楊智青，丁海榮*，陳應(yīng)江，金崇富，時(shí) 凱，侯福銀，陳長(zhǎng)寬，封功能

(1.江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 鹽城 224002；2.江蘇省鹽城市畜牧養(yǎng)殖裝備工程技術(shù)研究中心，江蘇 鹽城 224002；3.鹽城工學(xué)院，江蘇 鹽城 224002)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年我國(guó)生豬出欄數(shù)和豬肉消費(fèi)量均占世界總量的50%左右[1]，是世界上最大的生豬養(yǎng)殖和豬肉消耗國(guó)。當(dāng)前我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)正快速向規(guī)?；?、集約化飼養(yǎng)模式轉(zhuǎn)變，規(guī)?；B(yǎng)殖比例不斷擴(kuò)大，生豬年出欄500頭以上的規(guī)模養(yǎng)殖比例為44.0%。規(guī)?；B(yǎng)殖的快速發(fā)展造成畜禽養(yǎng)殖廢棄物產(chǎn)生量突增，我國(guó)畜禽糞便產(chǎn)生量已達(dá)到60億t[2]，成為“公認(rèn)”的面源污染大戶(hù)。隨著江蘇省內(nèi)養(yǎng)殖業(yè)北移、東移，蘇北沿海地區(qū)已成為溫氏、中糧、光明等多個(gè)大型養(yǎng)殖企業(yè)的生豬養(yǎng)殖基地，年養(yǎng)殖生豬數(shù)百萬(wàn)頭以上，而養(yǎng)殖糞污成為必須解決的首要問(wèn)題。本課題組針對(duì)上述養(yǎng)殖企業(yè)主要采用的水泡糞養(yǎng)殖模式，對(duì)其工藝下收集的糞污的基本情況進(jìn)行季節(jié)性檢測(cè)分析，從而為后續(xù)的糞污資源化利用提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)豬場(chǎng)基本情況

試驗(yàn)豬場(chǎng)位于江蘇省鹽城市大豐區(qū)G228四岔河段東5 km，該場(chǎng)采用水泡糞生產(chǎn)工藝，設(shè)計(jì)年出欄生豬5萬(wàn)頭，配套10000 m3沼氣包工程、氧化塘,以及沼液、沼渣輸送工程和666.7 hm2耕地，產(chǎn)生的沼氣全部發(fā)電用于豬場(chǎng)生產(chǎn)，為沿海地區(qū)典型的規(guī)模化水泡糞養(yǎng)豬企業(yè)。

1.2 樣品采集及保存

試驗(yàn)選取養(yǎng)豬圈舍糞、尿、廢水等集中的集糞池作為采樣點(diǎn)，每月15日取表層下的豬糞污作為樣品，用新純凈水瓶包裝，低溫密封保存于實(shí)驗(yàn)室，用于試驗(yàn)檢測(cè)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié)的糞污樣品采集分組，并設(shè)計(jì)3個(gè)方面的指標(biāo)檢測(cè)：一是糞污理化特征；二是糞污養(yǎng)分指標(biāo)；三是糞污風(fēng)險(xiǎn)因子。對(duì)4個(gè)季節(jié)的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較分析，研究其變化規(guī)律。

1.4 檢測(cè)指標(biāo)及方法

檢測(cè)指標(biāo)及方法見(jiàn)表1。

表1 糞污檢測(cè)指標(biāo)及方法

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用Excel 2007制作數(shù)據(jù)圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 糞污理化性狀周年變化

由表2可知，豬場(chǎng)收集的糞污pH值高于7.0，呈弱堿性，夏季最高，與其余3季差異顯著(P<0.05)；糞污中總固體含量秋季最低，與其他3季差異顯著(P<0.05)，夏季與冬季間差異不顯著(P>0.05)；其中水溶性有機(jī)碳含量4個(gè)季節(jié)在1.5%～2.0%之間，變化不大，且相互間差異不顯著(P>0.05)；糞污的電導(dǎo)率均值高于3.6 ms/cm，其中春、秋2個(gè)季節(jié)間差異顯著(P<0.05)，但與夏、冬2個(gè)季節(jié)的電導(dǎo)率差異不顯著(P>0.05)；糞污的鹽分含量從春到冬，平均值呈遞增趨勢(shì)，冬季最高，且與其他季節(jié)間差異顯著(P<0.05)，其余3個(gè)季節(jié)的鹽分含量相互間差異不顯著(P>0.05)。

