基于全国耕地消纳的畜禽粪便特征分布与环境承载力预警分析

为加快畜禽养殖行业粪污资源化利用,促进畜牧业可持续发展,及时掌握畜禽粪便的特征分布,对有效防控养殖区域环境的污染尤为重要。目前多数畜禽粪便污染研究都是基于省市区域尺度,而进行全国尺度的研究相对较少。本文运用排污系数法,以中国畜牧年鉴数据为计算基础,估算出2016年全国31个省份畜禽粪便的产生量、污染物产生量及污染物流失量。在此基础上,分析全国2016年畜禽粪便的排放分布特征,并将不同畜种的粪尿产生量统一换算为猪粪当量,计算出单位耕地面积猪粪当量承载负荷及预警值,参照相关标准得到2016年全国各省所对应的预警级别。结果表明:2016年全国畜禽粪便总产生量为246 836万t,其中牛粪产量最多,家禽粪产生量最少;所研究的31个省份中四川省、河南省、山东省的粪便产生量较多。假设产生的粪便可以利用当年的有效耕地消纳,则2016年31个省份畜禽粪便平均单位耕地面积猪粪当量承载力负荷为19.55,单位耕地面积猪粪当量预警均值为0.49。本文所测算的31个省份中大部分省份预警值处于无环境威胁预警级别(Ⅰ级),但北京市处于有环境威胁预警级别(Ⅲ级),西藏自治区处于很严重环境威胁预警级别(Ⅵ级),青海处于严重环境威胁预警级别(Ⅴ级)。根据计算得出的预警级别,各省应根据自身情况充分利用畜禽粪便资源,尤其是在预警值较高地区应及时做好畜禽养殖总量控制及污染防控。     

重庆市畜禽粪便年排放量的估算研究

畜禽养殖产生的粪便已成为我国农村面源污染的主要来源，因而畜禽粪便的排放量也越来越引起人们的重视。通过对重庆市畜禽养殖业进行调查，结合国内外有关研究，确定重庆市畜禽粪便年排放量估算方法和各种估算参数。以2001年为基准，估算出重庆市主要畜禽(猪、牛、羊、马、兔、家禽等)年粪尿排放量和粪尿中对环境产生污染的主要物质量(有机质、氮、磷、钾)，以便对重庆市畜禽粪便污染作一个定量的认识。估算结果为重庆市2001年畜禽粪尿排放7421万t，其中有机质为806万t，氮42.5万t、磷21.48万t、钾44.98万t。该研究结果可为重庆市工农业生产布局和环境污染治理提供决策依据。     

多级处理模式下粪污中氮、磷削减规律及其农田可消纳量——以苏南水网地区规模猪场为例

针对规模养殖场粪污多级处理模式下氮、磷削减规律及土地承载力不清等问题,以苏南水网地区一规模猪场为研究对象,系统分析了污水经二级厌氧消化、三级沉淀池和水生植物塘逐级处理后氮、磷的去除特征,进一步核算了此模式下粪污实际农田可消纳量。结果表明:猪场全年粪、尿总产生量分别约为4 086.9 t和10 995.8 t,粪便收集率约为90.5%。收集的粪污中可利用的总氮(TN)和总磷(TP)量分别为183.12 t和148.97 t。粪污经过厌氧消化后TN和TP去除率小于25.3%和57.2%,进一步通过三级沉淀池处理后二者可去除80%以上,最终通过水生植物生态处理后二者去除率均达95%以上。养殖废水经过多级处理工艺,可大幅提高其农田消纳量,降低粪污处理成本,特别适用于集约化程度高、经济发达、土地资源有限地区的畜禽养殖场。     

