Acta EcologiaeAnimalis Domastici
家畜生态学报
Vol. 39N〇. 4Apr. 2018
北京市规模化畜禽养殖场粪便和污水监测及承载力估算
石奥，张建淼，王重庆，郭海涛，张闻
(北京市畜牧业环境监测站，北京102200)
[摘要]为了解北京市畜禽养殖业环境污染现状，对2016年北京市36家规模化畜禽养殖场 的畜禽粪便和污水的监测，运用单因子污染指数法、等标污染负荷法等评价污染现状，并采用氮/ 磷平衡的理论对北京畜禽污染物的承载能力进行估算。结果表明：粪大肠菌群是畜禽粪便和污 水中主要的污染指标；污水中其他污染指标强度：悬浮物>生化需氧量（BOD5)>化学需氧量
(
COD„)>(氮；污染负荷比（猪场污水/牛场污水= 5.1)，猪场污水是主要的畜禽污水；畜禽粪便
N
中猪粪的重金属污染问题最严重，铜锌超标率超过70%，鸡粪次之，锌超标率46%，牛粪的重金 属污染的问题不明显；经估算，畜禽粪便和污水排放养分只占当年土地承载量的70. 5%(以计）、53.0%(以P计），北京耕地能够承载2016年畜禽场产生的畜禽粪便和污水。[关键词]畜禽场；畜禽粪便；污水；承载力
[中图分类号]S811.5 [文献标识码]A
近年来，由于农业产业结构的调整，畜禽养殖规 模受到一定的控制，但仍然保持着很大的存栏基数， 据统计，2015年北京市共有规模化畜禽养殖场2000 余家，存栏猪165.
[文章编号]
1005-5228(2018)05-0063-05
其中鸡场13家、牛场10家、猪场13家。畜禽场污 水粪便处理方式见表。
1.2
1
监测指标
畜禽污水监测指标：化学需氧量
6
万头、禽212. 84万只、奶牛
12. 42万头、肉牛5.1万头。畜禽养殖中产生大量 的畜禽粪便和污水对周围的水源、土壤、空气可造成 严重的环境污染问题，对畜禽养殖业的可持续发展 和畜禽产品的质量安全构成威胁。随着人们生活水 平的改善和生活品质的提高，畜禽养殖业的健康发展 已成为人们普遍关注的问题。为此，2016年对北京 市36家规模化畜禽场的畜禽粪便和污水状况进行监 测，根据
（COD„ )、生化
需氧量(BOD5)、氨氮、总磷、悬浮物（Ss)、粪大肠菌 群(Fc)、蛔虫卵；畜禽粪便监测指标：含水率、总氮、
总磷、有机质、铜、锌、砷、蛔虫卵、粪大肠菌群。1. 3
样品米集
畜禽污水的采集和保存参照《水和废水监测分
析方法》[4 ]所示方法，畜禽粪便的采集和保存参照
GB/T 25169 — 2010畜禽粪便监测技术规范[]所示
方法，样品采集位置见表1。样品采集时间为2016 年
GB 18596 — 2001畜禽养殖业污染物排放标
准[1]、NY/T 388 —1999畜禽场环境质量标准[2]、GB/
10月。
畜禽污水监测指标参照
了 25246 — 2010畜禽粪便还田技术规范[]的要求，运 用单因子污染指数法、等标污染负荷法等对畜禽粪便 和污水进行监测与评价，并采用氮/磷平衡的理论对 北京畜禽污染物的承载能力进行估算，以期为畜禽健 康养殖环境预警相关政策的制定提供基础科学依据。
1.4检测方法
GB 18596 — 2001畜禽
GB 7959 —
养殖业污染物排放标准要求检测，畜禽粪便监测指 标中含水率、蛔虫卵、粪大肠菌群参照
1
材料与
监测点
方法
2012粪便无害化卫生[]要求；总磷、总氮、有机质参
照NY 525 — 2012有机肥料[7];铜、锌参照GB/T
17138 —1997 土壤质量铜、锌的测定火焰原子吸收
1. 1
监测点分布于通州、房山、大兴、延庆、昌平、密 云、怀柔、顺义、平谷9个区（县），每个区（县）4家；
GB/T 22105. 2 — 2008 土壤 质量总汞、总砷、总铅的测定原子荧光法第2部
分光光度法[8];砷参照分:土壤中总砷的测定9。
[收稿日期]2017-04-28修改日期：2017-06-30
[基金项目]北京市农委基金项目（PXM2016 036240 000018)[作者简介]石奥(1975 —），男，北京人，硕士，高级工程师，研究方向:畜禽养殖产地环境。E-mail1554274918@qq.com
64
家畜生态学报
表1畜禽炀污水粪便处理方式和样品采集位置
Table 1 The wastewater and animal manure treatment mode in livestock and sample collection locationWastewater treatment mode
污水处理方式
第39卷
畜禽场数Number
污水样品采集位置 Sampling location of wastewater粪便处理方式 Animalmanure treatment mode畜禽场数Number
