廖仁郡, 陳玉成**

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重慶市規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖氨排放特征及減排策略研究*

廖仁郡, 陳玉成**

(西南大學三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室/西南大學資源環(huán)境學院 重慶 400716)

隨著空氣質量和畜禽養(yǎng)殖污染問題日益嚴峻, 快速發(fā)展的規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖面臨的環(huán)境壓力不斷增大, 明確規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖的氨排放量及其排放特征, 可為大氣環(huán)境管理和畜禽養(yǎng)殖污染防治提供科學依據及對策。本文根據重慶市規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)氨排放系數和活動水平數據, 估算了重慶市2013年規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)氨排放量, 分析氨排放特征, 并探討了相應的氨減排措施。結果表明, 2013年重慶市規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖氨排放總量為 17 102.92 t, 排放強度為0.21 t·km-2; 合川、豐都和潼南依次是規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖業(yè)氨排放量最大的3個區(qū)縣, 排放份額共占總排放量的30.19%; 從空間分布特征來看, 璧山區(qū)為氨排放強度最大的區(qū)縣, 其排放強度為1.17 t·km-2, 氨排放強度最小的是城口縣, 為0.01 t·km-2; 在全局空間區(qū)域上, 重慶市規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖氨排放空間分布存在顯著的空間正相關; 局部空間區(qū)域上有4個區(qū)縣呈現“高-高”類型區(qū), 5個區(qū)縣呈現“低-低”類型區(qū), 沒有出現“高-低”或“低-高”類型區(qū)。規(guī)模化生豬養(yǎng)殖是重慶市畜禽養(yǎng)殖業(yè)最大的氨排放貢獻源, 排放量達9 538.63 t, 貢獻率為55.80%; 其次是蛋雞, 其貢獻率為15.87%。畜禽在圈舍、儲存管理和后續(xù)利用(施肥)3個階段的氨排放量不同, 家禽在圈舍階段的氨排放貢獻率均超過60%, 其次是后續(xù)利用(施肥)階段, 尿糞儲存階段氨排放量最小; 家畜氨排放貢獻率最高的是后續(xù)利用(施肥)階段, 其次是圈舍內的排放, 儲存階段釋放的氨量很少。奶牛養(yǎng)殖是減排的重點控制源, 規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖主要減排措施包括低氮飼料喂養(yǎng)、畜舍改造、糞便加蓋或密封以及糞肥注施等。

規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖; 氨排放; 管理階段; 減排措施; 重慶

氨(NH3)是參與大氣氮循環(huán)的關鍵成分之一[1], 也是形成細顆粒PM2.5的重要前體物質, 與大氣中SO2和NO等結合反應生成硝酸銨、硫酸銨等二次顆粒, 從而降低城市能見度, 引發(fā)灰霾[2]。NH3作為大氣中重要的堿性物質, 在底層大氣環(huán)境酸化中起到緩沖作用, 是大氣酸沉降的重要組成部分[3]。此外, NH3排放到大氣中還會破壞甲烷氧化加劇溫室效應[4], 進入到地表水又會導致水體富營養(yǎng)化[5]。

隨著大氣污染日益突出, 國內外學者日益關注氨的排放特征和排放因子的研究[6-9], 發(fā)現畜禽養(yǎng)殖是氨的主要排放源。2011年歐洲農業(yè)源氨排放量占總排放量的93.7%, 其中80%~90%來自于畜禽養(yǎng)殖[10]; 2011年美國氨排放總量為392萬t, 其中農業(yè)源占排放總量的81.8%, 畜禽養(yǎng)殖占54.3%[11]。我國學者研究表明, 2006年中國氨排放中畜禽動物氨排放量最大, 占總量的40.79%[12]; 長三角地區(qū)2004年畜禽養(yǎng)殖的氨排放量占總排放的44.1%[13]; 北京市2012年畜禽養(yǎng)殖業(yè)產生的氨為4.43萬t, 平均氨排放強度為2.70 t·km-2[14]; 四川省2012年畜禽養(yǎng)殖是最主要的人為排放源, 占總排放量的63.31%, 尤其是生豬和牛[15]?，F有的研究主要集中在較大尺度(國家級或省級)氨源排放清單及排放特征分析上, 少有專門針對畜禽養(yǎng)殖業(yè)氨排放的研究, 缺乏根據排放特征對污染源減排措施的探討研究。在氨的減排方面, 歐洲研究最早, 其減排技術已成熟應用于養(yǎng)殖實踐[16], 而國內卻少有相關研究[17], 僅有少數學者根據歐洲、美國的農業(yè)源氨排放減排的經驗技術, 并結合我國實際, 提出了我國農業(yè)源的氨排放控制框架以及畜禽養(yǎng)殖方面可采取的減排措施[18]。

