华北地区规模化奶牛场用水及粪污处理情况调查报告

靳 爽，李聪聪，周振峰，顾宪红

（1.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；2.中国奶业协会，北京 100193）

奶牛属于高产动物，代谢旺盛，采食和饮水量大，因而奶牛养殖需要利用大量的水资源。据估计，一家2 000头泌乳牛规模的奶牛场，每年的用水量约15万t[1]。而据2017年国家统计局数据显示，华北地区2016年奶牛存栏数为449.8万头，牛奶产量为1 383.4万t，分别占全国奶牛存栏数量、全国牛奶产量的31.6%、38.4%。但是由于水资源分布较少、人口增长过快及工农业发展迅速、水资源综合利用率低、生态环境恶化等问题，华北地区的可利用水资源较为短缺[2]，因此在奶牛养殖上需要更加合理高效地利用水资源。在消耗大量水资源的同时，奶牛养殖过程中也会产生粪尿污水等废弃物，据测定，一头成年母牛一天的粪尿产生量是35kg[3]，奶牛养殖污水量大且污染物浓度高，若处理不当，会对空气、水源、土壤等造成危害，对奶牛场周边环境造成严重的污染，并会危及牲畜和人体的健康[4]。为了解华北地区奶牛养殖用水现状，本研究对华北地区规模化奶牛场用水量及污水产生和处理状况进行调查，分析影响奶牛场用水量和污水产生量的因素，探索在奶牛生产中如何科学用水、减少污水产生。

1 调研内容与方法

1．1 调研内容

对存栏100头以上奶牛场的存栏量、产奶量、用水量（牛场根据经验得出）、水源类型、安装水表情况及干湿分离、雨污分离设施配备情况、夏季是否使用喷淋降温设施等进行调研。

1．2 调研方法

通过发放调查问卷与现场考察相结合的方式，对华北地区奶牛场用水及粪污处理状况等进行调研，共获得99家规模化奶牛场的完整数据信息。

1．3 数据统计

使用Excel 2010对数据进行初步处理，并计算每产1kg牛奶的各种用水量，以表示牛场用水效率。使用SPSS 22.0中的单因素方差分析 (one-way ANOVA) 程序对牛场用水量调研数据进行分析，用Duncan氏法进行多重比较；牛场粪污处理设施配备率用卡方检验（χ2）分析。结果以平均值±标准误（mean±SE）或百分比（%）表示，P＜0.05表示差异显著，0.05≤P＜0.10表示有显著差异的趋势。

2 调研结果与分析

2．1 牛场基本信息

本次调查进入统计分析的奶牛总存栏量为11.4万头，其中成乳牛6.5万头，年总产奶量为53.8万t。由表1可知，存栏量在500～999头的牛场，占比46.5%。奶牛头年产奶量主要集中在6 000～9 000kg，占比48.5%。

2．2 牛场用水情况

2.2.1 水源及水表安装情况分析

由表2可见，在99家牛场中，共有85家牛场以深井水为水源，占调研牛场数的85.9%，其中有77家牛场将深井水作为单一水源，占调研牛场数的77.8%。在以深井水为用水来源的牛场中，有61.2%的牛场会对用水进行消毒处理，有43.5%的牛场安装有水表并记录用水情况。

据《无公害食品—畜禽饮用水水质》标准要求，在水源充足的情况下，城郊区应选择水质较好的自来水，农村应选择地下深井水。如用地面水作饮用水时，应根据水质情况进行沉淀、净化、消毒处理后才可饮用。选井水时，最好选用深井水，并为水井加盖密封，以防污物进入[5]。本次调研发现，华北地区奶牛场的主要用水来源为深井水，但其中仅有43.5%的牛场安装了水表记录用水情况，这在一定程度上反映出了养殖户对牛场用水环节不够重视，建议各牛场对此进行改善，从源头把控用水量。

