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农用地畜禽粪便负荷及环境风险评价—以郑州市为例

来源: http://www.huiguo.net.cn/    发表日期:2015-08-07    浏览:2465

关键词:

畜禽粪便是富含有机质及氮磷钾等的肥料资源,常用来提高土壤肥力,改善土壤结构,增强土壤持续生产能力,但畜禽粪污也是畜禽养殖业中亟需解决的问题之一,畜禽粪污如果随意堆放,不做任何处理,必然会破坏生态环境。传统家庭畜禽养殖通过农作物吸收及土壤本身自净能力,对环境不会产生严重的污染,规模化畜禽养殖场通过沼气池(灌)集中处理畜禽产生的污染,但由于养殖场的不合理布局,处理设备数量有限,处理标准达不到环保标准,投入少,导致污水处理量小于排污量,粪便一般施用在养殖场附近,局部施用的畜禽粪便量太多,农用田无法全部消纳,这对生态环境造成了严重的破坏。本文通过对郑州市农用地畜禽废污的排放量和污染负荷,对现有畜禽粪便排放量进行环境风险评价,并为规模化农用地畜禽养殖业的健康发展和污染控制提供参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究区概况

郑州是河南省会所在地,是全国交通枢纽和商贸城,市区人口及流动人口和外来常住人口保持在420万人左右,拥有着庞大的畜产品消费群体,因此畜牧业也成为郑州市农村经济的重要支柱产业,近年来畜牧业在我市的发展明显加快了步伐,发展前景也更加广阔,郑州市畜牧局针对“十二五”制定了现代畜牧业发展规划。在这样的背景下,我们更应该对郑州市农用地养殖场污染物进行调查及控制对策,更好的协调畜牧污染与环境间的关系,保证人与自然的和谐发展,保证畜牧业的可持续发展。

1.2 研究方法

畜禽饲养期确定:理论上一般按全年(365d)的标准估算存栏头数的饲养期。在实际操作中,需要参考国内外专业资料来确定各类畜禽出栏头数的饲养期,具体数据详见表1。

畜禽粪便排泄系数确定:畜禽种类、性别、饲料、生长期、天气等因素与其粪便排泄系数息息相关。在国内,对于畜禽粪便排泄系数还没有一套比较成熟的核算标准。本文基于国家环保总局提出核算要求,综合了畜牧、环保专业的学者、专家的意见,最终确定了河南省各类畜禽的粪便排泄系数K(详见表2)。



由于畜禽的饲养情况等原因,畜禽粪便的养分含量没有统一的估算标准,依据河南规模化养殖场采样分析,参考国家环保总局文件和相关研究资料,确定畜禽粪便中的养分含量(见表3)。

1.2.1 郑州市畜禽粪便排放总量Q的估算


1.2.3 畜禽粪便负荷量的计算

结合相关文献、资料进行实地考察,将不同农用地对粪便成分的消纳量、2009年土地利用现状图形数据代入公式(4),求得农用地畜禽粪便负荷量。




1.2.4 环境风险评估

通过养分收支平衡法来评估养分流失所造成的环境风险,基于排泄系数估算法得到畜禽养分排放量,然后根据郑州市农委采集的基础数据通过估算得到粪肥的可利用养分量。最后通过地区作物年产量估算出作物养分需求量,得到氮、磷养分收支平衡率和养分失衡率(未考虑化肥的影响),计算公式如下:

2 畜禽饲养和畜禽粪便的污染负荷分析

2.1 畜禽词养情况

河南省畜禽养殖主要分布在商丘、周口、驻马店、信阳、南阳五大地市,养殖总量占全省近半的规模。近几年来,养殖场越来越多,禽畜养殖初具规模,为推动区域经济发展做出了巨大贡献。郑州市采取以奖代补和风险补助等方式,激励畜禽规模养殖场加大投入,改善生产条件,加快粪污无害化处理设施建设,郑州市的规模化畜禽场数据统计如表4所示。


2.2 畜禽粪便污染物的排泄系数和污染物产生量估算

畜禽的粪便排泄系数即单个动物1天的排便量,其数值大小主要取决于禽畜的种类、性别、品种、生长期、饲养期和天气状况等诸多因素。基于日本农业公害手册及上海市农业科学院畜牧研究成果,通过试验获得表5所示的畜禽粪便污染物排泄系数。

畜禽粪便污染是世界各国面临的一个普遍性问题,而不仅仅是澳大利亚等畜牧发达国家的问题。为便于估算,按照禽畜的种类及生长期,将其转化成已知排泄系数动物的相应量,据此推算畜禽粪尿产生量。结果如表6所示。由表6可知,郑州市畜禽全年产生的尿液290.694万t, COD8.377万t,NH3-N1.467万t。

3 畜禽粪便污染物负荷

3.1 畜禽粪便流失污染负荷估算

饲养畜禽所产生的粪便有的是直接排放入水环境,有的是随意堆放,在降雨过程中被冲入水体,污染了水环境。相关研究显示,目前畜禽粪便的流失率高达30%~40%。根据式(1)养殖粪便流失污染负荷R采用国内普遍使用的根据畜禽饲养量、饲养周期和饲养内日均粪污排泄量的算法进行计算。

3.2 农田畜禽粪便负荷量分析

畜禽粪便负荷量即单位面积农田承载的畜禽粪污量。它能从侧面反映出某地区畜禽饲养密度以及畜禽养殖业布局是否合理。畜禽粪便负荷警报值R间接反映各地区畜禽粪便负荷承受程度。R值越大,环境对畜禽粪便负荷量的承受能力越小,畜禽粪便对环境造成的污染威胁性就越大。通过表7所示的估算结果我们不难发现,郑州单位耕地面积平均粪负荷为23.12t/hm2,平均NH3-N负荷为50.57kg/hm2;警报级别为11级,对环境稍有影响。此外,畜禽养殖大量粪污产生的同时,也产生了大量的COD、NH3-N等污染物。

4 结论

①根据郑州市农用地畜禽养殖业发展现状和污染物产生量大,处理和综合利用率较低的特点看,畜禽养殖所产生的粪污比较集中,畜禽养殖场周围基本农用田的粪便负荷逐年增加,对生态环境造成极大的污染,致使环境风险越来越局。

②郑州市一般每公顷耕地能够负荷的畜禽粪便量约为30t,粪肥年施氮量的限量标准是170kg/hm2,年施磷量的限量标准是35kg/hm2。2011年河南省的畜禽粪便产生量为26695.4万t,畜禽粪便耕地负荷是37.lt/hm2,氮耕地负荷是180.8kg/hm2,碳耕地负荷是52.2kg/hm2,均超过耕地的承载能力。因此,在发展过程中应适度,并且要妥善解决畜禽粪便出路问题,以免造成环境污染。现阶段,郑州市在这方面尚有诸多问题亟待解决,譬如管理不力,种植与畜禽部门各自为政,缺乏沟通。笔者建议,应该强化对畜禽养殖场的管理与协调工作,及时更新粪污处理设备,提高工作效率,使粪污能处理量尽量与排放量持平,以减少对周围环境的破坏。

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