表2 豬場(chǎng)集糞池豬糞四季理化指標(biāo)特征統(tǒng)計(jì)

注：同行小寫(xiě)字母表示在0.05水平上的差異顯著性，字母相同則差異不顯著，不同則顯著。

2.2 糞污養(yǎng)分組成四季變化

2.2.1 總氮含量的四季變化 由圖1可知，糞污中總氮含量從春季到冬季呈遞增趨勢(shì)，其中冬季和秋季較高，兩者間無(wú)顯著差異(P>0.05)，與春、夏2季糞污的總氮含量有顯著差異(P<0.05)。

圖1 糞污中總氮含量的四季變化

2.2.2 總磷含量的四季變化 由圖2可知，糞污中總磷含量以夏季最高，與其余3個(gè)季節(jié)的差異顯著(P<0.05)；春、秋、冬3個(gè)季節(jié)糞污總磷含量間無(wú)顯著差異(P>0.05)。

圖2 糞污中總磷含量的四季變化

2.2.3 總鉀含量的四季變化 由圖3可知,糞污中總鉀含量變化較大,春季最高，與其余3個(gè)季節(jié)差異顯著(P<0.05);秋季最低,與其余3個(gè)季節(jié)差異顯著(P<0.05);夏、冬2個(gè)季節(jié)間的總鉀含量無(wú)顯著差異(P>0.05)。

2.2.4 銨態(tài)氮含量的四季變化 由圖4可知,冬季糞污氨氮含量最高,與其余3個(gè)季節(jié)差異顯著(P<0.05)；而春、夏、秋3個(gè)季節(jié)間的氨氮含量無(wú)顯著差異(P>0.05)。

圖3 糞污中總鉀含量的四季變化

圖4 糞污中氨氮含量的四季變化

2.2.5 速效鉀含量的四季變化 由圖5可知，豬場(chǎng)糞污中的速效鉀存在明顯差異，其中冬季含量最高，與其他季節(jié)存在顯著差異(P<0.05)；秋季最低，與其他季節(jié)存在顯著差異(P<0.05)；春、夏2季的速效鉀含量無(wú)顯著差異(P>0.05)。

圖5 糞污中速效鉀含量的四季變化

2.2.6 速效磷含量的四季變化 由圖6可知,速效磷在糞污中的含量4個(gè)季節(jié)均有變化，夏季略高，與冬季速效磷含量存在顯著差異(P<0.05)；春、秋2個(gè)季糞污的速效磷含量居中，與其余兩季間無(wú)顯著差異(P>0.05)。

圖6 糞污中速效磷含量的四季變化

2.2.7 腐植酸含量的四季變化 由圖7可知,糞污中腐植酸含量均值從春、夏季開(kāi)始上升至秋冬季回落,秋季最高，與其他3個(gè)季節(jié)差異顯著(P<0.05)；春季最低,與其他3個(gè)季節(jié)差異顯著(P<0.05)；夏、冬季節(jié)間的腐植酸含量無(wú)顯著差異(P>0.05)。

圖7 糞污中腐植酸含量的四季變化

2.2.8 有機(jī)質(zhì)含量的四季變化 由圖8可知,在糞污中的有機(jī)質(zhì)含量在4個(gè)季節(jié)之間差異不顯著(P>0.05)，含量相對(duì)穩(wěn)定。

圖8 糞污中有機(jī)質(zhì)含量的四季變化

2.3 糞污中環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因子周年變化

2.3.1 糞污中COD、BOD的周年變化 由圖9可知,糞污中COD含量除夏季外,3個(gè)季節(jié)間差異不顯著(P>0.05);夏季最低,且與其他季節(jié)差異顯著(P<0.05)。

