河北省畜禽粪尿产污量估算以及污染风险评估

张国印，茹淑华，孙世友，王凌，耿暖，郜静，李玭

（河北省农林科学院农业资源环境研究所，河北石家庄050051）

河北省畜禽粪尿产污量估算以及污染风险评估

张国印，茹淑华，孙世友，王凌，耿暖，郜静，李玭

（河北省农林科学院农业资源环境研究所，河北石家庄050051）

对农业面源污染主要污染源的养殖业废弃物进行产生量估算和风险评估，为河北省农业面源污染防控提供支撑。通过收集2014年河北省畜禽养殖量数据，利用各类畜禽粪便排泄系数，对河北省主要畜禽粪尿产污量进行了估算；参考畜禽粪便土地负荷警报值分级的环境影响，对河北省畜禽粪便、氮、磷耕地负荷进行了污染风险评价。估算结果显示，河北省2014年畜禽养殖业主要畜禽粪尿排放总量为14 109.05万t，其中，石家庄、唐山、邯郸和保定4个地市的畜禽粪尿排放总量占河北省总排放量的50.75%。牛粪尿产生量最高，占河北省畜禽粪尿产生总量的38.65%；其次是猪粪尿产生量，占24.71%；鸡粪产生量位列第3位，占22.26%。表明鸡、牛和猪是河北省畜禽粪尿污染物排放的主要来源，BOD、COD、NH3-N、TN、TP排放总量分别占总污染物排放量的97.04%、96.65%、95.16%、86.38%和87.90%。对环境影响风险评价发现，磷负荷影响严重，氮负荷和粪便负荷影响较轻。相比河北省其他地市，石家庄、唐山、秦皇岛、邯郸、承德畜禽粪尿对环境影响程度较大。

畜禽粪尿；产生量；污染风险；估算；评估；河北省

河北省为畜牧大省，畜牧业是该省农业体系的第二大产业。2014年全省肉类总产量468.1万t、奶类产量496.1万t、禽蛋产量362.7万t，实现畜牧业产

值1 952.0亿元，较2010年增长了218%，特别是奶类产量和规模化养殖有了显著的飞跃[1]。河北省毗连京津两大城市，在畜产品供给、丰富城乡消费市场、改变人民膳食结构、带动农村经济发展和振兴农业现代化方面做出了重要贡献。

但是，随着规模化畜禽养殖业的发展，产生了大量的养殖废弃物，而对养殖废弃物的治理和利用工作相对滞后，不经处理直接排放和乱堆乱放带来的农村生态环境污染问题越来越严重。据调查，全国80%的规模化养殖场缺乏必要的污染治理设施，大量畜禽粪尿直接进入水体，加剧了河流、湖泊的富营养化，某些区域的畜禽粪尿已远远超过当地的土壤负荷，导致水体和土壤污染问题，越来越引起政府和社会的广泛关注[2，3]。研究表明，畜禽粪便中的氮、磷流失量大于化肥，约为化肥流失量的122%和132%，畜禽废弃物导致的环境污染已成为我国农业面源污染的主要来源之一[4，5]。根据畜禽粪便的特性，因地制宜对养殖废弃物资源进行合理的处理和利用，是畜牧业长久生存之计[6]。因此，明确养殖业废弃物产生数量和特征，评价其对环境的影响成为各地治理农业面源污染的基础。

李帆等[7]从养殖业废弃物所含养分价值出发对安徽省畜禽养殖业粪便成分进行了调查，并对排放量进行了估算，得出2008年安徽省畜禽养殖业产生的粪便中纯氮、磷、钾养分的排放量分别相当于24.62万t尿素、111.59万t过磷酸钙和16.18万t氯化钾。潘涛等[8]为了解北京市畜禽养殖业氨排放的分布特征研究了畜禽氨排放量，得出2012年北京畜禽养殖业产生的氨为4.43万t，肉鸡养殖是氨排放的最大贡献源。谭美英等[9]估算了1996～2006年10 a间湖南省畜禽粪便排放量，分析了湖南省畜禽粪便排放的时空分布特征。刘晓利等[10]通过分析我国畜禽粪便中氮素养分资源及其分布状况，得出2002年我国畜禽粪便中的氮素养分总量达到1 598.8万t，其中约50%进入环境，产生了严重的环境污染问题。

作者通过估算河北省不同种类畜禽以及不同地区畜禽粪便的产生量，分析河北省畜禽养殖业粪尿污染物的排放和分布特征，并对由此产生的环境影响进行评价，旨在为针对性治理河北省畜禽养殖业所带来的农业面源污染治理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 畜禽养殖数量

