（环境科学专业论文）巢湖流域规模化畜禽养殖场对水环境污染评价及其控制对策研究.pdf

摘要 随着畜牧业的蓬勃发展，畜禽养殖场造成的环境污染已越来越引起人们的重视， 成为众多学者普遍研究的热点。本论文以保护巢湖流域生态环境、维系巢湖水资源为 主要目的，对流域内规模化畜禽养殖场造成水环境的污染进行初略评价并有针对性提 出防控对策，为有关部门制定优化方案和控制措施提供一定的参考。 1 巢湖是我国五大淡水湖之一，流域面积1 3 4 8 6k m 2 ，水网密度大，土壤类型多 样，其在自然资源供给、生态环境调节等方面发挥着极其重要的作用。全流域经济和 社会发展水平较高，是安徽省重要的商品粮生产和加工基地。研究表明，巢湖流域生 态环境质量处于中等水平，生态调控相对脆弱，水土流失严重，湖体面积缩小。最近 几十年，流域水环境遭受各种污染，巢湖水体富营养化严重，农业面源中畜禽养殖业 粪便造成的污染是重要原因之一。 2 对以巢湖市居巢区为代表的部分畜禽养殖场调查分析发现，该流域规模化畜 禽养殖场数目较多，规模化程度较小，多近水源分布，经营管理水平较差，畜禽粪便 多数未经处理。据推算，2 0 0 4 年流域各类畜禽粪便产生量( 按猪粪当量计) 共达 2 5 1 5 3 5 x 1 0 4t ，年流失c o d2 5 6 9 x 1 0 4t 、氨氮3 5 1 x 1 0 4t ，进入河流的t n 和t p 理论 值分别为5 1 1 9 5t 和1 6 5 0 9 6t ，潜在污染很大。该流域畜禽饲养密度和有效耕地负载 能力不符，畜禽粪便土地负荷警报值达1 1 7 ，远高于o 4 9 的全国平均值。研究表明， 流域饲养的猪和家禽排放的氮、磷是畜禽养殖业氮磷污染的主要来源，占排放总量的 9 6 以上。 3 据预测，未来几年巢湖流域畜禽养殖量将以每年8 左右的速度增加，其潜在 污染负荷也将随之增大。预计至2 0 1 5 年巢湖流域规模化畜禽养殖量折合成猪约为4 0 0 万头，t n 和t p 产生量分别达到3 0 7 1 1 0 4t 和1 3 2 3 x 1 0 4t ；若依靠防控技术及措施 的运用普及率实现3 5 的污染削减量，则当年t n 和t p 的入湖量也将达到3 0 0 0t 和 1 2 0 0t ，污染形势依然严峻。 4 针对巢湖流域规模化畜禽养殖场基本情况和污染现状，从合理制定污染控制 总体方案，加强管理、强化执法，优化养殖布局、推行农牧一体化，加大政府投入、 应用研究成果，加强宣传教育、提高公众环保意识五个方面实施养殖场环境管理和污 染防控对策及技术措施是当务之急。 5 发酵床养猪技术作为生态养殖技术的应用，是利用自然环境中经人工筛选、 培养的微生物资源，通过特殊制成的有机垫料( 即发酵床) 对猪粪尿进行分解、转化， 进而实现无污染、零排放、无臭气的新型养猪技术。该技术以节水、省饲料、节劳力， 提高畜禽抗病能力和肉产品质，增加养殖效益等优点应予重点示范和推广。 关键词：巢湖流域，畜禽养殖，污染负荷，污染控制，发酵床 a b s t r a c t w i t ht h ep r o s p e r o u sd e v e l o p m e n to fs t o c kr a i s i n g ，e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nc a u s e db y t h el i v e s t o c ka n dp o u l t r yb r e e d i n gh a sb e c o m ei n c r e a s i n g l ya t t r a c t e dp e o p l e sa t t e n t i o n ，a n d n o wh a sb e c o m et h eh o ts p o tt h a tm o r ea n dm o r es c h o l a r sa r er e s e a r c h i n g i no r d e rt op r o t e c t t h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n to fc h a o h ur i v e rb a s i na n dm a i n t a i nw a t e rr e s o u e c e si nc h a o h u ， t h er e s e a r c he v a l u a t e dt h es t a t u sa n dp o l l u t i o ns i t u a t i o no fl i v e s t o c ka n dp o u l t r yf a r m si n c h a o h uf i v e rb a s i n ，a n dp u tf o r w a r dt h et a r g e t e dp r e v e n t i o na n dc o n t r o lm e a s u r e s i tc o u l d p