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北京市规模化畜禽养殖场粪便和污水监测及承载力估算

更新时间:2009-03-28

近年来,由于农业产业结构的调整,畜禽养殖规模受到一定的控制,但仍然保持着很大的存栏基数,据统计,2015年北京市共有规模化畜禽养殖场2000余家,存栏猪165.6万头、禽212.84万只、奶牛12.42万头、肉牛5.1万头。畜禽养殖中产生大量的畜禽粪便和污水对周围的水源、土壤、空气可造成严重的环境污染问题,对畜禽养殖业的可持续发展和畜禽产品的质量安全构成威胁。随着人们生活水平的改善和生活品质的提高,畜禽养殖业的健康发展已成为人们普遍关注的问题。为此,2016年对北京市36家规模化畜禽场的畜禽粪便和污水状况进行监测,根据GB 18596-2001 畜禽养殖业污染物排放标准[1]、NY/T 388-1999 畜禽场环境质量标准[2]、GB/T 25246-2010 畜禽粪便还田技术规范[3]的要求,运用单因子污染指数法、等标污染负荷法等对畜禽粪便和污水进行监测与评价,并采用氮/磷平衡的理论对北京畜禽污染物的承载能力进行估算,以期为畜禽健康养殖环境预警相关政策的制定提供基础科学依据。

重复3~5遍后,再按揉肾俞穴2~3次。一般每天或隔天捏脊1次,6次为一个疗程。力度以小朋友感觉适宜为准,皮肤微红即可。

1 材料与方法

1.1 监测点

监测点分布于通州、房山、大兴、延庆、昌平、密云、怀柔、顺义、平谷9个区(县),每个区(县)4家;其中鸡场13家、牛场10家、猪场13家。畜禽场污水粪便处理方式见表1。

1.2 监测指标

畜禽污水监测指标:化学需氧量(CODcr)、生化需氧量(BOD5)、氨氮、总磷、悬浮物(Ss)、粪大肠菌群(Fc)、蛔虫卵;畜禽粪便监测指标:含水率、总氮、总磷、有机质、铜、锌、砷、蛔虫卵、粪大肠菌群。

1.3 样品采集

畜禽污水的采集和保存参照《水和废水监测分析方法》[4]所示方法,畜禽粪便的采集和保存参照GB/T 25169-2010 畜禽粪便监测技术规范[5]所示方法,样品采集位置见表1。样品采集时间为2016年10月。

1.4 检测方法

畜禽污水监测指标参照GB 18596-2001 畜禽养殖业污染物排放标准要求检测,畜禽粪便监测指标中含水率、蛔虫卵、粪大肠菌群参照GB 7959-2012 粪便无害化卫生[6]要求;总磷、总氮、有机质参照NY 525-2012 有机肥料[7];铜、锌参照GB/T 17138-1997 土壤质量 铜、锌的测定 火焰原子吸收分光光度法[8];砷参照GB/T 22105.2-2008 土壤质量 总汞、总砷、总铅的测定 原子荧光法 第2部分:土壤中总砷的测定[9]

各类畜禽粪便和污水的肥力区别很大,在还田施肥中反映出来的耕地承载量也有很大的差异性,因此,采用猪粪当量提高其施肥效果的可比性,常以养分N或P统计猪粪当量。表4为2015年北京地区畜禽粪便和污水的排放总量统计表,2016年北京地区各类畜禽粪便和污水猪粪当量M按1.5.3计算的结果见表5。可见,虽然污水排放量大于粪便,但其猪粪当量远小于粪便的猪粪当量,在考察各类畜禽粪便和污水的耕地承载量时,粪便是需要主要关注的对象。各类畜禽粪便和污水合计产生猪粪当量273.2×104 t(以N计),188.6×104 t(以P计),合计排放养分N 3.03×104 t,P 2.66×104 t。

 

1 畜禽场污水粪便处理方式和样品采集位置Table 1 The wastewater and animal manure treatment mode in livestock and sample collection location

  

污水处理方式Wastewatertreatmentmode三级沉淀池处理后排放Dischargeafterthreesedimentationtanktreatment污水池存放Wastewaterstoredinpool畜禽场数Number1013污水样品采集位置Samplinglocationofwastewater第三级沉淀池直接采集粪便处理方式Animalmanuretreatmentmode直接使用或销售堆肥处理后销售畜禽场数Number2016粪便样品采集位置Samplinglocationofmanure新鲜粪便堆肥后粪便

