张 磊，姜树林，李翔宏，陈海洪，张国生，徐桂花，吴志坚，饶 辉，吴志勇

（江西省农业技术推广中心，江西 南昌 330046）

生猪产业不仅是我国农业中的传统产业，同时也是江西传统优势产业，在农业和农村经济中占有重要地位［1］。在2020年，江西全省生猪存栏1569.9万头，同比增长56.0%，恢复到2017年末的96.8%，高于全国平均水平近5个百分点，恢复度在中南片区位列第2位，存栏量位列全国第10位；生猪外调653万头，稳居全国前3位。随着生猪产业快速恢复，养殖量明显增加。据《中国农村经济形势分析与预测（2020～2021）》分析，全国生猪产能加快恢复，猪肉总供给量增加，猪肉产量达到4113万t［2］。生猪养殖量的快速增长，在给人们提供优质猪肉的同时，也产生了大量的粪污，因生猪粪污排放量激增而引发的环境问题也日益突出，因此生猪粪污对生态环境的影响已成为行业的焦点［3］。规模猪场粪尿和涉水污染物产生系数是评价生猪养殖废弃物资源化利用和对环境影响的基础数据。美国、日本和丹麦等国都制定了相应的产排污系数［4-6］。21世纪初，国内还没有严格的畜禽养殖业产排污系数概念，污染物排放量的计算方法也各不相同［7-12］。2008年初，我国开展了第一次全国污染源普查，将畜禽养殖业纳入核算体系，并发布了《第一次全国污染源普查畜禽养殖业源产排污系数手册》（以下简称“一污普”），以区域为单位公布了畜禽养殖业产排污系数。随后，有关学者针对具体的区域、季节、养殖类型等开展了大量研究［13］；岳虹等［14］对云南饲养方式各阶段生猪粪污产生量进行了测定试验；何志华等［15］对四川地区规模猪场产排污系数进行了测定。相关研究表明，不同时间和地区的畜禽粪便的养分含量有较大差异［16］，测得的产排污系数也各有差异。江西是养猪大省，迄今还尚未有规模猪场污染物产生系数的相关报道。本研究基于江西地区规模猪场生猪养殖的实际情况，对生猪粪尿和涉水污染物的产生系数进行了测定，得到了符合江西实际的规模猪场粪尿和涉水污染物数据，可以为构建江西省生猪产排污系数、摸清江西乃至华东地区粪污产生量以及全国制定新形势下畜禽养殖污染源减排相关指标提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

选择江西新建区某规模生猪养殖场为试验场。该场的清粪方式以人工干清粪为主，收集的粪便经自然堆积发酵后用于种植牧草、蔬菜和果树等；污水通过专用管网进入处理系统，经厌氧发酵后用于种植牧草、蔬菜和果树等，无污水外排。

1.2 试验猪

试验猪分保育猪、育肥猪和母猪3个阶段，每阶段各选择5头猪，在每个季节的试验开始时对每头猪分别称重，试验猪的平均体重见表1。

表1 不同季节各阶段试验猪的平均体重 kg

1.3 监测方法

对不同阶段的15头猪进行监测，监测周期为2018年9月至2019年8月，分秋、冬、春、夏4个季度，每个季度进行7 d的预试验和连续3 d的采样监测。

1.4 饲养管理

1.4.1 饲养方式 对试验猪采取代谢笼单独饲养方式。代谢笼为自主设计，包括栏架、碗式饮水器、漏缝地板、饮食槽和漏斗状的粪尿分离装置。将漏缝地板水平设置在栏架上；将粪尿分离装置安装在漏缝地板的下端面；将饮食槽和碗式饮水器设置在栏架的一端，其中碗式饮水器为竖直设置，其上端设有与出水口相通的进水管，下端设有通孔，通孔内设有出水管，出水管与外部的集水装置相连；在栏架上远离饮食槽的一端设有可上下活动的插板式后门装置。试验时，提前7 d将试验猪称体重后转入代谢笼饲养，开展预试验；在第8天开始采样并记录相关数据。

1.4.2 日粮组成 试验猪饲料从市场购买，包括保育料、育肥料、母猪料。在饲喂保育猪、育肥猪和母猪时，根据各阶段的采食量投喂适量的饲料。不同阶段饲料的相关检测指标见表2。

