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。     

山西省畜禽粪污年产生量估算及环境效应

为了解山西省畜禽粪便产生量及其环境效应,根据《山西统计年鉴2017》中畜禽养殖数据,估算了2016年山西省畜禽粪污产生量。结果表明,2016年山西省畜禽粪便总排放量约为3 410.97万t,按年粪便产生量排序,依次为牛羊猪鸡兔。畜禽粪污的总氮、总磷、总化学需氧量、总生化需氧量、总氨氮产生量分别为23.54、7.56、75.97、70.85万t和7.72万t。畜禽粪便发酵可产沼气总量约为21.33亿m~3,畜禽粪便产沼气潜力相当于山西省天然气年消费量的25.42%。2016年山西省平均单位耕地面积畜禽粪尿氮、磷养分负荷分别为63.28、20.32 kg·hm~(-2),均未超过欧盟粪肥年施氮和年施磷限量标准,畜禽粪便耕地负荷预警值为0.38,为Ⅰ级。然而从区域分布的角度来看,太原,晋城和晋中三市的单位耕地面积畜禽粪尿磷负荷超过了欧盟粪肥年施磷限量标准,除了临汾和运城,山西省其他地市的畜禽粪便农田负荷量对环境有不同程度的威胁。因此,迫切需要对部分重点区域进行畜禽养殖粪便综合管理。     

小清河流域畜禽养殖结构变化及其粪便氮素污染负荷特征分析

在分析小清河流域1991—2007年间畜禽养殖总量和结构变化态势的基础上,估算该流域畜禽养殖粪便总量和氮素污染负荷量及其空间分布特征。结果表明：该流域畜禽养殖粪便量（以氮含量为标准的猪粪当量计）呈现增加-下降-增加-下降的趋势,基本上是随着畜禽养殖总体数量的变化而变化。小清河流域上游地区畜禽养殖产生的粪便量最大,约占整个流域地区的58%,对小清河流域氮素污染起到主要作用。该流域畜禽粪便平均氮素污染负荷为116 kgN.hm-2,但流域各县粪便氮素污染负荷量则差异较大。负荷量大的县（区）主要集中在小清河流域的上游地区（槐荫区除外）,其氮素污染负荷均高于250 kgN.hm-2欧盟的最高限制标准,尤其是历下区和天桥区的氮素污染负荷最为突出,对小清河流域水体环境影响极大。     

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。     

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。     

呼和浩特地区农田畜禽粪便负荷量调查研究

用猪粪当量负荷及有效耕地面积对呼和浩特各旗县区农田畜禽粪便负荷量进行了全面统计,从而获得了可比性较强又较符合实际的农田畜禽粪便负荷量。并且,对各地区畜禽粪便负荷量进行比较分析,进而为呼和浩特畜禽养殖企业的合理布局及畜禽粪便处理利用规划提供科学依据。     

陕西省养殖业畜禽粪便氮磷耕地负荷的时空分布

[目的]探明畜禽粪便资源对耕地土壤和环境造成的潜在污染风险,为评价和防治畜禽养殖业造成的面源污染提供科学依据。[方法]以陕西省为研究区,通过计算陕西省畜禽粪便中氮磷耕地负荷,分析了其时空变化特征。[结果](1)陕西省各市区畜禽粪便氮磷耕地负荷从2006—2007年达到最大,到2008年急剧下降为最低,之后逐年增加。2008—2010年,氮负荷平均值增加了73.0%,磷负荷增加了59.4%;2008—2010年,延安、渭南两市畜禽粪便氮磷耕地负荷虽然居于全省最后,但增长率最快。(2)对比2008年和2010年的畜禽粪便氮磷耕地负荷空间分布变化,汉中市氮磷耕地负荷最大,延安市和渭南市最小。2010年各市畜禽粪便氮负荷平均值依次为:汉中安康榆林宝鸡咸阳商洛铜川西安延安渭南;磷耕地负荷平均值依次为:汉中商洛宝鸡榆林咸阳西安安康铜川延安渭南。[结论]针对陕西省畜禽粪便氮磷耕地负荷的时间、空间分布变化,应加大汉中、安康、商洛、宝鸡、榆林等区域畜禽粪便的处理力度,降低畜禽粪便造成水土资源污染的风险。     