1.5 评价方法

1.5.1 单项污染指标评价

在进行畜禽污水评价时,需综合考虑畜禽种类、污染物危害程度、污水总量等因素,对不同畜禽种类的污水或不同类型的污染源的污染能力进行比较,通过等标处理[14],确定主要的污水类型和污染物。由于畜禽污水未经处理,所测粪大肠菌群值均严重超标,等效污染负荷占比过大,失去讨论的意义;而蛔虫卵均未检出,不存在污染负荷,故两项参数不计入污染负荷评价指标中。从表3可以看出,猪场污水的污染负荷比是牛场污水的5.1倍,是主要的畜禽污水种类。除去主要的畜禽污水污染指标粪大肠菌群,其他几项污染指标污染强度有强到弱的顺序是:悬浮物>BOD5>CODcr>氨氮。悬浮物的污染负荷比是0.377,也是较强的畜禽污水污染指标。在畜禽污水处理和排放中,需要重点关注粪大肠菌群和悬浮物。

(1)

式中:Pi为环境中污染物的单项污染指标;Ci为环境中污染物 的实测值;Si为污染物 的评价标准;Pi≤1,未超标,判定为合格;Pi>1,超标。*表示当实测值应小于评价标准时,采用公式(1)计算。当实测值大于评价标准时,采用公式Pi=Si/Ci计算。实测值为未检出时,以检出限的1/2计。

1.5.2 等标污染负荷和等标污染负荷比

 

(2)

 

(3)

干清粪在畜禽场得到普及,但在冲洗圈舍时,畜禽粪尿容易淋溶进入水体,造成水体浑浊,发黄、恶臭难闻[13],富含大量的含碳、氮、磷的有机物质,在微生物作用下,消耗大量的溶解氧,使水体失去自净能力;当水中溶解氧消耗完,水体中的有机物会在微生物的作用下进一步发生厌氧反应,产生多种恶臭物质,使水体发黑,水质进一步恶化。因此,将畜禽污水排入周边水源以及淋沥进入地下水,会使水体中溶解氧急剧下降,水生生物过度繁殖,造成水体的富营养化。由表2可知,CODcr、BOD5指标说明水体中有机物污染的状况。猪场污水中的CODcr、BOD5值多数超标,超标率高出牛场的20%,均值比牛场的高出近一倍。氨氮、总磷指标说明的是水体中含氮、磷有机物污染的状况。猪场污水中氨氮、总磷值高于牛场污水,其中牛场污水中氨氮未有超标场家。总体而言,猪场污水有机污染程度高于牛场污水。

1.5.3 猪粪当量系数和猪粪当量

(4)

 

(5)

畜禽饲养过程中常会在饲料中添加微量重金属[12],如铜、锌、砷等,适量的微量重金属能够补充动物营养需求的不足,有效改善动物的生产性能和胴体品质,但现在常存在过量添加的现象,而饲料中所添加的重金属只有极小部分被吸收,大部分随畜禽粪便排出,进入环境造成污染。本次检测中发现在猪粪中铜、锌相对与鸡粪、牛粪的高,猪粪中铜含量是鸡粪、牛粪的6倍,锌是2~4倍,其中有九份猪粪铜、锌都超标,另有两份猪粪铜超标,六份鸡粪锌超标,总体而言,畜禽粪便中猪粪的重金属污染问题最严重,铜锌超标率超过70%,鸡粪次之,锌超标率46%,牛粪的重金属污染的问题不明显。

(6)

式中:X为各畜种粪便以N或P计猪粪当量系数;Di为各畜种粪便中N或P含量,mg/kg;D为猪粪中N或P含量,mg/kg;Y为各畜种污水以N或P计猪粪当量系数;Ei为各畜种污水中N或P含量,mg/kg;式中:Mi为各畜种污水或粪便以N或P计猪粪当量,104t;Qi为各畜种污水或粪便年排放量,104t。

1.5.4 可施肥用地氮(磷)承载量

SN/P=I×A×B×50%×10-2/K

(7)

式中:SN/P为可施肥用地N(P)承载量,10 kt;I为每100 kg作物营养元素N(P)的需要量,kg;A为作物产量,t/hm;B为可施肥土地面积,104hm2;K为N(P)利用率,N以0.35计[10],P以0.10计[11];50%为假定作物N(P)50%来自畜禽粪便粪污;10-2 为换算系数。

