王英剛, 高殊凈, 王 輝, 吳 昊

(沈陽(yáng)大學(xué) 環(huán)境學(xué)院, 遼寧 沈陽(yáng) 110044)

自20世紀(jì)50年代以來(lái),中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速,對(duì)畜禽產(chǎn)品的需求也日益增加,肉類和蛋類產(chǎn)量已達(dá)改革開放前產(chǎn)量的3倍以上,畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速[1].由于當(dāng)時(shí)人們的環(huán)境意識(shí)比較薄弱,肆意排放畜禽廢物,而且畜禽養(yǎng)殖業(yè)相關(guān)規(guī)章制度也不完善,導(dǎo)致畜禽養(yǎng)殖環(huán)境問(wèn)題成為了畜牧業(yè)迅猛發(fā)展的代價(jià)[2].

1 畜禽養(yǎng)殖污染現(xiàn)狀及危害

1.1 我國(guó)畜禽養(yǎng)殖污染現(xiàn)狀

改革開放以來(lái),隨著我國(guó)惠民政策的增多,規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)數(shù)量急速增加,養(yǎng)殖場(chǎng)年產(chǎn)值的增長(zhǎng)率大于10%[3-4].根據(jù)《全國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào)》(2015年)顯示,中國(guó)2015年總廢水排放量中化學(xué)需氧量(COD)排放量為2 223.5萬(wàn)t,其中農(nóng)業(yè)源廢水中化學(xué)需氧量(COD)排放量高達(dá)1 068.6萬(wàn)t,占總廢水化學(xué)需氧量(COD)排放量的50%;總廢水排放量中氨氮排放量為229.9萬(wàn)t,其中,農(nóng)業(yè)源廢水中氨氮排放量為72.6萬(wàn)t,占總廢水氨氮排放量的1/3,由此可見(jiàn)廢水中化學(xué)需氧量、氨氮等污染源很大部分來(lái)自于農(nóng)業(yè)源廢水[5].根據(jù)《中國(guó)環(huán)境年鑒》(2016年)數(shù)據(jù)顯示2011—2015 年間,我國(guó)畜禽養(yǎng)殖廢物中化學(xué)需氧量( COD) 高達(dá)農(nóng)業(yè)源總排放量的95%,氨氮、總磷、總氮的排放量分別占農(nóng)業(yè)源總排放量的75%、75%、60%以上,由此可見(jiàn)我國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染主要來(lái)自于畜禽養(yǎng)殖污染[6].受到畜禽養(yǎng)殖模式以及成本等因素的影響,人們將畜禽養(yǎng)殖過(guò)程中產(chǎn)生的廢物肆意堆積,導(dǎo)致畜禽養(yǎng)殖污染對(duì)環(huán)境造成難以修復(fù)的破壞.所以我國(guó)亟需將畜禽養(yǎng)殖過(guò)程產(chǎn)生的廢物進(jìn)行科學(xué)的減量處理、無(wú)害處理及再利用處理[5].

1.2 畜禽養(yǎng)殖污染對(duì)環(huán)境的危害

由于人們對(duì)畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的廢物不能及時(shí)妥善處理,所以對(duì)環(huán)境造成了多方面污染,主要有土壤污染、大氣污染、水污染和病原微生物污染等.

1.2.1 土壤污染

土壤污染主要有2方面,一方面是畜禽糞便中的N、P等有害物質(zhì)過(guò)度施用于土壤當(dāng)中,有害物質(zhì)不斷蓄積,破壞土壤生態(tài)環(huán)境,從而破壞土壤結(jié)構(gòu).有些養(yǎng)殖廠肆意排放的大量畜禽糞便遠(yuǎn)超出了土壤的承載力時(shí),畜禽廢物無(wú)法被完全消納,也會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu),從而對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生阻礙[6].另一方面畜禽糞便中的重金屬會(huì)嚴(yán)重污染農(nóng)田.據(jù)調(diào)查,豬糞中的Zn、Cu、Cd等重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)947、197、1.35 mg·kg-1[7].因?yàn)樾笄蒺B(yǎng)殖經(jīng)常使用含有Zn,Cu,Fe,As,Cd和Mn等元素的飼料,導(dǎo)致牲畜和家禽糞便中的重金屬元素增多.這些糞便中的重金屬元素等會(huì)慢慢滲入土壤當(dāng)中,嚴(yán)重影響土壤中有機(jī)物的代謝,使土壤平衡受到破壞,同時(shí),農(nóng)作物不斷積累重金屬,最后將影響農(nóng)作物的正常生長(zhǎng),從而危害人類的健康[8].

