劉瀚揚，陳亞迎，朱佳文，徐麒麟，楊 雪，許禎瑩，邱時秀，李 娟，吳永勝

(成都市農(nóng)林科學(xué)院畜牧研究所，四川 成都611130)

近年來, 四川省的規(guī)模化肉羊養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，在帶來經(jīng)濟利益的同時，對生態(tài)環(huán)境的壓力逐年增大，成為亟待解決的問題。開展農(nóng)業(yè)面源污染監(jiān)測有利于全面掌握我國農(nóng)業(yè)污染現(xiàn)狀，具有一定的迫切性和必要性。產(chǎn)排污系數(shù)作為環(huán)境領(lǐng)域重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，不僅能幫助判斷環(huán)境形勢，還能為制定防控策略和設(shè)計環(huán)境控制設(shè)備提供重要的參考依據(jù)[1-2]。

國內(nèi)外關(guān)于肉羊產(chǎn)污系數(shù)測定的研究報道不多，美國農(nóng)業(yè)工程師協(xié)會編制了動物糞便產(chǎn)生和特性參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，給出了山羊及綿羊的糞尿產(chǎn)生量及污染物含量。我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放核算研究起步較晚，2009年發(fā)布的《第一次全國污染源普查畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》給出了以地域為單位的畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)排污系數(shù)，是近年來我國養(yǎng)殖業(yè)污染物排放核算的重要參考依據(jù)，但該手冊沒有提供肉羊的產(chǎn)排污系數(shù)[3]。同時，由于養(yǎng)殖水平、氣候條件和畜禽品種等限制性因素，跨時間跨地域套用別的國家和地區(qū)的畜禽產(chǎn)排污系數(shù)會造成核算結(jié)果與實際情況出入較大[4]。因此，形成我國的肉羊產(chǎn)排污系數(shù)具有重要的現(xiàn)實意義。本研究基于成都麻羊養(yǎng)殖的實際飼養(yǎng)與管理條件，對肉羊的產(chǎn)排污系數(shù)進(jìn)行了測定，形成了符合四川省實際的肉羊產(chǎn)排污系數(shù)體系，為幫助了解四川省肉羊養(yǎng)殖污染現(xiàn)狀，制定四川肉羊規(guī)模養(yǎng)殖環(huán)境控制策略提供了科學(xué)的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗肉羊及試驗設(shè)計

試驗肉羊為成都麻羊，試驗地點為成都市大邑縣某成都麻羊國家級保種場，常年存欄成都麻羊500只。糞污通過收集堆肥出售用作果樹有機肥，生產(chǎn)污水及尿液通過沼氣池?zé)o害化處理后還田。監(jiān)測時間為2018年6月至2019年4月，分春、夏、秋、冬4個季節(jié)進(jìn)行，每個季節(jié)進(jìn)行有效數(shù)據(jù)為連續(xù)5天的采樣監(jiān)測。試驗肉羊選用3個生長階段，分別為妊娠期母羊、空懷母羊、以及6月齡育肥羊，每個階段隨機選擇5只，體重分別為(45±2) kg、(40±2)kg和(20±2)kg。

1.2 飼養(yǎng)管理

采用常規(guī)飼養(yǎng)管理，冬季和早春以玉米青貯為主，其余季節(jié)以收刈牧草和飼用玉米為主，每日補飼精料。不同季節(jié)基礎(chǔ)日糧營養(yǎng)成分見表1?？諔蜒蝻曃够A(chǔ)日糧，妊娠羊和育肥羊在此基礎(chǔ)上增加適量精料。

表1 不同季節(jié)基礎(chǔ)日糧營養(yǎng)成分Table 1 Index values of base diet samples in different seasons

1.3 采樣方法及測定指標(biāo)

試驗采用本單位自行研究設(shè)計的肉羊代謝籠(實用新型專利號：201821707925.X)進(jìn)行單籠飼養(yǎng)，糞便及尿液經(jīng)代謝籠分離后每日定時收集及測量，本研究共采集肉羊產(chǎn)污系數(shù)測定用樣本192個(每季每個階段糞尿樣本各8個)，其中送檢樣本96個，留樣96個；采集肉羊基礎(chǔ)日糧樣本24個(每季飼草和精料樣本各3個)。

