北京地区奶牛场用水量及污水产生现状调查报告

2019-03-08王建李聪聪顾宪红

中国奶牛 2019年2期

王建，李聪聪，顾宪红

（中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，动物营养学国家重点实验室，北京 100193）

乳业是畜牧业的重要组成部分，同时也是我国重要产业之一，其在增加农村居民收入及改善国民膳食结构方面发挥了不可替代的作用。但是作为一个高耗水的朝阳产业，我国奶业发展同时面临许多挑战。研究发现，100头奶牛年均用水约1 825m3，为人均用水量的10.5倍[1]。此外，每头泌乳牛日均粪便排放量为32.03kg、尿液排放量为20.93kg，而每头育成牛日均粪便排放量为13.58kg、尿液排放量为7.60kg，表明奶牛粪污的排放量是惊人的[2]。假如未经处理或者未达到标准任意排放，粪污中有毒有害物质则会通过沉积作用进入池塘、河流、湖泊或渗入地下水，导致水质污染。作为主要的饮用水，地下水一旦受到污染，轻则影响饮用水质量，重则在一定程度上增加当地居民感染传染病的风险。

北京地处温带半干旱、半湿润季风气候区，水主要来源于降水，其特点为降雨时空分布不均和丰枯交替[3]。北京市人均水资源占有量约285m3，为全国人均水资源占有量的1/7，世界人均水资源占有量的1/30。随着人口密度增加和入境水量减少，北京水资源供需矛盾尖锐，为此国家出台了一系列应对政策。尽管北京市水资源部门对居民用水及商业用水体系管理比较健全，但是在养殖业方面却还处于起步阶段，对牛场用水监控缺乏有序管理。因此，为引起养殖场对水资源管理的重视，加快传统养殖方式尽快向资源节约型和环境友好型养殖方式转变，促进我国畜牧业生产向着高产、优质、高效的可持续方向发展[4]，本调查通过北京地区规模化奶牛场用水量及污水产生数据，分析牛场用水和污水产生的影响因素，为生产中科学用水、减少污水产生提供理论依据及现实指导。

1 材料与方法

1．1 调查方法与指标

1.1.1 调查方法

通过奶牛产业技术体系北京市创新团队五个区县综合试验站及三元绿荷奶牛养殖综合试验站（北京首农畜牧发展有限公司）向北京近郊100头规模以上的奶牛场发放调查问卷，或实地考察，收集牛场用水量及污水产生信息，共获得25家牛场数据。

1.1.2 调查指标

调查内容主要包括牛场的基本信息（总存栏量、头均年产奶量等）、用水量、污水产生情况及相关基础设备。

2 调查结果

2．1 牛场基本信息

由表1可见，本调查样本中，存栏量小于和大于1 000头的牛场分别占68%和32%，以深井水为水源的牛场约占80%，98%的牛场安装水表记录用水情况，仅有极少数牛场未安装水表。

水是动物维持生命所必需的重要营养素，且生命活动所有步骤都需要水的参与[5]。本调查结果发现，北京地区奶牛养殖场用水以深井水为主，其次为自来水，说明北京地区牛场的饮水来源比较单一，且对深井水的依赖程度较高。北京地处水资源相对匮乏的海河流域，且呈“大城市、小郊区”的城市布局，加重了农业用水短缺的矛盾，同样畜牧业用水也严重短缺，调查发现大多数牛场已安装水表，表明养殖户有节约用水意识，这有利于政府加快建立养殖场用水监控系统，促进畜牧业用水制度改革。

表1 牛场基本信息

2．2 牛场用水状况

2.2.1 用水量分布情况

由图1可知，夏季牛场用水主要由奶牛饮水、挤奶厅用水、喷淋用水及其他消毒清洁用水四部分组成，分别占总用水量的49.94%、24.51%、20.65%和4.90%。而与夏季相比，春、秋、冬季没有喷淋用水，主要由奶牛饮水、挤奶厅用水和其他消毒清洁用水三部分组成，分别占总用水量的59.93%、32.47%和7.60%。

由牛场用水基本分布情况可知，不论何种季节，占牛场总用水比例最大的都是奶牛饮水，其次是挤奶厅用水、喷淋用水，最后是其他消毒清洁用水。研究表明，饮水对奶牛的产奶性能十分重要，饮水量与奶牛的干物质采食量呈正相关[6]。自由饮水是奶牛摄取水的主要途径，处于不同生理阶段奶牛的需水量在15～35L之间，因此未来养殖场可根据奶牛的个体需要制定科学的饮水策略，为奶牛提供充足且高质量的水源，这也将成为牛场管理的关键环节[7]。挤奶厅用水也是牛场用水量的关键组成部分，作为牛场的“心脏”，挤奶厅及挤奶厅设备的卫生对泌乳牛的健康至关重要。挤奶厅用水主要包括挤奶机、储奶罐及挤奶厅地面的清洗消毒等。目前，挤奶厅清洗的方法主要有用软管接自来水直接冲洗、采集废水进行清洗、自来水塔清洗、污水水塔清洗及污水水塔+清水水塔冲洗方式[8]，以上几种方法各有利弊，综合考虑牛场自身情况及经济效益，建议牛场应该采取适当的挤奶厅冲洗方式，以确保奶牛健康和节约用水两者兼得。喷淋用水在夏季占牛场总用水量的20.65%，比例较大，牛场在安装喷淋设施时，应选择合理的喷淋安装位置（高度、间距）、有效喷淋范围以及喷淋时间、喷淋间隔，在最大程度缓解热应激的前提下，降低用水量及污水产生量。