1.2.2 大氣污染

畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的氣態(tài)污染物主要有CO2、CH4、NH3、H2S、硫醇、吲哚、有機(jī)酸、糞臭素等有害物質(zhì).它們對(duì)大氣污染主要有2個(gè)方面:一是畜禽糞便產(chǎn)生的惡臭等有毒有害物質(zhì)會(huì)經(jīng)糞便腐敗分解而進(jìn)入大氣環(huán)境中,為動(dòng)物疫病的傳播提供了有利條件;二是畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的有害氣體中,一部分是溫室氣體會(huì)導(dǎo)致氣候變暖,另一部分增加了大氣中的氨含量,成為形成酸雨的重要推手.這些都直接或間接的危害人類健康[5].

1.2.3 水污染

畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)排放高濃度的有機(jī)廢水,其營(yíng)養(yǎng)成分很多,如氮和磷.畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)的廢水不僅污染地表水資源,使其富營(yíng)養(yǎng)化,而且還滲透到土壤中,慢慢污染地下水,增加水體中的氨氮濃度,長(zhǎng)期飲用這種受到污染的水會(huì)嚴(yán)重危害人體健康[5].

1.2.4 病原微生物污染

在畜禽養(yǎng)殖過(guò)程中畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)的管理不規(guī)范,不對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)進(jìn)行定期消毒,不對(duì)牲畜和家禽飲用后的污水、洗滌用具、羽毛和孵化殘留物等進(jìn)行妥善處理,很容易滋生蚊蠅等病蟲甚至感染病原微生物,嚴(yán)重威脅畜禽的安全,且禽流感病毒、結(jié)核桿菌、布氏桿菌等還可感染人類,給公共衛(wèi)生安全產(chǎn)生巨大威脅[9].另外一些獸藥在運(yùn)輸和用藥的過(guò)程中不合理,也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染.

2 畜禽養(yǎng)殖環(huán)境污染評(píng)價(jià)

隨著人們逐漸認(rèn)識(shí)到畜禽養(yǎng)殖污染的嚴(yán)重性,對(duì)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境污染的研究也越來(lái)越深入.目前針對(duì)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境污染問(wèn)題,主要從畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力及畜禽養(yǎng)殖環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)這2個(gè)方面開展相關(guān)研究.

2.1 畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力研究方法

畜禽養(yǎng)殖的環(huán)境承載能力由環(huán)境承載能力和儲(chǔ)存能力的概念引發(fā).到目前為止,在中國(guó)出版的研究文獻(xiàn)中,畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力的概念大多基于“能力”. 王延吉等[10]認(rèn)為,以養(yǎng)殖的環(huán)境承載力為基礎(chǔ),在一定的時(shí)期內(nèi),在研究區(qū)域環(huán)境結(jié)構(gòu)體系不發(fā)生變化,且研究區(qū)域環(huán)境功能不發(fā)生惡化的情況下,該研究區(qū)域的環(huán)境支持畜禽養(yǎng)殖的能力.顏志輝等[11]認(rèn)為,畜禽的環(huán)境承載力是指在一定范圍的農(nóng)業(yè)區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境中養(yǎng)分的平衡.該地區(qū)可以繼續(xù)支持最大數(shù)量的牲畜和家禽養(yǎng)殖.宋福忠[12]認(rèn)為,畜禽養(yǎng)殖環(huán)境系統(tǒng)的承載能力是環(huán)境系統(tǒng)對(duì)畜禽養(yǎng)殖系統(tǒng)的負(fù)荷能力,是區(qū)域自然環(huán)境在一定時(shí)期、條件下畜禽養(yǎng)殖環(huán)境系統(tǒng)的承載能力.可以看出,畜禽環(huán)境承載力是環(huán)境在一段時(shí)間內(nèi)抵御畜禽養(yǎng)殖污染的能力.

評(píng)價(jià)環(huán)境承載力的方法包括養(yǎng)分平衡法、灰色建模法、系統(tǒng)分析法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法、大系統(tǒng)理論與層次分析法相結(jié)合等.本文主要介紹以上5種畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力研究方法.