表2 不同季节不同阶段饲料的相关指标值 %

1.4.3 采食量 在试验期间记录每头猪每天的总采食量，各阶段试验猪在不同季节的平均采食量见表3。

表3 各阶段试验猪在不同季节的平均采食量 kg

1.5 样品采集

1.5.1 粪便的采集 收集代谢笼中每头猪24 h排出的粪便，用电子天平称重，然后采用四分法取样，将其搅拌均匀后分成3份样品，单个样品重量为500 g。其中1份样品直接用于测定含水率；对另外2份样品按照每100 g添加4.5 mol/L硫酸10 mL进行预处理，1份用于检测，1份留样。

1.5.2 尿液的采集 收集代谢笼中每头猪24 h排出的尿液，用电子天平称量，然后用电子pH检测仪测量其pH值。取出500 mL尿液，按每100 mL加入4.5 mol/L硫酸2 mL和4滴甲苯进行预处理。

1.5.3 饲料的采样 对保育料、育肥料、母猪料分别采样，每种饲料每次采样2份，1份送检，1份留样，每份重500 g。每种饲料在秋、冬季正试期各采样1次，在春、夏季正试期每天采样1次。

1.6 检测指标与方法

采用NY/T 52—1987检测粪便含水率；采用NY 525—2012检测粪便中总磷（TP）、总氮（TN）、有机质含量；采用HJ 634—2012检测粪便中氨氮含量；采用HJ 828—2017检测尿液中化学需氧量（COD）；采用HJ 535—2009检测尿液中氨氮含量；采用GB 11893—1989检测尿液中TP含量；采用HJ 636—2012检测尿液中TN含量；采用GB/T 6435—2014检测饲料中水分含量；采用GB/T 6432—1994检测饲料中粗蛋白质含量；采用GB/T 6437—2002检测饲料中TP含量。

1.7 数据处理

1.7.1 统计分析 应用Excel 2007软件进行数据整理，采用SPSS 19.0软件进行统计分析（ANOVA），用Duncan法在P＜0.05水平对测定数据进行多重比较，数据用平均值±标准差表示，用Origin 2018作图。

1.7.2 产污系数的计算 生猪污染物产生系数（产污系数）是指在当地的饲养和管理条件下，1头生猪在1 d内所产生的粪、尿、COD、TN、TP、铵态氮等的量。粪、尿的产生量直接由试验测定统计得出，其他指标由以下公式计算得出：

其中：FPi，j为生猪第i饲养阶段粪尿中第j种特性参数每天产生量［g/（头·d）］；QFi为生猪第i饲养阶段日产粪量［kg/（头·d）］；CFi,j为第i饲养阶段粪便中第j种污染物含量（g/kg）；QUi为生猪第i饲养阶段日产尿量［L/（头·d）］；CUi,j为第i饲养阶段尿液中第j种污染物含量（g/L）。

2 结果与分析

2.1 粪便

2.1.1 产粪量 供试猪在不同饲养阶段的产粪量见图1，从中可以看出：产粪量随季节的变化规律略有不同，但均为夏季最低。其中保育猪的粪便产生量在秋季最高，其次为春季；在秋、春两季间差异不显著，但均显著（P＜0.05）高于夏、冬这2个季节，而在夏、冬两季间差异不显著；最高的秋季较最低的夏季高出72.00%。育肥猪的粪便产生量也在秋季最高，但与春、冬两季差异均不显著，仅显著（P＜0.05）高于夏季；在春、冬两季间无显著差异，但均显著（P＜0.05）高于夏季；最高的秋季较最低的夏季高出35.71%。母猪的粪便产生量在冬季最高，在夏季最低；冬季与春季间差异不显著，但这2个季节均显著（P＜0.05）高于秋季，秋季显著（P＜0.05）高于夏季；最高的冬季较最低的夏季高出84.25%。

图1 不同季节不同阶段生猪日产粪量的变化

2.1.2 含水率 供试猪的粪便含水率结果见图2，从中可以看出：粪便含水率的年平均值以保育猪最高，其次为育肥猪，母猪最低。各阶段粪便含水率随季节的变化规律不明显，其中保育猪的粪便含水率在秋季最高，春季次之；秋季与春季间差异不显著，但秋季显著（P＜0.05）高于冬、夏这2个季节；在春、夏、冬这3个季节间差异均不显著；最高的秋季较最低的夏季高出8.73%。育肥猪的粪便含水率在冬季最高，在冬、秋、春这3个季节间差异均不显著，但冬季显著（P＜0.05）高于夏季；秋、春这2个季节与夏季差异不显著；最高的冬季较最低的夏季高出6.44%。母猪的粪便含水率在冬季最高，较最低的春季高出4.23%，但在各季节间差异均不显著。