粪便样品采集位置Sampling location ofmanure
Discharge after three sedimentation tank treatment10
第三级沉淀池直接使用或销售
三级沉淀池处理后排放
Wastewater stored in pool13
直接采
堆肥处理后销售
污水池
20
新鲜粪便
16
堆肥后粪便
1. 5评价方法为 N(P)利用率，N 以 0. 35 计[1。]，P 以 0. 10 计[11]; 1.5.1 单项污染指标评价
P, = C,/S,* (1)
式中：P,为环境中污染物的单项污染指标；C, 为环境中污染物的实测值；S为污染物的评价标 准;P21，未超标，判定为合格；P,>1，超标。*表 示当实测值应小于评价标准时，采用公式（1)计算。 当实测值大于评价标准时，采用公式P, = S/C计算。 实测值为未检出时，以检出限的1/2计。
1.5.2 等标污染负荷和等标污染负荷比
P-^CoQi,
(2)Ki- P
(3 )
i-1
式中：P,表示第1种污染物的等标污染负荷；C 为第i种污染物的排放浓度；C。,为第i种污染物的 评价标准；Q,为第i种污染物的排放流量；K,为第i 种污染物的等标污染负荷比。1.5.3猪粪当量系数和猪粪当量
X-Di\"D(4)Y-E:DX(5 )Mt-X(Y)XQt
(6 )
式中：X
为各畜种粪便以
N或P计猪粪当量系
数;D,为各畜种粪便中N或P含量，mg/kg;D为猪 粪中N或P含量，mg/kg;Y为各畜种污水以N或 P计猪粪当量系数；E,为各畜种污水中N或P含 量，mg/kg;式中：M,为各畜种污水或粪便以N或P 计猪粪当量，1〇4t;Q,为各畜种污水或粪便年排放 量，104t。
1.5.4 可施肥用地氮（磷）承载量
SWP-IXAXBX50%X10—2/K (7)
式中：SWp为可施肥用地N(P)承载量，10kt;I 为每100 kg作物营养元素N(P)的需要量，kg;A为 作物产量，t/hm;B为可施肥土地面积，104hm2;K
50%为假定作物N(P) 50%来自畜禽粪便粪污； 10—2为换算系数。2结果与分析
2. 1
畜禽粪便指标值
本次试验采集的畜禽粪便没有经过无害化处理
或简单无害化处理（人工或机械翻抛），只做简易堆 放，未经处理而自用或出售。具体监测指标值见表2。由表2知，所检畜禽粪便中含有大量的粪大肠 菌，畜禽粪便的粪大肠菌群值均超标，超过限值的 103〜106倍，粪大肠菌中可能含有一些肠道致病菌 (沙门氏菌、志贺氏菌等），未经无害化处理排放到环 境中，会造成环境污染，最终通过食物链对人畜健康 带来潜在的危险。畜禽粪便中极少有蛔虫卵检出， 蛔虫卵死亡率都>95%，不存在蛔虫卵污染的风险。 这是因为在规模化畜禽养殖场，一般以笼养或圈养 为主而非散养，畜禽很少能接触到昆虫，很少吃到带 有虫卵的昆虫，因此体内很少会出现蛔虫，粪便里几
乎不携带蛔虫卵。因此，在畜禽粪便的无害化处理 中，粪大肠菌是主要的监测指标。
畜禽饲养过程中常会在饲料中添加微量重金 属[12]，如铜、锌、砷等，适量的微量重金属能够补充 动物营养需求的不足，有效改善动物的生产性能和 胴体品质，但现在常存在过量添加的现象，而饲料中 所添加的重金属只有极小部分被吸收，大部分随畜 禽粪便排出，进人环境造成污染。本次检测中发现 在猪粪中铜、锌相对与鸡粪、牛粪的高，猪粪中铜含 量是鸡粪、牛粪的6倍，锌是2〜4倍，其中有九份猪 粪铜、锌都超标，另有两份猪粪铜超标，六份鸡粪锌 超标，总体而言，畜禽粪便中猪粪的重金属污染问题 最严重，铜锌超标率超过70%，鸡粪次之，锌超标率 46%，牛粪的重金属污染的问题不明显。
粪便含水率对于畜禽粪便堆肥有重要影响，过 高或过低都不利于堆肥处理。参照NY388 — 1999
第4期石奥，等：北京市规模化畜禽养殖场粪便和污水监测及承载力估算
65
《畜禽场环境质量标准》的要求，猪粪、鸡粪、牛粪的 含水率应分别控制在70%〜80%、65%〜75%、 65%〜75%，由表1可知，猪粪、鸡粪、牛粪中分别有 6份、8份、7份不符合要求，除了 1份鸡粪和1份牛
粪含水率偏低，其他含水率都是偏高。新鲜畜禽粪 便的含水率较高，在堆放过程中应经常翻抛，有效降 低粪便的含水率，以利于堆肥处理，但堆放时间不宜
过长，使得含水率降低过多，会加大处理的难度。
表2北京36家畜禽场粪便和污水的监测情况[1〜6]
Table 2 Monitoring of manure and wastewater in 36 Beijing livestock farms
猪
Pig(n=13)
