畜禽养殖环境效应分析及其影响因素研究——以兰州市为例

王星元，李 浩

(甘肃兰州市七里河区动物疫病预防控制中心，甘肃 兰州 730050)

0 引言

随着近年来甘肃省及兰州市一系列针对养殖业的扶贫开发项目的落地,当地畜禽养殖业的发展呈现井喷式的发展，数量规模和经济效益都有了明显提高。截止2014年底畜牧业总产值为117 287.28万元，相较于2010年末的80 537.73万元增加约45.63%[1]。与此同时大量产生的畜禽养殖粪便造成的环境问题也不容忽视。大多数的畜禽粪便缺少有效的处理措施，未经处理直接进入土壤水体等外界环境，而畜禽粪便中含有大量的有机质和氮、磷等物质,即是肥沃土地的优质有机肥源，也是可以作为饲料的营养物质,但是流失进入环境后会造成严重的环境污染。因此如何将畜禽养殖中产生的粪便等废弃物进行综合利用,降低或消除其对当地生态环境的影响已经显得迫在眉睫。而解决好畜禽粪便污染问题对当地发展环境友好型生态畜牧业大有裨益并为当地政府的决策提供参考依据。

1 数据来源与研究方法

本文以兰州市为例，以年度为单位，统计2010～2014年度猪、牛、羊、家禽等的粪便排放量，主要依据为2010-2015年度兰州市统计年鉴农业统计数据中主要畜禽的数量，从养殖环境及生产管理情况、饲喂程度、饲养周期、单头日排放量、粪尿排放及处理情况等几个方面对兰州市内扶贫养殖项目及几家大型饲养场进行统计，并将近几年国内外研究的畜禽粪尿排放参数做为参考。

2 蓄禽粪便污染情况分析

2.1 畜禽养殖情况

猪、牛、羊、家禽等是当地主要养殖的畜禽种类，根据兰州市统计年鉴及相关资料显示兰州市2014年猪存栏量为37.2万头、牛存栏量为5.01 万头、羊存栏量为 67.3万只、家禽存栏量为261.28万只，猪、牛、羊、家禽出栏分别为36.18万头、0.82万头、28.68万只和248.74万只，存栏量较2010年分别增长了11.31%，3%、8.17%、29.97%，猪、牛、羊和家禽出栏分别较2010年增长了8.58%，36.67%、14.81%，和39.23%。总体畜禽饲养量成上升趋势。(详见表1)

表1 兰州市畜禽饲养量

2.2 畜禽饲养期的估算

参考国内外资料确定存栏头数的饲养期按全年(365 d)计算，不同畜禽种类出栏：生猪平均出栏为155 d，肉牛平均饲养期为160 d，家禽主要以肉鸡当年出栏为主，估算中可以肉鸡为参考饲养周期平均出栏为50 d，肉羊出栏期约为183 d。

2.3 畜禽粪尿产量的估算

2.3.1 畜禽粪尿日产量的估算 由于不同种类的动物在其不同品种间，不同饲养周期的时间段，以及各饲养周期内饲喂水平及饲养管理程度的高低不同，导致畜禽排泄粪便的量及粪便中有机物质含量有显著差异，因此本研究参照第一次全国污染源普查畜禽养殖业源产排污系数手册中西北地区的数据。另参考兰州市的实际情况，并进行充分校核的原则，确定各类畜禽日产粪尿量。(详见表2)

表2 兰州畜禽粪便日排放量 g/(头·d)

2.3.2 畜禽粪尿年产量的估算 年产粪量(t/a)=个体日产粪量(kg/d×头)×饲养期(d)×饲养数(头、只)×10-3=个体日产粪量(kg/d×头)×饲养期(d)×出栏量(头、只)×10-3+个体日产粪量(kg/d×头)×饲养期(d)×存栏量(头、只)×10-3

年产尿量(t/a)=个体日产尿量(kg/d×头)×饲养期(d)×饲养数(头、只)×10-3=个体日产尿量(kg/d×头)×饲养期(d)×出栏量(头、只)×10-3+个体日产尿量(kg/d×头)×饲养期(d)×存栏量(头、只)×10

2.4 畜禽粪尿中污染成分的估算

畜禽粪便排泄物中对周围生态环境造成影响的物质除了部分有机物，主要是含有大量的氮、磷、钾等元素。畜禽粪尿中有机质、氮、磷、钾的含量，据一些研究显示基本保持稳定，通过对国内外多人在此方面的研究进行对比，畜禽排泄物中有机质、氮、磷、钾含量虽然一直处于动态变化之中，但是选取比较长的一段时间来观察其中的含量均保持稳定。以国内外分析测试成分为依据[2-3]，据此确定兰州市粪尿中的各成份比例。(详见表3)