2.1.1 養(yǎng)分平衡原理

畜禽糞便中含有多種營(yíng)養(yǎng)素,包括N,P,K等.畜禽糞便堆肥后主要用于耕地消納或土地修復(fù)處理,基于農(nóng)田種植的養(yǎng)分輸出和畜禽糞便的養(yǎng)分輸入之間的關(guān)系,可以通過(guò)分析氮平衡來(lái)評(píng)估區(qū)域環(huán)境承載能力[13].王筱嬌[14]根據(jù)吉林省松遼流域畜禽養(yǎng)殖現(xiàn)狀、農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)、土地耕作方式,對(duì)吉林省松遼流域進(jìn)行了研究.從土壤氮磷平衡的角度計(jì)算吉林省松遼流域各地畜禽養(yǎng)殖環(huán)境的承載力,將畜禽養(yǎng)殖廠承載力分為不同警戒等級(jí),并判斷和評(píng)估畜禽養(yǎng)殖對(duì)環(huán)境的影響程度.陳天寶等[15]研究了農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中氮肥的流動(dòng)和循環(huán)以及耕地、農(nóng)作物和畜禽養(yǎng)分平衡的關(guān)系.并運(yùn)用畜牧業(yè)生產(chǎn)理論和線性規(guī)劃,利用豬飼料蛋白質(zhì)當(dāng)量和糞便氮排泄當(dāng)量等相關(guān)參數(shù),建立了農(nóng)牧交錯(cuò)帶農(nóng)田承載力的數(shù)學(xué)模型.計(jì)算和比較了四川省農(nóng)業(yè)區(qū)畜禽養(yǎng)殖規(guī)模.潘瑜春等[16]將其他牲畜和家禽轉(zhuǎn)換成豬當(dāng)量,以評(píng)估研究區(qū)域內(nèi)畜禽的環(huán)境承載能力.

隨著研究的不斷深入,人們發(fā)現(xiàn),對(duì)氨循環(huán)的研究更能體現(xiàn)畜禽環(huán)境污染情況.在中國(guó),人為來(lái)源的畜禽養(yǎng)殖氨排放比例為40%～50%.因此,從氮循環(huán)的角度,研究者研究了氮排放量與氨排放量之間的關(guān)系,并計(jì)算了單個(gè)或某個(gè)牲畜單位質(zhì)量的平均氨排放因子.將不同牲畜的平均氨排放因子乘以區(qū)域一級(jí)畜禽養(yǎng)殖數(shù)量(即活動(dòng)水平),以計(jì)算區(qū)域一級(jí)畜禽養(yǎng)殖的總氨排放量.并根據(jù)不同的側(cè)重點(diǎn)建立多個(gè)相關(guān)氨循環(huán)模型,同時(shí)對(duì)其進(jìn)行核算比較[17].該研究思路是現(xiàn)在的熱點(diǎn),還需進(jìn)一步探討.

2.1.2 灰色建模理論

20世紀(jì)80年代,中國(guó)著名學(xué)者鄧聚龍[18]首次提出了灰色系統(tǒng)理論模型.灰色系統(tǒng)意味著“小樣本,信息差”“部分信息已知,部分信息未知”.通過(guò)了解“小樣本”中的信息來(lái)預(yù)測(cè)和理解現(xiàn)實(shí)世界的不確定性,系統(tǒng)正確地掌握和描述系統(tǒng)運(yùn)行和演化的規(guī)律.可以看出,灰色系統(tǒng)理論模型主要研究信息不足和透明度不完全的問(wèn)題,可廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域,如農(nóng)業(yè)、工業(yè)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等眾多領(lǐng)域,解決大量生產(chǎn)、生活及科學(xué)研究當(dāng)中的實(shí)際性問(wèn)題.同時(shí),一些學(xué)者將灰色系統(tǒng)理論模型應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖承載力的研究和比較當(dāng)中.王延吉等[10]對(duì)延邊區(qū)域開展了畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力的研究,構(gòu)建了研究區(qū)域畜禽養(yǎng)殖承載力的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并對(duì)延邊地區(qū)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力進(jìn)行了量化,然后運(yùn)用灰色數(shù)列預(yù)測(cè)模型,預(yù)測(cè)了研究區(qū)域2015—2025年的畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力,發(fā)現(xiàn)延邊地區(qū)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力預(yù)測(cè)值均超過(guò)適宜值,發(fā)展前景不容樂(lè)觀.王曉燕等[19]也對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)畜禽養(yǎng)殖數(shù)據(jù)進(jìn)行了分類和分析,對(duì)未來(lái)畜禽養(yǎng)殖負(fù)荷進(jìn)行了分析和預(yù)測(cè).

