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。     

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。     

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。     

湖南省畜禽养殖粪污的耕地负荷与土地承载力评价

[目的] 测算和分析畜禽养殖粪污耕地负荷和土地承载力,为防治农业面源污染,促进农牧协调发展提供科学依据。[方法] 根据湖南省畜禽养殖、作物产量等数据资料,在考虑粪污综合利用率的前提下,采用产排污系数法、养分平衡法分别计算2020年各地市州畜禽养殖耕地污染负荷和土地承载力,分析畜禽养殖空间布局以及粪污消纳分配。[结果] 湖南省2020年共养殖猪当量4.27×10⁷头,各区域养殖量差异很大;畜禽粪便和TN,TP耕地负荷分别为19.04 t/hm²,94.85,24.99 kg/hm²,耕地负荷警报级别均在Ⅱ级以上,对耕地环境稍有威胁,其中永州市、娄底市、怀化市、郴州市至少有两项耕地负荷警报级别达到了Ⅲ级及以上,耕地环境风险较高;畜禽养殖土地最大承载量为1.23×10⁸头猪当量,已养殖猪当量仅占其37.18 %。各地市州的可增加养殖量也非常可观,常德市、益阳市、岳阳市、邵阳市、长沙市、永州市、衡阳市7个市的可养殖猪当量在5.00×10⁶头以上。在确认区域内畜禽养殖未超载的基础上,永州市、娄底市、怀化市、郴州市要鼓励林地、园地的作物管理者增加有机肥的施用比例,加大粪污消纳量,才能降低耕地环境污染风险。[结论] 湖南省畜禽养殖耕地环境风险整体上较低,畜禽养殖业发展空间很大,但是部分地市州存在耕地污染风险,必须调整粪污消纳去向,才能缓解耕地的粪污消纳压力,推动农业可持续发展。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

中国畜禽粪尿中养分资源数量及利用潜力

【目的】 有机与无机肥配合施用是提高农田生产力和改善土壤生态系统的有效措施,也是农业可持续发展的要求。理清中国畜禽粪尿资源数量及其养分资源量,对畜禽粪尿资源充分利用、提高肥料利用率、实现化肥使用量零增长和保障国家粮食安全具有重大意义。 【方法】 以中国主要畜禽种类役用牛、肉牛、奶牛、羊 (山羊和绵羊)、马、驴、骡、猪 (育肥猪和母猪)、兔和家禽为研究对象,研究的主要农作物包括水稻、小麦、玉米、大豆、马铃薯、花生、油菜和棉花。通过查阅中国统计数据和公开发表的文献资料对2015年中国畜禽粪尿资源数量及其养分资源量进行估算,同时对各地区不同作物最佳施肥量进行统计,分析畜禽粪尿不同比例还田下氮、磷、钾输入量分别占化肥用量百分比。 【结果】 2015年中国畜禽粪尿数量31.584亿t,氮 (N)、磷 (P₂O₅)、钾 (K₂O) 养分资源总量分别达到1478.0万t、901.0万t和1453.9万t,其畜禽粪尿数量以猪最大,其次为肉牛和奶牛,分别占总量的36.8% (猪)、24.8% (肉牛) 和9.9% (奶牛),粪尿总养分量以猪最大,其次为肉牛和羊,分别占总量28.2% (猪)、22.8% (肉牛) 和15.0% (羊)。粪尿数量和养分资源量以西南和华北地区最多,粪尿数量分别占全国总量的22.3%和21.5%,养分资源量分别占全国总量的21.3%和21.9%,省市之间以四川、河南和山东最多。畜禽粪尿全量还田其养分输入量分别为811.8万t (N)、856.6万t (P₂O₅) 和849.5万t (K₂O),分别占化肥用量的37.3% (N)、87.6% (P₂O₅) 和65.9% (K₂O)。 【结论】 中国畜禽粪尿数量及其养分资源量依然巨大,具有广阔的利用空间,充分利用畜禽粪尿养分资源是实现化肥减施增效的重要途径,畜禽粪尿全量还田下理论上氮、磷、钾施用量可以减少37.3%、87.6%和65.9%。      