近年來, 重慶市畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速, 2013年畜牧業(yè)總產值4.8×1010元, 占農業(yè)總產值的31.89%[19], 由此帶來的氨排放量也日益增大, 造成了較嚴重的氨污染。但相應的研究僅限于張燦等[20]的報道, 即農業(yè)源氨排放中化肥施用氨排放量最大(占總排放量的66.7%), 其次是畜牧養(yǎng)殖業(yè)(占26.3%)。隨著畜牧業(yè)的不斷發(fā)展, 畜禽養(yǎng)殖向規(guī)?；⒓s化方向迅速發(fā)展, 但管理模式和技術相對不夠完善, 規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)帶來的環(huán)境壓力日益增加。為此, 本文綜合近年來國內外的研究成果, 估算2013年重慶市規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖業(yè)氨排放量, 分析其空間分布特征, 根據規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖排放特征和糞便處理方式差異, 探討了不同措施下氨的減排效率并提出適合重慶市的減排措施建議, 以期為重慶市大氣環(huán)境管理及規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖污染防治提供科學依據及對策。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域和對象

以2013年為基準年, 研究區(qū)域為重慶市具有規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)的36個區(qū)縣, 涉及都市功能核心區(qū)、都市功能拓展區(qū)、城市發(fā)展新區(qū)、渝東北生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)和渝東南生態(tài)保護發(fā)展區(qū)五大功能區(qū), 估算的排放源包括規(guī)?；半u、肉雞、奶牛、肉牛和生豬養(yǎng)殖場。

1.2 數據來源

畜禽養(yǎng)殖數據(畜禽年底存欄數、年出欄數)來源于重慶市2013年開展的“四清四治”專項活動得到的統(tǒng)計數據。排放因子主要參考《大氣氨源排放清單編制技術指南》(試行)[21], 并結合重慶市養(yǎng)殖的具體情況予以確定。

1.3 估算方法

規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)中氨排放主要由動物的排泄物釋放。動物的排泄物在圈舍中一般會停留一段時間, 然后匯集進行儲存腐熟處理, 最后進行后續(xù)利用(施肥)。因此規(guī)?；B(yǎng)殖畜禽糞便管理階段包括糞便圈舍、儲存處理和后續(xù)利用(施肥), 這3個階段糞便具有尿液(液態(tài))和糞便(固態(tài))兩種形式。氨排放計算公式為:

(1)

(2)

式中:為氨排放量, t;為活動水平, t;為排放系數, %TAN(單位質量總銨態(tài)氮中以大氣氨形式排放的氮的百分比); 1.214為NH3-N與NH3轉換系數;E為氨排放強度, t·km-2;為國土面積, km2;代表不同畜禽種類;代表糞便不同管理階段, 包括尿糞圈舍、儲存處理和后續(xù)利用(施肥)。

1.3.1 氨排放系數的確定

排放系數為單位質量總銨態(tài)氮(TAN)中以大氣氨形式排放的氮的量。結合重慶市規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)的實際情況[22], 從《大氣氨源排放清單編制技術指南》中確定畜禽養(yǎng)殖各個階段的排放系數[21](表1)。由于計算糞便后續(xù)利用過程的活動水平時需要考慮糞便存儲過程中氮的損失(以N2O、NO和N2形式釋放), 因此, 糞便存儲過程中N2O、NO和N2的排放系數在表1中一并列出。

1.3.2 活動水平(Aij)的確定

活動水平為畜禽糞便在不同管理階段、不同形態(tài)糞便的總銨態(tài)氮量。糞便圈舍、儲存處理和后續(xù)利用(施肥)3個階段的總銨態(tài)氮量與室內排泄物銨態(tài)氮量(TAN)有關, 糞便形態(tài)區(qū)分為液態(tài)和固態(tài), 具體計算方法如下:

=畜禽年內飼養(yǎng)量×單位畜禽排泄量× 含氮量×銨態(tài)氮比例 (3)

(4)

表1 規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖不同糞便管理階段排泄物氨排放系數

(6)

(7)