2.1.3 系統(tǒng)分析模型

系統(tǒng)分析模型是由灰色建模理論延伸,根據(jù)系統(tǒng)分析原理對(duì)環(huán)境承載力進(jìn)行研究的分析方法.由于著眼點(diǎn)及采用的數(shù)學(xué)工具不盡相同,從而衍生出許多不同的分析方法[10].潘雪蓮等[20]選取7個(gè)指標(biāo),將畜禽養(yǎng)殖與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)相結(jié)合,通過(guò)對(duì)深圳市畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力數(shù)據(jù)的計(jì)算分析和系統(tǒng)分析方法,預(yù)測(cè)研究區(qū)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力.根據(jù)分析和預(yù)測(cè)結(jié)果,為畜禽養(yǎng)殖業(yè)進(jìn)行規(guī)劃.董法秀等[21]應(yīng)用系統(tǒng)分析方法,開展了對(duì)長(zhǎng)沙市的畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力的研究,應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行量化,對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力分析,發(fā)現(xiàn)研究區(qū)域畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力介于適宜值與警戒值之間,需加強(qiáng)研究區(qū)域畜禽養(yǎng)殖污染物的合理利用.

2.1.4 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是一種基于反饋控制和使用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)作為研究復(fù)雜社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的定量方法.它通過(guò)建立一定的數(shù)學(xué)模型及數(shù)學(xué)關(guān)系計(jì)算得出系統(tǒng)各個(gè)變量間的相互作用,通過(guò)對(duì)所建模型的預(yù)測(cè)得出研究現(xiàn)狀與趨勢(shì),通過(guò)不斷調(diào)整對(duì)系統(tǒng)影響較大的參數(shù)使所建模型最優(yōu)化,并比較和分析仿真結(jié)果,以獲得最佳的優(yōu)化方案[22].黃成[23]從自然資源供給,社會(huì)條件支持和環(huán)境污染承載力3類中選擇了相關(guān)指標(biāo).通過(guò)多重共線性分析方法,構(gòu)建了適合研究區(qū)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,通過(guò)層次分析法確定了指標(biāo)的權(quán)重.并利用極值法,對(duì)指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱處理,通過(guò)加權(quán)求和對(duì)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力進(jìn)行量化.通過(guò)建立適合研究區(qū)域的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載能力進(jìn)行預(yù)測(cè).他注重社會(huì)支持條件及自然資源類指標(biāo),建立了更加完善的指標(biāo)體系,并進(jìn)行了權(quán)重分析,運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法劃分子系統(tǒng)進(jìn)行因果分析,使研究區(qū)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力計(jì)算更加全面系統(tǒng).安晶潭[24]從資源環(huán)境,社會(huì)環(huán)境和畜禽養(yǎng)殖環(huán)境中選擇了19個(gè)指標(biāo)構(gòu)建指標(biāo)體系.采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法和多層次模糊評(píng)價(jià)方法,對(duì)研究區(qū)畜禽養(yǎng)殖資源環(huán)境承載力進(jìn)行了模擬預(yù)測(cè)、預(yù)警和情景分析.并針對(duì)云南大理白族自治州中規(guī)模化養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及污染物產(chǎn)生量進(jìn)行了分析和預(yù)警.他增加了環(huán)境狀況評(píng)價(jià)類指標(biāo),可以了解 GDP與廢污排放量之間的關(guān)系、與工業(yè)廢污排放量之間的關(guān)系,并利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法建立指標(biāo)體系分析權(quán)重,對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行因果分析,可以更全面系統(tǒng)地計(jì)算研究區(qū)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力.

