延边地区畜禽粪便污染现状及产沼气潜力分析

王延吉，赵 静，王 颖，金明姬*

（1.延边大学农学院，吉林延吉133002；2.延边大学理学院，吉林延吉133002）

延边地区畜禽粪便污染现状及产沼气潜力分析

王延吉1，赵 静2，王 颖2，金明姬1*

（1.延边大学农学院，吉林延吉133002；2.延边大学理学院，吉林延吉133002）

为了解延边地区的畜禽粪便排放量，污染情况及其畜禽粪便产沼气潜力，本文选取相关参数及基础数据，对2009—2015年延边地区各县（市）猪粪当量畜禽粪尿产生量、畜禽粪尿耕地负荷预警值以及畜禽粪尿资源产沼气潜力进行了估算。结果显示：2009—2015年延边地区猪粪当量畜禽粪尿产生量及畜禽粪尿耕地负荷预警值均呈先增加后减少再缓慢增加的趋势，最大值与最小值分别出现在2010年与2011年。在延边地区各县（市）中，敦化市畜禽粪尿资源产沼气潜力最大，2009—2015年合计可产沼气量为393.01×106m3，其次为汪清县，合计可产沼气量为205.60×106m3。

畜禽粪便；耕地负荷；预警值；产沼气潜力

随着畜禽养殖向规模化、集约化迅速转变，规模养殖快速发展，畜禽养殖业俨然成为农村经济的重要支柱产业和农民增收的重要来源[1]。但养殖规模不断扩大，畜禽粪便排放量逐渐增加，由畜禽养殖造成的环境污染日益加重，因此如何对畜禽粪便进行资源化利用已受到社会的广泛关注。

畜禽粪便物是环境污染源，同时也是宝贵的肥料资源和能源，若能对畜禽粪便进行无害化处理、资源化利用，可使其变废为宝[2-3]。例如，将畜禽粪便用于开发沼气，不仅可改善生态环境、节约能源，也可减少环境污染，增加社会效益和经济效益，保证畜牧业的可持续发展[4]。本文结合2009—2015年延边地区的畜禽养殖现状，计算猪粪当量畜禽粪尿产生量，同时通过其畜禽粪尿产生量估算畜禽粪尿耕地负荷及沼气生产潜力。以此对2009—2015年延边地区畜禽粪便污染现状及产沼气潜力进行分析，以期为延边地区治理畜禽环境污染、调整畜禽养殖业布局、合理安排生产和促进畜禽粪便资源化利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 基础数据来源 延边地区各县市畜禽养殖数量及耕地面积等基础数据均取自《2015年延边朝鲜族自治州统计年鉴》，对于各类畜禽饲养周期结合相关文献[5]，选取了不同的基础数据，如猪的饲养周期为199 d，牛、马、羊、驴、骡、鹿为365 d，家禽为55 d。结合饲养周期，在统计年鉴中选取了不同的统计数据作为各类畜禽的饲养量，如猪、家禽的年末存栏数包含在出栏数中，因此选取出栏数为饲养量，牛、马、羊、驴、骡、鹿选取年末存栏数为饲养量。

1.2 计算参数的确定 由于畜禽品种间的个体差异、饲养方式、地域以及多种因素的影响，目前畜禽粪尿排泄系数并没有统一的国家标准[6]。此外，沼气产量估算一般以畜禽粪尿的干物质含量计算，故本文结合参考文献选取了如表1所示的畜禽粪尿排泄系数、干物质含量及产气率[7]。

由于不同畜禽粪便中所含肥效养分差异较大，因此，本文结合各种畜禽粪尿中所含的氮量，将各种畜禽粪尿统一换算成猪粪当量[8]，分析了延边地区的畜禽粪便污染现状。各种畜禽粪尿中所含的氮量与猪粪当量换算系数见表2。关于驴、骡、鹿采用了马的换算系数。

