畜禽养殖污染现状与防治措施研究进展

高 程,王 荣,王 敏,*,吴端钦*

(1.中国农业科学院 麻类研究所，湖南 长沙 410205；2.中国科学院亚热带农业生态研究所，湖南 长沙 410125)

畜禽养殖业是中国农业的重要组成部分，自改革开放以来，大型畜禽养殖公司的建立和发展推动了畜禽养殖的现代化进程，其中生猪饲养量位居全球第一，占全球生猪总养殖量的50%，家禽和反刍动物饲养量位居全球第二，占全球总养殖量的20%。根据2020年《中国统计年鉴》数据表明，截至2019年底，中国牛的数量为9.138×10头，羊的数量为3.007×10只，肉猪年出栏5.442×10头，年底存栏3.103×10头。然而，畜禽养殖业不断发展的同时，也导致畜禽粪便排放增加、养殖污染加剧等严重的环境污染问题。根据中华人民共和国生态环境部、国家统计局和中华人民共和国农业农村部颁布的《第二次全国污染源普查公报》数据显示，截至2017年，中国畜禽规模养殖场有37.8×10个，农业源畜禽养殖业水污染物化学需氧量、总氮、总磷的排放量分别为1.0×10、59.6×10和11.9×10t，分别占农业源排放量的93.7%、42.1%和56.5%，分别占全国总污染物排放量的46.7%、19.6%和37.9%。因此，防治畜禽养殖产生的污染物已经成为控制农业面源污染的关键一步。本文通过综述畜禽养殖污染的现状以及相应的科学防治措施，旨在为今后的畜禽养殖与环境和谐共处提供参考。

1 畜禽养殖污染的现状

畜禽养殖业在带动农业经济发展的同时，也因畜禽粪污处理不当造成了水体、土壤和气体等环境污染。朱志平等研究表明，畜禽养殖每年至少产生38×10t粪便，但是有效处理率不足50%，这已经成为中国农业环境污染的主要来源。

1.1 水体污染

畜禽养殖造成的水体污染主要与畜禽粪污和清洗养殖场的污水排放有关。目前，中国许多畜禽养殖场建立在靠近河流或农田的郊外，许多养殖户缺乏环保意识，将污水随意排放到周边的河流，导致水质恶化，造成水体污染。而被污染的水体会不断渗透，从而对地下水造成污染，影响畜禽和人类的饮水健康。和其它畜禽相比，水禽粪便一般直接排放在水体中，难以回收，并且一旦发生禽病，极易造成水体中病菌病毒的传播。

畜禽粪污排放是造成农业面源污染的首要原因，同时也是造成水体富营养化的主要原因。据报道，家畜氮排放约占农业氮排放的35%，占全球总氮排放的29%～34%。目前，在畜禽养殖过程中氮磷利用效率较低，其中奶牛饲粮中仅有25%～35%的氮可以转化为乳蛋白，猪对饲料中氮的利用率仅30%～55%，磷的利用率也只有10%～25%，其余大部分随粪尿排出体外。这样不仅造成饲料资源的浪费，而且加重了环境中氮磷的富集。畜禽集约化养殖过程中过量使用的抗生素不但会在畜禽体内沉积，也会随动物的排泄物进入到环境中，特别是四环素类和氟喹诺酮类。Wei等针对大型畜禽养殖场废水和地表水中抗生素含量进行检测，结果显示畜禽废水中磺胺二甲嘧啶(SMZ)、磺胺甲恶唑(SMX)、土霉素(OTC)、强力霉素(DOX)和磺胺嘧啶(SD)的最高浓度依次为211、63.6、72.9、39.5和17.0 μg/L，含量严重超标。闾幸对浙江省10家大型规模化养猪场的废水进行了四环素类、磺胺类、喹诺酮类及大环内酯类等10种抗生素的检测分析，结果发现抗生素的检出率高达70%～100%。畜禽养殖过程中抗生素高检出率说明抗生素在饲料中使用十分不规范，不仅导致其在肉蛋奶产品中残留，也会使细菌产生耐药性，从而造成抗生素使用量越来越大。另外，粪污中的抗生素还会通过食物链传递，严重威胁人类的生命健康。