r o v i d er e f e r e n c ef o ro p t i m i z a t i o np r o g r a m sa n dc o n t r o lm e a s u r e sf o rt h ed e p a r t m e n t s 1 c h a o h ul a k ei so n eo ft h ef i v el a r g e s tf r e s hl a k e si nc h i n a c h a o h ub a s i na r e ai s 13 4 8 6s q u a r ek i l o m e t e r s ，a n di t sw a t e rn e t w o r kd e n s i t yi sh i g ha n dt h e r ea r ev a r i e dt y p e so f l a n d f o r m sa n ds o i l s c h a o h ul a k eh a sp l a y e da ne x t r e m e l yi m p o r t a n tr o l ei nt h es u p p l yo f n a t u r a lr e s o u r c e sa n dr e g u l a t i o no fe c o l o g i c a le n v i r o n m e n t t h el e v e lo fe c o n o m i ca n ds o c i a l d e v e l o p m e n ti sh i g hi nc h a o h u f i v e rb a s i n ，w h i c hi sa ni m p o r t a n tc o m m o d i t y p r o d u c t i o na n d p r o c e s s i n gb a s e si na n h u ip r o v i n c e t h er e s u l t ss h o wt h a te c o - e n v i r o n m e n t a lq u a l i t yo f c h a o h ul a k eb a s i ni si nt h em i d d l el e v e l ，e c o r e g u l a t i o ni sr e l a t i v e l yf r a g i l e ，s o i le r o s i o ni s s e r i o u sa n dl a k eb o d yi ss h r i n k i n g i nr e c e n td e c a d e s ，w a t e re n v i r o n m e n th a sb e e ns u f f e r e d f r o mv a r i o u sf o r m so fp o l l u t i o n ，a n dc h a o h ul a k ew a t e r c u t r o p h i c a t i o ni ss e v e r e o n eo f t h e i m p o r t a n tr e a s o n sf o rt h i st r o u b l ei st h ea g r i c u l t u r a ln o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o nc a u s e db y a n i m a lm a n u r e 2 i nt e r m so fj u c h a od i s t r i c t ，c h a o h uc i t y , r e p r e s e n t e db yap a r to ft h el i v e s t o c ka n d p o u l t r yf a r m ，w ef o u n dt h a tt h en u m b e ro fs c a l el i v e s t o c ka n dp o u l t r yf a r m sw a sm a n y , h o w e v e r , t h ed e g r e eo fs c a l ew a s n o th i 曲，t h ed i s t r i b u t i o no fm a n yf a r m sw a si nt h ev i c i n i t y o fw a t e rs o u r c e s ，t h el e v e lo fm a n a g e m e n tw a sv e r yp o o r a n dt h em a j o r i t yo fa n i m a lm a n u r e w a su n t r e a t e d i tw a sc a l c u l a t e dt h a tt h ea n n u a lq u