1.3 计算方法 ①畜禽粪尿产生量=畜禽饲养量×粪尿排泄系数×饲养周期；②畜禽粪尿干物质产生量=畜禽粪尿产生量×粪尿干物质含量；③畜禽粪尿沼气产量=畜禽粪尿干物质产生量×畜禽粪尿干物质产气率；④猪粪当量畜禽粪尿产生量=畜禽粪尿产生量×畜禽粪尿猪粪当量换算系数；⑤猪粪当量畜禽粪尿耕地负荷=猪粪当量畜禽粪尿产生量/耕地面积。

表1 畜禽粪尿排泄系数、干物质含量及产气率

表2 畜禽粪尿猪粪当量换算表

表3 2009—2015年延边地区猪粪当量畜禽粪尿产生量 （×103t）

2 结果与分析

2.1 猪粪当量畜禽粪尿产生量 如表3所示，从整个延边地区猪粪当量畜禽粪尿产生量来看，2009—2015年其变化趋势呈先增加后减少再缓慢增加的趋势，2011年出现最低值，为2 764.2×103t；2010年出现最高值，为5 844.2×103t。从不同县（市）来看，2009—2015年敦化市排放量最多，占延边地区总排放量的33.9%，其次依次为汪清县与安图县，3个县（市）的排放量占总排放量的66.4%，延边地区畜禽粪尿区域分布不均匀。

2.2 畜禽粪尿耕地负荷 畜禽粪尿作为有机肥料还田仍是现阶段的主要处理途径，耕地是其主要的消纳场地。因此，单位耕地可容纳的畜禽粪尿负荷是衡量一个地区消纳畜禽粪尿能力强弱的重要指标[9]。本文使用畜禽粪尿耕地负荷衡量了延边地区各县（市）的土地消纳能力。不同耕地类型对畜禽粪尿的适宜施用量有所变化，据研究一般每公顷耕地能承受30～45 t畜禽粪尿，若高出这一水平，将对土壤环境产生不良影响[10]。本文从风险角度出发，选用30 t/hm2为最大理论适宜值，计算出畜禽粪尿耕地负荷预警值，并结合预警值与表4中的污染程度分级标准，对延边地区各县（市）畜禽粪尿污染程度进行分级。其具体公式：

畜禽粪尿耕地负荷预警值=猪粪当量畜禽粪尿耕地负荷/最大理论适宜值

计算结果如表5、图1所示。2009—2015年延边地区畜禽粪尿耕地负荷预警值整体呈先上升后下降再平缓上升趋势。延边地区平均畜禽粪尿耕地负荷预警值2010年达到最高，为0.60，污染等级为II；而到2011年，其均值为0.28，污染等级降到I。在所有分析年份中，延边地区8个县（市）2009年与2010年污染等级均为II以上，畜禽养殖业对环境的影响较重。而2011年起随畜禽养殖数量的减少，除安图县以外的延边地区7个县（市）畜禽养殖污染等级均为I，畜禽养殖业对环境的影响逐渐得到改善。从不同县（市）来看，在分析年份中安图县的预警值均高于其他县（市）。2009—2015年安图县畜禽粪尿产生总量位居延边地区各个县（市）第3，但因安图县耕地少，其预警值高于其他县（市）。而畜禽粪尿产生总量最多的敦化市因其可消纳畜禽粪尿的耕地面积广，其预警值均低于其他县（市）。

图1 延边地区各县（市）畜禽粪尿耕地负荷预警值

表4 畜禽粪尿耕地负荷预警值及分级标准

表5 2009—2015年延边地区各县（市）畜禽粪尿耕地负荷预警值

2.3 畜禽粪尿资源产沼气潜力 如图2、图3所示，从不同县（市）来看，受畜禽粪尿产生量影响，敦化市产沼气资源最为丰富，其次为汪清县与安图县。在整体产沼气资源总量中，畜禽粪产沼气资源占总量的96%左右，而畜禽尿产沼气资源占总量的4%左右。