畜禽养殖数量来源于《河北省农村统计年鉴-2015》公布的统计资料[1]，数据的截至时间是2014年底（表1）。根据各类畜禽的生长周期，确定2014年畜禽的饲养量。猪：平均饲养期一般为199 d[11，7]，因此猪的饲养数量就是当年的出栏数，河北省总计4 616.8万头。牛：按用途分类，主要有役用牛、肉牛和奶牛，奶牛一般当年不出栏，年末存栏数即可视为当年饲养数量，而役用牛和肉牛一般在未出栏时记在年末存栏数中，役用牛和肉牛共计452.3万头，奶牛218.5万头。家禽：蛋禽与肉禽在生长期和日排泄量上均有较大差异。肉鸡的生长期一般为55 d[11，7]，而蛋鸡的生长期一般为365 d[12，8]，因此在计算家禽粪便排泄量时，两者需要分开计算，其中，肉鸡总计84298.3万只，蛋鸡总计57 464.1万只。羊、马、驴和骡：生长期一般长于1 a，因此采用年末存栏量作为当年的饲养数量，其中，羊1 907.4万头，马17.9万头，驴和骡69.5万头。兔：生长期一般为90 d[13，9]，以当年出栏数计为饲养数量，总计3 378.5万只。

表1 2014年河北省畜禽的出栏和存栏数量（万只或万头）Table1 The slaughter and on hand amount of livestock/poultry in Hebei Province in 2014

1.2 畜禽粪便排污系数及污染物含量

畜禽粪便的日排泄量与畜禽品种、个体差异、生长期、生长状况、饲料组成、喂养方式、饲养管理水平，以及气候、季节等多种因素相关[14，10]，不同统计资料提供的数值不尽相同。目前中国尚没有相应的畜禽粪便排泄系数国家标准，因此，本研究查阅了近年来国内相关文献报道[11～13，15，16]，分析比较后得出本研究采用的估算参数。国内对于畜禽粪尿中各种污染物含量的研究很多[14～16，17～19]，畜禽粪便中生化需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、全氮（TN）、全磷（TP）的含量虽是一组动态数据，但从长期来看可以认为含量基本是稳定的。为了便于比较，作者综合了多方研究结果[16，20，13，17]，作为河北省粪尿污染物的含量参考（表2）。

表2 中国主要畜禽粪尿排泄系数和污染物含量Table2 The emission indexes and average content of pollutants in livestock and poultry manure

1.3 畜禽粪、尿排放量以及污染物含量的计算方法

畜禽粪尿排放量=畜禽种类数量×饲养周期×排泄系数

畜禽粪尿污染物产生量=畜禽粪尿产生量×畜禽粪尿污染物含量

2 结果与分析

2.1 河北省各地市畜禽粪尿产生量及其污染物排放量

2014年河北省畜禽养殖业主要畜禽粪尿排放总量为14 109.05万t（表3），是当年该省工业固体废物产生量（41 928万t）的33.65%，其中，粪排放总量为9 877.49万t，占排放总量的70.00%；尿排放总量为4 231.56万t，占排放总量的30.00%。河北省畜禽粪尿排放总量（14 109.05万t）占全国每年粪尿排放总量的5%左右[21，18]。从河北省不同地区的畜禽粪便产生总量来看，河北省11个地级市中，石家庄的畜禽粪尿排放总量最高，达到了2 145.73万t，其中，粪排放量1 568.57万t，尿排放量577.16万t；其次是唐山和邯郸，二市的粪尿产生量基本相当，其中，唐山畜禽粪尿排放总量为1 771.98万t（粪1 153.30万t，尿618.68万t），邯郸畜禽粪尿排放总量为1 741.84万t（粪1 289.92万t，尿451.92万t）；保定紧随其后，畜禽粪尿排放总量为1 500.52万t。石家庄、唐山、邯郸和保定4个地区的畜禽粪、尿及粪尿排放总量分别占河北省总排放量的50.64%、50.99%和50.75%，占河北省畜禽粪尿排放总量的50%。大量粪便产生的同时，也产生了极其庞杂的有机污染物，从表3还可以看出，2014年河北省畜禽养殖业主要畜禽粪尿BOD、COD、NH3-N、TN和TP排放总量分别为351.65万t、373.17万t、36.54万t、88.07万t和31.88万t。其中，2014年畜禽粪尿COD排放量（373.17万t）是当年废水COD排放量（126.85万t）的2.94倍。2014年畜禽粪尿NH3-N排放量（36.54万t）是当年废水NH3-N排放量（10.27万t）的3.56倍。可以看出，河北省畜禽粪尿已成为农村面源污染的重要来源。在河北省的11个地级市中，石家庄的畜禽粪尿污染物排放量最高，BOD、