烟台市种植业有机废弃物还田对畜禽粪污土壤消纳量的影响研究

通过《烟台统计年鉴》(2011～2020年)对2010～2019年烟台市农业有机废弃物(畜禽粪污、果树修剪枝条、农作物秸秆)资源量进行评估，并测算种植业有机废弃物还田对畜禽粪污土壤消纳量的影响，为烟台市合理利用农业有机废弃物、实现农业可持续发展提供参考。结果表明:2010～2019年烟台市种植面积、农作物秸秆产生量呈下降趋势，畜禽养殖猪当量、畜禽粪污排泄量与果树修剪枝条量呈上升趋势；10年间种植业产生的果树修剪枝条、农作物秸秆和养殖业畜禽粪污排泄量年平均分别为108.24万、205.60万、782.52万t，种植业和养殖业有机废弃物还田分别可提供氮2.91万、2.68万t，磷0.52万、1.03万t。种植业有机废弃物还田减少了粪污土壤消纳量，降低了区域内养殖潜力。在种植业有机废弃物还田的情况下，10年间畜禽粪污氮、磷土地承载力分别降低了33.63%～36.10%、43.56%～46.44%，畜禽粪污氮、磷土地承载力指数分别升高了50.68%～56.49%、77.18%～86.70%；在种植业有机废弃物未还田情况下，2019年烟台市15个县市区中，莱州市、招远市、栖霞市的养殖量不超过以氮和磷为基准计算的理论最大养殖量(土地承载力指数小于1)，在还田情况下只有莱州市的养殖量不超过以氮和磷为基准计算的理论最大养殖量。     

河南省畜禽养殖粪便年排放量估算

基于河南省2008年畜牧业统计年报数据和各种估算参数,估算了河南省2008年主要畜禽粪便排放总量及其有机质、氮、磷、钾含量。结果表明,河南省2008年主要畜禽粪便排放总量为18329.5万t,尿排放总量为9790.8万t,折算成氮169.84万t、磷96.33万t、钾142.93万t。不同畜禽中,生猪的畜禽粪便排放量最高,占河南省排放总量的39.5%;其次为肉牛,占排放总量的27.0%。尿的排放总量构成中,生猪的排放量最高,占总量的83.4%;其次为肉牛,占11.6%。不同地市中以驻马店的畜禽粪便排放总量最高,其次是南阳、周口、商丘和开封,5市的总和接近河南省粪便排放总量的一半。河南省畜禽粪便农用地的平均负荷高达40.79t·hm-2,远远超过了全国平均负荷4.19t·hm-2,说明河南省农村生态环境面临着畜禽养殖污染的巨大生态压力。     

重庆市畜禽粪便排放时空分布研究

以重庆市直辖前(1995、1996年)和直辖后(2000、2001年)畜禽养殖数据为基准,研究重庆市各区(市、县)畜禽的年粪便排放量,并从时间和空间上分析重庆市畜禽粪便年排放量的变化趋势。结果表明,1995、1996、2000、2001年畜禽粪尿总排放量为7455.03万t、7831.56万t、7223.84万t、7421.52万t;猪粪当量分别为6954.84万t、7419.62万t、6433.5万t、6748.02万t;畜禽粪便中平均年有机质排放量为794.45万t、N43.27万t、P23.36万t、K45.51万t。重庆市畜禽粪便负荷、猪粪当量负荷和有机质、N、P、K负荷分布以近郊为重,而畜禽粪便年排放量、猪粪当量及有机质、N、P、K量却是位于三峡库区的区、县量较大;直辖前后畜禽粪便年排放量及猪粪当量、猪粪当量负荷、N、P、K排放总量及负荷相差不明显。     

