农村畜禽养殖污染的测算

二、农村畜禽养殖污染的测算

近年来，我国畜禽养殖业正迅速向规模化、集约化发展，已成为许多地区发展农村经济的支柱性产业。然而，在畜禽养殖业蓬勃发展的同时，畜禽粪便所带来的环境问题也日趋严重，逐渐成为污染农村环境的主要因素。据统计每年粪便产生量约为17.3亿吨，相当于工业固体废弃物的2.7倍。其中，规模化养殖场产生的畜禽粪便相当于工业固体废弃物的30%，畜禽粪便化学需氧量（COD）的排放量已达7118万吨，超过工业废水与生活污水的排放量之和，成为不可忽视的污染源。

下面以甘肃省某市农村畜禽养殖测算污染程度。

（一）农村畜禽养殖污染变化趋势

以某市为例，通过统计牛、猪、羊和家禽出栏数以及耕地面积，对牛粪、牛尿、猪粪、猪尿、羊粪、家禽粪进行当量转换，计算畜禽粪便负荷量，得出某市农村畜禽粪便污染状况呈现逐年加重的态势。在1993年以前，全市污染的警报值处于Ⅱ和Ⅲ级水平，属于稍有和有污染程度，说明畜禽养殖已造成对农村环境的污染。从1994年至今，污染警报值基本处于上升趋势，2007年警报值为Ⅲ级，属于有污染程度，说明畜禽养殖对农村地区的污染程度呈逐年加重趋势。

表3-1　某市畜禽粪便污染负荷年际变化和警报值

续表3-1

图3-1　畜禽粪便污染负荷年际变化

（二）畜禽粪尿污染物排放总量计算

根据畜禽的排泄指数和畜禽粪便中污染物的浓度，可以通过公式：F_i=n_id_ip_i计算出每只畜禽一年中污染物的排泄量，式中：i表示畜禽种类；Fi表示i类畜禽年粪尿量（单位：吨/年）；ni表示i类畜禽年计算头数（单位：头、只）；di表示i类畜禽年饲养天数（单位：天）；pi表示i类畜禽排放量参数（单位：公斤/天）。

1.各镇畜禽粪尿污染物排放量

某市各镇畜禽粪尿污染物等标排放量总量为1085517吨，其中污染物以总氮（TN）、总磷（TP）为主，占总量的95%。某市各镇畜禽污染比较可知：永昌县新城子镇、红山窑乡和焦家庄的等标排放量最高，为196861.4吨、177264.8吨和117024吨，占总量的45.25%。南坝乡等标排放量最低，仅占0.08%。

表3-2　各区域畜禽粪尿污染物总量、等标排放量及各区域份额（单位：吨）

图3-2　某市各乡镇畜禽粪便污染物等标排放量

2.各镇人粪尿污染物排放量

根据对某市2007年各镇人粪尿污染物等标排放量的计算，得知以下三个区域排放量较大，宁远堡镇等标排放量1287502吨，占13.1%；朱王堡镇等标排放量1072963吨，占10.91%；新城子镇等标排放量1050059吨，占10.68%，其余各镇比例都小。对主要污染物的比较看，TN是主要的污染物，等标排放量所占的比例最大，为64.70%，TP和CODcr分别为35.23%和0.06%。

表3-3　各区域人粪尿污染物等标排放量及污染负荷分析（单位：吨）

3.各类畜禽粪尿污染物排放量

根据对某市2007年各类畜禽粪尿污染物等标排放量的计算，得知以下几种畜禽粪尿污染物中排放量最大的是牛尿6191.14吨，占总畜禽粪尿总排泄物的61.1%；其次是羊粪，2282.06吨，占总畜禽粪尿总排泄物的22.48%；排在第三的是牛粪，1606.2吨，占总畜禽粪尿总排泄物的15.9%；猪粪的量最少，仅0.0059吨，占总畜禽粪尿总排泄物的0.002%。

表3-4　各类畜禽粪尿污染物等标排放量及等标排放率

（三）畜禽粪尿污染物进入水体量计算

通过计算可以得知畜禽粪尿污染物进入水体中总量以及各种污染物的浓度。以此可以评价各镇流失进入水体的CODcr、TN、TP等污染物的总量和浓度。例如，进入水体的各类污染物等标排放量评价的公式为：

