張?zhí)冫? 焉 莉,韋大明

基于全國耕地消納的畜禽糞便特征分布與環(huán)境承載力預(yù)警分析*

張?zhí)冫?,2, 焉 莉1**,韋大明2**

(1. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 長春 130118; 2. 生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院總量控制與排放交易研究中心 北京 100012)

為加快畜禽養(yǎng)殖行業(yè)糞污資源化利用, 促進畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展, 及時掌握畜禽糞便的特征分布, 對有效防控養(yǎng)殖區(qū)域環(huán)境的污染尤為重要。目前多數(shù)畜禽糞便污染研究都是基于省市區(qū)域尺度, 而進行全國尺度的研究相對較少。本文運用排污系數(shù)法, 以中國畜牧年鑒數(shù)據(jù)為計算基礎(chǔ), 估算出2016年全國31個省份畜禽糞便的產(chǎn)生量、污染物產(chǎn)生量及污染物流失量。在此基礎(chǔ)上, 分析全國2016年畜禽糞便的排放分布特征, 并將不同畜種的糞尿產(chǎn)生量統(tǒng)一換算為豬糞當量, 計算出單位耕地面積豬糞當量承載負荷及預(yù)警值, 參照相關(guān)標準得到2016年全國各省所對應(yīng)的預(yù)警級別。結(jié)果表明: 2016年全國畜禽糞便總產(chǎn)生量為246 836萬t, 其中牛糞產(chǎn)量最多, 家禽糞產(chǎn)生量最少; 所研究的31個省份中四川省、河南省、山東省的糞便產(chǎn)生量較多。假設(shè)產(chǎn)生的糞便可以利用當年的有效耕地消納, 則2016年31個省份畜禽糞便平均單位耕地面積豬糞當量承載力負荷為19.55, 單位耕地面積豬糞當量預(yù)警均值為0.49。本文所測算的31個省份中大部分省份預(yù)警值處于無環(huán)境威脅預(yù)警級別(Ⅰ級), 但北京市處于有環(huán)境威脅預(yù)警級別(Ⅲ級), 西藏自治區(qū)處于很嚴重環(huán)境威脅預(yù)警級別(Ⅵ級), 青海處于嚴重環(huán)境威脅預(yù)警級別(Ⅴ級)。根據(jù)計算得出的預(yù)警級別, 各省應(yīng)根據(jù)自身情況充分利用畜禽糞便資源, 尤其是在預(yù)警值較高地區(qū)應(yīng)及時做好畜禽養(yǎng)殖總量控制及污染防控。

畜禽糞污; 豬糞當量; 排污系數(shù)法; 耕地負荷; 負荷預(yù)警

近年來, 畜牧業(yè)已日益成為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟中最具活力的因素, 成為農(nóng)民增收見效最快的支柱產(chǎn)業(yè)。規(guī)?；B(yǎng)殖作為農(nóng)村經(jīng)濟主力軍, 其畜禽養(yǎng)殖廢棄物所帶來的環(huán)境隱患問題也將越來越大。畜禽糞便中污染物直接或間接地對養(yǎng)殖周圍的土地、水體和大氣環(huán)境造成不同程度的污染, 長久下去必定會影響人類健康。因此, 對全國各地區(qū)開展畜禽糞便耕地承載力估算與預(yù)警分析及其重要。根據(jù)《第一次全國污染源普查公報》顯示[1], 畜禽糞便中化學(xué)需氧量(COD)、總氮(TN)、總磷(TP)的產(chǎn)生量分別為1 268萬t、106萬t和16萬t, 分別占農(nóng)業(yè)污染源產(chǎn)生量的96%、38%、65%[2]。另外, 根據(jù)我國每年畜牧業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以得知, 全國畜禽養(yǎng)殖量每年都在不同程度地增加, 但是各省可用耕地面積卻在不同程度地減少。畜禽糞便的污染物減排迫在眉睫, 關(guān)乎我國生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的整體改善。由于畜禽糞尿的特點決定了其無法進行大范圍、跨地區(qū)的移動, 所以在當前可行的技術(shù)條件下, 耕地消納仍是較為經(jīng)濟、可行的畜禽污染物處理手段。

