水泡糞豬場糞污養分及風險因子季節性變化分析

楊智青，丁海榮*，陳應江，金崇富，時 凱，侯福銀，陳長寬，封功能

(1.江蘇沿海地區農業科學研究所，江蘇 鹽城 224002；2.江蘇省鹽城市畜牧養殖裝備工程技術研究中心，江蘇 鹽城 224002；3.鹽城工學院，江蘇 鹽城 224002)

據統計，2015年我國生豬出欄數和豬肉消費量均占世界總量的50%左右[1]，是世界上最大的生豬養殖和豬肉消耗國。當前我國養豬業正快速向規模化、集約化飼養模式轉變，規模化養殖比例不斷擴大，生豬年出欄500頭以上的規模養殖比例為44.0%。規模化養殖的快速發展造成畜禽養殖廢棄物產生量突增，我國畜禽糞便產生量已達到60億t[2]，成為“公認”的面源污染大戶。隨著江蘇省內養殖業北移、東移，蘇北沿海地區已成為溫氏、中糧、光明等多個大型養殖企業的生豬養殖基地，年養殖生豬數百萬頭以上，而養殖糞污成為必須解決的首要問題。本課題組針對上述養殖企業主要采用的水泡糞養殖模式，對其工藝下收集的糞污的基本情況進行季節性檢測分析，從而為后續的糞污資源化利用提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗豬場基本情況

試驗豬場位于江蘇省鹽城市大豐區G228四岔河段東5 km，該場采用水泡糞生產工藝，設計年出欄生豬5萬頭，配套10000 m3沼氣包工程、氧化塘,以及沼液、沼渣輸送工程和666.7 hm2耕地，產生的沼氣全部發電用于豬場生產，為沿海地區典型的規模化水泡糞養豬企業。

1.2 樣品采集及保存

試驗選取養豬圈舍糞、尿、廢水等集中的集糞池作為采樣點，每月15日取表層下的豬糞污作為樣品，用新純凈水瓶包裝，低溫密封保存于實驗室，用于試驗檢測。

1.3 試驗設計

試驗設置春、夏、秋、冬4個季節的糞污樣品采集分組，并設計3個方面的指標檢測：一是糞污理化特征；二是糞污養分指標；三是糞污風險因子。對4個季節的檢測結果進行比較分析，研究其變化規律。

1.4 檢測指標及方法

檢測指標及方法見表1。

表1 糞污檢測指標及方法

1.5 統計分析

對試驗數據采用SPSS 13.0軟件進行統計分析，用Excel 2007制作數據圖表。

2 結果與分析

2.1 糞污理化性狀周年變化

由表2可知，豬場收集的糞污pH值高于7.0，呈弱堿性，夏季最高，與其余3季差異顯著(P<0.05)；糞污中總固體含量秋季最低，與其他3季差異顯著(P<0.05)，夏季與冬季間差異不顯著(P>0.05)；其中水溶性有機碳含量4個季節在1.5%～2.0%之間，變化不大，且相互間差異不顯著(P>0.05)；糞污的電導率均值高于3.6 ms/cm，其中春、秋2個季節間差異顯著(P<0.05)，但與夏、冬2個季節的電導率差異不顯著(P>0.05)；糞污的鹽分含量從春到冬，平均值呈遞增趨勢，冬季最高，且與其他季節間差異顯著(P<0.05)，其余3個季節的鹽分含量相互間差異不顯著(P>0.05)。

表2 豬場集糞池豬糞四季理化指標特征統計

注：同行小寫字母表示在0.05水平上的差異顯著性，字母相同則差異不顯著，不同則顯著。

2.2 糞污養分組成四季變化

2.2.1 總氮含量的四季變化 由圖1可知，糞污中總氮含量從春季到冬季呈遞增趨勢，其中冬季和秋季較高，兩者間無顯著差異(P>0.05)，與春、夏2季糞污的總氮含量有顯著差異(P<0.05)。

圖1 糞污中總氮含量的四季變化

2.2.2 總磷含量的四季變化 由圖2可知，糞污中總磷含量以夏季最高，與其余3個季節的差異顯著(P<0.05)；春、秋、冬3個季節糞污總磷含量間無顯著差異(P>0.05)。