表3 兰州市畜禽粪便成分

2.5 畜禽粪尿污染物负荷

由于现代种植业中采用化肥代替以畜禽粪便等有机物为主的农家肥越来越普遍，畜禽养殖数量的不断增长，而畜禽产生的排泄物也越来越多，土地对其的利用却越来越少，其对环境产生的负面影响也越来越大。这里必须提到一个概念，即畜禽粪尿的土地负荷，它是指单位公顷的耕地能够分解接受畜禽粪便的量(通常以猪粪当量计算)，其计算公式[4-6]：

其中 q―畜禽粪便以猪粪当量计的负荷量(t/hm2·年)

Q―各类畜禽粪尿相当猪粪总量(t/年)

S―有效耕地面积(hm2)

X—各类畜禽粪尿量(t/年)

T—各类畜禽粪尿换算成猪粪当量的换算系数(详见表4)

表4 各种畜禽粪便猪粪当量换算系数[7]

3 结果与分析

3.1 兰州市畜禽养殖情况分析

对兰州市2010～2014年度猪、牛、羊、家禽等主要畜禽种类排泄的粪尿总量进行了分析和统计计算(详见表5)，根据计算结果可知，2014 年兰州市畜禽养殖业粪尿产生量218.859 00 万t，相较2010 年兰州市畜禽养殖业粪尿产生量200.153 70 万t， 5年间畜禽养殖业粪尿产生量增长了9.35%，分项来看5年间猪粪(尿)增长了8.29%，牛粪(尿)增长了4.81%，羊粪(尿)增长了11.91%，禽粪增长了30.98% 。纵观2010-2014年度这主要是因为畜禽排放粪尿的多少除了与动物的固有属性如：种属类别、公母、生长的不同阶段、饲料的品质优略、气候条件等因素有关，还与畜禽养殖量、单头日排放量和饲养期有关[8]，从绝对值来看，粪尿产生量的前三位是牛、羊、猪，主要是由于它们饲养周期较长，单头日排放量比较多，值得注意的是，从增长率可以明显看出禽粪的增长率排在第一位，羊粪(尿)增长率排在第二位，并且均高于畜禽养殖业粪尿产生量的平均增长率。显示出兰州市几年间大力发展扶贫养殖业，着力扶持养羊与家禽饲养已初见成效，与此同时羊粪(尿)与禽粪的污染已经不容忽视，今后治理畜禽粪尿的污染工作中除了以猪、牛粪尿为治理重点外，还应加强羊粪(尿)与禽粪的治理。

表5 兰州市2010-2014年畜禽粪便排放量

3.2 兰州市畜禽养殖粪尿污染成分分析

兰州市2014年畜禽粪尿中的有机质、总氮、磷、钾排放总量分别为2 745.403万t，146.916 1万t，68.415 2万t和134.068 3万t(详见表6)；较2010年畜禽粪尿中的有机质、总氮、磷、钾排放总量分别增加了8.99%，11.08%，11.17%和10.18%，有研究显示，畜禽粪便中约30%极易溶解进入水体[9]，照此推算仅2014年，进入水体的有机质达到823.620 9万t，总氮44.074 83万t，磷20.524 56万t，钾40.220 49万t，畜禽粪便中的有机质渗入水体后，使水体富营养化，粪便中含有的氮磷钾等已经成为农村面源污染物中的主要成分，随着进入土壤水体和大气中畜禽废弃物的增多，对整体环境的影响也在逐渐增大。

表6 兰州市2010～2014年畜禽粪便污染物产生量

3.3 兰州市畜禽粪尿污染物负荷分析

兰州市2010年年末耕地面积为314.22万亩(209 480公顷)，2011年年末耕地面积为314.01万亩(209 340公顷)，2012年年末耕地面积为314.44万亩(209 626.67公顷)，2013年年末耕地面积为313.79万亩(209 193.33)，2014年年末耕地面积为310.40万亩(206 933.33公顷)。参考一些学者的研究显示，平均每公顷耕地能够承受畜禽粪便(q)最大负荷约在30～45 t，超出这一范围则会对周边生态环境产生影响[10]，例如土地富营养化等。从环境风险与农作物种植两方面角度综合考虑，兰州市主要农作物为粮食、蔬菜和部分经济作物，将农田最大适宜施粪肥用量定为45 t/hm2，根据沈根祥等的研究[11]，以畜禽粪便猪粪当量负荷q(详见表7)，与农田最大适宜施粪肥用量P的比值(r)来衡量，r<0.4时，畜禽粪便负荷量可被当地农田环境完全承受，对环境不构成威胁；当r逐渐增大时，对环境造成污染的威胁性将逐渐变大。通过计算得知，2010～2014年间的r值为别为0.23，024，0.24，0.25和0.26，均小于0.4，表明畜禽粪便负荷量暂时可以被当地农田环境所接纳，不会造成污染。