2.1.5 大系統(tǒng)理論與層次分析法(AHP)相結(jié)合

大系統(tǒng)理論可以處理具有大規(guī)模,不同目標(biāo),復(fù)雜結(jié)構(gòu)和多影響因素的復(fù)雜系統(tǒng).一般將大系統(tǒng)分解成幾個(gè)相互關(guān)聯(lián)的小系統(tǒng)并對(duì)其進(jìn)行多種方法的平衡與協(xié)調(diào)[25-26].在承載力研究方面應(yīng)用大系統(tǒng)理論構(gòu)建成水平、垂直的三維空間模型,空間曲面上的點(diǎn)則代表著不同的承載力狀態(tài).與大系統(tǒng)理論類似,分析層次過(guò)程是一種目標(biāo)決策方法,它結(jié)合了美國(guó)運(yùn)營(yíng)研究員Satty提出的定性和定量分析.其研究思路是在明確研究目標(biāo)、弄清問(wèn)題邊界后將決策問(wèn)題層次化,并根據(jù)相鄰上下兩層元素間的相對(duì)重要性構(gòu)建判斷矩陣,通過(guò)矩陣運(yùn)算獲得每個(gè)級(jí)別的每個(gè)元素的相對(duì)重要性,然后通過(guò)組合級(jí)別將權(quán)重給予目標(biāo)層.最后通過(guò)加權(quán)運(yùn)算得出環(huán)境承載力[27].宋福忠[12]建立了基于大系統(tǒng)理論的空間三維模型來(lái)計(jì)算畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載系統(tǒng)量化力的數(shù)值,并通過(guò)層次分析法分析指標(biāo)的權(quán)重,對(duì)重慶市畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力進(jìn)行計(jì)算.

2.2 畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力不同研究方法的比較

以上幾種畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力研究方法各有利弊.①養(yǎng)分平衡原理方法,通過(guò)氮素排放與土地吸收養(yǎng)分的平衡來(lái)研究畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力.該方法的優(yōu)點(diǎn)是主要考慮土地、作物、畜禽糞便之中N、P等的轉(zhuǎn)移,以小見(jiàn)大.不足是這種方法針對(duì)性較強(qiáng),忽略畜禽養(yǎng)殖廢污中重金屬等其他污染物等對(duì)于環(huán)境的污染,不能全面具體地體現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力.②灰色建模理論方法,通過(guò)“小樣本”數(shù)據(jù)對(duì)環(huán)境承載力進(jìn)行分析,優(yōu)點(diǎn)是突破傳統(tǒng)思想,同時(shí)處理數(shù)據(jù)時(shí)計(jì)算簡(jiǎn)便,且對(duì)數(shù)據(jù)沒(méi)有較強(qiáng)的限制.但此方法的不足在于預(yù)測(cè)精度不高,對(duì)實(shí)際情況僅可做參考,在僅有條件下預(yù)測(cè)的結(jié)論會(huì)令人無(wú)法接受,甚至導(dǎo)致結(jié)果失真[28].③系統(tǒng)分析方法是將灰色建模法與不同數(shù)學(xué)工具相結(jié)合衍生出的方法,對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的本質(zhì)、影響因素和內(nèi)部關(guān)系進(jìn)行分析.此方法的優(yōu)點(diǎn)也是通過(guò)較少量的已知信息對(duì)環(huán)境承載力進(jìn)行分析,同時(shí)為復(fù)雜的決策問(wèn)題提供了簡(jiǎn)單的解決方法,但由于該評(píng)價(jià)方法與數(shù)學(xué)工具相結(jié)合針對(duì)性較強(qiáng),因此應(yīng)用有局限性.④系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法具有容易分析、模型構(gòu)造簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),并且可通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行科學(xué)的畜禽養(yǎng)殖規(guī)劃,對(duì)后期改進(jìn)起到支撐作用.但此方法的不足是預(yù)測(cè)過(guò)程分別將每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè),數(shù)據(jù)量較大可能會(huì)造成一定誤差.⑤大系統(tǒng)理論與層次分析法相結(jié)合方法將大規(guī)模復(fù)雜的系統(tǒng)拆分成幾個(gè)小系統(tǒng),優(yōu)點(diǎn)是將復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化,并將復(fù)雜問(wèn)題層次三維化,利用數(shù)學(xué)思維解決實(shí)際問(wèn)題.但不足是系統(tǒng)層次三維化比較抽象,小系統(tǒng)多時(shí)不利于快速有效分析.這5種方法各有優(yōu)缺點(diǎn),可依據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)及條件選擇合理方法對(duì)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力進(jìn)行研究.

2.3畜禽養(yǎng)殖污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究方法

畜禽養(yǎng)殖污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是指研究畜禽養(yǎng)殖過(guò)程中產(chǎn)生的廢物對(duì)環(huán)境的影響程度.目前專門針對(duì)畜禽養(yǎng)殖污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究還比較少,且多基于畜禽養(yǎng)殖污染相關(guān)的某些過(guò)程、影響因子和模型開展評(píng)價(jià),缺乏系統(tǒng)性.本文對(duì)應(yīng)用較多的排污系數(shù)法、較有創(chuàng)新的遙感分布式面源污染計(jì)算法及多因子加權(quán)綜合評(píng)分法進(jìn)行介紹.

