為肥料施用于農田不僅能提高農作物產量，還能起到改良土壤和培肥地力的作用[23]，但過量施用會造成農作物減產與產品質量下降，同時會對農田和水體產生一定的污染[24]。2011年湖北省畜禽糞便總氮和總磷的產生量分別為62萬t和9.6萬t。由2012年的湖北省農村統計年鑒數據可知同年農用氮肥和磷肥施用量分別為159.1萬t和65.4萬t。畜禽糞便總氮、磷產生量分別占氮肥、磷肥施用量的38.3%和14.7%。因此，畜禽的糞便可以作為重要的農用資源進行還田利用，從而減少化肥的施用。

　　圖6顯示了湖北省各市單位面積總氮、總磷的分布情況。湖北省的總氮、總磷耕地負荷分別為 157.9 kg/hm2 /a、24.5 kg/hm2 /a，低于歐盟的限量標準(單位面積耕地總氮、總磷負荷為170 kg/hm2 /a和 35 kg/hm2 /a)。但是從各地(市)來看，鄂州市、黃岡市、襄陽市、宜昌市、恩施市和孝感市的總氮耕地負荷量已經超過170 kg/hm2 /a，其中鄂州市的總氮耕地負荷量嚴重超過限值，達256.4 kg/hm2 /a，污染程度較為嚴重。其次是黃岡市和襄陽市，分別為231.6 kg/hm2 /a、211.6 kg/hm2 /a。而超過總磷限值的地(市)有鄂州市、黃岡市、襄陽市和宜昌市。黃岡市為37.9 kg/hm2 /a，鄂州市為36.8 kg/hm2 /a，襄陽市為34.4 kg/hm2 /a，宜昌市為30.4 kg/hm2 /a。這些地區的耕地面積已經存在著不同程度的氮和磷的污染，因此需要控制畜禽糞便還田的量。盡管孝感市、恩施市、武漢市、隨州市、十堰市和天門市的氮和磷的耕地負荷沒有超過限值，但是也非常接近限值。同樣也需要對這幾個地區的糞便換田量進行控制。

　　2.2.3 環境容量的控制

　　利用不同畜禽糞便的氮、磷含量和單位豬的氮、磷產生量，將其他畜禽折算成豬當量，根據單位耕地面積對氮、磷的承載力，得出2011年湖北省17個地(市)畜禽養殖的環境容量和實際養殖總量。在評估耕地對畜禽糞便的氮、磷環境容量時應考慮化肥施用的影響，假定氮、磷養分全部來自畜禽糞便和50%來自畜禽糞便，估算各地區畜禽養殖環境容量，見表6。由于種植業保持高產的需要，50%比例與實際管理需求更為接近，對各地區控制畜禽養殖總量及合理調整養殖布局更具有參考價值[9]。并將50%環境容量和實際環境養殖量進行比較得到湖北省的污染風險指數(表6)。表中顯示，以氮、磷為衡量標準，2011年湖北省的實際養殖總量分別為7 868.5萬頭豬當量、9 725.3萬頭豬當量，都超過畜禽50%環境容量(為4 599.5萬頭豬當量(N)，7 161.1萬頭豬當量(P))。只有荊州市的畜禽實際養殖量沒有超過50%的環境容量。但鄂州市、黃石市和襄陽市的畜禽實際養殖數量已經遠遠超過環境容量。鄂州市的超出量最多，污染風險指數分別為2.9和2.2。其次是黃石市和襄陽市，風險指數都大于2。對于鄂州市和黃石市受畜禽養殖污染嚴重的原因主要是該市的耕地面積較小能消納的畜禽糞便遠遠低于其養殖產生的糞便量，亟需強制實施總量控制措施并探索畜禽糞便循環利用模式，提高畜禽糞便綜合利用效率。盡管襄陽市的耕地面積較大，但是其畜禽養殖總量較大，產生的糞便量較多，從而超出了耕地面積能消納的范圍。其他大部分的市區畜禽污染風險指數都超過了1，這對環境污染有一定的風險。因此，也應對這些地區實施畜禽養殖的總量控制和畜禽養殖污染消減措施。

