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4.27×10^(7)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19.04t/hm^(2),94.85,24.99kg/hm^(2),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1.23×10^(8)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5.00×10^(6)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。

中国畜禽粪便的能源潜力与氮磷耕地负荷及总量控制

通过估算1978—2011年间中国畜禽养殖业畜禽粪便产生量及其氮、磷和COD含量的变化,分析了中国畜禽粪便的来源结构、氮磷耕地负荷及产沼气潜力。结果表明:中国畜禽粪便主要来源于牛、猪、羊和家禽。1978—2011年,中国畜禽粪便的产生量和COD含量分别增加了1.35倍和0.91倍,至2011年分别达25.45亿t和2.33亿t。2011年中国畜禽粪便产沼气潜力为757.04亿m3,折合0.54亿t标准煤,其中河南、四川、河北、山东和内蒙古5个地区的产沼气潜力相对较高。中国畜禽粪便氮、磷产生量均呈上升趋势,从1978年到2011年分别增加了1.39倍和1.66倍,至2011年分别达到1 419.76万t和247.98万t。2011年,中国大部分地区或省份畜禽实际养殖量已经超过50%环境容量,氮、磷污染风险较高的地区主要分布于山东、北京、湖南、湖北、广东、广西、辽宁、天津、河北、福建、河南和海南等东部沿海经济发达省份,这些地区应严格控制畜禽养殖数量,而内蒙古、江西、四川、山西、西藏、陕西、青海、宁夏、甘肃和新疆等地区还有适当扩大养殖规模的空间。

江西省畜禽粪便污染物产生量及其耕地负荷分析

为全面掌握江西畜禽养殖污染实际情况,以2011年江西各类畜禽养殖数量为基础,通过畜禽粪便排泄系数、粪便污染物平均质量比等参数,估算了全省畜禽粪便和污染物COD、BOD、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)和总磷(TP)的产生量,并以畜禽粪便耕地负荷、粪便氮养分耕地负荷及粪便磷养分耕地负荷3个指标来评价全省畜禽养殖的污染负荷。结果表明,2011年全省畜禽养殖共产生7965.07万t粪尿、208.98万t CODCr、183.47万t BOD5、17.79万t NH3-N、14.20万t TP、44.22万t TN;畜禽粪便及其中氮、磷养分平均耕地负荷分别为21.16 t/(hm2·a)、123.81 kg/(hm2·a)、39.76 kg/(hm2·a)。以畜禽粪便耕地负荷30 t/(hm2·a)、畜禽粪便氮耕地负荷170 kg/(hm2·a)和畜禽粪便磷耕地负荷35 kg/(hm2·a)作为评价标准,全省分别有3、4和8个设区市超过了对应标准限值。无论以哪个指标作为评价标准,新余市、宜春市和抚州市这3个设区市的耕地负荷都远超过相应的限量标准,畜禽养殖密度较高,对当地环境构成了严重污染威胁。

广东省畜禽粪便时空变化特征及耕地负荷分析

根据广东省统计数据和各种估算参数,以地级市为单位,分析了2000～2008年广东省主要畜禽粪便产生总量及养分总量时空变化特征、单位耕地面积N、P2O5负荷量及其污染风险预警。结果表明,广东省畜禽粪便产生总量约为9 300万t,猪粪、牛粪和鸡粪是主要贡献因子,三者之和占畜禽粪便总产生量的95%以上。广东省畜禽粪便产生量有明显的空间变化特征,表现为:环珠江口城市畜禽粪便产生量相对较低,距离珠江口越远,畜禽粪便产生量越多,其中茂名市和湛江市最多,畜禽粪便年均产生量超过1 000万t,深圳市、中山市和珠海市畜禽粪便年均产生量不到茂名市的4.5%;广东省平均单位耕地面积畜禽粪便N、P2O5负荷量有逐年增加的趋势,但不同地区负荷量差异较大。深圳市、东莞市和佛山市等地负荷量最大,超过300 kg/hm2,而韶关、清远、湛江和中山等市负荷量相对较小;畜禽粪便污染风险评价结果显示,广东省耕地已经受到了不同程度的污染威胁,其中珠江三角洲地区耕地的风险警报级别较高,特别是西江流域地区。因此,广东省特别是污染分析警报级别较高的地级市应该加强畜禽粪便的风险管理、开发利用和综合治理工作。