表2 调研牛场水源情况

2.2.2 用水量分布情况分析

图1 牛场用水量分布情况

本次调研统计中，夏季使用喷淋降温的牛场占69%，其用水量分布情况如图1a所示，全场牛饮水、挤奶厅用水、喷淋用水和其他消毒清洁用水分别占60.7%、19.5%、15.5%、4.3%；夏季没有使用喷淋降温的牛场占31%，其用水量分布情况如图1b所示，全场牛饮水、挤奶厅用水和其他消毒清洁用水分别占75.7%、20.0%、4.3%；牛场春秋冬季用水量分布情况如图1c所示，全场牛饮水、挤奶厅用水和其他消毒清洁用水分别占69.7%、24.8%、6.2%。由此可知，无论夏季，还是春秋冬季，亦或夏季是否使用喷淋，牛饮水量所占比例最高，其次为挤奶厅用水。

牛奶含水约87%，奶牛产奶量高低与水的摄入量息息相关，摄入水量会影响奶牛健康和产奶性能[6]。保证水源充足与水质卫生，控制好水温，以及采用自动饮水器，可提高奶牛饮水量[7]。而通过改变畜禽舍的饮水方式、优化饮水器结构、调节饮水器出水流量和水温、调整安装位置、降低饮用水中的矿物质水平等，则可明显节省饮用水量[8]。挤奶厅用水在牛场用水中占比较大，主要用于清洁奶牛乳头、冲洗挤奶厅地面和挤奶设备、快速冷却原料奶等。挤奶厅是整个牛场养殖成果集中体现的地方，做好挤奶厅的消毒和清洁，才能保证牛奶高质生产。为了降低用水成本，减少废水的产生量，可以收集冲洗挤奶设备的废水来冲洗挤奶厅地面的粪污。定期检查和维护供水系统设施，可避免出现滴漏问题而浪费水源。统计结果显示，夏季牛场喷淋用水量占全场总用水量的比例为13.3%，夏季高温环境会造成奶牛采食量和产奶量下降，影响奶牛的健康和福利水平[9]。为了缓解热应激，大部分牛场会使用喷淋通风系统或喷雾通风系统对奶牛进行降温，合理设置喷嘴流量、水滴粒径、喷淋/雾启闭条件和循环时间等参数，则可使单位耗水量产生的降温效果达到最大化。

2.2.3 影响奶牛用水量及用水效率因素分析

表3分析了季节、存栏量、产奶量以及水源类型对牛场各部分用水量的影响，结果显示，夏季牛场总用水量、饮水量、挤奶厅用水量、喷淋用水量均显著高于春秋冬季（P＜0.05），其中总用水量、饮水量分别提高了33%、25%。随着牛场存栏量的增大，夏季喷淋用水量有减少的趋势（P=0.073）；存栏量1 000头以上的牛场奶牛头均日总用水量显著低于存栏量100～499头的牛场（P＜0.05），减少了17%。年产奶量较高的牛场，清洁消毒用水较产奶量低的牛场有增加的趋势（P=0.066）。使用深井水与使用自来水为水源的牛场各部分用水量没有显著差异（P＞0.05）。表4分析了存栏量、年产奶量、水源类型对牛场用水效率（即每产1kg牛奶各部分水的耗用量）的影响，结果表明，存栏量较大的牛场每产1kg牛奶用水量有减少的趋势（P=0.075），减少幅度达24%；年产奶量较高的牛场，每产1kg牛奶总用水量、饮水量、挤奶厅用水量显著降低（P＜0.01），其中减少幅度分别为52%、48%和60%。此外，年产奶量较高的牛场每产1kg牛奶消耗的喷淋用水和消毒用水也有减少的趋势（P=0.052，P=0.097）。

荷斯坦牛具有耐寒不耐热的生理特点，在夏季高温环境下会产生热应激反应，出现体温升高、呼吸频率增加、免疫力降低、采食量减少、产奶量下降等状况。夏季牛场一般会在牛舍以及挤奶厅待挤区开启喷淋系统对奶牛进行降温，以减轻热应激。高温环境下奶牛的饮水量也会大大增加，在环境温度为32℃时，奶牛用于维持的饮水需要量是2～10℃时的2～4倍[10]。因此一年中夏季用水量最多，本次调查也得到了相同的结果。分析结果显示，存栏量大的牛场奶牛头均用水量少，同时用水效率也较高，这可能是由于规模大的牛场饲养管理更为科学，对于生产中各个环节的用水把控更加严格和精细，也表明了规模大的牛场在用水上较为规范和高效，有助于从源头上减少牛场用水量，从而降低污水的产生量。调查还发现，产奶量高的牛场消毒清洁用水较多，表明这类牛场日常管理中消毒、清洁工作做得更好或更系统。此外，高产奶量牛场各部分用水的效率都高于产奶量较低的牛场，反映了产奶量水平高的牛场管理更为科学合理，养殖更为高效和节水。可见，牛场的管理水平对用水效率的提升有很大影响。鉴于华北地区水资源较为短缺的现状，牛场更应注重发展节水技术，从粗放型用水转变为集约化用水，提高水资源利用效率[11]。