1.3.1 糞便采樣 每次收集的糞便稱重后按組充分混合，采用四分法分取3個樣品，每份0.5 kg。對其中兩個樣品加4.5 mol/L硫酸200 mL進(jìn)行預(yù)處理， 1個樣品留作測定含水率，樣品袋密封-20 ℃保存，實驗室測定糞便水分含量；有機質(zhì)(OM)、全氮(TN)、全磷(TN)采用有機肥料測定方法(NY 525-2002)；銅(Cu)、鋅(Zn)采用火焰院子吸收分光光度法(GB/T 17138-1997)；鉛(Pb)、汞(Hg)、鉻(Cr)、鎘(Cd)采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(GB/T 24875-2010)；砷(As)采用二乙基二硫代氨基甲酸銀分光光度法(GB/T 17134-1997)；鎳(Ni)采用王水回流消解原子吸收法(NY/T 1613-2008)。

1.3.2 尿液采樣 尿液稱量后按組混勻倒入預(yù)處理桶中，按每100 mL加入4.5 mol/L 硫酸 2mL和4滴甲苯，將混合均勻的樣品裝入經(jīng)過潤洗的500 mL聚乙烯樣品瓶內(nèi)于4 ℃保存，每次采集2個樣品，進(jìn)行實驗室測定?；瘜W(xué)需氧量(COD)采用重鉻酸鹽法(HJ 828-2017)測定；氨氮(NH3-N)采用蒸餾-中和滴定法(HJ 537-2009)測定；TN采用凱氏定氮法(GB 11891-89)測定；TP測定采用鉬酸銨分光光度法(GB 11893-89)；Pb、Hg、As、Cr、Cd、Cu、Zn、Ni的測定采用原子吸收分光光度法(GB 7475-87)進(jìn)行測定。

1.4 統(tǒng)計分析及產(chǎn)排污系數(shù)計算

對試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0進(jìn)行單因素方差分析。本研究的肉羊產(chǎn)污系數(shù)是指在成都地區(qū)的飼養(yǎng)和管理條件下，某生產(chǎn)階段1只肉羊1天內(nèi)所產(chǎn)生的原始污染物量，包括糞尿量以及糞尿中各種污染物產(chǎn)生量。根據(jù)董紅敏[5]、史鵬飛等[6]對畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)污系數(shù)提出的計算方法，成都麻羊產(chǎn)污系數(shù)的計算公式如下:

FPj,k=QFj×CFj,k×QUj×CUj,k

式中:j，k分別為生產(chǎn)階段、污染物種類。FPj,k為每只羊產(chǎn)污系數(shù)，[g/(h·d)]或[mg/(h·d)；QFj為第j生產(chǎn)階段每只羊糞便產(chǎn)量，[g/(h·d)]；CFj,k為第j生產(chǎn)階段糞便中含有第k種污染物的濃度，[g/(h·d)]或[mg/(h·d)]；QUi,j為每只羊尿液產(chǎn)量，[L/(h·d)]；CUj,k為第j生產(chǎn)階段尿液中含有第k種污染物的濃度，[g/(h·d)]或[mg/(h·d)]。

本研究的肉羊排污系數(shù)是指在成都地區(qū)的飼養(yǎng)和管理條件下，某生產(chǎn)階段1只肉羊1天內(nèi)所產(chǎn)生的前述污染物排放到外部環(huán)境的量，根據(jù)相關(guān)研究[7-9]，我們測定了該養(yǎng)殖場單個圈舍(10只羊)的糞便及尿液收集量，成都麻羊糞便(尿液)利用率=單個圈舍的糞便(尿液)收集量/[產(chǎn)污系數(shù)中每只羊糞便(尿液)收集量×相應(yīng)只數(shù)]×100%。成都麻羊排污系數(shù)的計算公式如下:

FWDj,k=(QFj×CFj,k)×(1-ηU)×(QUj×CUj,k)×(1-ηT)

式中:FWDi,j=肉羊第j生產(chǎn)階段第k中污染物的排污系數(shù)[g/(h·d)]或[mg/(h·d)]；ηU為糞便的利用率；ηT為尿液的利用率。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)污系數(shù)

2.1.1 糞便樣本各項指標(biāo)測定值 從表2可知，在總氮方面，妊娠羊春季和冬季高于夏季(P<0.05)，空懷羊冬季高于秋季(P<0.05)，其他季節(jié)差異不顯著(P>0.05)，育肥羊春季和冬季高于夏季和秋季(P<0.05)；總磷方面，三種階段的羊最高值均出現(xiàn)在夏季，其中妊娠羊和空懷羊顯著高于其他季節(jié)(P<0.05)；在鋅和銅方面，妊娠羊和空懷羊春、夏兩季均高于夏、秋兩季(P<0.05)，且最高值都在春季，育肥羊夏季最高且顯著高于秋季(P<0.05)；三種階段的羊有機質(zhì)含量最高值都在冬季，且均顯著高于秋季(P<0.05)；重金屬方面，除鎘以外，三種階段的羊鉛、汞、鉻、砷、鎳均低于檢出限，其中妊娠羊及育肥羊分別在春、冬檢出，空懷羊春、冬兩季均有檢出，檢出的鎘含量符合生物有機肥國家標(biāo)準(zhǔn)(≤3 mg/kg，NY 884-2012)；產(chǎn)糞量方面，三種階段的羊四季無顯著差異(P>0.05)，妊娠羊最高值出現(xiàn)在夏季，空懷羊和育肥羊最高值出現(xiàn)在秋季。

