奶牛场粪污产生量及性能参数测定

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　　摘要：选取泌乳牛、育成牛、犊牛3个阶段牛各5头，采用全量测定法，记录3 d的24 h个体粪、尿产生量，同时测定粪尿的性能参数。结果表明，泌乳牛、育成牛、犊牛日均产粪量分别为10.89、18.57、40.17 kg，日均产尿量分别为2.42、3.32、4.18 kg;3个阶段牛粪含水率、全氮、全磷、有机质分别在82.18%～83.26%、2.37%～2.62%、0.48%～0.65%、77.23%～87.14%;3个阶段牛尿液COD、氨氮、全氮、全磷分别在22 033.22～38 602.97、1 418.98～3 740.27、2 975.00～7 071.43、133.10～194.58 mg/L，pH、盐度分别在8.91～8.96、18.53～19.33。
　　关键词：奶牛场;粪污;性能参数;测定
　　中图分类号：X713         文献标识码：A
　　文章编号：0439-8114（2019）24-0106-03
　　DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.24.025           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　Determination of feces production and performance parameters in dairy farm
　　YANG Qian-ping1，2，LI Xiao-feng1，2，XIONG Qi1，2，SUO Xiao-jun1，2，ZHANG Nian1，2，TAO Hu1，2，CHEN Ming-xin1，2
　　（1.Institute of Animal Husbandry and Veterinary Research，Hubei Academy of Agricultural Sciences，Wuhan 430064，China;
　　2.Hubei Key Laboratory of Animal Embryo and Molecular Breeding，Wuhan 430064，China）
　　Abstract： Five cows in three stages of dairy cow， breeding cow and calf were selected in the experiment. The individual feces and urine production of 24 h×3 d were recorded by full-scale measurement method. The performance parameters of feces and urine were also measured. The results showed that the average daily fecal production of lactating cow， breeding cow and calf was 10.89， 18.57 and 40.17 kg， respectively， and the average daily urine production was 2.42， 3.32 and 4.18 kg， respectively; The fecal water content， total nitrogen， total phosphorus and organic matter of cattle in three stages were 82.18%～83.26%， 2.37%～2.62%， 0.48%～0.65%， 77.23%～87.14%， respectively; In three stages， COD， ammonia nitrogen， total nitrogen and total phosphorus in bovine urine were 22 033.22～38 602.97， 1 418.98～3 740.27， 2 975.00～7 071.43， and 133.10～194.58 mg/L， respectively， pH and salinity were 8.91～8.96， 18.53～19.33， respectively.
