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。     

农业生态系统中氮素造成的非点源污染

施入农业生态系统中的氮素,除一部分被作物吸收外,其余大部分经径流,淋溶,农田排水等形式流失。畜禽养殖场所排废水中的氮素也主要进入地表水和地下水中。氮素流入对水域的污染为非点源污染,主要导致地表水的富营养化,地下水硝酸盐含量过高等。     

基于DNDC模型的环渤海典型小流域农田氮素淋失潜力估算

为了定量评价流域尺度氮素污染的可能性并探明氮素污染的主要来源,以期指导农业生产实际保护农田生态环境,该文主要运用农业生态系统生物地球化学模型(DNDC)模拟的方法,以环渤海典型小流域——小清河流域为例,在GIS流域数据库支持下对该流域氮素淋失潜力进行了估算。研究结果表明,2006年小清河流域年均氮淋失负荷范围为10.44×103～36.86×103t,平均为23.65×103t。以当年氮肥投入总量222.2×103t计算,该流域平均氮素流失量占氮肥投入的10.6%。不同地区氮素淋失空间分布差别较大,与氮肥施用量的空间分布规律大体一致。其中,44%和27%的地区氮素潜在淋失量分别集中在20～40和>40～80kg/hm2,这些地区主要分布在小清河两侧沿岸及寿光市大部分地区,给流域水环境造成了较大影响。研究结果显示流域氮淋失存在较大的空间区域差异,根据不同地区的实际情况进行水氮管理,减少氮素的无效丢失十分必要。     

洞庭湖区畜禽粪便中氮素污染及其环境成本

畜禽养殖在保障肉食供应、改善居民生活、增加农民收入等方面发挥着重要作用,但是畜禽粪便中的氮素也给环境造成严重污染,加强畜禽粪便氮素污染及其环境成本研究有重要意义。该研究以湖南洞庭湖区为对象,从耕地、水体、大气3个方面估算了该区域畜禽粪便的氮素污染及其环境成本。结果表明,2006年湖南洞庭湖区畜禽粪便中的氮素养分为18.99 万t,粪便中氮素污染的环境成本为8.77亿元,其中对农田、水体、大气污染的环境成本分别为2.32 亿元、4.81亿元、1.64 亿元。畜禽粪便氮素养分所产生的环境污染问题已经不容忽视。     

晋江流域非点源氮磷负荷及污染源解析

计算流域非点源氮磷负荷并以此开展源解析对于水体污染控制具有重要意义。基于DEM数据,运用GIS工具划分子流域,提取土地利用和土壤类型等空间相关资料,通过调查及小区试验获取模型参数,建立晋江流域非点源氮磷污染负荷模型;利用SLURP模型和输出系数模型分别核算流域内不同景观类型土地输出径流和农村污染溶解态氮磷负荷,利用修正的USLE土壤侵蚀通用方程核算吸附态氮磷负荷,并进行污染源解析。结果表明:晋江流域非点源氮负荷为12298.95t/a,大部分为溶解态氮,占到了94.13%,主要来自畜禽养殖、农田径流和农村生活污水,其源贡献率分别为31.72%、26.38%和17.44%;非点源磷负荷为667.04t/a,溶解态磷和吸附态磷对流域总磷负荷贡献比例相当,分别为56.73%和43.27%,主要来自土壤侵蚀、农田径流和农村生活污水,其贡献率分别为43.27%、21.10%和12.25%。总体分析表明,土壤侵蚀、农田径流和畜禽养殖是影响晋江流域非点源氮磷负荷的主要污染源,亟待优先控制。     

中国农田生态系统氮素平衡模型的建立及其应用

借助物质流分析中"输入=输出+盈余"的物质守恒原理,以氮素养分为介质建立中国农田生态系统氮素平衡模型,然后用2004年中国农业统计资料和文献查询获取的参数,估算中国不同地区的氮养分输入输出以及养分盈余并分析养分产生的环境效应。模型计算结果表明,2004年农田生态系统通过挥发、反硝化、植株蒸腾、淋溶径流和侵蚀等途径损失的氮为1132.8万t,盈余在农田生态系统土壤中的氮为1301.2万t;通过损失途径进入环境中的氮养分和盈余在农田生态系统中的单位面积耕地氮养分负荷高风险地区均集中在中国的东南沿海和部分中部地区。优化化学氮肥用量,有机氮肥与化学氮肥配合施用是降低农田生态系统氮养分污染潜势的最基本措施,针对中国不同地区因地制宜地制定合理种植结构和推广农田精准化施肥也是十分必要的。     

