江苏省畜禽粪便污染对水体的风险评价研究

常佳悦， 潘芳慧， 吴荣康， 张 星， 王友保

(安徽师范大学 生态与环境学院，生物环境与生态安全安徽省高校省级重点实验室,安徽 芜湖 241000)

关键字：畜禽粪便；污染水体负荷；等标污染负荷；等标污染指数；风险评价

引言

近年来，畜禽粪便污染是导致农业面源污染的主要原因之一，被世界各国普遍关注，而畜牧业是我国第一产业的重要组成部分，在经济的发展中起着重要的作用[1]，畜禽养殖模式由分散型向规模化集约化发展，过去50年，畜牧业总产值占比提高13.3%[2]。然而，规模化养殖的不断发展会使养殖业与种植等产业产生分离，导致畜禽粪便的回收利用率逐年下降[3]，若没有足够的资源对畜禽养殖废弃物进行消纳，则很容易对环境造成污染[4]。未经处理的畜禽粪污排入周边土壤，易导致土壤板结，影响农作物生长[5]，若流入水体，则会导致水体富营养化。目前，我国在畜禽粪便方面的研究主要集中在估算畜禽粪便产生量、资源化利用及畜禽粪便污染的危害与防治等方面[6]。因此，减少畜禽粪便的排放、无害化处理和有效利用是促进畜牧业可持续发展的关键[7]。本文在此理论基础上，基于江苏省畜禽养殖量近十年(2008—2018)年鉴数据对畜禽粪便污染特征进行定量研究，评估江苏省畜禽粪便污染水体现状及其风险，以期对江苏省防治和解决畜禽粪便污染问题提供参考。

1 数据来源与分析方法

1.1 数据来源

江苏省各畜禽养殖数量及耕地水源面积来自《江苏统计年鉴》(2008—2018年)。其中生猪量是根据每年出栏的数据来估算的。牛、羊、禽饲养量以年末存储数据估算[8]。据资料统计，江苏省畜禽饲养情况如表1所示。

表1 江苏省2008—2018年畜禽饲养情况

1.2 数据分析

1.2.1 畜禽粪便产生量的计算 计算畜禽粪便的年产生量有两种方法，一种是刘培芳等人采用的方法[9]，另外一种是国家环保总局使用的计算方法[10]。由于牛、羊、家禽的饲养周期一般为1至2年，所以采用当年的存栏量来计算其粪便产生量，而猪的饲养周期不足一年，所以将出栏量作为稳定的饲养量。对于家禽来说，肉禽和蛋禽的饲养周期分别是55天和210天，家禽存栏量被视为一年中相对稳定的饲养量，这一数量被家禽的出栏量和家禽的增补给量所抵消。因此，本研究采用以下计算公式：

出/存栏量(头/只)×日排泄系数(kg/d)×365(d)

(1)

其中，各类畜禽粪便日排放系数采用国家环保总局公布的数据[10](见表2)。

表2 各类畜禽粪便日排泄系数

1.2.2 畜禽粪便中污染物平均含量计算 本研究中涉及的参数包括饲养期、畜禽粪便日排放系数以及各污染物含量系数等，以上参数的选取参照国内外有关资料和调查结果[11-12]。不同畜禽种类、粪尿中所含的污染物种类及数量存在差异[13]，大量畜禽粪便产生的同时也会产生大量污染物，例如：BOD5(五日生化需氧量)、COD(化学耗氧量)、TN(总氮)、TP(总磷)、NH3-N(氨氮)等。各种污染物的指标可以反映畜禽粪便排放量对于环境造成的危害，通过对污染物种类以及数量的分析，可以帮助防治畜禽粪便产生的危害。各类畜禽粪便污染物产生量依据表3所示污染物平均含量关系计算得出。