目前, 我國關(guān)于畜禽糞便對環(huán)境的影響已有較多研究, 主要集中于糞污的危害、治理及土地承載量的相關(guān)研究[3-5]。一些專家學(xué)者從植物養(yǎng)分需求出發(fā), 根據(jù)養(yǎng)分平衡理論, 從糞污產(chǎn)生源頭開展關(guān)于區(qū)域畜禽養(yǎng)殖量和負載指數(shù)的研究, 最終得出研究城市的畜禽養(yǎng)殖是否接近環(huán)境容量[6]。鄒晨昕等[7]以江蘇省濱海地區(qū)為例, 以種養(yǎng)結(jié)合為前提, 分析鹽城市種植業(yè)生產(chǎn)農(nóng)作物氮養(yǎng)分年消耗總量和耕地土壤氮養(yǎng)分供給量, 最終得出濱海地區(qū)畜禽養(yǎng)殖空間布局錯位和地區(qū)污染程度。張懷志等[8]基于養(yǎng)分平衡理論, 構(gòu)建區(qū)域農(nóng)田畜禽承載量預(yù)測模型, 并對內(nèi)蒙古赤峰市畜禽養(yǎng)殖進行預(yù)測, 從環(huán)境壓力角度考慮, 推薦基于氮的預(yù)測值作為計算赤峰市可新增生豬養(yǎng)殖量和承載量的依據(jù); 另外還有學(xué)者以福建省為例[9], 根據(jù)種畜平衡, 研究莆田地區(qū)的環(huán)境承載力, 結(jié)果表明, 該市大部分區(qū)域處于負擔(dān)過重的狀態(tài)。牛俊玲等[10]針對河南省規(guī)?；B(yǎng)殖發(fā)展中的耕地污染負荷及風(fēng)險進行研究, 結(jié)果同樣顯示研究區(qū)域內(nèi)大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)已經(jīng)處于畜禽糞便污染中。盛婧等[11]以規(guī)?；B(yǎng)豬場為例, 結(jié)合種養(yǎng)平衡理論, 對種養(yǎng)配置比進行研究, 結(jié)果表明萬頭豬場需要配置的最少農(nóng)田面積分別為糧油作物地272.5~ 285.4 hm2, 或茄果類蔬菜地149.4~188.2 hm2, 或果樹苗木地599.4~1 248.8 hm2。

以上研究大多針對某個城市或區(qū)域, 而對全國畜禽糞便環(huán)境承載力及預(yù)警分析研究相對較少。目前國家正在積極推進總量減排計劃, 也制定了相關(guān)的法律法規(guī)[12-13]; 同時相關(guān)研究[14]證明長期使用養(yǎng)殖或畜禽廢水灌溉農(nóng)田對土壤環(huán)境以及作物產(chǎn)量有一定的影響, 但也有研究[15]表明長期使用養(yǎng)殖污水對蔬菜園進行灌溉增加了土壤中脫氫酶、蛋白酶、脲酶、纖維素酶和酸性磷酸酶的活性。發(fā)達國家在畜禽糞便的資源利用方面已有多年經(jīng)驗, 而根據(jù)各區(qū)域的畜禽糞污排放特點, 明確區(qū)域的畜禽糞便環(huán)境承載閾值, 適量地進行耕地消納是有效利用畜禽糞便的關(guān)鍵。因此, 通過對全國畜禽糞污分布特征的分析, 可以更加直觀地探明我國目前各省的畜禽糞尿污染情況并制定相應(yīng)政策?；诖? 本文根據(jù)官方有關(guān)數(shù)據(jù), 對2016年全國畜禽養(yǎng)殖行業(yè)的糞便產(chǎn)生量、主要污染物含量和流失量進行核算, 分析結(jié)論可對制定畜禽糞污資源化利用發(fā)展政策提供理論依據(jù)。

1 研究材料與方法

1.1 研究對象

以中國(因缺少相關(guān)數(shù)據(jù), 不含臺灣、香港、澳門等地)2016年畜禽養(yǎng)殖量為基礎(chǔ)數(shù)據(jù), 研究31個省(市、自治區(qū))的豬、牛、羊、家禽糞便排放量。