a n t i t y ( c o u n ta sp i gf e c e s ) o ft o t a lf e c e s f r o ml i v e s t o c ka n dp o u l t r yi nc h a o h uf i v e rb a s i nw a s2 5 15 3 5m i l l i o nt o n si n2 0 0 4 ，a n n u a l c o dl o s s e sw a s0 2 5 6 9m i l l i o nt o n s ，a n da m m o n i an i t r o g e nw a so 0 3 51m i l l i o nt o n s t h e t h e o r e t i c a lv a l u e so ft o t a ln i t r o g e n ( t n ) a n dt o t a lp h o s p h o r u s ( t p ) w e r e5119 5 ta n d 16 5 0 9 6 t ，w h i c hr e s u l t e di ng r e a tp o t e n t i a lc o n t a m i n a t i o n a n i m a lh u s b a n d r yd e n s i t ya n dt h e l o a dc a p a c i t yo fe f f e c t i v ea r a b l el a n di nt h eb a s i nd i dn o tm a t c h t h em a n u r e - l a n dl o a da l a r m v a l u ew a s1 17 ，m u c hh i g h e rt h a nt h en a t i o n a la v e r a g eo f0 4 9 t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e e m i s s i o n so fn i t r o g e n ，p h o s p h o r u sf r o mp i g sa n dp o u l t r yb r e e d i n gi n d u s t r yw e r et h em a j o r s o u r c ef r o mt h el i v e s t o c ka n dp o u l t r yb r e e d i n gi n d u s t r y t h ee m i s s i o n sf r o mp i g sa n dp o u l t r y i i b r e e d i n gi n d u s t r ya c c o u n t e df o rm o r et h a n9 6 o f t o t a le m i s s i o n s 3 i ti sp r e d i c t e dt h a tt h en e x tf e wy e a r st h ea m o u n to f l i v e s t o c kw i l lb ei n c a r e a s ea b o u t 8 删a lr a t e ，t h ep o t e n t i a lp o l l u t i o nl o a dw i l lb ee v e ng r e a t e ri nt h ec h a o h ul a k e b a s i n ， 也ea m o u n to fl a r g e s c a l el i v e s t o c ka n dp o u l t r yb r e e d i n gf a r m sc o n v e r t e d i n t ot h ep i gw i l lb e a p p r o x i m a t e l y4m i l l i o n ，a n dt h eo u t p u to ft na n dt pw i l lr e a c h0 3 0 7 1m i l l i o nt o n sa n d 0 13 2 3m i l l i o nt o n s ，r e s p e c t i v e l y e v e nt h o u g hw eu s ec o n t r o lt e c h n i q u e sa n dm e a s u r e st o a c h i e v e3 5p c r c e n tp e n e t r a t i o nr a t eo fp o l l u t i o nr e d u c t i o n s ，t na n dt pt h a te n t e ri n t ot h e 1 a l c ew i l lr c a d l3 0 0 0 ta n d1 2 0 0 t ，r e s p e c t i v e l y p o l l u t i o