四川省畜禽糞污肥料化利用環境影響評估

許文志，朱永群，王 謝，王 宏，林超文

(四川省農業科學院土壤肥料研究所，四川 成都 610066)

【研究意義】近年來，隨著中國畜禽養殖業的飛速發展，大量養殖糞污處理不當或缺乏處理，由此產生的環境污染問題日益嚴峻。【前人研究進展】中國農業源的污染物排放量已經超過工業和生活源，成為污染源之首[1-3]。在農業源中，畜禽養殖源排放總氮102萬t，總磷16萬t，化學需氧量1268萬t，又成為農業源的主要排放源[4]，大量的養殖糞污如果處理利用不當，將會對環境造成極大的威脅。【本研究切入點】為進一步明確畜禽糞污肥料化利用的效果及其對環境的影響，筆者就四川省13個典型養殖縣具有代表性的養殖場進行系統調研，重點就沼渣、沼液、土壤及部分作物的養分及重金屬含量進行了抽樣檢測。【擬解決的關鍵問題】以期初步摸清省內養殖企業的糞污處理利用現狀，找出潛在問題，并提出相應的整改意見。

1 調研報告

1.1 抽樣及調查問卷基本情況

本研究共計對13個典型縣(市、區)的26個典型養殖場進行了系統的問卷調查及抽樣檢測。調研的26個典型養殖場中，生豬養殖場23個、奶牛養殖場2個、肉牛養殖場1個，符合四川省畜禽養殖以生豬為主的實際情況，樣本具有一定的代表性。問卷調查的內容主要包括養殖場基本情況、投入品情況、糞污清理方式、沼渣沼液單日排放量、種植基地情況以及沼液施用量、化肥減施量等信息，以期初步了解畜禽糞污肥料化利用的基本情況。

1.2 糞污處理及排放情況

受訪的26個養殖場均采用沼液發酵工藝處理糞污，其中采取干濕分離清糞的有23個，占受訪數量的88.5 %，另外仍有3個養殖場采用混合清糞。各養殖場糞污排放情況見表1，牛場沼液日排量10 m3左右，沼渣日排量(含干糞，下同)1.5 t左右；豬場沼液沼渣日排量與養殖規模有關，一般沼液日排量在數量上為沼渣的10倍。此外，根據《GB18596-2001畜禽養殖業污染物排放標準》中規定的最高允許排水量，19號生豬養殖場排水量超過標準要求，需引起重視。

1.3 飼料及添加劑使用情況

在飼料使用方面，本次受訪的26個養殖場均以濃縮料或全價料為主，配合其他成分制成預混料。其中，奶牛肉牛養殖場隨季節不同采用鮮草、干草、青貯玉米等為粗飼料，添加濃縮料等精飼料制成預混料飼喂；生豬養殖場則以育齡為主選擇適齡的濃縮料或全價料，再選擇性添加玉米、豆粕、酒糟、小麥、麥麩、魚粉等配置成預混料進行飼喂。

在添加劑使用方面，除1號養殖場日糧添加22 kg愛麗美生豬添加劑，16號養殖場日糧添加20～30 kg含乳酸桿菌、芽孢桿菌的微生物菌劑外，其余24個養殖場均表示除濃縮料、全價料或精飼料外，無其他添加劑(表1)。

1.4 配套種植基地情況

配套種植基地方面，一般以水稻、玉米等糧食作物為主，部分種植果蔬。沼液年均施用次數2～3次，單畝單次施入2～5 m3不等，年均單位(667 m2)施入量一般在5～15 m3不等。按照《畜禽糞污土地承載能力測算技術指南》提供的方法，根據不同作物將養殖場實際配套土地面積折算成相應的承載量(豬當量)，并與實際存欄量進行比較分析。結果發現，有17家養殖場配套種植基地家畜承載能力不足(實際存欄量大于理論承載量)，特別是2號、8號、23號及24號養殖場超載3000頭以上，需要擴大沼液施用面積或者減少存欄量。其余養殖場種植基地承載量超過存欄量，配套種植基地承載能力充足，可以較好的消納養殖場糞污。

2 材料與方法

本次調研還對26個典型養殖場的沼液、沼渣、土壤及成熟作物可食用部位進行了樣品采集。

所采集沼肥樣品的pH、有機質、全氮、五氧化二磷、氧化鉀等營養成分檢測參照《NY525-2012有機肥料》、《NY/T2065-2011,沼肥施用技術規范》等標準[5-6]進行。此外，沼肥重金屬殘留量依《NY/T1978-2010肥料汞、砷、鎘、鉛、鉻含量的測定》[7]等進行測定，并參照《GB4284-84農用污泥中污染物控制標準》[8]進行分析。