表3 畜禽粪便污染物的平均含量

1.2.3 畜禽粪便流失入水体负荷量的计算 畜禽粪便产生及养殖场的冲栏废水很容易流失进入到水体中，但流失率根据不同地区，不同规定下有着较大的差异，根据南京环境科学研究所进行的研究：固体粪便污染物进入水体的流失率在2%～8%的范围，液体粪便污染物的流失率达到50%[14]。一般畜禽粪便污染物的流失率介于30%～40%之间[15]，张绪美等[16]采用30%计算江苏省畜禽粪尿进入水体的流失率。

(2)

Ci=Cix×Ciy

(3)

(4)

(5)

2 结果与讨论

2.1 江苏省畜禽粪便排放量

根据表1江苏省近十年畜禽饲养情况，每年生猪饲养量在4300至4800万头，牛30至35万头，羊350至420万头，家禽94025至121733万只，其中规模化饲养场中家禽饲养量所占比重较高。结合畜禽粪便的日排放系数估算江苏省近十年畜禽粪便产生量，如表4所示。近十年江苏省畜禽粪尿产生量约在14481万t左右，其中，每年禽粪产量所占比重最高，因此加强家禽粪便管理是防治畜禽粪便污染的重点，其次是猪粪便年产量也较高，羊粪次之，牛粪最低，且牛粪便产生量整体呈下降趋势。猪粪便每年产生量较稳定，没有较大的变化幅度，而家禽粪便产生量在2012年达到5554.08万t，说明该年份江苏省饲养家禽数量较其他年份明显升高。从畜禽粪便年产生总量分析看，在2008至2012年间，畜禽粪便呈逐步上升趋势，2012至2018年间有所下降。

表4 江苏省畜禽粪便排放量

2.2 畜禽粪便污染物产生量

表5 江苏省畜禽粪便污染物产生量

2.3 畜禽粪便养分污染水体负荷

表6 江苏省畜禽粪便污染物流失量

表7所示为江苏省各畜禽粪便污染物流失量。从计算结果可以看出，每年的污染物流失量持续处于较高的污染量没有明显变化，以猪和家禽粪便为主要污染源，而牛、羊粪便污染物流失量平均分别占总量的1.74%和0.77%。猪粪便污染物流失量从2013年开始降低；家禽粪便污染物流失量呈增加-降低趋势，2012年开始降低，并且2010年的流失量超过猪粪便的流失量，2014年开始逐年低于猪粪便的流失量。由此可见，江苏省猪和家禽养殖场占主要比例，解决养猪场与家禽饲养场的粪便排放量的问题为江苏省防治环境污染的关键。

表7 江苏省各畜禽粪便污染物流失量

表8 江苏省畜禽粪便污染物扩散浓度

表9 江苏省畜禽粪便污染物等标排放量

表10 江苏省畜禽粪便污染的等标污染指数

对于面源污染的研究首要的就是估算面源污染负荷[19]，胡芸芸[20]等的研究表明，畜禽养殖是沱江流域首要污染来源。江苏省近十年畜禽粪便污染物等标污染指数差异明显，如图1所示，其中2016年的等标污染指数最低，为181.57，相比较于2013年降低了65.02%，2013年污染指数高达519.08，说明畜禽粪便污染严重，对于农业面源污染问题的治理已十分关键。

图1 江苏省畜禽粪便污染物等标污染指数Fig.1 Standard pollution index of pollutants from livestock and poultry manure in Jiangsu province

3 结论

(1) 从2008—2009年与2017—2018年间的比较，江苏省畜禽粪便污染物整体上呈下降趋势，但始终处于较平稳的水平，污染程度没有较明显的改善，依然不可放松警惕。

(2)从畜禽粪便污染物流失量来看，COD和BOD5是主要的污染物，根据等标污染物排放量指标，TP明显高于其他几类污染物，说明P素对水体的污染问题应该被重视。

(3)江苏省位于长江三角洲，属于经济发达省份，在发展经济的同时，对于畜牧业造成的污染问题也应加以重视，发展生态农业以实现可持续发展。