1.2 數(shù)據(jù)來源

畜禽出欄量、耕地面積數(shù)據(jù)來源于《中國畜牧獸醫(yī)年鑒2017》[16], 各類畜禽存、出欄量見圖1。由于目前我國還未對畜禽養(yǎng)殖的飼養(yǎng)周期進行確切規(guī)定, 所以查閱相關(guān)文獻后, 最終將牛、羊飼養(yǎng)周期定為365 d, 豬飼養(yǎng)周期定為199 d, 家禽飼養(yǎng)周期定為210 d[17]。

由于各類畜禽在飼養(yǎng)過程中飼養(yǎng)周期不同, 為避免計算重復(fù), 本文中將牛和羊的存欄量、豬和家禽的出欄量作為當年的飼養(yǎng)量, 本研究中所涉及的各類畜禽日排泄系數(shù)、污染物平均含量及污染物進入水體的流失率均采用生態(tài)環(huán)境部公布的參數(shù)[18]。

圖1 2016年中國31個省份(市、自治區(qū))畜禽養(yǎng)殖數(shù)量

1.3 估算方法

1.3.1 畜禽糞便產(chǎn)生量估算

畜禽糞便產(chǎn)生量計算公式為:

=××/1 000 (1)

式中:為各類畜禽糞便產(chǎn)生量, t×a-1;為飼養(yǎng)量, 萬頭;為飼養(yǎng)周期, d;為各類糞便日排泄系數(shù), kg×head-1×a-1。

1.3.2 畜禽糞便污染物產(chǎn)生量及流失量估算

畜禽糞便中含有多種污染物, 因畜禽種類、飼養(yǎng)周期、飼養(yǎng)環(huán)境不同存在較大差異, 本文主要對畜禽糞便排泄的主要污染物——COD、TP和TN進行估算。大量研究證明, 畜禽糞尿中這些污染物的含量有穩(wěn)定的參數(shù)范圍, 本文中的參數(shù)取自生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)(表1, 表2)。

畜禽糞便中污染物含量的計算公式為:

=×/1 000 (2)

式中:為畜禽糞便中污染物含量, 萬t;為各類畜禽糞便產(chǎn)生量, t?a–1;為各類糞便污染物參數(shù), kg?t–1。

畜禽糞便存放過程中由于雨水沖刷污染物會滲入土壤, 進入周邊水體后會對水環(huán)境產(chǎn)生影響, 故需對污染物的流失量進行計算。計算公式為:

=×(3)

式中:為畜禽糞便流失量, 萬t;為畜禽糞便中污染物含量, 萬t;為畜禽糞便污染物進入水體流失系數(shù), %。

1.3.3 畜禽糞便耕地負荷量估算

耕地畜禽糞便承載力指特定區(qū)域耕地消納糞便的能力, 一般用土壤對畜禽糞便的負荷量來表示[19]。對于種植業(yè)來說, 畜禽糞便不是污染物, 而是天然的肥料, 但是各種畜禽糞便所含養(yǎng)分不同, 不同作物、不同土地對不同畜禽糞便的消納能力也有一定差異。經(jīng)查閱文獻發(fā)現(xiàn), 農(nóng)民的豬糞使用量最容易掌握, 所以此研究中將不同種畜禽糞便換算為豬糞當量。豬糞當量的換算系數(shù)取自國家環(huán)境保護總局公布的全國畜禽養(yǎng)殖行業(yè)污染情況調(diào)查報告[17]。本文在估算耕地的畜禽糞便承載負荷時, 以單位耕地面積畜禽負荷量表示耕地畜禽糞便環(huán)境承載力, 計算公式為:

表1 不同種類畜禽糞便日排放系數(shù)及污染物參數(shù)[16]

表2 畜禽糞便污染物進入水體的流失率[16]

式中:為單位耕地面積畜禽糞便豬當量負荷量, t?hm–2?a–1;為各類畜禽糞便豬糞當量產(chǎn)生量, t?a–1;為計算年份有效耕地面積, hm2;為各類畜禽糞便量, t?a–1;為各類畜禽糞便換算成豬當量的換算系數(shù)(表3)。

