中山市畜禽粪便污染负荷及风险评价研究

吴咏梅，彭海燕

（1.中山市农业科技推广中心，广东 中山528403；2.中山市农业局，广东 中山528403）

“十一五”期间，广东省畜牧业发展较快，产量产值不断上升，标准化规模养殖水平持续提高。畜牧业的快速发展，有效保障了畜产品的市场供给，提高了人民群众的生活水平，但广东省畜牧业面临着土地资源紧缺、养殖污染问题日益突出的严峻挑战。近几年，区域养殖污染现状、养殖布局、污染防治对策等方面的研究日益增多［1-3］，研究表明，2001年广东省畜禽养殖粪尿排放总量已达1.4×108t，全年总氮、总磷流失量分别占实际化肥施用量的26.9%和42.4%［4］；龚俊勇等对梅州市农地畜禽粪便风险进行评价，梅州市农地畜禽粪便的平均承载量为23.07 t·hm-2·a-1［5］。中山市位于珠江三角洲中南部，珠江口西岸，总面积1 800 hm2，下辖18个镇、5个街道办事处和1个国家级火炬高技术产业开发区，常住人口312万，其中农业人口69万。中山市是中国河网密度较大的地区之一，全市共有支流289条。中山市畜牧业较发达，其饲养模式散养与集约化养殖并存。由于中山市河网密集、土地珍贵，粪便还田是目前粪便处理的主要出路，探讨中山市农用耕地畜禽粪便承载量及其环境风险具有重要的意义。

1 数据来源和研究方法

1.1 数据来源及参数选择

1.1.1 耕地面积与畜禽饲养量 中山市施用畜禽粪便的农用耕地主要有农田、果园、花卉基地和鱼塘等用地。2011年各镇区耕地面积和畜禽养殖数量见表1。中山市大牲畜的饲养主要以生猪、肉牛和羊为主，生猪的饲养周期一般为199 d［6］，饲养量以出栏数来计算；肉牛和羊的饲养周期大于365 d，其饲养量以存栏数来计算。由于蛋禽与肉禽的粪便产污系数有较大差异，故把家禽区分为肉禽和蛋禽，肉禽的饲养周期为55 d，其饲养量以出栏数来计算［7］；蛋禽的饲养周期一般大于365 d，其饲养量以存栏数来计算。2011年中山市24个镇区生猪的出栏数为643 125头，牛存栏数为850头，羊的存栏数为1 316头，肉禽的出栏数为982.04万只，蛋禽的存栏数为127.13万只。

1.1.2 畜禽粪便及其污染物的排泄系数 畜禽粪便排泄系数是指单个动物每天排泄粪尿的数量，它与动物的种类、品种、性别、生长期、饲料甚至天气状况等因素有关［8］。本研究中，猪、牛、蛋禽和肉禽的粪便日排泄系数参照刘培芳等［9］的方法，羊的粪便排泄系数采用武深树等的方法［10］。畜禽粪便排泄系数见表2。

1.2 研究方法

1.2.1 畜禽粪便产生量的估算方法 畜禽粪便产生量的估算主要有产污系数法和数学模型法。本研究参考刘培芳等［9］方法，根据中山市畜禽饲养总量、畜禽粪便排泄系数计算得到畜禽粪便年产生量。

式中：Fi为i类畜禽粪尿产生量（t）；i为畜禽种类；ni为i类畜禽饲养量（头／只）；di为畜禽饲养天数（d）；Pi为i类畜禽粪便日排泄系数（g·头-1·d-1或g·只-1·d-1）。

表1 中山市各镇区耕地面积和畜禽养殖数量Table 1 Area of farmlands and population of livestock in Zhongshan city

表2 畜禽粪便日排泄系数Table 2 Daily excretion coefficient of livestock 单位：g·头-1·d-1或g·只-1·d-1

1.2.2 耕地畜禽粪便承载量的计算方法 耕地畜禽粪便承载量可以表征地区耕地对畜禽粪便的消纳量和承载力。可反映当地畜禽粪便还田对环境的压力，以及畜禽粪便还田后发生非点源污染的风险。由于不同畜禽粪便的养分差异较大，故以畜禽粪便中氮含量为标准统一换算成猪粪当量进行计算，计算时不区分耕地类型。

