湖南省常德市畜禽糞污排放量估算與治理對策

郭冬生，彭小蘭

(1.湖南文理學院生命與環境科學學院，動物學湖南省高校重點實驗室，湖南常德415000;2.常德市武陵區畜牧獸醫水產局，湖南常德415000)

湖南省常德市畜禽糞污排放量估算與治理對策

郭冬生1，彭小蘭2

(1.湖南文理學院生命與環境科學學院，動物學湖南省高校重點實驗室，湖南常德415000;2.常德市武陵區畜牧獸醫水產局，湖南常德415000)

為了解湖南省常德市畜禽糞便及其污染物排泄情況，為畜禽養殖業污染物防控與治理提供依據，以《2011湖南省常德市農村統計年鑒》中畜禽出欄數作為統計基數，根據畜禽糞便排放系數和糞汚含量，估測了2011年湖南省常德市畜禽糞汚排泄情況。結果表明，2011年湖南省常德市畜禽糞便產生總量792.97萬t，尿液排泄總量441.71萬t，COD(化學需氧量)33.16萬t，BOD(生化需氧量)29.98萬t，NH3-N 2.48萬t，總磷4.36萬t，總氮8.21萬t;畜禽糞便Zn、Cu、Cr、Pb、Cd、Ni、As、Hg的排泄量分別為284.36、217.13、32.61、36.86、6.05、33.44、5.43、0.29 t;2011年湖南省常德市畜禽糞便排泄抗生素總量22.23 t，其中四環素類、喹諾酮類和磺胺類分別為15.94、0.413和5.87 t，雞糞是抗生素排泄的主體，占抗生素總排泄數的49%，四環素占總抗生素排泄量的71.72%;2011年湖南省常德市畜禽糞便發酵產氣總量約為77 002萬m3。畜禽養殖業糞汚排泄量巨大，危害嚴重，在實踐中應堅持減量化、無害化和資源化三原則，倡導畜禽健康養殖新理念。

常德市;畜禽糞便;排泄參數;估測

集約化和規模化畜禽養殖模式的發展極大地滿足了人類對動物性食品的需求，也促進了農業經濟的快速發展，目前，我國已成為世界上最大的豬肉和禽蛋生產與消費國，牛奶總產量也是世界第三大國。湖南省是一個傳統的農業大省和強省，據《2011湖南農村統計年鑒》中公布的統計資料，2011年湖南省出欄生豬7998.58萬頭、出欄牛181.03萬頭、出欄肉羊718.96萬頭、出欄家禽58209.45萬羽、出欄肉兔527.52萬只、肉類總產量674.2657萬t、牛奶產量7.6694萬t［1］。畜禽養殖業對湖南農業經濟發展占有舉足輕重的作用，常德市是湘西北的傳統農業大市，畜禽養殖業以養羊和養禽為主。畜禽集約化養殖模式發展，給生態環境和食品安全也造成了前所未有的壓力，畜禽糞便中的重金屬元素，抗生素、病原微生物，氮、磷，氨氣、硫化氫、甲烷等有毒有害氣體對水環境、空氣環境和土壤環境造成嚴重污染和危害，是一個急切解決的重要課題。2011年湖南省畜禽糞便產生總量為6680.29，COD 327.49，BOD 302.39萬t，NH3-N 26.04萬t，總磷30.78萬t，總氮64.45萬t;畜禽糞便中重金屬排泄量分別為Zn 3802.54 t、Cu 2772.43 t、Cr 335.67 t、Pb 265.06 t、Cd 51.11 t、Ni240.6 t、As47.63 t、Hg 2.16 t;2011年湖南省畜禽糞便發酵生產沼氣總量約為572088萬M3。本論文根據畜禽糞便排放系數和畜禽糞便污染物含量，以湖南省常德市2011年農業統計年鑒中的畜禽出欄數為基數，估算2011年湖南省常德市畜禽糞尿排泄量，畜禽COD、BOD、NH3-N、總磷和總氮排泄量，畜禽糞便中重金屬和抗生素排泄量，糞便發酵沼氣產量，為畜禽糞污的治理提供理論依據和實踐指導。

