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。     

基于土壤养分平衡的畜禽养殖承载力研究

为了合理控制畜禽养殖规模、有效降低畜禽养殖污染,采集江门市新会区水田、菜地、园地和林地共35个土壤样品,监测N、P养分以及Cu、Zn、As等重金属含量。基于土壤养分平衡模型,对适宜的畜禽养殖量进行了研究。结果显示,新会区土壤肥力水平较高,在35个监测点中,有29个点位土壤的全氮含量超过1.2g·kg~(-1),占比82.9%;11个镇街中,除了大泽,其余10个镇街的部分土壤存在N肥或P肥过剩,部分农用地土壤还同时出现N肥和P肥过剩;部分果园土壤出现As超标,沙堆、古井、罗坑三个镇果园土壤As超标倍数分别为1.76、0.66、0.21,古井林地、双水、司前的水田As超标倍数分别为0.31、0.15、0.082;全区现状畜禽养殖总量为125.7万头猪当量,而基于土壤养分平衡的畜禽养殖总量为27.10万头猪当量。因此,在新会区畜禽养殖污染防治工作中,除了需要大幅削减各镇的养殖规模、提高有机肥施用比例外,同时需关注畜禽粪便施用可能导致的农用地As污染风险。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

天津市畜禽粪便养分耕地负荷情况分析

为研究天津市各地区畜禽粪便养分耕地负荷情况,为养殖业发展规划提供依据。本文利用畜禽养殖数量和粪便排泄数据,在畜禽粪便全部施入耕地的假设条件下,对天津市各地区的负荷情况进行了分析。结果表明,天津市各地区耕地均氮、均磷和养分总量负荷差异很大。蓟县、宁河县、津南区、北辰区、汉沽区和西青区的耕地养分负荷较大,因此这些地区应该缩减畜禽养殖业的规模或者控制畜禽粪便的还田量;东丽区、塘沽区和武清区已接近全市平均水平,也应适当控制畜禽养殖规模;大港区、静海县和宝坻区的耕地养分负荷小于全市平均水平,因此这些地区还有扩大畜禽养殖规模的潜力。     

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。     

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。     

基于耕地质量综合评价的县域基本农田空间布局

当前耕地质量综合评价已具有较丰富的研究成果,但其对耕地生态安全因素方面考虑稍显不足。全面系统评价耕地质量是基本农田划定与高标准基本农田建设等工作科学开展的重要前提,该文在深入剖析耕地质量评价理论与方法的基础上,针对基本农田划定内在要求,从耕地自然质量、利用条件、空间形态与生态安全4个方面选取相关指标,构建耕地质量综合评价体系,基于GIS平台实现各指标定量化分析与耕地质量综合指数测算。在此基础上,依据最大相似性原理将北京平谷区现有5 916块耕地地块划分为优先划定、适宜调入、重点调控和缩减退出4大类型,通过分析各类型耕地综合质量特征,整理得到平谷区基本农田划定时空配置方案。该研究结果客观反映了区域耕地资源综合质量状况,为县域范围耕地资源功能分区与差别化管控、基本农田保护区划定及高标准基本农田建设提供参考。     

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。     

考虑种养平衡的黄淮海小麦-玉米模式下畜禽承载量估算

黄淮海地区作为中国种植业与养殖业优势区,随着国家对农作物秸秆和畜禽粪便所带来农村环境问题的日益重视,研究该区域"以种定养"、实现种养业废弃物资源化利用、践行绿色发展理念显得尤为重要。以区域种植业实际生产情况为基础,确定典型种植模式下可施用畜禽粪便类有机肥量,经推导计算后确定区域畜禽养殖种类与数量。该文选取河北、河南和山东为黄淮海地区典型代表,在保障粮食产量和满足农田环境风险评估的基础上,研究小麦-玉米生产模式中,畜禽粪便类有机肥每年可施用量,经推导得到高温好氧堆肥处理前的畜禽粪污资源量,进而计算得到每年可承载的不同种类畜禽养殖量。这样既可满足种植业生产的肥料需求,也能缓解养殖业粪污带来的环境压力。研究结果表明:黄淮海地区小麦-玉米生产模式中,每公顷农田每年可利用6头奶牛或18头肉牛或47～51头生猪或731～789只蛋鸡或8 062～8 705只肉鸡粪便N量。在实际生产中,土壤肥力和土壤微生物等多因素影响有机肥可施用量,不同种类畜禽的农田承载量还需进一步优化。该研究为促进黄淮海地区种养结合提供一定的理论基础。     

湖北省秸秆和畜禽粪污还田化肥替减潜力与环境承载力分析

湖北省畜禽业规模化养殖水平显著提高,秸秆资源量逐年提升,农业废弃物还田不仅可以减少农业面源污染,还可以减少化肥施用。该文将湖北省分为5个种植区域（即鄂东南低山丘陵区、鄂北低山丘岗区、鄂西北山地区、鄂中平原区以及鄂西南山地区）。基于2019年－2020年统计数据,收集不同区域主要畜禽（猪、肉牛、奶牛、羊、肉鸡、蛋鸡）的存栏量、出栏量以及饲养周期,主要农作物种植面积和经济产量,计算湖北省畜禽粪污的养分供给量,评估不同区域的畜禽养殖现状是否超过土地承载畜禽粪污的最大容许数量。根据不同农作物的草谷比以及秸秆养分含量,计算出湖北省农作物秸秆的养分资源量以及养分还田量。湖北省不同区域畜禽养殖量均未超出当地最大承载容纳量,其中鄂北地区的土地承载力指数最高,达到了0.35～0.78,鄂中地区的土地承载力指数仅在0.17～0.54,有较大的空间来发展畜禽养殖业。2019年湖北省畜禽粪污养分资源量分别为36.89万t N、14.03万t P2O5、52.06万t K2O。按照畜禽粪污肥料化还田率65%计算,畜禽粪肥的养分还田总量分别为23.98万t N、9.12万t P2O5、33.70万t K2O,理论可替减化肥比例分别为17.3%、11.9%、56.2%。湖北省主要农作物秸秆资源总量以鄂中地区秸秆资源量最高,鄂西北地区最低。当前湖北省秸秆养分资源为31.07万t N、9.98万t P2O5、68.30万t K2O,理论可替减化肥比例分别为22.5%、13.1%、114.0%。湖北省主要农业废弃物还田理论可基本满足主要农作物的钾素需求,实现氮肥消费量减少39.8%、磷肥消费量减少25.0%。该文通过计算湖北省主要农业废弃物（畜禽粪污、秸秆）的养分资源量,评估农业废弃物还田的化肥可替减潜力以及畜禽粪污土地承载力,为湖北省农业绿色发展提供理论依据和数据支撑。     

农村居民点整理后耕地质量评价与应用

农村居民点整理作为耕地占补平衡的一项重要途径,其补充耕地应统筹质量与数量。该文以北京市平谷区为例,利用农用地分等方法与数据,辅助于GIS空间分析功能与邻域替代法,评价了农村居民点整理后耕地质量等别,将研究成果应用于农村居民点整理规划,核算了规划补充耕地的生产能力,探讨了规划实施的目标设定、时空安排与关键性工程措施。研究表明,全区农村居民点整理后耕地自然质量分值在0.3910～0.9745之间,划分为5个等别,可实现单产浮动区间为5769～12758kg/hm2;平谷区农村居民点整理规划中拆迁农村居民点面积为2442.60hm2,适宜整理为耕地的面积为1922.07hm2,整理后一等耕地到五等耕地分别占12.75%、21.69%、40.54%、15.36%和9.66%;近期优先整理Ⅰ级区,推进耕地规模化经营与用养结合,中期重点整理Ⅱ级区,加强培肥地力和农田水利工程建设,远期适度整理Ⅲ级区和Ⅳ级区,需长期开展山地土地平整和生态保护工程建设。该研究尝试将农用地分等理论与方法应用于农村居民点整理研究,以期为耕地占补"双平衡"的实践与管理提供科学依据。     

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。