四川省畜禽粪污肥料化利用环境影响评估

许文志，朱永群，王 谢，王 宏，林超文

(四川省农业科学院土壤肥料研究所，四川 成都 610066)

【研究意义】近年来，随着中国畜禽养殖业的飞速发展，大量养殖粪污处理不当或缺乏处理，由此产生的环境污染问题日益严峻。【前人研究进展】中国农业源的污染物排放量已经超过工业和生活源，成为污染源之首[1-3]。在农业源中，畜禽养殖源排放总氮102万t，总磷16万t，化学需氧量1268万t，又成为农业源的主要排放源[4]，大量的养殖粪污如果处理利用不当，将会对环境造成极大的威胁。【本研究切入点】为进一步明确畜禽粪污肥料化利用的效果及其对环境的影响，笔者就四川省13个典型养殖县具有代表性的养殖场进行系统调研，重点就沼渣、沼液、土壤及部分作物的养分及重金属含量进行了抽样检测。【拟解决的关键问题】以期初步摸清省内养殖企业的粪污处理利用现状，找出潜在问题，并提出相应的整改意见。

1 调研报告

1.1 抽样及调查问卷基本情况

本研究共计对13个典型县(市、区)的26个典型养殖场进行了系统的问卷调查及抽样检测。调研的26个典型养殖场中，生猪养殖场23个、奶牛养殖场2个、肉牛养殖场1个，符合四川省畜禽养殖以生猪为主的实际情况，样本具有一定的代表性。问卷调查的内容主要包括养殖场基本情况、投入品情况、粪污清理方式、沼渣沼液单日排放量、种植基地情况以及沼液施用量、化肥减施量等信息，以期初步了解畜禽粪污肥料化利用的基本情况。

1.2 粪污处理及排放情况

受访的26个养殖场均采用沼液发酵工艺处理粪污，其中采取干湿分离清粪的有23个，占受访数量的88.5 %，另外仍有3个养殖场采用混合清粪。各养殖场粪污排放情况见表1，牛场沼液日排量10 m3左右，沼渣日排量(含干粪，下同)1.5 t左右；猪场沼液沼渣日排量与养殖规模有关，一般沼液日排量在数量上为沼渣的10倍。此外，根据《GB18596-2001畜禽养殖业污染物排放标准》中规定的最高允许排水量，19号生猪养殖场排水量超过标准要求，需引起重视。

1.3 饲料及添加剂使用情况

在饲料使用方面，本次受访的26个养殖场均以浓缩料或全价料为主，配合其他成分制成预混料。其中，奶牛肉牛养殖场随季节不同采用鲜草、干草、青贮玉米等为粗饲料，添加浓缩料等精饲料制成预混料饲喂；生猪养殖场则以育龄为主选择适龄的浓缩料或全价料，再选择性添加玉米、豆粕、酒糟、小麦、麦麸、鱼粉等配置成预混料进行饲喂。

在添加剂使用方面，除1号养殖场日粮添加22 kg爱丽美生猪添加剂，16号养殖场日粮添加20～30 kg含乳酸杆菌、芽孢杆菌的微生物菌剂外，其余24个养殖场均表示除浓缩料、全价料或精饲料外，无其他添加剂(表1)。

1.4 配套种植基地情况

配套种植基地方面，一般以水稻、玉米等粮食作物为主，部分种植果蔬。沼液年均施用次数2～3次，单亩单次施入2～5 m3不等，年均单位(667 m2)施入量一般在5～15 m3不等。按照《畜禽粪污土地承载能力测算技术指南》提供的方法，根据不同作物将养殖场实际配套土地面积折算成相应的承载量(猪当量)，并与实际存栏量进行比较分析。结果发现，有17家养殖场配套种植基地家畜承载能力不足(实际存栏量大于理论承载量)，特别是2号、8号、23号及24号养殖场超载3000头以上，需要扩大沼液施用面积或者减少存栏量。其余养殖场种植基地承载量超过存栏量，配套种植基地承载能力充足，可以较好的消纳养殖场粪污。

2 材料与方法

本次调研还对26个典型养殖场的沼液、沼渣、土壤及成熟作物可食用部位进行了样品采集。

所采集沼肥样品的pH、有机质、全氮、五氧化二磷、氧化钾等营养成分检测参照《NY525-2012有机肥料》、《NY/T2065-2011,沼肥施用技术规范》等标准[5-6]进行。此外，沼肥重金属残留量依《NY/T1978-2010肥料汞、砷、镉、铅、铬含量的测定》[7]等进行测定，并参照《GB4284-84农用污泥中污染物控制标准》[8]进行分析。