1 材料與方法

1.1 基礎數據

從表1可見，2011年湖南省常德市出欄生豬590.63萬頭、出欄牛14.75萬頭、出欄肉羊170.26萬頭、出欄家禽11 508.06萬羽。本論文中畜禽糞便和污染物排泄量均以表1中的畜禽出欄數作為計算基數。

1.2 計算參數

1.2.1 畜禽糞便排泄系數畜禽糞便排放系數受動物品種、采食量、飼料、環境等諸多因素的影響，因此畜禽排放系數差異很大，難以標準化和統一。本論文畜禽糞便排放系數參照國家環境保護總局文件“關于減免家禽業排污費等有關問題的通知”(環發［2004］43號)，牛、豬、雞、鴨的糞便日排放系數和年排放系數見表2，畜禽糞便中污染物平均含量見表3，家禽的糞便排放系數和糞污含量取表2～3中雞和鴨的平均值。另外，羊的糞便排放系數及污染物含量參照王方浩等中國畜禽糞便排泄系數及其中的養分含量［2］(表4)。

表1 2011年湖南省常德市各區縣市豬、牛、羊、家禽出欄數與產量Table 1 Production and slaughtered of pigs，cattle，sheep，poultry in Changde city of Hunan province in 2011

表2 畜禽糞便排泄系數Table 2 Excretion coefficient of livestock and poultrymanure

表3 畜禽糞便中污染物平均含量Table 3 Content of pollutants in different livestock and poultrymanure (kg/t)

表4 畜禽糞便排泄系數及其中的養分含量(鮮重)Table 4 Excretion coefficient and nutrient content of livestock and poultrymanure

1.2.2 畜禽糞便重金屬含量微量元素是保證動物健康和促進動物生長所必需的，但很多飼料廠和養殖場為了盲目追求畜禽生長速度、增強動物抗病力或調控動物生理與代謝，超量添加銅、鋅、砷、錳、鉛等微量元素添加劑，導致重金屬含量大量排放。畜禽糞便中重金屬含量差異很大，尤其是受飼料中添加劑添加量，動物生長階段和地域等諸多因素影響，本論文中豬糞、雞糞、牛糞和羊糞中重金屬含量參照劉榮樂等不同畜禽糞便中重金屬含量平均值［3］(表5)。

1.2.3 畜禽糞便發酵產氣系數沼氣發酵技術是實現農村廢棄物資源化利用，改善環境，促進生態農業建設的有效途徑之一［4］。沼氣發酵原料主要包括:畜禽養殖廢棄物，如豬、雞、牛、羊、鴨、兔等家畜家禽糞便;農作物的秸稈、雜草、樹葉等;以及農產品加工的廢物和廢水［5］。常見畜禽糞便和秸稈發酵產氣潛力參照農村家用沼氣發酵工藝規程(GB 9958-1988)［6］(表6)。

表5 不同畜禽糞便中重金屬的含量Table 5 Content of heavymetals in different livestock and poultrymanure(mg/kg干重)

表6 常見原料每千克干物質的產氣量(沼氣)Table 6 Gas production of common material per kilogram dry(biogas)

羊糞沼氣發酵產氣量根據路娟娟(2006)研究報道［4］，在平均室溫22.9℃的條件下，以羊糞為原料，進行批量發酵產沼氣的試驗研究，在液料TS濃度為8.65%時，羊糞發酵產沼氣潛力為214.47 mL/g，即0.21447 m3/kg。

1.2.4 畜禽糞便抗生素含量由于抗生素具有抗病治病、促進生長和提高飼料利用率等功效而被廣泛使用，對于促進畜禽養殖業發展起到了重要作用。據調查推算，中國每年生產抗生素原料大約21萬t，其中有9.7萬t用于畜禽養殖業，占年產總量的46.1%。用于畜禽養殖業的抗生素主要是四環素類、磺胺類、泰樂菌素和枯草桿菌抗生素等，當抗生素隨飼料進入動物消化道后，僅有少部分經過羥基化、裂解和葡萄糖苷酸化等代謝反應生成無活性產物，大約60%～90%以藥物原形或初級代謝產物的形式通過糞便和尿液排出體外［7］。畜禽糞便中抗生素殘留量與養殖方式和動物種類等諸多因素密切相關，本論文參照張慧敏等研究報道［8－11］，篩選出畜禽糞便中抗生素含量(表7)，作為估測畜禽糞便抗生素排泄量的計算參數。