　　3 討論

　　本文通過估算2011年湖北省畜禽的糞便總量、COD、總N和總P產生量，發現畜禽糞便、 COD、總N和總P的主要來源均是牛和豬。這與湖北省畜牧業的內部結構以及生豬和牛的日排泄系數較大相關。“十一·五”以來，生豬產業是湖北省畜禽養殖業的第一大產業，牛在畜牧業中的比重也在不斷加大[16]。就空間分布來看，湖北省畜禽糞便產生量主要分布在襄陽市、黃岡市和宜昌市，主要是這些地區的農業水平較高，對畜禽產品的需求量也較大，因此畜禽養殖業較為發達。畜禽糞便耕地負荷較高的地區主要分布在鄂州市、黃岡市、襄陽市和宜昌市。鄧睿等人[25]對襄陽市境內漢江流域的水質進行了研究，發現漢江流域的水體受COD、氨氮的污染嚴重，其中主要來自于生活源的排放。熊佳等人[26]指出了宜昌市農村畜禽養殖業養殖規模大、發展快，但是畜禽產生的糞便對水體、空氣、土壤影響較大。本研究中發現鄂州市、襄陽市和黃岡市的畜禽糞便耕地負荷的警報級別均為Ⅲ，宜昌市的為Ⅱ，這表明了這些地區的水體和農田存在較為嚴重的畜禽糞便的污染。

　　湖北省部分地區的畜禽糞便氮和磷的耕地負荷較高，有潛在的氮和磷的污染風險。李兆華等[27] 研究表明湖北省農村地區主要污染物是COD、總氮和總磷，其中畜禽養殖業占據了全省農村地區污染源58.5%的份額。近年來湖北省各地區的湖泊和水庫都發生了不同程度的富營養化現象，研究表明水體中的污染物，68%來自于農村地區的面源污染，而畜禽養殖貢獻最大[28, 29]。本文通過不同畜禽糞便的氮、磷含量和單位豬的氮、磷產生量，將其他畜禽折算成豬當量，發現2011年湖北省除了荊州市外，其他大部分市區的實際養殖數量都超過50%環境容量�？梢姡�湖北省大部分地區的水體和農田受到較為嚴重的氮和磷的污染，其中一部分來自于畜禽糞便氮、磷產生量的污染。因此，亟待對畜禽養殖總量進行控制，同時重新整合現有的畜禽糞便污染處理技術，真正地實現畜禽糞便的肥料化、能源化利用，發展生態畜牧業，走可持續發展道路。不同養殖規模類型、糞尿資源化處理和利用現狀將是我們下一步研究的重點。

　　目前國內對畜禽養殖污染的研究較多，但是并沒有統一的畜禽糞便量和各類污染物產生量的計算方式，這導致所計算的結果存在一定的差異。同時，畜禽的飼養周期和各污染物的產排系數的確定也存在一定的差異。不同地區、不同種類的畜禽，在不同飼養方式條件下，其產排污系數和飼養周期都會發生變化。基于氮素的豬糞當量的轉換系數研究的也比較多，本文是通過日排泄系數計算得來的，所得的結果與林源等[30]、張緒美等[18]的研究結果也存在差異。本文采用耿維等人[9]和朱建春等人[22]研究的方法，結果與其相似。盡管研究結果能夠證明湖北省畜禽糞便產生量較大，污染較為嚴重，但是為了能夠更好的評估與比較畜禽養殖污染情況，細化產排污系數的計算方法以及各畜禽計算參數的確定還有待于進一步研究。

　　4 結論

　　(1)2011年湖北省畜禽糞便總量為8 479.8萬t，其中牛和豬產生的糞便量最多，分別為3 970.4萬 t和3 447.1萬t，兩者的產生量占總量的87.4%，是湖北省畜禽面源污染的控制重點。

　　(2)全省畜禽糞便耕地負荷平均值為16.2 t/hm2 /a，警報值為0.54，分級級數為Ⅱ，表明湖北省畜禽糞便對環境構成污染的威脅為“稍有”。其中鄂州市受到的污染程度最大，耕地負荷達26.3 t/hm2 /a，警報值為0.88，是亟待進行畜禽養殖總量控制以及畜禽糞便污染治理的重點地區。

　　(3)湖北省總氮和總磷的耕地負荷平均值分別為157.9 kg/hm2 /a、24.5 kg/hm2 /a。盡管其平均值均小于歐盟的限量標準，但是大部分的市區總氮和總磷的耕地負荷都超過或非常接近氮和磷的施用限量標準。說明部分地區的氮磷污染較為嚴重。

　　(4)以氮、磷為衡量標準，2011年湖北省的實際養殖總量分別為 7 868.5 萬頭豬當量 (N) 、 9 725.3萬頭豬當量(P)，都超過畜禽50%環境容量 (為4 599.4萬頭豬當量，7 161.1萬頭豬當量)。除了荊州市外，其他大部分市區的實際養殖數量都超過50%環境容量。這說明湖北省大部分地區的畜禽糞便污染較為嚴重，須對這些地區實施畜禽養殖的總量控制和畜禽養殖污染消減措施。——論文作者：黃美玲1,2，夏 穎1,3，范先鵬1,3*，黃 敏2，吳茂前1,3，劉冬碧1,3，張富林1,3