苏州市农田-畜禽-家庭系统废弃物氮的量化及其环境影响

为了解食物链过程废弃物氮流情况及其环境影响,以我国经济发达地区苏州市为对象,基于农田生产-畜禽养殖-家庭消费系统,使用清单核算方法,估算了该市农田种植、畜禽养殖及家庭食物消费活动产生的废弃物氮量,并对废弃物氮的资源化利用水平及环境影响状况进行了评价。结果表明:苏州市农田生产-畜禽养殖-家庭消费系统一年共产生废弃物氮5.35万t,其中59.76%来自居民食物消费活动,57.53%损失进入环境。秸秆氮、畜禽粪尿氮、餐厨垃圾氮和人粪尿氮的资源化率分别为84.03%、49.26%、37.72%和21.99%。1.70万t废弃物氮进入水环境,造成的水体氮浓度达到4.3 mg/L,是Ⅲ类水环境质量标准的4.3倍;大气环境废弃物氮负荷量0.58万t,其主要来自粪尿废弃物,并以氨氮形态为主;废弃物氮的农田负荷警戒值为0.15~0.22,属Ⅰ级无污染水平。通径分析表明人口因素和政策科技因素是影响废弃物氮环境排放的两个最主要驱动因素。本文建议苏州市在农业生产中增施粪尿有机肥,在废弃物管理中通过秸秆多样化利用、粪尿科学管理以及餐厨垃圾专门处理等综合措施来改善当地环境污染状况。     

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。     

安徽省畜禽粪便污染现状及其防治对策

采用2007年畜禽养殖数据,利用各类畜禽粪便日排泄系数估算畜禽粪便量,在此基础上计算安徽省各地畜禽粪便农田负荷量,并对各地畜禽粪便污染现状进行评价。结果显示,安徽省畜禽粪便年产生量已达5603.2万t,阜阳市产生的粪便及各类污染物居全省首位;畜禽粪便农田年负荷量平均为13.5t·hm-2,黄山市畜禽粪便污染负荷量最高。最后提出了相应的畜禽养殖业污染防治措施及管理方法。     

江苏省畜禽粪便污染现状及其风险评价

采用2004年畜禽养殖量数据,利用各类畜禽粪便日排泄系数估算畜禽粪便量,在此基础上计算江苏省各地畜禽粪便农田负荷量,并对各地畜禽粪便污染现状进行评价。结果显示,江苏省畜禽粪便年产生量已达6825万t;畜禽粪便农田年负荷量平均为14.9 t/hm2,污染风险指数平均为0.33,南通、盐城与徐州3市超过环境预警值,属污染最严重区;受养殖业布局的影响,全省畜禽粪便污染严重地区大多靠近水体,对江苏省水环境质量产生威胁。     

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。     

Strategies to encourage better use of nitrogen in animal manures

Abstract. Research conducted in the MAFF Nitrate Programme has been used to formulate new and improved guidelines on the efficient use of manure nitrogen (N). In order to reduce nitrate leaching losses, manures containing large amounts of available N (i.e. slurries and poultry manures) should not be applied to free-draining soils in the period from autumn to early winter. Also, for efficient nutrient utilization manure application rates should be consistent with agronomic requirements (up to 250 kg total N ha⁻¹ yr⁻¹). Existing farm machinery was shown to be capable of applying manures evenly to grassland and arable stubbles, but required an accurate estimate of application rate and the careful matching of spreading widths. To provide growers with detailed guidance on the fertilizer N replacement value of manures the computer-based decision support system MANNER (MANure Nitrogen Evaluation Routine) has been developed. The much improved understanding of manure N losses and availability has been summarized in a series of 'Managing Livestock Manures' booklets, the MAFF Fertilizer Recommendation booklet and the Codes of Good Agricultural Practice.     

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。     

Agricultural nitrogen balance and water quality in the UK

Abstract. Nutrient balance calculations have been advocated as indicators of the risk of nitrate loss from agricultural land. To explore this concept, a spatially distributed UK agricultural nitrogen balance was derived using annually updated statistics. The mean UK N surplus for 1995 was 115 kg N ha^–1, made up of 51 kg ha^–1for arable land, 140 kg ha^–1 for agricultural grassland (excluding rough grazing) and an additional 14 kg N ha^–1for agricultural land from pig and poultry units. Nitrogen surpluses were greater in lowland grassland (mainly in western, wetter areas) than in arable areas. However nitrate concentrations in rivers were generally greater in arable areas. The relationship between N balance and nitrate leaching was very different for grassland and arable systems, and was also sensitive to climate, level of inputs and management practices. Nitrogen surplus was therefore weakly or even negatively correlated with river nitrate concentrations or loads. A positive correlation was found only where the comparison was restricted to grassland-dominated catchments. Nitrogen surplus calculations identified areas of very high livestock densities, which would be associated with increased risk of pollution. However their use in isolation as indicators of N leaching, or of progress towards mitigation, could be misleading especially if comparing areas differing in land use, climate or soil type.     

