江西規模豬場污染物產生系數的研究

張 磊，姜樹林，李翔宏，陳海洪，張國生，徐桂花，吳志堅，饒 輝，吳志勇

（江西省農業技術推廣中心，江西 南昌 330046）

生豬產業不僅是我國農業中的傳統產業，同時也是江西傳統優勢產業，在農業和農村經濟中占有重要地位［1］。在2020年，江西全省生豬存欄1569.9萬頭，同比增長56.0%，恢復到2017年末的96.8%，高于全國平均水平近5個百分點，恢復度在中南片區位列第2位，存欄量位列全國第10位；生豬外調653萬頭，穩居全國前3位。隨著生豬產業快速恢復，養殖量明顯增加。據《中國農村經濟形勢分析與預測（2020～2021）》分析，全國生豬產能加快恢復，豬肉總供給量增加，豬肉產量達到4113萬t［2］。生豬養殖量的快速增長，在給人們提供優質豬肉的同時，也產生了大量的糞污，因生豬糞污排放量激增而引發的環境問題也日益突出，因此生豬糞污對生態環境的影響已成為行業的焦點［3］。規模豬場糞尿和涉水污染物產生系數是評價生豬養殖廢棄物資源化利用和對環境影響的基礎數據。美國、日本和丹麥等國都制定了相應的產排污系數［4-6］。21世紀初，國內還沒有嚴格的畜禽養殖業產排污系數概念，污染物排放量的計算方法也各不相同［7-12］。2008年初，我國開展了第一次全國污染源普查，將畜禽養殖業納入核算體系，并發布了《第一次全國污染源普查畜禽養殖業源產排污系數手冊》（以下簡稱“一污普”），以區域為單位公布了畜禽養殖業產排污系數。隨后，有關學者針對具體的區域、季節、養殖類型等開展了大量研究［13］；岳虹等［14］對云南飼養方式各階段生豬糞污產生量進行了測定試驗；何志華等［15］對四川地區規模豬場產排污系數進行了測定。相關研究表明，不同時間和地區的畜禽糞便的養分含量有較大差異［16］，測得的產排污系數也各有差異。江西是養豬大省，迄今還尚未有規模豬場污染物產生系數的相關報道。本研究基于江西地區規模豬場生豬養殖的實際情況，對生豬糞尿和涉水污染物的產生系數進行了測定，得到了符合江西實際的規模豬場糞尿和涉水污染物數據，可以為構建江西省生豬產排污系數、摸清江西乃至華東地區糞污產生量以及全國制定新形勢下畜禽養殖污染源減排相關指標提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

選擇江西新建區某規模生豬養殖場為試驗場。該場的清糞方式以人工干清糞為主，收集的糞便經自然堆積發酵后用于種植牧草、蔬菜和果樹等；污水通過專用管網進入處理系統，經厭氧發酵后用于種植牧草、蔬菜和果樹等，無污水外排。

1.2 試驗豬

試驗豬分保育豬、育肥豬和母豬3個階段，每階段各選擇5頭豬，在每個季節的試驗開始時對每頭豬分別稱重，試驗豬的平均體重見表1。

表1 不同季節各階段試驗豬的平均體重 kg

1.3 監測方法

對不同階段的15頭豬進行監測，監測周期為2018年9月至2019年8月，分秋、冬、春、夏4個季度，每個季度進行7 d的預試驗和連續3 d的采樣監測。

1.4 飼養管理

1.4.1 飼養方式 對試驗豬采取代謝籠單獨飼養方式。代謝籠為自主設計，包括欄架、碗式飲水器、漏縫地板、飲食槽和漏斗狀的糞尿分離裝置。將漏縫地板水平設置在欄架上；將糞尿分離裝置安裝在漏縫地板的下端面；將飲食槽和碗式飲水器設置在欄架的一端，其中碗式飲水器為豎直設置，其上端設有與出水口相通的進水管，下端設有通孔，通孔內設有出水管，出水管與外部的集水裝置相連；在欄架上遠離飲食槽的一端設有可上下活動的插板式后門裝置。試驗時，提前7 d將試驗豬稱體重后轉入代謝籠飼養，開展預試驗；在第8天開始采樣并記錄相關數據。

1.4.2 日糧組成 試驗豬飼料從市場購買，包括保育料、育肥料、母豬料。在飼喂保育豬、育肥豬和母豬時，根據各階段的采食量投喂適量的飼料。不同階段飼料的相關檢測指標見表2。