ns i t u a t i o ni ss t i l lg r i mi n2 0 1 5 4 a c c o r d i n gt ot h el a r g e s c a l el i v e s t o c ka n dp o u l t r yf a r m sa n dt h ep o l l u t i o ns t a t u so f m ec h a o h ul a k eb 镐i n ，t h eo v e r a l lp o l l u t i o nc o n t r o lp r o g r a mm u s tb er a t i o n a l l yd e v e l o p e d t h ef i v ea s p e c t s w h i c hi n c l u d et h er e i n f o r c e m e n to fm a n a g e m e n ta n ds t r e n g t h e n i n go f l a w e n f o r c 锄e n t t h eo p t i m i z a t i o no fb r e e d i n gd i s t r i b u t i o na n di m p l e m e n t a t i o no fa g r i c u l t u r a l a n dp a s t o r a li n t e g r a t i o n ，t h ei n c r e a s eg o v e r n m e n ti n p u ta n da p p l i c a t i o no fr e s e a r c hr e s u l t s ， m er e i n f o r c 锄e n to fp u b l i c i t ya n de d u c a t i o n a n dt h ee l e v a t i o np u b l i ca w a r e n e s so f e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ， a s s u r ei m p e r a t i v e l yf a r me n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n t a n d p o l l u t i o np r e v e n t i o na n dc o n t r o lm e a s u r e sa n d t e c h n i c a lm e a s u r e s 5 a sa ne c o l o g i c a lp i gr a i s i n gm e t h o d ，f e r m e n t i n gb e dm e t h o de x p l o i t e dm i c r o b i a l r e s o u r c e so ft 1 1 en a t u r a 】e n v i r o n m e n tt h r o u g ha r t i f i c i a ls e l e c t i o n ，t h r o u g has p e c i a lp a d d i n g m a d ef r o mo r g a n i c ( i e ，f e r m e n t a t i o nb e d ) o fp i gm a n u r ed e c o m p o s i t i o n ，t r a n s f o r m a t i o n ，s o a st or e a l i z en o n p o l l u t i n g ，z e r oe m i s s i o n s ，n oo d o ro fn e wp i g r a i s i n gt e c h n i q u e s t h e t e c h n o l o g yh a st h ea d v a n t a g e so fw a t e rc o n s e r v a t i o n ，f e e da n d l a b o rs a v i n g ，e l e v a t i o n f e s i s t a n c et od i s e a s e so fl i v e s t o c ka n dp o u l t r y , m e a tp r o d u c t sq u a l i t ya n dt h eb r e e d i n g e f f i c i e n c y , w h i c hf o c u so nd e m o n s t r a t i o na n dp r o m o t i o n k e y w o r d s ：c h a o h u r i v e rb a s i n ，l i v e s t o c ka n dp o u l t r yb