三峡库区典型流域水质时空特征及污染防控策略

为了解三峡库区典型小流域不同土地利用类型下水质的变化特征,于2015-2020年对三峡库区长坪小流域开展水质监测,对不同土地利用类型下水体中的总氮（Total Nitrogen,TN）、硝态氮（NO3--N）、氨氮（NH4+-N）、总磷（Total Phosphorus,TP）、可溶态总磷（Dissolved Total Phosphorus,DTP）和颗粒态总磷（Particulate Phosphorus,PP）浓度的时空变化规律进行研究,识别流域内主要氮磷污染源,从而提出针对性的污染防控策略。结果表明：1）不同土地利用类型氮磷输出浓度从大到小依次为村庄、坡耕地、林地和水库,其TN平均浓度分别为8.29、2.88、1.57和1.43 mg/L,TP平均浓度分别为0.25、0.13、0.09和0.07 mg/L。2）不同土地利用类型的水质在汛期和非汛期存在差异,村庄氮磷输出浓度为非汛期高于汛期,坡耕地、林地和水库则表现为汛期高于非汛期。3）内梅罗综合污染指数评价结果表明林地和水库的污染程度均为清洁水平,坡耕地污染程度为轻污染水平,村庄受散养生猪数量的影响,污染程度从污染水平转变为重污染水平。4）长坪小流域TN和TP年输出负荷总量分别为4 278.59和364.93 kg/a。畜禽养殖源是小流域氮磷最主要的污染源,其TN和TP的输出负荷分别占流域总负荷的45.69%和71.77%。坡耕地的TN和TP单位面积污染负荷分别是村庄的7.58%和1.79%,与村庄相比,坡耕地具有显著的低污染特征,因此,以坡耕地消纳村庄污水和畜禽粪便,可促进流域内粪污的就地消纳,达到多源共治的效果。基于小流域不同土地利用类型的水质特征和生态系统服务功能,将流域划分为林草水源涵养区、村庄污染控制区和坡耕地水土保持区,并进行分区协同防控,促进流域农业面源污染系统高效治理。     

抚仙湖流域砾质土有机及常规肥料淋溶模拟研究

利用不同高度土柱进行模拟淋溶试验.比较研究了抚仙湖流域砾质土壤有机及常规肥料N、P流失规律及水体污染风险.试验结果表明:随着灌溉次数的增加,有机肥料淋洗液中 TDN (可溶性总N)浓度先升后降,而常规肥料则持续下降;除20 cm高度土柱常规肥料TDP(可溶性总 P )浓度快速下降外,其余各淋洗液中TDP浓度变化幅度很小.有机及常规肥料土壤N、P淋溶均以NO3--N和P04-P形态为主.不同高度土柱TDN、TDP的淋失总量平均值,常规肥料分别为有机肥料的1 57%、52%,可见常规肥料N素淋溶风险大于有机肥料,而P素淋溶风险则相反.     

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。     

Predicting nitrogen availability and losses following application of organic manures to arable land: MANNER

Abstract. A decision support system to predict the plant availability of nitrogen (N) following organic manure applications to land has been developed, drawing together the latest UK research information on factors affecting manure N availability and losses. The ADAS MAN ure N itrogen E valuation R outine (MANNER) accounts for manure N analysis, ammonia volatilization, nitrate leaching and mineralization of manure organic N. Only a few easily available inputs are required to predict the amount of N volatilized or leached, and the fertilizer N value for the next crop grown. Predictions from MANNER have been evaluated by comparison with independently collected data from a range of experimental studies where pig, cattle and poultry manures were applied to arable crops. Good agreement was found ( r ² 60–79%, P <0.001), confirming that MANNER can provide a reliable estimate of the fertilizer N value of farm manures spread to arable land under a range of conditions.     

Einfluß von Düngemaßnahmen auf die Stickstoffauswaschung bei mehrjährigem Silomaisanbau

Influence of fertilization on nitrogen leaching after cultivation of maize for silage over four successive seasons In a field trial, nitrogen leaching from soil was determined between February 1983 and May 1986 by analyzing soil water from 50, 80 and 110 cm below the soil surface every 14 days. On a Stagno-gleyic Luvisol, maize after maize was cultivated over four successive seasons. Nitrogen was applied either minerally in spring according to N_min or as a semiliquid cattle manure. The time of application (autumn and/or spring), application rate and use of nitrification inhibitor dicyandiamide (DCD) were varied. Under very low N-fertilization (underground fertilization only), nitrate nitrogen losses by leaching dropped from 100 kg N/ha in the first year to 33 kg N/ha in the 3^rd. Nitrogen leaching from the various treatment plots depended on the maize growth and rainfall conditions. Because of an intensive and long lasting seepage of gravitational water, nitrogen leaching from the root zone ranged from 113 to 208 kg N/ha during the fall and winter seasons of 1983/84 and 1984/85. Under the more balanced infiltration conditions of the leaching period 1985/86, and after a high yield of maize in 1985, losses due to leaching were reduced to values between 69 to 108 kg N/ha. Under these experimental conditions (deliberately high quantities of semiliquid cattle manure; DCD-application in autumn) no reduction in nitrogen losses could be proved due to the addition of dicyandiamide.