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。

河南省畜禽粪便污染及耕地负荷时空变化特征分析

为了解河南省畜禽养殖废弃物对环境污染的影响,根据河南省2006年～ 2012年统计数据,以各地级市为单位,分析了2006年～ 2012年河南省主要畜禽粪便产生总量及养分总量、单位耕地面积粪便负荷量及其污染风险预警.结果表明：河南省畜禽粪便产生总量约为28627万吨,猪粪和牛粪占粪便总量的84.5％以上,畜禽粪便还田后,粪便中的养分含量将对该省的水环境造成污染;河南省耕地畜禽粪便负荷预警级别在I级与Ⅳ级之间,风险较高的地市主要集中在漯河、鹤壁等市,尤其是鹤壁市,负荷量最高达59t/hm2.因此,这些地级市应该加强畜禽粪便的风险管理和综合治理工作.

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。

陕西省畜禽粪尿养分资源及耕地负荷分析

研究陕西省畜禽粪尿养分资源情况及其环境污染风险。基于统计年鉴及相关文献,估算畜禽粪尿随时间变化、区域分布和耕地负荷,系统分析畜禽粪尿环境污染现状。2009—2017年间,陕西省畜禽粪尿资源呈先增后降的变化趋势,2014年畜禽粪尿资源量和养分量分别是7118.36×10^(4)、86.76×10^(4)t,为历年最大值。畜禽具有地域性特点,陕北、关中和陕南分别以羊、牛、猪养殖为主,全省畜禽粪尿负荷为22.36 t/hm^(2),氮、磷、钾养分负荷分别为111.59、58.56、104.22 kg/hm^(2),畜禽粪尿养分总量约为农用化肥施用量的35.63%。陕西省畜禽粪尿总体在环境承载力允许范围,杨凌示范区、安康市、汉中市、咸阳市和宝鸡市存在环境污染风险。榆林市、杨凌示范区、安康市、商洛市和汉中市畜禽粪尿养分资源替代化肥潜力大,合理利用能有效推动化肥使用量零增长。

呼和浩特市奶牛粪便产生量估算及耕地负荷

通过对奶牛粪便年排放量的估算方法和奶牛粪便排泄参数的确定,估算了呼和浩特市奶牛养殖业粪便产生量并对由此产生的土壤负荷进行了分析。结果表明,2009年呼和浩特地区奶牛养殖业共产生7966979.1 t粪便,是当年工业产生固体废物的1.2倍;奶牛粪便及其中的砷、汞、镉、铜平均耕地负荷分别为17.97t/hm2、75.6g/hm2、1.4g/hm2、30.9g/hm2和136.6g/hm2,部分地区的养殖业已经对当地环境构成了污染。

山东省畜禽粪便污染及其耕地负荷特征分析

以山东省各类畜禽养殖数量为依据,计算得出2015~2019年山东省畜禽粪便排放量、耕地负荷量和预警值并对各地市进行了区域风险评价。研究结果表明:德州市畜禽粪便排放总量最高,其次是菏泽市和潍坊市,猪粪当量和粪便耕地负荷德州市最高;2015~2019年山东省畜禽粪便猪粪当量预警值在0.5~1.8之间,即分级在Ⅱ~Ⅴ之间,平均预警级别为Ⅳ级。预警值最高的是日照市1.775,等级为Ⅴ级,全省仅有枣庄和聊城2个地级市的污染级别在Ⅱ级,对环境污染较轻。