中国东北地区畜禽粪污处理技术与资源化利用模式分析

为摸清东北地区畜禽粪污处理技术与资源化利用模式应用现状,该研究采用问卷调研与现场评估相结合的方式,对黑龙江、吉林和辽宁3省272个规模化养殖场进行了调研,分析了养殖畜种与存栏量、粪污产生量、粪污处理技术、粪污处理设施设备以及粪肥还田参数等数据,总结了东北地区畜禽粪污处理技术应用现状和资源化利用模式特点。结果表明：东北地区主要粪污收集工艺为干清粪,占比达94.35%。固体粪便以堆沤肥工艺为主,占所调研养殖场的86.93%,各畜种粪便存储设施面积符合畜禽规模化养殖场粪污资源化利用设施建设规范要求。液体粪污主要处理方式为粪水贮存,占所调研养殖场的68.18%;奶牛养殖场粪水贮存设施小于建设规范要求。东北地区粪肥还田主要种植作物为玉米,占所有种植作物的78.13%,现有配套土地面积普遍低于畜禽粪污土地承载力测算需求面积。固体粪肥主要施肥方式为人工施肥,占比达88.00%;液体粪肥主要施肥方式为漫灌和喷灌,占比分别为54.17%和37.50%。整体来看,东北地区粪污处理与资源化利用主要技术模式为“干清粪+粪便堆沤+粪水贮存”。研究结果可为东北地区粪污处理和资源化利用模式推广和政策制定提供参考。     

基于耕地承载力的畜禽养殖污染负荷及环境风险研究——以四川省为例

[目的]通过对四川省畜禽养殖污染负荷、耕地承载力空间分布特征的探讨,为研究区农业的可持续发展提供理论依据。[方法]在前人研究基础上,结合四川省区域特点,研究各市州畜禽粪便产生量、主要污染物产生量、流失量以及单位耕地面积猪当量负荷量,N和P负荷量,利用ArcGIS解析其空间分布特征,对耕地承载力现状进行风险评价。[结果]2016年四川省畜禽粪便总产量2.94×10~7 t;产生和流失最多的污染物为化学需氧量(COD),最少为全磷。四川省单位耕地面积猪当量负荷,N,P负荷平均值分别为50 310,327,85kg/hm~2,平均负荷预警值1.34,风险评价等级Ⅳ级,对环境有威胁。但负荷预警值在区内存在空间分布不均的特征,阿坝州和甘孜州最高,预警值分别为6.61和6.93,均属Ⅵ级,对环境构成严重威胁。[结论]现阶段畜禽粪便的产生已对四川省环境有威胁,畜禽粪便污染的来源主要是牛粪和猪粪。应推广农牧结合、种养平衡、生态循环的畜禽养殖模式。     

中国规模化养殖场畜禽粪便资源沼气生产潜力评价

为探明中国规模化养殖场畜禽粪便排放量、沼气生产潜力及其分布情况,该文利用2009年统计数据,确定了中国畜禽粪便年排放量估算方法和各种估算参数,估算中国主要畜禽年粪尿排放量、产沼气潜力和温室气体减排潜力。结果表明,2009年中国规模化养殖畜禽粪便排放总量约8.37亿t,年沼气生产潜力约为472.1亿m3,减排潜力为1.9亿t CO2。生猪、奶牛和肉牛养殖是中国畜禽粪便的主要来源,粪便排放主要在东北、华北和西北等北方地区。这可为中国规模化养殖场治理污染提供决策依据。     

基于土地消纳粪便能力的畜禽养殖承载力

为了评估北京市平谷区畜禽养殖承载潜力及其污染潜势,该文针对生态涵养区果园占农用地比例大这一特点,参考欧洲标准和相关文献设定了耕地和果园的氮(磷)限量标准,并分析平谷区及其各乡镇耕地和果园对畜禽养殖的承载潜力。结果表明:1)全区农用地平均粪便负荷为16.7 t/hm2,低于30 t/hm2的国家标准,果园对粪便的负荷占农用地总负荷量的66.42%,是最主要的消纳畜禽粪便的载体;2)全区尚有一定的畜禽承载潜力,以氮、磷计分别为6.25万头猪当量和9.48万头猪当量,但各乡镇承载潜力差异显著,兴谷等8个乡镇属于过量承载,具有很高的污染风险,而大华山等9个乡镇仍有较大的承载潜力。研究结果可为平谷区养殖业布局调整、环境污染治理和畜禽粪便资源化利用等决策提供支持。     