图2 不同季节不同阶段生猪粪便含水率的变化

2.1.3 TN、TP含量 供试猪粪便中TN、TP含量结果分别见图3和图4，在不同饲养阶段均以春季最低，但TN含量在四季的变化幅度不大，季节性变化规律不明显；TP含量表现为春、夏季明显低于秋、冬季，且差异显著（P＜0.05）。保育猪粪便中TN含量在春季最低，且显著（P＜0.05）低于夏、秋、冬这3个季节，而在夏、秋、冬这3个季节间差异不显著；TP含量在冬季最高，但与秋季差异不显著，冬、秋这2个季节均显著（P＜0.05）高于夏季，夏季显著（P＜0.05）高于春季，最高的冬季较最低的春季高出170.67%。育肥猪粪便中TN含量在秋季最高，显著（P＜0.05）高于春、夏、冬这3个季节，而在春、夏、冬这3个季节间无显著差异；TP含量在秋季最高，但与冬季差异不显著，秋、冬这2个季节显著（P＜0.05）高于夏季，夏季显著（P＜0.05）高于春季，最高的秋季较最低的春季高出210.87%。母猪粪便中TN含量在各季节间无显著差异；TP含量在秋季最高，在秋、冬季间无显著差异，但这2个季节均显著（P＜0.05）高于夏季，夏季显著（P＜0.05）高于春季，最高的秋季较最低的春季高出217.06%。

图3 不同季节不同阶段生猪粪便中总氮含量的变化

图4 不同季节不同阶段生猪粪便中总磷含量的变化

2.1.4 有机质含量 从图5中可以看出，不同饲养阶段供试猪粪便中有机质含量随季节的变化基本一致，3个阶段均在春季最高，在秋季最低。具体来说：保育猪粪便中有机质含量在春季最高，达68.43%，显著（P＜0.05）高于冬、夏这2个季节，冬季与夏季无显著差异，但显著（P＜0.05）高于秋季，在夏、秋季间差异不显著，最高的春季较最低的秋季高出17.96%；育肥猪粪便中有机质含量在春季与冬季间差异不显著，但显著（P＜0.05）高于夏、秋这2个季节，在冬季、夏季、秋季间差异不显著，最高的春季较最低的秋季高出25.24%；母猪粪便中有机质含量在春、冬季之间差异不显著，但春、冬季均显著（P＜0.05）高于夏、秋季，而在夏、秋这2个季节间无显著性差异，最高的春季较最低的秋季高出25.75%。

图5 不同季节不同阶段生猪粪便中有机质含量的变化

2.1.5 铵态氮含量 有研究表明，铵态氮受温度的影响较大，猪粪沼液中铵态氮含量在一定的温度范围内随温度的升高而增加，而固体粪便中发酵产生的铵态氮含量则随温度升高而有所下降。由图6可见，不同饲养阶段试验猪粪便中铵态氮含量均在气温较高的夏季最低。其中：保育猪粪便中铵态氮含量在冬季最高，且与秋、春季无显著差异，但冬、秋这2个季节显著（P＜0.05）高于夏季，而在春、夏季间无显著差异，最高的冬季较最低的夏季高出29.09%；育肥猪粪便中铵态氮含量在秋季最高，且显著（P＜0.05）高于冬、春这2个季节，而在冬、春季间差异不显著，但均显著（P＜0.05）高于夏季，最高的春季较最低的夏季高出19.46%；母猪粪便中铵态氮含量在秋季最高，且显著（P＜0.05）高于冬季，冬季又显著（P＜0.05）高于春、夏两季，而在春、夏季间无显著差异，最高的春季较最低的秋季高出137.50%。

图6 不同季节不同阶段生猪粪便中铵态氮含量的变化

2.2 尿液

2.2.1 产尿量 在不同季节对供试猪产生的尿液进行收集，产尿量结果如图7所示。在不同饲养阶段生猪尿液产生量随季节的变化趋势基本一致，以冬季最高，夏季次之，秋季最低。具体而言：保育猪的尿液产生量表现为冬季显著（P＜0.05）高于夏季；夏季与春季差异不显著，但显著（P＜0.05）高于秋季；在春、秋季间差异不显著；最高的冬季较最低的秋季高出60.93%。育肥猪的尿液产生量在冬季最高，但与夏、春季间差异均不显著；冬、夏、春这3个季节显著（P＜0.05）高于秋季；最高的冬季较最低的秋季高出33.33%。母猪的尿液产生量在冬季最高，夏季次之；冬季与夏季差异不显著，但显著（P＜0.05）高于春季；夏季与春季间差异不显著，但显著（P＜0.05）高于秋季；在春、秋季之间差异不显著；最高的冬季较最低的秋季高出56.39%。