2.3.1 基于排污系數(shù)法

該方法主要通過(guò)污水系數(shù)法計(jì)算畜禽負(fù)荷,然后對(duì)當(dāng)?shù)匦笄菁S便負(fù)荷預(yù)警值進(jìn)行計(jì)算和分級(jí).沈根祥等[29]等通過(guò)計(jì)算畜禽糞肥當(dāng)量負(fù)荷(q)和當(dāng)?shù)剞r(nóng)田的有機(jī)肥負(fù)荷最大適宜施用量(p)的比例,得出牲畜糞便負(fù)荷的預(yù)警值(r),并對(duì)預(yù)警值進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià).他對(duì)上海市郊農(nóng)田畜禽負(fù)荷進(jìn)行預(yù)警值計(jì)算與分級(jí),得出了研究地區(qū)畜禽企業(yè)布局不合理,近郊城鄉(xiāng)及遠(yuǎn)郊局部地區(qū)負(fù)荷量過(guò)高,一些城區(qū)郊區(qū)畜禽糞便負(fù)荷超過(guò)了土地承載力,該地區(qū)科學(xué)規(guī)劃和管理迫在眉睫等結(jié)論.王曉燕等[19]在其基礎(chǔ)上加以改進(jìn),利用氮循環(huán)的原理,計(jì)算每單位耕地面積的實(shí)際畜禽產(chǎn)生糞便中的氮負(fù)荷量(LR)以及每單位耕地最大的畜禽氮負(fù)荷量(Lmax)的比值,即畜禽預(yù)警值(A),并對(duì)預(yù)警值進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià).王成賢等[30]在王曉燕的基礎(chǔ)上又對(duì)土壤次生鹽漬化和重金屬累計(jì)進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),依據(jù)當(dāng)?shù)刂亟饘傥廴?著重對(duì)重金屬進(jìn)行了評(píng)價(jià).

2.3.2 遙感分布式面源污染計(jì)算法

該方法主要是依據(jù)遙感模型得到研究區(qū)域相關(guān)畜禽糞污排放負(fù)荷,通過(guò)數(shù)據(jù)整理及預(yù)警值的計(jì)算對(duì)畜禽污染進(jìn)行評(píng)價(jià)[31].王雪蕾等[32]在安徽省巢湖地區(qū)畜禽養(yǎng)殖面源污染研究的過(guò)程中應(yīng)用DPERS(diffuse pollution estimation with remote semsing)模型對(duì)負(fù)荷進(jìn)行研究分析.結(jié)果表明,2010年巢湖流域COD和NH3-N的污染較重,大部分污染物未經(jīng)相關(guān)處理直接排放于河中,當(dāng)?shù)厮Y源受到嚴(yán)重污染,畜禽養(yǎng)殖的糞便負(fù)荷處于警戒狀態(tài).馮愛(ài)萍等[33]在2016年應(yīng)用MODIS遙感數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng),然后將遙感像元做為基本單元進(jìn)行模擬,采用DPERS面源污染估算模型進(jìn)行了分析,對(duì)海河附近流域的氮磷面源污染進(jìn)行了分布特征分析,并對(duì)“十三五”《重點(diǎn)流域水污染防治規(guī)劃》中劃定的海河流域172個(gè)控制單元進(jìn)行面源污染優(yōu)先控制單元分析,在空間分布上得出,研究區(qū)域的中部及南部區(qū)域氮磷面源污染相對(duì)較重,其中河北省氮磷面源污染物入河量最大.

