馬蘭濤

(漳州市速生豐產(chǎn)林基地管理中心，福建 漳州 363000)

養(yǎng)豬污水澆灌對人工林集水區(qū)水質(zhì)的影響

馬蘭濤

(漳州市速生豐產(chǎn)林基地管理中心，福建 漳州 363000)

為了解養(yǎng)豬污水灌溉對人工林集水區(qū)水質(zhì)的影響，分別采用開“弓”型淺溝引流、均勻澆灌2種方式將附近養(yǎng)豬污水引入木荷×杉木混交林16個月(試驗點1)、尾巨桉套種皇竹草人工林7 a(試驗點2)，并對集水區(qū)水質(zhì)進行測定。結果表明：2個試驗點森林集水區(qū)地表水環(huán)境質(zhì)量總體良好，除微生物指標和試驗點2錳含量超標外，2個試驗點集水區(qū)地表水其它指標均符合生活飲用水衛(wèi)生標準。試驗點1污灌集水區(qū)地表水溶解性總固體、硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽和試驗點2溶解性總固體、鋁、硫酸鹽等指標較灌溉前地表水有所升高，但均低于生活飲用水衛(wèi)生標準；試驗點1污灌后集水區(qū)地表水總氮含量明顯增加，超過地表水環(huán)境質(zhì)量標準規(guī)定的Ⅴ類。

人工林；養(yǎng)豬污水；灌溉；集水區(qū)；水質(zhì)

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人類對肉類產(chǎn)品的需求不斷增長，養(yǎng)豬污染物不合理排放引發(fā)的環(huán)境問題也越來越引起社會的廣泛關注，各地對養(yǎng)殖業(yè)污染的整治也花費了很大的人力、物力和財力，甚至出現(xiàn)整個行政區(qū)范圍內(nèi)清除養(yǎng)豬場的極端做法。目前我國對養(yǎng)殖、污染主要采取集中養(yǎng)殖集中處理污水，污水的處理主要是厭氧沼氣池發(fā)酵+后期的好氧處理，對養(yǎng)殖污水的應用主要集中在農(nóng)田、果蔬灌溉等方面。我國是人工林種植大國，人工林種植面積大且普遍存在地力衰退的問題[1]。人工林的生長需要大量養(yǎng)分，將含有大量有機物、N、P等養(yǎng)分的養(yǎng)豬污水引入灌溉人工林，可明顯促進人工幼林的生長[2]，使廢棄物資源化利用，并能同時解決養(yǎng)豬污水處理和人工林地力衰退2個問題，達到雙贏的目標。福建素有八山一水一分田之稱，利用森林生態(tài)系統(tǒng)吸收養(yǎng)殖污水、變廢為寶前景廣闊?；谶@種思路在南方商品林區(qū)開展的“林畜復合經(jīng)營生態(tài)治污技術研究”項目，通過在林地內(nèi)開“弓”字形淺溝和人工均勻澆灌等方式將周邊養(yǎng)豬場污水分別引入杉木(Cunninghamialanceolata)×木荷(SchimasuperbaGardn)混交林和套種皇竹草(PennisetumsineseRoxb)的尾巨桉(Eucalyptusurophylla×E.grandis)林內(nèi)，通過自然蒸發(fā)、土壤下滲和森林植被吸收對污水進行處理，操作簡單，成本低，林區(qū)分散經(jīng)營的小型養(yǎng)豬場污水處理具有重要參考意義。為了解養(yǎng)豬污水灌溉對森林集水區(qū)水質(zhì)的影響，本文選擇引入露天儲存污水澆灌16個月和沼氣池污水澆灌7 a的2個人工林集水區(qū)進行水質(zhì)測定和分析，以期為森林生態(tài)系統(tǒng)處理養(yǎng)豬污水提供參考。

1 試驗地概況

研究點布設在長泰縣巖溪鎮(zhèn)，北緯24°33′—24°54′、東經(jīng)117°36′—117°57′。氣候?qū)儆谀蟻啛釒ШＱ笮约撅L氣候，冬無嚴寒，夏無酷暑，氣候溫暖，雨量充沛，年均氣溫21.1 ℃，最冷月均溫12.4 ℃，最熱月均溫28.5 ℃，年均降水量1563 mm。農(nóng)、牧、林業(yè)發(fā)達，林地土壤為花崗巖發(fā)育的紅壤，土層厚度在80～100 cm。