　　Key words： dairy farm; manure; performance parameters; determination
　　生态环境问题是目前广受关注的重大社会问题。农业废弃物污染又占生态污染的较大比例。农业废弃物是指在整个农业生产过程中被丢弃的有机类物质[1]，通常农业废弃物主要指农作物秸秆和畜禽粪便[2，3]。2010年中国畜禽粪便总量达22.35亿t，全国单位面积农地氮（TN）、磷（TP）平均负荷分别为43.73 kg/hm2和9.16 kg/hm2[4]。工业化、城镇化进程加快以及农产品需求数量上升，使得新增环境污染物的产生量和排放量仍将维持在一个较高水平，畜牧业废弃物无害化处理和资源化利用不足又将产生较大的农业面源污染[5]。为有效防控农业面源污染，中国相继出台了《全国农业可持续发展规划（2015—2030）》《农业环境突出问题治理总体规划（2014—2018）》《重点流域农业面源污染综合治理示范工程建设规划（2016—2020年）》等系列文件，将“一控两减三基本”作为治理农业面源污染的重要策略和终极目标。
　　对养殖场不同饲养阶段动物进行定点全量原位监测，能够获取畜禽粪便和尿液产生量及特性参数。而对典型养殖场粪便收集量和污水产生总量进行定点监测，能够获取该清粪工艺方式下粪便收集率和污水产生量。同时能够科學测算某一行政区划的畜禽养殖业主要污染物产生总量和粪尿特性参数产生总量，为制定畜禽养殖相关政策提供可靠依据，促进畜禽养殖业可持续发展。 　　1  材料与方法
　　1.1  材料
　　1.1.1  试验动物  2018年秋季，试验选择在黄冈市某300头规模奶牛场进行。选择体重约500 kg泌乳牛、约220 kg育成牛、约150 kg犊牛3个阶段牛各5头。
　　试验过程中的饲料、饮水、环境与试验点常规饲养管理方式一致。饲料采用青贮、TMR饲料。清粪方式采用刮粪板机械清粪，集中抽吸，干湿分离机干湿分离，挤干的粪便加上菌种发酵作为垫床使用于其他非刮粪方式功能牛舍。
　　1.1.2  仪器、试剂  仪器主要有代谢笼、尿液收集器、盐度计、电子称、粪便收集盆、尿液收集桶、便携式pH计、采样瓶（体积为250 mL）、样品自封袋（30 cm×20 cm）、预处理桶（5 L）、样品保温箱等器具。试剂主要有4.5 mol/L H2SO4、甲苯溶液。
　　1.2  采样方法及处理
　　采用全量收集法。采用定位饲养的方式进行，单个动物的粪便和尿液每天全量收集，连续3 d测定24 h，每头奶牛的粪、尿产生量、采食量，并采集样品，测定粪便和尿液中主要污染物的浓度。
　　1.2.1  粪样采集  每头每天分别采集2份样品，1份按每100 g新鲜粪便加入20 mL 4.5 mol/L H2SO4进行预处理，另1份不作任何处理进行含水率的测定，连续监测3 d。试验动物的新鲜粪便称重和记录后，混合均匀分别采集2份样品，样品保证500 g以上，装入样品自封袋中。样品保存在低温样品箱（2～5 ℃）中，尽快分析化验。
　　1.2.2  尿样采集  尿样每头每天采集1份样品。从尿液收集桶中取出1～2 L，倒入预处理桶中，按每100 mL加入4.5 mol/L H2SO4 2 mL和4滴甲苯进行预处理，搅拌均匀。
　　1.2.3  饲料采样  直接从各阶段试验动物的饲料中分别采样，每份样品采集500 g，装入样品自封袋中。
　　1.3  记录、测定项目
　　粪样记录产粪量，测定含水率、有机质、全氮（TN）、全磷（TP）并计算各类型的平均值;尿样记录产尿量，测定COD、氨氮（NH4+-N）、TN、TP并计算各类型的平均值;饲料记录采食量，测定含水率、粗蛋白（CP）、总磷。
　　2  结果与分析
　　2.1  饲料供给情况及样品测定
　　饲料的供给情况对牛粪尿产生量有着较大的影响。如果牛场采用青贮、TMR方式，饲料使用一般比较均衡，理化指标比较稳定，因此，各类牛的粪、尿排泄量以及理化性质也较稳定。如果牛场根据季节取材，使用原始饲料，比如使用高比例的含水量大的青绿饲料，则粪便较稀，而且对尿液排放也有一定的影响。
　　测定牛场饲料没有区分牛的类型，统一采用相同类型的青贮、TMR饲料，连续3 d直接在栏舍采取样品，检测含水率、粗蛋白、总磷。3 d的测定数据略有差别（表1）。约44%的含水率符合大多奶企通常采用的青绿饲料占比，粗蛋白的使用量也在各阶段牛的正常营养需要范围之内。