圖2 糞污中總磷含量的四季變化

2.2.3 總鉀含量的四季變化 由圖3可知,糞污中總鉀含量變化較大,春季最高，與其余3個季節差異顯著(P<0.05);秋季最低,與其余3個季節差異顯著(P<0.05);夏、冬2個季節間的總鉀含量無顯著差異(P>0.05)。

2.2.4 銨態氮含量的四季變化 由圖4可知,冬季糞污氨氮含量最高,與其余3個季節差異顯著(P<0.05)；而春、夏、秋3個季節間的氨氮含量無顯著差異(P>0.05)。

圖3 糞污中總鉀含量的四季變化

圖4 糞污中氨氮含量的四季變化

2.2.5 速效鉀含量的四季變化 由圖5可知，豬場糞污中的速效鉀存在明顯差異，其中冬季含量最高，與其他季節存在顯著差異(P<0.05)；秋季最低，與其他季節存在顯著差異(P<0.05)；春、夏2季的速效鉀含量無顯著差異(P>0.05)。

圖5 糞污中速效鉀含量的四季變化

2.2.6 速效磷含量的四季變化 由圖6可知,速效磷在糞污中的含量4個季節均有變化，夏季略高，與冬季速效磷含量存在顯著差異(P<0.05)；春、秋2個季糞污的速效磷含量居中，與其余兩季間無顯著差異(P>0.05)。

圖6 糞污中速效磷含量的四季變化

2.2.7 腐植酸含量的四季變化 由圖7可知,糞污中腐植酸含量均值從春、夏季開始上升至秋冬季回落,秋季最高，與其他3個季節差異顯著(P<0.05)；春季最低,與其他3個季節差異顯著(P<0.05)；夏、冬季節間的腐植酸含量無顯著差異(P>0.05)。

圖7 糞污中腐植酸含量的四季變化

2.2.8 有機質含量的四季變化 由圖8可知,在糞污中的有機質含量在4個季節之間差異不顯著(P>0.05)，含量相對穩定。

圖8 糞污中有機質含量的四季變化

2.3 糞污中環境風險因子周年變化

2.3.1 糞污中COD、BOD的周年變化 由圖9可知,糞污中COD含量除夏季外,3個季節間差異不顯著(P>0.05);夏季最低,且與其他季節差異顯著(P<0.05)。

圖9 糞污中COD含量的四季變化

由圖10可知,糞污中BOD含量以春季最高,與其他3個季節差異顯著(P<0.05);夏、秋、冬3個季節間的糞污BOD含量差異不顯著(P>0.05)。

圖10 糞污中BOD含量的四季變化

2.3.2 糞污中重金屬含量的周年變化 由圖11可知,糞污中Cu含量在季節間存在明顯的變化,夏季均值最高,與春、冬季差異顯著(P<0.05);冬季最低,與其他季節間差異顯著(P<0.05)；春、秋2個季節間差異不顯著(P>0.05)。

圖11 糞污中Cu含量的四季變化

由圖12可知,糞污中Zn含量在養豬4個季節的變化不大,其中夏季均值最大,與秋季差異顯著(P<0.05),與春冬季差異不顯著(P>0.05);春冬季的Zn含量均值居中,與夏、秋2季的含量差異不顯著(P>0.05)。

圖12 糞污中Zn含量的四季變化

3 討論

3.1 水泡糞工藝對糞污理化性質的影響

科學解決畜禽糞便污染問題是養殖業可持續健康發展的關鍵。豬場糞污清理方式的合理選擇，可為生豬生長提供良好的環境，并為后續糞污轉化利用提供適宜的原料[4]。我國養殖場的清糞工藝包括水泡糞、水沖糞和干清糞3種。采用不同清糞工藝，沼氣工程發酵原料中各成分的含量差異性較大，從而影響沼液的穩定性，不利于沼液的利用，制約了資源的有效循環利用，也不利于農業的可持續發展[5]。