所采集土壤样品营养元素含量主要参照《NY/T1121.2-2006土壤pH的测定》等标准[9-11]方法测定；重金属残留按照《GB/T22105.2-2008土壤中总砷的测定》等[12-14]进行测定。土壤重金属安全限量参照《HJ/T332-2006食用农产品产地环境质量评价标准》[15]及《GB15618-1995土壤环境质量标准》[16]中的二级标准，即“为保障农业生产，维护人体健康的土壤限制值”进行判定。

所采集植物样全氮、全磷、全钾、总砷、总铅、总镉、总铜及总锌含量检测按照《NY/T 2419-2013植株全氮含量的测定自动定氮仪法》等标准[17-23]进行。按照《GB 2762-2017 食品安全国家标准食品中污染物限量》[24]对污染物的界定，暂未将铜和锌列为污染物，而将砷、铅、镉作为重金属污染物分别规定了各类食品的安全限量。

3 结果与分析

3.1 沼肥营养成分分析

从表2可知，本次抽样的26份沼液pH在6.83～8.26，受检样品均符合NY/T2065-2011标准对沼液的pH的规定(介于3.0～9.0)。从营养成分分析，样品总养分即全氮、P2O5及K2O的含量总和基本都达到标准规定的0.2以上。其中3份沼液样品的总养分不达标，可能是雨污分离处理不佳所致。26号样品颜色异常发黑，有机质等含量严重偏离其他样品，不具有代表性。除去3个不达标样品及26号样外，其他样品的总养分含量平均为0.49 %，总养分含量较高，按照NY/T2065-2011规定要求，可以作为沼肥使用。

表2 沼液样营养成分检测结果

注：平均值为除去3个总养分不达标样(总养分小于0.2 %)及26号样外其他样品的均值。

按照NY/T2065-2011规定，有机肥pH介于5.5～8.5，有机质含量不小于30 %，总养分不小于3 %。从表3可知，除个别样品外，沼渣样的pH一般处于5.5～8.5，水分含量一般不超过30 %，各样品的总氮含量在1.23 %～4.46 %，均值为2.59 %；P2O5含量在0.48 %～10.74 %，均值为4.33 %；K2O含量在0.32 %～2.88 %之间分布，均值为1.19 %；各样品养分含量总和均在3 %以上，平均为8.1 %。此外，21份沼渣样品的有机质含量在60 %～90 %，平均为74.5 %，有机质含量极为丰富，可作为沼肥使用。

3.2 沼肥重金属残留分析

由表4可知，所有沼液样品的砷、铅、镉、铜及锌的含量均在安全限量以内，符合使用标准，可以按照施用规范安全施用。

沼渣以烘干基计，各样品的总砷、总铅及总镉均在安全限量以内(表5)，可以作为沼肥安全使用。但依照《GB4284-84农用污泥中污染物控制标准》分析，非酸性土壤中，总铜超过安全限量500 mg/kg的有4个，超标较多的13号样超标88.6 %；总锌超过安全限量1000 mg/kg的有5个，其中7号样超标152.7 %。虽然《GB4284-84农用污泥中污染物控制标准》新的征求意见稿中，总铜和总锌的安全限量有大幅度上调，但是沼渣中总铜和总锌含量仍偏高的问题仍需重视。

表3 沼渣样营养成分检测结果

注：有机肥料标准NY525-2012中有机质的氧化校正系数由原来的1.0修改为1.5，但实际情况下不同样品的氧化效率不同，有的氧化校正系数不到1.5，从而造成有机质含量高于100 %。

表4 沼液样重金属残留检测结果

续表4 Continued table 4

样品编号Sample No.达标/安全限量Qualification or safety amount总砷(mg/kg)Total arsenic总铅(mg/kg)Total lead总镉(mg/kg)Total cadmium总铜(mg/kg)Total copper总锌(mg/kg)Total zinc≤70≤100≤3≤500≤100012苍溪20.0220.00700.002300.1700.6013西充10.0420.00190.000440.4000.4814西充20.0030.00480.000380.0120.2615蓬溪10.0080.00360.000470.0100.0216蓬溪20.0040.00320.000350.0570.3817射洪10.0040.00490.000600.0100.0718射洪20.0030.00110.000380.0600.1519洪雅10.0050.00180.000430.1900.5720洪雅20.0100.00930.002600.2000.6521丹棱10.0050.00220.000470.2000.9822丹棱20.0350.00910.001000.0610.3323邛崃10.0030.0020.000451.8904.4124邛崃20.0180.00180.000390.0620.6325蒲江10.0030.00950.000490.0840.4426蒲江20.1200.02200.0130046.800102.00平均0.03300.00480.00122.05835.3127