表7 2010-2014 年兰州市畜禽粪便负荷量

4 结论与讨论

根据上文实验数据，本文得出结论，兰州市五年间畜禽养殖业粪尿产生量平均增长了9.35%。其中，羊粪(尿)增长了11.91%，禽粪增长了30.98%，这两项实验数据均高于平均增长率。这说明在治理畜禽养殖业粪尿污染时应加强对羊粪(尿)与禽粪的治理。此外，畜禽养殖业粪尿在这五年间共产生有机质为12 950.76 t×104，总氮为687.684 1 t×104，磷为320.775 4 t×104，钾为629.756 3 t×104，而这五年间兰州市畜禽粪便负荷量q处在10-12 t/ hm2·a范围之间，且r值为别为0.23，024，0.24，0.25和0.26，均小于0.4，这表明畜禽粪便负荷暂时可以被当地农田环境所接纳，还未对当地环境造成污染。但是，在兰州大力发展草食畜牧业与家禽养殖的背景之下，畜禽养殖产生的废弃物也明显增多。虽然这些废弃物对农业面源污染造成威胁，但是其中所含有的氮、磷、钾养分施用于农田之后将有助于改良土壤结构、提高土壤有机质含量、促进农作物增产。然而，这些畜禽粪便，即畜禽有机肥这一传统农业的宝贵资源却为化肥所取代，不再作为农家肥大量施用，并逐渐转变为污染物质，使得养殖场周边基本农田的粪便负荷越发沉重。

本论文研究对象兰州市是甘肃省的省会城市，作为中国西部地区的代表，对其畜禽污染物的研究可视为中国西部地区畜禽污染问题的重要参考，且将本论文研究数据与近几年国内研究者对畜禽养殖环境污染效应所做的分析进行对比研究有助于我们进一步了解中国西部地区畜禽污染发展趋势。通过对比分析我们发现，根据林源[12]等和耿伟等[13]针对全国范围内畜禽粪尿产生量进行的估算，以及朱建春[14]等通过分析畜禽粪便污染成分进行的推论，均推定得出结论，认为西北甘肃等地养殖规模还有扩大空间，畜禽粪便污染未超出当地土壤承载量。虽然本论文实验数据中所涉及的兰州市畜禽粪便负荷量未超出当地农田环境接纳量这一结论与上述研究推论结果相一致，但是本论文表5中的研究数据表明从2010年到2014年五年期间兰州市畜禽粪便排放量已呈现明显增长的趋势。此外，潘喻春[15]，彭锦星[16]，彭里[17]，吴飞龙[18]， 景栋林[19]等学者通过研究发现从京津地区到长江流域再到沿海地区，中东部一些发达城市的畜禽养殖环境污染效应已经明显显现。而与中东部地区对比，西部地区特别是甘肃等地的同类型研究较少，但是西部地区畜禽养殖业及其环境面临同样的畜禽粪便污染量持续增长的问题。本论文表7中的研究数据表明从2010年到2014年五年期间兰州市畜禽粪便负荷量呈现明显增长趋势。该数据分析结果也印证了西部地区正面临畜禽废弃物污染问题的推定。在这种情况下，地处西部黄河流域的兰州市如何处理未来可能逐步增加的畜禽粪便量，如何变废为宝，当地养殖业如何保持健康、绿色的发展仍是不容我们忽视和值得思考的问题。

鉴于此，笔者有几点建议。首先，相关职能部门应针对污染物处理,进一步健全污染防治立法，并加大财政对防污设施、畜禽粪便资源化设备的投入力度和补贴，强化对养殖户的培训工作。其次，通过高温烘干制作肥料、直接还田、沼气发酵、粪便饲料化以及堆肥处理等多种技术，加大推进畜禽粪便资源化利用，并根据土地的承纳容量，确定养殖规模，以确保土地对养殖场产生的废物有最够的消纳能力。合理再利用畜禽养殖所产生的废物，将其作为农业生产资料，并反哺于畜禽养殖业。此举既可从源头有效控制面源污染，又有利于农业领域内部良性循环经济发展，同时为当地农牧民创收做出贡献。