2 材料與方法

2.1 試驗設計

選擇頂山村的葉福樹養(yǎng)豬場和湖珠村嶺上鄭旭陽養(yǎng)豬場及周邊林地為研究對象(以下分別簡稱試驗點1、試驗點2)，2個養(yǎng)豬場均先將部分豬糞清出曬干后作為有機肥銷售，污水主要來源于豬尿、飲水撒漏和豬舍沖洗。

試驗點1：養(yǎng)豬場試驗期間平均存欄量294頭，2014年8月起污水經(jīng)簡單過濾和露天蓄污池沉淀后，采用“晴天灌、雨天蓄”的方式引入開“弓”字形淺溝的杉木×木荷混交林內(nèi)(林齡33 a，林分密度2860株·hm-2，郁閉度0.8，林下植被蓋度20%)，確保開溝長度足夠，試驗期間豐水期內(nèi)未見污水流出小溝以外的林地范圍，在污水流經(jīng)區(qū)域下方第一個有地表水的小山溝設置集水點，集水區(qū)面積約600 m2，污水澆灌量927 t·a-1，截止試驗調(diào)查時澆灌16個月。

試驗點2：養(yǎng)豬場試驗期間平均存欄量259頭，養(yǎng)豬污水經(jīng)沼氣池發(fā)酵后，采用“晴天灌、雨天蓄”的方法，對套種皇竹草的尾巨桉林(尾巨桉林齡7 a，林分密度1500株·hm-2，皇竹草蓋度95%，作為豬青飼料反復收割)。進行人工均勻澆灌，污水澆灌量為392 t·a-1，澆灌時控制不產(chǎn)生地表徑流，截止試驗調(diào)查時已連續(xù)澆灌7 a，集水區(qū)面積約5800 m2。在污水流經(jīng)區(qū)域下方有地表水的小山溝設置取水點。

2.2 取樣與檢驗方法

2015年11月選擇2個試驗點的污水沉淀池和沼氣池出水口取污水水樣(取樣時污水澆灌仍在繼續(xù))。污水水樣委托廈門華測檢測技術有限公司檢測pH、金屬元素、COD、BOD5、總氮、總磷、菌落等18項指標。pH測定采用玻璃電極法[3]，總硬度采用EDTA滴定法[4]，COD采用重鉻酸鹽法[5]，鐵、錳、鉀采用火焰原子吸收分光光度法[6-7]，Cu采用原子吸收分光光度法[8]，Hg采用冷原子吸收分光光度法[9]，硝酸鹽、硫酸鹽采用離子色譜法[10]，溶解性總固體采用重量法[11]，高錳酸鹽指數(shù)測定參考國家標準[12]，氨氮采用納氏試劑分光光度法[13]，總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法[14]，總磷采用鉬酸銨分光光度法[15]，總大腸菌群采用多管發(fā)酵法[16]、耐熱大腸菌群采用多管發(fā)酵法和濾膜法[17]。

同時，在2個試驗點污水灌溉區(qū)上方(養(yǎng)豬場地表水進水口)和下方集雨區(qū)滲水點取水樣，委托漳州市疾病預防控制中心檢測感官性狀指標、pH值、金屬元素、COD、BOD5、總氮、總磷、菌落等33項指標，指標檢測參照國家標準[18]。

3 結果與分析

3.1 養(yǎng)豬污水主要污染物含量

由表1可知，2個試驗點污水pH值均大于7，呈弱堿性，這對當?shù)氐乃嵝酝寥谰哂幸欢ǖ母纳谱饔谩?個試驗點污水主要污染物含量差異較大，試驗點2養(yǎng)豬場污水硫酸鹽、硝酸鹽、COD、BOD5、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總氮、總磷等指標均明顯低于試驗點1，最高相差20倍以上，總大腸菌群、耐熱大腸菌群等微生物菌群數(shù)量也明顯較低。這與沼氣池對污水的減量化處理作用和不同養(yǎng)豬場用水習慣不同導致的污水濃度差異有關。利用沼氣池厭氧發(fā)酵可以有效降低污水有機物濃度和菌群數(shù)量，但從林木生長需要肥料的角度看，有機物濃度的降低也意味著肥料的損失。