式中: TAN室內為室內排泄糞便銨態(tài)氮的量, t;圈舍儲存施肥分別為糞便圈舍、儲存處理和后續(xù)利用(施肥)的活動水平, t;液為液態(tài)糞肥占總糞肥的質量比重, 取50%;為糞肥用作生態(tài)飼料的比重(比如雞糞可作為養(yǎng)魚飼料); EF圈舍和EF儲存分別為糞便圈舍、儲存處理的氨排放系數(包括液態(tài)、固態(tài)), TAN%;、、、、分別為糞便的固態(tài)和液態(tài)在存儲過程中N2O、NO和N2的排放系數; ENN,損失–液態(tài)和ENN,損失–固態(tài)分別為存儲過程中氮的損失量, t;為固態(tài)糞便存儲過程中總銨態(tài)氮向有機氮轉化的比例, 取10%。畜禽排泄量、含氮量等[21]相關參數詳見表2, 飼養(yǎng)周期采用重慶地區(qū)畜禽養(yǎng)殖周期修正后的數據[22]。蛋雞、奶牛和肉牛飼養(yǎng)周期大于1年的, 年內飼養(yǎng)量按年底存欄數計算, 對于肉雞、肉用家禽飼養(yǎng)周期小于1年, 年內飼養(yǎng)量按年出欄量計算。

表2 畜禽糞便銨態(tài)氮量估算的相關參數

“—”表示禽類排泄物沒有尿液。“—” is the excrement of poultry without urine.

1.4 空間自相關分析

空間自相關是指同一個變量在不同空間位置上的相關性, 是空間單元屬性值聚集程度的一種度量, 主要用來分析空間數據的統(tǒng)計分布規(guī)律[23], 通常采用的統(tǒng)計指標為Moran’s指數。空間自相關分為全局空間自相關和局部空間自相關兩部分。

1.4.1 全局空間自相關

空間自相關用于探測整個研究區(qū)域的空間模式, 使用單一的值來反映該區(qū)域的自相關程度, 能夠直觀描述屬性在總體空間內是否存在有集聚性狀態(tài), 但不能明確指出具體的集聚區(qū)域。區(qū)域總體的空間關聯與空間差異程度采用全局Moran’s指數進行衡量。計算公式如下:

(9)

式中:為全局Moran’s指數,表示測度區(qū)域的個數, x和x分別表示區(qū)域地理單元上的屬性值,為各區(qū)域屬性值的平均值;W是定義地理單元和的之間空間關系的權重矩陣。Moran’s的取值在［-1, 1］區(qū)間內, 其為正值時表示空間事物的屬性取值是趨于集聚的, 為負值表示空間事物的屬性取值是趨于分散的, Moran’s取值為0時表示空間事物的屬性取值不存在空間自相關性。用檢驗考察Moran’s是否通過顯著性水平檢驗。

1.4.2 局部空間自相關

局部空間自相關指數用于反映某一空間單元的屬性值同其鄰接空間單元上同一屬性值的相關程度。局部空間關聯指數(LISA)是Moran’s指數的局部形式, 局部空間自相關的功能除了能夠度量區(qū)域內空間關聯的程度外, 更重要的是它能夠找出空間聚集點, 這在一定程度上彌補了全局自相關分析的不足[24]。計算公式為:

式中:、W含義同公式(9),;I的顯著性運用檢驗,I值為正說明區(qū)域單元周圍呈現相似值高-高或低-低(H-H或L-L) 的空間集聚,I值為負說明區(qū)域單元周圍呈現非相似值高-低或低-高(H-L或L-H)的空間集聚。

2 結果與分析

2.1 重慶市各區(qū)縣規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖氨排放

由于經濟水平、生態(tài)環(huán)境條件及農牧業(yè)結構的差異, 重慶市各區(qū)縣規(guī)模畜禽養(yǎng)殖氨排放量有所不同(圖1)?？梢钥闯? 合川區(qū)、豐都縣和潼南區(qū)依次是畜禽養(yǎng)殖氨排放最大的3個區(qū)縣, 年排放高達2 563 t、1 491 t和1 107 t, 其排放份額共占總排放量的30.19%。合川區(qū)是生豬養(yǎng)殖量最高的區(qū)縣, 其氨排放量占全市的19.76%, 且其余畜禽的養(yǎng)殖量相較于其他區(qū)縣也較高, 因此其氨排放量遠高于其他區(qū)縣, 占總排放量的13.49%。九龍坡區(qū)、南岸區(qū)和江北區(qū)由于城市規(guī)劃與環(huán)境保護要求, 畜禽養(yǎng)殖業(yè)氨排放量較低, 分別占總排放量的0.08%、0.04%和0.03%; 其他區(qū)縣氨排放量的貢獻率為0.2%~7.8%。

2.2 重慶市不同畜禽氨排放量分布

分析不同畜禽氨排放量, 發(fā)現生豬養(yǎng)殖是最大的氨排放貢獻源, 氨排放量為9 538.63 t, 占總排放量的55.80%(圖2a)。我國自古就有“民以食為天, 豬糧安天下”之說, 養(yǎng)豬是關系國計民生的大問題, 豬肉消費在我國肉類消費中占較大比例。其次為蛋雞, 氨排放量為2 712.34 t, 占15.87%, 盡管蛋雞糞便的氨排放系數較小[25], 但由于養(yǎng)殖量大, 全年出欄1 579萬羽, 因此其氨排放量很大。奶牛和肉牛的氨排放量相近, 分別為1 858.85 t和1 840.89 t(占10.87%和10.77%), 肉雞的氨排放量最低, 為1 142.32 t, 占6.68%。

