海口市典型规模化养殖场环境污染现状分析

冯 飞，李义书，张益焘，刘媛媛，陈 伟，邢斯程，王 燕，廖新俤＊

（1.海南省畜牧技术推广站，海南海口571100；2.华南农业大学动物科学学院，广东广州510642）

近年来，随着畜禽养殖逐步趋向规模化、标准化和产业化，畜产品产量逐年上升。据统计，我国肉类产品由2005年的6938.9×104t增加到2012年的8387.2×104t［1］，同比增长20.9%，随着规模化畜禽养殖业的迅速发展，大量废弃物给周围环境带来了较大的压力，导致生态环境问题日益突出，在一定程度上制约了畜牧业的持续稳定发展［2］。据统计，2010年全国畜禽粪便总排放量为19×108t，总污染量达2.27×108t，预计2020年全国畜禽粪便总排放量将比2010年增长26.9%，总污染量将比2010年增长31.2%［3］。

2010年末海南省生猪规模化养殖场达到1580个，规模化养殖比例就达到74%，其中年出栏万头以上的生猪规模化养殖场为155个，年出栏千头以上的生猪规模化养殖场为458个；全省共建立标准化养殖小区472个。而海南省规模化畜禽养殖业的迅速发展对海南国际旅游岛和生态省的建设提出了重大的挑战，如2006年海南省畜禽粪便化学需氧量（COD）排放量为50×104t，远远超过工业废水与生活污水COD 排放量9.9×104t［4－5］。因此，对进一步科学规划海南省养殖区域、促进畜牧业可持续发展，提升特色生态养殖业发展具有重要意义。

养殖场对环境的影响主要表现为水体污染、土壤污染和空气污染［6－8］。本研究选择海口市一个规模化猪场和一个规模化肉牛场为对象，通过测定畜禽粪便、污水化学成分，并对养殖场内、养殖场周围（场外50m 处）和距养殖场500m 处的土壤质量和空气质量以及养殖场内地下水质量进行监测，从而分析养殖场对周围环境的影响，并针对养殖场环境污染提出了相应的防治策略。

1 材料与方法

1.1 采样时间与地点

2014年3月8日至3月11日在海南省海口市琼山区云龙镇的海口顺鑫小店种猪选育有限公司和海南海荷牛业发展有限公司采集样品。

1.2 样品采集

每天采集粪便、污水、地下水、土壤和空气样品，连续采集3d。粪便的采集包括保育猪粪便、育肥猪粪便、妊娠猪粪便、犊牛粪便、育肥牛粪便、犊牛堆积粪和育肥牛堆积粪，测定含水率、pH、有机质、全氮、总磷、铵态氮、铜和锌的含量，其中，有机质、全氮、总磷、铵态氮、铜和锌的含量均是指干物质中的含量。

猪场污水的采集包括猪场冲栏产生的废水和沼气发酵后的沼液，牛场采集固液分离后的水样，测定pH、氨氮、COD、固体悬浮物（SS）、总磷、铜和锌的含量。采集猪场和牛场地下水，测定pH、氨氮、SS、铜、锌等指标，并根据《地下水质量标准》（GB／T 14848－93）将所得指标用于地下水质量评价。采集养殖场内、养殖场周围和养殖场外500 m 处的土壤，测定含水率、pH、有机质、全氮、总磷和铵态氮的含量，其中，有机质、全氮、总磷和铵态氮的含量均是指干物质中的含量。在养殖场内、养殖场周围和养殖场外500 m 处各选择一个监测点，测定空气温度、湿度、风速和氨气浓度，了解畜禽养殖对养殖场周边空气的影响。

1.3 指标测定方法

土壤有机质按土壤检测第6部分（NY／T 1121.6－06）进行测定；COD 用重铬酸盐法（水质化学需氧量的测定GB11914－89）进行测定；NH＋4－N 用纳氏试剂比色法（水质铵的测定GB7479－87）测定；全氮用凯氏定氮法（全氮和粗蛋白测定法ZB X 66026－87）测定；SS用重量法（水质悬浮物的测定GB11901－89）测定；水样总磷含量用钼酸铵分光光度法（水质总磷的测定GB／T 11893－89）测定；土壤总磷含量用碱熔－钼锑抗分光光度法（土壤总磷的测定HJ 632－11）测定；粪便总磷含量用分光光度法（饲料中总磷的测定GB／T 6437－02）测定；铜、锌用火焰原子吸收分光光度法（土壤质量铜、锌的测定GB／T 17138－97）测定。