辽宁省畜禽粪便产污系数测算与环境承载力预警分析

  目的  本文通过对辽宁省畜禽养殖产污系数测算及污染负荷空间分布特征的探讨,为降低畜禽养殖造成的环境污染风险和辽宁省农业的可持续发展提供理论依据。  方法  根据2019年辽宁省畜禽粪便及其主要养分参数的周年监测结果,估算各市区畜禽粪便及其主要污染物的产生系数以及单位耕地面积猪当量负荷量,氮（N）、磷（P）负荷量,并对环境承载力现状进行风险评价。  结果  辽宁省畜禽粪便总产量4.65千万t;产污系数最高的是COD,全氮次之。  结论  辽宁省多数市区畜禽粪便单位耕地面积磷耕地负荷低限额,对环境有尚未构成威胁,且负荷预警值在省内存在空间分布不均的特征。     

湖南洞庭湖区农地畜禽粪便承载量估算及其风险评价

根据洞庭湖区畜禽养殖现状,采用排泄系数估算法测算了洞庭湖区畜禽粪便产生量,并对不同农地畜禽粪便承载量和畜禽粪便污染风险进行了评估.结果表明:2006年,洞庭湖区年产畜禽粪1 616.93万t,尿液1 248.30万t,BOD5 72.41万t,COD 79.33万t,NH3-N 7.48万t,农地畜禽粪便承载量平均为19.25 t·hm-2,风险预警值平均为0.47,仍未造成环境污染,畜禽养殖业还有较大发展空间.但个别地区的畜禽粪便已对农地造成污染,必须引起注意.     

惠州市畜禽养殖污染耕地承载负荷估算及风险评价

为评估惠州市畜禽粪污耕地承载负荷及风险状况,根据最新统计年鉴中惠州市畜禽养殖数据,结合第二次全国污染源普查畜禽饲养期产污系数及粪污综合利用率,估算了2018年惠州市畜禽粪污及主要污染物(COD、NH_3-N、TN、TP)的产排量,并基于各区(县)实际耕地面积对粪污、TN和TP的耕地承载负荷进行估算和风险评价。结果表明:2018年惠州市畜禽养殖粪污产生量1.51×10~6t,排放量达4.44×10~5t,各畜禽贡献占比排序为生猪(50.3%)肉鸡(17.2%)肉牛(14.3%)蛋鸡(13.4%)奶牛(4.8%);主要污染物产生量为2.61×10~8kg,排放量为7.66×10~7kg,其中畜牧大县博罗县排放量最大,占比42.9%;全市畜禽粪污、TN和TP的耕地承载负荷分别为7.69 t·hm~(-2)、65.38 kg·hm~(-2)和15.63 kg·hm~(-2),粪污和TN警报级别均为Ⅰ级,TP警报级别为Ⅱ级,对周围环境威胁小,惠州市可以通过种养平衡规划提升畜禽粪污的资源化利用水平。     

林芝畜禽养殖粪便排放时空演变及耕地污染负荷分析

为准确掌握林芝市畜禽养殖发展的区域差异及畜禽粪便对环境的污染威胁,该研究利用年平均增长率及输出系数方法,揭示畜禽养殖量及其氮磷污染的增长率的区域差异和时空变化规律,分析耕地的畜禽污染负荷。结果表明,林芝市畜禽养殖业发展迅速,各县的牛、猪、家禽养殖量的年平均增长率都普遍较高,羊的增长率与其他种类畜禽不同出现了负增长。畜禽养殖发展基本可分为3个阶段:稳步发展阶段(1986―2000年),全面发展阶段(2000―2010年),现代化发展阶段(2010―2014年)。工布江达县畜禽污染产生量较大,林芝县与米林县年平均增长率相对较快,朗县平均单位耕地面积的畜禽氮磷污染负荷最重。林芝市平均单位耕地面积的畜禽磷氮污染负荷达到400和2345kg/hm~2。该研究可为林芝市农牧业发展规划和畜禽养殖结构调整提供参考。     