2.2.3 多因子加權(quán)綜合評(píng)分法

多因子加權(quán)綜合評(píng)分法是根據(jù)研究?jī)?nèi)容篩選出一些影響因子設(shè)立指標(biāo),并對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分析,依據(jù)指標(biāo)權(quán)重來(lái)進(jìn)行指標(biāo)整合計(jì)算的方法[13].張勇[34]在分析畜禽污染的整個(gè)過(guò)程中,借鑒了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)理論,提出從畜禽養(yǎng)殖污染中“源強(qiáng)-途徑-受體”這3個(gè)方面進(jìn)行分析,通過(guò)3S技術(shù)的支持,獲取和篩選出13個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),用SWAT模型對(duì)子流域劃分及模擬污染負(fù)荷,構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系.利用專家評(píng)估方法,層次分析法和熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重,從而對(duì)研究區(qū)域環(huán)境畜禽污染進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià).王浩程等[35]在研究過(guò)程中參考生態(tài)敏感性的相關(guān)理論,選取了5個(gè)敏感方面參數(shù),分別為坡度、高程、水域、道路交通及用地類型,通過(guò)采用與張勇相似的方法,構(gòu)建了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系.并應(yīng)用層次分析法為各個(gè)敏感方面參數(shù)賦予權(quán)重,通過(guò)GIS軟件進(jìn)行多因子加權(quán)疊加分析,對(duì)研究區(qū)域開展了生態(tài)敏感性的綜合評(píng)價(jià).

2.4 畜禽養(yǎng)殖污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)不同方法的比較

以上幾種畜禽污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法各有利弊.①基于排污系數(shù)法有方法簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)處理方便、省時(shí)省力等優(yōu)點(diǎn).不足是此方法有些片面,很多其他影響因素沒(méi)有考慮進(jìn)去,不能完全根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r評(píng)價(jià)畜禽的污染情況.②遙感分布式面源污染計(jì)算法在利用排污系數(shù)法的基礎(chǔ)上應(yīng)用遙感系統(tǒng)獲得相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行研究.這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于獲得的數(shù)據(jù)較新且可靠,但由于研究方向不同,評(píng)價(jià)指標(biāo)較多,數(shù)據(jù)獲取有局限性.③多因子加權(quán)綜合評(píng)分法優(yōu)點(diǎn)在于可以科學(xué)篩選評(píng)價(jià)指標(biāo),區(qū)域劃分細(xì)致,有利于后續(xù)提出空間優(yōu)化建議,可使畜禽養(yǎng)殖污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)向前推進(jìn)一大步.不足為評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選和格柵篩選繪圖復(fù)雜,評(píng)價(jià)指標(biāo)多,計(jì)算相對(duì)復(fù)雜.這3種方法各有優(yōu)缺點(diǎn),可依據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)及條件選擇合理方法進(jìn)行畜禽養(yǎng)殖污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià).

3 結(jié) 論

本文分析并總結(jié)了畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力的5種方法和畜禽養(yǎng)殖污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的3種方法,并比較了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn),主要得出以下2點(diǎn)結(jié)論.

1) 在畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力5種研究方法中,應(yīng)用較多的是灰色建模法、系統(tǒng)分析法和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法.灰色建模法方法較簡(jiǎn)單,可利用小樣本數(shù)據(jù)計(jì)算對(duì)承載力進(jìn)行把握.系統(tǒng)分析法是將灰色建模法與不同數(shù)學(xué)工具相結(jié)合衍生出的方法,可為復(fù)雜的決策提供簡(jiǎn)單的解決方法.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法考慮較多影響因素,使承載力的計(jì)算更系統(tǒng),且能預(yù)測(cè)并提供科學(xué)治理措施.畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力粗略計(jì)算應(yīng)用最廣泛的是養(yǎng)分平衡法,它應(yīng)用元素的轉(zhuǎn)換與循環(huán),對(duì)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力進(jìn)行評(píng)價(jià),原理簡(jiǎn)單.5種方法中比較有創(chuàng)新性的方法是大系統(tǒng)理論與層次分析法相結(jié)合法,它將復(fù)雜問(wèn)題層次三維化,利用數(shù)學(xué)思維解決實(shí)際問(wèn)題.這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn),可根據(jù)實(shí)際情況篩選合適的方法對(duì)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境承載力進(jìn)行研究.

2) 在畜禽養(yǎng)殖環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的3種方法中,排污系數(shù)法有方法簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)處理方便等優(yōu)點(diǎn).遙感分布式面源污染計(jì)算法在排污系數(shù)法的基礎(chǔ)上獲得的數(shù)據(jù)較新且可靠.比較有創(chuàng)新性的方法是多因子加權(quán)綜合評(píng)分法,這種方法科學(xué)篩選評(píng)價(jià)指標(biāo),區(qū)域劃分細(xì)致,有利于后續(xù)提出空間優(yōu)化建議.這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn),可根據(jù)實(shí)際情況篩選合適的方法對(duì)畜禽養(yǎng)殖進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià).