《家畜环境卫生学及牧场设计》 | 第八章 牧场的环境保护（第二节 畜牧场环境污染的途径）

一、大气污染

国际标准化组织（ISO）定义：大气污染通常是指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，达到足够的浓度和持续足够的时间并因此而危害了人体的健康和福利或危害了环境的现象。

畜禽生产对大气造成的污染主要来源于家畜的粪尿。污染物由畜舍或粪坑等地直接排放到大气中，使之在空气中的数量增多，浓度增大，影响家畜的生产性能，而且不利于人畜健康。

畜禽粪便中含多种臭味化合物，其中含量最多的有硫化氢、氨气、脂肪族醛类、粪臭素和硫醇类等。如果粪在有氧状态下分解，则粪中糖类产生二氧化碳和水，含氮化合物产生硝酸盐类，产生的臭气少；如果排出后的粪便在厌氧环境条件下进行厌氧发酵，则会分解产生甲烷、有机酸和醇类，带有酸臭味。含氮化合物分解产生氨、硫酸、乙烯醇等，产生的臭气多；尿排出体外后主要进行有氧分解，释放氨，产生臭味。所有这些恶臭气体分布在场区和周边地区上空，污染周围的环境，除了对畜牧场人畜造成影响外，对于居住在畜牧场附近的居民也有影响。恶臭气体污染的范围和程度取决于粪尿数量的多少，它们直接与畜牧场规模的大小、畜禽饲养密度、粪污处理方式有直接的关系。有害气体的分布也直接受污染源距离、风速及风向、地形地势、植被等因素的影响。

一般认为散发的臭气浓度和粪便的氮和磷酸盐含量是呈正比的。家禽粪便中氮和磷酸盐含量比猪高，猪又比牛高，因此牛场有害气味问题比猪场少，鸡场最大。

二、水体污染

【教学案例49】沱江特大水污染事件

2004年2月到3月，大量高浓度工业废水流进沱江，排放水中氨、氮指标严重超过国家强制性环境保护标准，且持续时间长，造成沱江干流特大水污染事故的发生，四川省五个市区近百万老百姓顿时陷入了无水可用的困境，直接经济损失高达2.19亿元。这起事件，被国家环保总局列为当年全国范围内最大的一起水污染事故。

提问：1．如何判断水体是否受到污染？

2．如何查找和分析水体的污染物？

3．有哪些办法可以治理水体的污染？

水体污染是指因某种物质的介入，而导致水体的物理、化学和生物学等性质的改变，从而影响水的利用，危害人体健康，或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象。当排入水体的物质浓度较低，未超过水体的容纳限度时，天然水体可以通过自身的物理、化学和生物学等多种因素的综合作用使排入物质的浓度逐渐降低，使污染物逐渐清除，这个过程称为水体自净。但如果排入水体的物质数量过多，浓度过大，超过了水体的自净能力，则造成污染。

（一）污染形式

1．水体的有机物质污染及富营养化现象

在自然情况下，总会有一定量的植物营养物质被汇入水体中，但其数量极微，水体能够实现自净。畜禽养殖业的污水含有大量的有机物，其排出量大，如不加以处理，污染范围将会非常大。腐败有机物会使水质浑浊，水色变黄，有机物降解过程中会大量消耗水中的氧，使水中溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）迅速降低，如有机物数量大，水中DO耗尽，则有机物进行厌氧分解，产生硫化氢、氨气、硫醇之类的恶臭物，使水质恶化。

衡量污水腐败有机物质污染程度的指标主要是DO，生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand，BOD），化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD），总需氧量（Total Oxygen Demand，TOD）等。

COD是指在一定的条件下，水中还原性物质在被化学氧化剂氧化过程中所消耗的氧化剂量，单位为mg/L。它是表示水中还原性物质多少的一个指标。水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等，但主要的是有机物。因此，COD又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。COD的测定随着测定水样中还原性物质以及测定方法的不同，其测定值也有不同。目前应用最普遍的是酸性高锰酸钾氧化法与重铬酸钾氧化法。酸性高锰酸钾（KMnO4）氧化法，氧化率较低，但比较简便，在测定水样中有机物含量的相对值时，可以采用。重铬酸钾（K2Cr2O7）氧化法，氧化率高，再现性好，适用于测定水样中有机物的总量。测定COD的优点是可以较精确地表示污水中的还原物质的含量，并且测定的时间短，不受水质的限制；缺点是不能表示出微生物氧化的有机物的量，因而不能直接从卫生学方面阐明水质的有机污染情况。