1.4 数据处理

数据统计采用Microsoft Office Excel 2013和SPSS 20.0。对所获数据采用LSD 进行单因素方差分析，显著水平P 值设为0.05，统计结果表示为平均数±标准误（M±SE）。

2 结果与分析

2.1 养殖场温度、湿度和风速

采样时猪场和牛场的温度、湿度和风速见表1。其中，D1多云，温度在26.5～30.0 ℃之间，湿度在58.0%～70.2%；D2 和D3 小雨，温度在20.4～20.9 ℃之间，湿度均为94.5%；3d的风速均较大，在0.47～3.75m／s之间。

表1 养殖场温度、湿度和风速Table 1 Temperature，humidity and wind speed on the farms

2.2 粪便和污水理化性质

2.2.1 猪粪便理化性质 猪粪便含水率、pH、总磷、有机质、全氮和铵态氮等含量见表2。由表2可以看出，由于不同饲养阶段的动物对各种营养素的需要量不同，饲料来源和配方不同，动物对营养物质的消化率也不同，所以粪便中各物质含量不同。其中，妊娠猪粪便的总磷含量（2.70%）显著高于保育猪粪便的总磷含量（2.24%；P＜0.05），保育猪粪便的的总磷含量显著高于育肥猪粪便的总磷含量（1.72%；P＜0.05）；育肥猪粪便中的有机质含量（78.31%）显著高于妊娠猪粪便的有机质含量（66.24%；P＜0.05），保育猪粪便的有机质含量（72.27%）与育肥猪粪便和妊娠猪粪便的有机质含量差异不显著（P＞0.05）；保育猪粪便中全氮含量（4.32%）和锌含量（10893.80 mg／kg）显著高于育肥猪粪便的（3.19%和1090.31mg／kg）和妊娠猪粪便的（3.02%和1198.21mg／kg；P＜0.05），后两者的没有显著差异（P＞0.05）；保育猪粪便中铵态氮含量（31.48mg／g）和铜含量（1490.21mg／kg）显著高于育肥猪粪便的（27.17mg／g和922.15mg／kg；P＜0.05），育肥猪粪便的显著高于妊娠猪粪便的（9.30mg／g和199.48mg／kg；P＜0.05）；保育猪、育肥猪和妊娠猪粪便的含水率分别为72.24%、70.85%和73.24%，pH 分别为7.20、7.61和7.94，三者之间差异不显著（P＞0.05）。

表2 猪粪便理化性质Table 2 Physical and chemical properties of the pig manure

2.2.2 牛粪便理化性质 牛粪便含水率、pH、总磷、有机质、全氮和铵态氮等含量见表3。与猪粪便一样，犊牛和育肥牛粪便中物质的含量与饲料中营养物质含量和消化率有关，其中，总磷、有机质、铵态氮、铜、锌和含水率没有显著差异（P＞0.05），犊牛粪便pH（7.97）显著高于育肥牛粪便的pH（7.01）（P＜0.05），育肥牛粪便中全氮含量（2.59%）显著高于犊牛粪便的全氮含量（1.87%）（P＜0.05）。总体上，牛粪中的有机质、总磷、全氮、铵态氮等含量比猪粪的低，但分解速度又慢于猪粪，因此其肥效要比猪粪低［9］。

表3 牛粪便理化性质Table 3 Physical and chemical properties of the beef cattle manure

犊牛粪便和育肥牛粪便在舍外堆置过程中，总磷、有机质、铜、锌和含水率没有显著变化（P＞0.05），可能是由于牛舍清粪频率为2次／d，堆置的时间较短，造成差异不明显。育肥牛粪便在堆置过程中，pH 从7.01显著上升到9.38（P＜0.05），全氮含量从2.59%显著下降到2.10%（P＜0.05），氮转化为铵态氮后，造成铵态氮含量从3.07mg／g显著上升到9.37 mg／g（P＜0.05），犊牛粪便堆置前后虽然差异不显著（P＞0.05），但也有这种趋势，这些都与堆肥过程中物质理化性质的变化一致［10－11］。