2 结果与分析

2.1 畜禽粪便指标值

研究结果表明,畜禽养殖污水主要来源于畜禽尿液、圈舍冲洗水等,由于鸡舍冲洗频率较低,本次监测未采集到鸡场的污水,污水主要来自猪场和牛场。

Mi=X(Y)×Qi

粪便含水率对于畜禽粪便堆肥有重要影响,过高或过低都不利于堆肥处理。参照NY388-1999《畜禽场环境质量标准》的要求,猪粪、鸡粪、牛粪的含水率应分别控制在70%~80%、65%~75%、65%~75%,由表1可知,猪粪、鸡粪、牛粪中分别有6份、8份、7份不符合要求,除了1份鸡粪和1份牛粪含水率偏低,其他含水率都是偏高。新鲜畜禽粪便的含水率较高,在堆放过程中应经常翻抛,有效降低粪便的含水率,以利于堆肥处理,但堆放时间不宜过长,使得含水率降低过多,会加大处理的难度。

 

2 北京36家畜禽场粪便和污水的监测情况[1-3,6]Table 2 Monitoring of manure and wastewater in 36 Beijing livestock farms

  

污染物Pollutant指标Index限值Limit猪Pig(n=13)区间Intervalvalue均值Meanvalue不达标场数Substandardnumber鸡Chicken(n=13)区间Intervalvalue均值Meanvalue不达标场数Substandardnumber牛Cattle(n=10)区间Intervalvalue均值Meanvalue不达标场数Substandardnumber总磷/%-1.60~10.454.64-0.28~3.701.99-0.56~1.500.91-总氮/%-2.30~6.403.64-1.20~9.403.74-0.10~2.601.58-铜/(mg/kg)<8549.20~742.20244.301119.50~53.337.90020.00~57.0034.600粪便锌/(mg/kg)<500348.30~2680.301114.709128.20~634.60427.706151.70~312.60270.000Manure砷/(mg/kg)<300.10~5.602.4000.50~4.603.3000.20~6.001.700含水率/%70~8065~7551.80~81.5069.60618.10~82.8065.0088.20~84.4059.707Fc/(n/g)≥10-21.30×10-5~2.40×10-71.10×10-7133.30×10-6~4.20×10-82.60×10-8135.20×10-5~3.20×10-72.20×10-710蛔虫卵死亡率/%≥95>95>950>95>950>95>950BOD5/(mg/L)15058~30376249---5~1979395.304CODCr/(mg/L)400286~5009169310---5~2814863.205氨氮/(g/L)802.40~1018.90153.504---0.90~60.0022.300污水总磷/(mg/L)815.20~3572.60530.8013---5.60~460.50104.407Waste⁃Ss/(mg/L)200260~2900152513---22~3801522waterFc/(n/100mL)10001.30×105~4.70×1072.35×10613---5.00×105~2.40×1061.15×10610蛔虫卵/(n/L)2.0NDND0---NDND0

2.2 畜禽养殖污水指标值

本次试验采集的畜禽粪便没有经过无害化处理或简单无害化处理(人工或机械翻抛),只做简易堆放,未经处理而自用或出售。具体监测指标值见表2。由表2知,所检畜禽粪便中含有大量的粪大肠菌,畜禽粪便的粪大肠菌群值均超标,超过限值的103~106倍,粪大肠菌中可能含有一些肠道致病菌(沙门氏菌、志贺氏菌等),未经无害化处理排放到环境中,会造成环境污染,最终通过食物链对人畜健康带来潜在的危险。畜禽粪便中极少有蛔虫卵检出,蛔虫卵死亡率都≥95%,不存在蛔虫卵污染的风险。这是因为在规模化畜禽养殖场,一般以笼养或圈养为主而非散养,畜禽很少能接触到昆虫,很少吃到带有虫卵的昆虫,因此体内很少会出现蛔虫,粪便里几乎不携带蛔虫卵。因此,在畜禽粪便的无害化处理中,粪大肠菌是主要的监测指标。

式中:Pi表示第i种污染物的等标污染负荷;Ci为第i种污染物的排放浓度;Coi为第i种污染物的评价标准;Qi为第i种污染物的排放流量;Ki为第i种污染物的等标污染负荷比。

悬浮物是指悬浮在水中的固体物质,包含不溶于水的无机物、有机物、微生物等,是衡量水污染程度的指标。悬浮物过高,不仅加大了污水处理的难度和成本,也易造成农田土壤的板结,阻碍作物生长。本研究表明,猪场污水的悬浮物全部超标,均值超过限值近八倍,牛场污水的悬浮物只有两家超标,均值未超过限值。猪场污水的悬浮物明显高于牛场。畜禽污水中粪大肠菌群严重超标,而蛔虫卵未检出,情况类似于畜禽粪便相关指标。

她感觉到那么茫然和无助,她想要有钱,可以给顾青弟弟治病,可以让顾青不用熬夜兼职,可以换一个带厨房带空调的房子,但她也才大学毕业,手拿一两千的工资,在这个城市营营求生。

厄洛替尼对EGFR外显子19与21突变晚期非小细胞肺癌患者的疗效比较 ………………………………… 翁克贵等(1): 81

2.3 畜禽污水污染负荷评价

Pi=Ci/Si*

 

3 北京36家畜禽场畜禽污水污染负荷Table 3 Wastewater pollution load for 36 Beijing livestock farms

  

污水Wastewater猪PigP值PvalueK值Kvalue牛CattleP值PvalueK值Kvalue污染源P值PvalueofpollutionsourceP值Pvalue污染源K值KvalueofpollutionsourceK值Kvalue污染源强度Pollutingintensity化学需氧量CODcr1789.6000.236545.8000.3702335.4000.2583生化需氧量BOD51759.0000.232666.6000.4522425.6000.2682悬浮物Suspendedmatter3224.0000.425192.2000.1303416.2000.3771氨氮Ammonianitrogen811.3000.10770.5000.048881.8000.0974P值合计TotalPvalueofthebreed7583.9001475.1009059.000--K值合计TotalKvalueofthebreed0.8370.163---污染源强度Pollutingintensity12---

2.4 北京畜禽粪便和污水承载能力评估

畜禽粪便和污水中富含作物生长所需的N、P等养分,用于还田不仅可以提高农作物产量,还能提高土壤肥力,但对于规模化畜禽场畜禽粪便和污水大量集中的排放,如果缺乏足够的耕地承载,造成农牧脱节,耕地承载过量的养分,一方面过剩的养分经淋沥下渗进入周边水源或地下水,可能造成水体的富营养化,产生环境污染;一方面造成农作物体内积存大量营养成分,导致作物农艺性状恶化[15],例如,高氮施肥条件下(138 kg/hm2),水稻积存大量的氮素,水稻的空秕率增加6%,千粒重下降7.5%[16]。因此,耕地对畜禽粪污的承载能力是有限度的,可用氮/磷平衡的方法进行评估。耕地氮/磷平衡是基于物质平衡原理中“盈余=输入-输出”的物质守恒原理[17],通过对影响耕地氮/磷的各个输入和输出项进行量化核算,利用计算结果了解其盈余或缺损的情况,从而判断耕地营养成分是多是少的状态。本文假定北京地区可耕地的氮/磷处于平衡状态,氮/磷的输入50%来源于畜禽粪污,输出为农作物生长所需氮/磷总量,同时考虑氮/磷的利用效率和耕地面积,估算北京地区畜禽粪污承载能力。

个体化是人类社会发展到“以物的依赖性为基础的人的独立性”这一社会历史阶段的必然产物。 个体化社会中“人的独立性”表现为个体对自身生活关注度空前提高以及“他者”维度、社会维度的缺失。 这一转变使得人与人、人与社会之间的疏离感和陌生感成为常态。 “物的依赖性”则表现为普遍存在于社会之中的物役性导致“人们为了自身物质存在的目的而将自己作为生活规划和指导的核心”[4]224。 这种物役性催生了一批一味追求物质利益最大化的“经济人”。 在“经济人”眼中,物与物的关系主导着人与人、人与社会之间的关系,人际交往成为冰冷的、谋求利益的工具。

试验结果(表2)表明,各组合对粗糠树茎干重、根干重的影响差异很大,种实混沙沤制,10月15日在露地营养袋播种(处理4)的茎干重(25.625 g)、根干重(8.157 g)最高。

 

4 2015年北京地区畜禽粪便和污水排放量Table 4 Manure and wastewater discharge in Beijing in 2015 104 t

  