所采集土壤樣品營養元素含量主要參照《NY/T1121.2-2006土壤pH的測定》等標準[9-11]方法測定；重金屬殘留按照《GB/T22105.2-2008土壤中總砷的測定》等[12-14]進行測定。土壤重金屬安全限量參照《HJ/T332-2006食用農產品產地環境質量評價標準》[15]及《GB15618-1995土壤環境質量標準》[16]中的二級標準，即“為保障農業生產，維護人體健康的土壤限制值”進行判定。

所采集植物樣全氮、全磷、全鉀、總砷、總鉛、總鎘、總銅及總鋅含量檢測按照《NY/T 2419-2013植株全氮含量的測定自動定氮儀法》等標準[17-23]進行。按照《GB 2762-2017 食品安全國家標準食品中污染物限量》[24]對污染物的界定，暫未將銅和鋅列為污染物，而將砷、鉛、鎘作為重金屬污染物分別規定了各類食品的安全限量。

3 結果與分析

3.1 沼肥營養成分分析

從表2可知，本次抽樣的26份沼液pH在6.83～8.26，受檢樣品均符合NY/T2065-2011標準對沼液的pH的規定(介于3.0～9.0)。從營養成分分析，樣品總養分即全氮、P2O5及K2O的含量總和基本都達到標準規定的0.2以上。其中3份沼液樣品的總養分不達標，可能是雨污分離處理不佳所致。26號樣品顏色異常發黑，有機質等含量嚴重偏離其他樣品，不具有代表性。除去3個不達標樣品及26號樣外，其他樣品的總養分含量平均為0.49 %，總養分含量較高，按照NY/T2065-2011規定要求，可以作為沼肥使用。

表2 沼液樣營養成分檢測結果

注：平均值為除去3個總養分不達標樣(總養分小于0.2 %)及26號樣外其他樣品的均值。

按照NY/T2065-2011規定，有機肥pH介于5.5～8.5，有機質含量不小于30 %，總養分不小于3 %。從表3可知，除個別樣品外，沼渣樣的pH一般處于5.5～8.5，水分含量一般不超過30 %，各樣品的總氮含量在1.23 %～4.46 %，均值為2.59 %；P2O5含量在0.48 %～10.74 %，均值為4.33 %；K2O含量在0.32 %～2.88 %之間分布，均值為1.19 %；各樣品養分含量總和均在3 %以上，平均為8.1 %。此外，21份沼渣樣品的有機質含量在60 %～90 %，平均為74.5 %，有機質含量極為豐富，可作為沼肥使用。

3.2 沼肥重金屬殘留分析

由表4可知，所有沼液樣品的砷、鉛、鎘、銅及鋅的含量均在安全限量以內，符合使用標準，可以按照施用規范安全施用。

沼渣以烘干基計，各樣品的總砷、總鉛及總鎘均在安全限量以內(表5)，可以作為沼肥安全使用。但依照《GB4284-84農用污泥中污染物控制標準》分析，非酸性土壤中，總銅超過安全限量500 mg/kg的有4個，超標較多的13號樣超標88.6 %；總鋅超過安全限量1000 mg/kg的有5個，其中7號樣超標152.7 %。雖然《GB4284-84農用污泥中污染物控制標準》新的征求意見稿中，總銅和總鋅的安全限量有大幅度上調，但是沼渣中總銅和總鋅含量仍偏高的問題仍需重視。

表3 沼渣樣營養成分檢測結果

注：有機肥料標準NY525-2012中有機質的氧化校正系數由原來的1.0修改為1.5，但實際情況下不同樣品的氧化效率不同，有的氧化校正系數不到1.5，從而造成有機質含量高于100 %。

表4 沼液樣重金屬殘留檢測結果

續表4 Continued table 4

樣品編號Sample No.達標/安全限量Qualification or safety amount總砷(mg/kg)Total arsenic總鉛(mg/kg)Total lead總鎘(mg/kg)Total cadmium總銅(mg/kg)Total copper總鋅(mg/kg)Total zinc≤70≤100≤3≤500≤100012蒼溪20.0220.00700.002300.1700.6013西充10.0420.00190.000440.4000.4814西充20.0030.00480.000380.0120.2615蓬溪10.0080.00360.000470.0100.0216蓬溪20.0040.00320.000350.0570.3817射洪10.0040.00490.000600.0100.0718射洪20.0030.00110.000380.0600.1519洪雅10.0050.00180.000430.1900.5720洪雅20.0100.00930.002600.2000.6521丹棱10.0050.00220.000470.2000.9822丹棱20.0350.00910.001000.0610.3323邛崍10.0030.0020.000451.8904.4124邛崍20.0180.00180.000390.0620.6325蒲江10.0030.00950.000490.0840.4426蒲江20.1200.02200.0130046.800102.00平均0.03300.00480.00122.05835.3127