表1 養(yǎng)豬污水主要污染物含量

3.2 養(yǎng)豬污水與《禽畜養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》比較

有機物、氮、磷和微生物指標是養(yǎng)豬污水中的主要污染成分，將2個試驗點污水成分、濃度與GB 18596—2001禽畜養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準[19]中規(guī)定的限制因子進行比較(表2)，主要污染物含量均超標，倍數(shù)介于2.2～2399倍之間，各指標超標倍數(shù)順序為：耐熱大腸菌群>氨氮>總磷>COD>BOD5。試驗點2養(yǎng)豬場的污水經(jīng)沼氣池發(fā)酵后污染物含量比試驗點1低，但仍然超標嚴重，耐熱大腸菌群超標達48倍，氨氮超標12.6倍，總磷、COD、BOD5分別超標4.6、2.3、2.2倍。利用厭氧發(fā)酵技術建設沼氣池是當前養(yǎng)殖污水處理最常用的處理方式[20]，但從測定結果看，厭氧發(fā)酵后的污水仍具有較高的污染物含量，因此沼液如得不到有效的后續(xù)處理也同樣會造成地表水污染。

表2 養(yǎng)豬污水主要污染物超標情況

3.3 養(yǎng)豬污水灌溉對森林集水區(qū)水質(zhì)影響

3.3.1 對表觀性狀和理化指標的影響 森林土壤中的孔隙結構可以濾出除污水中的懸浮顆粒，從而達到凈化污水色、味的目的。由表3可知，2個試驗點經(jīng)污水灌溉后森林集水區(qū)色度、渾濁度、臭味、肉眼可見物等表觀性狀指標未受到不良影響，pH也無明顯變化。2個試驗點集水區(qū)地表水溶解性總固體含量略有增加，試驗點1集水區(qū)地表水總硬度也有所升高，但均遠低于生活飲用水衛(wèi)生標準的限制值，表明當前灌溉量和灌溉頻度不會對森林集水區(qū)地表水表觀性狀和物理指標產(chǎn)生不良影響。

表3 污水灌溉前地表水與污水灌溉集水區(qū)地表水表觀和理化指標

3.3.2 對重金屬及礦物元素含量的影響 金屬及礦物元素是養(yǎng)豬污水的污染成分之一，主要來源于飼料添加劑的使用[21]，金屬及礦物元素在進入森林土壤后，由于膠體吸附、離子交換和螯合作用等過程可以固定在土壤中，或由森林植物吸收積累在植物體中。長期使用養(yǎng)豬污水灌溉農(nóng)田，會引起部分金屬及礦物元素在土壤中的積累[22]，從而影響地表水體環(huán)境質(zhì)量。由表4可知，試驗點1污水灌溉森林集水區(qū)地表水與污灌前地表水相比錳含量明顯增加，超過生活飲用水衛(wèi)生標準。2個試驗點污水中均含有較高的錳含量，但試驗點1污水中錳含量高達0.87 mg·L-1(表1)，是試驗點2的3.5倍，而試驗點1森林集水區(qū)面積僅為試驗點2的10.3%，且試驗點1樹種組成為相對慢生的杉木和木荷混交林，林下植被又較為稀少，因此導致未吸收的過量錳元素進入地表水而超標，試驗點2的污水澆灌水未引起集水區(qū)地表水錳含量增加。試驗點2污灌集水區(qū)地表水鋁含量較污灌前有所增加，雖然目前遠低于生活飲用水衛(wèi)生標準，但長期澆灌仍可能存在一定的風險，要注意查明來源和跟蹤檢測。