P_i=M_i/C_i×10^-6

式中，M_i污染物流失量（t·a^-1），C_i污染物按GB33838-2002中III类标准系列的阈浓度，（CODcr15毫克/升，TN为l毫克/升，TP为0.1毫克/升），P_i为等标污染排放量。

1.各镇畜禽粪尿污染物进入水体量

从上述畜禽粪尿排入水体的污染物的公式计算得知，某市畜禽粪尿排入水体的污染物是以TN为主要污染物，占64.85%，TP和CODcr较小，仅占29.54%和5.61%。各镇畜禽粪尿污染物的总量以及进入水体的量各不相同，其中新城子镇畜禽粪尿污染物产生的量最多，进入水体的量也最多，占总进入水体量的18.89%；其次是红山窑乡，进入水体的畜禽污染物量占总进入水体量18.67%；最少的是南坝乡，畜禽粪尿污染物产生的量最少，进入水体的量也最少，占总进入水体量的0.35%。

表3-5　各区域畜禽粪便污染物产生量及进入水体量（单位：吨）

表3-6　各区域畜禽粪尿污染物进入水体量、等标排放量及各乡镇分额　　　　单位：吨

续表

2.各镇人粪尿污染物进入水体量

通过计算得到某市各镇人粪尿污染物进入水体量，可以看出主要污染物也是TN，总进入水体的量为636113.8吨，占总人粪尿污染物的88.61%；其次是TP，占总人粪尿污染物的9.65%；最少的是CODcr，占总人粪尿污染物的1.74%。

表3-7　各区域人粪尿污染物水体排放量　　　　单位：t

续表

3.各类畜禽粪尿污染物进入水体量

通过对某市2007年不同种类畜禽污染数据的计算，得知各类畜禽污染的排放量和对水体污染的“贡献量”。在各类畜禽粪尿中，牛尿总体上对水体环境的影响最大，等标排放量最大，进入水体的量也最大是1065.45吨，占总畜禽污染物的42.62%；其次是羊粪，进入水体的量是865.25吨，占总畜禽污染物的34.61%；牛粪第三，进入水体的量是552.5吨，占总畜禽污染物的22.1%；最少的是猪粪，只有0.12吨，占总畜禽污染物的0.007%。从各镇不同畜禽粪尿产生量及进入水体量三种污染物的等标排放率比较，以TN为主要污染成分，TP和CODcr的污染较轻。

表3-8　各区域不同畜禽粪尿产生量及进入水体量　　　　单位：t

（四）区域畜禽养殖环境风险评价

区域畜禽养殖环境风险评价的标准是单位耕地面积上的畜禽粪便负荷量，也是衡量一个地区畜禽饲养密度大小的重要依据。由于地理环境不同，农田对畜禽粪便的容纳量及承受程度差异很大。据调查，该市各镇集约化养殖的年畜禽量占总量的比例不大，畜禽养殖目前仍以农户散养为主，参考国内外资料和调查情况，首先确定不同畜禽种类的饲养期，其次依据畜禽粪便排泄指数，计算畜禽粪便量（包括粪、尿两部分，下同），再根据各类畜禽粪便的猪粪当量换算系数（以含氮量为标准），求出各类畜禽粪便量的猪粪当量，最后确定畜禽粪便负荷量以及警报值。