r e e d i n g ，p o l l u t i o nl o a d ，p 0 1 1 u t i o n c o n t r o l ，f e r m e n t a t i o nb e d i i i 目录 摘要i a b s t r a c t i i 文献综述1 1 引言7 2 材料与方法1 2 2 1 巢湖流域养猪场粪尿样品及周边污水指标的测定1 2 2 2 巢湖流域畜禽粪便污染物年产生量及排放量估算1 4 2 3 巢湖流域畜禽养殖场农田畜禽粪便当量负荷量估算1 5 2 4 无害化生态养殖模式设计与试验1 5 3 结果与分析1 6 3 1 巢湖流域自然、社会经济状况及生态环境质量分析1 6 3 1 1 自然条件1 6 3 1 2 社会经济状况1 8 3 1 3 巢湖在区域和流域社会经济发展中的作用1 8 3 1 4 巢湖流域生态环境质量分析1 9 3 2 巢湖流域规模化畜禽养殖场调查与污染负荷分析2 0 3 2 1 巢湖流域规模化畜禽养殖场调查2 0 3 2 2 巢湖流域规模化畜禽养殖场污染物产生量估算2 2 3 2 3 巢湖流域畜禽养殖场污染物排放量估算2 5 3 2 4 巢湖流域畜禽养殖场农田畜禽粪便负荷量估算2 7 3 2 5 规模化畜禽养殖场对巢湖流域水环境污染贡献2 7 3 3 巢湖流域规模化畜禽养殖场污染对巢湖水环境的影响与趋势分析2 9 3 3 1 巢湖流域水质状况2 9 3 3 2 巢湖水体富营养化2 9 3 3 3 巢湖流域畜禽养殖场污染发展趋势分析3 2 3 3 4巢湖流域规模化畜禽养殖对巢湖水环境影响预测3 5 3 4 巢湖流域规模化畜禽养殖场的污染防控对策与措施3 6 3 4 1 合理制定污染控制方案3 7 3 4 2 加强管理、强化执法3 7 3 4 3 优化养殖布局，推行农牧一体化3 8 i v 3 4 4 加大政府投入，应用研究成果3 8 3 4 5 加强宣传教育，提高公众环保意识3 9 3 5 生态养殖工程一以“发酵床养猪技术”为例3 9 3 5 1 概念与研究进展4 0 3 5 2 工程设计与构建4 l 3 5 3 工程实施与经济核算4 6 3 5 4 效果与可行性分析4 6 3 5 5 推广建议4 7 4 讨论4 8 5 结论5 0 参考文献5 1 附录一、巢湖流域规模化畜禽养殖业污染调查样表5 6 附录二、发酵床养猪猪舍设计图5 7 附录三、发酵床养猪实际效果图一中小型猪舍5 8 附录四、发酵床养猪实际效果图一大型猪舍5 9 致谢6 0 作者简介6 1 v 文献综述 1 规模化畜禽养殖业发展及其环境污染 规模化畜禽养殖是二战后，在畜禽繁殖技术、饲养工艺及管理技术发展的基础上， 兴起于美国、欧洲和日本等发达国家，以猪、牛、羊、家禽等大量饲养和繁殖为主的 养殖模式。上世纪8 0 年代，规模化畜禽养殖在一些发展中国家兴起，北京和上海等大 城市郊区也相应出现。我国的规模化畜禽养殖除工厂化繁殖饲养外，还包括一定规模 的农村专业养殖户和家庭农场【l 】。数据显示，我国的猪肉和禽蛋占世界总量的4 9 5 0 和4 4 9 6 ，均居世界第一；饲料产量居世界第二：禽肉、奶类和牛肉居世界第三【2 1 。 规模化畜禽养殖出现后，污染就随之而来。日本于上世纪6 0 年代初将畜禽形成 的污染界定为“畜产公害 。7 0 年代，美国和欧洲发达国家畜禽引起的环境污染问 题已较突出，引起社会关注。韩国、台湾、新加坡及南美部分国家和地区至8 0 年代 中后期才形成畜禽产业公害，学界的研究也晚于日本【3 】。1 9 9 5 年美国审计署( g a o ) 对参议院报告认为，畜禽粪便是美国水域中总n 和p 的主要来源，认为它比传统的 市政和工业污染源更持久。美国西部干旱地区河流沿岸生态系统破坏的8 0 是因畜 禽放牧所致【4 】，动物产生的废弃物已成为美国最突出的环境问题之一。 我国规模化畜禽养殖造成的环境污染危害已相当严重，在大城市郊区表现尤为明 显。上海因“七五 期间菜篮子工程建设而使畜禽产业公害于9 0 年代初显【5 1 。农业 上，传统有机肥向化学肥料的转移，使畜禽粪便利用率显著降低，农村畜禽排泄物直 接排入水体，成为河湖主要污染源之一。调查显示，我国畜禽粪便的土地负荷警戒值 总体上已达到o 4 9 ( 正常值应 0 4 0 ) ，该值已体现出一定的环境胁迫水平和较严重的 环境压力【6 l 。前国家环保总局在全国2 3 个省市进行的调查中发现，对环境影响较大 的大中型畜禽养殖场有8 0 分布在人口集中、水系发达的东部沿海地区和北京、上海 等大城市周围。调查还显示，2 0 0 0 年北京市大中型规模化畜禽养殖场总数已达1 1 8 8 个，仅次于江西省( 2 0 8 9 个) 居第二位，全市畜禽粪便产生总量达6 3 7 6 x 1 0 4t ，每公 顷耕地畜禽粪便负荷量达1 8 5 4t 。规模化畜禽养殖所造成的污染已严重威胁着北京城 市环境和旅游业的发展。 2 国内外规模化畜禽养殖污染的研究现状 ( 1 ) 畜禽污染物成分及污染作用机理和传播途径研究。