表4 污水灌溉前地表水與污水灌溉集水區(qū)地表水金屬及礦物元素含量 mg·L-1

3.3.3 對有機物綜合指標和無機非金屬鹽類含量的影響 有機物、氮、磷是養(yǎng)豬污水主要污染物，也是植物生長所必需的養(yǎng)分，2個試驗點污水中COD、BOD5、總氮、總磷、氨氮等含量均很高，但大部分進入森林生態(tài)系統(tǒng)的有機物和氮磷等營養(yǎng)成分，都被森林土壤吸附和森林植被吸收利用，森林土壤微生物環(huán)境和森林植被狀況不同導致森林生態(tài)系統(tǒng)處理污水能力產(chǎn)生明顯差異。由表5可知，2個試驗點污水灌溉均未導致集水區(qū)地表水耗氧量、COD、BOD5、氨氮等含量升高。試驗點2污灌集水區(qū)地表水硫酸鹽含量升高，試驗點1硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽、總氮含量升高，但2個試驗點硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽含量都低于生活飲用水衛(wèi)生標準。2個試驗點灌溉前地表水中總氮含量分別為0.35 mg·L-1和0.93 mg·L-1，符合Ⅱ類和Ⅲ類水質(zhì)標準，試驗點2灌溉集水區(qū)地表水總氮含量無明顯變化，而試驗點1則上升到7.22 mg·L-1，超過Ⅴ類水質(zhì)量標準，可能與試驗點1養(yǎng)豬場污水中總氮含量較高，而杉木、木荷生長較慢且林下植被稀少，集水區(qū)內(nèi)森林生態(tài)系統(tǒng)未完全吸收有關，也可能為取樣點森林枯枝落葉較多所致。

表5 污水灌溉前地表水與污水灌溉集水區(qū)地表水有機物綜合指標和非金屬鹽類含量 mg·L-1

3.3.4 對大腸菌群等微生物含量的影響 大腸菌群是養(yǎng)豬污水的重要污染物，在一定程度上間接指示水體的衛(wèi)生狀況，但由于大腸菌群也普遍存在于特別是熱帶地區(qū)的自然環(huán)境中[23]，所以指示糞便污染有一定的局限性，為更準確地反映人類健康風險，發(fā)展了糞(耐熱)大腸菌群這一指標[24]，在GB 3838—2002地表水環(huán)境質(zhì)量標準[25]中，用耐熱大腸菌群數(shù)量作為水質(zhì)安全的控制指標。與總大腸菌群和耐熱大腸菌群相比，大腸埃希氏菌具有糞源特異性，作為糞源污染指標更為準確[26]。由表6可知，試驗點1污灌集水區(qū)地表水菌落總數(shù)較灌溉前地表水明顯增加，試驗點2總大腸菌群和耐熱大腸菌群含量也有所上升，2個試驗點大腸埃希氏菌數(shù)量均沒有增加。菌落總數(shù)、總大腸菌群和耐熱大腸菌群數(shù)量的變化主要考慮為取樣點微生物小環(huán)境不同所致，森林環(huán)境對菌群數(shù)量的影響機制還有待進一步深入研究。2個試驗點耐熱大腸菌群含量總體符合地表水環(huán)境質(zhì)量標準Ⅲ類水質(zhì)要求，對照GB 5749—2006生活飲用水衛(wèi)生標準[27]，2個試驗點污水灌溉前和灌溉集水區(qū)地表水菌落總數(shù)、總大腸菌群、耐熱大腸菌群、大腸埃希氏菌群數(shù)等4項微生物指標均超標，如作為生活飲用水水源需進行殺菌處理。

表6 污水灌溉前地表水與污水灌溉集水區(qū)地表水微生物菌群含量

4 結論與討論

業(yè)主用水習慣導致的用水量差異[28]和污水處理方法不同，使不同養(yǎng)豬場污水排放量和污染物含量差異明顯。本文2個試驗點養(yǎng)豬污水污染物濃度差異明顯，總體為試驗點1露天儲存污水污染物濃度高于試驗點2沼氣池污水，但2個試驗點養(yǎng)豬污水的COD、氨氮、總磷、耐熱大腸菌群、BOD5等5項指標均超過GB 18596—2001禽畜養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準[19]，如果直接排放進入江河，必將引起水環(huán)境污染。將養(yǎng)豬污水引入人工森林生態(tài)系統(tǒng)后，絕大部分污染物被森林土壤和森林植被吸收、分解。本試驗條件下，養(yǎng)豬污水引入套種牧草的桉樹人工林7 a、引入杉木×木荷混交林16個月，森林集水區(qū)地表水環(huán)境質(zhì)量總體良好，除微生物指標和試驗點1錳含量超標外，其它指標均符合GB 5749—2006生活飲用水衛(wèi)生標準[27]。

