作者简介:马良(1985—),男,浙江桐乡人,农艺师,硕士,主要研究方向为农业废弃物资源化利用与环境保护, E-mail:tianma-2008@163.com。
在确定畜禽粪便年排放量的估算方法和畜禽粪便排泄系数的基础上,根据2015—2016年桐乡市畜禽养殖数据,估算桐乡市畜禽粪便年产生量及其氮、磷养分含量,并对畜禽粪便农田负荷进行评估。结果显示,2016年桐乡市各类畜禽产生粪便总量36.86万t,总氮3 035.1 t,总磷761.5 t;因畜禽粪便中氮、磷在转移、运输过程中的损失,实际进入农田的氮、磷总量分别为1 172.6和646 t;畜禽粪便及其氮、磷养分农田承载力分别为9.48、30.19和16.64 kg·hm-2,均未超过相关标准。
近年来, 我国畜禽养殖业发展迅速, 在保障城乡畜禽产品供应、促进农民增收、活跃农村经济方面发挥了重要作用[1]。2014年, 畜牧业总产值超2.9万亿元, 从家庭副业一跃成为我国农业重要的支柱产业, 畜产品产量稳步增长, 人均占有畜禽肉量达63.7 kg[2]。但随着畜禽养殖规模的扩大和总量的增长, 其产生的废弃物不经科学处理而随意排放所带来的环境污染问题日益突出。据第一次全国污染源普查公报资料显示, 畜禽养殖业主要水污染物COD、总氮、总磷排放量分别为1 268.26万t、102.48万t和16.04万t, 分别占农业源排放总量的95.8%、37.9%和56.3%, 已成为我国农业面源污染最主要的“ 贡献者” [3]。因此, 开展区域性畜禽粪便产生量估算、农田畜禽粪便承载预警分析、畜禽养殖业污染防控治理以及畜禽粪便最优化管理显得尤为必要。
国内外对于区域畜禽产生量估算、畜禽排泄系数研究、环境效应及污染防治对策已有报道。美国农业工程协会(ASAE)在1976年研究制定了有关美国畜禽排泄系数标准, 经过多次修订及全面调整至2005年版[4]。黄红英等[5]运用加权法获得畜禽粪便日排泄系数估算江苏省畜禽粪便产生量, 并进行农田承载预警分析; 廖青等[6]对广西畜禽粪便产生量进行了估算, 并开展环境影响评价; 潘洁等[7]对天津市畜禽养殖粪便产生量进行了估算, 并初步评估耕地负载; 汪开英等[8]基于对典型规模养猪场3种猪的产排污系数和年产排污量及普查结果, 估算了浙江省畜禽养殖业年粪便农田施用量。本研究在前人研究成果的基础上, 对不同估算方法进行优化组合, 并结合相关统计数据, 对桐乡市畜禽养殖粪便产生量和农田承载量进行了初步估算, 旨在为建立桐乡市畜禽养殖农田土壤环境承载能力监测预警机制, 为畜禽养殖业污染防控和可持续发展提供参考依据。
桐乡市位于浙江省东北部长江三角洲地区的杭嘉湖平原腹地, 居沪、杭、苏金三角地带, 地理坐标30° 28'18″— 30° 47'48″N, 120° 17'40″— 120° 39'45″E, 总面积7.27万hm2, 耕地面积3.88万hm2, 境内无山。2016年, 桐乡市生猪年终存栏48 647头, 羊年终存栏20.89万只, 家禽年终存栏215.85万羽, 兔年终存栏7.53万只。全市畜牧业总产值占农业总产值的31.1%, 生猪规模化养殖达到100%, 养殖场粪污主要采用农牧结合、工业化处理、膜处理、生态消纳等方式。
1.2.1 饲养量
饲养量数据来源于桐乡市畜牧兽医局提供的《2015— 2016年桐乡市畜牧业年报》。为客观反映全年畜禽粪便产生情况, 本研究以各类畜禽2015年终和2016年终存栏数之和的平均值作为2016年度畜禽的全年平均存栏量, 用于畜禽粪便产生情况估算(表1)。
1.2.2 畜禽粪便排泄系数
畜禽粪便排泄系数受动物种类、品种、性别、生长期、体重、饲料组成、地域、天气条件等诸多因素的影响[9]。我国目前尚没有相应的国家标准, 各地也没有相应的地方标准, 故本研究中畜禽粪便排泄系数通过计算王方浩等[10]和黄红英等[5]总结研究的各种畜禽排泄系数及粪便中氮磷含量的平均值获得(表2)。
1.3.1 畜禽粪便量的计算方法
畜禽的年度粪便产生总量计算公式:
Q=Σ (Ni× Pi)× 365× 0.001。
式中:Q为动物年粪便产生量(t); Ni为第i种动物存栏量(头、只、羽); Pi为第i种动物每头(只、羽)每日排泄系数(kg); 365为一年天数; 0.001为换算常数。
1.3.2 畜禽粪便农田承载量的计算方法
畜禽粪便农田承载量计算公式:
L=a× Q/S。
式中:Q为动物年粪便产生量(t); L为年均单位面积农田畜禽粪便承载量(t· hm-2); a为进入农田的畜禽粪便量占畜禽粪便总产生量的比例(%), 其中a分别取38.7%(N)和85.0%(P)[5]; S为有效耕地面积(hm2)。
畜禽粪便产生量估算结果显示, 当前桐乡市畜禽养殖粪便排放主要集中在养羊业、家禽业和生猪业。由表3可知, 2016年桐乡市各类畜禽产生粪便总量36.86万t。其中, 羊产生的粪便量为16.49万t, 占畜禽粪便总量的44.7%, 居畜禽粪便产生量的首位; 家禽类(肉鸡、蛋鸡、鸭和鹅)粪便产生总量11.10万t, 占畜禽粪便总量的30.1%, 居畜禽粪便产生量的第2位; 生猪粪便产生总量8.82万t, 占畜禽粪便总量的23.9%, 居畜禽粪便产生量的第3位。