1.3.4 畜禽糞便耕地負荷預(yù)警

目前, 全國各省市畜禽糞便的主要去向包括: 就地消納、售給周邊種植戶、堆積發(fā)酵、生產(chǎn)沼氣和有機肥等。較大規(guī)模養(yǎng)殖場的環(huán)境風(fēng)險意識很強, 會側(cè)重選擇自有土地消納或裝有配套的處理設(shè)施。但是在實際運行中有些養(yǎng)殖場的處理設(shè)備利用率不高。一些小規(guī)模的養(yǎng)殖場會更愿意將糞便直接出售給周邊的種植戶, 以減少后續(xù)處理的資金、技術(shù)、設(shè)備和人員等方面的投入。因此, 在畜禽糞便的處理方式中還田仍是主要處理方式。耕地是目前的主要消納場所, 因此對于畜禽糞便耕地承載力預(yù)警程度首先采用畜禽糞便豬糞當量負荷預(yù)警值來分級(表4)。具體計算公式為:

=/(5)

式中:為區(qū)域畜禽污染物負荷量警報值;為單位耕地面積畜禽糞便豬當量負荷量, t?hm–2?a–1;為耕地理論最大適宜污染物承載量, t?hm–2?a–1。

表3 各類畜禽糞便的豬當量系數(shù)[16]

根據(jù)相關(guān)研究, 該文所采用的畜禽糞便耕地理論最大適宜污染物承載量以中國南北地理劃分線——800 mm等降水量線(秦嶺—淮河—喜馬拉雅山東南端一線)為界, 以南以45 t?hm–2?a–1為有機肥最大承載量[20-21], 以北則以30 t?hm–2?a–1為最大承載量[22]。通過對31個省(市、自治區(qū))耕地負荷警報值的計算并對應(yīng)畜禽污染物負荷警報分級方法, 分析目前各省(市、自治區(qū))畜禽糞便污染物對環(huán)境威脅程度。

2 結(jié)果與分析

2.1 畜禽糞便產(chǎn)量、來源結(jié)構(gòu)分析

圖2顯示, 2016年年末31省(市、自治區(qū))畜禽糞便總產(chǎn)量為246 836萬t, 其中糞的產(chǎn)生量占總產(chǎn)生量的66.44%, 尿的產(chǎn)生量占總產(chǎn)生量的33.56%。從畜禽糞尿產(chǎn)生量的分布來看, 四川、河南、山東的畜禽糞尿產(chǎn)生量較多, 分別占全國糞尿產(chǎn)生量的8.66%、8.21%、7.03%。從不同畜禽種類來看, 牛糞產(chǎn)量最大, 為75 688萬t, 占總產(chǎn)生量的30.66%; 豬和羊的糞便產(chǎn)生量相對較少, 為27 264萬t和28 576萬t, 分別占總產(chǎn)生量11.05%和11.58%。本文所采用的排泄系數(shù)為第1次污染普查所計算得出, 牛糞和牛尿的排泄系數(shù)分別為20 kg×head-1×d-1和10 kg×head-1×d-1, 分別是豬糞和豬尿排泄系數(shù)10倍和3倍多, 更是家禽糞的160倍之多。排泄系數(shù)的差異最終導(dǎo)致雖然牛的養(yǎng)殖量不及家禽與生豬的養(yǎng)殖量, 但是糞便產(chǎn)生量卻大于家禽和生豬。

表4 畜禽糞便污染物負荷警報分級[23]

圖2 2016年中國31個省(市、自治區(qū))畜禽糞便產(chǎn)生量

2.2 畜禽糞便污染物產(chǎn)生量與流失量分析

本文所研究的畜禽糞尿污染物主要包括COD、TN、TP(表5), 這3種污染物總產(chǎn)生量分別為6 011萬t、1 302萬t、483萬t。從具體指標來看, 污染物含量最多的是牛糞, 家禽糞含量次之, 因近些年生豬養(yǎng)殖有所限制以及排污系數(shù)相對較小, 所以豬糞污染物含量相對較少。

2016年的COD流失量高達674萬t, 很明顯這會對水體環(huán)境造成很大影響, 特別是對水體污染物中有機污染物的含量影響較大。牛糞中COD含量最大, 為2 346萬t; 羊糞中COD含量最少, 為132萬t; 家禽糞中的TN、TP含量最多, 分別為338萬t、188萬t。

