1 引言

近年来,随着生活水平的不断提高,人们对奶蛋肉的需求量不断增加,促使畜禽养殖也快速发展;然而,伴随而来的畜禽粪便、污水等养殖废弃物的产生也迅速增加。据2010年《第一次全国污染源普查公报》显示196万个畜禽养殖场所产生污染物中化学需氧量1268.26万吨,总氮102.48万吨,总磷16.04万吨,铜2397.23吨,锌4756.94吨;分别占农业总污染源的95.78%,37.89%,56.34%,97.76%和97.83%[1]。可见畜禽养殖污染已经成为农业污染源的主要来源,第二次全国污染源普查将于2017年开始,预计污染程度成上升趋势。目前,虽然我国于2014年施行《畜禽规模养殖污染防治条例》、《畜禽养殖业污染防治技术规范》、新《畜禽养殖业污染物排放标准》也在二次征求意见中,但相对面广而量大的养殖场普遍存在污染防治投入不足,缺乏养殖环境污染自动监测、防治手段,仍然停留在粗放型饲养阶段,不能做到精细化喂养,导致环境污染问题十分突出,成为社会热点关注内容[2]。因此,做好畜禽养殖污染防治工作,必须依靠科技的力量,以大数据为驱动,通过建立畜牧业安全养殖限量优化模型[3],形成一整套集自动化污染监测、防治和精细化饲养于一体的生态养殖体系,最终实现畜禽养殖污染减排的目的。

2 畜禽养殖造成的环境污染及原因分析

2.1 空气污染

畜禽养殖生产过程中会产生大量有毒、有害和有刺激性气体,一方面是通过畜禽的呼吸道和消化道所排出的气体,包括大量的NH3、H2S、CO2和吲哚;另一方面是由畜禽排除的粪尿在自然条件或人为条件下进行耗氧、厌氧发酵所产生的各种物质,其中,耗氧发酵最终产生硝酸盐,厌氧发酵产生CH4、有机酸和醇类、NH3、硫醇、乙烷、H2S和三甲胺等多种具有刺激性气味的气体[4]。另外,零散多余的饲料在一定温度下也会在各种酶的作用下分解释放出多种有异味的气体[5]。这些气体大部分没有经过净化处理就直排到大气中,不但影响畜禽生长发育,而且加剧空气污染,危害人类健康。

2.2 水污染

畜禽养殖业中产生大量粪尿,含有大量的氮、磷、COD、生化需氧量(BOD),大部分被氧化成硝酸盐,经雨水冲刷后随地表径流排入江河湖海,硝酸盐与氮共同作用使得水体富营养化,促使水中的藻类和浮游生物大量繁殖,而生物大量繁殖又导致水中溶解氧的减少,从而使鱼虾等水生动物窒息死亡,严重的还会破坏水体的自净能力[6]。污水中含有致病的细菌和微生物,如果畜禽饮用了受污染的水后,会导致家畜中毒或者发生更为严重的传染性疾病,而人如果饮用受污染水或食用中毒或被感染的畜产品后也将中毒,甚至威胁生命安全。

2.3 土壤污染

畜禽养殖生产过程中为了增强畜禽免疫力,保证正常的生长,饲料中往往添加重金属物质(例如:Cu、Zn等),而在畜禽新陈代谢中重金属往往吸收很少,约60%~70%重金属随畜禽粪便排出[7],若渗入土壤中,会造成重金属的富集化导致土壤功能变差,从而影响农作物生长和农产品品质,严重污染周围居民的生活环境。

2.4 原因分析

畜禽养殖造成空气、水和土壤环境污染,从技术角度分析有以下两点原因:

(1) 缺乏精细饲养,饲料配方不合理

目前,大多数畜禽养殖者仍处于粗放型饲养方式,可以简单的饲料配方制定,但是无法做到精细化饲养,一是如果微量元素、维生素过高会导致畜禽中毒,不但会影响生长,而且肉质中将残留大量有毒有害物质,导致排泄物中Cu、Zn、氮、磷和COD等元素超标,严重污染空气、水和土壤[8];二是如果微量元素、维生素偏低会引起生长缓慢,出栏期过长,最终影响经济效益。

(2) 缺少必要的污染治理措施

随着近几年人们对畜产品需求量大幅度增加,加速了畜禽养殖业的发展,大部分农场畜禽养殖污染防治起点低,所产生的粪便量大大超过其实际处理能力和合理使用能力,导致粪便没有完全净化;而多数小规模的养殖场没有粪便净化设备,缺少畜禽粪尿收集、处理能力,畜禽粪便乱排乱堆,常因雨水冲刷造成二次污染。

3 基于大数据分析的畜禽养殖污染防治技术

3.1 概述

针对畜禽养殖中饲料配方不合理和缺少必要的污染治理措施问题,本文构建基于大数据分析的畜禽养殖污染防治系统,整个系统由养殖环境感知控制子系统、远程大数据分析处理子系统和用户控制管理子系统三部分组成。系统由感知设备获取畜禽体征数据和环境数据,经大数据中心进行数据分析和挖掘后,再经过系统建模后,生成最优饲料配方、畜禽健康情况报表和养殖设备运行情况报表等,下面分别介绍三个子系统功能和作用。

文章来源：《当代畜禽养殖业》 网址: http://www.ddcqyzy.cn/qikandaodu/2020/0827/410.html