1.2 土壤污染

目前，饲料添加剂已经广泛应用于现代畜禽养殖业，这些添加剂中往往包含锌、铜、砷等重金属。然而，畜禽对重金属的利用效率很低。有研究表明，猪饲料中的锌仅有4%～8%能被动物体吸收。这也导致大部分饲料中的重金属富集到粪便中，通过施肥到土壤里，而重金属由于不易被土壤中的微生物降解，会长期滞留在土壤，导致土壤中重金属浓度不断升高，从而对土壤生态平衡造成破坏。有研究结果表明，未经无害化处理的粪便施入土壤，会导致土壤中重金属累积，直接造成农作物减产和农产品质量下降。并且土壤中的重金属还会被植物吸收富集于人体，对人体的骨骼和器官产生负面影响。柏兆海发现，土壤中反复施用畜禽粪尿作肥料，会对植物和微生物带来中长期毒性风险，直接影响作物产品安全和营养品质，最终通过食物链和食物网危害到动物和人类的健康。除此之外，畜禽在屠宰过程中会产生许多废弃物，这些屠宰废弃物的堆放会侵占土地资源，造成土壤缺氧而使得土表结块变硬，废弃物中所含的盐分还会导致土壤盐碱化，不利于土壤可持续发展。

1.3 气体污染

畜禽养殖造成的气体污染主要与甲烷(CH)、氨气(NH)、硫化氢(HS)等排放密切相关。前期研究结果表明，全球畜牧业所产生的废气占农业除二氧化碳(CO)外温室气体排放量的80%，占全球排放总量的12%。在畜禽排放的废气中，CH作为反刍动物瘤胃发酵产物，化学性质稳定且很难被吸收，主要以嗳气的形式排出。目前，CH是仅次于CO的第二大温室气体，其增温潜能值是CO的25倍。据Zhuang报道，2019年CH排放总量高达14.3 Tg，占全球家畜胃肠道CH排放量的18.7%，并且还呈现逐年递增的趋势。另外，废气中NH的产生主要与猪相关，李季等发现畜禽舍内蛋白代谢和尿素分解产生NH与其他氧化产物反应是PM的重要来源。据测定，每头育肥猪每天排放的NH约为70 g。在禽类饲养环境中，0～3周龄肉鸡禽舍内的NH浓度应当不超过13 mg/kg，4～6周龄不超过20 mg/kg。而在实际生产中，禽舍内的NH浓度可以达到50 mg/kg。在高浓度NH环境中，肉鸡会出现足部感染、跛行等状况，还会引起眼部异常，改善环境中不利于畜禽生长的因素迫在眉睫。除了CH和NH，HS也对动物的粘膜有直接刺激作用，导致畜禽眼睛和呼吸道等产生炎症。甚至在畜禽屠宰后有机物降解过程中，腐烂变质部分还会产生难闻的有害气体，不仅长期招引蚊虫繁殖并且极易传播有害病菌。尤其是在养殖环境通风不好的情况下，随着有害气体浓度的增大，病原体数量增多，严重时发生慢性或急性中毒，直接导致畜禽生产性能下降，减少畜禽生产效益。

2 防治措施

畜禽养殖业是中国农业经济发展的重要组成部分，直接关系到国计民生。必须重视畜禽养殖污染防治，统筹兼顾，推进畜禽养殖废弃物的综合利用和无害化处理，推动中国畜牧业可持续健康发展。根据目前存在的畜禽养殖污染现状，可以从优化饲粮配方、合理使用饲料添加剂、畜禽废弃物处理标准化、场舍建设合理化和制定相关政策几方面采取防治措施，为保护环境提供可行性方法。