如圖3所示, 所研究的31個省(市、自治區(qū))中, 四川、河南、山東省的COD產(chǎn)量對全國COD產(chǎn)量貢獻率最大, 分別占全國總產(chǎn)生量的8.55%、8.32%、8.02%。因為上述3個省份畜禽養(yǎng)殖量大于其他省份, 而且家禽的豬糞當量換算系數(shù)遠大于牛羊的換算系數(shù), 這導(dǎo)致上述3省換算后家禽豬糞當量占比很大。除以上3省外, 湖南和云南兩省的COD也高于300萬t。COD高的地區(qū)豬牛的養(yǎng)殖量普遍高, 說明生豬對COD產(chǎn)生量的貢獻率較大。從流失量上來看, 四川省的COD流失量最大, 為60萬t。

山東、河南、四川3省畜禽糞便TN產(chǎn)生量分別占全國TN總產(chǎn)量的8.98%、8.23%、8.20%, 而且廣西、廣東、湖南、遼寧等省區(qū)的TN產(chǎn)生量也已經(jīng)處于50~90萬t。由圖3a和圖1所示, TN產(chǎn)生量大的地區(qū), 羊和家禽的養(yǎng)殖量普遍大于豬、牛的養(yǎng)殖量, 而且羊和家禽的TN排泄系數(shù)分別為7.5 kg?head–1?t–1和10.42 kg?head–1?t–1, 遠大于豬、牛的排泄系數(shù)。且豬、牛的養(yǎng)殖量在以上地區(qū)也很大, 綜合導(dǎo)致以上地區(qū)的TN產(chǎn)生量遠大于全國其他省份。四川省的TN流失量最大, 為12萬t。同樣山東、河南、四川也是TP產(chǎn)生量貢獻率較大的省份, 分別占全國TP產(chǎn)生量的9.70%、7.85%、7.49%, 福建、浙江等地目前畜禽養(yǎng)殖所產(chǎn)生的TP基本較少, 因為這幾個省份牛的養(yǎng)殖量相比其他省份少很多, 目前不會影響當?shù)丨h(huán)境。山東省TP的流失量最大, 為4萬t。

表5 2016年中國31個省(市、自治區(qū))畜禽糞便中主要污染物總含量及流失量

圖3 2016年中國31省(市、自治區(qū))畜禽糞尿污染物產(chǎn)生量(a)和流失量(b)

由于各省地形、降雨量等自然因素的影響, 各地污染物流失量的差異也較大, 因為四川省畜禽養(yǎng)殖數(shù)量占比較大, 導(dǎo)致總體的糞污產(chǎn)生量也很大, 進而導(dǎo)致各類污染物的流失量也大。目前來看, 各類污染物產(chǎn)量較多的省份大多處于內(nèi)陸地區(qū)。四川、河南、山東3省應(yīng)重點治理畜禽養(yǎng)殖行業(yè), 控制養(yǎng)殖數(shù)量, 加強后期糞污處理。

2.3 耕地消納畜禽糞便預(yù)警分析

區(qū)域畜禽污染物負荷程度警報值與環(huán)境承載力呈反比, 即隨著前者數(shù)值的增大, 環(huán)境對畜禽糞便負荷量承受能力在逐漸降低, 畜禽糞便對環(huán)境造成的污染影響越大[24]。若預(yù)警值超過一定數(shù)值, 則會對土壤環(huán)境造成影響, 影響土壤的理化性狀, 嚴重時會導(dǎo)致一系列不良后果, 如土壤鹽分累積, 影響作物生長。而且過量家禽糞便施用在蔬菜地中會導(dǎo)致硝酸鹽在蔬菜體內(nèi)累積, 不符合蔬菜標準化生產(chǎn)的要求。從表6可以看出, 31個省(市、自治區(qū))畜禽糞便豬糞當量負荷平均值為19.55t?hm–2?a–1。各省(市、自治區(qū))的負荷差異也很大, 西藏豬糞當量負荷最大, 為186.78 t?hm–2?a–1, 是平均值的9.5倍之多; 其次是青海和北京, 分別為76.10 t?hm–2?a–1、33.94 t?hm–2?a–1; 黑龍江的豬糞當量負荷最小, 為5.11t?hm–2?a–1。青海、北京兩地由于耕地面積相對較少, 則負荷量較大。但是西藏負荷量大是因為養(yǎng)殖量多而耕地面積較少的雙重原因, 所以西藏要注意控制養(yǎng)殖量, 減少糞便的產(chǎn)生。