進一步分析2013年重慶市規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖不同糞便管理階段氨排放貢獻率(圖2b), 發(fā)現畜禽糞便在圈舍、儲存和后續(xù)利用(施肥)3個階段的氨排放量不同。對于家禽而言, 在禽舍排泄的糞便產生的氨排放在總過程中占主導地位, 貢獻率均超過60%, 其次是后續(xù)利用(施肥)階段, 糞便儲存階段氨排放量最小; 對于家畜來說, 氨排放貢獻率最高的是后續(xù)利用階段, 其次是圈舍內的排放, 糞便的儲存階段釋放的氨量也同樣很少。

2.3 重慶市畜禽養(yǎng)殖業(yè)氨排放空間分布

2.3.1 氨排放強度空間分布

重慶市2013年畜禽養(yǎng)殖業(yè)氨排放強度為0.21 t·km-2, 其中璧山區(qū)氨排放強度最大, 其次是合川區(qū)(圖3), 氨排放強度分別為1.17 t·km-2和1.09 t·km-2, 城口縣的排放強度最小, 為0.01 t·km-2。氨排放強度的空間分布, 與重慶市五大功能區(qū)戰(zhàn)略相協(xié)調, 排放強度較大的區(qū)縣均屬于城市發(fā)展新區(qū), 而都市功能區(qū)與渝東南生態(tài)保護區(qū)的氨排放強度都很小。城市發(fā)展新區(qū)是全市產業(yè)的主要區(qū)域, 大力發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)等產業(yè), 面臨著發(fā)展與環(huán)境之間的矛盾; 而都市功能區(qū)與渝東南生態(tài)保護區(qū)的很多地區(qū)被化定為“禁養(yǎng)區(qū)”, 養(yǎng)殖業(yè)的污染問題并不是其面臨的主要環(huán)境問題。

2.3.2 氨排放全局空間自相關

運用Geoda空間數據分析軟件計算出重慶市2013年36個區(qū)縣國土面積比值的全局Moran’s指數, 并對其進行顯著性檢驗。Moran’s指數為0.479 8,標準化值為5.738 9, 明顯大于檢驗臨界值1.96, 通過顯著性水平=0.05的檢驗, 說明重慶市各區(qū)縣規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖氨排放呈現出顯著的空間正自相關性, 表現顯著的聚集分布態(tài)勢, 即規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖氨排放量高的區(qū)縣其周圍區(qū)域規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖氨排放量也高; 反之, 氨排放量低的區(qū)縣周圍區(qū)域氨排放量也低。

2.3.3 氨排放局部自相關

利用Geoda空間數據分析軟件對重慶市2013年36個區(qū)縣規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖氨排放的局部Moran’s指數進行計算, 在=0.05的顯著性水平下, 結合ArcGIS 9.3軟件, 將各空間單元歸屬的類型與相應的空間進行匹配繪制成LISA集聚圖, 以揭示空間單元與其鄰近單元同質和異質的局部特征變化及其地理分布(圖4)。從圖中可以看出: “高-高”(H-H)類型區(qū)集中分布在榮昌區(qū)、大足區(qū)、銅梁區(qū)和潼南區(qū), 表明這4個區(qū)縣規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖氨排放量比較高, 且與其周圍鄰近區(qū)域空間差異較小, 屬于局部均質分布, 這幾個區(qū)縣屬城市發(fā)展新區(qū)匯集了重慶市大部分的養(yǎng)殖資源, 畜牧業(yè)發(fā)達; “低-低”(L-L)類型區(qū)分布在重慶市主城區(qū)及渝東南的酉陽縣和秀山縣, 表明以上區(qū)縣與其周圍區(qū)域規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖氨排放量均偏低, 其局部空間差異較小; 重慶市規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖氨排放沒有出現“高-低”(H-L)類型區(qū)或“低-高”(L-H)類型區(qū)。

2.4 規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)氨排放減排措施研究

對不同畜禽養(yǎng)殖量與排放量進行回歸分析(式12), 可知奶牛養(yǎng)殖是重慶市規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖業(yè)氨排放的最主要影響因子, 即每增加1頭奶牛, 氨排放量增加38.050 kg, 因此, 在開展畜禽養(yǎng)殖氨排放減排措施研究時奶牛應作為主要研究對象。