表2 不同季節不同階段飼料的相關指標值 %

1.4.3 采食量 在試驗期間記錄每頭豬每天的總采食量，各階段試驗豬在不同季節的平均采食量見表3。

表3 各階段試驗豬在不同季節的平均采食量 kg

1.5 樣品采集

1.5.1 糞便的采集 收集代謝籠中每頭豬24 h排出的糞便，用電子天平稱重，然后采用四分法取樣，將其攪拌均勻后分成3份樣品，單個樣品重量為500 g。其中1份樣品直接用于測定含水率；對另外2份樣品按照每100 g添加4.5 mol/L硫酸10 mL進行預處理，1份用于檢測，1份留樣。

1.5.2 尿液的采集 收集代謝籠中每頭豬24 h排出的尿液，用電子天平稱量，然后用電子pH檢測儀測量其pH值。取出500 mL尿液，按每100 mL加入4.5 mol/L硫酸2 mL和4滴甲苯進行預處理。

1.5.3 飼料的采樣 對保育料、育肥料、母豬料分別采樣，每種飼料每次采樣2份，1份送檢，1份留樣，每份重500 g。每種飼料在秋、冬季正試期各采樣1次，在春、夏季正試期每天采樣1次。

1.6 檢測指標與方法

采用NY/T 52—1987檢測糞便含水率；采用NY 525—2012檢測糞便中總磷（TP）、總氮（TN）、有機質含量；采用HJ 634—2012檢測糞便中氨氮含量；采用HJ 828—2017檢測尿液中化學需氧量（COD）；采用HJ 535—2009檢測尿液中氨氮含量；采用GB 11893—1989檢測尿液中TP含量；采用HJ 636—2012檢測尿液中TN含量；采用GB/T 6435—2014檢測飼料中水分含量；采用GB/T 6432—1994檢測飼料中粗蛋白質含量；采用GB/T 6437—2002檢測飼料中TP含量。

1.7 數據處理

1.7.1 統計分析 應用Excel 2007軟件進行數據整理，采用SPSS 19.0軟件進行統計分析（ANOVA），用Duncan法在P＜0.05水平對測定數據進行多重比較，數據用平均值±標準差表示，用Origin 2018作圖。

1.7.2 產污系數的計算 生豬污染物產生系數（產污系數）是指在當地的飼養和管理條件下，1頭生豬在1 d內所產生的糞、尿、COD、TN、TP、銨態氮等的量。糞、尿的產生量直接由試驗測定統計得出，其他指標由以下公式計算得出：

其中：FPi，j為生豬第i飼養階段糞尿中第j種特性參數每天產生量［g/（頭·d）］；QFi為生豬第i飼養階段日產糞量［kg/（頭·d）］；CFi,j為第i飼養階段糞便中第j種污染物含量（g/kg）；QUi為生豬第i飼養階段日產尿量［L/（頭·d）］；CUi,j為第i飼養階段尿液中第j種污染物含量（g/L）。

2 結果與分析

2.1 糞便

2.1.1 產糞量 供試豬在不同飼養階段的產糞量見圖1，從中可以看出：產糞量隨季節的變化規律略有不同，但均為夏季最低。其中保育豬的糞便產生量在秋季最高，其次為春季；在秋、春兩季間差異不顯著，但均顯著（P＜0.05）高于夏、冬這2個季節，而在夏、冬兩季間差異不顯著；最高的秋季較最低的夏季高出72.00%。育肥豬的糞便產生量也在秋季最高，但與春、冬兩季差異均不顯著，僅顯著（P＜0.05）高于夏季；在春、冬兩季間無顯著差異，但均顯著（P＜0.05）高于夏季；最高的秋季較最低的夏季高出35.71%。母豬的糞便產生量在冬季最高，在夏季最低；冬季與春季間差異不顯著，但這2個季節均顯著（P＜0.05）高于秋季，秋季顯著（P＜0.05）高于夏季；最高的冬季較最低的夏季高出84.25%。

圖1 不同季節不同階段生豬日產糞量的變化

2.1.2 含水率 供試豬的糞便含水率結果見圖2，從中可以看出：糞便含水率的年平均值以保育豬最高，其次為育肥豬，母豬最低。各階段糞便含水率隨季節的變化規律不明顯，其中保育豬的糞便含水率在秋季最高，春季次之；秋季與春季間差異不顯著，但秋季顯著（P＜0.05）高于冬、夏這2個季節；在春、夏、冬這3個季節間差異均不顯著；最高的秋季較最低的夏季高出8.73%。育肥豬的糞便含水率在冬季最高，在冬、秋、春這3個季節間差異均不顯著，但冬季顯著（P＜0.05）高于夏季；秋、春這2個季節與夏季差異不顯著；最高的冬季較最低的夏季高出6.44%。母豬的糞便含水率在冬季最高，較最低的春季高出4.23%，但在各季節間差異均不顯著。