MeanSubstandardvaluenumber3 64244 30 1114. 70 2 40110 X
10一7均值
不达标
场数
鸡
Chicken(n= 13)
MeanSubstandardvaluenumber1 99一
一
37 900 427 706
0
65.008 2 60 X
10一8均值
不
场
牛区间
Cattle(n=10)
均值
不场
污染物 Pollutant
总磷
指标
IndexLimit
限值
/%总氮/% 铜八!^~)粪便 铸/(mg/kg)Manure 神/(mg/kg)
含水率/% Fc/(n/g)
<85<500<30 70 〜80 65 〜75>10-2
蛔虫卵死亡率/ % >95BOE5/ (mg/L) 150
400COECr/(mg/L)
氨氮/(g/L)污水 总磷/(mg/L)Waste- Ss/ (mg/L)200 water Fc/(n/100mL)1000
2 0蛔虫卵/(n/L)
2.2畜禽养殖污水指标值
Interval
value160〜10. 452 30 〜6 4049 20〜742 20348 30〜2680. 300.10 〜5 6051 80 〜81 501.30X10一5 〜 2 40X10一7>95 58〜3037 286〜5009 2 40 〜1018. 90 15 20 〜3572 60 260〜29001.30X105〜4 70X107
区间
>951693 153. 50 530. 8015252 35 X
0
Intervalvalue0 28 〜3 701 20 〜9 40 19 50〜53. 3128 20 〜634 600 50 〜4 6018 10 〜82 803. 30X10—6〜 4 20X10一8
区间
>95
0
IntervalMeanSubstandard
valuevaluenumber0. 56〜1 500 910.10 〜2 6015820 00〜57 000151 70 〜312. 6000 20 〜6 0008 20 〜84 4075. 20X10—5 〜 2 20 X10一73 20X10 一7
0>95
5 〜1979395.345 〜2814 863. 205 0. 90 〜60 00 0 5. 60〜460 50 104. 407
222〜380152
5. 00X105 〜 1.15 X102.40X106
0
度的指标。悬浮物过高，不仅加大了污水处理的难 度和成本，也易造成农田土壤的板结，阻碍作物生 长。本研究表明，猪场污水的悬浮物全部超标，均值 超过限值近八倍，牛场污水的悬浮物只有两家超标， 均值未超过限值。猪场污水的悬浮物明显高于牛 场。畜禽污水中粪大肠菌群严重超标，而蛔虫卵未 检出，情况类似于畜禽粪便相关指标。
2.3畜禽污水污染负荷评价
研究结果表明，畜禽养殖污水主要来源于畜禽尿 液、圈舍冲洗水等，由于鸡舍冲洗频率较低，本次监测 未采集到鸡场的污水，污水主要来自猪场和牛场。
干清粪在畜禽场得到普及，但在冲洗圈舍时，畜 禽粪尿容易淋溶进人水体，造成水体浑浊，发黄、恶 臭难闻[13]，富含大量的含碳、氮、磷的有机物质，在 微生物作用下，消耗大量的溶解氧，使水体失去自净 能力；当水中溶解氧消耗完，水体中的有机物会在微 生物的作用下进一步发生厌氧反应，产生多种恶臭 物质，使水体发黑，水质进一步恶化。因此，将畜禽 污水排人周边水源以及淋沥进人地下水，会使水体 中溶解氧急剧下降，水生生物过度繁殖，造成水体的 富营养化。由表2可知，COD„、BOD5指标说明水体 中有机物污染的状况。猪场污水中的COD„、BOD5 值多数超标，超标率高出牛场的20%，均值比牛场的 高出近一倍。氨氮、总磷指标说明的是水体中含氮、 磷有机物污染的状况。猪场污水中氨氮、总磷值高于 牛场污水，其中牛场污水中氨氮未有超标场家。总体 而言，猪场污水有机污染程度高于牛场污水。
悬浮物是指悬浮在水中的固体物质，包含不溶 于水的无机物、有机物、微生物等，是衡量水污染程
在进行畜禽污水评价时，需综合考虑畜禽种类、 污染物危害程度、污水总量等因素，对不同畜禽种类 的污水或不同类型的污染源的污染能力进行比较，通 过等标处理[14]，确定主要的污水类型和污染物。由 于畜禽污水未经处理，所测粪大肠菌群值均严重超 标，等效污染负荷占比过大，失去讨论的意义;而蛔虫 卵均未检出，不存在污染负荷，故两项参数不计人污 染负荷评价指标中。从表3可以看出，猪场污水的污 染负荷比是牛场污水的5.1倍，是主要的畜禽污水种 类。除去主要的畜禽污水污染指标粪大肠菌群，其他 几项污染指标污染强度有强到弱的顺序是:悬浮物>
氨氮。悬浮物的污染负荷比是
