山东省猪粪便和粪源重金属排放量估算及环境效应分析

81山东省猪粪便和粪源重金属排放量估算及环境效应分析

李培培，王建华，张宝珣，郝海玉，黄晓，祝贵华（青岛市畜牧兽医研究所，山东青岛266100）中图分类号：S828

文献标志码：A

文章编号：1002-1957(2019)01-0081-03

摘要随着规模化、集约化生猪产业的发展，粪源重金属含量过高，成为制约猪粪便资源化的重要因素。文章估算了2016年山东省猪粪便、粪源重金属排放量，结果表明：2016年山东省猪粪便排放量为5839.74万t，总氮、总磷排放量分别为24.96万t、9.41万t，粪源锌、铜、砷、铬、铅、镉排放量分别为75.71t、18.75t、1.45t、0.49t、0.12t和0.04t，提出了减少猪粪便中污染物和重金属含量的措施，倡导生猪产业绿色发展。关键词猪；粪便；重金属畜禽粪便含有丰富的有机质、氮、磷、钾等养分，可以作为肥料还田，保持和改善土壤质量，提高[1]作物产量。畜禽粪便中残留了部分重金属，施用重金属含量超标的粪肥可能污染土壤[2]，该污染具有不可逆性和难以修复性，而且会导致农产品中出现较明显的重金属累积现象[3]，一旦食用便会危害人体健康。随着人们对农产品生态、安全、环保等的日益关注，畜禽粪肥重金属超标问题亟待解决。山东省是畜牧业大省，生猪养殖是畜牧业的传统产业之一，2016年生猪出栏4662.04万头，占全国总出栏的6.81%，居第4位。目前，猪饲料添加剂中大量使用铜、铁、锌等微量元素[4]，而猪对重金属的吸收率较低，大部分通过粪便排出体外，导致粪源重金属污染。本文根据猪饲养数量、饲养周期、排泄系数等估算其粪便排放量、养分、污染物及重金属含量等，并对其产生的环境效应进行分析，提出减排措施，为猪粪便的无害化处理和资源化利用提供参考。1材料与方法1.1数据来源山东省生猪产业情况见表1。该年度，2016年，潍坊市生猪存栏量、出栏量分别为431.60万头、猪肉产量62.58万t，均居全省首位；菏821.47万头，泽市生猪存栏402.41万头，居全省第二位，临沂市存栏386.28万头，列第三位；临沂市、菏泽市生猪出栏量、猪肉产量分别居全省第二、三位。收稿日期：2018-11-30基金项目：国家自然科学基金猪血管内皮细胞NFkBp65基因敲除及其相关信号转导数学模型的建立（31301936）；青岛市财政专项资金项目农业部华东动物营养与饲料科学观测实验站运行经费作者简介：李培培（1982-），女，山东潍坊人，畜牧师，硕士，主要从事畜牧兽医技术推广工作.E-mail：lipeipei1982@163.com通讯作者：王建华（1976-），男，高级畜牧师.E-mail：jhwang_126@126.com

表12016年山东省猪存栏量、出栏量及猪肉产量

项目存栏/万头出栏/万头猪肉产量/万t济南市170.52270.1920.15青岛市179.35294.8622.11淄博市.0798.397.25枣庄市115.29181.5513.40东营市55.5077.285.47烟台市251.222.2731.60潍坊市431.60821.4762.58济宁市285.00194.7836.37泰安市215.58374.1027.87威海市96.40142.9610.77日照市142.41234.9815.61莱芜市50.6353.763.85临沂市386.28620.5744.83德州市363.61586.6042.77聊城市167.73280.2722.34滨州市121.791.0912.22菏泽市402.41595.6244.43合计27.094662.04383.53

注：数据源自《山东省统计年鉴-2017》。

1.2研究方法畜禽粪便1.2.1猪粪便排放量猪粪便排泄系数[5]、干物质含量[6]见表2，能繁母猪按照占总存栏量的全年饲养；生猪饲养周期按180d计算。10%测算，项目

粪尿

表2猪粪便排泄系数和干物质含量排泄系数（·干物质含量/%/kgd-1）

2.0183.3-

畜禽排泄系数乘以该畜禽饲养量及饲养周期，可测算出畜禽粪便排放量。猪年粪便排放量计算公式如下[7]：Q=P伊N伊T伊10-3其中：Q为猪年粪便排放量，t；P为排泄系数kg/（只）·头；[头d]；N为饲养量，T为饲养周期，d。能繁母猪按存栏量计算，生猪按出栏量计算；饲82养猪SWINEPRODUCTION(1)2019