BOD表示水中有机物等需氧污染物质含量的一个综合指示。生化需氧量是指在规定的条件下，微生物分解水中的有机物质的生物化学过程消耗的溶解氧量，单位为mg/L。通常情况下是指水样充满完全密闭的溶解氧瓶中，在20℃的恒温条件下培养5d，分别测定培养前后水样中溶解氧的质量浓度，由培养前后溶解氧的质量浓度之差，计算每升样品消耗的溶解氧量，即5d生化需氧量（BOD5）。其值越高说明水中有机污染物质越多，污染也就越严重。BOD指标的缺点是测试时间长，当污水中难以通过生物降解方式降解的物质含量较高时，测定出的BOD值与实际的有机污染物含量误差较大。

空气中的分子态氧溶解在水中称为DO，以水中氧的每升毫克数（mg/L）表示。水中溶解氧的含量与空气中氧的分压、水的温度都有密切关系。在自然情况下，空气中的含氧量变动不大，故水温是主要的因素，水温越低，水中溶解氧的含量越高。DO可以作为水体受有机物污染程度的一个间接指标，同时DO也是衡量水体自净能力的一个指标。

水体富营养化（Eutrophication）是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。在自然条件下，湖泊也会从贫营养状态过渡到富营养状态，不过这种自然过程非常缓慢。而养殖场排放含营养物质的污水所引起的水体富营养化则可以在短时间内出现。水体出现富营养化现象时，浮游藻类大量繁殖，形成水华（淡水水体中藻类大量繁殖的一种自然生态现象）。因占优势的浮游藻类的颜色不同，水面往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等。这种现象在海洋中叫作赤潮或红潮。

水体中过量的氮、磷等营养物质主要来自未经处理或处理不完全的工业废水和生活污水、有机垃圾和家畜家禽粪便以及农施化肥，其中最大的来源是农田上大量施用的化肥。多数学者认为氮、磷等营养物质浓度升高，是藻类大量繁殖的原因，其中又以磷为关键因素。影响藻类生长的物理、化学和生物因素（如阳光、营养盐类、季节变化、水温、pH，以及生物本身的相互关系）是极为复杂的。因此，很难预测藻类生长的趋势，也难以定出表示富营养化的指标。目前一般认为，水体中无机氮含量超过300mg/立方米，磷含量大于20mg/立方米，即可确定为富营养化了。

富营养化会影响水体的水质，会造成水的透明度降低，使得阳光难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用，可能造成溶解氧的过饱和状态。溶解氧的过饱和以及水中溶解氧少，都对水生动物有害，造成鱼类大量死亡。同时，因为水体富营养化，水体表面生长着以蓝藻、绿藻为优势种的大量水藻，形成一层“绿色浮渣”，底层堆积的有机物质在厌氧条件下分解产生的有害气体和一些浮游生物产生的生物毒素也会伤害鱼类。水中因富营养化而含有硝酸盐和亚硝酸盐，人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，也会中毒致病。

2．生物性污染及介水传染病

生物性污染（Biotic pollution）是指病原微生物排入水体后，直接或间接地使人感染或传染各种疾病。衡量指标主要有大肠菌类指数、细菌总数等。某些原来存在于人畜肠道中的病原细菌，如伤寒细菌、副伤寒细菌、霍乱弧菌等都可以通过人畜粪便的污染而进入水体，随水流动而传播。一些病毒，如肝炎病毒、腺病毒等也常在污染水中发现。某些寄生虫病，如阿米巴痢疾、血吸虫病、钩端螺旋体病等也可通过水体进行传播。

介水传染病（Water-borne infection disease）是由存在于人类粪便、污水和垃圾中的病原体污染水源，人畜接触或饮用后所导致的传染病。其流行原因有两点：①水源受病原体污染后，未经妥善处理和消毒即供人畜饮用；②处理后的饮用水在输配水和贮水过程中重新被病原体污染。地面水和浅井水都极易受病原体污染而导致介水体传染病的发生。

介水传染病一旦发生，危害较大。因为饮用同一水源的人畜较多，发病人畜数量往往很多，且病原体在水中一般都能存活数日甚至数月，有的还能繁殖生长，一些肠道病毒和原虫孢囊等不易被常规消毒所杀灭。

3．有毒物质的污染

污染水体的有毒物质种类较多，如铅、汞、氰化物、酸和碱等无机性毒物以及酚类化合物、有机氯农药、有机酸等有机性毒物。畜牧业废弃物中基本上没有或很少有有毒物质，只有当畜禽日粮中添加的某些添加剂或兽药没有被动物充分吸收时，大部分随粪便排出后污染水体。例如当前的养猪业饲料中广泛添加的高铜和高锌，铜、锌等化学物质在水中能抑制微生物丛的生长和繁殖，而水中微生物丛能分解和氧化水中有机物，因此这些化学物质会阻碍水的天然自净过程，从而影响水体的卫生状况。