图7 不同季节不同阶段生猪日产尿量的变化

2.2.2 pH值 在不同季节测定生猪尿液的pH值，结果见图8。供试猪的尿液多呈弱碱性，这与王俊健等［17-18］对北京地区生猪pH值的测定结果一致。不同饲养阶段生猪尿液pH值的季节性变化规律不明显，其中保育猪尿液的pH值在春季最高，其次为冬季；春季与冬季差异不显著，但显著（P＜0.05）高于夏季；冬季与夏季无显著性差异，但显著（P＜0.05）高于秋季；在夏季与秋季间差异不显著。育肥猪尿液的pH值在夏季最高；夏季与春季差异不显著，但夏季显著（P＜0.05）高于秋季；春季与秋季间无显著差异，但春季显著（P＜0.05）高于冬季；在秋、冬季间无显著差异。母猪尿液的pH值在夏季最高，在冬季最低，但在各季节间均无显著性差异。

图8 不同阶段不同季节生猪尿液pH值的变化

2.2.3 化学需氧量 如图9所示，保育猪尿液中化学需氧量在冬季最高，且呈现出由冬季向秋季、夏季、春季递减的趋势；冬季显著（P＜0.05）高于秋季；秋季与夏季差异不显著，但这2个季节均显著（P＜0.05）高于春季；最高的冬季较最低的春季高出61.69%。育肥猪尿液中化学需氧量在冬、春、秋这3个季节间差异不显著，但冬、春这2个季节均显著（P＜0.05）高于夏季；在秋季与夏季间无显著差异；最高的冬季较最低的夏季高出118.81%。母猪尿液中化学需氧量在春季最高，其次为冬季，在夏季最低，且在各季节间差异均达到了显著性（P＜0.05）水平；最高的春季较最低的夏季高出105.49%。此外，不同饲养阶段生猪尿液中化学需氧量全年平均值以保育猪最高，以母猪最低。

图9 不同季节不同阶段生猪尿液中化学需氧量的变化

2.2.4 氨氮含量 由图10可以看出，不同饲养阶段生猪尿液中氨氮含量在夏季相差较大，冬季相差最小，说明在温度较低的秋、冬季生猪尿液中氨氮含量较稳定。保育猪尿液中氨氮含量在春季最高，显著（P＜0.05）高于其他3个季节；在夏、秋、冬这3个季节间无显著性差异；最高的春季较最低的秋季高出284.53%。育肥猪尿液中氨氮含量在夏季最高，且夏季显著（P＜0.05）高于春季，春季显著（P＜0.05）高于秋季，秋季显著（P＜0.05）高于冬季；最高的夏季较最低的冬季高出1260.49%。母猪尿液中氨氮含量在春季最高，显著（P＜0.05）高于秋、冬这2个季节；在秋、冬季间差异不显著，但这2个季节均显著（P＜0.05）高于夏季；最高的夏季较最低的冬季高出278.43%。不同饲养阶段生猪尿液中氨氮含量全年平均值以育肥猪最高，以母猪最低。

图10 不同季节不同阶段生猪尿液中氨氮含量的变化

2.2.5 TN含量 由图11可以看出：保育猪尿液中TN含量在冬季最高，但与春季间差异不显著；冬季显著（P＜0.05）高于夏季；春季与夏季间差异不显著，但春季显著（P＜0.05）高于秋季；在夏、秋季间无显著性差异；最高的冬季较最低的秋季高出49.55%。育肥猪尿液中TN含量在春季最高；春季与夏、冬季间无显著差异，但显著（P＜0.05）高于秋季；在夏、秋、冬季间无显著性差异；最高的春季较最低的秋季高出49.27%。母猪尿液中TN含量在春季最高，且显著（P＜0.05）高于秋、冬季；在秋、冬季间差异不显著，但这2个季节均显著（P＜0.05）高于夏季；最高的春季较最低的夏季高出101.99%。不同饲养阶段生猪尿液中TN含量以育肥猪最高，以母猪最低。