表7 不同畜禽糞便中抗生素的含量Table 7 Antibiotic amounts in different livestock and poultrymanure(g/kg)

表8 畜禽糞便干物質含量Table 8 Drymatter content of animalmanure(%)

1.3 計算方法

以2011年湖南省常德市各縣市區豬、牛、羊和家禽的出欄數作為統計基數，根據上述畜禽糞便排泄系數、糞污、重金屬和抗生素含量及畜禽糞便發酵產氣系數，結合畜禽糞便干物質含量(表8)，分別估算2011年湖南省常德市畜禽糞便產生量，糞污、重金屬和抗生素排泄量，糞便發酵產氣量，為環境治理提供依據和參考。

畜禽糞便產生總量的估算:θ=N×P，θ為年度糞便產生量;N為飼養量;P為排泄系數。

畜禽糞便中糞污、重金屬和抗生素排泄量估算: A=θ×C，A為畜禽糞便年度產生的糞污、重金屬和抗生素排泄量;θ為年度糞便產生量;C為畜禽糞便中糞汚、重金屬和抗生素含量。

糞便發酵產氣量估算:v=θ×λ，v為畜禽糞便年度產生沼氣總量;θ為年度糞便產生量;λ為畜禽糞便發酵產氣系數。

2 結果與分析

2.1 2011年湖南省常德市畜禽糞便產生量

從表9可見，2011年湖南省常德市豬、牛、家禽和羊出欄總數12 283.7萬頭(萬只、萬羽)，糞便產生總量792.97萬t，尿液排泄總量441.71萬t，COD (化學需氧量)33.16萬t，BOD(生化需氧量)29.98萬t，NH3-N 2.48萬t，總磷4.36萬t，總氮8.21萬t。

表9 2011年湖南省常德市畜禽糞便及其污染物排放量估測值Table9 Estimated value of pollutant emissions from livestock and poultrymanure in Changde city of Hunan province in 2011

表10 2011年湖南省常德市畜禽糞便重金屬排放量估測值Table 10 Estimated value of heavymetals from livestock and poultrymanure in Changde city of Hunan province in 2011

受諸多因素影響，估測值與實際情況會有很大差別［12－14］，一是作為估測基數的畜禽數量很關鍵，一年中畜禽統計指標有出欄數、存欄數等，而且畜禽不同生長階段排泄系數差別也會很大;二是畜禽糞污排泄量與動物采食量，飼料營養水平和添加劑使用情況密切相關，日糧蛋白水平與氮和NH3-N排泄量高度相關;三是環境、氣候、地域、飼養管理和動物品種等也是影響糞污排泄的重要因素;四是統計年鑒中只提供了家禽總數，沒能區分雞和鴨種類，但雞和鴨的排泄系數及糞污含量差別很大，本論文中取其平均值。基于以上原因，畜禽糞污排泄量是動態數據，準確估算有相當難度。

2.2 2011年湖南省常德市畜禽糞便重金屬排泄量

微量元素是維持畜禽生長和保障畜禽健康必需的營養元素，因此，市場上有許多畜禽微量元素添加劑產品，但超量添加會導致體內殘留量和排泄量增加，對食品安全和生態環境構成巨大威脅。

表10分別估測統計了2011年湖南省常德市畜禽糞便中重金屬排泄量，Zn、Cu、Cr、Pb、Cd、Ni、As、Hg的排泄量分別為284.36、217.13、32.61、36.86、6.05、33.44、5.43、0.29 t。

由圖1可見，畜禽糞便中Zn和Cu是主要的金屬元素排泄物，排泄數量巨大，造成巨大的浪費和水土環境污染，Zn和Cu對于促進動物生長，維持動物健康所必需的，仔豬日糧中添加高銅(150～250 mg/ kg，硫酸銅)和高鋅(2000～3000 mg/kg，氧化鋅)有促進生長、降低腹瀉、提高飼料轉化率和增加動物采食量等作用和功效，因此，高銅高鋅在實踐中常常應用。Cr、Pb、Cd、Ni、As、Hg排泄量雖然不是很大，但危害卻是巨大的，毒副作用巨大，一般在日糧中不專門添加，主要來源于飼料污染和殘留。畜禽糞便中重金屬含量變異性很大，主要受日糧中微量元素添加劑用量的影響，一般添加量越多排泄量也就越大。