注：安全限量參見《NY525-2012有機肥料》、《NY/T2065-2011沼肥施用技術規范》及《GB4284-84農用污泥中污染物控制標準》。

3.3 沼液的培肥效果分析

一般而言，采用干濕分離清糞方式的養殖場干糞作為商品肥外銷，不便于追蹤，因此本次調研重點分析沼液對土壤的影響，土壤樣品營養成分檢測結果見表6。

25個樣點中，有13個樣點在施用沼液后土壤pH有不同程度的升高；其余12個樣點土壤pH有所下降。施用沼液對土壤pH的影響有待進一步研究證實。

表5 沼渣重金屬殘留檢測結果

續表5 Continued table 5

樣品編號Sample No.達標/安全限量Qualification or safety amount總砷(mg/kg)Total arsenic總鉛(mg/kg)Total lead總鎘(mg/kg)Total cadmium總銅(mg/kg)Total copper總鋅(mg/kg)Total zinc≤70≤100≤3≤500≤100012射洪13.531.90.2213866413射洪21.013.10.49943?1445?14洪雅12.891.30.3628084515洪雅22.691.30.33358616丹棱10.341.30.064920617丹棱21.571.50.29682?72318邛崍17.353.60.1311130719邛崍25.581.30.191791022?20蒲江11.251.50.1010433921蒲江21.191.50.12436941平均2.792.60.23279711

注：安全限量參見《NY525-2012有機肥料》、《NY/T2065-2011沼肥施用技術規范》及《GB4284-84農用污泥中污染物控制標準》等，“*”表示超過相應標準。

在土壤培肥效果方面，施用沼液在土壤肥力提升方面有一定的作用。施用沼液后，25個樣點有機質平均提升3.1 g/kg，其中16個樣點施用沼液后有機質提升幅度在0.4～19.5 g/kg，平均升高7.9 g/kg；其余9個樣點有所下降。此外，施用沼液后土壤樣品的全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀等養分含量也有不同程度的增加，25個樣點全氮平均增加0.26 g/kg、堿解氮平均增加20 mg/kg；而有效磷和速效鉀含量則顯著增加(SPSSv22配對t檢驗，數據未列出)，平均分別達到29和67 mg/kg。

土壤養分含量升高可以說明施用沼液有一定的土壤培肥效果，沼液可作為有效肥源加以合理利用。但是施用沼液可能會引起土壤有效磷的大幅增加，因此沼液一定要有規劃的合理施用，避免土壤磷素升高引起污染。

3.4 沼肥的重金屬污染風險分析

從土壤樣品重金屬殘留情況來看，施用沼液對土壤總砷、總鉛和總鎘的影響不大，25個調查點上升下降均有，但幅度不大(SPSSv22配對t檢驗，結果未列出)。土壤總銅和總鋅均有上升的趨勢，25個樣點中分別有15個點上升，施用沼液后土壤總銅平均增加4.1 mg/kg，最高增加41.3 mg/kg，增幅達152 %；土壤總鋅平均增加19.7 mg/kg，最高增加134.2 mg/kg，增幅達139 %；總銅和總鋅增幅最高均出現在11號樣點(表7)。總體來說施用沼液后土壤總銅、總鋅均呈升高的趨勢，應引起重視。

3.5 植物重金屬殘留分析

8份植物樣中，空心菜以鮮重計，砷、鉛、鎘均未超標(數據未列出)。玉米以干重計，施用沼液后，3個樣點全氮含量增加2.49 %，全磷增加了11.7 %，變化不明顯(數據未列出)。重金屬污染風險方面，施用沼液后3個樣點的玉米砷、鉛、鎘、銅、鋅含量均有不同程度的增加，其中砷含量顯著增加了0.008 mg/kg，增幅達92.59 %(數據未列出)。另外，來自古藺2的兩份玉米樣鎘均超標(安全限量0.1 mg/kg)，其中施沼液總鎘含量0.19 mg/kg，超標90 %，未施沼對照含量0.12 mg/kg，超標20 %；該樣點為家庭養殖的20頭奶牛，沼液施用采用人工擔挑撒施，隨機性較大，其施沼區土壤鎘含量不超標，未施沼土壤鎘含量輕微超標(超標6.67 %)，該樣點玉米籽粒鎘超標的具體原因需要進一步查證。