表2 糞便樣本各項指標(biāo)測定值Table 2 The estimated value of each index of manure samples

2.1.2 尿液樣本各項指標(biāo)測定值 從表3可以看出，在總氮方面，三種階段的羊冬季均顯著高于其他季節(jié)(P<0.05)，妊娠羊及空懷羊夏季顯著低于其他季節(jié)(P<0.05)，育肥羊春季顯著低于其他季節(jié)(P<0.05)；總磷方面，妊娠羊秋、冬季顯著高于春、秋兩季(P<0.05)，空懷羊和育肥羊各季節(jié)之間無顯著差異(P>0.05)；COD方面，妊娠羊和育肥羊的最高值分別出現(xiàn)在春季及冬季(P<0.05)，空懷羊最低值出現(xiàn)在夏季，其余各季節(jié)無顯著差異(P>0.05)；氨氮方面，三種階段的羊夏季均顯著高于其他季節(jié)(P<0.05)，冬季均低于其他季節(jié)；產(chǎn)尿量方面，妊娠羊和空懷羊夏季均顯著高于其他季節(jié)(P<0.05)，育肥羊春季顯著高于冬季(P<0.05)，三種階段的羊最低值均在冬季；三種階段的羊尿液中銅、鋅、鉛、汞、鉻、砷、鎳均低于檢出限。

表3 尿液樣本各項指標(biāo)測定值Table 3 The estimated value of each index of urine samples

2.1.3 產(chǎn)污系數(shù) 由表4可知，總氮方面，妊娠羊和育肥羊4個季節(jié)的產(chǎn)污系數(shù)無顯著差異(P>0.05)，空懷羊冬季總氮高于夏季(P<0.05),其余季節(jié)間無顯著差異；總磷方面，妊娠羊和育肥羊夏季均顯著高于冬季(P<0.05)，空懷羊各個季節(jié)間差異不顯著(P>0.05)；鋅和銅方面，妊娠羊和空懷羊春季及夏季均高于秋、冬兩季(P<0.05)，育肥羊夏季顯著高于秋季(P<0.05)；重金屬方面，妊娠羊及育肥羊分別在春、冬檢出，空懷羊春、冬兩季均有檢出；COD方面，妊娠羊春季及夏季均高于秋、冬兩季(P<0.05)，空懷羊夏季顯著高于秋季(P<0.05)，育肥羊各個季節(jié)間差異不顯著(P>0.05)；氨氮方面，三種階段的羊最高值均出現(xiàn)在夏季，最低值均出現(xiàn)在冬季，且夏季顯著高于冬季(P<0.05)；有機質(zhì)方面，妊娠羊夏季顯著高于春季，其余季節(jié)間差異不顯著(P>0.05)，空懷羊和育肥羊各個季節(jié)間均無顯著差異(P>0.05)。

表4 成都麻羊的產(chǎn)污系數(shù)Table 4 Pollutants discharging coefficients of Chengdu Grey Goat

2.2 排污系數(shù)

目前，關(guān)于肉羊糞便收集率的研究未見報道，本研究參考了欒冬梅對于育肥牛糞尿收集率的研究方法[10]。成都麻羊白天在運動場活動，夜間在舍內(nèi)休息，場內(nèi)有較為完善的糞便及污水無害化處理設(shè)施。根據(jù)現(xiàn)場測算，該飼養(yǎng)條件下的糞污利用率見表5。由表5可知，糞尿利用率冬季最高，夏季最低。

通過各個季度的糞污利用率，根據(jù)排污系數(shù)的計算公式可以得到成都麻羊的排污系數(shù)，由表6可知，三種階段的羊夏季的總氮、總磷、鋅、銅、COD、氨氮、有機質(zhì)都顯著高于其他三個季節(jié)(P<0.05)。

表5 規(guī)模化羊場4個季度的糞污利用率Table 5 Efficiency of fecal collection in 4 seasons of large-scale dairy farm

表6 成都麻羊的排污系數(shù)Table 6 Pollutants producing coefficients of Chengdu Grey Goat

3 討 論

3.1 產(chǎn)污系數(shù)