COD、NH3-N、TN和TP排放总量分别为61.64万t、64.08万t、6.33万t、14.29万t和5.61万t；其次是邯郸，畜禽粪尿BOD、COD、NH3-N、TN和TP排放总量分别为46.88万t、47.47万t、4.75万t、11.71万t和4.90万t。

2.2 河北省各类畜禽粪尿及其污染物的排放量

河北省各类畜禽中，牛（役用牛、肉牛和奶牛）的粪尿产生量最高，占河北省畜禽粪尿产生总量的38.65%（其中奶牛产粪尿占牛粪尿的比例达到49%）；其次是生猪、鸡、羊，其粪尿产生量分别占河北省畜禽粪尿产生总量的24.71%、22.26%和12.14%；马、驴骡和兔的粪尿产生量较低，分别占河北省畜禽粪尿产生总量的0.61%、1.37%和0.25%，合计比例为2.23%。可以看出，河北省畜禽粪尿主要来源是牛、猪、鸡和羊，粪尿产生总量占畜禽总粪尿产生量的97.77%。但是从表4看出，河北省各类畜禽中，鸡粪污染物排放量位居第1位，BOD、COD、NH3-N、TN和TP排放总量分别为150.47万t、141.36万t、15.08万t、30.79万t和16.96万t；其次是牛粪尿污染物排放量，BOD、COD、NH3-N、TN和TP排放总量分别为98.47万t、126.06万t、12.36万t、30.07万t和5.10万t；猪粪尿污染物排放量位居第3位，BOD、COD、NH3-N、TN和TP排放总量分别为92.29万t、93.24万t、7.33万t、15.22万t和5.97万t。河北省牛、鸡和猪粪尿污染物的BOD、COD、NH3-N、TN和TP排放总量分别占总污染物排放量的96.51%、96.13%、94.33%、84.47%和85.14%，表明鸡、牛和猪是河北省畜禽粪尿污染物排放的主要来源。

2.3 河北省畜禽粪便耕地负荷以及污染风险的评价

耕地畜禽粪便负荷量可以直接反映某地区耕地消纳畜禽粪便的能力，而单位面积耕地土壤的氮、磷养分负荷反映了畜禽粪便对于耕地土壤的污染风险[19，22]。参考已有畜禽粪便土地负荷警报值分级的环境影响（表5），对河北省畜禽粪便、氮、磷耕地负荷进行了污染风险评价。

表3 河北省不同地市的畜禽粪尿产生量及其污染物排放量（万t）Table3 The manure production quantities of livestock and its pollutant content in different cities of Hebei Province

表4 河北省各类畜禽粪尿产生量及其污染物排放量（万t）Table4 The produced manure quantities of different livestock and pollutant content in different cities of Hebei Province

表5 畜禽粪便土地负荷警报值分级的环境影响[23，20]Table5 Effect of alarm grades of land carrying for livestock and poultry manure on environment

目前，我国尚无单位面积耕地的畜禽粪便及其N、P养分限量标准，从环境风险的角度考虑，以最低限度30 t/hm2为最大理论适宜量。根据河北省畜禽粪便排放量和常用耕地面积，对河北省2014年畜禽粪尿以及氮磷承载量进行估算，结果（表6）显示，如果畜禽粪便全部用作农家肥归于农田，则河北省耕地畜禽粪尿负荷为23.94 t/hm2，低于畜禽粪便还田限量值，与王万浩等[17，21]的研究结果（24 t/hm2）相近。从河北省各地市畜禽粪尿耕地负荷来看，承德、秦皇岛、石家庄和唐山较严重。