根據(jù)計算結(jié)果可以看出, 西藏的單位面積耕地豬糞當量負荷級別為Ⅵ級, 已經(jīng)對環(huán)境產(chǎn)生很嚴重威脅; 青海的預(yù)警級別為Ⅴ級, 對環(huán)境造成較嚴重的威脅; 北京市的預(yù)警值為Ⅲ級, 說明已經(jīng)對環(huán)境產(chǎn)生了影響。遼寧、湖南、廣東、廣西、海南、四川、云南7個省份的預(yù)警級別達到Ⅱ級, 說明當?shù)氐男笄菁S便對環(huán)境稍有影響。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

各地區(qū)根據(jù)目前的養(yǎng)殖預(yù)警分析, ‘以地定畜’科學(xué)劃定禁養(yǎng)區(qū)、限養(yǎng)區(qū)和適養(yǎng)區(qū), 不斷優(yōu)化規(guī)模養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)。近些年來, 有關(guān)學(xué)者運用排污系數(shù)法估算了江蘇[25]、北京[26]、四川[23]、河南[27]、湖北[28]、海南[29]等地畜禽糞便污染的情況, 其中四川省的畜禽養(yǎng)殖量已經(jīng)近50%的環(huán)境容量, 這與本文中得出的四川省污染物產(chǎn)生量占比居多結(jié)論一致。所以各地區(qū)要加快引導(dǎo)小散養(yǎng)殖戶有序退出, 引導(dǎo)畜禽養(yǎng)殖向養(yǎng)殖密度較低的適養(yǎng)區(qū)轉(zhuǎn)移。從表6可以看出, 我國一些地區(qū)耕地面積少, 但是養(yǎng)殖數(shù)量居高不下, 導(dǎo)致糞污末端資源利用全量還田處理的方法很難實現(xiàn), 因此需要從源頭控制養(yǎng)殖區(qū)養(yǎng)殖數(shù)量。同時鼓勵大中型規(guī)模養(yǎng)殖場(戶)參與土地流轉(zhuǎn), 擴大養(yǎng)殖用地和經(jīng)營規(guī)模, 實現(xiàn)種養(yǎng)結(jié)合模式就地消納。此外可以通過加快標準化改造規(guī)模養(yǎng)殖場, 改進養(yǎng)殖工藝, 提升設(shè)施裝備等方法, 減少污染物排放量。如西藏、青海、內(nèi)蒙古等農(nóng)牧地區(qū)雖目前以耕地面積進行消納有很高的污染風(fēng)險, 但西部地區(qū)還存在大面積的草地未核算到消納面積中, 因此還有很大的發(fā)展空間。

此文采用的排污系數(shù)為第1次全國污染普查公布的數(shù)據(jù)[1], 由于我國地域較廣, 地質(zhì)條件不同, 南北方氣候差異較大, 降水兩極分化等原因, 各地排放系數(shù)差異很大。排放系數(shù)數(shù)據(jù)是國家基于2007年數(shù)據(jù)測算, 于2010年發(fā)布, 所以目前的排污系數(shù)僅為當時的平均水平, 現(xiàn)今可進一步優(yōu)化產(chǎn)排污系數(shù)[30]。近期有專家學(xué)者對畜禽產(chǎn)排污系數(shù)進行了相關(guān)研究, 發(fā)現(xiàn)廣西地區(qū)除肉牛糞便有機質(zhì)濃度比較穩(wěn)定外, 糞尿中各污染物濃度直接受氣候和飼料營養(yǎng)成分影響, 表現(xiàn)出不同程度的季節(jié)性差異[31], 而且得出的肉牛產(chǎn)排污系數(shù)低于第1次全國污染普查發(fā)布的數(shù)據(jù)。近年來隨著我國畜禽養(yǎng)殖環(huán)境的不斷改善, 治理力度的不斷加大, 養(yǎng)殖規(guī)模持續(xù)整合后, 糞污處理技術(shù)會不斷提高, 產(chǎn)排污系數(shù)也會持續(xù)降低。