（二）水体的自净

当水体受到污染后，由于自身的物理、化学和生物学等多种因素的综合作用，水体在一定时间和条件下，使污染逐渐消除，这个过程称水体的自净。水体的自净与污染物的种类、排入的数量、性质和水体自身的物理、化学、生物学等因素有密切关系。一般来说，水体流动性越强，自净能力越强，水体的容量和沉降能力越大，自净能力也越强。水体自净大致分为三类，即物理净化、化学净化和生物净化。

1．物理净化

污染物质由于稀释、扩散、混合和沉淀等过程而降低浓度。污水进入水体后，可沉性固体在水流较弱的地方逐渐沉入水底，形成污泥。悬浮体、胶体和溶解性污染物因混合、稀释，浓度逐渐降低。

2．化学净化

污染物质由于氧化还原、酸碱反应、分解化合和吸附凝聚等化学或物理化学作用而降低浓度。如水中铁、锰等重金属离子氧化生成难溶物质，析出沉降；某些元素在一定的酸性环境中，形成易溶性化合物，随水漂移而稀释；在中性或碱性条件下，某些元素形成难溶化合物而沉降。天然水中的胶体和悬浮物质微粒能够吸附和凝聚水中污物，随水流移动或逐渐沉降。

3．生物净化

生物净化是指生物活动尤其是微生物对有机物的氧化分解使污染物质浓度降低。工业有机废水和生活污水排入水域后，即进行分解转化，并消耗水中溶解氧。水中一部分有机物被微生物分解，用于自身的繁殖，转化为微生物机体；另一部分转化为无机物。微生物又成为原生动物的食料。这样，有机物逐渐转化为无机物的组成部分，水便得到净化。

综上所述，通过水体的自净作用，可使被污染的水体逐渐变为在卫生学上无害的水体。但是，水体的自净能力是有一定限度的，如果无限制地向水体中排放污水，就会使水体的自净能力降低甚至丧失，造成严重污染。因而，不能过分依赖水体的自净，必须执行污水排放的卫生规定，同时做好水源卫生防护工作，防止污染物侵入。

三、土壤污染

土壤是指陆地表面具有肥力、能够生长植物的疏松表层，其厚度一般在2m左右。土壤不但为植物生长提供机械支撑能力，并能为植物生长发育提供其所需要的水、肥、气、热等。由于固体废弃物不断向土壤表面堆放和倾倒，有害废水不断向土壤中渗透，大气的有害气体也不断随雨水降落在土壤中，导致了土壤污染。

（一）土壤污染物

凡是妨碍土壤正常功能，降低作物产量和质量，还通过粮食、蔬菜、水果等间接影响人体健康的物质，都叫作土壤污染物。土壤污染物有4类：①化学污染物。包括无机污染物和有机污染物。前者如汞、镉、铅、砷等重金属，过量的氮、磷植物营养元素以及氧化物和硫化物等；后者如各种化学农药、石油及其裂解产物，以及其他各类有机合成产物等。②物理污染物。指来自工厂、矿山的固体废弃物如尾矿、废石、粉煤灰和工业垃圾等。③生物污染物。指带有各种病菌的城市垃圾和由卫生设施（包括医院）排出的废水、废物以及厩肥等。④放射性污染物。主要存在于核原料开采和大气层核爆炸地区，以锶和铯等在土壤中生存期长的放射性元素为主。

（二）粪便对土壤的污染

畜牧场对土壤的污染源主要是粪便，一是通过污染水源流经土壤造成水源污染型的土壤污染；二是空气中的有害气体降落到地面，造成大气污染型的土壤污染；三是未经处理的畜禽粪便直接施入土壤中，将会造成病原微生物污染土壤，过量施用或施用不合理将造成氮、磷、钾等的土壤污染。此外，粪便中的微量元素也会造成土壤污染。

1．过量氮、磷、钾造成的土壤污染

氮以氨、酰胺和硝酸盐三种形式进入土壤，经微生物转化后最终都形成硝酸盐，硝酸盐在土壤中移动性不大，又可污染水体。此外，粪便分解产生的恶臭气体大部分在大气中扩散，其中一部分含氮气体可以被植物吸收。通过空气对土壤的污染是在雨淋过程中部分氨被溶解，随降水落在土壤表层造成的。磷以磷酸盐形态存在于土壤中，钾以无机态钾存在，磷和钾进入土壤大多富集在土壤表层。

2．生物学污染

土壤的生物学污染主要是指未经处理的畜禽粪便或污水中的病原微生物和寄生虫卵进入土壤，可在土壤中长期存活或继续繁殖，扩大了污染源。这些病原微生物一方面会通过饲料和饮水危害动物健康；另一方面会通过蔬菜和水果等农产品危害人类健康。有资料表明，接种在牛粪池中的都柏林沙门氏菌（Salmonella dublin）可以生存5～8个月；猪粪中大肠埃希氏菌及都柏林沙门氏菌在好氧处理时，沉积于池底的絮状凝块中，但粪液经过2～4周的储存后，病原微生物的数量大大下降。还有试验表明，用含有都柏林沙门氏菌的粪液污染牧草18h，进行持续5d的放牧后，在试验的6头犊牛中，2/3在7d内排出都柏林沙门氏菌。

