赵王河流域畜禽养殖污染负荷分析

2012-04-29王晓凤赵英姿夏训峰

湖北农业科学 2012年18期

王晓凤赵英姿夏训峰

摘要：采用排泄系数法，分别计算了赵王河流经聊城市境内各县区以及整个赵王河流域２００８年畜禽养殖污染物产生量、排放量和入河量。结果表明，２００８年，赵王河流域畜禽养殖污染物产生量分别为ＣＯＤＣｒ２０７８９．８２ｔ、氨氮１２２５．８８ｔ、总氮３５５４．２８ｔ、总磷１７３０．８５ｔ，排放量分别为ＣＯＤＣｒ５２１２．４９ｔ、氨氮３０３．７８ｔ、总氮１３２０．９７ｔ、总磷３８７．０９ｔ，入河量分别为ＣＯＤＣｒ５２１．２５ｔ、氨氮３０．３８ｔ、总氮１３２．１０ｔ、总磷３８．７１ｔ。在４种污染物中，ＣＯＤＣｒ的产生量、排放量、入河量所占比例最高，其次是总氮，再次是总磷，氨氮所占比例最小；４种污染物入河量与产生量呈正相关关系。

关键词：赵王河流域；畜禽养殖；污染负荷

中图分类号：Ｘ７１３文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０12）18－3963-04

ＰｏｌｌｕｔａｎｔｓＬｏａｄｓｏｆＬｉｖｅｓｔｏｃｋａｎｄＰｏｕｌｔｒｙＢｒｅｅｄｉｎｇｉｎＺｈａｏｗａｎｇＢａｓｉｎ

ＷＡＮＧＸｉａｏ－ｆｅｎｇ１，ＺＨＡＯＹｉｎｇ－ｚｉ２，ＸＩＡＸｕｎ－ｆｅｎｇ３

（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｏｐｕｌａｔｉｏｎ，ＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＳｈａｎｄｏｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ２５００１４，Ｃｈｉｎａ；

２．ＣｏＩｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＱｉｎｇｄａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０７１，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ；

３．ＣｈｉｎｅｓｅＲｅｓｅａｒｃｈＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｅｘｃｒｅｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ，ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｌｏａｄｓ，ｌｏａｄｓｄｉｓｃｈａｒｇｅｄｗｉｔｈｗａｓｔｅｗａｔｅｒａｎｄｌｏａｄｓｄｅｌｉｖｅｒｅｄｉｎｔｏｒｉｖｅｒｓｏｆｌｉｖｅｓｔｏｃｋａｎｄｐｏｕｌｔｒｙｂｒｅｅｄｉｎｇｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｕｎｔｒｉｅｓｏｆＺｈａｏｗａｎｇｂａｓｉｎｉｎｔｈｅｃｉｔｙｏｆＬｉａｏｃｈｅｎｇｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｉｎ２００８，ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｌｏａｄｓｏｆＣＯＤＣｒ，ＮＨ３－Ｎ，ＴＮ，ａｎｄＴＰｃｏｎｔａｉｎｅｄｉｎａｎｉｍａｌｗａｓｔｅｓｗｅｒｅ２０７８９．８２ｔ，１２２５．８８ｔ，３５５４．２8 ｔａｎｄ１７３０．８5 ｔｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＰｏｌｌｕｔａｎｔｓｌｏａｄｓｄｉｓｃｈａｒｇｅｄｗｉｔｈｗａｓｔｅｗａｔｅｒｏｆＣＯＤＣｒ，ＮＨ３－Ｎ，ＴＮ，ａｎｄＴＰｒｅａｃｈｅｄ５２１２．４９ｔ，３０３．７８ｔ，１３２０．９7 ｔａｎｄ３８７．09 ｔｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＰｏｌｌｕｔａｎｔｓｌｏａｄｓｄｅｌｉｖｅｒｅｄｉｎｔｏｒｉｖｅｒｓｏｆＣＯＤＣｒ，ＮＨ３－Ｎ，ＴＮ，ａｎｄＴＰａｍｏｕｎｔｅｄｔｏ５２１．２５ｔ，３０．３８ｔ，１３２．１０ｔａｎｄ３８．７１ｔｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｏｆｔｈｅｆｏｕｒｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ，ＣＯＤＣｒｗａｓｔｈｅｆｉｒｓｔｉｎｔｈｅｐｅｒｃｅｎｔａｇｅｓｏｆｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｌｏａｄｓｃｏｎｔａｉｎｅｄｉｎａｎｉｍａｌｗａｓｔｅｓ，ｌｏａｄｓｄｉｓｃｈａｒｇｅｄｗｉｔｈｗａｓｔｅｗａｔｅｒａｎｄｌｏａｄｓｄｅｌｉｖｅｒｅｄｉｎｔｏｒｉｖｅｒｓ，ｔｈｅｎｗａｓＴＮ，ＴＰｗａｓｔｈｅｔｈｉｒｄａｎｄｔｈｅｌａｓｔｏｎｅｗａｓＮＨ３－Ｎ．Ｔｈｅｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｌｏａｄｓｄｅｌｉｖｅｒｅｄｉｎｔｏｒｉｖｅｒｓｈａｄｐｏｓｉｔｉｖｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｗｉｔｈｔｈｅｌｏａｄｓｃｏｎｔａｉｎｅｄｉｎａｎｉｍａｌｗａｓｔｅｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｚｈａｏｗａｎｇ bａｓｉｎ；ｌｉｖｅｓｔｏｃｋａｎｄｐｏｕｌｔｒｙｂｒｅｅｄｉｎｇ；ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｌｏａｄｓ

２０世纪７０年代以来，我国重要的湖泊和河流水域如五大湖泊、三峡库区等发生了不同规模的蓝藻暴发事件，我国地表水富营养化问题日益凸显［１］。面源污染自被提出和证实以来对水体污染随着对点源污染的大力治理呈上升趋势，而农业面源污染是面源污染的主要组成部分。王建兵等［２］在农业面源污染现状分析中指出，严重的面源污染对区域生态环境和人类健康形成严重的威胁，对农业生产、水资源、水生生物栖息地和流域水文特征影响尤甚。闫丽珍等［３］通过对太湖流域农业面源污染（主要是种植业和畜禽养殖）进行研究指出，进入太湖的氮、磷主要来源于化肥过量使用和畜禽粪便的过多流失。农业面源污染近年来逐渐成为研究热点问题，其中畜禽养殖的污染是一个不可忽视的方面。

赵王河流域包括阳谷、东昌府区、东阿县的部分区域，面积分别占全县行政面积的６３．７４％、９．１0％、１２．３４％。流域内畜禽养殖业比较发达，畜禽养殖场主要分布在村边的土地上，产生的畜禽粪便先是堆积存放，然后卖给需要的村民，而村民大多直接将畜禽粪便还田作肥料，虽然直接排放负荷较小，但畜禽粪便还田后，仍有部分通过渗滤进入沟渠、河道［４］，造成水质恶化且地表溶解氧含量减少，水质中有害成分增多，甚至下渗进入地下水，影响饮用水安全。但是目前针对赵王河流域内畜禽养殖污染负荷的确切数量还没有研究，因此研究采用排泄系数法估算赵王河流域畜禽养殖面源污染负荷，以期为全面了解赵王河流域主要面源污染源提供基础数据和有针对性地、有重点地治理赵王河流域面源污染提供依据。

１研究对象与方法

１．１研究对象

研究对象为赵王河流域２００８年猪、牛和鸡的粪便污染物产生量、排放量和入河量。

１．２研究方法

１．２．１污染物产生量计算方法赵王河流域污染属于非点源污染，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，排泄系数法是单个养殖畜禽每天排出粪便的数量乘以区域（或养殖场）的养殖数量；畜禽污染模型法是建立一个模型，计算畜禽粪便污染物对时间的累积量。由于用畜禽污染模型法计算赵王河流域畜禽养殖污染物产生量过程中有些数据随时间变化较快，且所建立模型计算较为复杂，所以采用目前大多采用的排泄系数法［5，６］，其公式如下：

污染物产生量＝■（畜禽养殖量×日排泄系数×养殖时间）（１）

式中，畜禽养殖量采用２００８年年末统计数据，其中肉牛采用的是年末出栏量，奶牛采用的是年末存栏量，肉鸡采用的是年末出栏量，蛋鸡采用的是年末存栏量，猪采用的是年末出栏量，赵王河流域内的各县（区）２００８年畜禽养殖量具体见表１。日排泄系数采用原国家环境保护总局推荐的猪、牛和鸡的日排泄系数，具体见表２。猪的平均饲养期为１９９ｄ，牛的平均饲养期为３６５ｄ，由于统计资料中没有区分肉鸡和蛋鸡，所以鸡的饲养周期以肉鸡和蛋鸡平均数１３２ｄ计算。

１．２．２污染物排放量计算方法畜禽粪便污染物并不全部排放到环境中去，有一部分是通过干清、水冲以及垫料垫草等干法和湿法工艺去除，一部分施入农田，其余的则排入环境中，所以污染物排放量可通过公式（２）算得。