注：安全限量参见《NY525-2012有机肥料》、《NY/T2065-2011沼肥施用技术规范》及《GB4284-84农用污泥中污染物控制标准》。

3.3 沼液的培肥效果分析

一般而言，采用干湿分离清粪方式的养殖场干粪作为商品肥外销，不便于追踪，因此本次调研重点分析沼液对土壤的影响，土壤样品营养成分检测结果见表6。

25个样点中，有13个样点在施用沼液后土壤pH有不同程度的升高；其余12个样点土壤pH有所下降。施用沼液对土壤pH的影响有待进一步研究证实。

表5 沼渣重金属残留检测结果

续表5 Continued table 5

样品编号Sample No.达标/安全限量Qualification or safety amount总砷(mg/kg)Total arsenic总铅(mg/kg)Total lead总镉(mg/kg)Total cadmium总铜(mg/kg)Total copper总锌(mg/kg)Total zinc≤70≤100≤3≤500≤100012射洪13.531.90.2213866413射洪21.013.10.49943∗1445∗14洪雅12.891.30.3628084515洪雅22.691.30.33358616丹棱10.341.30.064920617丹棱21.571.50.29682∗72318邛崃17.353.60.1311130719邛崃25.581.30.191791022∗20蒲江11.251.50.1010433921蒲江21.191.50.12436941平均2.792.60.23279711

注：安全限量参见《NY525-2012有机肥料》、《NY/T2065-2011沼肥施用技术规范》及《GB4284-84农用污泥中污染物控制标准》等，“*”表示超过相应标准。

在土壤培肥效果方面，施用沼液在土壤肥力提升方面有一定的作用。施用沼液后，25个样点有机质平均提升3.1 g/kg，其中16个样点施用沼液后有机质提升幅度在0.4～19.5 g/kg，平均升高7.9 g/kg；其余9个样点有所下降。此外，施用沼液后土壤样品的全氮、碱解氮、有效磷、速效钾等养分含量也有不同程度的增加，25个样点全氮平均增加0.26 g/kg、碱解氮平均增加20 mg/kg；而有效磷和速效钾含量则显著增加(SPSSv22配对t检验，数据未列出)，平均分别达到29和67 mg/kg。

土壤养分含量升高可以说明施用沼液有一定的土壤培肥效果，沼液可作为有效肥源加以合理利用。但是施用沼液可能会引起土壤有效磷的大幅增加，因此沼液一定要有规划的合理施用，避免土壤磷素升高引起污染。

3.4 沼肥的重金属污染风险分析

从土壤样品重金属残留情况来看，施用沼液对土壤总砷、总铅和总镉的影响不大，25个调查点上升下降均有，但幅度不大(SPSSv22配对t检验，结果未列出)。土壤总铜和总锌均有上升的趋势，25个样点中分别有15个点上升，施用沼液后土壤总铜平均增加4.1 mg/kg，最高增加41.3 mg/kg，增幅达152 %；土壤总锌平均增加19.7 mg/kg，最高增加134.2 mg/kg，增幅达139 %；总铜和总锌增幅最高均出现在11号样点(表7)。总体来说施用沼液后土壤总铜、总锌均呈升高的趋势，应引起重视。

3.5 植物重金属残留分析

8份植物样中，空心菜以鲜重计，砷、铅、镉均未超标(数据未列出)。玉米以干重计，施用沼液后，3个样点全氮含量增加2.49 %，全磷增加了11.7 %，变化不明显(数据未列出)。重金属污染风险方面，施用沼液后3个样点的玉米砷、铅、镉、铜、锌含量均有不同程度的增加，其中砷含量显著增加了0.008 mg/kg，增幅达92.59 %(数据未列出)。另外，来自古蔺2的两份玉米样镉均超标(安全限量0.1 mg/kg)，其中施沼液总镉含量0.19 mg/kg，超标90 %，未施沼对照含量0.12 mg/kg，超标20 %；该样点为家庭养殖的20头奶牛，沼液施用采用人工担挑撒施，随机性较大，其施沼区土壤镉含量不超标，未施沼土壤镉含量轻微超标(超标6.67 %)，该样点玉米籽粒镉超标的具体原因需要进一步查证。