式中:代表氨排放總量,12345分別代表生豬、蛋雞、肉雞、奶牛、肉牛的年內飼養(yǎng)量。

在畜禽養(yǎng)殖業(yè)氨排放的減排中, 不同措施下畜禽排放源減排效率不同(表3), 根據減排效率, 可以提出重慶地區(qū)規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖氨減排的主要策略。首先, 對氨排放量最大的豬使用低氨飼料進行喂養(yǎng), 對奶牛和肉?？稍黾忧噘A飼料或者玉米喂養(yǎng)的比例。其次, 可對畜禽的圈舍進行適當改造, 在較大規(guī)模的豬舍和雞舍內安裝生物過濾器, 保持室內通風。使用加蓋容器或者密封儲存糞便, 減少氨的揮發(fā), 尤其是對于豬的糞便。此外, 使用畜禽糞便進行后續(xù)利用時, 采用糞肥注施的方式。

表3 不同養(yǎng)殖階段減排措施下畜禽氨排放的減排效率

3 討論與結論

本文以重慶市規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖業(yè)為研究對象, 估算了2013年重慶市規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖氨排放量, 并分析其空間分布特征, 同時參考已有研究, 提出適合重慶市規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖氨排放的減排策略, 從而較科學地為重慶市大氣環(huán)境管理和規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖污染防治提供科學依據及對策, 研究結果如下:

2013年重慶市規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖業(yè)氨排放量為17 102.92 t, 排放強度為0.21 t?km-2, 其中合川、豐都和潼南依次是重慶市畜禽養(yǎng)殖業(yè)氨排放最大的3個區(qū)縣, 其排放份額共占總排放量的30.19%。研究結果小于其他學者對不同地區(qū)的研究[12-15], 主要因為本文研究對象為規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖, 不涉及散養(yǎng)和放牧的飼養(yǎng)方式, 納入計算的畜禽養(yǎng)殖數量少于其他研究, 同時計算方法和氨排放系數選取的不同也會導致研究結果存在差異。從空間分布特征來看, 璧山區(qū)是重慶市規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖氨排放強度最大的區(qū)縣, 其排放強度為1.17 t?km-2。在全局空間區(qū)域上, 重慶市規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖空間分布存在顯著的空間正相關, 即氨排放量高或低的區(qū)縣在空間上表現出明顯聚集狀態(tài); 局部自相關分析發(fā)現, 有4個區(qū)縣呈現“高-高”類型區(qū), 5個區(qū)縣呈現“低-低”類型區(qū), 沒有出現“高-低”和“低-高”類型區(qū)。重慶市規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖氨排放空間分布與五大功能區(qū)的戰(zhàn)略相協(xié)調。

規(guī)?；i養(yǎng)殖是重慶市畜禽養(yǎng)殖業(yè)最大的氨排放貢獻源, 氨排放量為9 538.63 t, 占全市總排放量的55.80%, 其次是蛋雞, 其貢獻率為15.87%。不同種類的畜禽, 其排放的糞尿在圈舍、儲存管理和后續(xù)利用(施肥)3個階段的氨排放量不同, 圈舍和后續(xù)利用(施肥)兩個階段的排放量相對較大。通過回歸分析發(fā)現控制奶牛養(yǎng)殖的氨排放量對NH3減排起關鍵性作用, 針對重慶市規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖氨排放減排有低氮飼料喂養(yǎng)、圈舍改造、糞便加蓋或密封儲存以及糞肥注施等主要措施。

本文氨排放量估算具有一定的不確定性, 主要原因來自兩個方面[32]: 一方面是源于活動水平的不確定性; 另一方面排放因子和相關參數的選用會直接影響到估算結果的準確度, 由于動物組成、動物年齡以及動物糞便儲存形式的不同, NH3排放因子存在差異。本文排放因子主要參考《大氣氨源排放清單編制技術指南》(試行)[21], 由于排放系數的本地化程度不足, 本文估算結果具有一定的不確定性。建議今后多開展排放系數的本地化和精細化研究, 更加準確全面地評估畜禽養(yǎng)殖氨排放量。同時, 為更好地推進畜禽養(yǎng)殖業(yè)氨排放減排工作, 也應當做好氨排放控制的基礎研究, 開展控制技術試驗, 制定相關政策文件, 加強政府引導和扶持。本文氨排放減排策略基于國內外研究文獻的對比得出, 后續(xù)研究中將針對不同措施的減排效率進行進一步試驗研究, 從而使研究結果更可靠更具科學性。

[1] Galloway J N, Zhao D W, Thomson V E, et al. Nitrogen mobilization in the United States of America and the People’s Republic of China[J]. Atmospheric Environment, 1996, 30(10/11): 1551–1561

