集约化养猪场氮污染及减少氮污染的有效途径

李少宇1 魏凤贤1 胡晓飞2 闫相洲1 侯子华11 河南省农业科学院畜牧研究所郑州4500022 河南农业大学畜牧与医学工程学院郑州450002 改革开放20年来，我国的畜牧业特别是养猪业取得了巨大发展，规模化养猪场越来越多，极大地满足了人民群众对肉类的需求。但与此同时，规模化养猪场对周边环境造成的污染（尤其是氮磷污染）也日益严重，随着人们环保意识的增强，这一问题更加突出。因此，加强规模化养猪场粪便污染治理迫在眉睫。一、规模化养猪场造成环境污染的原因规模化养猪场造成环境污染的主要原因是猪粪中的氮、磷污染。据姚军虎（2000）估计，猪只能利用日粮中氮的30%55%，其余大部分以粪便形式排出体外。国外研究表明，猪摄入的氮一般有60%80%从粪便中排出，一部分直接挥发到大气中，增加大气中的氮含量。严重时可形成酸雨，危害农作物；氧化成硝酸盐渗入地下或地表水流河流，造成大面积污染。此外，牲畜排泄后，粪便和尿液经常混合在一起。由于微生物的活动，粪便和尿液中的大量含氮物质被降解，并产生大量的挥发性脂肪酸和氨。经粪便和尿液排出后，约有60%70%的氮转化为氨。我国规模化养猪场存在布局布局不合理的问题。为便于运输和及时供应，规模化养猪场多分布在大中城市和人口密集地区，布局密集，造成农牧业脱节。猪场粪便不能及时用于农业，难以有效处理。统计显示，我国近80%的大中型畜禽养殖场集中在东部沿海地区和北京、上海、天津、广州、杭州等大中城市及其周边地区。中部地区大中型畜禽养殖场数量不足20%，而云南、西藏、青海、新疆、甘肃等整个西部地区仅占1%左右.此外，规模化养猪场多靠近居民区和交通要道，不仅对自身防疫极为不利。而且，猪场粪便中的粪便污水、恶臭、蚊虫、噪音等污染，让本就脆弱的城市环境雪上加霜。此外，城市和郊区的土地有限，粪便和污水的利用也有限。同时，由于城郊使用化肥，有机肥浪费严重，粪便利用率低，这也是规模化养猪场施肥的重要原因。污染环境。此外，规模化养猪场大多采用引进国外生产工艺和技术，甚至包括畜舍和养殖设备。由于资金有限，对环保问题不重视，粪便处理设备一直没有进口，这也导致养猪场规模化。环境污染的严重原因。 2、规模化养猪场造成环境污染的形式及危害规模化养猪场对环境造成的污染物主要包括粪便、污水和恶臭三个方面。 2.1粪便污染根据试验数据分析，每头猪每天产生粪便约5.5L（不包括冲圈废水），每年排泄氮约9.53kg。一个拥有1万头生猪（以中型猪计算）的养猪场，每年至少向猪场外围排放粪便1.26万吨。由于猪对饲料中氮素的吸收率低，大量的氮素随粪便排出体外，积累在土壤中。超过单位面积的生态环境循环需求。而且，雨水的冲刷会造成地下水源和地表水源的污染。而且，粪便中含有大量严重污染环境的物质。 2.2 污水由于我国畜禽养殖企业长期以来片面追求经济效益，环保意识极差，粪便、污水管理落后，造成大量粪便直接随冲水流失，有的甚至直接排入河流，严重污染了主要河流的水质。猪场排放的粪便和污水中的生化指标极高，其中COD（化学需氧量）和BOD（生物需氧量）远超国家标准。 高浓度有机污水排入江河湖泊，导致水质不断恶化。污水中高浓度的氮、磷是造成水体富营养化的重要原因，造成藻类过度生长，造成大量鱼类死亡(Roland et al. 1993)，严重威胁水产养殖业的发展。畜禽粪便污染物不仅污染地表水，使地表水中硝酸盐含量超标（50mg/L），而且其有毒有害成分极易进入地下水，严重污染地下水。地下水一旦受到污染，治理和修复难度极大，会造成比较持久的污染。同时，养猪场在污染周围环境的同时，也污染了自身的环境，严重影响了畜牧业的可持续发展。 2.3 臭味和氨气粪便的臭味是指粪便中含有的或在储存过程中释放的挥发性成分。由于规模化养猪场粪便缺乏有效处理，相当一部分养猪场散发出非常难闻的气味，严重污染了周边居民的生活环境。目前，已从粪便中鉴定出160 种挥发性成分（O、Neill 和Philips，1992）。在粪便和尿液中还发现了80多种含氮化合物，其中10种与恶臭有关。