4 討 論

受訪的26個養殖場中，超過88 %的采用干濕分離的清糞方式，一般鋪有沼液管網或者使用沼液運輸車，且均配有一定面積的種植基地，養殖糞污一般可以得到適當處理，且可有效安全消納。但仍有少量中小規模養殖場采取混合清糞方式，糞污處理不當；部分養殖場存欄規模超出種植基地的承載能力，導致沼液等無法安全消納，一般此類養殖場環境污染風險較高。

沼肥的營養成分方面，抽樣的26份沼液樣品絕大多數總養分含量平均為0.65 %，養分含量較高，符合NY/T2065-2011的要求；21份沼渣樣品的有機質含量在60 %～90 %，平均為74.5 %，有機質含量極為豐富，超過NY/T2065-2011的要求，沼液沼渣均可作為有機肥施用。土壤培肥方面，長期施用沼肥后，土壤有機質含量、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀等有不同程度的升高，土壤培肥效果顯著。但長期施用沼液后，土壤有效磷及總銅、總鋅含量增加明顯，存在一定份生態風險，需要引起重視。

表6 沼液土壤培肥效果分析

注：①施沼為施用沼液的土壤樣品，未施為未施用沼液的土壤對照樣品；②差值=施沼-未施。

雖然沼液沼渣中重金屬含量尚在有關標準的安全限量以內，但長期施用沼肥后，重金屬在土壤中不斷累積，通過植物的富集作用，可能導致作物重金屬超標。例如本次抽樣的植物樣中，3個樣點的玉米施用沼液后砷、鉛、鎘、銅、鋅均有不同程度的增加，其中砷含量顯著增加了92.59 %，需要引起重視。

5 結 論

本次調研發現，除個別小型養殖場外，四川省內養殖場一般都按照相關要求配備了干濕分離、沼液發酵等畜禽糞污處理設施設備，且配有面積不等的種植基地，通過管網或者沼液運輸車來消納沼液沼渣。養殖糞污處理得當，肥料化利用程度較高，環境污染分險較小。

抽樣檢測結果發現，經過適當處理的沼液沼渣，富含有機質等營養物質，符合有關有機肥標準，可以作為有機肥施用。此外，長期施用沼液沼渣后，土壤有機質等營養成分含量均有上升趨勢，沼肥土壤培肥效果顯著，但長期施用沼肥導致土壤磷、總銅及總鋅含量升高，存在一定的污染風險。因此需要動態監測沼肥及土壤各項營養元素及重金屬含量的動態變化，科學合理的施用沼肥。

表7 施用沼液土壤重金屬污染風險分析

注：①施沼為施用沼液的土壤樣品，未施為未施用沼液的土壤對照樣品；②差值=施沼-未施；3、安全限量參照《GB15618-1995土壤環境質量標準》中的二級標準；“*”表示該值超過相應標準。

6 問題及建議

(1)本次調研發現仍有少量中小規模養殖場采取混合清糞方式；部分養殖場現有糞污處理設備存在老化、泄露等問題。建議盡快完善或更新干濕分離、新型發酵罐等糞污處理設施設備，嚴格控制養殖用水，從源頭上減少養殖糞污的直接排放。

(2)部分養殖場種植基地面積嚴重不足，存在沼肥過量的潛在風險。建議養殖場擴大種植基地面積，或根據現有種植基地承載量來確定合理的家畜存欄量。

(3)沼液氮素含量較低，為滿足作物生產長期大量施用沼液容易造成土壤有效磷大幅增加，建議加強沼液營養成分監測管理[25]，強化濃縮型沼液發酵工程技術、沼液主要成分及其分離提取濃縮技術等研究[26]，將沼液的安全利用納入農業綜合開發建設的系統工程[27]。

(4)強化飼料及獸藥研究，嚴格控制銅、鋅等重金屬在飼料、獸藥中的投入量，從源頭上控制輸入量；強化沼肥的加工處理技術研究，通過生化、物理等方法去除沼肥中的重金屬殘留[28-29]，或者降低金屬離子活性[30]，降低沼肥中重金屬對土壤及作物的不良影響。

(5)本研究發現施用沼液后3個樣點的玉米砷、鉛、鎘、銅、鋅均有不同程度的增加，其中砷含量顯著增加，建議選擇對重金屬低富集的植物種類或作物品種，降低重金屬在食品中的殘留[31]。