4 讨 论

受访的26个养殖场中，超过88 %的采用干湿分离的清粪方式，一般铺有沼液管网或者使用沼液运输车，且均配有一定面积的种植基地，养殖粪污一般可以得到适当处理，且可有效安全消纳。但仍有少量中小规模养殖场采取混合清粪方式，粪污处理不当；部分养殖场存栏规模超出种植基地的承载能力，导致沼液等无法安全消纳，一般此类养殖场环境污染风险较高。

沼肥的营养成分方面，抽样的26份沼液样品绝大多数总养分含量平均为0.65 %，养分含量较高，符合NY/T2065-2011的要求；21份沼渣样品的有机质含量在60 %～90 %，平均为74.5 %，有机质含量极为丰富，超过NY/T2065-2011的要求，沼液沼渣均可作为有机肥施用。土壤培肥方面，长期施用沼肥后，土壤有机质含量、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾等有不同程度的升高，土壤培肥效果显著。但长期施用沼液后，土壤有效磷及总铜、总锌含量增加明显，存在一定份生态风险，需要引起重视。

表6 沼液土壤培肥效果分析

注：①施沼为施用沼液的土壤样品，未施为未施用沼液的土壤对照样品；②差值=施沼-未施。

虽然沼液沼渣中重金属含量尚在有关标准的安全限量以内，但长期施用沼肥后，重金属在土壤中不断累积，通过植物的富集作用，可能导致作物重金属超标。例如本次抽样的植物样中，3个样点的玉米施用沼液后砷、铅、镉、铜、锌均有不同程度的增加，其中砷含量显著增加了92.59 %，需要引起重视。

5 结 论

本次调研发现，除个别小型养殖场外，四川省内养殖场一般都按照相关要求配备了干湿分离、沼液发酵等畜禽粪污处理设施设备，且配有面积不等的种植基地，通过管网或者沼液运输车来消纳沼液沼渣。养殖粪污处理得当，肥料化利用程度较高，环境污染分险较小。

抽样检测结果发现，经过适当处理的沼液沼渣，富含有机质等营养物质，符合有关有机肥标准，可以作为有机肥施用。此外，长期施用沼液沼渣后，土壤有机质等营养成分含量均有上升趋势，沼肥土壤培肥效果显著，但长期施用沼肥导致土壤磷、总铜及总锌含量升高，存在一定的污染风险。因此需要动态监测沼肥及土壤各项营养元素及重金属含量的动态变化，科学合理的施用沼肥。

表7 施用沼液土壤重金属污染风险分析

注：①施沼为施用沼液的土壤样品，未施为未施用沼液的土壤对照样品；②差值=施沼-未施；3、安全限量参照《GB15618-1995土壤环境质量标准》中的二级标准；“*”表示该值超过相应标准。

6 问题及建议

(1)本次调研发现仍有少量中小规模养殖场采取混合清粪方式；部分养殖场现有粪污处理设备存在老化、泄露等问题。建议尽快完善或更新干湿分离、新型发酵罐等粪污处理设施设备，严格控制养殖用水，从源头上减少养殖粪污的直接排放。

(2)部分养殖场种植基地面积严重不足，存在沼肥过量的潜在风险。建议养殖场扩大种植基地面积，或根据现有种植基地承载量来确定合理的家畜存栏量。

(3)沼液氮素含量较低，为满足作物生产长期大量施用沼液容易造成土壤有效磷大幅增加，建议加强沼液营养成分监测管理[25]，强化浓缩型沼液发酵工程技术、沼液主要成分及其分离提取浓缩技术等研究[26]，将沼液的安全利用纳入农业综合开发建设的系统工程[27]。

(4)强化饲料及兽药研究，严格控制铜、锌等重金属在饲料、兽药中的投入量，从源头上控制输入量；强化沼肥的加工处理技术研究，通过生化、物理等方法去除沼肥中的重金属残留[28-29]，或者降低金属离子活性[30]，降低沼肥中重金属对土壤及作物的不良影响。

(5)本研究发现施用沼液后3个样点的玉米砷、铅、镉、铜、锌均有不同程度的增加，其中砷含量显著增加，建议选择对重金属低富集的植物种类或作物品种，降低重金属在食品中的残留[31]。