畜禽产生粪便中含总氮和总磷分别为3 035.1、761.5 t, 各类畜禽粪便氮、磷产生量占比存在差异, 羊粪便氮产生量占总畜禽粪便氮产生量的56.3%, 家禽类粪便氮产生量占总畜禽粪便氮产生量的29.1%, 猪粪便氮产生量占总畜禽粪便氮产生量的13.2%; 家禽类粪便磷产生量占总畜禽粪便磷产生量的51.7%, 羊粪便磷产生量占总畜禽粪便磷产生量的37.2%, 猪粪便磷产生量占总畜禽粪便磷产生量的9.3%。
分析单位耕地面积的畜禽粪便负载情况, 是客观评价畜禽养殖对环境污染风险[8]的指标之一。 利用土壤— 作物系统对畜禽粪便进行利用与净化处理是最直接经济常用的方法, 欧美国家大多数农场都是采用种养结合的模式, 此模式要求规模化养殖场必须有充足的土地对产生的畜禽粪便进行安全消纳[11]。2016年桐乡市耕地面积3.89万hm2, 根据方法1.3.2节计算畜禽粪便农田承载量, 在不考虑畜禽粪便收集、运输及堆肥处理过程中的损失且全部还田的情况下(a=100%), 估算了桐乡市耕地年承载量为畜禽粪便总量9.48 t· hm-2, 总氮量78.02 kg· hm-2, 总磷量19.58 kg· hm-2。若考虑畜禽粪便中氮磷损失, 则桐乡市耕地年承载量为总氮量30.19 kg· hm-2, 总磷量16.64 kg· hm-2。
由于受畜禽饲养数量、畜禽排泄系数、畜禽粪便中氮磷含量波动及统计数据的不准确性等多因素影响, 估算的畜禽粪便年产生量与实际情况会存在一定的误差。农业部数据显示, 2000年中国畜禽粪便产生量为36.40亿t[12]。不同于农业部的数据, 国家环境保护总局通过对规模化畜禽养殖场调查而估计的1999年中国畜禽粪便产生量为19亿t[13]。本试验研究采用2015年终和2016年终畜禽存栏量的平均值作为2016年全年平均存栏量, 多篇代表研究文献中排泄系数的平均值来估算畜禽粪便产生总量较能客观反映全年畜禽粪便产生情况。
畜禽粪便农田承载量是指单位面积农田承载的畜禽粪便量, 直接反映了一个地区农田消纳畜禽粪便的能力, 同时作为间接衡量畜禽饲养密度及畜禽养殖业布局是否合理的一项重要指标[14]。目前国内还没有统一的单位面积耕地土壤的畜禽粪便还田量、氮和磷养分限量标准。对于耕地畜禽粪便负荷量研究基本都参照国家环境保护总局自然生态保护司提出的每hm2耕地能负担的畜禽粪便为30~45 t[13]。对于耕地畜禽粪便氮、磷养分限量研究基本都参照欧盟农业政策规定, 粪肥年施氮量的限量标准为170 kg· hm-2, 土壤的粪便年施磷量不能超过35 kg· hm-2 [15]。
在不考虑畜禽粪便收集、运输及堆肥处理过程中的损失且全部还田的情况下(a=100%), 2016年桐乡市耕地年承载量为畜禽粪便总量9.48 t· hm-2, 总氮量78.02 kg· hm-2, 总磷量19.58 kg· hm-2, 3项指标均低于限量标准值。未超标准限量值, 不代表畜禽粪便对环境污染风险低或农田承载力影响小。有研究报道, 我国畜禽饲料中存在抗生素类及铜、锌、砷等微量元素类添加超标或养殖户使用量超标等现象, 严重威胁着我国畜禽产品的质量安全, 而不能在动物体内完全吸收代谢的抗生素和重金属元素大部分以畜禽粪便的形式排出体外进入环境[16]。另外在动物体内诱导出的抗性基因(ARGs)也会随畜禽粪便直接排出体外, 对人类、动物健康和有益微生物活性构成威胁[17]。虽然堆肥可以降低重金属的有效性[18]和有效除去抗生素[19], 但不能控制抗性基因的扩散[20]。由于缺乏相关基础数据、风险评价标准和条件的限制, 本研究试验未对畜禽粪便还田后土壤重金属、抗生素及抗性基因进行检测研究和开展风险评价。
国内大部分学者开展的畜禽粪便农田承载力研究以有效耕地面积或区域耕地面积或农用地面积或农作物实际播种面积来进行畜禽粪便农田风险评估。而本试验对桐乡市6家有机肥厂和2家大型规模化养殖场进行调查, 大部分有机肥用于果树、设施蔬菜、花卉苗木, 用于水稻的占比很小或集中使用养殖场周边农田, 造成畜禽粪便农田承载力评价的不准确性。因此, 实施饲料添加剂规范化、实现养殖全程绿色化、商品有机肥监测日常化及有机肥使用补助政策常态化是农业废弃物资源化利用实现双赢的根本措施。
The authors have declared that no competing interests exist.
[1] |
|
[2] |
|
[3] |
|
[4] |
|
[5] |
|
[6] |
|
[7] |
|
[8] |
|
[9] |
|
[10] |
|
[11] |
|
[12] |
|
[13] |
|
[14] |
|
[15] |
|
[16] |
|
[17] |
|
[18] |
|
[19] |
|
[20] |
|