图1 牛场用水量分布情况

2.2.2 影响用水量的因素

表2 季节、存栏量、水源及年产奶量对牛场用水量的影响单位：kg/（头·d）

由表2可知，从头均日用水量角度分析，季节、存栏量、水源及年产奶量对牛场用水量都有影响。夏季牛场总用水量显著高于春、秋、冬季（P＜0.01），其中夏季喷淋用水量显著高于春、秋、冬季（P＜0.01）。此外，与春、秋、冬季相比，夏季挤奶厅用水量有增加的趋势（P=0.08）。与存栏量小于1 000头的牛场相比，存栏量大于1 000头的牛场总用水量有增加的趋势（P=0.08）。与深井水相比，饮水来源为自来水时，饮水量显著增加（P=0.03）。与头年产奶量小于10 000kg的牛场相比，头年产奶量大于10 000kg的牛场喷淋用水量有增加的趋势（P=0.06）。

季节对牛场总用水量及喷淋用水量具有显著影响。奶牛有耐寒怕热属性，夏季的高温高湿环境易对奶牛造成一系列生理应激，研究发现当温湿指数THI＞72时，奶牛处于轻微热应激状态；79＜THI≤88时，奶牛处于中度热应激状态；THI＞88时，奶牛处于重度热应激状态[9]。热应激时奶牛呼吸频率增加，采食量及产奶量下降[10]。因此夏季防暑降温是牛场的首要工作，通过喷淋、喷雾系统降低环境温度是缓解热应激的重要手段。牛舍及挤奶厅是喷淋的主要区域，因此这两个区域夏季用水量会大幅增加，与本次调查结果完全一致。本调查数据表明，存栏量越大，头均年产奶量有增加趋势（P=0.06，数据未展示），与此同时牛场头均日总用水量有增加的趋势，一方面可能是由于规模大的牛场管理较规范，为缓解热应激喷淋设施使用更为到位，另一方面可能是产奶量高的牛场奶牛饮水较多所致。本调查还发现，水源来源对奶牛饮水量有显著影响，当水源为自来水时饮水量显著高于深井水。据报道，自由饮水时奶牛饮水量受水质的味道及清洁度影响[7]，当水中水溶性物质含量较高、产生奶牛不喜欢的味道时，会降低奶牛的饮水量，另外水的清洁度也会影响饮水量。这表明自来水的味道或者清洁度可能优于深井水，使得奶牛饮水量较高，因此建议，当牛场的饮水来源为深井水时，应注意定期进行水质检查，以保证奶牛的健康及奶产品质量[11]。此外，可以考虑用球状全自动饮水器取代水槽饮水，以提高饮水清洁度，促进奶牛饮水。Chen等[12]发现，喷淋可以有效降低奶牛热应激从而减小产奶量的下降，而本调查发现产奶量高的牛场喷淋用水有增加趋势，表明夏季热应激采取喷淋措施可以有效增加产奶量。

2．3 污水产生状况

图2 牛场雨污分离设备安装情况

图3 牛场干湿分离设备安装情况

由图2、图3可知，不同规模牛场雨污分离及干湿分离设备拥有率之间有较大差异。存栏量小于1 000头的牛场雨污分离设备和干湿分离设备拥有率分别为74%和47%，存栏量大于1 000头牛场雨污分离和干湿分离设备拥有率都为83%，说明规模较大牛场的雨污分离和干湿分离设备拥有率均高于规模较小的牛场。

雨污分离，即在牛舍与贮粪池间安装排污管道，经过污水管网收集后送至贮粪池，而在牛舍周围安装雨水管道专门用于输送雨水，雨污分流便于将雨水和污水分开，降低雨水进入贮粪池的量。由于牛场污水产生量大，若采取雨水分离措施则可避免雨水混入污水，不仅减少污水产生，改善牛场环境，还可以最大限度减少环境污染。本调查发现，大部分牛场（76%）具有雨污分离设备，这可能是因为此设备不需要较大的投资且便于减少污水排放量[13]。但仍有小部分养殖场（24%）未安装此设备，建议政府鼓励发展适度规模养殖，重视实施排污许可证制度，提高牛场的用水管理水平以减少污水排放量，提高水资源利用效率。

干湿分离，即将牛场中产生的粪污经过干湿分离机处理后，将粪便分成干粪和污水。干粪通过好氧发酵后可以制作生产有机肥料；污水通过厌氧处理用于蔬菜和树木施肥，或者通过沼气池产生沼气，沼渣经过处理后继续用作农家肥。干湿分离可以最大化降低污水产生量，使污水得到循环利用，减轻养殖场对污水的处理负担。本调查显示，仍有一些牛场（44%）未能做到干湿分离。由于奶牛粪便中粗纤维含量较多，不利于发酵，加大了处理难度，容易造成粪污随便堆积的乱象，这完全违背粪污源头减量控制原则。此外，随着养殖规模的增大，仅靠土地消纳不能完全解决粪污的排放问题，粪尿中含有大量的微量元素等残留物，随意堆积的粪污渗入地下水极易污染河流河道。由此，依据2018年新《水污染防治法》，建议畜禽养殖场要保证其畜禽粪便、废水的综合利用或者无害化处理设施正常运转，以保证污水达标排放。对于畜禽散养密集区所在地，政府应当组织相关部门和力量对畜禽粪便污水进行分户收集和集中处理利用，防止污染水环境。