主要结论包括：粪污 中的细菌、病毒和寄生虫长期在地表水体中存在并繁殖和传播，形成新的水体疾病传 播源【7 】；粪污散发出的n h 3 、h 2 s 等恶臭气体对大气污染并传播人畜各种疾病【8 9 】； c h 4 、c 0 2 等进入大气则造成温室效应增耐1 0 】。粪便中c o d 、b o d 及残留的重金 属能造成地表水体浑浊、变黑；n 、p 进入地表水引起严重富营养化现象；未经处理 的粪便和冲洗污水直接灌溉农田，会造成土壤板结，引起土壤质量下降。长期处于 潮湿养殖环境，易使工作人员通过气雾、媒介动物及使用工具等引起人畜共患疾病， 甚至引发疫情和瘟疫等【1 1 1 。违规或超量使用含重金属的饲料添加剂及各种抗生素， 往往造成食品安全隐患【l2 1 。在美国切萨皮克海湾流域的几条河流中，检测出了与畜禽 粪肥归田有关的增长性荷尔蒙睾丸激素和雌性激素【l3 1 。我国每年使用的微量元素添加 剂为1 5 x 1 0 4t 至1 8 x 1 0 4t ，但由于其生物效价低，约有1 0 x 1 0 4t 未被动物利用而随粪 便排出体外污染环境【l4 1 。 ( 2 ) 规模化畜禽养殖环境影响研究。9 0 年代，西方发达国家开始研究规模化畜 禽养殖的社会影响。随着我国对太湖和淮河等水环境的整治，国内开始了畜禽养殖对 水体污染的全面研究，并获得了第一手实验分析资料【巧】。部分学者则注重畜禽养殖污 染的土地负荷评估研究，在评估方法上取得了有价值的成果【1 6 1 。目前，国内关于特定 区域乃至全国的畜禽污染现状调查、评估和污染防治对策及可行性研究开始增多 1 7 , i s 】。在黄浦江流域，畜禽粪便中c o d 、t n 、t p 等污染占了全流域污染物总负荷的 3 6 以上【1 9 1 。2 0 0 0 年7 月，前国家环保总局经过半年多的调查后认为，我国的畜禽 养殖业污染已相当严重，且管理明显滞后。随后颁布了畜禽养殖业污染排放标准、污 染防治管理办法及技术规程【2 0 j 。 ( 3 ) 规模化畜禽养殖对农业生态系统结构和稳定性影响研究。7 0 年代，u n e p 研究认为，有机物料不能返回农田土壤将造成农业生态系统生产能力下降。8 0 年代中 期，国内开展畜禽养殖生态系统稳定性的初步研究。9 0 年代后，开展对系统能量流、 物质流的循环研究。种养结合的优化设计就是按照生态和经济的规律，以各种农畜产 品的社会需求量、资源状况和经济效益为基础，使系统从总体上获得最佳的经济、生 态和社会效益【2 1 1 。而沼气生态能源系统工程的运用，即通过生物质能源的再生利用， 为系统引进负熵，减缓系统内部熵增速率，提高系统自组织力，进而提高自稳度瞄j 。 ( 4 ) 规模化畜禽养殖污染防控工程和工艺技术研究。上世纪七八十年代，发达 国家畜禽养殖企业在开发新品种与新技术的同时，积极寻求污染治理新技术与新工 艺，以期降低成本，保护环境。9 0 年代后，企业则注重场区综合管理研究，降低了 畜禽死亡等生产风险及畜禽生产与加工带来的环境污染。国内畜禽治污工程与工艺研 究始于9 0 年代上海的畜禽养殖污染整治。由于多达1 3 的治污工程难以运行，只有 1 3 的治污工程勉强运转，因而此后的治污工程技术研究则再次回到还田型工艺的研 究上来2 3 2 5 1 。 2 3 畜禽养殖污染的途径、方式及特点 3 1畜禽养殖污染的途径与方式 畜禽养殖业产生的污染问题主要由畜禽粪污引起。畜禽粪污包括养殖过程中排放 的畜禽粪尿、畜禽舍垫料、废饲料、散落的毛羽、清洗畜禽体和饲养场地及器具所产 生的污水及其它生产过程中生成的污水和恶臭物质。有研究表明，畜禽养殖区非点源 污染物的负荷是其它土地利用方式的1 0 倍【2 6 1 。其污染途径和方式大致体现在以下几 个方面： ( 1 ) 大气污染。畜禽养殖场粪污会产生多种刺激性、恶臭和异味气体，如n h 3 、 h 2 s 等，影响着养殖场安全和员工及周边居民的身体健康。此外，畜禽粪便中散发的 c h 4 、c 0 2 和n 2 0 气体还是造成温室效应的主要气体。据研究，c h 4 对全球气候变暖 的增温贡献率约为1 5 ，其中养殖业的c h 4 排放量最大【2 7 1 。美国学者n a t a l i e a n d e r s o n 等认为，畜禽废弃物是大气中最大的氨气源，1 9 9 5 年美国畜禽废弃物产生的氨约为 3 0 亿k g 。近年，欧洲已有学者开展了测量畜禽粪便氨的散发率方面研究【2 8 】。 ( 2 ) 水体污染。畜禽养殖场引起的水体污染是畜禽养殖业污染的主要问题所在， 是引起水体富营养化的主要污染源之一。近年来，畜禽粪便流失污染地表水环境的现 象已成为长江三角洲地区最引人注目的非点源污染问题之一【2 9 1 。畜禽粪便主要污染物 c o d 和b o d 流失量逐年增加，预计到2 0 1 0 年，c o d 的流失量将达到7 2 8 2 5 x 1 0 4t ， b o d 的流失量将达到4 9 8 8 3 x1 0 4t 3 0 l 。研究表明，地下水污染后极难恢复，自然情况 下需3 0 0 年才能恢复，造成持久的污染后剁3 i j 。 ( 3 ) 矿物及重金属元素污染。