畜禽養(yǎng)殖業(yè)污水中污染成分復雜，主要包括營養(yǎng)物質(zhì)、礦物元素、致病微生物、臭味氣體、重金屬和藥物殘留等幾類，吳建敏等[29]對禽畜養(yǎng)殖廢水污染因子監(jiān)測評價分析發(fā)現(xiàn)，不同畜禽規(guī)模養(yǎng)殖廢水的污染超標因子主要有總氮、氨氮、總磷、CODcr、鐵、砷和錳等共性因子和豬銅個性污染因子，包含了有機物、礦質(zhì)元素和重金屬等污染物。養(yǎng)殖廢水污染物中礦物元素、重金屬和藥物殘留是由于養(yǎng)殖業(yè)飼料添加劑和不科學用藥導致的，可以通過改變飼料配方和用藥方式等進行污染的源頭和過程控制[30-33]。臭味氣體也可以通過在飼料中添加飼料酸化劑、微生態(tài)制劑等除臭劑而得到改善[34]。養(yǎng)殖污水末端處理的重要環(huán)節(jié)是營養(yǎng)物質(zhì)的減量和致病微生物的消除，生物方法是養(yǎng)殖廢水中重金屬污染末端處理的重要方法之一[35]。森林生態(tài)系統(tǒng)在吸收養(yǎng)殖污水營養(yǎng)物質(zhì)方面效果明顯，同時又可以促進土壤肥力提高和植物的生長，從而達到雙贏的目的。李阿池等[2]研究發(fā)現(xiàn)養(yǎng)豬污水灌溉可顯著促進1.5年生桉樹幼林的材積生長和生物量積累。開放性的林內(nèi)開溝法可以使養(yǎng)殖污水在下滲的同時得到好氧微生物的分解，致病微生物也可通過陽光、微生物、森林植被等的綜合作用逐步得到有效消除。植物對重金屬元素有較好的吸收作用并消除對環(huán)境的污染，研究表明多種植物對養(yǎng)殖廢水中的重金屬污染物吸收和降解效果較好[36-37]，森林生態(tài)系統(tǒng)在重金屬污染末端治理方面的潛力有待進一步研究。

我國人工林面積大且普遍存在地力衰退和森林質(zhì)量不高的問題，人工林生態(tài)系統(tǒng)在養(yǎng)殖業(yè)污水處理方面具有很大的潛力和優(yōu)勢，養(yǎng)豬污水引入森林生態(tài)系統(tǒng)對森林土壤、植物和森林集水區(qū)水質(zhì)等方面的研究還有待進一步深入，在更長時間尺度上進行養(yǎng)豬污水灌溉對森林土壤、植物、水質(zhì)影響和風險評價，以及不同林分或不同經(jīng)營模式對養(yǎng)豬污水的吸收速度及利用效率等方面也有待進一步跟蹤研究。

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Effect of Sewage Irrigation on Water Quality in Plantation Watershed

MA Lantao

(ZhangzhouFast-growingForestManagementCenter，Zhangzhou363000，F(xiàn)ujian，China)

In order to find out the effect of sewage irrigation on water quality in forest catchments，we irrigated mixture plantation ofCunninghamialanceolata×SchimasuperbaGardn use swine wastewater by drainage ditch as ″弓″ for 16 months (the first point)，and sprinkling irrigatedEucalyptusurophylla×E.grandisintercropped withPennisetumsineseRoxb for two years (the sencond point).Water quality in plantation watershed was determined.The results showed that catchment surface water quality in both two points conformed to the standard for drinking water except microbial indicators in two points and manganese contents in the second point. Total dissolved solids，sulphate，chloride，nitrate of catchment surface water in the first point and total dissolved solids，aluminum，sulphate of catchment surface water in the second point more less than standard for drinking water，although higher than surface water without sewage irrigated.The total nitrogen of surface water in forest catchment increased significantly at the first point，and higher than V TN standard of Surface Water Environment Quality Standard.

plantation；swine wastewater；irrigation；watershed；water quality

10.13428/j.cnki.fjlk.2017.01.010

2016-11-17；

2017-01-13

漳州市科技局(林畜復合經(jīng)營生態(tài)治污技術研究，ZZ2013039)

馬蘭濤(1982—)，女，河北唐縣人，漳州市速生豐產(chǎn)林基地管理中心高級工程師，從事森林生態(tài)和森林培育研究。E-mail：malantao1198@163.com。

S753.53+3；S715.1

A

1002-7351(2017)01-0043-06