關于清糞方式對糞污的影響報道主要集中在對養殖環境、糞便成分、沼液養分等方面[5-8]，且部分研究明確指出：在中國勞動力資源比較豐富的條件下,干清糞工藝是較為理想的清糞工藝[9]。水泡糞因其可以提高勞動效率、減輕勞動強度，被規模豬場大量采用，但是由于該工藝中糞便與大量的水混合后處理，嚴重影響了糞污的組成。本文對此進行了研究測定，結果顯示：水泡糞糞污的pH值、水溶性有機碳、電導率和鹽分在4個季節相對比較穩定(個別差異應與采樣有關)；總固體含量差異較大，4個季節間存在顯著差異(P<0.05)，秋季最低。規模化的養殖場應用水泡糞工藝，飼養管理穩定，產生的糞污的理化性質相對穩定，有利于后期干濕分離以及沼氣工程等資源化工作的開展。

3.2 糞污中養分的四季變化規律

規模化豬場豬糞中的養分含量,在不同季節、不同豬群之間不盡相同，且表現出一定的變化規律，這主要是由于各季節豬場的豬群結構、飼料類型、氣候變化等不同所致[10]。本研究主要檢測4個季節糞污中的總氮、總磷、總鉀、銨態氮、速效鉀、速效磷、腐植酸、有機質等8個主要養分指標，其中總氮、銨態氮含量4個季節呈遞增趨勢，總磷、速效磷、腐植酸含量呈夏秋高、冬春低的趨勢，總鉀、速效鉀、有機質含量呈冬春高、夏秋低的趨勢。上述結果應與飼料配方季節性調整和豬場用水量有關。

3.3 糞污中風險因子的四季變化規律

據統計，2014年我國生豬糞污COD總排放量1955.84萬t，BOD總排放量1909.91萬t，比1998年分別增長了619.8萬t、605.25萬t[11]。畜禽飼料中重金屬約95%以上隨畜禽糞便排泄而進入環境，我國每年使用的微量元素添加劑有15萬～18萬t，有10萬t左右未被動物利用而隨糞便排出體外，進而污染環境[12]。在養豬過程中，為了預防疾病和促進生長，Cu、Zn等重金屬元素往往作為飼料添加劑大量使用且添加量多超正常飼養標準。此外，由于肉豬對飼料中Cu、Zn等元素吸收率較低，致使大部分Cu、Zn等元素積累在豬糞中，導致豬糞和以其作為主要原料生產的有機肥料中重金屬含量顯著提高，增加了農田應用的環境風險[13-14]。本文對水泡糞糞污的風險因子COD、BOD，以及Cu、Zn等重金屬的4個季節含量進行了檢測分析，糞污中COD含量春、秋、冬三季較為穩定，夏季較低，與夏季用水量大相關；BOD則是春季較大，而夏、秋、冬三季總體含量較為穩定；Cu含量夏季最高；Zn含量四季相對均衡。結果顯示：規模養豬場水泡糞工藝中糞污影響環境的4種風險因子含量在4個季節間雖有差異，但總體穩定，亟需采用科學的技術方法進行減量，以符合國家排放或農田施用標準。

3.4 水泡糞工藝的糞污資源化潛力評估

近幾年飼養員勞動成本迅速提高，5～6年間，飼養員的工資和管理費用幾乎翻了一番，同時80后、90后喜歡養豬的人少了，豬場招聘飼養員越來越困難。豬場水泡糞清糞工藝具有節省人力的優點，許多豬場都在推廣和探索水泡糞工藝[15]。水泡糞工藝優點很明顯，但是從養殖環境、成本等角度考慮，并非最佳生產模式[9,16]。但是，沿海地區集約化規模養殖場基于生產管理、成本以及工藝成熟度等方面考慮，水泡糞是最為經濟、實用的生產工藝，但是從本文研究結果可知，該工藝條件下提供的基肥四季的養分含量、理化性質較為均一，是穩定的有機肥原料，同時產生的大量廢水須經過沼氣工程等配套設施的降污處理后資源化利用。

4 小結

水泡糞養豬工藝作為被大量推廣應用的技術，能夠為農業生產提供穩定的有機肥原料，但是其含有的環境風險因子亦須受到生產方的大力重視，配套降污、減量的技術設施，從而保障安全生產，保護環境。