圖9 糞污中COD含量的四季變化

由圖10可知,糞污中BOD含量以春季最高,與其他3個(gè)季節(jié)差異顯著(P<0.05);夏、秋、冬3個(gè)季節(jié)間的糞污BOD含量差異不顯著(P>0.05)。

圖10 糞污中BOD含量的四季變化

2.3.2 糞污中重金屬含量的周年變化 由圖11可知,糞污中Cu含量在季節(jié)間存在明顯的變化,夏季均值最高,與春、冬季差異顯著(P<0.05);冬季最低,與其他季節(jié)間差異顯著(P<0.05)；春、秋2個(gè)季節(jié)間差異不顯著(P>0.05)。

圖11 糞污中Cu含量的四季變化

由圖12可知,糞污中Zn含量在養(yǎng)豬4個(gè)季節(jié)的變化不大,其中夏季均值最大,與秋季差異顯著(P<0.05),與春冬季差異不顯著(P>0.05);春冬季的Zn含量均值居中,與夏、秋2季的含量差異不顯著(P>0.05)。

圖12 糞污中Zn含量的四季變化

3 討論

3.1 水泡糞工藝對(duì)糞污理化性質(zhì)的影響

科學(xué)解決畜禽糞便污染問(wèn)題是養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展的關(guān)鍵。豬場(chǎng)糞污清理方式的合理選擇，可為生豬生長(zhǎng)提供良好的環(huán)境，并為后續(xù)糞污轉(zhuǎn)化利用提供適宜的原料[4]。我國(guó)養(yǎng)殖場(chǎng)的清糞工藝包括水泡糞、水沖糞和干清糞3種。采用不同清糞工藝，沼氣工程發(fā)酵原料中各成分的含量差異性較大，從而影響沼液的穩(wěn)定性，不利于沼液的利用，制約了資源的有效循環(huán)利用，也不利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[5]。

關(guān)于清糞方式對(duì)糞污的影響報(bào)道主要集中在對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境、糞便成分、沼液養(yǎng)分等方面[5-8]，且部分研究明確指出：在中國(guó)勞動(dòng)力資源比較豐富的條件下,干清糞工藝是較為理想的清糞工藝[9]。水泡糞因其可以提高勞動(dòng)效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，被規(guī)模豬場(chǎng)大量采用，但是由于該工藝中糞便與大量的水混合后處理，嚴(yán)重影響了糞污的組成。本文對(duì)此進(jìn)行了研究測(cè)定，結(jié)果顯示：水泡糞糞污的pH值、水溶性有機(jī)碳、電導(dǎo)率和鹽分在4個(gè)季節(jié)相對(duì)比較穩(wěn)定(個(gè)別差異應(yīng)與采樣有關(guān))；總固體含量差異較大，4個(gè)季節(jié)間存在顯著差異(P<0.05)，秋季最低。規(guī)?；酿B(yǎng)殖場(chǎng)應(yīng)用水泡糞工藝，飼養(yǎng)管理穩(wěn)定，產(chǎn)生的糞污的理化性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，有利于后期干濕分離以及沼氣工程等資源化工作的開(kāi)展。

3.2 糞污中養(yǎng)分的四季變化規(guī)律

規(guī)?；i場(chǎng)豬糞中的養(yǎng)分含量,在不同季節(jié)、不同豬群之間不盡相同，且表現(xiàn)出一定的變化規(guī)律，這主要是由于各季節(jié)豬場(chǎng)的豬群結(jié)構(gòu)、飼料類(lèi)型、氣候變化等不同所致[10]。本研究主要檢測(cè)4個(gè)季節(jié)糞污中的總氮、總磷、總鉀、銨態(tài)氮、速效鉀、速效磷、腐植酸、有機(jī)質(zhì)等8個(gè)主要養(yǎng)分指標(biāo)，其中總氮、銨態(tài)氮含量4個(gè)季節(jié)呈遞增趨勢(shì)，總磷、速效磷、腐植酸含量呈夏秋高、冬春低的趨勢(shì)，總鉀、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量呈冬春高、夏秋低的趨勢(shì)。上述結(jié)果應(yīng)與飼料配方季節(jié)性調(diào)整和豬場(chǎng)用水量有關(guān)。