减少粪便中的氮排泄将减少粪便中的挥发性物质，从而减少粪便气味。霍布斯等人。 （1996）表明，降低饮食中的蛋白质水平和理想的蛋白质摄入量会显着降低粪便中各种挥发性成分的含量。此外，粪便和尿液在发酵过程中还会产生氨、SO2、NO2、胺类和氨基酸衍生物。虽然氨与粪便气味之间几乎没有相关性，但大量研究表明，环境氨浓度高会影响动物的生产性能和健康，导致采食量和日增重下降，肺炎发病率增加，性成熟度提高。推迟。因此，人们仍在积极采取措施减少氨的排放(O, Neill and Philips, 1992; Hobbs et al. 1996)。    3.影响因素及降低氮污染的有效措施    最大限度地发挥每头猪的生产性能一直是生产者和营养学家共同追求的目标。因而，一般的配合饲料很少或根本不考虑营养物质的排出，结果使过量的营养素（主要是氮和磷）随粪尿排出，造成对环境的严重污染。通过营养调控配制低蛋白日粮，加强对排泄物进行处理，以及强化规模化猪场的排放标准的实施，是降低氮污染的有效措施。    3.1通过营养调控减少猪氮排泄    营养物质的排泄是由于消化和代谢效率下高所致。对于氮，一般仅有20% ～40％在动物体内沉积（Kornegay等,1997）。这表明可以通过营养调控减少营养物质排泄。如何通过日粮的营养调控来降低畜禽排泄物对环境的污染是每一个饲料工作者应该思考的问题。氮排泄包括粪氮和尿氮，通过营养学技术，提高猪的饲料转化效率，减少排污（粪尿），已成为当前养猪学及营养学研究的一个热点。    3.1.1根据不同品种猪的营养需要及饲料原料的营养价值配制饲料    尽可能满足不同品种猪的实际营养需要，根据不同品种猪的营养需要来配制饲料，因为不同品种猪的营养需要各不相同，如60~90kg瘦肉型生长猪粗蛋白需要量为14%，而60~90kg肉脂型生长猪粗蛋白需要量为13%（中国国家标准）。     另外，饲料原料的营养成分如氨基酸含量变异较大，而且同一品种的饲料原料，由于收获时间、地域等不同，其变异也较大。因此做饲料配方时，不仅要检测原料的各营养成分含量，而且还要考虑各原料氨基酸的消化率，特别是各种氨基酸的猪回肠消化率，才能准确的反映饲料的营养价值，做出的配方才能满足猪的营养需要且保证氮的最少摄入，从而达到氮的最小排出。    3.1.2以理想蛋白质模式和可消化氨基酸含量为基础设计饲料配方    NRC（1981）首先提出的理想蛋白(IP)概念已在全世界范围内广泛应用。它的应用能使氮的排泄量最小。理想蛋白质中氨基酸模式通常以赖氨酸为基础，所有必需氨基酸的需要量是以与赖氨酸的百分比表示的。在实际应用中，只要猪的赖氨酸需要量已知，就能很快计算出其它氨基酸的需要量。     以可消化氨基酸为基础配制日粮对于降低氮排泄及合理利用人工合成氨基酸和日趋紧张的蛋白质资源尤其是非常规蛋白质资源愈来愈显得重要。做饲料配方时，以理想蛋白质概念的可消化氨基酸含量为基础，满足猪的维持和生产需要配制最佳的饲料氨基酸比例，以达到饲料的最佳转化效率，也即可达到氮的最小排出。据报道，应用理想蛋白概念配制日粮，在满足猪的有效氨基酸需要的基础上，可以适当降低蛋白水平，而不会影响猪的生产性能，但氮的排泄量可减少30%。    3.1.3添加合成氨基酸配制低蛋白饲料    提高日粮氨基酸的平衡性，降低日粮中蛋白质的含量就可以减少氮的排出。Kerr和Easter(1995)通过文献综述后得出结论：日粮蛋白质每降低1个百分点，氮排出量可减少8.4%左右，而要降低日粮蛋白质，日粮中就必需添加合成赖氨酸、蛋氨酸，甚至苏氨酸和色氨酸。许多国家的试验数据均表明：在日粮氨基酸平衡性较好的条件下，日粮蛋白质水平降低2个百分点对动物的生产性能无明显影响(Jongbled［1］和Lenis,1998)。除此之外，提高日粮能量浓度也可使经由粪便排出的氮减少(董克虞［2］，1998)。    Kerr等［3］(1995)将仔猪、生长猪、肥育猪日粮蛋白质水平分别由19%、16%、14%降至15%、12%、11%，在未补充合成氨基酸的情况下，猪的生产性能下降；若补充全成氨基酸并使其满足猪的需要，则猪的生产性能未受影响，而氮的排出量减少29.3%。