桐鄉(xiāng)市畜禽養(yǎng)殖糞便產(chǎn)生量估算及農(nóng)田承載力分析

馬 良，邱寒峰，張曉萍，張漢民，李 辰，滕江南

(1.桐鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，浙江 桐鄉(xiāng) 314500； 2.桐鄉(xiāng)市畜牧獸醫(yī)局，浙江 桐鄉(xiāng) 314500；3.嘉興嘉華牧業(yè)有限公司，浙江 桐鄉(xiāng) 314500； 4.桐鄉(xiāng)市農(nóng)經(jīng)局，浙江 桐鄉(xiāng) 314500)

桐鄉(xiāng)市畜禽養(yǎng)殖糞便產(chǎn)生量估算及農(nóng)田承載力分析

馬 良1，邱寒峰2，張曉萍2，張漢民3，李 辰4，滕江南4

(1.桐鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，浙江 桐鄉(xiāng) 314500； 2.桐鄉(xiāng)市畜牧獸醫(yī)局，浙江 桐鄉(xiāng) 314500；3.嘉興嘉華牧業(yè)有限公司，浙江 桐鄉(xiāng) 314500； 4.桐鄉(xiāng)市農(nóng)經(jīng)局，浙江 桐鄉(xiāng) 314500)

在確定畜禽糞便年排放量的估算方法和畜禽糞便排泄系數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)2015—2016年桐鄉(xiāng)市畜禽養(yǎng)殖數(shù)據(jù)，估算桐鄉(xiāng)市畜禽糞便年產(chǎn)生量及其氮、磷養(yǎng)分含量，并對(duì)畜禽糞便農(nóng)田負(fù)荷進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果顯示，2016年桐鄉(xiāng)市各類畜禽產(chǎn)生糞便總量36.86萬(wàn)t，總氮3 035.1 t，總磷761.5 t；因畜禽糞便中氮、磷在轉(zhuǎn)移、運(yùn)輸過(guò)程中的損失，實(shí)際進(jìn)入農(nóng)田的氮、磷總量分別為1 172.6和646 t；畜禽糞便及其氮、磷養(yǎng)分農(nóng)田承載力分別為9.48、30.19和16.64 kg·hm-2，均未超過(guò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

畜禽糞便； 排泄系數(shù)； 農(nóng)田承載力； 桐鄉(xiāng)

近年來(lái)，我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，在保障城鄉(xiāng)畜禽產(chǎn)品供應(yīng)、促進(jìn)農(nóng)民增收、活躍農(nóng)村經(jīng)濟(jì)方面發(fā)揮了重要作用[1]。2014年，畜牧業(yè)總產(chǎn)值超2.9萬(wàn)億元，從家庭副業(yè)一躍成為我國(guó)農(nóng)業(yè)重要的支柱產(chǎn)業(yè)，畜產(chǎn)品產(chǎn)量穩(wěn)步增長(zhǎng)，人均占有畜禽肉量達(dá)63.7 kg[2]。但隨著畜禽養(yǎng)殖規(guī)模的擴(kuò)大和總量的增長(zhǎng)，其產(chǎn)生的廢棄物不經(jīng)科學(xué)處理而隨意排放所帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題日益突出。據(jù)第一次全國(guó)污染源普查公報(bào)資料顯示，畜禽養(yǎng)殖業(yè)主要水污染物COD、總氮、總磷排放量分別為1 268.26萬(wàn)t、102.48萬(wàn)t和16.04萬(wàn)t，分別占農(nóng)業(yè)源排放總量的95.8%、37.9%和56.3%，已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染最主要的“貢獻(xiàn)者”[3]。因此，開(kāi)展區(qū)域性畜禽糞便產(chǎn)生量估算、農(nóng)田畜禽糞便承載預(yù)警分析、畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防控治理以及畜禽糞便最優(yōu)化管理顯得尤為必要。