养周期根据调研确定，能繁母猪饲养期按365d计算1.2.2，生猪180d出栏。中有机猪质粪、氮便、中磷养等分含、量污染基本物保、重持金稳定属含，本量文猪鲜粪猪便粪中主要养分、污染物含量来源于国家环保总局自然生态保护司推荐的数据[8]，见表3。表3鲜猪粪中养分、污染物含量kg/t项目CODBODNH猪粪52.0057.033.083-N5.88TN3.41TP猪尿9.005.001.433.300.52

注：COD为化学需氧量（化学耗氧量）；BOD为生化需氧量

生化耗氧量）；NH为总磷含量。

3-N是水中氨氮含量指标；TN为总氮含量；TP

粪便中养分、污染物计算公式为：M=Q伊C伊10-3式中：M为粪便中养分或污染物含量，t；C为单位质量粪便养分、污染物含量，kg/t。畜禽粪源重金属受饲料原料中元素含量及添加量、动物生长阶段等因素的影响，本文参考潘寻等[9]猪粪便中重金属含量，见表4。表4山东省规模化养殖场猪粪便中主要重金属含量mg/kg铜（Cu）锌（Zn）铅（Pb）镉（Cd）铬（Cr）砷（As）472.8重金属1908.6排放量计2.9算公式为：0.912.336.5A=Q伊0.18伊F伊10-6式中：A为粪源重金属排放量，t；0.18为鲜猪粪中干物质比例；F为单位质量粪便重金属含量，mg/kg。22.1结果与猪分析表52016粪便），其中年，排放粪山量2东203.67省猪粪万便t，排尿放3量636.07为5839.74万t。从万区t域看，潍坊市猪粪便排放量最高，为867.18万t，其次为临沂市（666.75万t）、菏泽市（6.07万t）。表5

山东省2016年猪粪便排放量万t

项目粪尿合计

济南市109.72181.03290.75青岛市119.24196.75315.99淄博市39.37.96104.33枣庄市73.77121.73195.50东营市31.8752.5984.46烟台市170.36281.09451.45潍坊市327.24539.94867.18济宁市90.93150.03240.96泰安市150.41248.18398.59威海市58.5096.53155.03日照市94.99156.73251.72莱芜市23.0538.0361.08临沂市251.60415.15666.75德州市237.72392.24629.96聊城市113.14186.68299.82滨州市67.96112.14180.10菏泽市243.80402.276.07合计

2203.673636.07

5839.74

2.224.962016猪粪便磷分别占万t、年，养分、本9.41山年度化万东污染t，省猪物含量NH肥（3-N粪便折为TN纯）12.00、TP施用万排放量分别量（t的表6），氮为、20.00%3.71。潍坊市猪粪37.50%万t和1.40万t，占便该氮、磷排放量最高17.09%，分别为、显著降、低化44.32%肥使。可用量见。，如年果度化用粪肥肥（替折代纯）化施肥用，量能的够表6山东省猪粪便养分、污染物含量万项目CODBODNH济南市7.337.160.603-N1.24TN0.47TPt

青岛市7.977.780.651.350.51淄博市2.632.570.210.450.17枣庄市4.934.820.400.840.31东营市2.132.080.170.360.14烟台市11.3911.120.931.930.73潍坊市21.8821.361.783.711.40济宁市6.085.940.491.030.39泰安市10.069.820.821.700.威海市3.913.820.320.660.25日照市6.356.200.521.080.41莱芜市1.1.500.130.260.10临沂市16.8216.421.372.851.07德州市15.15.521.292.691.01聊城市7.567.390.621.280.48滨州市4.4.440.370.770.29菏泽市16.3015.921.332.761.04合计

147.31143.8612.0024.96

9.41

2.3粪猪源重粪源金重属金属主排要放受量饲粮中微量元素含量的影响。2016年，山东省猪粪便Zn排放量为75.71t，其余依次为素，也是其表Cu18.75t、As1.45t、Cr0.49t、Cd0.04（t粪7便）。中Zn含、量Cu最多是猪生的重长金发属育Pb0.12t、，必不需但的造微成量资元源浪费，而且污染了环境。As、Cr、Pb、Cd一般不在饲料中添加，主要来源于饲料、污染或残留，排放量远低于Zn、Cu，但毒副作用大，对水体、土壤造成污染。表7山东省猪粪便重金属含量