[2] Goebes M D, Strader R, Davidson C. An ammonia emission inventory for fertilizer application in the United States[J]. Atmospheric Environment, 2003, 37(18): 2539–2550

[3] 林巖, 段雷, 楊永森, 等. 模擬氮沉降對高硫沉降地區(qū)森林土壤酸化的貢獻[J]. 環(huán)境科學, 2007, 28(3): 640–646 Lin Y, Duan L, Yang Y S, et al. Contribution of simulated nitrogen deposition to forest soil acidification in area with high sulfur deposition[J]. Environmental Science, 2007, 28(3): 640–646

[4] 楊志鵬. 基于物質流方法的中國畜牧業(yè)氨排放估算及區(qū)域比較研究[D]. 北京: 北京大學, 2008 Yang Z P. Estimation of ammonia emission from livestock in China based on Mass-flow Method and regional comparison[D]. Beijing: Peking University, 2008

[5] 葉雪梅, 郝吉明, 段雷, 等. 中國主要湖泊營養(yǎng)氮沉降臨界負荷的研究[J]. 環(huán)境污染與防治, 2002, 24(1): 54–58 Ye X M, Hao J M, Duan L, et al. On critical loads of nutrient nitrogen deposition for some major lakes in China[J]. Environmental Pollution and Control, 2002, 24(1): 54–58

[6] Skj?th C A, Hertel O. Ammonia emissions in Europe [M]// Viana M. Urban Air Quality in Europe. Berlin Heidelberg: Springer, 2013: 141–163

[7] Zhang Y, Dore A J, Ma L, et al. Agricultural ammonia emissions inventory and spatial distribution in the North China Plain[J]. Environmental Pollution, 2010, 158(2): 490–501

[8] 尹沙沙, 鄭君瑜, 張禮俊, 等. 珠江三角洲人為氨源排放清單及特征[J]. 環(huán)境科學, 2010, 31(5): 1146–1151 Yin S S, Zheng J Y, Zhang L J, et al. Anthropogenic ammonia emission inventory and characteristics in the Pearl River Delta Region[J]. Environmental Science, 2010, 31(5): 1146–1151

[9] Huang X, Song Y, Li M M, et al. A high-resolution ammonia emission inventory in China[J]. Global Biogeochemical Cycles, 2012, 26(1): GB1030

[10] European Environment Agency (EEA). Ammonia (NH3) emissions[R/OL]. [2014-01-29]. http://www.eea.europa. eu/ data-and-maps/indicators/eea-32-ammonia-nh3-emissions-1/assessment-4

[11] US EPA. 2011 National emissions inventory, version 1 technical support document[R/OL]. [2013-12-04]. http://www. epa.gov/ttn/chief/net/2011nei/2011_neiv1_tsd_draft.pdf

[12] 董文煊, 邢佳, 王書肖. 1994~2006年中國人為源大氣氨排放時空分布[J]. 環(huán)境科學, 2010, 31(7): 1457–1463Dong W X, Xing J, Wang S X. Temporal and spatial distribution of anthropogenic ammonia emissions in China: 1994–2006[J]. Environmental Science, 2010, 31(7): 1457–1463

[13] 董艷強, 陳長虹, 黃成, 等. 長江三角洲地區(qū)人為源氨排放清單及分布特征[J]. 環(huán)境科學學報, 2009, 29(8): 1611–1617 Dong Y Q, Chen C H, Huang C, et al. Anthropogenic emissions and distribution of ammonia over the Yangtze River Delta[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2009, 29(8): 1611–1617

[14] 潘濤, 薛念濤, 孫長虹, 等. 北京市畜禽養(yǎng)殖業(yè)氨排放的分布特征[J]. 環(huán)境科學與技術, 2015, 38(3): 159–162 Pan T, Xue N T, Sun C H, et al. Distribution characteristics of ammonia emission from livestock farming industry in Beijing[J]. Environmental Science & Technology, 2015, 38(3): 159–162

[15] 馮小瓊, 王幸銳, 何敏, 等. 四川省2012年人為源氨排放清單及分布特征[J]. 環(huán)境科學學報, 2015, 35(2): 394–401 Feng X Q, Wang X R, He M, et al. A 2012-based anthropogenic ammonia emission inventory and its spatial distribution in Sichuan Province[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2015, 35(2): 394–401

[16] Klimont Z, Winiwarter W. Integrated ammonia abatement-modelling of emission control potentials and costs in GAINS[R]. IR-11–027. Laxenburg, Austria: International Institute for Applied Systems Analysis, 2011