安徽省畜牧业环境承载力及粪便替代化肥潜力评估

为评估安徽省畜牧业粪便的环境影响及其节肥潜力,该文利用统计学的方法,借助ArcGIS软件进行数据处理和表达,从土壤对养分需求的角度,分析了安徽省16市77县(区)畜牧业粪便的氮磷钾养分资源总量及其对耕地的环境风险,基于安徽省当前化肥施用现状,评估了粪便资源作为有机肥对化肥的替代潜力。结果表明,2016年安徽省粪便资源总量为5 804万t,主要集中在皖北6市25个县(区),占全省资源总量的61%,粪便养分总量为70.75万t,可替代安徽省同期化肥施用量的21.83%,若充分还田,可使单位农作物播种面积化肥施用强度由346降至270 kg/hm2。畜牧业废弃物对安徽省农用地环境污染风险不高,50%化肥施用比例条件下,有6个县(区)的畜禽粪便环境污染风险指数大于1,这些地区属于环境污染高风险地区。研究结果可为安徽省畜牧业产业合理布局、粪便资源化利用和实现化肥零增长目标提供研究基础。     

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。     

黄河流域农业面源污染时空变化及因素分析

为探究黄河流域农业面源污染特点及有效治理措施,基于两次全国污染源普查数据,通过补充计算,分析了黄河流域污染物排放总量以及农业面源污染排放量的时空分布特点,探究了流域内各省份影响农业源污染化肥施用量、秸秆产生量和畜禽养殖等因素的时空分布情况以及污染治理效率,讨论了黄河流域面源污染针对性的治理对策。与2006年相比,2017年黄河流域污染物排放总量显著减少,农业源产生的化学需氧量、氨氮污染量占总污染量的比例显著增加,2017年农业源产生的化学需氧量、氨氮、总氮、总磷污染物排放量分别为96.2、1.2、7.9和1.1万t,污染量输出最大的省份为内蒙古,但单位耕地面积污染输出最大的两个省份为河南省和山东省。2017年黄河流域畜禽养殖是化学需氧量排放量的最直接影响因素,化肥是氨氮、总氮及总磷排放量的最直接影响因素,不同污染物指标与主控因子之间呈现显著的线性相关关系。与2006年相比,2017年流域内基础因素典型变化包括内蒙古耕地面积增加30%、流域内秸秆产生量及畜禽养殖猪当量分别增加46%和减少27%。河南、陕西、山东省份的单位面积化肥施用量过大,河南省的污染治理效率需要迫切提升。黄河流域农业面源污染治理应当采取全面治理政策及针对性污染治理策略相结合的方法进行,典型针对性措施包括加强陕西、河南以及山东省瓜果蔬菜化肥减量措施、西部地区牛羊养殖以及中东部地区猪养殖污染治理。     

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。     

中国南方石漠化地区禽畜粪便分布与能源化模式

摸清中国南方石漠化地区的畜禽粪便资源能源化底数，构建禽畜粪便资源的能源化利用模式，对于提高喀斯特森林生态系统服务功能、能源生产与消费革命等具有极强的现实意义。该研究以中国南方喀斯特石漠化问题严重的贵州省为研究区，以贵州省9个市/州的统计年鉴为数据来源，运用数理统计方法对贵州省4类畜禽粪便资源量、人均禽畜占有量等进行潜力估算，明确了贵州省畜禽资源地域性特征，揭示了贵州省畜禽粪便资源量在喀斯特县和非喀斯特县差异性，以及与石漠化等级之间的关联性，提出禽畜粪便资源能源化利用的生物天然气模式，测算了该模式的环境、社会和经济可行性。结果表明，2017年贵州省4类畜禽粪便理论资源量5 287.40万 t，可收集资源量为3 635.86万t，牛粪和猪粪占绝对优势；空间上呈现东南向西北增长趋势，县域差异显著；肥料化资源量为1 815万t，可能源化资源量为1 820.86万t；以禽畜粪便为原料的沼气工程模式在高原山地潜在-轻度石漠化地区具有良好的经济性和可行性，巩固了石漠化治理成效且增加了农户健康和福祉。