BOD5> COD„ >
0. 377,也是较强的畜禽污水污染指标。在畜禽污水
处理和排放中，需要重点关注粪大肠菌群和悬浮物。
66
表
家畜生态学报
3北京36家畜禽场畜禽污水污染负荷
Table 3 Wastewater pollution load for 36 Beijing livestock farms
污水Wastewater
猪Pig
P valueK value
第39卷
牛 CattleK值 P
P valueK value545．800666．600192．20070．500
0.3700．452
0．1300．048
P值 K值
化学需氧量CODr
生化需氧量BOD5
悬浮物 Suspended matter氣氮八mmonia nitrogenP值合计
Total P value of the breedK值合计
Total K value of the breed污染源强度 Polluting Intensity
1789. 6001759. 0003224．000811．3000．236
0．2320．4250．107
污染源P值
P value of pollution source
P值 P value2335.4002425．6003416．200881．8009059．000一一
污染源K值
K value of pollution source
K值 K value0. 258
0．2680．3770．097一一一
污染源强度
Pollutingintensity
3214一一一
7583．9000．8371
1475．1000．1632
2.4北京畜禽粪便和污水承载能力评估
进行量化核算，利用计算结果了解其盈余或缺损的 情况，从而判断耕地营养成分是多是少的状态。本 文假定北京地区可耕地的氮/磷处于平衡状态，氮/ 磷的输人50%来源于畜禽粪污，输出为农作物生长 所需氮/磷总量，同时考虑氮/磷的利用效率和耕地 面积，估算北京地区畜禽粪污承载能力。
各类畜禽粪便和污水的肥力区别很大，在还田 施肥中反映出来的耕地承载量也有很大的差异性， 因此，采用猪粪当量提高其施肥效果的可比性，常以 养分N或
畜禽粪便和污水中富含作物生长所需的N、P 等养分，用于还田不仅可以提高农作物产量，还能提 高土壤肥力，但对于规模化畜禽场畜禽粪便和污水 大量集中的排放，如果缺乏足够的耕地承载，造成农 牧脱节，耕地承载过量的养分，一方面过剩的养分经 淋沥下渗进人周边水源或地下水，可能造成水体的 富营养化，产生环境污染；一方面造成农作物体内积 存大量营养成分，导致作物农艺性状恶化[15]，例如， 高氮施肥条件下（138kg/hm2)，水稻积存大量的氮 素，水稻的空秕率增加6%，千粒重下降7. 5%[16]。 因此，耕地对畜禽粪污的承载能力是有限度的，可用 氮/磷平衡的方法进行评估。耕地氮/磷平衡是基于 物质平衡原理中“盈余=输人一输出”的物质守恒原
P统计猪粪当量。表4为2015年北京地
区畜禽粪便和污水的排放总量统计表，2016年北京 地区各类畜禽粪便和污水猪粪当量M按1. 5. 3计 算的结果见表5。可见，虽然污水排放量大于粪便， 但其猪粪当量远小于粪便的猪粪当量，在考察各类
理[17]，通过对影响耕地氮/磷的各个输人和输出项畜禽粪便和污水的耕地承载量时，粪便是需要主要表42015年北京地区畜禽粪便和污水排放量
104tTable 4 Manure and wastewater discharge in Beijing in 2015
畜种Breed
粪便Manure
污水 Wastewater
猪Pig96. 65422.83
鸡 Chicken82．41一
牛 Cattle125．65252．94
关注的对象。各类畜禽粪便和污水合计产生猪粪当 量 273.2X104 t(以N计），188.6 X 104 t(以P计）， 合计排放养分 N 3. 03X104 t，P 2. 66X 104 t。
参考GB/T 25246 — 2010畜禽粪便还田技术规 范，以小麦为例，北京地区畜禽粪污承载能力按
1. 5. 4式计算的结果见表。从表
的农田面积和适宜调整畜禽养殖密度，才能规范畜 禽粪污的合理使用。3
小
结
通过对北京市9个区（县）36家规模化畜禽场 的畜禽粪便和污水的监测分析，畜禽粪便中含水率 是堆肥时需要控制的指标，粪大肠菌群是畜禽粪便 中主要的污染指标，是畜禽粪便治理中主要的监控 指标。污水方面，猪场污水受污染的程度明显高于 牛场污水，污水中主要的污染指标是粪大肠菌群，其 他污染指标中悬浮物>
66可见，从总量上
看，畜禽粪便排放养分只占当年土地承载量的
70. 5%(以
N计）、53.0% (以P计），因此，北京耕地