1.畜禽粪便负荷量测算

2007年畜禽粪便的总产生量为129.3万吨（猪粪当量），负荷量的计算公式为：

q=Q/S=ΣXT/S

其中，q为畜禽粪便以猪粪当量计的负荷量［吨/公顷·年］；

　　　Q为各类畜禽粪便猪粪当量总量（吨/年）；

　　　S为有效耕地面积（公顷）；

　　　X为各类畜禽粪便量（吨/年）；

　　　T为各类畜禽粪便换算成猪粪当量的换算系数。（见下表）

表3-9　畜禽排泄物含氮量及猪粪当量换算系数表

表3-10　畜禽粪便氮污染负荷

续表

通过对2007年某市各区域畜禽污染的负荷量计算，新城子镇污染负荷最大，为56.5吨/公顷·年；其次为水源镇34.68 t/hm²·a红山窑乡34.3吨/公顷·年；最低为南坝乡，仅0.069吨/公顷·年（见图3-3，图中数据采用Arcview软件处理）。根据沈根祥（1994）的测算指出，蔬菜种植区的猪粪当量有机肥安全施用为60吨/公顷·年，粮棉瓜果地区42吨/公顷·年，纯粮种植区为24吨/公顷·年。中国农业大学李国学（1999）的研究，每公顷土地能够负荷的畜禽粪便在30～45吨左右，如果高出这一水平就会带来土壤的富营养化，对环境产生影响。按照李国学的研究结果，新城子镇污染负荷达到56.5吨/公顷·年，已造成土壤的富营养化问题。

图3-3　甘肃省某市人畜粪便氮污染负荷分布

2.甘肃省畜禽粪便警报值测算

畜禽粪便负荷量的大小只是间接衡量一个地区畜禽饲养密度及畜禽养殖业布局是否合理的标志，不能全面反映一个地区畜禽粪便是否过载及对环境是否构成污染的威胁性等问题。警报值及其分级指标可以全面又客观地反映各区域畜禽粪便对环境造成的压力和潜在影响。以甘肃省各市畜禽粪便排放量为例计算警报值和分级，对甘肃省各地市的畜禽粪便负荷量承受程度和是否造成对环境的污染进行计算。

警报值公式r=q/p

其中q为各地畜禽粪便猪粪当量负荷，p为农田以猪粪当量计的有机肥最大适宜施用量（30吨/公顷·年）

表3-9　警报值及分级级数表

表3-10　甘肃省各市州畜禽粪便猪粪当量及负荷量

续表

图3-4　2007年甘肃省14个州市畜禽粪便污染负荷变化

从对环境构成污染的威胁性来说，2007年甘肃省各市州的平均警报值为0.8305（大于0.4），警报值分级为Ⅲ，这表明2007年甘肃省的畜禽养殖已经对环境构成威胁。14个市州中，最严重的是平凉、庆阳市和甘南州，警报值分别为2.4599、2.3019和2.2433，三市（州）都已经处于Ⅴ级水平，畜禽粪便已对当地环境构成严重威胁。最好的是兰州、白银、天水、武威、定西、陇南，警报值分别为0.1106、0.2263、0.1744、0.3507、0.1404、0.2704，均小于0.4，处于Ⅰ级水平，畜禽粪便对当地环境没有构成威胁。但是，其余市州警报值均大于0.4，处于Ⅱ、Ⅲ水平，说明畜禽粪便已经对当地环境构成一定程度的威胁。

2008年我国的耕地面积是121715.9千公顷，猪的出栏数是61016万头，牛的出栏数是10576万头，马的出栏数是682万头，驴的出栏数是295.3万头，骆驼的出栏数是24.8万头，资料表明我国的畜禽粪便总体较多，土地负荷警戒值已达到0.49（小于0.4为宜），说明全国畜禽养殖已造成了环境的污染。一些地区如北京、上海、河南和广东等地的警戒值超过了0.49，说明这些地区已经存在不同程度的畜禽养殖的环境污染压力。

通过作者对某市农村地区主要污染源贡献率和各污染物总量、等标排放量数据的统计，总体而言，畜禽养殖业是该市农村污染的主要来源，占66%，其次是农田化肥，占30%；其中主要的污染物是总磷和总氮，分别占污染物总量的51%和38%；总磷污染主要由畜禽和农业生产引起，总氮污染主要为畜禽养殖和农田化肥使用。通过对进入水体污染物的估算，农田污染是该市农村地区水体污染的主要来源，畜禽次之，其中前者占74.5%，畜禽占20%。地表水主要污染物是总磷，其次是总氮，其“贡献率”分别是55%和30%。不同地域间的自然状况、经济发展水平、生活状况等差别较大，环境污染的程度也会不同。

警报值的计算和结果分析，对于了解农村畜禽养殖对环境是否造成影响，以及评价环境状况的优劣提供了方法。