基于网格的中国耕地畜禽养殖废弃物氮负荷估算

[目的]估算网格化的中国耕地畜禽养殖废弃物氮负荷,以期准确分析中国畜禽养殖废弃物对环境的污染威胁。[方法]基于统计数据进行行政区域的畜禽养殖废弃物氮养分量的估算,并利用面积权重内插法和GIS空间分析技术进行中国耕地畜禽养殖废弃物氮负荷估算及网格化研究。[结果]网格化后的畜禽养殖废弃物耕地氮负荷基本保持了以各省区为单元数据的基本特征,不再是以行政边界为划分不同畜禽养殖废弃物氮养分负荷的依据,更接近于实际情况,并以河南省为例进行了验证。[结论]从整体空间分布角度看,2010年中国畜禽养殖废弃物氮负荷量空间分布其高值范围与低值范围的界线近似于中国400mm等降水量线。从各省域空间分布范围分析,氮负荷量高的主要集中在广东省、北京市、四川省及湖南省范围,而蒙古、新疆、西藏及青海这4个区域范围内的氮负荷量都较低。     

基于输出系数模型的北京地区农业面源污染负荷估算

农业生产活动产生的面源污染物是环境污染负荷的主要来源之一。利用输出系数模型对北京市农业面源污染负荷进行了估算。结果表明,2006年北京市农业面源污染物总氮和总磷负荷量分别是19 565.7×106和2 413.1×106 g/a。土地利用方式显著影响氮和磷负荷,不同污染源类型对污染负荷贡献的差异较大。不同污染源类型对总氮污染负荷贡献率的大小顺序为农村生活污水及废弃物＞耕地＞林地＞畜禽养殖＞园地＞牧草地,对总磷负荷贡献率的大小顺序为农村生活污水及废弃物＞畜禽养殖＞耕地＞林地＞园地＞牧草地。各区县总氮和总磷负荷量和负荷强度的差异较大,其中大兴、顺义、房山、密云和通州的总氮和总磷负荷量较大,而朝阳、丰台、通州、顺义和大兴的总氮和总磷负荷强度较大。农业面源污染物氮和磷分布状况和负荷强度的研究,为北京地区区域规划和农业结构调整提供了科学依据。     

海口市畜禽排泄物的环境压力及其影响评价

自海南省创建无规定动物疫病示范区以来,海口市畜牧业得到了跨越式发展,由此产生的畜禽粪便对环境的压力也越来越大。本文在对海口市畜禽养殖现状进行调查分析的基础上,以畜禽粪尿排泄系数、猪粪当量为基础,结合各区的耕地有效消纳面积,计算相应的的猪粪当量负荷。参考畜禽粪便负荷量警报值分级标准,对海口市各区畜禽粪便负荷承受程度进行警报分级。结果显示:海口市各区畜禽粪便负荷量相差较大,美兰区畜禽粪便对环境的威胁最大,这可能与畜禽饲养过密,有效农田消纳面积有限有关;琼山区畜禽粪便负荷对环境威胁较小。畜禽粪便负荷量可以作为控制区域养殖规模的重要参考指标。     

江苏省太湖地区畜禽业产排污测算

以太湖地区水环境保护为出发点,根据对江苏省太湖地区典型规模化养猪场不同饲养阶段生猪(妊娠母猪、育肥猪和保育猪)的产污监测试验,测算了3种猪粪尿污染物的含量和产污系数,并采用排泄系数法和等标污染负荷法估算了2011年江苏省太湖地区畜禽粪便污染物排放量和水环境等标污染指数,并对污染物和污染来源进行了分析。结果表明,2011年江苏省太湖地区畜禽养殖业总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)的排放总量为2.19×105 t,常州市、苏州市、无锡市的水环境等标污染指数分别为11.54,5.70和6.10,各地区对水体的污染程度存在差异。畜禽养殖业最主要的污染物来源是家禽和猪,其等标污染负荷比分别达到49.52%和44.47%,最主要的污染物是TP,其等标污染负荷比达到67.87%,P素污染应该引起重视。     