圖2 不同季節不同階段生豬糞便含水率的變化

2.1.3 TN、TP含量 供試豬糞便中TN、TP含量結果分別見圖3和圖4，在不同飼養階段均以春季最低，但TN含量在四季的變化幅度不大，季節性變化規律不明顯；TP含量表現為春、夏季明顯低于秋、冬季，且差異顯著（P＜0.05）。保育豬糞便中TN含量在春季最低，且顯著（P＜0.05）低于夏、秋、冬這3個季節，而在夏、秋、冬這3個季節間差異不顯著；TP含量在冬季最高，但與秋季差異不顯著，冬、秋這2個季節均顯著（P＜0.05）高于夏季，夏季顯著（P＜0.05）高于春季，最高的冬季較最低的春季高出170.67%。育肥豬糞便中TN含量在秋季最高，顯著（P＜0.05）高于春、夏、冬這3個季節，而在春、夏、冬這3個季節間無顯著差異；TP含量在秋季最高，但與冬季差異不顯著，秋、冬這2個季節顯著（P＜0.05）高于夏季，夏季顯著（P＜0.05）高于春季，最高的秋季較最低的春季高出210.87%。母豬糞便中TN含量在各季節間無顯著差異；TP含量在秋季最高，在秋、冬季間無顯著差異，但這2個季節均顯著（P＜0.05）高于夏季，夏季顯著（P＜0.05）高于春季，最高的秋季較最低的春季高出217.06%。

圖3 不同季節不同階段生豬糞便中總氮含量的變化

圖4 不同季節不同階段生豬糞便中總磷含量的變化

2.1.4 有機質含量 從圖5中可以看出，不同飼養階段供試豬糞便中有機質含量隨季節的變化基本一致，3個階段均在春季最高，在秋季最低。具體來說：保育豬糞便中有機質含量在春季最高，達68.43%，顯著（P＜0.05）高于冬、夏這2個季節，冬季與夏季無顯著差異，但顯著（P＜0.05）高于秋季，在夏、秋季間差異不顯著，最高的春季較最低的秋季高出17.96%；育肥豬糞便中有機質含量在春季與冬季間差異不顯著，但顯著（P＜0.05）高于夏、秋這2個季節，在冬季、夏季、秋季間差異不顯著，最高的春季較最低的秋季高出25.24%；母豬糞便中有機質含量在春、冬季之間差異不顯著，但春、冬季均顯著（P＜0.05）高于夏、秋季，而在夏、秋這2個季節間無顯著性差異，最高的春季較最低的秋季高出25.75%。

圖5 不同季節不同階段生豬糞便中有機質含量的變化

2.1.5 銨態氮含量 有研究表明，銨態氮受溫度的影響較大，豬糞沼液中銨態氮含量在一定的溫度范圍內隨溫度的升高而增加，而固體糞便中發酵產生的銨態氮含量則隨溫度升高而有所下降。由圖6可見，不同飼養階段試驗豬糞便中銨態氮含量均在氣溫較高的夏季最低。其中：保育豬糞便中銨態氮含量在冬季最高，且與秋、春季無顯著差異，但冬、秋這2個季節顯著（P＜0.05）高于夏季，而在春、夏季間無顯著差異，最高的冬季較最低的夏季高出29.09%；育肥豬糞便中銨態氮含量在秋季最高，且顯著（P＜0.05）高于冬、春這2個季節，而在冬、春季間差異不顯著，但均顯著（P＜0.05）高于夏季，最高的春季較最低的夏季高出19.46%；母豬糞便中銨態氮含量在秋季最高，且顯著（P＜0.05）高于冬季，冬季又顯著（P＜0.05）高于春、夏兩季，而在春、夏季間無顯著差異，最高的春季較最低的秋季高出137.50%。

圖6 不同季節不同階段生豬糞便中銨態氮含量的變化

2.2 尿液

2.2.1 產尿量 在不同季節對供試豬產生的尿液進行收集，產尿量結果如圖7所示。在不同飼養階段生豬尿液產生量隨季節的變化趨勢基本一致，以冬季最高，夏季次之，秋季最低。具體而言：保育豬的尿液產生量表現為冬季顯著（P＜0.05）高于夏季；夏季與春季差異不顯著，但顯著（P＜0.05）高于秋季；在春、秋季間差異不顯著；最高的冬季較最低的秋季高出60.93%。育肥豬的尿液產生量在冬季最高，但與夏、春季間差異均不顯著；冬、夏、春這3個季節顯著（P＜0.05）高于秋季；最高的冬季較最低的秋季高出33.33%。母豬的尿液產生量在冬季最高，夏季次之；冬季與夏季差異不顯著，但顯著（P＜0.05）高于春季；夏季與春季間差異不顯著，但顯著（P＜0.05）高于秋季；在春、秋季之間差異不顯著；最高的冬季較最低的秋季高出56.39%。