成都市畜禽粪便年排放量估算及耕地负荷量分析

结合国内外相关研究,确定畜禽粪便年排放量的估算方法和畜禽粪便排泄系数,根据2014年成都市畜禽养殖数据,估算成都市畜禽粪便产生量及其环境污染的警戒值。结果表明,2014年成都市畜禽粪便总排放量约为1 142万t,其中以猪和家禽排放量较高,分别占总量的68%和16%。农田畜禽粪便负荷量(以猪粪当量计)和N养分负荷量分别为28.57 t/hm2和186.34 kg/hm2。畜禽粪便产生的环境问题不容忽视。

山西省粪尿氮、磷耕地负荷空间分布特征研究

为揭示山西省县域畜禽粪尿养分的耕地负荷分布特征,基于统计年鉴数据,以山西省各县区为研究对象,根据欧洲有机粪肥的施用标准及中国平均水平,分别计算了山西省各县畜禽粪尿氮、磷的耕地负荷,并研究了其空间分布特征,为优化山西畜禽养殖业发展空间布局、实现畜禽粪尿养分资源的高效利用提供科学参考。

丹江上游商洛市畜禽粪便排放量与耕地污染负荷分析

南水北调中线上游水源地保护与水质持续安全一直是研究的重点之一。商洛市辖商州区、丹凤县和商南县被规划为丹江流域上游"水源地安全保护区"。掌握该地区畜牧养殖业发展情况、估算畜禽粪便的排放量、分析该地区常用耕地对畜禽粪便及其污染物的消纳能力、评估畜禽粪便可能造成的污染风险等是科学管控畜牧养殖业和有效实施水源地保护的基础性研究。目前,该地区尚无这些方面具体的成果和资料。本研究采用畜禽粪便排泄系数方法,估算了丹江上游流域自上游至下游的商洛市辖商州区、丹凤县、商南县2014—2016年各类畜禽粪便排放量,依据3区县的常年耕地面积分析了畜禽粪便猪粪当量耕地负荷,确定了当前商洛地区畜禽粪便猪粪当量最大适宜耕地负荷标准,并评估了3区县畜禽粪便耕地负荷的污染风险。结果表明:1)商州区、丹凤县和商南县年度平均畜禽粪便排放量猪粪当量分别为5.732×10~5t·a^(-1)、9.321×10~5t·a^(-1)和1.274×10~6t·a^(-1);其中猪与禽的粪便占到总粪便排放量的68.06%。2)3区县畜禽粪便排放量猪粪当量耕地负荷依次为27.04 t·hm^(-2)·a^(-1)、76.72 t·hm^(-2)·a^(-1)和90.10 t·hm^(-2)·a^(-1)。3)商洛市畜禽粪便排放量猪粪当量最大适宜耕地负荷标准为61.22t·hm^(-2)·a^(-1)。4)3区县畜禽粪便耕地负荷的污染风险警报级别分别是:商州区为Ⅱ级,稍有污染风险;丹凤县和商南县均为Ⅳ级,有较严重的污染风险。5)商州区、丹凤县和商南县的总氮平均耕地负荷分别为159kg·hm^(-2)·a^(-1)、450kg·hm^(-2)·a^(-1)和530kg·hm^(-2)·a^(-1),总磷平均耕地负荷分别是51kg·hm^(-2)·a^(-1)、179kg·hm^(-2)·a^(-1)和199kg·hm^(-2)·a^(-1),生化需氧量平均耕地负荷分别为716kg·hm^(-2)·a^(-1)、2 275kg·hm^(-2)·a^(-1)和2 595kg·hm^(-2)·a^(-1),化学需氧量平均耕地负荷分别为768kg·hm^(-2)·a^(-1)、2 345kg·hm^(-2)·a^(-1)和2 667kg·hm^(-2)·a^(-1),NH3-N平均耕地负荷分别为65 kg·hm^(-2)·a^(-1)、201 kg·hm^(-2)·a^(-1)和232 kg·hm^(-2)·a^(-1)。总之,商洛市商州区、丹凤县和商南县的畜禽养殖总量大,养殖结构不合理;商洛市常用耕地面积相对较少,畜禽粪便的耕地负荷及其污染物负荷均较大,且形成自上游到下游急剧增加的态势;商洛市超量污染物排放会造成氮素和磷素等成分的淋溶和流失,对于南水北调水源地的水质安全构成较大的潜在威胁。