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。     

省域农用地猪粪负荷强度时空演变分析

种养循环是解决农业面源污染,促进化肥减量化以及种植业和养殖业可持续发展的重要途径。测算并合理利用农用地粪便承载力是促进区域种养业循环的基础。为了通过种养业循环解决生猪养殖污染问题,本文运用排放系数法测算2007—2016年中国31个省（市、自治区）农用地猪粪负荷强度和承载潜力,并利用ArcGIS空间统计模型分析其时空格局演变特征,运用多元线性回归模型探讨农用地猪粪负荷强度时空分异的主要影响因素。研究结果表明：1）2007—2016年中国农用地猪粪负荷强度总体上并不高,平均值为4.148 t·hm^-2,但省际差异较大。2）负荷强度总体上呈现先增后降特征,其中,青海和西藏呈现持续上升态势,新疆呈现“降-升-升”态势,宁川黔冀4个省域呈现持续降低态势,上海等12个省域呈现“升-升-降”,重庆等6个省市呈“升-降-降”态势,内蒙古等6个省域呈现“降-升-降”态势。负荷强度整体上表现出显著的空间自相关性,自相关性呈现先减弱后增强变动态势。热点区域呈向北部、西部转移趋势。3）城乡收入比、上一年成本利润率、人均猪肉消费量、人口密度、区位、人均农作物面积、河网密度和河流截面水质优良比例等因素对农用地猪粪负荷强度产生了显著影响。其主要通过市场规律、供给-需求关系、环境承载力、养殖规制和政府政策影响负荷强度变化。4）提出根据省域负荷强度热点北移西进的态势以及各地承载潜力,制定生猪养殖业区域规划和负面清单政策,引导种养业在一定区域内实现循环耦合等政策建议。     

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。     

中国近30年畜禽养殖量及其耕地氮污染负荷分析

为准确掌握近年来中国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方法,揭示畜禽养殖量及其氮污染的增长率的区域差异和时序变化规律,分析耕地的畜禽污染负荷。结果表明,近些年中国畜禽养殖业发展迅速,各地区的猪、羊、家禽养殖量的年平均增长率都普遍较高,增幅甚至超过12%;牛和羊的年平均增长率的区域差异较大。畜禽养殖发展基本可分为3个阶段:稳步发展阶段(1980-1995年),全面发展阶段(1996-2006年),现代化发展阶段(2007年-至今)。华北、华中、华南、西南地区畜禽氮污染产生量都较大,华北和东北各省的年平均增长率相对较高,其中河南、四川、山东三省的畜禽养殖的增幅较快、养殖量较大、耕地的氮污染负荷较重。全国平均单位耕地面积的畜禽氮污染负荷达138.13kg/hm2,其中四川等6省市已达202.98kg/hm2以上。该研究为全国和各省区农业发展规划和畜禽养殖结构调整提供参考。     

外源有机物料提升农田黑土抗机械扰动能力研究

  目的  为探明外源有机物料是否可以增强农田黑土抗机械扰动能力。  方法  以典型黑土区长期机械作业的农田土壤为研究对象,设置添加3种常见外源有机物料(秸秆、生物炭、猪粪肥)、3个含量梯度(少量、实际还田量、大量) 10个处理的室内恒温恒湿培养试验,随后进行4个机械扰动强度(0、500、1500和4500 J)的模拟机械扰动试验,探讨在添加外源有机物料条件下机械扰动对土壤团聚体稳定性的影响。  结果  有机物料种类、添加量以及机械扰动强度显著影响平均重量直径、几何平均直径和团聚体破坏率,添加秸秆后的土壤团聚体平均重量直径分别是生物炭、猪粪肥的1.40、1.23倍;几何平均直径分别是生物炭、猪粪肥的1.22、1.12倍。  结论  添加秸秆可显著增强农田黑土团聚体抗机械扰动能力,添加猪粪肥效果次之,生物炭效果不显著;机械扰动以及有机物料修复均对 > 1 mm团聚体破坏率作用最为显著,> 1 mm团聚体可作为农田黑土抗机械扰动能力以及有机物料添加效果的评价指标。     