圖7 不同季節不同階段生豬日產尿量的變化

2.2.2 pH值 在不同季節測定生豬尿液的pH值，結果見圖8。供試豬的尿液多呈弱堿性，這與王俊健等［17-18］對北京地區生豬pH值的測定結果一致。不同飼養階段生豬尿液pH值的季節性變化規律不明顯，其中保育豬尿液的pH值在春季最高，其次為冬季；春季與冬季差異不顯著，但顯著（P＜0.05）高于夏季；冬季與夏季無顯著性差異，但顯著（P＜0.05）高于秋季；在夏季與秋季間差異不顯著。育肥豬尿液的pH值在夏季最高；夏季與春季差異不顯著，但夏季顯著（P＜0.05）高于秋季；春季與秋季間無顯著差異，但春季顯著（P＜0.05）高于冬季；在秋、冬季間無顯著差異。母豬尿液的pH值在夏季最高，在冬季最低，但在各季節間均無顯著性差異。

圖8 不同階段不同季節生豬尿液pH值的變化

2.2.3 化學需氧量 如圖9所示，保育豬尿液中化學需氧量在冬季最高，且呈現出由冬季向秋季、夏季、春季遞減的趨勢；冬季顯著（P＜0.05）高于秋季；秋季與夏季差異不顯著，但這2個季節均顯著（P＜0.05）高于春季；最高的冬季較最低的春季高出61.69%。育肥豬尿液中化學需氧量在冬、春、秋這3個季節間差異不顯著，但冬、春這2個季節均顯著（P＜0.05）高于夏季；在秋季與夏季間無顯著差異；最高的冬季較最低的夏季高出118.81%。母豬尿液中化學需氧量在春季最高，其次為冬季，在夏季最低，且在各季節間差異均達到了顯著性（P＜0.05）水平；最高的春季較最低的夏季高出105.49%。此外，不同飼養階段生豬尿液中化學需氧量全年平均值以保育豬最高，以母豬最低。

圖9 不同季節不同階段生豬尿液中化學需氧量的變化

2.2.4 氨氮含量 由圖10可以看出，不同飼養階段生豬尿液中氨氮含量在夏季相差較大，冬季相差最小，說明在溫度較低的秋、冬季生豬尿液中氨氮含量較穩定。保育豬尿液中氨氮含量在春季最高，顯著（P＜0.05）高于其他3個季節；在夏、秋、冬這3個季節間無顯著性差異；最高的春季較最低的秋季高出284.53%。育肥豬尿液中氨氮含量在夏季最高，且夏季顯著（P＜0.05）高于春季，春季顯著（P＜0.05）高于秋季，秋季顯著（P＜0.05）高于冬季；最高的夏季較最低的冬季高出1260.49%。母豬尿液中氨氮含量在春季最高，顯著（P＜0.05）高于秋、冬這2個季節；在秋、冬季間差異不顯著，但這2個季節均顯著（P＜0.05）高于夏季；最高的夏季較最低的冬季高出278.43%。不同飼養階段生豬尿液中氨氮含量全年平均值以育肥豬最高，以母豬最低。

圖10 不同季節不同階段生豬尿液中氨氮含量的變化

2.2.5 TN含量 由圖11可以看出：保育豬尿液中TN含量在冬季最高，但與春季間差異不顯著；冬季顯著（P＜0.05）高于夏季；春季與夏季間差異不顯著，但春季顯著（P＜0.05）高于秋季；在夏、秋季間無顯著性差異；最高的冬季較最低的秋季高出49.55%。育肥豬尿液中TN含量在春季最高；春季與夏、冬季間無顯著差異，但顯著（P＜0.05）高于秋季；在夏、秋、冬季間無顯著性差異；最高的春季較最低的秋季高出49.27%。母豬尿液中TN含量在春季最高，且顯著（P＜0.05）高于秋、冬季；在秋、冬季間差異不顯著，但這2個季節均顯著（P＜0.05）高于夏季；最高的春季較最低的夏季高出101.99%。不同飼養階段生豬尿液中TN含量以育肥豬最高，以母豬最低。