吉林省畜禽粪便耕地负荷量估算及预警分析

采用相关计算方法,估算吉林省2011—2018年畜禽粪便、有机污染物(COD)、氮、磷总量,计算各市(州)畜禽粪便耕地负荷量及警戒值,分析其时空变化特征。结果显示:(1)2018年吉林省畜禽粪便、COD、氮、磷总量较2011年均呈现减少趋势,粪便来源主要是牛、猪、家禽。2011—2018年吉林省畜禽粪便平均猪粪当量约为7790.98万t,平均耕地负荷量12.28 t/hm^(2),农田对畜禽粪便仍具有强大的消纳潜力。(2)2018年吉林省畜禽粪便COD、氮、磷耕地负荷的平均值分别为0.71 t/hm^(2),40.15 kg/hm^(2),5.83 kg/hm^(2)。畜禽粪便产沼气潜力为24.43亿m^(3),能源化利用潜力巨大。(3)2011—2018年吉林省畜禽粪便耕地负荷量警戒值呈倒“U”字型的变化特征,2011-2013年处于平稳阶段,分级级别为Ⅰ级;2014-2016年处于急剧上升阶段,分级级别Ⅱ级;2017年开始回落,到2018年降为0.34,分级级别为Ⅰ级,表明目前吉林省畜禽粪便对耕地的负荷未对环境构成威胁。(4)空间分布上中部地区为畜禽粪便产生的主要地区,其畜禽粪便、COD、氮、磷耕地负荷、警戒值均高于东部地区与西部地区。(5)畜禽粪便耕地负荷量警戒值在空间变化特征表现为各市(州)均呈下降趋势。其中,白山市、四平市对环境污染的威胁等级降低最为明显。

佛山市畜禽粪便排放量与农田负荷量分析

在确定畜禽粪便年排放量的估算方法和畜禽粪便排泄系数的基础上,根据2009年佛山市畜禽养殖数据,估算佛山市畜禽粪便产生量及其主要养分含量,并对畜禽粪便的环境效应进行评价。结果表明,2009年佛山市畜禽粪便总排放量约为332.35万t,其中以商品肉猪和鸡排放量较高,分别占总量的60.85%和14.10%。畜禽粪便中COD、BOD、NH3-N、TP和TN含量分别为97 004.17、92 782.79、7 929.77、7 850.56和18 382.88 t。农田畜禽粪便负荷量(以猪粪当量计)为74.07 t.hm-2,N、P养分负荷量分别为436.83和186.55 kg.hm-2,畜禽粪便产生的环境问题已不容忽视。

青岛市畜禽粪便排放量与农田负荷量分析

为了估算青岛市畜禽粪便产生量及主要污染物含量,试验在确定畜禽粪便年排放量的估算方法和排泄系数的基础上,对2012年青岛市畜禽养殖数据进行了估算,并对环境效应进行评价。结果表明:2012年青岛市畜禽粪便总排放量约为1 122.42万t,其中猪、牛排放量较高;畜禽粪便中化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、总氮含量(TN)、总磷含量(TP)和水中氨氮(NH3-N)含量分别为28.43,26.68,6.90,2.19,2.96万t左右;农田畜禽粪便负荷量(以猪粪当量计)为29.83 t/hm2,氮、磷养分负荷量分别为164.30,52.06 kg/hm2,畜禽粪便已经开始对环境造成污染。