Oldenberg和Heinrixhs(1996)报道，补充合成氨基酸后，将日粮蛋白质由17%降至13.5%，对肥育猪的生长未表现出负面影响。Jin等(1998)报道，断奶仔猪日粮中使用合成赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸和色氨酸，可节约蛋白质3%；低蛋白质(15%)日粮中氨基酸的限制顺序为赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸。Cromwell等(1996)将生长期和肥育期猪日粮的蛋白质水平由16%和14%分别降低至12%和10%，结果氮的排出量降低了35%，同时也降低了粪中氨的释放量。这不仅可节约蛋白质资源，而且也是从根本上降低猪场粪便氮污染的措施。    另一方面，在低蛋白质日粮中补充氨基酸，不仅可降低氮的排出，而且可减少尿量，Kay和Lee(1997)的研究表明，补充合成氨基酸的低蛋白日粮可使尿中氮的浓度降低17%，排尿量降低28%，两项总计可降低尿中总氮41%；此外还可降低猪舍中氨的浓度(59%)及释放速度(47%)。日粮蛋白质水平每降低1个百分点，排尿量减少11%。    由上可以得出结论，在猪的日粮中通过补充合成氨基酸，达到平衡氨基酸从而降低日粮蛋白质，能使猪排泄物中的氮含量显著减少，且不会影响猪的生产性能。    3.1.4添加高效无公害添加剂，提高饲料的养分利用率    饲料中尤其是植物性饲料中含有许多抗营养因子，如单宁、胰蛋白酶抑制因子、非淀粉多糖(NSP)等。饲料中添加酶制剂可以消除相应的抗营养因子，补充动物的内源酶，提高饲料的利用率。如在猪日粮中使用β-葡聚糖酶，可把β-葡聚糖苷和五碳糖苷分解为单糖，提高猪的生产性能；使用半纤维素酶，可分解半纤维素，提高日粮的能值。    由于微生态制剂(EM)不仅含有大量的优质菌体蛋白，而且还含有丰富的维生素、生长素、酶和抗病毒物质等免疫活性物质。因此，在猪日粮中添加EM，不仅可增加营养，提高饲料的利用率。同时在环保方面，EM可以清除粪尿恶臭，净化生态环境。EM中的微生物通过对有机固体物质和分解过程中产生的有害物质及分解产物进行发酵分解和合成，有效的降低了有毒有害物质的含量。据郜敏(1998)报导，饲喂EM的猪舍灭蝇效果可达到30%-34.6%，硫化氢的清除效果为50%，氨气的去除也可达到较好效果。    有研究表明，在低蛋白质－氨基酸平衡饲料中分别添加5%纤维素和2%寡糖，与标准化饲料比较，饲料中添加5%纤维素所产生的新鲜猪粪中氨气减少68%；在贮存的猪粪中降低总氮素35%，但氨态氮则降低73%。饲料中添加2%寡糖可降低总氮素55%与氨态氮62%。添加纤维素的饲料，由于猪只结肠增加细菌发酵，因此在新鲜的猪粪中，增加挥发性脂肪酸浓度与减少氨态氮含量。饲料中同时添加纤维素与寡糖，则可降低贮存的猪粪中挥发性脂肪酸。     有试验结果表明，在猪饲粮中降低粗蛋白质而添加必需氨基酸可减少新鲜猪粪中氨态氮45%，在贮存的猪粪中亦有同样的反应。使用低粗蛋白质－氨基酸平衡和氧化铜的饲料，可降低挥发性有机化合物。与标准化饲料比较可降低含硫化合物63%。    最后，选用谷物和其它蛋白质消化率高的饲料，取代农副产品等蛋白质消化率低的原料来配制猪饲粮可使日粮氨基酸的平衡性更好，从而可提高氮的消化利用率。    3.1.5合理加工日粮    饲料的加工处理不仅可以影响饲料的营养成分含量而且会影响饲料的利用率。粒径大小合适的颗粒料，因增加了单位体积养分的含量和适口性，提高了家畜的进食量。据李德发(1994)报道，猪饲料颗粒度在700-800μm时，饲料的转化率最佳，且不发生溃疡和结块问题。另外有报道，饲料的膨化处理和颗粒化处理可使随粪便排出的干物质减少1/3。    3.1.6公母分群饲养，及采用阶段饲喂技术    由于不同性别的猪的营养需要是不同的，在肥育阶段，去势公猪在相同采食量下其增重速度要高于母猪15%，但去势公猪的瘦肉率低。