3.3 糞污中風(fēng)險(xiǎn)因子的四季變化規(guī)律

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年我國(guó)生豬糞污COD總排放量1955.84萬(wàn)t，BOD總排放量1909.91萬(wàn)t，比1998年分別增長(zhǎng)了619.8萬(wàn)t、605.25萬(wàn)t[11]。畜禽飼料中重金屬約95%以上隨畜禽糞便排泄而進(jìn)入環(huán)境，我國(guó)每年使用的微量元素添加劑有15萬(wàn)～18萬(wàn)t，有10萬(wàn)t左右未被動(dòng)物利用而隨糞便排出體外，進(jìn)而污染環(huán)境[12]。在養(yǎng)豬過(guò)程中，為了預(yù)防疾病和促進(jìn)生長(zhǎng)，Cu、Zn等重金屬元素往往作為飼料添加劑大量使用且添加量多超正常飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。此外，由于肉豬對(duì)飼料中Cu、Zn等元素吸收率較低，致使大部分Cu、Zn等元素積累在豬糞中，導(dǎo)致豬糞和以其作為主要原料生產(chǎn)的有機(jī)肥料中重金屬含量顯著提高，增加了農(nóng)田應(yīng)用的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[13-14]。本文對(duì)水泡糞糞污的風(fēng)險(xiǎn)因子COD、BOD，以及Cu、Zn等重金屬的4個(gè)季節(jié)含量進(jìn)行了檢測(cè)分析，糞污中COD含量春、秋、冬三季較為穩(wěn)定，夏季較低，與夏季用水量大相關(guān)；BOD則是春季較大，而夏、秋、冬三季總體含量較為穩(wěn)定；Cu含量夏季最高；Zn含量四季相對(duì)均衡。結(jié)果顯示：規(guī)模養(yǎng)豬場(chǎng)水泡糞工藝中糞污影響環(huán)境的4種風(fēng)險(xiǎn)因子含量在4個(gè)季節(jié)間雖有差異，但總體穩(wěn)定，亟需采用科學(xué)的技術(shù)方法進(jìn)行減量，以符合國(guó)家排放或農(nóng)田施用標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 水泡糞工藝的糞污資源化潛力評(píng)估

近幾年飼養(yǎng)員勞動(dòng)成本迅速提高，5～6年間，飼養(yǎng)員的工資和管理費(fèi)用幾乎翻了一番，同時(shí)80后、90后喜歡養(yǎng)豬的人少了，豬場(chǎng)招聘飼養(yǎng)員越來(lái)越困難。豬場(chǎng)水泡糞清糞工藝具有節(jié)省人力的優(yōu)點(diǎn)，許多豬場(chǎng)都在推廣和探索水泡糞工藝[15]。水泡糞工藝優(yōu)點(diǎn)很明顯，但是從養(yǎng)殖環(huán)境、成本等角度考慮，并非最佳生產(chǎn)模式[9,16]。但是，沿海地區(qū)集約化規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)基于生產(chǎn)管理、成本以及工藝成熟度等方面考慮，水泡糞是最為經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的生產(chǎn)工藝，但是從本文研究結(jié)果可知，該工藝條件下提供的基肥四季的養(yǎng)分含量、理化性質(zhì)較為均一，是穩(wěn)定的有機(jī)肥原料，同時(shí)產(chǎn)生的大量廢水須經(jīng)過(guò)沼氣工程等配套設(shè)施的降污處理后資源化利用。

4 小結(jié)

水泡糞養(yǎng)豬工藝作為被大量推廣應(yīng)用的技術(shù)，能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供穩(wěn)定的有機(jī)肥原料，但是其含有的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因子亦須受到生產(chǎn)方的大力重視，配套降污、減量的技術(shù)設(shè)施，從而保障安全生產(chǎn)，保護(hù)環(huán)境。