四川盆地氣候?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤氣候，夏季平均溫度在24～28 ℃之間，冬季平均溫度4～8 ℃之間。肉羊的粗飼料來源受氣候條件影響較大，夏季和秋季以人工牧草和飼用玉米為主，春季和冬季則以農(nóng)作物秸稈、青貯為主，適口性較新鮮草料差。

三個階段的肉羊各個季節(jié)間產(chǎn)糞量差異不顯著，說明氣候變化及飼草的適口性并未對成都麻羊的產(chǎn)糞量造成較大影響。由于不同季節(jié)基礎(chǔ)日糧樣本中粗蛋白含量差異不大，總氮方面，除空懷羊夏季略低于冬季，三種階段羊各季節(jié)間總氮產(chǎn)污系數(shù)無顯著差異。總磷方面，由于夏季精料總磷高于其他季節(jié)，因此妊娠羊和育肥羊的總磷產(chǎn)物系數(shù)夏季顯著高于其他季節(jié)，其余各季節(jié)間差異不顯著。鋅和銅方面，妊娠羊和空懷羊春、夏兩季均高于夏、秋兩季(P<0.05)，這與精料來源中鋅、銅的含量變化完全一致，說明肉羊攝入的鋅、銅如果不能被消化道吸收，大部分會隨糞便排出體外，王國利在對肉牛產(chǎn)物系數(shù)的測定中也有類似發(fā)現(xiàn)[7]。重金屬的含量，成都麻羊糞便中僅在部分季節(jié)檢出少量鎘，且符合生物有機肥國家標(biāo)準(zhǔn)，說明成都麻羊的糞便在經(jīng)過無害化處理后，可以安全還田。

肉羊的產(chǎn)尿量，妊娠羊和空懷羊夏季均顯著高于其他季節(jié)，這與四川盆地夏季氣候有關(guān)。四川省全年濕度較大，成都市年平均相對濕度為79%，在相同的溫度下，相對濕度越大，體感溫度的增幅就越明顯，妊娠羊和空懷羊體型較大，體脂率較高，因此與育肥羊相比，夏季飲水量顯著增加，產(chǎn)尿量也隨之增加。COD、氨氮產(chǎn)污系數(shù)均來自于尿液，系數(shù)的大小取決于尿液量及其濃度。因此COD方面，雖然妊娠羊和空懷羊夏季的尿液樣本中COD濃度最低，但由于產(chǎn)尿量高，COD產(chǎn)污系數(shù)最高值均出現(xiàn)在夏季。同理，氨氮含量，三種階段的羊夏季的尿液樣本中氨氮濃度均高于其他季節(jié)，因此三種階段的羊氨氮產(chǎn)污系數(shù)最高值均出現(xiàn)在夏季。

3.2 排污系數(shù)

四川省的肉羊養(yǎng)殖場普遍采用干清糞方式收集糞便，收集的糞便集中貯存堆漚后主要用于果樹肥料，尿液通過沼氣池?zé)o害化處理后得以還田，因此糞便及尿液具有較高的收集率。根據(jù)現(xiàn)場測算結(jié)果，三種階段的羊夏季糞便及尿液收集率均低于冬季，原因可能是夏季天氣較熱，尿液蒸發(fā)量大，冬季則相反。同時夏季雨水較多，運動場的糞便及尿液被雨水沖刷流失，因此利用率較低。育肥羊運動量較大，夏季糞尿利用率降低明顯，妊娠羊運動量小，因此各個季節(jié)利用率高于空懷羊和育肥羊。

各指標(biāo)排污系數(shù)呈現(xiàn)顯著的季節(jié)性，表現(xiàn)為夏季高，冬季低。根據(jù)排污系數(shù)的計算公式可以得知，糞便及尿液利用率直接影響產(chǎn)污系數(shù)的大小，因此各指標(biāo)排污系數(shù)最高值均出現(xiàn)在夏季，且顯著高于其他季節(jié)。需要指出的是該方法測得的糞污利用率只代表了試驗組的糞污利用率，實際上被雨水沖刷流失而未被收集測得的那部分糞污可以通過養(yǎng)殖場內(nèi)的排污設(shè)施集中進(jìn)入沼氣池處理，并未直接排放，因此實際的排污系數(shù)會更低。

4 結(jié) 論

本研究結(jié)果表明，成都麻羊妊娠期、空懷期和育肥期產(chǎn)污系數(shù)以妊娠羊最高，空懷羊次之，育肥羊最低；總氮、總磷、鋅、銅、鎘、有機質(zhì)、COD、氨氮排出量隨季節(jié)變化有不同變化；排污系數(shù)呈現(xiàn)顯著的季節(jié)性，表現(xiàn)為夏季高，冬季低。