污染物排放量＝污染物产生量－污染物还田量－污染物去除量（２）

公式（２）中污染物去除量是污染物干法去除量和湿法去除量之和，分别通过公式（３）和公式（４）求得，而污染物还田量通过公式（５）获取。

污染物干法去除量＝污染物产生量×干法工艺比例×干法的污染物去除率（３）

污染物湿法去除量＝污染物产生量×湿法工艺比例×废水处理率×湿法的污染物去除率（４）

污染物还田量＝（污染物产生量－污染物去除量）×污染物流失系数（５）

其中赵王河流域的畜禽养殖污染物去除干、湿法工艺比例、废水处理率、干湿法污染物的去除率参考聊城市２００７年污染物普查数据（表３），通过查阅《中国环境经济核算技术指南》中污染物流失系数北方取０．２0，南方取０．３５［7］，由于赵王河流域地属北方地区，所以将赵王河流域污染物流失系数按０．２0计算。

１．２．３污染物入河量计算方法排放到环境中的污染物只有一部分在降雨冲刷或者其他作用下流入江河，污染物入河量是污染物排放量与污染物入河系数的乘积（公式６），污染物入河系数需要长期监测才能得到，目前这方面尚缺乏系统的研究，吉林省松原市的污染物入河系数是１０％［8］，水口库区流域的污染物入河系数是１０％［9］，综合多地类似赵王河流域气候地形的地区入河系数最终确定赵王河流域的污染物入河系数ｒ取１０％。

污染物入河量＝

污染物排放量×污染物入河系数（６）

２结果与分析

２．１污染物产生量计算结果

运用公式（１）计算出２００８年赵王河流域畜禽养殖污染物产生量如表４。由表4可知，赵王河流域２００８年畜禽养殖ＣＯＤＣｒ、氨氮、总氮和总磷的产生量分别为２０７８９．８２ｔ、１２２５．８８ｔ、３５５４．２８ｔ、１７３０．８５ｔ，污染物产生量最大的是ＣＯＤＣｒ，其次是总氮，再次是总磷，氨氮产生量最少。在ＣＯＤＣｒ、氨氮、总氮和总磷４种污染物中，产生量最大的都是阳谷县流域，而赵王河流域内的阳谷县土地面积占整个赵王河流域的面积比例最大，二者基本保持一致。畜禽粪便ＣＯＤＣｒ的产生量在４种污染物中所占比例最大，这与刘永霞等［10］、苗蕾等［11］的研究结论一致。

２．２污染物排放量计算结果

通过公式（３）和公式（４）分别计算干法污染物去除量和湿法污染物去除量然后求和的计算结果见表５。根据公式（５）计算得赵王河流域畜禽养殖污染物还田量见表６。赵王河流域畜禽养殖污染物排放量根据公式（２）计算得到的结果见表７。由表７可知，２００８年赵王河流域畜禽养殖ＣＯＤＣｒ、氨氮、总氮和总磷的排放量分别为５２１２．４9 ｔ、３０３．７８ｔ、１３２０．９7 ｔ、３８７．09 ｔ，污染物排放量最大的是ＣＯＤＣｒ，占４种污染物排放总量的７２．１５％，其次是总氮，占１８．２９％，再次是总磷，占５．３６％，氨氮排放量最少，仅占４．２０％。苗青等［12］在２０１０年的研究表明，面积为１０３５５ｋｍ２的阜新市２００７年的畜禽养殖污染物排放量ＣＯＤＣｒ为３７７３９．０ｔ、氨氮为５６２．４ｔ、总氮为３８６７．０ｔ、总磷为２９１．３ｔ，ＣＯＤＣｒ排放量最大，其次是总氮；谷文明等［13］在２０１０年的研究显示，面积为４５万ｋｍ２的黑龙江省２００８年畜禽养殖污染物排放量也是ＣＯＤＣｒ最大，其次是总氮。因此，畜禽养殖中ＣＯＤＣｒ排放量最大，其次是总氮。

２．３污染物入河量计算结果

赵王河流域畜禽养殖污染物入河量由公式（６）计算的结果见表８。由表８可知，２００８年赵王河流域畜禽养殖ＣＯＤＣｒ、氨氮、总氮和总磷的入河量分别为５２１．２５ｔ、３０．３８ｔ、１３２．１０ｔ、３８．７１ｔ，其中ＣＯＤＣｒ的入河量最大，占４种污染物入河总量的７２．１５％，其次是总氮，占１８．２９％，再次是总磷，占５．３６％，氨氮入河量最少，仅占４．２０％，与产生量、排放量所占比例情况一致。朱梅等［１4］２０１０年的研究结果表明，２００７年在流域面积为３２万ｋｍ２的海河全流域畜禽养殖污染物ＣＯＤＣｒ入河量最大，其次是总氮，与此次研究的结果一致。

ＣＯＤＣｒ、氨氮、总氮和总磷４种污染物中，入河量最大的是阳谷县流域，４种污染物入河总量阳谷县流域占整个赵王河流域的７４．５０％，阳谷县流域面积占整个赵王河流域的面积比例最大，二者基本保持一致，而且赵王河流域的阳谷县部分４种污染物产生总量在３个县（区）中所占比例最大，说明赵王河流域畜禽养殖污染物入河量与产生量呈正相关关系。