[17] 張增杰, 張雙, 韓玉花, 等. 農業(yè)源氨排放控制對策初步研究[J]. 江蘇農業(yè)科學, 2016, 44(1): 439–442 Zhang Z J, Zhang S, Han Y H, et al. A preliminary study on the source of ammonia emissions control countermeasures of agriculture[J]. Jiangsu Agricultural Sciences, 2016, 44(1): 439–442

[18] 沈興玲, 尹沙沙, 鄭君瑜, 等. 廣東省人為源氨排放清單及減排潛力研究[J]. 環(huán)境科學學報, 2014, 34(1): 43–53Shen X L, Yin S S, Zheng J Y, et al. Anthropogenic ammonia emission inventory and its mitigation potential in Guangdong Province[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2014, 34(1): 43–53

[19] 重慶市統(tǒng)計局, 國家統(tǒng)計局重慶調查總隊. 2014重慶統(tǒng)計年鑒[M]. 北京: 中國統(tǒng)計出版社, 2014 Chongqing Statistic Bureau, National Bureau of Statistics Chongqing Investigation Corps. Chongqing Statistical Yearbook 2014[M]. Beijing: China Statistics Press, 2004

[20] 張燦, 翟崇治, 周志恩, 等. 重慶市主城區(qū)農業(yè)源氨排放研究[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測, 2014, 30(3): 90–96Zhang C, Zhai C Z, Zhou Z E, et al. Research on ammonia emission from agricultural sources in Chongqing Urban City[J]. Environmental Monitoring in China, 2014, 30(3): 90–96

[21] 環(huán)境保護部. 大氣氨源排放清單編制技術指南[EB/OL]. [2014-08-19]. http://www.zhb. gov.cn/gkml/hbb/ bgg/201408/ W020140828351293771578.pdf The Ministry of Environmental Protection. Atmospheric ammonia source emission inventory preparation of technical guidelines[EB/OL]. [2014-08-19]. http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgg/201408/W020140828351293771578.pdf

[22] 周媛媛, 殷捷, 楊志敏, 等. 重慶市畜禽糞污的區(qū)域分布及其水環(huán)境響應特征分析[J]. 中國生態(tài)農業(yè)學報, 2016, 24(6): 811–818 Zhou Y Y, Yin J, Yang Z M, et al. Regional distribution of livestock manure and response characteristics of water environment in Chongqing[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2016, 24(6): 811–818

[23] Sokal R R, Thomson J D. Applications of spatial autocorrelation in ecology[M]//Legendre P, Legendre L. Developments in Numerical Ecology. Berlin Heidelberg: Springer, 1997: 431–466

[24] 成金華, 李悅, 陳軍. 中國生態(tài)文明發(fā)展水平的空間差異與趨同性[J]. 中國人口·資源與環(huán)境, 2015, 25(5): 1–9 Cheng J H, Li R, Chen J. Regional difference and convergence of ecological civilization level in China[J]. China Population, Resources and Environment, 2015, 25(5): 1–9

[25] 楊志鵬, 欒勝基, 陳遼遼, 等. 養(yǎng)殖業(yè)氨排放清單模型進展及雞的排放因子本地化[J]. 安徽農業(yè)科學, 2008, 36(15): 6490–6493 Yang Z P, Luan S J, Chen L L, et al. Recent development of ammonia emission inventory model from livestock and the localization of emission factors of laying hen and broiler in China[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2008, 36(15): 6490–6493

[26] Swensson C. Relationship between content of crude protein in rations for dairy cows, N in urine and ammonia release[J]. Livestock Production Science, 2003, 84(2): 125–133

[27] 李新建, 呂剛, 任廣志. 影響豬場氨氣排放的因素及控制措施[J]. 家畜生態(tài)學報, 2012, 33(1): 86–93 Li X J, Lü G, Ren G Z. Influencing factors of ammonia emissions from pig houses and mitigation techniques[J]. Acta Ecologiae Animalis Domastici, 2012, 33(1): 86–93

[28] Martinez J, Oudot C, Portejoie S, et al. Reduction of ammonia emissions from livestock farming in France: An assessment of methods and elements for devising policy[J]. Simposion International Production Animal Sustensable, 2004, 45(3): 153–177

[29] 金書秦, 韓冬梅, 王莉, 等. 畜禽養(yǎng)殖污染防治的美國經驗[J]. 環(huán)境保護, 2013, 41(2): 65–67 Jin S Q, Han D M, Wang L, et al. Livestock and poultry breeding pollution control experience of theUnitedStates[J]. Environment Protection, 2013, 41(2): 65–67

[30] Wang Y, Cho J H, Chen Y J, et al. The effect of probiotic BioPlus 2B?on growth performance, dry matter and nitrogen digestibility and slurry noxious gas emission in growing pigs[J]. Livestock Science, 2009, 120(1/2): 35–42