式中：LR为耕地畜禽粪便承载量（t／hm2）；X为不同畜禽粪便以其氮含量为基准，统一换算成猪粪当量的系数（见表3）；Q为各类畜禽粪便产生量（t）；S为有效耕地面积（hm2）。

1.2.3 耕地畜禽粪便负荷预警值的计算与分级耕地畜禽粪便负荷预警值是指耕地畜禽粪便实际承载量与其理论最大承载量的比值。

式中：A为耕地畜禽粪便承载预警值；LR为单位耕地面积以猪粪当量计的畜禽粪便实际承载量（t／hm2）；LM为单位耕地面积以猪粪当量计的畜禽粪便理论最大承载量（t／hm2）。

李国学研究得出，1 hm2耕地能够负担的畜禽粪便为30～45 t，如果高出这一水平即会带来土壤的富营养化，为了最大程度降低环境污染的风险，本研究取30 t为最大理论适宜量［11］。预警值的分级标准参考上海市农业科学研究院提出的家畜粪便负荷警报值分级标准（表4）。

表3 畜禽排泄物含氮量及猪粪当量换算系数Table 3 Nitrogen content of livestock manure and the coefficient conversion to pig manure

表4 畜禽粪便土地负荷警报值分级［12］Table 4 The classification of livestock manure loading alert value

2 畜禽粪便产生量估算和风险评价

2.1 畜禽粪便产生量

根据表1、表2数据，通过公式（1）计算获得2011年中山市不同畜禽和各个镇区畜禽粪便及其污染物产生量，分别见表5、表6。由表5可知，2011年中山市畜禽产生的粪尿合计为78.39×4t，其中粪便产生量为40.72×104t，尿液为37.67×104t，折合BOD5为3.67×104t，COD为4.13×104t，NH3-N为0.62×104t。畜禽粪尿产生量较大的依次为猪、肉禽和蛋禽，分别占中山市畜禽年产粪尿总量的83.26%、10.33%和4.44%，羊粪产生量最小，仅占畜禽年粪尿总量的0.08%。从中山市各镇区所产生的畜禽粪尿绝对量来看，三乡镇的畜禽粪尿产生量最大，为8.30×104t，占中山市畜禽粪尿总量的22.78%，其次是南朗镇和坦洲镇，分别占15.27%、8.28%。

表5 2011年中山市各类畜禽粪便产生量Table 5 Generation of manure by various species of livestock in Zhongshan in 2011

2.2 畜禽粪便流失污染负荷估算

畜禽粪便除了还田，还有一部分进入水体，主要包括2种途径：一是在饲养过程中直接排放进入水环境；二是在堆放储存过程中因降雨或其他原因通过地表径流进入水体。目前国内相关研究通常将市郊畜禽粪便的流失率估算为30%～40%［12］，本研究取流失率为30%，则可估算出2011年中山市畜禽粪便污染物流失量分别为粪尿23.52×104t，折合BOD51.10×104t，COD 1.24×104t，NH3-N 0.19×104t。

2.3 耕地畜禽粪便承载风险状况分析

根据公式（2）和（3）计算得到2011年中山市各镇区畜禽粪便承载量及预警值，结果见表7。由表7可知，2011年中山市耕地总体畜禽粪便承载预警值为0.5，总体预警级别为Ⅱ级，对环境“稍有影响”。各镇区中火炬区、南区和三乡镇的预警值分别高达12.6、3.7和5.1，预警级别达到了Ⅵ级，显然这三个镇区的畜禽养殖已对环境构成“很严重影响”，需控制这三个地区的畜禽养殖数量或改进畜禽粪污的管理方法；南头镇、石岐区、东区和南朗镇的耕地畜禽粪便预警值都在1.5以上，亦对环境构成了“严重影响”；黄圃镇、阜沙镇等12个镇区的耕地畜禽粪便预警值都在0.4以下，对环境“没有影响”，表明这些镇区还有较大的畜禽养殖空间。

表6 2011年中山市各镇区畜禽粪便产生量Table 6 Generation of livestock manure in districts of Zhongshan in 2011