对于公猪及生长迅速的母猪来说，每公斤日粮中应比去势公猪多加10％的氨基酸（Lenis等[4]，1996）。因此，将公母猪分开、种猪和阉猪分开饲养，根据其不同的营养需要配制不同的日粮，使日粮成分更能接近猪的营养需要，不仅能能降低饲料成本，减少饲料浪费，而且降低氮的排泄。    阶段性饲养的概念即根据猪的生长阶段提供适宜营养组成的日粮，将缩短营养供应不足或供过于求的时间。 Schuering等（1996）报道，多阶段饲养可使尿氮的排泄量下降14.7%，氨下降16.8% 。多阶段饲养是以周为基数，随着动物年龄增长，日粮氮水平随之下降。Koch（1900）研究发现，在生长育肥阶段，与饲喂一种日粮相比，饲喂两种日粮使氮的排泄量下降13％。阶段饲喂可降低每头猪的日粮成本，也是降低氮排泄量更经济的方法。    3.2对规模化猪场的排泄物加强处理    3.2.1畜用防臭剂开发     为了减轻规模化猪场排泄物及其气味的污染，从预防的角度出发，可在猪饲料中添加活菌制剂、微生态制剂、益生菌、生物制剂等各类除臭剂。如应用丝兰属植物提取物、天然沸石为主的偏硅酸盐矿石（海泡石、膨润土、凹凸棒石、蛭石、硅藻石等）、绿矾、微胶囊化微生物和酶制剂等，来吸咐、抑制、分解、转化排泄物中的有毒有害成份，将氨变成硝酸盐，将硫化氢变成硫酸，从而可达到减轻或消除臭气污染的作用。    3.2.2生物和生态净化方法    无害化-猪场固体粪污和污水的无害化处理，通过生物手段净化畜粪及其污水，主要是利用厌氧发酵原理，将污物处理为沼气和有机肥。如意大利研制的一种厌氧发酵装置，获得的沼气甲烷含量高达70%以上，可直接作燃料。     3.2.3粪便的再利用技术    利用规模化畜禽场粪便，经过一定的加工、处理，可以生产出适合蔬菜等经济作物生长需要的有机-无机复混肥。这项新技术由农业规划设计研究院和中国农科院土肥所的专家们，经过5年的研究终于获得成功。该项技术开创了一条以开发利用废弃物质资源、促进环境治理的新路，将畜禽场的环境治理与畜禽粪便的开发利用紧密结合，使畜禽场处于一种良性循环的状态，同时又生产出了有利于农作物生长的有机-无机肥料，这对于促进我国畜牧业规模化发展的良性循环具有重要的意义［4］；超大集团则利用畜禽的排泄物为原料，利用简易的生物处理方式制成级有机载体，配之以功能强的活性微生物菌种，生产出肥效显著的超大生物有机肥料，找到了一条适合中国国情的处理畜禽粪便的处理方式，可在全国大面积推广使用。     3.3加强对规模化猪场的治理    3.3.1高度重视规模化猪场对环境造成的污染 调整规模化猪场的布局，培植公司+基地的生猪生产模式，规模化猪场改模式为：公司统一管理，各小猪场分散于各村及养殖户，使猪场产生的粪便能够及时有效地就地消化，既做到了变废为宝，又将猪场排泄物造成的环境污染降至最低。吸取国外畜牧业发展过程中存在的先污染后防止的教训，建议政府部门要高度重视畜禽养殖业对环境造成的污染问题，将畜禽污染的管理纳入环境管理工作的主要内容，各级地方政府也要加强本地区畜禽污染的管理工作。    3.3.2加强畜禽环境污染的法律、法规建设及执法力度 继英、法、美、日、丹麦、意大利等国家之后，我国环保局也于2001年颁布了《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596----2001）。同时有关防治畜牧业污染的法规及标准也已出台。衡量水体有机物污染的指标一般为溶解氧（DO）、化学耗氧量（COD）、 生物耗氧量(BOD)。我国规定，地面水化学耗氧量（CODcr）应不高于2～3mg／L，5 日生物耗氧量（BOD5）不大于3～4mg／L。加强对规模化畜禽养殖场的选址、污水排放、粪便处理的管理；新建规模化猪场需有建场许可证及粪便废弃物处置的申报等。最重要的是要加强已有法律、法规的执法力度及监督力度，保障其顺利实施。