畜禽粪便中N素、P素的农用地负荷能更好地反映畜禽粪便对环境的污染风险。国内外有关农田施用限量的研究较多。欧盟综合考虑了土壤质地、肥力和气候等自然条件，规定粪肥年施N量的限量标准为170 kg/hm2[22，24]。Oenema等给出了土壤粪肥年施P量的推荐值为不超过35 kg/hm2[25，23]。从河北省各地市畜禽粪尿耕地负荷看，承德、秦皇岛、石家庄、唐山较严重；从河北省各地市耕地N负荷看，承德、秦皇岛、石家庄、唐山和邯郸较严重；从河北省各地市耕地P负荷看，石家庄耕地P负荷最大，影响很严重，承德、秦皇岛、邯郸和唐山影响严重，除张家口外其他较严重。总体来看，石家庄、唐山、秦皇岛、邯郸、承德耕地N负荷高于欧盟规定的粪肥年施N量限量标准，而除张家口外，其他10个地市耕地P负荷均已经超过土壤粪肥年施P量的推荐值。对环境影响风险评价以P负荷影响严重，N负荷和粪便负荷影响较轻。相比河北省其他地市，石家庄、唐山、秦皇岛、邯郸、承德畜禽粪尿对环境影响程度较大。

表6 河北省2014年畜禽粪尿污染物承载量的估算与评价Table6 The manure load per unit cropland and risk assessment of Hebei Province in 2014

3 结论与讨论

2014年河北省畜禽养殖业主要畜禽粪尿排放总量为14 109.05万t，约是养殖小省福建省4 249万t（2005年）的3.3倍[26]，是养殖大省河南省26 695.4万t（2011年）的52.85%[27]，是当年河北省工业固体废物产生量（41 928万t）的33.65%。其中，石家庄、唐山、邯郸和保定4个地市的畜禽粪、尿及粪尿排放总量分别占河北省总排放量的50.64%、50.99%和50.75%。与河南省的情况类似，也是几个主要养殖大市的排放量约占全省一半以上。河南省南阳市、驻马店市、周口市、商丘市和信阳市是主要的养殖大市，COD、TN、TP污染物排放量之和分别占全省的54.49%、52.36%和48.51%[27]。各类畜禽中，牛粪尿产生量最高，占河北省畜禽粪尿产生总量的38.65%；其次是猪，粪尿产生量占河北省畜禽粪尿产生总量的24.71%；鸡粪尿的产生量位列第3位，占河北省畜禽粪尿产生总量的22.26%。鸡、牛和猪是河北省畜禽粪尿污染物排放的主要来源，BOD、COD、NH3-N、TN和TP排放总量分别占总污染物排放量的97.04%、

96.65%、95.16%、86.38%和87.90%。这也与河南省等养殖大省一致，鸡、牛和猪是畜禽粪尿污染物排放的主要来源。总体来看，石家庄、唐山、秦皇岛、邯郸、承德耕地N负荷高于欧盟规定粪肥年施N量的限量标准，而除张家口外，其他10个地市耕地P负荷均已经超过土壤粪肥年施P量的推荐值。

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Quantity Estimation and Risk Assessment of Animal Manure Pollution in Hebei Province

ZHANG Guo-yin，RU Shu-hua，SUN Shi-you，WANG Ling，GENG Nuan，GAO Jing，LI Pin
（1.Institute of Agricultural Resources and Environment，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Shijiazhuang 050051，China）

Due to animal manure becomes main resources of agricultural non-point pollution，this paper was focused on quantity and risk of animal manure in Hebei Province.The methed used was collecting data of 2014 livestock and poultry breeding in Hebei Province，adopted feces excretion coefficient of all kinds of livestock and poultry，referring the alarm grades of land carrying for livestock and poultry manure，its pollution risk assessment in Hebei Province had made.The results showed that 141.090 5 million ton of manure was produced by main livestock in 2014 in Hebei Province.Livestock and poultry manure emissions of Shijiazhuang，Tangshan，Handan and Baoding cities accounted for 50.75%of the total emissions in Hebei Province.Cattle and cow produced the highest amount of livestock manure in Hebei Province，accounting for 38.65%of total amount.Pig produced 24.71%.Chicken accounted for 22.26%. The conclusion was that chickens，cattle and cow，pigs were main source of livestock manure in Hebei Province.They emissioned BOD，COD，NH3-N，TN，TP accounted for 97.04%，96.65%，95.16%，86.38%and 87.90 of the total pollutant emissions.For risk assessment to environment，phosphorus load for land was serious，nitrogen load and manure load had less impact.Compared to other cities in Hebei Province，the livestock and poultry manure influence degree on the environment of Shijiazhuang，Tangshan，Qinhuangdao，Handan，Chengde were more serious.

Livestock and poultry manure；Production quantity；Pollution risk；Estimation；Assessment；Hebei Province

S141.3

A

1008-1631（2016）04-0066-06

2016-01-20

国家科技支撑计划项目(2012BAD15B02)

张国印(1962-)，男，山西陵川人，研究员，主要从事农业面源污染防控等方面的研究。E-mail：gyzhang1984@126.com。