一些过量添加的矿物质和重金属元素，如铜、锌、 铁、砷、硒等经动物的粪尿排出，一方面会使农田土壤盐分过高，影响农作物产量。 据报道1 9 9 9 年非洲有3 1 的牧场因畜禽粪便污染导致土壤盐渍化，土壤肥力下降【3 2 1 。 另一方面，食用吸收了这些元素的粮食、蔬菜、水果和肉蛋会对人体产生不利影响。 c a n gl 等1 3 3 对江苏省1 0 个地区3 1 个大型养殖场的饲料和畜禽粪便中1 4 种金属元素 含量调查后，发现以c u 、z n 污染最为严重，其中1 5 饲料样品和3 0 的畜禽粪便样 品c u 含量超过1 0 0m g k g ，5 0 饲料样品和9 5 的畜禽粪便样品z n 含量超过1 0 0 m g k g 。值得一提的是，畜禽粪便重金属污染的环境生态风险远大于城市污泥，因为 畜禽养殖废弃物农用还田量远大于城市污水厂污泥农用还田量【3 4 ，3 5 1 。 ( 4 ) 传播疫病。畜禽粪污中含有大量的病原微生物、寄生虫、病菌等，大量畜 禽粪便不经过无害化处理随意堆放在农田边的空地和道路两旁，极大地污染周边环 境，又容易导致一些人畜共患病的发生。“禽流感”和“猪流感 的快速传播和大范 围流行与此不无关系。 ( 5 ) 其他危害。为防病和促进畜禽生长的需要，养殖者大量使用抗生素、激素 等，药物残留对环境造成的污染日益加重。畜禽养殖废弃物有机质丰富，目前报道的 有环境生态风险的有机物质主要为激素类物质及抗生素类物剧3 6 j 。抗生素在动物体内 积累量很低，近9 0 排泄至动物粪尿中【，7 1 。激素类物质严重威胁到水生生物的生态 安全，抗生素的环境风险主要表现在对生物的毒性影响。 3 2 畜禽养殖污染的特点 ( 1 ) 污染负荷大。畜禽每天排出的粪尿量是自身体重的5 8 。据测算，饲养 1 头猪、1 头牛每年所产生的b o d 折算成人口当量分别为1 0 1 3 人、3 0 5 0 人。( 2 ) 污染 成份复杂。对代表性规模化畜禽养殖场粪便组份测定结果表明，其中富含有机质、氮、 磷、钾及钙、镁、铁、钠等矿质元素；砷、铜、锌、铬、锰、钴等重金属元素；多有 四环素类抗生素残留，污染成分非常复杂。( 3 ) 危害程度日趋严重。规模经营的发 展及畜禽养殖向人口稠密的城市、城镇郊区转移，畜禽粪污带来的后果日趋加重。( 4 ) 治理难度大。集约化、规模化的畜禽养殖产生了大量粪污，处理数量增加；畜禽养殖 业属微利行业，投入大量资金建设各自的污水治理设施存在困难，畜禽粪尿污水的综 合处理得不到保证。( 5 ) 可再生利用。畜禽粪污对环境造成污染的同时，也可处理 后再生利用，变废为宝，如制成肥料、饲料、燃料、培养基等加以利用。 4 规模化畜禽养殖场畜禽粪便产生与排放量估算方法 畜禽粪便的环境污染可用区域畜禽粪便年排放量及负荷来衡量。研究畜禽粪便排 放量的主要方法：一是以不同种类动物按一定数量比例组合为1 个单元，统计每单元 排放量之和作为总排放量；二是按区域不同种类畜禽日排放量与饲养期之积作为区域 畜禽年排放量【3 8 】；三是根据畜禽粪便干物质量= 畜禽出栏量体重料肉比( 规模养殖 3 ：l ，散养猪3 5 ：l ，家禽3 ：1 ) x 6 0 计算【”】。上世纪9 0 年代对上海、广东、北京 畜禽粪便负荷量的研究多采用后两种方法。通过畜禽粪便排放负荷这一量化指标，可 以间接衡量当地畜禽饲养密度及畜禽养殖业布局的合理性m 】。测定畜禽养殖非点源污 染负荷的常用方法有排泄系数法和畜禽污染模型法【4 1 1 。现将前者简介如下： 目前我国畜禽粪便排放负荷大多采用排泄系数法，即单个养殖畜禽每天排出粪便 的数量乘以区域( 或养殖场) 的畜禽个体数量，但因畜禽种类、品种、喂养、饲料、生 长期等的差异，各地的畜禽排泄系数也略有不同。畜禽粪便污染负荷由畜禽粪便排放 负荷乘以流失率得出。畜禽粪便非点源污染负荷受降雨、养殖场地形、养殖场管理方 式等多种因素的影响，各区域流失系数需要大量实验进行实际测定，例如，上海市郊 畜禽粪便的平均流失率为3 0 4 0 ，这个数据和原国家环保总局提供的平均流失率 基本相当。 4 5 畜禽污染物向水环境迁移、输入特点 畜禽粪便中公认的污染物质主要包括悬浮物、有机质、重金属、沉积物、细菌、 病毒与微牛物和n 、p 、k 及其它养分【4 2 1 。未经任何处理的畜禽粪便在其收集、储存、 运输、还田的过程中均对环境产生较大污染。来自粪便储存和处理系统的如土质的储 粪池、饲养圈蓄水池、氧化塘等能导致地下水污染。r i t t e r 和c h i m s i d e 经过为期三年 的测试调控，研究表明：以砂壤和肥沃砂土为基质的、拥有高水位的氧化墉会导致地 下水质下斛4 3 1 。而采取粪便还田则导致氮磷营养物质流失引起地表水体富营养化现 象，某些成份会通过下渗水流进入地下水，最终作为饮用水源或回收水又重返地表。 e d w a r d s 和d a n i e l 研究发现，水体中总氮、氨氮、溶解态磷和总磷的浓度会随禽粪和 猪粪施用量的增加而呈线性递增m 】。畜禽粪便中有机质比通常的市政污水浓度高5 0 到2 5 0 倍【4 纠。