中国区域畜禽粪便能源潜力及总量控制研究

为了评估中国畜禽粪便资源总量及其对环境的影响,以环保部、统计局和农业部发布的区域畜禽产排污系数为基础,利用2010年的统计数据,研究了中国及各省的畜禽粪便资源总量、能源潜力及农地的氮磷负荷,并以欧盟的农地氮磷施用标准对中国畜禽养殖的环境容量和污染风险进行了初步评估。结果表明,2010年,中国畜禽粪便总量达22.35亿t,可产沼气1072.75亿m3,山东等6省市粪便资源超过1.00亿t;全国单位面积农地氮磷平均负荷为43.73kg/hm2(TN)和9.16kg/hm2(TP),北京等6省市农地氮磷负荷超标;全国畜禽养殖环境容量为129.56亿头猪当量(以N为基准),159.74亿头猪当量(以P为基准),实际养殖总量约占环境容量的1/4,考虑化肥施用的影响,约有20个省超过本省50%环境容量。研究结果为区域畜禽养殖总量控制、合理布局和粪污的综合利用提供决策依据。     

安徽省畜禽养殖粪污土地承载力的时空分布特征

[目的] 探明畜禽粪便资源对农田土壤和环境造成的潜在污染风险,为防治面源污染、畜禽粪污资源利用提供科学依据。[方法] 以安徽省为研究区域,依据2009—2018年畜禽养殖、作物产量等数据资料,量化分析区域作物粪污养分需求量、畜禽粪污养分供应量,并结合已有研究成果,开展畜禽粪污土地承载力时空演化特征的分析研究。[结果] 安徽省粪、尿排放量由2009年的6.19×10⁷ t上升至2015年的7.09×10⁷ t,后下降至2018年的5.00×10⁷ t,其中猪尿排放量最大,牛尿排放量最小。全省畜禽粪污排放总量与氮磷养分供给量均呈现北高南低的特点,不同畜禽粪尿在氮素的养分供给中所占比例均衡,而在磷素中差异较大。全省农田畜禽污染风险主要集中在安徽中部和南部地区的合肥、黄山和宣城等地,2018年全省土地承载力指数有所下降,农田对畜禽粪便仍具有一定的消纳空间。[结论] 安徽省农田畜禽养殖在局部地区存在着污染风险,需加强重点地区的化肥施用规划和畜禽养殖结构调整,推动农业可持续发展。     

京郊畜禽粪肥资源现状及其替代化肥潜力分析

随着都市型规模化养殖业快速发展,畜禽粪尿废物大量排放因缺乏足够面积土地消纳所带来的环境压力很大,而粪尿中的氮磷钾养分与化肥一样对作物同等重要,如何合理利用这些废物资源决定了都市化农业的可持续发展。该文针对京郊养殖业和农用地面积现状,结合调研、收集畜禽养分排泄系数和农田养分需求等参数,估算京郊固液粪便养分资源现状及其替代化肥的潜力。结果表明:京郊畜禽固液粪便中N、P、K养分量分别为58.7×103、21.3×103、29.8×103 t,其中固体粪便N、P、K养分分别为43.1×103、20.3×103和19.7×103 t,京郊畜禽固液粪便可分别满足农田N、P、K养分需求量的99.3%、185.2%、62.7%。大部分区县粪肥中P养分产生量超过作物P需求量,粮田秸秆还田可带入的N、P、K养分分别为11.0×103、1.6×103和15.0×103 t,情景分析表明在秸秆还田条件下,按照磷素平衡原则估算本地区所能消纳的粪肥所带入N、P和K养分数量分别为18.3×103、9.9×103和10.3×103 t,同时需要补充N、K化肥分别为29.8×103和22.2×103 t,其余粪肥则需经过堆肥化处理并输往外地。经过堆肥处理,固体粪肥可提供的N、P、K养分分别下降了23%、11%和12%,外输固体粪肥堆肥可进一步减少农田氮磷负荷以及可能的环境风险。     