2.1 优化饲粮配方

有研究表明，低蛋白饲粮是提高动物饲粮中氮利用率和减少氮排泄的有效策略之一。当仔猪饲粮蛋白水平从21%降低至17%时，仔猪营养物质消化率得到了改善，并且仔猪腹泻率显著降低。在生长猪的育肥试验中，当饲粮蛋白水平适当调低时，猪的营养物质降解率和育肥效果均得到了明显提高。如果育肥猪的氮摄入量显著降低，继而氮排出量和氮沉积量也能显著降低。在哺乳母猪试验中，当饲粮蛋白水平降至16%时，可以减少NH排放，提高母猪对氮的利用率，并改善了母猪的繁殖性能。Wang等发现，饲粮中较低的蛋白水平可以降低肉鸡氮的排泄量，但是会抑制肉鸡生长。不过在适度降低后及时补充合成氨基酸可使肉仔鸡生长性能不受损害。Namroud等研究表明，鸡饲料中蛋白水平分别减少1.5%和3%，雄鸡氮的排泄量分别减少9.5%和17%，雌鸡分别减少11.8%和14.6%。这些研究结果说明，通过降低饲粮蛋白水平和额外补充一定的氨基酸都有助于减少氮的排泄，提高氮的利用效率。

其次，有研究发现, 调整饲粮的精粗比能够有效降低CH生成。日粮非纤维性糖类(nonfiber carbohydrate, NFC)与中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)的比值可以调控瘤胃微生物和瘤胃发酵参数。李岚捷等试验发现饲喂3～6月龄的肉犊牛NFC/NDF的比值最高的日粮组甲烷能最低，CH排放量最少。除了适当的增加精料可以有效减少CH排放外，选择低纤维类粗饲料也可以抑制CH生成。另有研究表明额外添加合成氨基酸也能提高饲粮中氮利用率和降低氨排放，约有60%的氮排放可转化为氨。因此，降低饲粮蛋白水平和调整饲料精粗比尤为重要，减少饲粮营养物质的浪费可以从源头上减少一定程度的污染。

2.2 合理使用饲料添加剂

饲料添加剂可以提高饲料中氮、磷和微量元素的生物利用率。其中，饲料里50%～70%的磷以植酸磷的形式存在，磷的利用率也与植酸磷的含量和活性密切相关。李文刚等在猪的饲粮中添加0.08%的植酸酶和减少60%的磷酸氢钙后发现，磷的排泄量减少30%～40%。朱莲英等在仔猪和中猪阶段饲粮中添加植酸酶后，粪尿中磷排泄量分别降低27.2%和33.1%，植酸磷排泄量分别降低11.9%和17.6%，氮排泄量分别降低10.4%和9.3%。在家禽研究中，Rokade等发现，肉鸡饲粮中添加均衡氨基酸和蛋白酶可以减少氮的排泄量，并且对肉鸡的生产性能没有负面影响。徐晓娜等发现，鹅饲粮中植酸酶添加量增加到900 IU/kg时，可以极显著提高饲粮钙、磷表观利用率，减少总氮和总磷排泄量。赵若含等发现，泌乳荷斯坦奶牛使用复合添加剂后，饲粮消化率显著提高，总氮和总磷排泄量分别减少16.3%和16.1%。这些研究结果说明，在饲料中添加适宜剂量的植酸酶可以提高氮磷利用效率，从而减少养殖过程中氮磷排泄量。

在日粮中使用添加剂调节反刍动物瘤胃发酵也是减少CH排放的有效方法。向日粮中添加适量的油脂可以减少附着在原虫上的甲烷菌数量，抑制CH生成。多项研究表明，在反刍动物日粮中添加适量菜籽油、玉米油和亚麻籽油，对CH排放量均有不同程度减少。除此之外，添加硝酸盐也能明显抑制甲烷菌活性，硝酸盐成为常见甲烷抑制剂被广泛运用到反刍动物CH减排中。

