沼气工程对畜禽粪便污染环境成本的控制效果

沼气工程是治理畜禽粪便污染的主要方法,可提供清洁能源,减少温室气体排放,减轻环境污染,具有良好的环境效益。本研究以湖南省洞庭湖区为例,利用《气候变化框架公约》清洁机制执行理事会批准的方法(ACM0010)和环境成本估算方法,分析了沼气工程对畜禽粪便污染的环境成本的控制潜力。结果表明,在湖南省洞庭湖区的畜禽粪便均采用沼气项目进行污染治理条件下,年出栏5 000头以上的生猪规模养殖场均进行沼气发电,其他畜禽养殖场的沼气全部用于畜禽养殖场及周边居民的供热和照明使用,则2006年可减排温室气体2 891 614 t CO2当量,减少温室气体排放环境成本为4.52亿元;同时,可减排水体污染、土壤污染、微生物污染控制的环境成本分别为4.56亿元、1.69亿元、5.32亿元。因此,要支持和鼓励养殖户利用沼气工程处理畜禽粪便,实现畜禽粪便污染治理环境效益、经济效益和社会效益的有机统一。     

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。     

应用Manure-DNDC模型模拟畜禽养殖氮素污染

畜禽养殖是重要的农业面源氮素污染源头,大量的畜禽粪便施入农田后,会加大农田氮素径流和淋溶损失强度。畜禽养殖废弃物氮素污染过程复杂,涉及到动物自身营养循环以及废弃物通过不同途径进入环境的过程,目前大多通过排放系数法估算畜禽养殖过程产生的氮素污染负荷。该文选用最新版Manure-DNDC模型,以山东小清河流域为例,模拟畜禽养殖及废弃物处理的生物地球化学过程,分析氮素在动物、畜禽粪便、农田之间的迁移转化,探讨该过程中氮素的主要损失途径以及污染物负荷的时空变化特征。模拟结果表明,小清河流域2008年畜禽养殖及粪便处理场所氮素径流损失4.66万t,粪便施入农田后的氮素径流和淋溶损失分别为0.1、0.51万t。     

红壤旱地施用有机肥的氮素淋失过程

随着我国畜禽养殖业的发展,畜禽排泄物产量不断增加,从1980年的6·9亿t增加至2002年的41亿t,2002年的畜禽粪便产生量是工业有机污染物的4·1倍,成为农业氮磷面源污染的主要来源[1,2]。农田土壤硝酸盐的淋失是我国地下水硝酸盐污染的一个重要原因[3]。国内外在化肥氮素淋失方面开展了大量的研究。在施用有机肥的氮素淋失方面,国外主要利用试验和模型研究不同管理措施对养殖场、牧场和农田的氮素迁移的影响[4~8],提出有机肥的区域管理措施和对策[9~10]。而国内主要利用室内培养试验或短期试验观测农田土壤氮素迁移,利用长期试验对有机肥氮素迁移的研究主要针对秸秆[11~14]。由于有机氮在土壤中     

基于Nufer模型的京津冀农牧系统氮素平衡状况及化学氮肥减施潜力分析

  【目的】   明确京津冀地区农牧系统氮素流动及平衡特征，解析化学氮肥减施潜力，从而为该地区化肥零增长和农业绿色发展提供依据。   【方法】   通过收集文献数据及2017年统计数据，采用Nufer (nutrient flows in food chain, environment and resources use) 模型，以“农田–畜牧”系统为研究对象，量化京津冀地区农牧系统氮素流动特征及利用效率，并针对输入输出平衡施氮和增加畜禽粪便还田量替代化肥两种措施，通过情景分析评估该地区化学氮肥减施潜力。   【结果】   京津冀地区农田系统和畜牧系统氮素输入量分别为296.1万t和133.6万t，农牧系统氮素总体输入量为306.6万t，其中化学氮肥是最大的输入项，占总输入量的62.5%。农田系统、畜牧系统氮素利用率分别为40.6%和25.0%，农牧系统整体氮素利用率为33.8%，农牧系统氮素循环再利用率为55.2%，生产单位氮含量食物产品所需氮素投入量为3.0 kg/kg。在该地区，土壤氮素累积量为51.2万t (占总输入量的16.7%)，环境排放总量为140.4万t (占总输入量的45.8%)。环境排放中，氨挥发 (包括农田和畜禽粪便氨挥发)和畜禽粪便水体排放与堆置为占比最大的两种损失途径，分别占总氮投入量的21.0%和9.5%。氮素土壤累积和畜禽粪便水体排放与堆置为两种最易调控的损失途径。通过输入输出平衡降低氮素土壤累积量，此地区有40%的氮肥减施潜力，此时，农牧系统氮素总投入量为230.0万t，农田和农牧系统氮素利用率分别较当前增加14.1和11.3个百分点；继续优化氮素管理，增加部分畜禽粪便还田量 (减少水体排放与堆置部分) 以替代化肥，则该地区有50%的氮肥减施潜力，且在此状态下，农牧系统氮素总投入量为210.8万t，较当前降低31.2%，农田系统和农牧系统氮素利用率分别增加15.3和15.4个百分点，氮素环境排放量降低36.2%，氮素循环再利用率增加20.0%，食物氮代价降低33.3%。   【结论】   化学氮肥施用量大，农牧分离是京津冀地区农牧系统氮素利用效率低的主要原因。在农牧系统氮素管理中，通过平衡作物生产中的氮素投入，系统氮素投入的减少潜力为40%。如果能进一步合理利用有机资源，增加畜禽粪便还田率，化学氮肥减施的总潜力可达50%，并可提高氮素利用效率，有效降低氮素的环境排放总量。     