　　2.2  试验牛体重及饲喂量
　　测定牛的粪、尿产生量与牛所处的生长阶段、体重以及饲料饲喂量有较大关系。试验牛饲喂方法采取充分饲喂，余料收回计重减除，体重变化及3 d日均喂料情况见表2。牛所处的阶段以及进试体重很大程度上影响牛的采食量，充分饲喂能够保证牛粪、尿的产生量具有代表性。同时，犊牛、育成牛、泌乳牛日均喂料分别为8.82、19.02、43.92 kg，在实际生产上具有参考意义。
　　2.3  粪便产生情况及采样测定
　　粪便产生量与季节（天气）、饲料饲喂量、饲喂方式、个体重量等均有较大的相关性。通过全量测定法能够准确、客观地测算粪便产生量，在实际生产中具有较大实用意义。各类型牛个体3 d的产粪量及总体平均产粪量见表3，粪便理化性质特性参数测定结果见表4。
　　在秋季，采用青贮、TMR饲料，充分饲喂条件下，全量收集并测定犊牛、育成牛、泌乳牛的个体日均产粪量，分别为10.89、18.57、40.17 kg，可以作为计算区域内各类牛固态粪污产生数量的依据（表3）。
　　同时，对粪便的特性参数进行测定，该数据能够指导推算粪污环境要素的污染量和作为测土施肥所需营养水平的数据参考（表4）。
　　2.4  尿液产生情况及采样测定
　　尿液的产生量同样与多种外界因素相关。但是在特定季节（气候）条件下3 d重复测定的尿液产生量数据仍有较强的参考性，能够在现场工作中估算一定规模养牛的尿液排放量（表5）。在华中区秋季气候环境下，采用青贮、TMR饲料，充分饲喂、自由饮水条件下，全量收集并测定犊牛、育成牛、泌乳牛的个体日均产尿量分别为2.42、3.32、4.18 kg，可以作为计算某区域内各类牛液态粪污产生数量的依据。其尿液的特性参数数据（表6）能够指导推算粪污环境要素的污染产生量及特性。
　　3  小结与讨论
　　3.1  产粪量及特性参数
　　测定典型奶牛场的产粪量及特性参数，可以作为单个奶牛场或测算一定区划范围内奶牛固态产污能力的计算依据。
　　1）产粪量。在秋季青贮、TMR饲料条件下，犊牛、育成牛、泌乳牛24 h个体产粪量平均分别为10.89、18.57、40.17 kg。
　　2）粪特性参数。犊牛粪便含水率、全氮、全磷、有机质分别为82.19%、2.37%、0.48%、87.14%;育成牛粪便含水率、全氮、全磷、有机质分别为83.26%、2.62%、0.65%、82.68%;泌乳牛粪便含水率、全氮、全磷、有机质分别为82.18%、2.58%、0.58%、77.23%。
　　3.2  产尿量及特性参数
　　测定典型奶牛场的产尿量及特性参数，既可以作为单个奶牛场或一定区划范围内测算奶牛液态产污能力的计算依据，也设定了规模奶牛场需配备的相应污水处理设施，如多级处理池、氧化塘和沼气建设等。
　　1）产尿量。在秋季青贮、TMR饲料条件下，犊牛、育成牛、泌乳牛24 h个体产尿量分别为2.42、3.32、4.18 kg。
　　2）尿液特性参数。犊牛尿液COD、氨氮、全氮、全磷分别为23 085.97、1 418.98、2 975.00、142.53 mg/L，pH、盐度分别为8.96、19.33;育成牛尿液COD、氨氮、全氮、全磷分别为22 033.22、2 634.80、4 988.10、133.10 mg/L，pH、盐度分别为8.93、18.53;泌乳牛尿液COD、氨氮、全氮、全磷分别为38 602.97、3 740.27、7 071.43、194.58 mg/L，pH、盐度分别为8.91、19.12。
　　粪便产生量与季节（天气）、饲料饲喂量、饲喂方式、个体重量等均有较大的相关性。本试验是单一奶牛场部分奶牛的全量测定，数据虽对一定区划内奶牛场粪污产生量估算有较大的实用意义，但要准确测定奶牛场各类型牛通用的产污量尚需进行多个养殖场、多个气温条件下的测定，并根据产污系数进行相应的校正。
　　参考文献：
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　　[4] 耿  维，胡  林，崔建宇，等.中国区域畜禽粪便能源潜力及总量控制研究[J].农业工程學报，2013，29（1）：171-179.
　　[5] 陈小娇，周丹丹，赵海光.安徽省农业面源污染现状及防治对策[J].江西农业学报，2019，31（8）：98-105.
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