[31] Misselbrook T H, van der Weerden T J, Pain B F, et al. Ammonia emission factors for UK agriculture[J]. Atmospheric Environment, 2000, 34(6): 871–880

[32] 鐘流舉, 鄭君瑜, 雷國強, 等. 大氣污染物排放源清單不確定性定量分析方法及案例研究[J]. 環(huán)境科學研究, 2007, 20(4): 15–20 Zhong L J, Zheng J Y, Lei G Q, et al. Quantitative uncertainty analysis in air pollutant emission inventories: Methodology and case study[J]. Research of Environmental Sciences, 2007, 20(4): 15–20

Characteristics of ammonia emission from large-scale livestock/poultry breeding and its mitigation countermeasures in Chongqing*

LIAO Renjun, CHEN Yucheng**

(Key Laboratory of Eco-environments in the Three Gorges Reservoir Region, Ministry of Education / College of Resources and Environmental Sciences, Southwest University, Chongqing 400716, China)

With environmental concerns raised on air quality and livestock/poultry industries, there has been an increasing pressure on rapidly developing large-scale livestock/poultry breeding to take actions to mitigate these concerns. As such, it was necessary to explore ammonia emission from large-scale livestock/poultry industries and its characteristics for management of air quality and prevention of livestock/poultry pollution driven by sound scientific knowledge and countermeasures. With data on ammonia emission from large-scale livestock/poultry breeding and the related coefficients, this study calculated the amount of ammonia emission in 2013 in large-scale livestock/poultry breeding in Chongqing. The paper also analyzed the characteristics of ammonia emission and the corresponding mitigation countermeasures for large-scale livestock/poultry breeding. The results showed that total ammonia emission from large-scale livestock/poultry breeding in Chongqing was 17 102.92 t in 2013 and the emission intensity was 0.21 t·km-2. Hechuan, Fengdu and Tongnan were the top three counties for ammonia emission, with their contribution accounting for 30.19% of the total ammonia emission. Jiangbei County had the least ammonia emission in Chongqing. Ammonia emission intensity for Bishan County was the highest, followed by Hechuan County, with respective emission intensity of 1.17 t·km-2and 1.09 t·km-2. Chengkou County had the least, with emission intensity of 0.01 t·km-2. Based on the spatial distribution characteristics, there was significant spatial auto-correlation in the spatial distribution of ammonia emission from large-scale livestock/poultry breeding industries in Chongqing. Through localized spatial auto-correlation analysis, it was noted that four counties belonged to high-high type, five counties belonged to low-low type and none belonged to high-low type or low-high type of spatial distribution of ammonia emission. Pig breeding was the highest contributor to ammonia emission, with 9 538.63 t of emitted ammonia which accounted for 55.80% of total large-scale livestock/poultry breeding emission. Then layer breeding accounted for 15.87% and broiler breeding (with the least value) accounted for 6.68% of ammonia emissions. Ammonia emissions from livestock and poultry manure differed in the stages of animal house, storage and utilization of manure. For poultry, ammonia emissions of stage in breeding house were the dominant of overall stages, with a contribution rate of over 60%. For livestock, however, ammonia emission contribution rate at utilization stage was the highest. In order to reduce emissions, it was need to focus on management of dairy cattle breeding. Such management countermeasures included the use of feed stocks with low ammonium content, renovation of stable, covered or sealed manure, and injection application of manure.

Large-scale livestock/poultry breeding; Ammonia emission; Management stage; Mitigation countermeasure; Chongqing

X821

A

1671-3990(2017)05-0769-09

10.13930/j.cnki.cjea.161078

* 國家科技支撐計劃項目(2015BAL04B01)資助

**通訊作者:陳玉成, 主要研究方向為農業(yè)生物環(huán)境與能源工程。E-mail: chenyucheng@swu.edu.cn

廖仁郡, 主要研究方向為畜禽養(yǎng)殖污染防治。E-mail: 568326350@qq.com

2016-11-29

2017-01-04

* This work was supported by the National Key Technologies R&D Program of China (2015BAL04B01).

** Corresponding author, E-mail: chenyucheng@swu.edu.cn

Nov. 29, 2016; accepted Jan. 4, 2017

廖仁郡, 陳玉成. 重慶市規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖氨排放特征及減排策略研究[J]. 中國生態(tài)農業(yè)學報, 2017, 25(5): 769-777

Liao R J, Chen Y C. Characteristics of ammonia emission from large-scale livestock/poultry breeding and its mitigation countermeasures in Chongqing[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2017, 25(5): 769-777