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.     

滆湖氮污染双同位素溯源与清单统计法对比研究

滆湖位于我国江苏省,湖区主要涉及常州市的武进区、金坛区以及无锡市的宜兴市。密集的人口和发达的工农业造成滆湖水体中的氮素污染严重,污染来源复杂。因此亟待识别水体中的氮素污染来源,为氮素污染治理提供数据参考。本研究以生活污水、化学肥料及工业废水为硝态氮端元,借助氮氧同位素端元混合模型计算出滆湖区域生活污水、化学肥料及工业废水对滆湖硝态氮污染负荷贡献率,分别为22.79%、33.25%、43.96%。同时本研究针对2013年整年滆湖区域调研数据,利用清单统计法,从宏观上量化了一整年3种来源硝态氮负荷贡献量的绝对值,并推算出相对值,分别为42.09%、48.11%、9.80%。两种方法以互补的方式对不同时间尺度上滆湖硝态氮污染负荷进行了表征,为滆湖硝态氮污染的治理提供了科学参考。     

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。     

山东省农业污染综合分析与评价

山东省的农业生产在全国占有重要地位,然而农业非点源污染的日益严重使产地环境质量问题日趋突出,对优势农产品的生产与出口构成巨大威胁。从化肥、畜禽粪便、生活排污、秸秆、农药、地膜6个方面分析了目前山东省农业污染的主要影响因素,计算了2001—2006年主要污染源中氮、磷元素的排放量与流失量。结果表明,农业生产过程中农业化学品的大量投入与农业废弃物的大量产出及不合理利用,是目前山东省农业污染发生的主要原因;在对氮、磷流失负荷的贡献上,畜禽粪便、化肥与生活排污是农业污染的3种主要污染源,2006年3种污染源共造成6.73×105t氮素与1.35×105t磷素流失,其中畜禽粪便、化肥与生活排污分别占50.78%,41.99%,7.22%与80.30%,11.78%,7.93%;山东省农业污染在源头预防层次上应重点加强两方面的研究,一是化肥等农用化学品的高效施用技术,二是畜禽粪便等农产废弃物的资源化利用技术。     

洞庭湖区农业面源污染现状及防治对策

对当前洞庭湖区农业面源污染的现状进行分析和研究,指出了洞庭湖区农业面源污染主要包括化肥污染、农药污染、畜禽粪便污染等。结合洞庭湖区农业生产实际和地理位置特点,针对农业面源污染形势严峻的突出问题,提出了合理配置饲料、科学处理废弃物、实行农牧结合等多项具体防治措施,为今后洞庭湖区进行综合开发和污染治理提供依据和参考。     

泛种养结合视角下北京市养殖业土地承载力评估

种养结合是中国未来农业绿色发展的重要方向。其中,对畜禽粪污的土地承载力的准确估算是关键。针对北京市畜禽粪污消纳的土地没有充分利用及其氮磷需求取值不够准确的问题,该研究根据畜禽养殖数据计算了2018年北京畜禽养殖粪污产生量和氮磷养分资源量,以粮地、菜地、园地、部分林地、草地及未利用土地6种地类作为畜禽粪污的消纳场所,利用统计年鉴和ArcGIS估算了6种类型的土地资源量,根据文献综合分析了各地类单位面积的氮磷养分需求量,进而计算了北京市域内畜禽养殖业的土地承载力。结果表明：2018年北京市畜禽养殖总量为453万头猪当量,畜禽粪污产生总量为380.1万t,氮磷养分资源量分别为2.61万及0.53万t。在有机肥全部替代化肥的情况下,仅以耕地（粮地、菜地）作为畜禽粪污的消纳场所,则全市种植业土地能够承载的最大养殖量为675万头猪当量;若以6种土地类型作为畜禽粪污的消纳场所,则为1 089万头猪当量,是仅以耕地作为消纳场所的1.61倍。若有机肥50%替代化肥,仅以耕地为畜禽粪污消纳场所,土地承载力为337.6万头猪当量,则2018年的养殖规模已经超过耕地承载力。若以6种土地作为消纳场所,其土地承载力为544.5万头猪当量,与现养殖规模相比还有20.1%的养殖潜力。因此,在环境保护的前提下促进养殖业的发展,一是要扩大有机肥对化肥的替代比例,二是要将更多的可作为畜禽粪污消纳的土地类型加以充分利用。     

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。     

小兴安岭典型农田生产-畜禽养殖系统氮素流动特征

为了解小兴安岭地区农田生产-畜禽养殖系统氮素投入与利用情况,以伊春市带岭区为研究区域,采用物质流分析方法,分析了2007~2015年该区氮素输入、迁移、转化和输出过程,核算了该地区农田生产与畜禽养殖氮素流动通量、流动效率及环境负荷。结果表明：2007~2015年带岭区农田生产系统与畜禽养殖系统单位面积氮素流动通量均呈上升趋势,且在2007~2012年上升幅度较大；畜禽养殖数量、农作物种植结构是影响带岭区氮素流动通量的重要因素；农田生产系统氮素利用率平均为64%,作物能较有效利用氮素；畜禽养殖系统氮素利用率约为19%,存在着较大提升空间；带岭区环境氮负荷呈现逐年增加趋势,畜禽养殖数量增加过快,粪尿氮素损失是环境氮负荷增加的主要原因。建议加强畜禽养殖科学管理,合理控制养殖规模,提高粪尿利用率,同时尽可能减少化肥氮投入,促进农田生产-畜禽养殖系统向高效、可持续方向发展。     

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。     

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。     

畜禽粪污土地承载力系统动力学模型及情景仿真

为实现畜禽粪污土地承载力系统评估、预判其发展态势及考察不同减排政策的实施效果,本文进行畜禽粪污土地承载力系统模型的设计、仿真与情景调控。在社会经济、畜禽养殖和种植业各子系统及其要素分析的基础上,以中国北方畜牧大市——石家庄市为例,建立畜禽粪污土地承载力系统动力学模型并进行有效性检验。系统运行结果显示,模型具有具有较好的稳定性,而且模拟值与实际值误差普遍小于10%,因此模型有效。在确定模型有效之后,应用系统动力学模拟仿真不同方案下的石家庄市2007—2025年畜禽养殖土地承载力变化情况。本文设置了4种与系统惯性发展相比较的方案——调整养殖业经济结构、调整环境保护治理投资、调整粪肥占施和协同发展模式,并针对上述5种情景进行仿真。仿真结果显示:1)惯性趋势发展条件下,畜禽养殖业和种植业的产出规模都有增长,但种植业产量增长不及畜禽养殖业的增长,致使种植业难以消纳畜禽养殖产生的氮磷排放,土地承载压力加大;2)调整养殖业经济结构情景下,氮、磷平衡承载均呈现出下降的趋势,但磷平衡承载仍存在压力;3)调整环境保护治理投资情景下,氮平衡承载处于可载状态,磷平衡承载压力下降明显,但只有后8个年度可载;4)调整粪肥占施情景下,氮平衡承载处于可载状态,磷平衡承载情况虽好于初始情景,但仍超载;5)协同发展模式下,氮、磷平衡承载压力均呈下降趋势,且氮、磷承载均处于可载的水平,通过比较分析发现,协同发展模式的效果最好。本研究一方面为开展畜禽养殖污染监测评估工作、建立畜禽养殖污染评估机制提供支撑,另一方面为畜牧大市(县)和其他资源环境超载区养殖业发展的调控提供科学依据。     

鄱阳湖生态经济区畜禽养殖土壤环境承载力及污染风险研究

[目的]测算和评价鄱阳湖生态经济区畜禽养殖过程中的土壤环境承载力及其污染风险,为合理规划鄱阳湖生态经济区畜禽养殖空间布局、实现可持续养殖提供参考。[方法]利用2000—2012年鄱阳湖生态经济区24个县(市)的统计数据进行土壤环境承载力及畜禽污染物排放量的测算和评估。[结果]2000—2012年鄱阳湖生态经济区畜禽粪便耕地负荷警报值在0.7左右,总氮耕地负载警报值为0.5~0.6,总磷耕地负载警报值超过了1,畜禽养殖对环境造成了污染威胁。畜禽养殖污染风险较高的地区为高安市、东乡县、余江县、德安县以及南昌县。[结论]污染风险较高的地区应强制实行畜禽养殖总量控制和污染物消减措施,而湖口县、都昌县和彭泽县畜禽污染风险较低,可以适当扩大养殖规模。     

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。     

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。