在实际工作中，对逾期未完成限期治理任务，具体采取何种措施，由环境管理机关视具体情况确定，如果由于治理者所采取的治理方法不当，治理后污染有明显减轻但仍不能达到标准要求，环境管理机关可以予以警告和惩处，同时给予其一定的时间予以整改，而不是简单地关停了事，在完成治理任务前不得建设扩大生产规模的项目，限期治理项目的确定要依据排污总量控制计划指标。    3.3.3加强畜牧业污染的宣传教育，作到信息公开与公众参与 要大力宣传畜禽污染的严重性，通过开展畜禽污染现状的调查，加强人们对规模化养殖场造成环境污染严重性的认识，提高畜禽养殖场从业人员的环境意识和管理水平，引导畜禽养殖场走农牧结合的道路。必要时可在媒体上公布畜牧养殖场排污达标情况，实行舆论监督与公众参与，防止任意排污现象的发生。        参考文献：    1. Jongbloed,A.W,and Lenis,N.P. 1998. Environmental concerns about animal manure.J.Anim.Sci.76:2642～2648.    2 董克虞?畜禽粪便对环境的污染及资源化途径(J)?农业环境保护，1998，17(6)：281～283。    3、Kerr B.J.F.K.M.Ck eith,and R.A.Easter.1995. Effect on performance and carcass characteristics of nursery to finisher pigs fed reduced crude protein,amino acid-supplimented diets.J.A.Dim.Sci.73:433-440 )    4. Lenis,N.P.1996. Utilization of nitrogen and amino acids in growing pigs as affected by the ratio between essential and nonessential amino acids in the diet,j.Anim.Dci,74(Suppl.1):172.    5、用畜禽粪便生产新型商品肥 2001/5/17 通州农业信息网     6、Madhu Khanna, Murat Isik and Alex Winter-Nelson Investment in site-specific crop management under uncertainty: implications for nitrogen pollution control and environmental policy Agricultural economics.-2000.24(1).-9-21    7、S. de Tourdonnet CONTROL OF QUALITY AND N POLLUTION IN GREENHOUSE LETTUCE PRODUCTION: A MODELLING STUDY acta horticulture.-1999.000(507).-263-270    8、A. Droic, J. Zagorc-Konan and M. Cotman Evaluation of total nitrogen pollution reduction strategies in a river basin: a case study Water Science and Technology.-2001.44(6).-55-62    9、Bobbink, Roland; Roelofs, Jan G.M Nitrogen critical loads for natural and semi-natural ecosystems: the empirical approach Water, Air and Soil Pollution.-1995.85(4).-2413-2418    10、黄永科 通过营养管理来控制猪场氮污染 畜禽业2000年10期