图11 不同季节不同阶段生猪尿液中总氮含量的变化

2.2.6 TP含量 由图12可知：保育猪尿液中TP含量在春、秋季间无显著差异，但均显著（P＜0.05）高于夏、冬季；在夏、冬这2个季节间差异性不显著；最高的秋季较最低的夏季高出122.39%。育肥猪尿液中TP含量在冬季最高，且显著（P＜0.05）高于秋季；秋季显著（P＜0.05）高于春、夏季；在春、夏季间无显著性差异；最高的冬季较最低的夏季高出110.54%。母猪尿液中TP含量在秋季最高，但秋季与冬、春季间差异不显著；秋、冬、春这3个季节均显著（P＜0.05）高于夏季；最高的秋季较最低的夏季高出95.93%。不同饲养阶段生猪尿液中TP含量以母猪最高，以保育猪最低。

图12 不同季节不同阶段生猪尿液中总磷含量的变化

2.3 产污系数

不同阶段生猪产污系数的测算结果如表4所示：产粪量、产尿量以及TP和COD的产污系数均以母猪最高，以保育猪最低；TN和NH4+-N的产污系数均以育肥猪最高，以保育猪最低。说明生猪的个体越大，其产污系数总体上越大。

表4 供试猪不同阶段的产污系数

由图13和图14可知：试验场保育猪粪便、尿液、总氮、总磷产生量及COD分别是“一污普”华东地区保育猪的1.20倍、1.89倍、3.11倍、17.83倍、16.45%；育肥猪粪便、尿液、总氮、总磷产生量及COD分别是华东地区育肥猪的1.17倍、1.47倍、3.18倍、16.93倍、14.36%；母猪粪便、尿液、总氮、总磷产生量及COD分别是华东地区母猪的1.21倍、1.03倍、1.90倍、20.17倍、12.40%。

图13 试验猪与“一污普”华东地区生猪不同阶段总氮、总磷产生量及化学需氧量的比较

图14 试验猪与“一污普”华东地区生猪不同阶段粪、 尿产生量的比较

3 讨论

规模猪场产污系数的测算结果受养殖地区、生猪品种、个体大小、饲喂日粮、采食量、饮水量、季节、管理水平、采样时处理措施、检测处理技术等诸多因素的影响而不尽相同。本试验研究得出的江西规模猪场的产污系数与“一污普”华东区的结果相比，存在一定的差异。

生猪在不同生长阶段的粪尿产生量受个体大小的影响较大。供试猪各饲养阶段粪便、尿液的产生量均略高于“一污普”华东地区的结果，也与隋超等［19］在2020年报道的规模猪场各阶段粪尿产生量的结果相近，说明本试验的供试猪与先前“一污普”华东地区等各地供试猪的体重均值相差不大。

粪污中COD是衡量畜禽养殖业水污染的重要指标［20］。谷洁等［21-24］研究表明，COD受气候、养殖方式、养殖工艺的影响，其所造成的污染程度不同。本试验采用自主研发的代谢笼，设计漏斗状的粪尿分离装置，测得尿液中的COD值仅为“一污普”华东地区的12.40%～16.45%，远低于华东地区的统计结果，说明本试验供试猪尿液中的有机物含量较先前华东地区低，这可能是由于养殖工艺的改进减少了粪便等有机物进入尿液中，以及采样时处理措施、检测处理技术等的进步提高了试验的精准性。因此，在实际生产过程中，可引导规模养殖场采用干清粪工艺，推广高床养殖模式，提高饲养管理水平，减少生猪养殖尿液污水中COD的产生与排放量。

猪粪尿液中N、P含量与采食及增重的关系较为密切。李婧［25］研究表明，生猪摄入饲料中50%～70%的N、40%～55%的P会通过粪尿排泄到环境中。对于规模养殖场而言，生猪养殖量大，粪尿大量累积，其中过量的N、P会造成环境污染。本试验测得的保育猪、育肥猪、母猪TN的产生量分别是“一污普”华东地区的3.11倍、3.18倍、1.90倍，TP的产生量分别是“一污普”华东地区的17.80倍、16.93倍、20.17倍，均远高于“一污普”华东地区的结果，且不同饲养阶段、不同季节的TN、TP产生量差异显著，说明供试猪的日粮营养虽然在不同季节有差异，但均较丰盈，完全能够满足生猪各阶段生长的需要，这揭示了在实际生产中，可以采用多阶段、精准营养调控饲养技术等配置日粮，在保障生猪生产性能的基础上，降低其粪尿中N、P的过量排泄，从而降低生产成本，减少对环境的影响。