營養元素與畜禽養殖廢水污染物的相關性研究

吳建敏　徐　俊　董　淵　曹雪林　承堯興　吳開貴

摘要 通過對30個奶牛、豬、禽規模養殖場飼料與廢水中有機物、添加元素及限制元素進行檢測與分析評價,結果發現,80%的養殖廢水污染物與營養元素有線性關系,其相關強度按元素類別為添加元素>限制元素>有機物,其中氮、銅、鐵、砷、鋅、鎂、鉻、鎘呈高度線性關系,氨氮、錳、汞呈中度線性關系,CODcr呈低度線性關系,磷、BOD5和鉛則為非線性關系。在線性模型中砷、鎂呈對應因子關系,其他均呈非對應多因子互作關系。經線性概率因子評價,營養元素中氮、銅、砷、錳為養殖廢水污染物主要影響因子。

關鍵詞 營養元素;畜禽養殖;廢水污染物;相關性

中圖分類號 X713 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739(2009)13-0266-02

畜禽廢水污染物是指糞尿與沖洗水及其處理后排放廢水中含有的各種有毒有害物質,包括病原微生物、寄生蟲、有機物、無機元素、重金屬以及殘留農藥與獸藥等。目前對畜禽養殖污染物研究較多,主要以有機污染及宏觀研究為主[1-3],飼料營養元素對畜禽養殖污染物的影響,僅局限于單一元素的遷移變化[4-6];但營養元素與養殖廢水污染物因子間相關關系及其互作影響未見研究報道。本研究重點對規模養殖場飼料與廢水中有機物、無機元素(添加元素)和重金屬元素(限制元素)進行了檢測與分析評價,探索相關關系與互作影響,篩選主要影響因子,為有效監控與治理養殖廢水污染物提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 取樣方案

按奶牛、豬、禽規模養殖場分類各10個,并按存欄量轉換豬單位(按產污量折算1頭奶牛=5頭豬,50羽禽=1頭豬),在800～100 000頭范圍內隨機確定取樣點。取飼料和廢水樣品各30份。飼料樣品按飼料種類等分取樣1kg;廢水(包括尿混合廢水及處理廢水)取排放口廢水為主,無排放口的取沉淀待外運廢水,分3次混合取樣5L。

1.2 檢測參數

飼料檢測水分(LW)、粗灰分(LA)、總氮(LTN)、總磷(LTP)、銅(LCu)、鐵(LFe)、錳(LMn)、鎂(LMg)、砷(LAs)、汞(LHg)、鉛(LPb)、鉻(LCr)、鎘(LCd);廢水檢測總氮(WTN)、氨氮(WAN)、總磷(WTP)、化學耗氧量(CODcr)、生化耗氧量(BOD5)、銅(WCu)、鐵(WFe)、錳(WMn)、鋅(WZn)、鎂(WMg)、砷(WAs)、汞(WHg)、鉛(WPb)、鉻(WCr)、鎘(WCd)。

1.3 檢測方法

飼料參數采用飼料標準檢測方法,養殖廢水采用水質測定標準方法,其中測定重金屬采用微波消解方法對樣品進行前處理。

1.4 數據處理

監測數據應用SPSS軟件進行分析處理。按污染物性質及飼料添加類型分為有機物、添加元素和限制元素3個類別。通過回歸分析選擇最多2個營養元素與1個廢水污染物建立線性模型(Model)。

1.5 分類評價

應用概率相加原理,建立線性概率因子評價方法,按線性模型(Model)中營養元素(Li)與相應污染物類別中污染物種類(Yj)的比值計為該營養元素的因子概率(Pi=Li/Yj);再將各類別該因子概率累加(Pt=∑Pi),并計算其概率比重(Pp=Pt/∑Pt),設定線性概率因子評價標準:當Pp<0.05時,則為小概率因子;0.050.1時,則為主要概率因子。

2 結果與分析

2.1 營養元素與廢水污染物的相關性

在15個線性模型中,有9個為高度線性關系(1.0>R>0.7,P<0.05),占60%;有5個為中度線性關系(0.7>R>0.5,P<0.05),占33.33%;1個為低度線性關系(0.5>R>0,P=0.093),占7.67%。廢水磷(WP)、BOD5和鉛(WPb)與營養元素間不存在線性關系。按廢水污染物元素類別分析,5個有機物中氮(WN)為高度線性關系,占20%;氨氮(WAN)為中度線性關系,占20%;CODcr為低度線性關系,占20%;磷(WP)與BOD5為非線性關系,占40%。6個添加元素中銅(WCu)、鐵(WFe)、砷(WAs)、鋅(WZn)、鎂(WMg)均為高度線性關系,占83.33%;錳(WMn)為中度線性關系,占16.67%。4個限制元素中,鉻(WCr)與鎘(WCd)為高度線性關系,占50%;汞(WHg)為中度線性關系,占25%;鉛(WPb)無線性關系,占25%。按對應因子分,僅砷(WAs)、鎂(WMg)具有對應因子關系,其他均為非對應因子關系。

2.2 線性概率因子評價

根據飼料間與廢水中有機物、添加元素、限制元素中出現的各營養元素因子概率比重,按設定的線性概率因子評價標準得出飼料水分(LW)、灰分(LA)、氨氮(LAN)、鉛(LPb)、鎘(LCd)5個小概率因子,概率比重(Pp)小計為0.11;磷(LP)、鐵(LFe)、鎂(LMg)、汞(LHg)、鉻(LCr)5個中概率因子,小計為0.32;氮(LN)、銅(LCu)、砷(LAs)、錳(LMn)4個主要概率因子,小計為0.57。

3 結論與討論

研究發現,養殖廢水污染物受營養元素不同程度的影響,其中添加元素類污染物受營養元素影響最大,限制元素次之,有機物最小。表明養殖廢水污染物主要受飼料添加元素影響,印證了添加元素畜禽消化吸收率低,而糞尿含量卻很高的觀點[7]。而且與糞便中添加元素釋放向水體遷移的規律相吻合[8]。檢測結果表明,廢水污染物氮、銅、鐵、砷、鋅、鎂、鉻、鎘與營養元素存在高度線性關系(R>0.7,P<0.05),氨氮、錳、汞為中度線性關系(0.7>R>0.5,P<0.05),CODcr為低度線性關系(R=0.445,P=0.094),而磷、BOD5和鉛則為非線性關系。說明營養元素對80%的廢水污染物有直接影響,其中砷、鎂為對應因子直接影響,其他為非對應多因子互作影響。

線性概率因子評價結果表明,影響廢水污染物的營養元素中,水分、灰分、氨氮、鉛、鎘為小概率因子,磷、鐵、鎂、汞、鉻為中概率因子,氮、銅、砷、錳為主要概率因子。各類因子概率比重分別為0.11、0.32、0.57,主要概率因子以添加元素為主,與上述結論相一致。因此,飼料中氮、銅、砷、錳是影響廢水污染物的重要參數。

4 參考文獻

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