典型河源区畜禽粪便农田施用的环境承载力研究

畜禽粪便作为农业面源污染的主要来源之一,对农田土壤质量及河源区水质安全存在严重威胁。本研究选取东辽河源区东辽县畜禽粪便为研究对象,通过分析其重金属与典型抗生素与产生特征,阐明了畜禽粪便农田施用的环境承载力及应对措施。结果表明:畜禽粪便中重金属Cu、Zn含量最高,四环素类抗生素中金霉素残留最高,猪粪中含量高于鸡粪和牛粪。假设河源区东辽县当年产生畜禽粪便全部还田,以重金属背景值为参照,单因子污染指数均大于1小于2,达到轻度污染水平,重金属综合污染指数为0.97,达到警示污染水平;畜禽粪便安全施用年限为100年时,旱田、水田最小施用半径分别为233 m、44.5 m,与最大可施用半径比值均为0.25。而抗生素生态风险值均小于0.01,无生态风险。因此,畜禽粪便农田施用前需对重金属Cu、Zn、Hg采取无害化处理。     

不同施肥和耕作处理紫色土坡耕地碳、氮、磷流失特征

  【目的】  坡耕地营养元素流失是下游水体环境污染的主要原因之一。探明不同施肥处理和耕作方式下紫色土坡耕地碳(C)、氮(N)、磷(P)营养元素流失特征,对采取科学的田间管理措施,降低水生生态系统污染风险具有重要意义。  【方法】  以该区典型坡耕地为研究对象,设置5个施肥和耕作处理:顺坡耕作对照(CK)、顺坡耕作施化肥+猪粪(T1)、顺坡耕作单施化肥(T2)、顺坡耕作单施1.5倍化肥(T3)和横坡耕作单施化肥(T4)。在玉米苗期、拔节期、抽穗期、成熟期,监测了径流量,测定了土壤和径流中的C、N和P含量,计算流失量。  【结果】  与对照相比,T1和T4处理显著增加土壤中有机碳、全氮、全磷含量(P < 0.05)。顺坡耕作T1处理径流中的可溶性有机碳浓度较T2处理降低了33.66% (P < 0.05),其他指标浓度的降低幅度未达显著水平;T3处理的径流中碳、氮、可溶性总磷的浓度较T2 处理有所升高,其中可溶性有机碳和NH₄+-N的提高效果达到显著水平(P < 0.05);T4处理中仅径流NO₃?-N浓度显著低于T2处理(P < 0.05),其他指标与T2处理差异不显著。5个处理的径流量以CK最高,T4处理最低,单施化肥的T2和T3处理均大于化肥猪粪配合的处理T1。横坡耕作的T4处理径流量较其他处理降低了44.65%～67.36%,化肥+猪粪T1处理的径流量较T2、T3处理分别减少了15.65%、22.76%。与T2处理相比,化肥有机肥配施T1处理下的径流可溶性有机碳、全氮和全磷流失量分别减少43.10%、27.51%和31.26%;横坡耕作T4处理下径流可溶性有机碳、全氮和全磷流失量分别降低59.16%、58.57%和68.42%;提高施化肥量T3处理的径流可溶性有机碳、全氮和全磷流失量最高,分别为6.02、0.86和0.20 kg/hm2。  【结论】  在紫色土坡耕地上,与单施化肥相比,相同耕作方向下化肥有机肥配施降低了径流中可溶性有机碳、全氮和全磷浓度,且可溶性有机碳浓度显著降低,横坡耕作主要是大大减少了径流量,因此,采用横坡耕作和化肥有机肥配施是减少土壤C、N、P流失,降低周围水体污染风险的有效措施。