４小结与讨论

２００８年，赵王河流域畜禽养殖污染物产生量ＣＯＤＣｒ为２０７８９．８２ｔ、氨氮为１２２５．８８ｔ、总氮为３５５４．２７ｔ、总磷为１７３０．８5 ｔ；排放量ＣＯＤＣｒ为５２１２．４９ｔ、氨氮为３０３．７８ｔ、总氮为１３２０．９7 ｔ、总磷为３８７．09 ｔ；入河量ＣＯＤＣｒ为５２１．２５ｔ、氨氮为３０．３８ｔ、总氮为１３２．１０ｔ、总磷为３８．７１ｔ。在４种污染物中ＣＯＤＣｒ在产生量、排放量、入河量中所占比例最大，其次是总氮，再次是总磷，氨氮所占比例最小，并且污染物的入河量与产生量呈正相关。因此，赵王河流域环境与水体的污染应该引起重视，采取有效的防控措施，减轻畜禽养殖对水体的危害。

１）合理选择畜禽饲料。根据不同畜禽种类和生长期选择饲料种类以及喂养量，提倡使用环保型饲料，提高饲料中营养素的消化利用率，使用绿色安全添加剂［１5］。

２）生产沼气。生产沼气可为生产、生活提供能源。经测算，含水率２０％的鸡粪热值相当于标准煤的４０％，１０万只鸡的年产粪便转化为沼气热值约等于２３２ｔ标准煤［１6］。同时沼渣和沼液又是很好的有机饲料和肥料。据试验，用沼渣返田，可减少化肥、农药投入６０％以上，作物增收２０％以上［１7］。既减少了污染，又提高了污染物治理的经济效益。

３）用作肥料。畜禽粪便经过一定发酵周期，达到腐熟以后，就可以把它直接制成优质的商品有机肥，同时，还可以根据土壤类型和作物种类添加无机速效养分，生产出各种蔬菜、瓜果、花卉苗木的有机无机复混专用肥。也可以用畜禽粪便与其他经破碎处理过的秸秆等有机废弃物一起堆积发酵，生产作物栽培和育苗的基质。赵王河流域地属鲁西平原，土壤肥沃，蔬菜、瓜果种植面积大，将畜禽粪便制成肥料使用，可以减少化肥施用量，节约成本。

４）生产畜禽饲料。畜禽粪便含有各种营养成分。使用畜禽粪便作饲料，就是充分利用饲料中剩余的各种营养成分和饲养过程中产生的有用成分［１8］。试验证明，畜禽粪便具有很高的营养价值，富含粗蛋白质（１５．８％～２３．５％）、矿物质及微量元素，对畜禽和水产养殖具有一定的经济价值［19］。制作动物饲料主要的处理方法有微波法、高温干燥法、青贮法、化学法（用福尔马林、乙烯、氢氧化钠等处理）等，将畜禽粪便经过高温高压、热化、灭菌、脱臭等过程制成饲料［２0］。

参考文献：

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［２］王建兵，程磊．农业面源污染现状分析［Ｊ］．江西农业大学学报（社会科学版），２００８，７（３）：３５－３９.

［３］闫丽珍，石敏俊，王磊．太湖流域农业面源污染及控制研究进展［Ｊ］．中国人口·资源与环境，２０１０，２０（１）：９９－１０７.

［４］陈吉宁．流域面源污染控制技术——以滇池流域为例［Ｍ］．北京：中国环境科学出版社，２００９．１２－１４.

［５］张金恒，王军强，万玉，等．青岛市农业面源污染评价研究［Ｊ］．中国农学通报，２０１０，２６（１０）：２７６－２８０.

［６］朱立安，王继增，胡耀国，等．畜禽养殖非点源污染及其生态控制［Ｊ］．水土保持通报，２００５，２５（２）：４０－４３.

［7］於方，王金南，曹东，等．中国环境经济核算技术指南［Ｍ］．北京：中国环境科学出版社，２００９．２６－２８.

［8］赵志新，李天宏．松原市非点源污染负荷变化分析［Ｊ］．应用基础与工程科学学报，２０１０，１８（增刊）：９２－９９.

［9］黄东风，李卫华，邱孝煊，等．水口库区流域农业面源污染评价及其防治对策［Ｊ］．中国生态农业学报，２００８，１６（４）：１０３１－１０３６.

［10］刘永霞，瞿丽雅．贵州省畜禽养殖的污染状况及其防治对策［Ｊ］．贵州农业科学，２００６，３４（６）：１３６-１３８.

［11］苗蕾，寇渊博，李有，等．河南省畜禽养殖污染现状分析及对策［Ｊ］．河南科学，２０１０，２８（１）：９４－９７.