如表6所示，整个延边地区产沼气潜力较大，2010年延边地区产沼气量达到241.84×106m3，约合天然气136.32×106m3，若此部分能源全部用于发电，则可年产绿色电力502.81×106kWh。而近年来随农业产业结构的调整，2011—2015年每年理论产沼气潜力处于2010年的50%左右。就延边地区各县（市）而言，敦化市畜禽粪尿资源产沼气潜力最大，占所有延边地区总产气量的35.08%，而汪清县畜禽粪尿产沼气潜力仅次于敦化市，占所有延边地区总产气量的18.35%。

图2 延边地区各县（市）畜禽粪干物质产生量

图3 延边地区各县（市）畜禽尿干物质产生量

畜禽粪便资源产沼气潜力只是理论上的最大值，在各类畜禽粪尿收集上会花费大量的人力、物力和财力。同时，受一些客观因素的限制，在一些地区沼气潜力开发工作较为困难，故有必要进行详细地实地调查，反复验证后方可进行沼气开发。

3 结 论

2009—2015年延边地区猪粪当量畜禽粪尿产生量呈先增加后减少再缓慢增加的趋势，在2011年时出现最低值，为2 764.2×103t；2010年出现最高值，为5 844.2×103t。整体上，延边地区畜禽粪尿区域分布不均匀，主要集中在敦化市、汪清县与安图县。

2009—2015年延边地区畜禽粪尿耕地负荷预警值整体呈先上升后下降再平缓上升趋势。在所有分析年份中，延边地区8个县（市）2009年与2010年污染等级均为II以上；而2011—2015年除安图县以外的延边地区7个县（市）畜禽养殖污染等级均为I，畜禽养殖业对环境的污染得到一定改善。从不同县（市）来看，安图县预警值最高，敦化市预警值最低。

表6 2009—2015年延边地区各县（市）畜禽粪尿可产沼气量 （×106m3）

就整个延边地区而言，畜禽粪便资源产沼气潜力很大，2010年延边地区产沼气量达到241.84×106m3，约合天然气136.32×106m3。其中，敦化市畜禽粪尿资源产沼气潜力最大，其次是汪清县。

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Analysis of Pollution Status and Biogas Utilization Potential of Livestock and Poultry Excrements in Yanbian Area

WANG Yan‐ji1, ZHAO Jing2, WANG Ying2, JIN Ming‐ji1*

(1.Agricultural College of Yanbian University, Jilin Yanji 133002, China; 2. Sciences College of Yanbian University, Jilin Yanji 133002, China)

In order to make clear the discharged amount,pollution status,and biogas utilization potential of the livestock and poultry excrements resources in Yanbian Area.and selection of related parameters and basic data. For counties (cities) of the livestock and poultry pig fecal equivalent excrements and early‐warning values of arable land for livestock and poultry manure, and biogas utilization potential of the livestock and poultry excrements resources of Yanbian Area in 2009‐2015 were estimated . As a result, the Yanbian area between 2009 and 2015 pig equivalent of livestock and poultry manure production and livestock and poultry manure plow load warning .The value of the livestock and poultry pig fecal equivalent excrements and early‐warning values of arable land for livestock and poultry manure changed were increased after decreased fi rst and then slowly increase trend, the maximum and minimum appeared in 2010 and 2011, respectively.It is the biggest that the biogas utilization potential of the livestock and poultry excrements resources in Dunhua city, 2009—2015 total biogas production capacity of 393.01×106m3, Wangqing county is relatively high in the counties (cities) of Yanbian Area, total biogas production capacity of 205.60×106m3.

US dairy farms; Scale benef i t; Milk production; Cost benef i t

S216.4

A

10.19556/j.0258-7033.2017-09-144

2017-02-27；

2017-05-07

吉林省教育厅“十二五”科学技术研究项目（吉教科合字【2015】第35号）

王延吉(1995-)，女，硕士，研究方向为环境科学，E-mail：1203301246@qq.com

*通讯作者：金明姬(1977-)，女，副教授，博士，硕士生导师，研究方向为环境科学，E-mail:jinmingji@ybu.edu.cn