圖11 不同季節不同階段生豬尿液中總氮含量的變化

2.2.6 TP含量 由圖12可知：保育豬尿液中TP含量在春、秋季間無顯著差異，但均顯著（P＜0.05）高于夏、冬季；在夏、冬這2個季節間差異性不顯著；最高的秋季較最低的夏季高出122.39%。育肥豬尿液中TP含量在冬季最高，且顯著（P＜0.05）高于秋季；秋季顯著（P＜0.05）高于春、夏季；在春、夏季間無顯著性差異；最高的冬季較最低的夏季高出110.54%。母豬尿液中TP含量在秋季最高，但秋季與冬、春季間差異不顯著；秋、冬、春這3個季節均顯著（P＜0.05）高于夏季；最高的秋季較最低的夏季高出95.93%。不同飼養階段生豬尿液中TP含量以母豬最高，以保育豬最低。

圖12 不同季節不同階段生豬尿液中總磷含量的變化

2.3 產污系數

不同階段生豬產污系數的測算結果如表4所示：產糞量、產尿量以及TP和COD的產污系數均以母豬最高，以保育豬最低；TN和NH4+-N的產污系數均以育肥豬最高，以保育豬最低。說明生豬的個體越大，其產污系數總體上越大。

表4 供試豬不同階段的產污系數

由圖13和圖14可知：試驗場保育豬糞便、尿液、總氮、總磷產生量及COD分別是“一污普”華東地區保育豬的1.20倍、1.89倍、3.11倍、17.83倍、16.45%；育肥豬糞便、尿液、總氮、總磷產生量及COD分別是華東地區育肥豬的1.17倍、1.47倍、3.18倍、16.93倍、14.36%；母豬糞便、尿液、總氮、總磷產生量及COD分別是華東地區母豬的1.21倍、1.03倍、1.90倍、20.17倍、12.40%。

圖13 試驗豬與“一污普”華東地區生豬不同階段總氮、總磷產生量及化學需氧量的比較

圖14 試驗豬與“一污普”華東地區生豬不同階段糞、 尿產生量的比較

3 討論

規模豬場產污系數的測算結果受養殖地區、生豬品種、個體大小、飼喂日糧、采食量、飲水量、季節、管理水平、采樣時處理措施、檢測處理技術等諸多因素的影響而不盡相同。本試驗研究得出的江西規模豬場的產污系數與“一污普”華東區的結果相比，存在一定的差異。

生豬在不同生長階段的糞尿產生量受個體大小的影響較大。供試豬各飼養階段糞便、尿液的產生量均略高于“一污普”華東地區的結果，也與隋超等［19］在2020年報道的規模豬場各階段糞尿產生量的結果相近，說明本試驗的供試豬與先前“一污普”華東地區等各地供試豬的體重均值相差不大。

糞污中COD是衡量畜禽養殖業水污染的重要指標［20］。谷潔等［21-24］研究表明，COD受氣候、養殖方式、養殖工藝的影響，其所造成的污染程度不同。本試驗采用自主研發的代謝籠，設計漏斗狀的糞尿分離裝置，測得尿液中的COD值僅為“一污普”華東地區的12.40%～16.45%，遠低于華東地區的統計結果，說明本試驗供試豬尿液中的有機物含量較先前華東地區低，這可能是由于養殖工藝的改進減少了糞便等有機物進入尿液中，以及采樣時處理措施、檢測處理技術等的進步提高了試驗的精準性。因此，在實際生產過程中，可引導規模養殖場采用干清糞工藝，推廣高床養殖模式，提高飼養管理水平，減少生豬養殖尿液污水中COD的產生與排放量。

豬糞尿液中N、P含量與采食及增重的關系較為密切。李婧［25］研究表明，生豬攝入飼料中50%～70%的N、40%～55%的P會通過糞尿排泄到環境中。對于規模養殖場而言，生豬養殖量大，糞尿大量累積，其中過量的N、P會造成環境污染。本試驗測得的保育豬、育肥豬、母豬TN的產生量分別是“一污普”華東地區的3.11倍、3.18倍、1.90倍，TP的產生量分別是“一污普”華東地區的17.80倍、16.93倍、20.17倍，均遠高于“一污普”華東地區的結果，且不同飼養階段、不同季節的TN、TP產生量差異顯著，說明供試豬的日糧營養雖然在不同季節有差異，但均較豐盈，完全能夠滿足生豬各階段生長的需要，這揭示了在實際生產中，可以采用多階段、精準營養調控飼養技術等配置日糧，在保障生豬生產性能的基礎上，降低其糞尿中N、P的過量排泄，從而降低生產成本，減少對環境的影響。