2.2.3 污水理化性质 猪场冲栏产生的废水与经过沼气发酵后沼液的pH、总磷、COD、氨氮和SS等指标见表4。经过沼气发酵后，沼液中总磷、COD、SS、铜和锌显著低于废水的（P＜0.05），分别降低了49.98%、88.09%、93.53%、95.54%和81.26%；废水和沼液的pH 分别为8.04和7.94，两者没有显著差异（P＞0.05），均保持在较高水平，能使沼气发酵稳定进行，不产生“酸败”现象［12］；氨氮则从452.83 mg／L显著提高到590.20mg／L（P＜0.05），主要是氮在沼气发酵的水解酸化过程中转化为氨氮，使之含量升高。

表4 猪场污水理化性质Table 4 Physical and chemical properties of the wastewater on the pig farms

养殖场污水主要由粪便、尿液、饲料残渣和畜禽舍冲洗水组成，排放量很大，并含有大量有机物、氮和磷等物质，是富含有机质的可利用资源，应尽量采用合适的工艺将其利用［13］，其特征与猪舍结构、清粪方式、饲料配方、消化功能、生产管理和冲洗水等有关［14］。牛舍冲栏产生的废水经过固液分离后的理化指标见表5，总磷、COD、氨氮、SS 和锌的含量均较高，为261.99、58620.00、510.65、3050.00mg／L和1114.30μg／L，虽然不能达到排放标准，如氨氮超过了80mg／L，SS超过了200mg／L，但可被用于场内农作物的灌溉［15］。

表5 牛场污水理化性质Table 5 Physical and chemical properties of the wastewater on beef cattle farms

2.3 地下水及其质量评价

根据（地下水质量标准GB／T 14848－93）将猪场地下水和牛场地下水进行质量评价（表6、表7）。猪场地下水的pH、氨氮、SS、铜和锌的含量分别为8.95、0.12mg／L、81.04mg／L、5.67μg／L和84.78 μg／L，牛场的分别为5.96、0.16 mg／L、71.25 mg／L、8.17μg／L和78.59μg／L。猪场和牛场地下水的SS、铜、色度、臭味和肉眼可见物等均属于I类，锌属于II类，氨氮属于III类，pH 属于IV 类。F值均为4.33，属于IV 类较差。

表6 猪场地下水质量评价Table 6 Quality estimation of the underground water on the pig farms

表7 牛场地下水质量评价Table 7 Quality estimation of the underground water on the beef cattle farms

2.4 土壤质量监测及质量评价

2.4.1 猪场土壤 猪场场内、场周围和场外500m处土壤的含水率、pH、总磷、有机质和铵态氮含量见图1。土壤含水率在15.76%～18.19%之间，场内和场周围的含水率没有显著差异（P＞0.05），均高于场外500m 处的含水率（P＜0.05）；场内、场周围和场外500m 处土壤的总磷和有机质含量均无显著差异（P＞0.05），分别在1.67%～2.05%和21.42%～28.46%之间；场周围土壤的铵态氮含量显著高于场内的铵态氮含量（P＜0.05），场内的铵态氮含量显著高于场外500 m 处的铵态氮含量（P＜0.05），主要是因为猪场内和猪场周围种植大量菠萝蜜和香蕉等农作物，在施肥和灌溉过程中使猪场周围土壤的中的铵态氮含量升高［16］。猪场场内、场周围和场外500m 处土壤的铜含量分别为78.74、81.85 和70.36mg／kg，锌含量分别为186.60、174.48和170.82 mg／kg，符合土壤环境质量标准（GB 15618－95）中规定的II类土壤环境质量标准（适用于农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场等土壤），即铜含量低于150mg／kg、锌含量低于200mg／kg。