3 讨 论

在本研究中，饲养周期小于365 d的生猪和肉禽饲养量仅考虑出栏数，而饲养周期大于365 d的牛、羊和蛋禽饲养量仅计算存栏数，这有可能导致计算结果偏小，因此还需对畜禽粪便排泄量估算方法进一步完善。由于中山市劳动力资源结构的变化、人工和能源成本的大幅上升，导致养殖废弃物循环利用的成本日益增高，这也可能导致废弃物的实际利用程度低于理论值。

中山市消纳畜禽粪便的耕地主要有农田、果园、花卉基地和鱼塘等，2011年中山市耕地畜禽粪便实际承载量为16.47 t／hm2，低于全国耕地的平均承载量24 t／hm2。耕地畜禽粪便承载预警值平均为0.5，总体预警级别为Ⅱ级，对环境稍有影响，说明中山市耕地对畜禽粪便的消纳和承受未超出其承载力，但已经达到了对环境影响的临界点，中山市需对该市的畜禽养殖进行总量的控制。

还田利用虽是畜禽粪便的主要出路，但是由于土地资源的紧缺，在控制饲养规模的同时，应加强对畜禽养殖废弃物的无害化处理，如将粪便废水进行厌氧发酵生产沼气、脱氮除磷等处理，这样可以提高单位面积土地的畜禽承载量。广东是“十二五”期间全国养殖污染物减排的试点省份之一，养殖业COD和氨氮的减排力度大，根据中山市不同镇区的畜禽粪便污染负荷及风险评价结果，结合各镇区的土地、种植资源和养殖现状，有必要制订各镇区的养殖业发展规划及其畜禽废弃物综合治理方案。因此，本研究结果对当地进一步开展畜牧业发展规划，防止环境污染，对促进畜牧养殖业与农田生态环境的建设具有参考作用。

表7 2011年中山市耕地畜禽粪便承载量和风险状况Table 7 Risk of livestock manure loading to farmland in Zhongshan in 2011

［1］ 李书田，刘荣乐，陕 红.我国主要畜禽粪便养分含量及变化分析［J］.农业环境科学学报，2009，28（1）：179-184.

［2］ 李 帷，李艳霞，张丰松，等.东北三省畜禽养殖时空分布特征及粪便养分环境影响研究［J］.农业环境科学学报，2007.26（6）：2 350-2 357.

［3］ 彭 里.重庆市畜禽粪便的土壤适宜负荷量及排放时空分布研究［D］.重庆：西南大学，2009.

［4］ 杨国义，陈俊坚，何嘉文，等.广东省畜禽粪便污染及综合防治对策［J］.土壤肥料，2005（2）：46-52.

［5］ 龚俊勇，彭小珍，廖新俤.广东省梅州市农地畜禽粪便环境风险评价［J］.生态与农村环境学报，2011.27（3）：25-28.

［6］ 国家环境保护总局自然生态保护司.全国规模化畜禽养殖业污染情况调查及防治对策［M］.北京：中国环境科学出版社，2002：14-103.

［7］ 吴根义.农业产排污系数体系构建与核算［EB／OL］.http／／www.docin.com／p-307579436.htm，2010.

［8］ Smitha K A，Charles D R，Moorhouse D.Nitrogen excretion by farm livestock with respect to land spreading requirements and controlling nitrogen losses to ground and surface waters.Part 2：pigs and poultry［J］.Bioresource Technology，2000，71：183-194.

［9］ 刘培芳，陈振楼，许世远，等.长江三角洲城郊畜禽粪便的污染负荷及其防治对策［J］.长江流域资源与环境，2002，11（5）：457-460.

［10］ 武深树，谭美英，黄 璜，等.湖南洞庭湖区农地畜禽粪便承载量估算及其风险评价基于生态承载力的城市生态调控［J］.中国生态农业学报，2009，17（6）：1 245-1 251.

［11］ 李国学.中国规模化畜禽养殖业的环境污染问题与环境标准的利用现状［C］∥中加项目环保与土壤养料管理研讨会论文集，1999.

［12］ 沈根祥，汪雅谷，袁大伟.上海市郊农田畜禽粪便负荷量及其警报与分级［J］.上海农业学报，1994（S1）：6-11.