能够承载消纳2016年畜禽场产生的畜禽粪便和污 水，保有现有的畜禽养殖业规模是可行的，但是，需 要通过优化氮、磷的管理，确定合理的消纳畜禽粪污
BOD5>COD„>
氨氮。由
第4期
石奥，等：北京市规模化畜禽养殖场粪便和污水监测及承载力估算
表5 2016年北京地区畜禽粪便和污水的猪粪当量系数X、Y和猪粪当量MTable 5 The pig manure equivalent M and equivalent coefficient of pig manure X，Y
of Beij i ng manure and wastewater i n Beij ing i n 2016
项目Items
猪Pig
1 0001 0000. 0140. 03896. 6505. 920102. 570273. 20096 65016 070
41210
-41210188 620鸡 Chicken11800500--97240-97240
牛 Cattle0 5800 2600 0020 00872 8800 51073 390-32. 6702 02034 690
67
当量系数X(以N计）X (takeN)当量系数X(以P计）X (takeP)当量系数Y(以N计）Y (takeN)当量系数Y(以P计）Y (takeP)
粪便当量 M(以 N 计）（104 t)ManureM (takeN)污水当量 M(以 N 计）（104t)WastewaterM (takeN)
各畜种当量 M(以 N 计）（104t)BreedM(takeN)当量 M(以 N 计）合计（104t)TotalM (takeN)
粪便当量 M(以 P 计）（104t)ManUreM(takeP)污水当量 M(以 P 计）（104t)WastewaterM(takeP)
各畜种当量 M(以 P 计）合计（104t)TotalMofthebreed(takeP)112 720M(以 P 计）合计（104t)TotalM(takeP)
表6 2016年北京土地畜禽粪便和污水承载能力估算
Table 6 Carrying capacity estimation of animal manure and wastewater in Beijing in 2016
营养元素的量[3]/100kgAmount of nutrient element
氮 N(.0kg)磷 P(1.0kg)
产量水平[3](t/hm2)
Output
4. 504 50
可施肥土地面积[18]/(104hm2) 年土地承载量/(104t)
Annual land carrying capacityFertilized land area
22. 3022 30
出版社，
4 305 02
于粪大肠菌群严重超标，在畜禽粪便和污水的处理 中，一定要经过无害化过程，减轻其对环境的危害。 畜禽污水的有机污染严重，超标率高，而且由于悬浮 物的存在，处理难度较大。通过氮/磷平衡的理论估 算，北京耕地能够承载当年产生的畜禽粪便和污水。
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96
家畜生态学报第39卷
Teaching Zoology to Students of Biological Resource Science Major
DAI Chuanyin
(School of Chemistry and Life Sciences, Guizhou Normal College ^Guiyang ^Guizhou 55001S ^China)
Abstract：The major of biological resource science is targeted to cultivate applied talents engaging in research and development of biological resources, while the research and development on animal resources is one of the core contents. The paper introduced the necessity and general thoughts on setting up curriculumon animal science
for
students
majoring
in biological
resources
science, put