圖1 2011年湖南省常德市畜禽糞便中重金屬排泄量Fig.1 The heavy metal emissions coming from animal manure Changde city of Hunan province in 2011(T)

2.3 2011年湖南省常德市畜禽糞便發酵產氣量

畜禽糞便發酵產氣是最有效的“資源節約、環境友好”利用途徑，工廠化養殖模式下產生的大量畜禽糞便便于集中處理與利用，畜禽糞便是發酵生產沼氣的重要基質來源。根據不同畜禽糞便的發酵產氣潛力估測了2011年湖南省常德市畜禽糞便發酵產氣量，由表11可見，2011年湖南省常德市畜禽糞便發酵產氣總量約為77 002萬m3，是一個數量巨大的清潔能量來源。研究發現，1 m3沼氣完全燃燒后，能產生相當于0.7 kg無煙煤提供的熱量，據此估測，2011年湖南省常德市畜禽糞便發酵產氣量約相當于53.9萬t無煙煤產生的能量。

2.4 2011年湖南省常德市畜禽糞便抗生素排泄量

表9中2011年湖南省常德市畜禽糞便排泄總量，參照表7中畜禽糞便抗生素殘留值，分別估測豬糞、牛糞和雞糞中的四環素類、喹諾酮類和磺胺類3類抗生素排泄總量(表12)，為畜禽糞汚治理提供理論依據。

從表12可見，2011年湖南省常德市豬糞中排泄四環素類7560 kg，喹諾酮類245.8 kg，磺胺類1863.45 kg;牛糞中排泄四環素類870 kg，喹諾酮類104.87 kg，磺胺類693.38 kg;雞糞中排泄四環素類7510 kg，喹諾酮類62.38 kg，磺胺類3316.96 kg。按照動物種類和抗生素類別統計見表13。

從表13可見，磺胺類占26.43%，喹諾酮類占1.85%。不同動物種類不同抗生素排泄總量柱狀圖見圖2。雞糞是抗生素排泄的主體，占抗生素總排泄數的49%，牛糞占7.5%，豬糞占43.5%;從抗生素種類分析，四環素是畜禽糞便抗生素排泄的主體，占總量的71.72%。

表11 2011年湖南省常德市畜禽糞便發酵產氣量估測值Table 11 Estimated value of fermentation gas production from livestock and poultrymanure in Changde city of Hunan province in 2011

表12 2011年湖南省常德市畜禽糞便抗生素排放量估測值Table 12 Estimated value of antibiotic from livestock and poultrymanure in Changde city of Hunan province in 2011(kg)

表13 按照動物種類抗生素類別統計數據Table 13 Statistic results of antibiotic amounts according to the animal species(kg)

3 討論

畜禽糞便污染問題已引起相關部門的高度重視，是一個要著力解決的關鍵問題，在糞汚治理上應堅持三個原則，一是減量化原則;二是無害化原則;三是資源化原則(翁伯琦，2010;孔源，2002)［15－16］。

圖2 不同動物種類不同抗生素排泄量Fig.2 The different antibiotics excretion coming from different animal

減量化應做到根據畜禽不同生長階段和生理狀況，參照營養需要配制營養均衡的日糧，切不可為了盲目追求生長速度、增強動物抗病力或調控動物生理與代謝提高飼料營養水平，低蛋白日糧配制，有機微量元素和植酸酶等有利于糞汚的減量化。大量研究表明，添加合成氨基酸，按照理想氨基酸模式配制日糧，在不影響動物生長性能前提下使日糧蛋白質水平降低2%～5%，日糧中粗蛋白含量每降低1 %，氮的排出量就減少8.4%左右。在保持生產性能不變的情況下，添加必需氨基酸，將肥育豬日糧粗蛋白質從16%減至12%時，豬糞尿中氨氣的排放量減少79%。