2.3 畜禽废弃物处理标准化

畜禽养殖业进行规模化养殖生产规划时，需要以保护生态环境为基础，全面考虑畜禽废弃物的处理情况。首先，养殖场必须定期消毒，减少病原菌的生成。在畜禽排泄区域进行干湿分离，及时收集动物排泄物，避免产生粪便和尿液混合物，有效抑制NH等有害气体产生。通过铺设有机垫料与粪便接触发酵，这不仅可以消除恶臭，还能抑制害虫和病菌等。清粪方式注意干清粪和固液分离，这样不仅可以减少污水产生量，还可以提高粪尿收集率，从而减少粪污发酵产生的CH。另外，在饲粮和粪尿中加入吸附剂可以有效降低NH的产生，同时保持畜禽舍良好通风也能降低舍内NH浓度。Pedersen等研究发现，地板的材质会显著影响猪舍NH排放量，用金属或塑料漏缝地板替代混凝土地板，可以避免粪尿在漏缝中的残留，减少10%～40%的NH生成。Liao等研究表明，经过固液分离的粪尿应当进行集中区别处理，液体部分进行厌氧沼气，固体部分进行好氧堆肥，这样有助于微生物快速将有机物充分降解，是减少温室气体产生的有效手段。另外，研究发现，电化学法可以对具有生物毒性物质、难降解的有机物进行降解。例如，利用石墨板和不锈钢板作为电极处理养殖粪便，能够有效的降低养殖粪便中的重金属离子含量。这方面技术已经在畜禽废弃物处理方面得到了广泛的关注，有潜力成为一种较为经济环保的方法。

2.4 场舍建设合理化

畜禽养殖场舍的建设必须避开城镇居民区和水源保护区等，并且需要符合环境保护和防疫要求。养殖场应当设在常年主导风向的下风向或侧风向处，远离村庄集中饮用水源地，距离村民居住区500 m以上。根据畜禽养殖量确定饲养场面积，养殖区域需以合理的密度引进畜禽，避免畜禽因养殖密度过大而感染传染病，这样有助于减少抗生素的使用频率。其次，畜禽养殖企业应该积极探索和推广水禽等新型养殖方式，减少水体污染，提高水禽饲养的生物安全水平。除此之外，还应当对养殖人员进行专业技术培训，包括日常养殖标准、抗生素使用规范等，加强养殖人员自身文化素养，学习在养殖过程中严格控制添加剂和抗生素的使用，从根本上避免滥用和误用。

2.5 制定相关政策

国务院2013年7月份出台了《畜禽养殖污染防治条例(征求意见稿)》，明确提出了畜禽养殖污染防治办法及具体措施。但根据农村的实际情况来看，养殖业污染问题未得到有效遏制。2014年1月1日，国务院正式颁布实施《畜禽规模养殖污染防治条例》(国务院令第643号)，这是中国第一部由国务院制定实施的农业农村环境保护行政法规，凸显了现阶段中国政府对畜牧业污染防治的高度重视。中国共产党的十九大提出实施“乡村振兴”战略，明确了“产业兴旺、生态宜居、乡风文明、治理有效、生活富裕”的总要求。国家农业农村部发布194号公告，自2020年元旦起，中国饲料中全面禁止添加抗生素，减少滥用抗生素造成的危害，维护动物源食品安全和公共卫生安全。相关部门应当加强执法监管，强化源头管控，督促建设或完善配套的污染治理设施，对现有不符合规定的养殖企业，责令限期整改。技术人员应当提倡生态、科学、环保养殖等最新养殖技术，将环保宣传到底。广大养殖户也必须充分认识污染防治管理的必要性、紧迫性，提高保护农村环境的自觉性。养殖户应与相关部门通力合作，将畜禽养殖污染的防治管理摆上重要议事日程，决不能以牺牲群众利益和广大农民赖以生存的环境为代价换取经济效益。

3 小结与展望

中国作为农业大国，畜禽养殖业规模庞大，目前行业总产值稳定在3×10元左右，在农业经济中占主导地位，但是畜禽养殖业所带来的环境污染问题更应该引起高度重视。畜禽养殖生产上需要充分推动种养结合、农牧循环的新型种养关系，这样有助于在保护环境的同时充分利用资源，一举两得。养殖户与相关部门密切配合，对畜牧业繁荣发展和环境污染防治统筹兼顾，保证畜禽养殖污染防治工作取得实效。通过采取以上措施，坚持建设可持续发展的现代畜牧业，为环境生态保护保驾护航。