3．矿物质元素的污染

畜禽日粮中大量添加矿物质元素，导致畜禽粪便中的微量元素含量增加。如果长期施用含大量矿物元素的畜禽粪便，将导致这些微量元素在土壤中富集，影响植物生长发育，导致农作物减产。一般认为，当土壤中铜和锌分别达到100～200mg/kg和100mg/kg时，就会导致植物中毒。当铜、锌、铅、镉、砷共存时，由于它们之间的协同作用，会增加治理土壤污染的困难。此外，当这些微量元素通过“农作物—饲料—畜禽—人”循环时，将会对人类健康构成潜在的威胁。

（三）土壤的自净作用

土壤受到污染后，由于其复杂多样的物理、化学及生物学过程，使污染物浓度降低、毒性减轻或者消失的过程，称为土壤自净。土壤的净化作用包括如下内容。

1．物理净化作用

土壤是一个多相的疏松多孔体，进入土壤中的难溶性固体污染物可被土壤机械阻留；可溶性污染物可被土壤水分稀释，降低毒性，或被土壤固相表面吸附，但可随水迁移至地表水或地下水层；某些污染物可挥发或转化成气态物质，通过土壤孔隙迁移到大气介质中。

2．化学净化作用

污染物进入土壤后，可以发生一系列化学反应。如凝聚与沉淀反应、氧化还原反应、络合—螯合反应、酸碱中和反应、水解化合反应、分解化合反应，或者发生由太阳辐射能和紫外线等引起的光化学降解作用等。通过上述化学反应使污染物分解为无毒物质或营养物质。但对于性质稳定的化合物如多氯联苯、稠环芳烃、塑料和橡胶等难以被化学净化；重金属通过化学净化不能被降解，只能使其迁移方向发生改变。

3．生物净化作用

土壤中存在大量依靠有机物生存的微生物，它们具有氧化分解有机物的巨大能力，是土壤环境自净作用中最重要的净化途径之一。各种有机污染物在不同条件下分解的产物多种多样，并最终转化为对生物无毒的物质。

（1）病原体的死灭。病原体进入土壤后，受日光的照射、土壤中不适宜病原微生物生存的环境条件、微生物间的拮抗作用、噬菌体作用以及植物根系分泌的杀菌素等许多不利因素的作用而死亡。

（2）有机物的净化。土壤中的有机污染物在微生物的作用下，逐步无机化或腐殖质化。

含氮有机物在土壤微生物的作用下，分解成氨或氮盐，称为氨化阶段。在氧气充足和亚硝酸菌的作用下，氨被氧化成亚硝酸盐，进一步在硝酸菌的作用下氧化成硝酸盐，称为硝化阶段。不含氮有机物也可在土壤微生物的作用下发生分解。含碳有机物在氧气充足的条件下最终形成二氧化碳和水，在厌氧条件下则产生甲烷。含硫和磷的有机物，在氧气充足的条件下最终分别形成硫酸盐或磷酸盐。在厌氧条件下则产生硫醇、硫化氢或磷化氢等恶臭物质，与含氮、碳有机物产生的氨、甲烷等一起污染环境。

有机物在土壤微生物的参与下不断分解又不断合成，最后变成腐殖质的过程称为有机物的腐殖化。腐殖质的成分很复杂，其中含有木质素、蛋白质、碳水化合物、脂肪和腐殖酸等。腐殖质的化学性质稳定，病原体已经死灭，不招引苍蝇，无不良气味，质地疏松，在卫生上是安全的，又是农业上良好的肥料。常用的人工堆肥法就是使大量有机污染物在短时间内转化为腐殖质而达到无害化的目的。

土壤中的污染物被生长的植物所吸收、降解，并随茎叶、种子离开土壤；或被土壤中的蚯蚓等软体动物所食用等也属于土壤环境生物净化作用。

污染物进入土壤系统后常因土壤的自净作用而使污染物在数量和形态上发生变化，使毒性降低甚至消失。但是，相当一部分种类的污染物如重金属、固体废弃物等，其毒害很难被土壤自净能力所消除，因而在土壤中不断地被积累，最后造成土壤污染。土壤自净能力一方面与土壤自身理化性质如土壤黏粒、有机物含量、土壤温湿度、pH、阴阳离子的种类和含量等因素有关；另一方面受土壤系统中微生物的种类和数量制约。一旦污染物超过土壤最大容量将会引起不同程度的土壤污染，进而影响土壤中生存的动植物，最后通过生态系统食物链危害牲畜及人体健康。因此，应根据不同土壤污染类型进行治理。

（作者：蒲德伦 朱海生）