表3 季节、存栏量、年产奶量、水源类型对牛场用水量的影响 单位：kg / (头·d)

表4 存栏量、年产奶量、水源类型对牛场用水效率的影响 单位：kg

2．3 粪污处理设施配备情况分析

图2 牛场雨污分离、干湿分离设施配备情况

不同规模牛场雨污分离设施的配备情况不同。如图2所示，存栏量100～499头、500～999头、1 000头以上的牛场安装雨污分离设施的牛场数分别占该规模总牛场数的29.2%、41.3%、62.1%，可见随着养殖规模的增大，牛场雨污分离设施配备率显著增高（P＜0.05）。干湿分离设施的配备情况也呈现相同的趋势，存栏量100～499头、500～999头、1 000头以上的牛场安装干湿分离设施的牛场数分别占该规模总牛场数的25%、60.9%、72.4%，随着养殖规模的增大，牛场干湿分离设施配备率显著增高（P＜0.01）。

奶牛养殖产生的污水主要来源于奶牛粪尿、圈舍冲洗污水以及挤奶厅冲洗污水等。雨污分离是将雨水与奶牛养殖过程中产生的污水通过不同的管道进行收集和输送，即雨水通过雨水管道直接排出场外，养殖中产生的污水经过封闭的污水管道流向污水贮存处或处理设施进行后续处理[12]。采用雨污分离的方式，可以从源头上减少污水的产生，减轻后续污水处理的压力。干湿分离是粪污处理过程中最重要的一个环节，即利用干湿分离机将粪便与污水分开处置，分离后的污水进入沼气池，固体纤维物质可以通过堆积发酵或晾干的方式进行杀菌后作为牛床垫料使用，也可转变为有机肥料[13]。干湿分离可以有效防止粪污中大的固体或杂物进入污水处理环节，减轻后续处理的难度。在本次调研中，只有44.4%的牛场安装有雨污分离设施，55.6%牛场安装有干湿分离设施，可以看出很多牛场还没有采取这两种措施以减少粪污的排放。调查发现规模较大的牛场雨污分离与干湿分离设施配备率显著高于小规模牛场，这可能是由于规模较大的牛场粪污产生量多，粪污处理的投入能力较强，同时在粪污处理方面所获得的政府资金支持较多，因此配套设施较为完善。政府需要加强倡导，进一步从生态环境、节地节水和节能减排等多角度扶持粪污综合治理行业，对于中小规模养殖场，鼓励进行种养结合或利用牛粪制作再生垫料，保障资源的有效利用；对于1 000头及以上的大规模养殖场，鼓励对粪污采取深加工处理，推进粪污高效循环利用[14]。

3 小结

鉴于本次华北地区规模化奶牛场用水及粪污处理情况的调研，得出以下结论：

3.1 在牛场用水中，全场牛的饮水量所占比例最高，达60%以上；其次为挤奶厅用水，约占20%；最后为喷淋用水、消毒清洁用水。

3.2 除增加喷淋用水外，夏季牛场饮水量增加25%（P＜0.01），致使总用水量增加了33%（P＜0.01）。

3.3 相比存栏量100～499头的牛场，存栏量1 000头以上的牛场奶牛头均日总用水量、每产1kg牛奶用水量分别减少17%和24%（P＜0.05，P=0.075），而且雨污分离设施、干湿分离设施配备率较高，分别达到62%、72%（P＜0.05，P＜0.01）。

3.4 相比年产奶量3 000～6 000kg的牛场，年产奶量大于9 000kg的牛场，每产1kg牛奶总用水量、饮水量、挤奶厅用水量分别减少52%、48%和60%（P＜0.01）。