生物發酵舍畜禽養殖零排放技術是將益生菌拌入墊料和飼料，將畜禽糞便中的有機物發酵分解成無機物，達到零排放的無害化處理目的，養殖過程中不清糞、沒有臭味、不沖洗圈舍、不排放污水，是一項對畜禽污染無害化處理的生態養殖技術。通過在畜禽日糧和墊料中添加EM微生物復合劑、絲蘭屬植物提取物、沸石粉(海泡石、膨潤土、硅藻石等)、綠礬(硫酸亞鐵)、活性炭、酸化劑等除臭劑，吸附、分解、轉化和抑制排泄物中的有毒有害污染物，對其進行無害化處理。在生長豬日糧中添加2%海泡石，可使糞尿中氨含量減少6%。

資源化是大力發展循環經濟，變廢為寶，糞汚資源化途徑主要是制作有機肥料、發酵生產沼氣和制作飼料等，是最符合“資源節約、環境友好”理念的利用途徑，也是應大力發展和加強的，大力倡導畜禽健康養殖。各種畜禽糞尿平均含有約25%的有機質，其中全氮平均0.55%，全磷0.22%，全鉀0.6 %左右。糞便中的有機質經過微生物的分解和重新合成，最后形成腐殖質，其對土壤改良、培養地力的作用是任何化肥都無法比擬的。制作飼料的方法主要包含直接飼喂、干燥處理、發酵處理、青貯和膨化制粒等。主要的方式是將畜禽糞便與禾本科青飼料一起青貯，制作的飼料具有酸香味，適口性好，同時可以殺死糞便中的病原微生物和寄生蟲。目前，有一些國家不提倡將畜禽糞便用作飼料，因為糞便飼料具有一些潛在的危險和不足，而且營養成分含量也不均衡。

4 結論

本論文以《2011湖南省常德市農村統計年鑒》中出欄畜禽數量作為統計基數，根據畜禽排放系數和糞汚含量，估測了2011年湖南省常德市畜禽糞汚排泄情況，以供參考:①2011年湖南省常德市出欄生豬590.63萬頭、出欄牛14.75萬頭、出欄肉羊170.26萬頭、出欄家禽11508.06萬羽。②2011年湖南省常德市畜禽糞便總量792.97萬t，尿液排泄總量441.71萬t，COD(化學需氧量)33.16萬t，BOD(生化需氧量)29.98萬t，NH3-N 2.48萬t，總磷4.36萬t，總氮8.21萬t。③2011年湖南省常德市畜禽糞便中Zn、Cu、Cr、Pb、Cd、Ni、As、Hg的排泄量分別為284.36、217.13、32.61、36.86、6.05、33.44、5.43、0.29 t。④2011年湖南省常德市豬糞排泄四環素類7560 Kg，喹諾酮類245.8 kg，磺胺類1863.45 kg;牛糞排泄四環素類870 kg，喹諾酮類104.87 kg，磺胺類693.38 kg;雞糞排泄四環素類7510 kg，喹諾酮類62.38 kg，磺胺類3316.96 kg。雞糞是抗生素排泄的主體，占抗生素總排泄量的49 %，牛糞排泄抗生素占7.5%，豬糞排泄抗生素占43.5%;從抗生素種類分析，四環素是畜禽糞便排泄的主體，占總量的71.72%，磺胺類占26.43%，喹諾酮類占1.85%。⑤2011年湖南省常德市畜禽糞便發酵產氣總量約為77002萬m3，相當于53.9萬t無煙煤產生的能量。⑥畜禽糞汚治理應堅持減量化、無害化和資源化三原則，倡導畜牧健康養殖理念。

［1］2011湖南農村統計年鑒［M］.北京:中國統計出版社，2011.

［2］王方浩，馬文奇，竇爭霞，等.中國畜禽糞便產生量估算及環境效應［J］.中國環境科學，2006，26(5):614－617.

［3］劉榮樂，李書田，王秀斌.我國商品有機肥料和有機廢棄物中重金屬的含量狀況與分析［J］.農業環境科學學報，2005，24(2): 392－397.

［4］路娟娟，張無敵，劉士清，等.羊糞沼氣發酵產氣潛力的試驗研究［J］.可再生能源，2006(5):29－31.

［5］宋立，鄧良偉，尹勇.羊、鴨、兔糞厭氧消化產沼氣潛力與特性［J］.農業工程學報，2010，26(10):277－282.

［6］國家標準.GB 9958-1988，1989農村家用沼氣發酵工藝規程［S］.

［7］孫剛，袁守軍，計峰，等.畜禽糞便中抗生素殘留危害及其研究進展［J］.環境與健康雜志，2009，26(3):277－279.