基于种养平衡的河南省畜禽养殖分析及其环境污染风险研究

为探究河南省畜禽养殖环境污染现状,利用排污系数法等方法估算了河南省畜禽养殖粪尿负荷量、耕地承载力和水体污染负荷指数等指标,分析并评价了不同地区畜禽养殖现状的合理性及对环境的污染状况,以期为河南省合理畜禽养殖提供理论依据。结果表明,(1)河南省2016年畜禽粪尿产生总量为13 101.5万t,以南阳市、驻马店市、周口市、商丘市和开封市产生量最大,其总和占全省总量的54.0%。从污染风险看,河南省平均负荷量为16.2 t·hm-2,警报值级别处于Ⅱ级,对环境稍构成污染威胁。(2)河南省可承载的猪当量为7 402.4万头猪当量,实际养殖已超载2 047.3万头猪当量。其中驻马店市、平顶山市、洛阳市、信阳市超载最严重,占超载总量的50.1%。(3)河南省水体的主要污染物为全氮(TN)和全磷(TP),而化学需氧量(COD)的等标排放量相对较少。全省平均扩散浓度达128.0 mg·L-1,属于严重污染。平均等标污染指数为12.2 mg·L-1,表现为对水环境有污染。对环境污染最严重的是开封市,污染指数达31.9 mg·L-1;对环境污染最小的是信阳市,污染指数为2.3 mg·L-1。(4)从污染负荷来看,开封市、平顶山市、漯河市的耕地承载负荷大,水体潜在污染严重,安阳市和信阳市的污染负荷较低。     

我国畜禽粪污资源化利用潜力与时空分布特征

为准确掌握我国各区域畜禽粪污及其资源化利用潜力时空分布特征,有助于制定具有区域针对性的畜禽粪污无害化处理与资源化利用措施。基于统计数据,利用产污系数法估算我国畜禽粪污产生量;利用锡尔指数法、聚类分析法进一步分析其区域差异;通过土地承载力与土地负荷警戒值估算我国不同区域污染情况;通过化肥替代法与标准煤替代法估算我国畜禽粪污资源化利用潜力。结果表明:(1)2000—2019年我国畜禽粪污及其氮磷产量在时间维度上呈显著增长趋势,畜禽粪污产量总增幅24.00%,氮和磷总量总涨幅20.45%;(2)我国畜禽粪污和氮磷在空间分布上表现出鲜明的区域分布特征,区域内差异是造成全国差异的主要因素,20年间中南区和华东区是我国畜禽粪污和氮磷产生量的主要贡献区;(3)2019年我国氮磷土地负荷量均未超出欧盟标准,仅山东省畜禽粪污土地负荷量达到Ⅱ级,稍有污染风险;(4)2019年我国畜禽粪污资源化潜力分别为:氮肥、磷肥替代潜力分别为19.25%、4.55%,其中西藏自治区和青海省氮肥替代率分别为279.30%和137.99%,具有完全替代潜力。可折算为标准煤18266.24万tec,达到当年能源消费量替代潜力3.73%,全国均可不同程度实现能源替代。因此,我国应因地制宜,根据各区域实际畜禽粪污特征发展有机肥行业,鼓励生物能源开发等,制定具有区域针对性的政策与措施,从而推进我国畜禽粪污资源化利用。     

河北省不同养殖模式的畜禽粪尿资源及污染风险分析

利用统计数据和实地调研数据,借鉴国内外研究方法,系统地估算了河北省各地区规模化养殖和农户散养模式下的畜禽粪尿资源数量与粪尿农田负荷量。研究结果表明,2004年,河北省的畜禽规模养殖粪尿量比例达到49.6%,基本接近农户散养比例。廊坊和石家庄的规模养殖产生的粪尿比例在河北省位于前列,分别为72%和59%;河北省畜禽养殖对于农田的污染风险主要以规模养殖为主,规模养殖下农田负荷量为114.1t·hm^-2,该模式下单位面积农田氮负荷量为0.56t·hm^-2,磷为0.17t·hm^-2,高于全国平均水平。