國(guó)內(nèi)外對(duì)于區(qū)域畜禽產(chǎn)生量估算、畜禽排泄系數(shù)研究、環(huán)境效應(yīng)及污染防治對(duì)策已有報(bào)道。美國(guó)農(nóng)業(yè)工程協(xié)會(huì)(ASAE)在1976年研究制定了有關(guān)美國(guó)畜禽排泄系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)多次修訂及全面調(diào)整至2005年版[4]。黃紅英等[5]運(yùn)用加權(quán)法獲得畜禽糞便日排泄系數(shù)估算江蘇省畜禽糞便產(chǎn)生量，并進(jìn)行農(nóng)田承載預(yù)警分析；廖青等[6]對(duì)廣西畜禽糞便產(chǎn)生量進(jìn)行了估算，并開(kāi)展環(huán)境影響評(píng)價(jià)；潘潔等[7]對(duì)天津市畜禽養(yǎng)殖糞便產(chǎn)生量進(jìn)行了估算，并初步評(píng)估耕地負(fù)載；汪開(kāi)英等[8]基于對(duì)典型規(guī)模養(yǎng)豬場(chǎng)3種豬的產(chǎn)排污系數(shù)和年產(chǎn)排污量及普查結(jié)果，估算了浙江省畜禽養(yǎng)殖業(yè)年糞便農(nóng)田施用量。本研究在前人研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)不同估算方法進(jìn)行優(yōu)化組合，并結(jié)合相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)桐鄉(xiāng)市畜禽養(yǎng)殖糞便產(chǎn)生量和農(nóng)田承載量進(jìn)行了初步估算，旨在為建立桐鄉(xiāng)市畜禽養(yǎng)殖農(nóng)田土壤環(huán)境承載能力監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制，為畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防控和可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)域畜牧業(yè)概況

桐鄉(xiāng)市位于浙江省東北部長(zhǎng)江三角洲地區(qū)的杭嘉湖平原腹地，居滬、杭、蘇金三角地帶，地理坐標(biāo)30°28′18″—30°47′48″N，120°17′40″—120°39′45″E，總面積7.27萬(wàn)hm2，耕地面積3.88萬(wàn)hm2，境內(nèi)無(wú)山。2016年，桐鄉(xiāng)市生豬年終存欄48 647頭，羊年終存欄20.89萬(wàn)只，家禽年終存欄215.85萬(wàn)羽，兔年終存欄7.53萬(wàn)只。全市畜牧業(yè)總產(chǎn)值占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的31.1%，生豬規(guī)模化養(yǎng)殖達(dá)到100%，養(yǎng)殖場(chǎng)糞污主要采用農(nóng)牧結(jié)合、工業(yè)化處理、膜處理、生態(tài)消納等方式。

1.2基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1.2.1 飼養(yǎng)量

飼養(yǎng)量數(shù)據(jù)來(lái)源于桐鄉(xiāng)市畜牧獸醫(yī)局提供的《2015—2016年桐鄉(xiāng)市畜牧業(yè)年報(bào)》。為客觀反映全年畜禽糞便產(chǎn)生情況，本研究以各類畜禽2015年終和2016年終存欄數(shù)之和的平均值作為2016年度畜禽的全年平均存欄量，用于畜禽糞便產(chǎn)生情況估算(表1)。

表1 2015—2016年桐鄉(xiāng)市畜禽養(yǎng)殖年終存欄量

1.2.2 畜禽糞便排泄系數(shù)

畜禽糞便排泄系數(shù)受動(dòng)物種類、品種、性別、生長(zhǎng)期、體重、飼料組成、地域、天氣條件等諸多因素的影響[9]。我國(guó)目前尚沒(méi)有相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，各地也沒(méi)有相應(yīng)的地方標(biāo)準(zhǔn)，故本研究中畜禽糞便排泄系數(shù)通過(guò)計(jì)算王方浩等[10]和黃紅英等[5]總結(jié)研究的各種畜禽排泄系數(shù)及糞便中氮磷含量的平均值獲得(表2)。

表2 各類畜禽的日排泄量

1.3估算方法

1.3.1 畜禽糞便量的計(jì)算方法

畜禽的年度糞便產(chǎn)生總量計(jì)算公式：

Q=Σ(Ni×Pi)×365×0.001。

式中：Q為動(dòng)物年糞便產(chǎn)生量(t)；Ni為第i種動(dòng)物存欄量(頭、只、羽)；Pi為第i種動(dòng)物每頭(只、羽)每日排泄系數(shù)(kg)；365為一年天數(shù)；0.001為換算常數(shù)。

1.3.2 畜禽糞便農(nóng)田承載量的計(jì)算方法

畜禽糞便農(nóng)田承載量計(jì)算公式：

L=a×Q/S。

式中：Q為動(dòng)物年糞便產(chǎn)生量(t)；L為年均單位面積農(nóng)田畜禽糞便承載量(t·hm-2)；a為進(jìn)入農(nóng)田的畜禽糞便量占畜禽糞便總產(chǎn)生量的比例(%)，其中a分別取38.7%(N)和85.0%(P)[5]；S為有效耕地面積(hm2)。