图1 土壤理化性质Fig.1 Physical and chemical properties of the soil

2.4.2 牛场土壤 牛场场内、场周围和场外500m处土壤的含水率、pH、总磷、有机质和铵态氮含量见图1。牛场土壤的含水率在13.27～31.29%之间，场内的含水率显著高于场周围的含水率（P＜0.05），场周围的含水率显著高于场外500 m 处的含水率（P＜0.05），主要是因为场内绿化较好，有不定时进行喷水，所以场内土壤含水率较高；场内、场周围和场外500 m 处土壤的有机质含量没有显著差异（P＞0.05），在31.61%～34.06%之间；场周围土壤的铵态氮含量显著低于场内和场外500 m 处的铵态氮含量（P＜0.05），总磷含量则相反，场周围的显著高于场内和场外500 m 处的（P＜0.05），而场内和场外500m 处的没有显著差异（P＞0.05），但总磷和铵态氮含量都不高，为1.89%～3.69%和0.83～1.44mg／kg。牛场场内、场周围和场外500 m 处土壤的铜含量分别为77.06、81.55 和68.81 mg／kg，锌含量分别为195.49、194.48 和190.53 mg／kg，符合土壤环境质量标准（GB 15618－95）［17］中规定的II类土壤环境质量标准。

图2 养殖场氨气浓度Fig.2 Ammonia concentration on the farms

2.5 养殖场氨气浓度及质量分析

猪场和牛场场内、场周围和场外500m 处空气中氨气浓度见图2。尽管猪场场内氨气浓度显著高于场周围和场外500m 处（P＜0.05），牛场场内和场周围氨气浓度显著高于场外500 m 处（P＜0.05），但所有位置的氨气浓度均不高，在1.29～1.44mg／m3之间，均低于（畜禽场环境质量标准NY／T 388－99）［18］中规定的场区氨气浓度上限5 mg／m3和缓冲区氨气浓度上限2mg／m3。

3 讨论

农业面源污染包括农药污染、化肥污染、畜禽粪尿污染和农村生活污染等，其中，畜禽养殖管理不善所造成的面源污染日益严重［19］，养殖场污水未经处理或处理不当就排入环境，会影响养殖场周围土壤、地表水和空气，更有甚者，养殖场粪污在堆置和处理过程中渗入地下，污染地下水。海口顺鑫小店种猪选育有限公司和海南海荷牛业发展有限公司采用沼气发酵和固液分离等工艺处理污水，并将处理后的粪污用作农作物的肥料，达到了废弃物的资源化利用。但若过量施肥和灌溉则容易污染环境。

养殖场对地下水的污染不仅与地下水井的深浅有关，也取决于养殖场污水中各种污染物的含量。本研究根据（地下水质量标准GB／T 14848－93）将猪场地下水进行质量评价，F值为4.33，属于IV 类较差，主要是猪场地下水pH 偏高引起的。地下水pH的高低可因人为影响或天然存在［20］，猪场污水经过沼气发酵后，沼液中总磷、COD、SS、铜和锌含量分别降低了49.98%、88.09%、93.53%、95.54%和81.26%，各污染物含量有了显著降低，加上地下水中的SS、铜含量、色度、臭味和肉眼可见物等指标均为I类（表6），因此猪场地下水pH 偏高的原因应属于后者，地下水受养殖的直接污染较小。同样地，牛场地下水中的SS、铜含量、色度、臭味和肉眼可见物等指标均为I类（表7），因此地下水受养殖的直接污染较小。

养殖场通过施肥、灌溉等活动会影响土壤的理化性质，如pH、总磷、全氮、氨态氮和硝态氮等含量。而土壤中全氮等含量的变化不仅与施肥量的多少有关，还受植物吸收量的影响［21］。谭新和方热军［22］研究了4个规模化猪场周围环境土壤中的全氮、总磷和铜含量，得出了养殖场周围菜地中这些物质含量高于养殖场周围非农作物种植区土壤的结论，因此本研究中两个养殖场不同位置土壤的理化性质的差异主要是由于种植农作物（施肥、灌溉）而间接引起的。即使如此，猪场和牛场内外土壤均符合土壤环境质量标准（GB 15618－95）［17］中规定的II类土壤环境质量标准，因此这两个养殖场对土壤的污染较小。海南省海口市琼山区土壤氮素含量较高，磷和钾含量较低，应适当减少氮素进入土壤［23］，可增加农作物的种植以吸收氮素，或在雨季和农作物生长旺盛的时期适当增加施肥和灌溉［24］。但各个养殖场污水处理模式不同，处理效果也不尽相同，因而灌溉用水中的各养分含量也不同［25］，加之各地区乃至不同乡镇的土壤肥力不同［23］，可在施用有机肥或用养殖场污水灌溉时适当施用无机肥以平衡土壤养分含量，提高土壤肥力水平。