有机质主要通过雨水流失进入水体并使水体变色；有机胶体物质絮凝沉 淀，加速底泥积累；有机质的氧化能迅速消耗水中的氧，引起部分水生生物死亡。用 有机质含量高的畜禽粪水灌溉稻田，易使禾苗徒长、倒伏，稻谷贪青晚熟或绝收；用 于鱼塘或直接注入江河，会导致藻类、杂草等大量繁殖，水质恶化，给人们水资源利 用造成困难。 6 畜禽养殖场污染控制对策和技术措施 针对出现的畜禽养殖业污染，各国纷纷出台相关政策，从法律法规层面上限制污 染。日本于7 0 年代便制定了废弃物处理与消除法、防止水污染法和恶臭防 止法等7 部法律，对畜禽养殖环境管理作了明确的规定。日本限制大型养殖场的建 设，并规定在城镇附近猪场规模不得超过5 0 头，且必须有治理污染的措施，从而控 制了大型畜禽养殖场的发展m j 。美国联邦水污染法中的规定侧重于禽场建设管理，超 过一定规模的畜禽场建场必须通过环境许可。德国规定畜禽粪便不经处理不得排入地 下水源或地表水体。挪威于1 9 7 0 年颁发水污染法，环保部之后也相继发布了许多 法规，规定在封冻和雪覆盖的土地上禁止倾倒任何畜禽粪污，禁止其污水排入河流。 丹麦规定，根据每公顷土地可容纳的粪便量来确定养殖最高密度指标；施入裸露土地 上的粪肥必须在1 2h 内翻入土壤中；在冻土或被雪覆盖的土地上不得施用粪便；每 个农场的贮粪能力要达到贮纳9 个月的产粪量。荷兰1 9 7 1 年立法规定，直接将粪便 排入地表水中为非法行为。新加坡政府曾规定，养猪场污水中c o d 排放必须小于2 5 0 m g l ( 未处理前高达3 0 0 0 0m g l ) 。 国内外治理畜禽粪便主要分为产前、产中和产后三个阶段。产前主要是制定相关 政策，规划布局，优化畜禽场设计方案，科学配方饲料，加入添加剂控制畜禽n 、p 排放量。在日本和欧洲大部分国家，强制要求单位面积的畜禽养殖数量须与地表的植 5 物及土地自净能力相适应。德国学者通过建立区域模型研究表明，控制区域内畜禽养 殖密度能有效减少区域内水体污染【4 7 】。其主要围绕制定畜禽场农田最低配置( 指畜禽 场饲养量必须与周边可蓄纳畜禽粪便的农田面积相匹配) 、畜禽场化粪池容量、密封 性等方面的规定进行【4 引。 产中强化管理，科学饲养，建立畜禽业污染信息系统，控制畜禽饲养环境，防止 畜禽粪尿及冲洗水过量流失。已证实，多阶段饲喂法可使饲料的转化率提高到7 0 ， 并有效减少氮的排泄量【4 9 1 。根据“理想蛋白质模式”，畜禽日粮中使用合成氨基酸， 能够降低饲料粗蛋白水平，提高日粮中氮的利用率，减少粪尿中氮的排泄量。j o n g b l i o d 等报道，畜禽日粮中氮的吸收率通常只有3 0 5 0 ，要提高氮的利用率，就必须提 高日粮的平衡性。 产后对畜禽粪尿进行资源化、无害化处理。日本曲径探寻1 0 多年后，于上世纪 7 0 年代又大力推广粪便污水还田【5 0 】。目前浙江省许多牧场的粪便都有良好的销路， 如萧山3 7 个万头猪场的猪粪便，都是卖给苗木、蔬菜场或有机肥厂作肥料或原料。 m u e l l c r 等对比研究证实了把粪肥掺入土壤剖面或通过耕耘混入土层可以减少n 和p 的潜在流失【5 l 】。加拿大用作物秸秆、木屑和城市垃圾等与畜禽粪便一同堆肥腐熟后作 商品肥【2 8 】。美国伊利诺斯州立大学采用高温高压和热液处理技术，使用合适的催化剂， 畜禽粪便不经前处理直接转换成液体燃料，但处理后的液体中固体成分还很高，不能 直接进行相关的废水处理过程【5 2 1 。在无害化方面侧重于各种畜禽粪尿的处理，主要有 物理、物理化学、化学及生物处理法几大类，其中生物处理法研究最多、应用最广且 最具发展前景。目前常用的生物处理方法主要有沼气池发酵处理法、氧化塘处理法和 人工湿地处理法等。其中沼气处理法是养殖场处理粪污的一种普遍做法，畜禽粪便及 秸秆经过厌氧发酵，既能消灭病菌产生沼肥，又能获得沼气能源，有利于解决燃料、 饲料和肥料之间的矛盾。但建造一个5 0m 3 以上沼气池约需几万元的前期投入，一般 养殖户难以也不愿承担。近年来，人们在不断研究新的处理工艺和方法，应用新材料， 开发更加环保，经济、低耗费的新处理技术【5 3 】。生态工程陆地处理系统作为一种自然 的、生态的或所谓适合技术，我国自1 9 8 6 年开始研究和利用，具有费用低，节约能 量，恢复资源，易操作和去除污染物广而有效等优点。产前、产中的治理只能相对减 少畜禽粪便对环境的污染，应该不能从根本上消除，因此，产后处理才是消除畜禽粪 便污染环境的最关键阶段。 6 1引言 1 1 巢湖在生态环境调节和资源供给方面的作用 在环境污染日益严峻的今天，人们已认识到以前被认为是公共物品的生态环境是 有价值的。1 9 9 7 年，美国的c o s t a n z a 等人在著名的( n a t u r e ) 杂志上发表的题为“t h e v a l u eo ft h ew o r l d se c o s y s t e ms e r v i c e sa n dn a t u r a lc a p i t a l 的论文引起了环境领域的 极大震动。2 0 0 3 年谢高地等人参照国内外各种生态服务价值评价方法，从我国生态