2 結(jié)果與分析

2.1畜禽糞便產(chǎn)生量

畜禽糞便產(chǎn)生量估算結(jié)果顯示，當(dāng)前桐鄉(xiāng)市畜禽養(yǎng)殖糞便排放主要集中在養(yǎng)羊業(yè)、家禽業(yè)和生豬業(yè)。由表3可知，2016年桐鄉(xiāng)市各類畜禽產(chǎn)生糞便總量36.86萬(wàn)t。其中，羊產(chǎn)生的糞便量為16.49萬(wàn)t，占畜禽糞便總量的44.7%，居畜禽糞便產(chǎn)生量的首位；家禽類(肉雞、蛋雞、鴨和鵝)糞便產(chǎn)生總量11.10萬(wàn)t，占畜禽糞便總量的30.1%，居畜禽糞便產(chǎn)生量的第2位；生豬糞便產(chǎn)生總量8.82萬(wàn)t，占畜禽糞便總量的23.9%，居畜禽糞便產(chǎn)生量的第3位。

表3 2016年桐鄉(xiāng)市各類畜禽糞便產(chǎn)生量

畜禽產(chǎn)生糞便中含總氮和總磷分別為3 035.1、761.5 t，各類畜禽糞便氮、磷產(chǎn)生量占比存在差異，羊糞便氮產(chǎn)生量占總畜禽糞便氮產(chǎn)生量的56.3%，家禽類糞便氮產(chǎn)生量占總畜禽糞便氮產(chǎn)生量的29.1%，豬糞便氮產(chǎn)生量占總畜禽糞便氮產(chǎn)生量的13.2%；家禽類糞便磷產(chǎn)生量占總畜禽糞便磷產(chǎn)生量的51.7%，羊糞便磷產(chǎn)生量占總畜禽糞便磷產(chǎn)生量的37.2%，豬糞便磷產(chǎn)生量占總畜禽糞便磷產(chǎn)生量的9.3%。

2.2畜禽糞便農(nóng)田承載量

分析單位耕地面積的畜禽糞便負(fù)載情況，是客觀評(píng)價(jià)畜禽養(yǎng)殖對(duì)環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)[8]的指標(biāo)之一。 利用土壤—作物系統(tǒng)對(duì)畜禽糞便進(jìn)行利用與凈化處理是最直接經(jīng)濟(jì)常用的方法，歐美國(guó)家大多數(shù)農(nóng)場(chǎng)都是采用種養(yǎng)結(jié)合的模式，此模式要求規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)必須有充足的土地對(duì)產(chǎn)生的畜禽糞便進(jìn)行安全消納[11]。2016年桐鄉(xiāng)市耕地面積3.89萬(wàn)hm2，根據(jù)方法1.3.2節(jié)計(jì)算畜禽糞便農(nóng)田承載量，在不考慮畜禽糞便收集、運(yùn)輸及堆肥處理過(guò)程中的損失且全部還田的情況下(a=100%)，估算了桐鄉(xiāng)市耕地年承載量為畜禽糞便總量9.48 t·hm-2，總氮量78.02 kg·hm-2，總磷量19.58 kg·hm-2。若考慮畜禽糞便中氮磷損失，則桐鄉(xiāng)市耕地年承載量為總氮量30.19 kg·hm-2，總磷量16.64 kg·hm-2。

3 討論

由于受畜禽飼養(yǎng)數(shù)量、畜禽排泄系數(shù)、畜禽糞便中氮磷含量波動(dòng)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確性等多因素影響，估算的畜禽糞便年產(chǎn)生量與實(shí)際情況會(huì)存在一定的誤差。農(nóng)業(yè)部數(shù)據(jù)顯示，2000年中國(guó)畜禽糞便產(chǎn)生量為36.40億t[12]。不同于農(nóng)業(yè)部的數(shù)據(jù)，國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局通過(guò)對(duì)規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)調(diào)查而估計(jì)的1999年中國(guó)畜禽糞便產(chǎn)生量為19億t[13]。本試驗(yàn)研究采用2015年終和2016年終畜禽存欄量的平均值作為2016年全年平均存欄量，多篇代表研究文獻(xiàn)中排泄系數(shù)的平均值來(lái)估算畜禽糞便產(chǎn)生總量較能客觀反映全年畜禽糞便產(chǎn)生情況。