畜禽糞便資源化利用的最好途徑是有機肥適量還田。近些年來, 專家學(xué)者針對種養(yǎng)結(jié)合開展了一些研究。王凡[32]得出施用糞肥增加了土壤有效鐵、有效鋅、有效錳含量, 但降低了土壤有效銅含量; 張鳴等[33]研究了畜禽糞肥與化學(xué)肥料配施對小麥()的影響, 發(fā)現(xiàn)畜禽糞肥與化肥配施能提高春小麥產(chǎn)量, 促進養(yǎng)分吸收, 提高肥料利用效率, 培肥土壤, 尤其以雞糞與化肥配施效果最好。由此可見有機肥還田不僅可以解決畜禽糞便的污染問題, 減少化學(xué)肥料的使用, 還可以為作物提供生長的必須養(yǎng)分。對于大型養(yǎng)殖場(戶)可以實行“因場適宜”的綜合治理利用模式, 將畜禽干糞、作物秸稈、壞損蔬菜等養(yǎng)殖、種植過程中產(chǎn)生的廢棄物生產(chǎn)有機肥。例如北京、西藏、青海地區(qū)耕地面積較少, 無法滿足糞便就地消納, 則可以將畜禽糞便加工成有機肥料進行長途運輸, 異地消納; 山東、河南等耕地面積較多的省份, 可以構(gòu)建氧化塘, 發(fā)酵產(chǎn)物沼液進入氧化塘, 經(jīng)過生物降解后, 部分直接用于果蔬和農(nóng)田的施肥灌溉, 部分經(jīng)濃縮后根據(jù)作物需肥特性制成沼液營養(yǎng)液肥, 剩余的沼液經(jīng)深度處理后作為灌溉水施用; 產(chǎn)生的沼氣可以用于養(yǎng)殖場內(nèi)發(fā)電。以此循環(huán)利用, 既為當?shù)剞r(nóng)民創(chuàng)造了經(jīng)濟價值, 也解決了糞污資源化利用的問題。

表6 中國31省(市、自治區(qū))耕地消納畜禽糞便負荷及預(yù)警

續(xù)表6

3.2 結(jié)論

通過對2016年中國31個省(市、自治區(qū))畜禽糞便產(chǎn)生量、污染物產(chǎn)生量、流失量及耕地豬糞當量負荷計算, 得到以下結(jié)論:

1)2016年31個省(市、自治區(qū))糞產(chǎn)生量占總體糞污的66%, 尿產(chǎn)生量占34%。其中牛糞產(chǎn)生量最大, 占全部糞便產(chǎn)量的31%, 是污染物來源的主要因素; 畜禽糞便產(chǎn)生量最大的省份是四川省, 最大產(chǎn)生量為21 370.86萬t。

2)2016年全國31個省份畜禽糞污中COD、TN和TP產(chǎn)生量分別為6 011萬t、1 302萬t、483萬t。從具體指標來看, 污染物含量最多的是牛糞, 家禽糞含量次之, 主要是由于牛糞日排泄系數(shù)較其他畜種高出許多; 由于四川、河南、山東3省畜禽養(yǎng)殖數(shù)量較多, 且污染物的流失量與產(chǎn)生量呈正比。這造成了上述地區(qū)的污染物產(chǎn)生量與流失量在全國貢獻率相當大。僅四川、河南和山東3省的COD、TN、TP流失量之和已占全國31個省(市、自治區(qū))各污染物流失量的24.94%、24.11%、25.23%。