kg项目铜锌铅镉铬砷济南市933.733769.285.731.7824.2972.08青岛市1014.804096.6.221.9326.4078.34淄博市335.031352.462.050.8.7225.86枣庄市627.852534.503.851.2016.3348.47东营市271.251094.971.660.527.0620.94烟台市1449.825852.668.2.7637.72111.93潍坊市2784.9111242.1317.085.3072.45214.99济宁市773.813123.744.751.4720.1359.74泰安市1280.085167.427.852.4433.3098.82威海市497.882009.853.050.9512.9538.44日照市808.393263.324.961.21.0362.41莱芜市196.16791.861.200.375.1015.14临沂市2141.2583.7913.134.0855.71165.30德州市2023.098166.8112.413.8552.63156.18聊城市962.883886.955.911.8325.0574.33滨州市578.392334.863.551.1015.04.65菏泽市2074.838375.6712.733.9553.98160.18合计187.1575706.81115.0235.71487.901447.80（（2019第1期李培培，等.山东省猪养猪粪便和粪源重PRODUCTION金属排放量估算及环境效应分析SWINE83

33.1讨论猪猪粪粪便便排排放放量量受估排算泄系数、饲养量和饲养周期的影响，是一组动态数据，尤其排泄系数与饲料营养成分及消化率、个体、环境等因素有关，需要长期观测确定。2014—2016年山东省猪存栏量、出栏量逐年减少，导致估算结果可能偏小；生猪饲养周期根据市场需求波动，导致计算结果可能偏大；误差在一定范围内3.2相互抵消，基本能够反映山畜降禽低粪粪便东省猪粪便排放情况。便氮中、氮磷、排磷放等量污染与饲物粮排蛋放白量质、磷水平及消化率高度相关，源头减量是解决规模化猪场环保问题的关键环节之一。在氨基酸平衡条件下，低氮饲料对猪的生长性能和骨骼发育无显著影响，但能够降低氮排放，提高蛋白质的利用率[10]。许迟等（2017）[11]研究表明：低氮磷排放饲粮能够提高生长猪抗氧化能力和免疫性能，提高氨基酸的利用效率，降低饲养成本。饲粮中添加植酸酶，可以有效提高植酸磷、蛋白质和微量元素的消化率，降低粪便中氮、磷和金属元素的含量[12-13]。在饲料中添加益生菌剂，能够起到提高饲料消化率，降低饲粮氮水平的作用。所以，适度降低饲粮中粗蛋白质水平、减少无机磷添加量、添加益生菌剂和植酸酶等是实现氮、磷减排的有效途径。3.33.3.1减少猪粪源重金属排放部分能被畜降低禽饲料机体中吸微收量，元素绝大含量部量分随重粪便金排属出只体有外极[14]小。王飞等（2015）[15]研究表明，华北地区猪饲料重金属超标严重，畜禽粪便中重金属Cd、Cr、Cu、Zn的质量分Pb数研究、As与饲料显与饲料中示：猪中重粪重金便金属中属质量分数呈极显著正相关，Cu呈、显Zn著、Cr相含关量性与。其在黄玉饲料溢等[16]中含量呈正相关或极显著正相关。所以饲料是畜禽粪源重金属污染的源头[17]，因而减少饲粮中重金属的添加量、选择无污染和安全性高的饲料原料，可有效降3.3.2低猪粪有机微采用源重量元素有机金属是金微的排放属量元素元素（量与Organic。蛋白质、Trace小肽、Minerals氨基酸、）有机酸等配位体通过共价键或离子键结合形成的络合物或螯合物[18]，具有化学性能稳定，生物学效价和机体吸收利用率高等特点。在饲粮中，用有机微量元素替代无机微量元素，在不影响猪生长性能的情况下，可显著降低粪便中重金属的排放量[19-20]，降低养殖的环保压力。其中氨基酸微量元素螯合物是一种更为高效、环保的绿色饲料添加剂，可以同时补给畜禽必需的有效微量元素和性氮、2016总磷年，排山氨放东基量省猪酸，分别粪在养猪业占便该排年放中量得到广泛应用。度5化839.74肥施用万量t，总的17.09%便对环、境20.00%的污染问题，如果，能还够可合理以降利低化用，肥不使但用解量决，猪缓粪解土壤板结，提升基础地力。猪粪便重金属排放量大，其中Zn、Cu排放量分别为75.71t、18.75t，具有难迁移、难降解、易富集等特点，施用粪肥后，重金属在土壤或水体中累积，成为猪粪便无害化处理和资源化利用的因素。在养猪生产中应以源头减量为重点，减少重金属排放，并研发粪肥生产中去除重金属的新技术、新工艺、新材料等，解决规模猪场环保问题，促进产业健康可持续发展。参考[1]

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