天津市畜禽养殖粪便产生量估算及耕地负载初步评估

以天津统计年鉴为依据,参考有关文献资料,估算了2011年天津市畜禽养殖粪便产生量和畜禽粪便氮、磷、钾养分资源量,并对耕地负载及环境效应进行了初步评价。结果表明,2011年天津市畜禽粪便产生量为997.32万t;畜禽粪便所含氮、磷、钾养分总量为10.9万t,氮、磷、钾含量分别为5.6万,2.0万,3.3万t;畜禽粪便及其氮、磷纯养分平均耕地负荷分别为25.16 t/hm2,141.13,50.45 kg/hm2。参考欧盟标准,天津全市耕地畜禽粪便、氮养分负荷量没有超标,但磷养分负荷量超标;北辰区、宁河县、蓟县及滨海新区的汉沽4个地区的畜禽粪便量及氮、磷养分耕地平均负荷量均全部超标。天津市畜禽养殖业对环境构成了潜在污染威胁。

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246836万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。

江汉平原地区畜禽养殖粪污耕地承载力现状与评价

采用产污系数法估算2012—2017年江汉平原各县(市、区)畜禽粪污总量及COD、TN、TP的产生量,分析了该地区畜禽养殖粪污耕地承载现状,并从耕地负荷及畜禽养殖环境容量的角度评价畜禽养殖的环境效应。结果表明,江汉平原畜禽尿液年平均产生量为815.02万t,粪便年平均产生量为748.23万t,畜禽粪污的主要来源是生猪和牛(83.55%);畜禽实际养殖量为21.74猪当量/hm^2,平均承载率为88.07%(N)和54.16%(P),荆州区、石首市、松滋市、汉川市、沙洋县、枝江市畜禽养殖承载率为96%~170%(N)和80%(P),畜禽养殖发展空间较小;江汉平原年平均耕地负荷为12.98 t/hm^2·年,警报值为0.45,分级级数为Ⅱ,畜禽粪污对环境的威胁为"稍有";畜禽实际养殖总量均超过50%的环境容量,风险指数为1.49(N)和1.08(P)。沙洋县、枝江市、松滋市的风险指数较大,需要合理控制畜禽养殖的数量。

基于耕地承载力的十堰市畜禽养殖环境风险评价

【目的】十堰市是南水北调中线工程的核心水源区,全面认识畜禽养殖污染现状及其对耕地的潜在威胁,为加强畜禽粪便风险管控提供依据。【方法】运用畜禽粪便环境风险评价模型,对十堰市各县(区、市)2020年主要畜禽粪便来源结构进行定量分析,并从种养平衡视角对其环境风险进行综合评价。【结果】十堰市2020年主要畜禽养殖粪便猪粪当量达306.85×10^(4)t,且主要分布于郧阳区、丹江口市和房县,粪便中有机物的化学需氧量(COD)最大(57.00×10^(4)t),总氮(TN)(2.63×10^(4)t),总磷(TP)含量较少(0.65×10^(4)t)。十堰市畜禽养殖等标污染负荷总量为15.532×1010m3,且在不同地区的来源结构差异明显,TP是畜禽养殖的首要污染物,其污染等标负荷占负荷总量的41.68%,其次为TN,污染负荷率为33.85%,COD的等标污染负荷率最小,为24.47%。养牛是十堰地区畜禽养殖面源污染的首要污染源,对等标污染负荷总量的贡献率达49.47%,其次为家禽(21.60%)。环境污染风险评价结果显示,全市单位耕地畜禽粪便负荷强度为10.15 t·hm^(-2),警报值为0.338,分级指数为Ⅰ,对环境构成污染的威胁为“无”。TN、TP的负荷强度分别为0.09和0.02 t·hm^(-2),环境风险指数为1.023和1.223,但区域间存在明显的空间分异特征。全市有超过1/2地区存在潜在的畜禽养殖污染风险,其中以茅箭区和郧阳区最为突出。以磷(P)为衡量标准,十堰市养殖总量须在现有基础上消减98.51万头猪当量。【结论】保持合理的畜禽养殖规模(≤441.00万头猪当量),同时做好污染物消减措施,对促进十堰市种养平衡和畜禽养殖业有序发展具有重要意义。