［8］張慧敏，章明奎，顧國平.浙北地區畜禽糞便和農田土壤中四環素類抗生素殘留［J］.生態與農村環境學報，2008，24(3):69－73.

［9］邰義萍，羅曉棟，莫測輝，等.廣東省畜牧糞便中喹諾酮類和磺胺類抗生素的含量與分布特征研究［J］.環境科學，2011，32(4): 1188－1193.

［10］李云輝，吳小蓮，莫測輝，等.畜禽糞便中喹諾酮類抗生素的高效液相色譜—熒光分析方法［J］.江西農業學報，2011，23(8): 147－150.

［11］國彬，姚麗賢，何兆桓，等.高效液相色譜法測定畜禽廢棄物中磺胺類、喹諾酮類抗生素［J］.環境化學，2011，30(12):2054－2059.

［12］張樹清，張夫道，劉秀梅，等.規模化養殖畜禽糞主要有害成分測定分析研究［J］.植物營養與肥料學報，2005，11(6):822－829.

［13］李書田，劉榮樂，陜紅.我國主要畜禽糞便養分含量及變化分析［J］.農業環境科學學報，2009，28(1):179－184.

［14］李慶康，吳雷，劉海琴，等.我國集約化畜禽養殖場糞便處理利用現狀及展望［J］.農業環境保護，2000，19(4):251－254.

［15］翁伯琦，雷錦桂，江枝和，等.集約化畜牧業污染現狀分析及資源化循環利用對策思考［J］.農業環境科學學報，2010，29(增刊):294－299.

［16］孔源，韓魯佳.我國畜牧業糞便廢棄物的污染及其治理對策的探討［J］.中國農業大學學報，2002，7(6):92－96.

(責任編輯 陳虹)

Estimation of Production Amount of Livestock and Poultry M anure and Control Countermeasures in Changde City of Hunan Province

GUO Dong-sheng1，PENG Xiao-lan2
(1.College of Life and Environmental Science，Hunan University of Arts and Science，Key Laboratory of Zoology in Hunan Higher Education，Hunan Changde 415000，China;2.Aquatic Animal Husbandry and Veterinary Bureau of Changde Wuling District，Hunan Changde 415000，China)

The objective of thisexperimentwas to understand the pollution status of livestock and poultry breeding to provide theoretical basis for itsprevention and control in Changde city of Hunan province.Based on the excretion parameter of animal and the Changde ruralstatistical yearbook of 2011，the production amountof livestock and poultrymanure in 2011 in Changde city of Hunan provincewasestimated.The results showed that the amount of livestock and poultrymanure in the year2011 in Changde city of Hunan provincewas792.97 million tons，the amounts of urine，COD，BOD，NH3-N，TP，TN were 441.71，33.16，29.98，2.48，4.36，8.21 million tons，respectively;The amounts of zinc，copper，chromium，lead，cadmium，nickel，arsenic，mercury were 284.36，217.13，32.61，36.86，6.05，33.44，5.43，0.29 tons，respectively.The excretion antibiotics amount of livestock and poultrymanures in the year 2011 in Changde city of Hunan province was22.23 tons，the amount of Tetracycline，Quinolones，Sulfonamides was 15.94，0.413，5.87 tons，respectively.The fowl dung are themajor route of antibioticsexcretion，accounted for49%of the total.Tetracyclinewas themain antibiotic from the livestock and poultrymanures，which accounted for 71.72%of the total.The amountofmarsh gaswas77002 million cubicmeters from the animalmanure of2011.The amountof livestock and poultrymanurewas huge quantity，the pollution was serious，the reduction，harmlessnessand resourceswere themeasures and methods of animalmanure.

Changde city;Animalmanure;Excretion parameter;Estimate

S19

A

1001－4829(2017)2－0444－08

10.16213/j.cnki.scjas.2017.2.034

2016－01－20

2014年湖南省普通高等學校教學改革研究項目(湘教通［2014］247號，No.400);2014年湖南文理學院教學改革研究重點項目(JGZD1410);2014年常德市科技計劃項目(2014JF18)

郭冬生(1973－)，男，湖南澧縣人，教授，碩士，動物營養與飼料科學，E-mail:guods888@163.com，Tel:13548885916。