畜禽糞便農(nóng)田承載量是指單位面積農(nóng)田承載的畜禽糞便量，直接反映了一個(gè)地區(qū)農(nóng)田消納畜禽糞便的能力，同時(shí)作為間接衡量畜禽飼養(yǎng)密度及畜禽養(yǎng)殖業(yè)布局是否合理的一項(xiàng)重要指標(biāo)[14]。目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有統(tǒng)一的單位面積耕地土壤的畜禽糞便還田量、氮和磷養(yǎng)分限量標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于耕地畜禽糞便負(fù)荷量研究基本都參照國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局自然生態(tài)保護(hù)司提出的每hm2耕地能負(fù)擔(dān)的畜禽糞便為30～45t[13]。對(duì)于耕地畜禽糞便氮、磷養(yǎng)分限量研究基本都參照歐盟農(nóng)業(yè)政策規(guī)定，糞肥年施氮量的限量標(biāo)準(zhǔn)為170kg·hm-2，土壤的糞便年施磷量不能超過(guò)35kg·hm-2 [15]。

在不考慮畜禽糞便收集、運(yùn)輸及堆肥處理過(guò)程中的損失且全部還田的情況下(a=100%)，2016年桐鄉(xiāng)市耕地年承載量為畜禽糞便總量9.48t·hm-2，總氮量78.02kg·hm-2，總磷量19.58kg·hm-2，3項(xiàng)指標(biāo)均低于限量標(biāo)準(zhǔn)值。未超標(biāo)準(zhǔn)限量值，不代表畜禽糞便對(duì)環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)低或農(nóng)田承載力影響小。有研究報(bào)道，我國(guó)畜禽飼料中存在抗生素類及銅、鋅、砷等微量元素類添加超標(biāo)或養(yǎng)殖戶使用量超標(biāo)等現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅著我國(guó)畜禽產(chǎn)品的質(zhì)量安全，而不能在動(dòng)物體內(nèi)完全吸收代謝的抗生素和重金屬元素大部分以畜禽糞便的形式排出體外進(jìn)入環(huán)境[16]。另外在動(dòng)物體內(nèi)誘導(dǎo)出的抗性基因(ARGs)也會(huì)隨畜禽糞便直接排出體外，對(duì)人類、動(dòng)物健康和有益微生物活性構(gòu)成威脅[17]。雖然堆肥可以降低重金屬的有效性[18]和有效除去抗生素[19]，但不能控制抗性基因的擴(kuò)散[20]。由于缺乏相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和條件的限制，本研究試驗(yàn)未對(duì)畜禽糞便還田后土壤重金屬、抗生素及抗性基因進(jìn)行檢測(cè)研究和開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

國(guó)內(nèi)大部分學(xué)者開(kāi)展的畜禽糞便農(nóng)田承載力研究以有效耕地面積或區(qū)域耕地面積或農(nóng)用地面積或農(nóng)作物實(shí)際播種面積來(lái)進(jìn)行畜禽糞便農(nóng)田風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。而本試驗(yàn)對(duì)桐鄉(xiāng)市6家有機(jī)肥廠和2家大型規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查，大部分有機(jī)肥用于果樹(shù)、設(shè)施蔬菜、花卉苗木，用于水稻的占比很小或集中使用養(yǎng)殖場(chǎng)周邊農(nóng)田，造成畜禽糞便農(nóng)田承載力評(píng)價(jià)的不準(zhǔn)確性。因此，實(shí)施飼料添加劑規(guī)范化、實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖全程綠色化、商品有機(jī)肥監(jiān)測(cè)日常化及有機(jī)肥使用補(bǔ)助政策常態(tài)化是農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用實(shí)現(xiàn)雙贏的根本措施。

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收入日期：2017-07-14

桐鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣基金會(huì)資助項(xiàng)目

馬 良(1985—)，男，浙江桐鄉(xiāng)人，農(nóng)藝師，碩士，主要研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用與環(huán)境保護(hù)， E-mail：tianma-2008@163.com。

文獻(xiàn)著錄格式：馬良，邱寒峰，張曉萍，等. 桐鄉(xiāng)市畜禽養(yǎng)殖糞便產(chǎn)生量估算及農(nóng)田承載力分析[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58(10)：1798-1800，1817.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171039

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0528-9017(2017)10-1798-03

(責(zé)任編輯萬(wàn) 晶)