畜种Breed猪Pig鸡Chicken牛Cattle粪便Manure96.6582.41125.65污水Wastewater422.83-252.94

参考GB/T 25246-2010 畜禽粪便还田技术规范,以小麦为例,北京地区畜禽粪污承载能力按1.5.4式计算的结果见表6。从表6可见,从总量上看,畜禽粪便排放养分只占当年土地承载量的70.5%(以N计)、53.0%(以P计),因此,北京耕地能够承载消纳2016年畜禽场产生的畜禽粪便和污水,保有现有的畜禽养殖业规模是可行的,但是,需要通过优化氮、磷的管理,确定合理的消纳畜禽粪污的农田面积和适宜调整畜禽养殖密度,才能规范畜禽粪污的合理使用。

3 小 结

通过对北京市9个区(县)36家规模化畜禽场的畜禽粪便和污水的监测分析,畜禽粪便中含水率是堆肥时需要控制的指标,粪大肠菌群是畜禽粪便中主要的污染指标,是畜禽粪便治理中主要的监控指标。污水方面,猪场污水受污染的程度明显高于牛场污水,污水中主要的污染指标是粪大肠菌群,其他污染指标中悬浮物>BOD5>CODcr>氨氮。由于粪大肠菌群严重超标,在畜禽粪便和污水的处理中,一定要经过无害化过程,减轻其对环境的危害。畜禽污水的有机污染严重,超标率高,而且由于悬浮物的存在,处理难度较大。通过氮/磷平衡的理论估算,北京耕地能够承载当年产生的畜禽粪便和污水。

 

5 2016年北京地区畜禽粪便和污水的猪粪当量系数X、Y和猪粪当量MTable 5 The pig manure equivalent M and equivalent coefficient of pig manure X, Y of Beijing manure and wastewater in Beijing in 2016

  

项目Items猪Pig鸡Chicken牛Cattle当量系数X(以N计)X(takeN)1.0001.1800.580当量系数X(以P计)X(takeP)1.0000.5000.260当量系数Y(以N计)Y(takeN)0.014-0.002当量系数Y(以P计)Y(takeP)0.038-0.008粪便当量M(以N计)(104t)ManureM(takeN)96.65097.24072.880污水当量M(以N计)(104t)WastewaterM(takeN)5.920-0.510各畜种当量M(以N计)(104t)BreedM(takeN)102.57097.24073.390当量M(以N计)合计(104t)TotalM(takeN)273.200--粪便当量M(以P计)(104t)ManureM(takeP)96.65041.21032.670污水当量M(以P计)(104t)WastewaterM(takeP)16.070-2.020各畜种当量M(以P计)合计(104t)TotalMofthebreed(takeP)112.72041.21034.690M(以P计)合计(104t)TotalM(takeP)188.620

 

6 2016年北京土地畜禽粪便和污水承载能力估算Table 6 Carrying capacity estimation of animal manure and wastewater in Beijing in 2016

  

营养元素的量[3]/100kgAmountofnutrientelement产量水平[3](t/hm2)Output可施肥土地面积[18]/(104hm2)Fertilizedlandarea年土地承载量/(104t)Annuallandcarryingcapacity氮N(3.0kg)4.5022.304.30磷P(1.0kg)4.5022.305.02

参考文献

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[9] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. 土壤质量 总汞、总砷、总铅的测定 原子荧光法 第2部分:土壤中总砷的测定:GB/T 22105.2-2008[S].北京:中国标准出版社,2008.

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教师需要基于教学目标、学生实际,将学生需要了解的知识、技能进行巧妙的设计,使其转变为具有启发性质的导学问题,通过学习任务单的模式来引导学生学习,让学生快速、高效、自主、合作探究教材,解决基本问题,生成重、难点和疑惑点。

建立单元信息模型是实现知识组织的基础,而单元信息模型建立在知识表示方法基础之上。已有的知识表示方法主要可分为两类:基于特征的知识表示方法和结构化的知识表示方法。基于特征的知识表示方法通常以“属性-值”对、n元组、特征向量等形式描述知识对象的属性特征;结构化的知识表示方法则详细描述文献内知识对象之间复杂的语义关系,如基于图结构的表示法、面向对象表示法、本体表示法等[10]。

 
石奥,张建淼,王重庆,郭海涛,张闻
《家畜生态学报》 2018年第04期
《家畜生态学报》2018年第04期文献

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