3)2016年全國31個省(市、自治區(qū))畜禽糞便單位耕地面積豬糞當量承載力負荷為19.55 t?hm–2?a–1, 單位耕地面積豬糞當量預(yù)警均值為0.49, 總體預(yù)警值處于Ⅱ級。從耕地消納的方式來看, 目前全國31個省(市、自治區(qū))畜禽糞污的產(chǎn)生已經(jīng)對當前的整體環(huán)境有影響; 不同省份之間耕地畜禽糞便豬糞當量的負荷差別較大, 本文所研究的大部分省份處于Ⅰ級預(yù)警(對環(huán)境無威脅), 已經(jīng)達到Ⅱ級預(yù)警(對環(huán)境有威脅)的省份有遼寧、湖南、廣東、廣西、海南、四川、西藏, 對環(huán)境稍有影響; 北京市預(yù)警值達到Ⅲ級, 已經(jīng)對環(huán)境產(chǎn)生一定的威脅; 青海省預(yù)警值達到Ⅴ級, 已經(jīng)對環(huán)境產(chǎn)生嚴重影響; 西藏自治區(qū)預(yù)警達到Ⅵ級, 當?shù)匦笄菁S污對環(huán)境產(chǎn)生很嚴重的威脅。各省(市、自治區(qū))應(yīng)根據(jù)自身情況充分利用畜禽糞便資源, 在預(yù)警值較高地區(qū)應(yīng)及時做好畜禽養(yǎng)殖總量控制及污染防控措施。

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Characteristic distribution of livestock manure and warning analysis of environmental carrying capacity based on the consumption of cultivated land in China*

ZHANG Tengli1,2, YAN Li1**, WEI Daming2**

(1. College of Resources and Environment, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China; 2. Research Center for Total Amount Control and Emission Trading of Chinese Academy of Environmental Planning, Ministry of Ecology and Environment, Beijing 100012, China)

In order to speed up the utilization of excrement and waste resources in the livestock and poultry breeding industry, and to promote the sustainable development of animal husbandry, it is particularly important to timely grasp the characteristic distribution of excrement and waste for effectively preventing and controlling environmental pollution in the breeding area. At present, most of the researches focus on livestock and poultry feces pollution, based on the level of provinces and cities, while the researches on the national scale are relatively few. In this paper, manure production, pollutant production and pollutant loss in the livestock and poultry industry in 2016 were estimated with the pollution factor method and based on the calculation of China Animal Husbandry Yearbook data. The pig feces equivalent bearing load and early warning, and the value per unit cultivated land area were calculated on the basis of the above analysis and by converting feces and urine produced by different kinds of livestock into pig feces equivalent. Furthermore, the corresponding early warning level of 31 provinces in 2016 was obtained by referring to relevant standards. The results showed that in 2016, the total amount of livestock and poultry manure was 2 468 million tons, of which cattle manure was the most and poultry manure was the least; among the 31 provinces studied, Sichuan Province, Henan Province and Shandong Province had relatively more manure. Assuming that the manure could be effectively consumed by the farmland in the same year, the bearing capacity load of pig feces equivalent per unit cultivated area in 2016 was 19.55; and the early warning value of pig feces equivalent per unit cultivated area was 0.49. Most of the 31 provinces measured in this paper were at level Ⅰ, among which Beijing was at level Ⅲ, Tibet was at level Ⅵ, and Qinghai was at level Ⅴ. According to the result of early warning level, each province should make full use of the livestock and poultry manure according to its own situation. Timely control of the total amount of livestock and poultry breeding, and pollution prevention and control measures should be taken in areas with high early warning value.

Livestock and poultry manure; Pig manure equivalent; Emission coefficient method; Cultivated land load;Load warning

s: YAN Li, E-mail: yanlijau@163.com; WEI Daming, E-mail: lunwen201906@163.com

Dec. 5, 2019;

10.13930/j.cnki.cjea.190853

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S8-1

* 國家重點研發(fā)計劃項目(2018YFD0800100)資助

焉莉, 主要從事農(nóng)業(yè)環(huán)境管理與農(nóng)業(yè)面源污染研究, E-mail: yanlijau@163.com; 韋大明, 主要從事污染物總量控制和管理研究, E-mail: lunwen201906@163.com

張?zhí)冫? 主要研究方向為農(nóng)業(yè)面源污染。E-mail: 15754368647@163.com

2019-12-05

2020-02-18

* This study was supported by the National Key Research and Development Project of China (2018YFD0800100).

Feb. 18, 2020