program for curriculum reform, which provides a reference for the cultivation of applied talents for biolog-- cal resources science major.
Key words：biological resource sciences； comprehensive reform of major； animal science teaching； applied talents
(上接第67页)
Monitoring and Carrying Capacity Estimation of Animal
Manure and Wastewater in Beijing Livestock Farm
SHI Ao , ZHANG Jianmiao , WANG Chongqing , GUO Haitao , ZHANG Wen
(Beijing Animal Husbandry Environment Monitoring Station , Beijing 102200 , China)
Abstract：The research amed to study the current situation of llvestock environmental pollution in Beijing. The animal manure and wastewater
from 36 llvestock
farms in
9
investigated in 2016. The investigation was assessed by single pollution index and equal standard pollution load, and the carrying capacity of an imal manure and wastewater in Beijing was estimated by nitrogen andphosphorus balance theory. Results show fecal coliform was the major pollution index in animal manureand wastewater. The pollution intensity of the other pollution index in wastewater： suspended matter〉 BOD5 > CODCr > ammonia nitrogen. Pollution load ratio for pig farm wastewater and cattle farm wastewater was 5. 1. The pig farm wastewater was the major wastewater type in llvestock farm. The heavy metal pollution of pig manure in animal manure was the most serious, Cu and Zn exceeded the standard rate by 70% in
pig
manure,the
chicken dung
ranked the
second,with
exceeding
ton of cattle dung was not obvious； It s estimated that the nutrient emission from llvestock manure and wastewater only accounted for 70. 5 % of the land carrying capacity (take the N) , 53. 0% ( take the P) in that year , and the arable land inBeijing was able to carry the livestock manure and wastewater of 2016. The research could provide data support for policy formulation related to early warning of livestock environment.
Keywords: livestock ； animal manure； wastewater； bearing capacity
districts of Be
rate o
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