养殖场臭气的主要成分是氨和硫化氢［26］，畜禽养殖业每年的氨气排放约占全球氨气排放总量的一半［27］，占人为源的64%［28－29］。氨气主要是畜禽粪尿中的含氮有机物在脲酶的作用下分解产生的，氨气的挥发可以发生在畜禽生产的各个阶段，但主要是发生在粪尿排泄、粪污贮存和施肥、灌溉等过程。不同畜禽对氨气的排放强度也不同，据估计，每年单位动物（肉牛、奶牛、育肥猪、蛋鸡、肉鸡和火鸡）NH3中氮素的排放量分别为9.41、6.92、2.48、0.33、0.08、0.42kg［30］。而不同养殖方式、通风条件、养殖规模等也影响氨气排放量［31］，进而影响养殖场内外的氨气浓度。本研究中，猪场和牛场场内氨气分别为1.44mg／m3和1.42mg／m3，与代小蓉［32］对猪场场内氨气浓度的研究结果很接近（1.1～1.4mg／m3），均低于畜禽场环境质量标准（NY／T 388－99）中场区规定的氨气浓度上限5mg／m3，场周围和场外500m 处的氨气浓度也低于缓冲区规定的氨气浓度上限2mg／m3。一方面由于两个养殖场绿化较好；另一方面，两个示范养殖场位置的风速较大，分别为0.82～2.34m／s和1.53～2.73m／s，因此氨气浓度较低，空气质量较好。

一个万头猪场全年氮和磷的排出量为107t和31t，占总食入量的65.2%和77.5%［33］；一个400头成年母牛的牛场，加上相应的犊牛和育成牛，每天排出粪便30～40t，全年产粪1.1～1.5×104t，如用作肥料，大约需要2.5×106～3.3×106m2土地才能消纳［34］。而海南省作为我国最南端的省份，四面临海，土地资源有限，加上建设海南国际旅游岛和生态省的挑战，畜牧业的发展更应该从整体布局出发，确定区域环境容量，保持区域范围内畜禽养殖的适当规模和合理密度，并根据土壤性质和肥力状况制定畜禽粪便处理工艺和使用方法，以达到种植业和养殖业之间的养分平衡。本实验所选的海口顺鑫小店种猪选育有限公司和海南海荷牛业发展有限公司绿化较好，养殖场配套设施较齐全，养殖场周围农作物的种植为废弃物的重新利用提供了保障，因此可将这两个养殖场作为示范点，推广沼气发酵和堆肥工艺的使用，从而使其他养殖场的粪污也得以无害化、资源化，进而达到畜牧业的可持续发展。

4 结论

猪场和牛场地下水属于IV 类较差，场内外土壤均符合II类土壤环境质量标准，场区氨气浓度低于规定的氨气浓度上限，因此这两个养殖场在养殖过程中对环境的直接污染较小。

为了更好地促进海南省畜牧业可持续发展与提升特色生态养殖业的发展，可提高对养殖场废弃物的管理，在使用沼气发酵和堆肥工艺的基础上，进一步推广种养结合模式，根据土壤肥力水平进行施肥与灌溉，以达到增加经济效益的同时，减少养殖对环境的影响。另一方面，可建立畜禽场环境污染实时监测系统，方便环保等有关部门对畜禽养殖场污染物的处置情况进行跟踪、调查，从而继续保持“无疫区、健康岛”的品牌，保证海南省畜牧业、种植业和旅游业的持续稳定发展。

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