長三角養殖密集區畜禽養殖污染空間分布特征及污染評估

施常潔　王社芳　戴鑠蘊　劉亞麗　劉波　童儀　羅開洪　羅丹

摘要：為了有效防治畜禽養殖污染，以江蘇省如皋市為研究對象，采用產污系數法和削減排放法核算其畜禽糞便及其污染物（全氮、全磷）的產生量及實際排放量，分析各鎮（街道）畜禽糞便污染物（全氮、全磷）的空間分布特征，并進行污染評估。結果表明，2017年如皋市畜禽糞便及其污染物（全氮、全磷）產生總量分別為16.904萬、1.039萬、0.221萬t，畜禽糞便污染物（全氮、全磷）實際排放量分別為0.615萬、0.132萬t;從空間分布特征來看，西部以及東部個別地區畜禽糞便污染物產生量相對較大，其余鎮（街道）由西向東逐漸減少;如皋市各類畜禽對畜禽糞便及其污染物的貢獻大小依次是肉豬、蛋雞、肉雞、母豬、羊、奶牛;2017年如皋市畜禽糞便污染物（全氮、全磷）污染風險指數分別為0.71、0.44。該結果可以為養殖密集區鎮（街道）級別糞污處理及總量控制提供資料參考。

關鍵詞：畜禽養殖污染;耕地負荷;污染風險評估;長三角養殖密集區

中圖分類號：X713文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2021）01-0176-06

作者簡介：施常潔（1998—），女，安徽安慶人，主要從事農業環境治理研究。E-mail：scj112233@yeah.net。

通信作者：劉波，博士，副教授，主要從事農業環境治理研究。Tel：（0513）85015880;E-mail：38760040@qq.com。

近年來，隨著畜禽養殖業的飛速發展，畜禽糞便污染物產生量不斷增加，其造成的環境壓力日益顯現。畜禽糞便污染是農村面源污染的一個主要來源，其產生的氮磷等物質直接排放到水體環境中是導致水體富營養化的重要原因[1-3]。畜禽養殖糞便及污染物產排量核算與糞污減排潛力評估是環境質量評價、環境規劃和環境政策制定的基礎依據。產排污系數法是核算畜禽養殖污染產排量的常用方法。我國在第1次全國污染源普查期間建立畜禽養殖主要污染源的產排污系數，形成了以大區為單元的畜禽養殖業產排污系數，在大區尺度上具有一定的準確性[4]。但是，由于糞污收集與處理模式多種多樣，現有排放系數相對過于簡化，進而影響結果的準確性。此外，相關研究主要聚焦在全國及省（市、區）等宏觀尺度區域[5-9]，鄉（鎮）等微觀尺度研究較薄弱[10]，難以反映微觀尺度的畜禽糞便排放與減排潛力的空間差異。而隨著我國持續推進污染防治攻堅戰，突出問題導向，堅持一切從實際出發，注重精準施策已成為環境管理的新趨勢[11]。長三角地區由于社會經濟發達，畜禽集約化養殖水平高，從養殖地域分布看，主要集中于江蘇省如皋市的各鎮（街道），本研究以鎮（街道）為單元估算該區域內農用地的畜禽養殖承載力及當前耕地和果園承載的污染負荷情況，以期為區域內調整養殖業布局、治理環境污染、促進畜禽糞便資源化利用提供決策支持，也為其他生態涵養區畜禽養殖承載力分析提供借鑒。

1研究區概況與研究方法

1.1研究區概況

如皋市地處長江三角洲（簡稱長三角）北翼，是長三角畜禽養殖大縣，2017年畜禽養殖量占長三角地區養殖總量的5.21%[12-14]，近年來畜牧業生產仍在快速發展，畜禽養殖規模不斷擴大[15]，如皋市下轄城北街道、如城街道、東陳鎮、城南街道、搬經鎮、磨頭鎮、丁堰鎮、江安鎮、吳窯鎮、下原鎮、白蒲鎮、石莊鎮、長江鎮、九華鎮。

1.2數據來源及研究方法

1.2.1畜禽糞便及其污染物全氮、全磷產生量

排污系數法是核算畜禽污養殖污染產量的常用方法[16]，即根據畜禽飼養量（年末存欄數、年內出欄數）、飼養周期、排泄系數進行計算。目前，國內在估算畜禽糞便及其污染物的年產生量時，主要有4種計算公式：第一，畜禽糞便及其污染物年產生量=年末存欄量×日排泄系數×365（d），該公式沒有考慮畜禽的年內出欄量以及飼養周期，不能準確反映出畜禽糞便及其污染物的年產生量。第二，畜禽糞便及其污染物年產生量=年內出欄量×日排泄系數×飼養周期（d），該公式雖然考慮到飼養周期，但是由于某些役用、蛋奶用和繁殖用途的畜禽在該年份內可能并未出欄，則會導致計算結果偏小。第三，畜禽糞便及其污染物年產生量=（年末存欄量+年內出欄量）×日排泄系數×飼養周期（d），該公式中年末存欄畜禽還未經歷1個飼養周期，會導致計算結果偏大。第四，畜禽糞便及其污染物年產生量=年末存欄量或年內出欄量×日排泄系數×飼養周期（d），該方法既考慮到年末存欄畜禽，又考慮到年內出欄畜禽，存欄量和出欄量的選取可根據畜禽的主要養殖用途來確定，結合飼養周期以后的計算結果更具有可靠性，因此，本研究選取計算公式如下。

本研究選取的畜禽生豬、家禽、山羊和奶牛4類為如皋市主要畜禽養殖種類[17]，活動水平數據來自《如皋市統計年鑒2017》。根據畜禽的主要養殖用途，肉用畜禽（肉豬、肉雞）選擇其出欄量參與計算，役用、蛋奶用和繁殖用途的畜禽（母豬、蛋雞、山羊、奶牛）采用其存欄量進行計算[18]。依據原國家環境保護總局公布的畜禽飼養期數據[19]，結合實地調研的結果，確定各類畜禽飼養周期分別為：肉豬180d，肉雞48d，蛋雞、奶牛、母豬、山羊365d。

畜禽糞便污染物產污系數是指單位時間內單位活動水平產生的糞便污染物的量，該值受到溫度、畜禽種類、養殖方式等多種因素的影響，考慮到這些因素，原農業部科技教育司與第1次全國污染普查領導小組辦公室于2009年公布了《第一次全國污染源普查畜禽養殖業產排污系數與排污系數手冊》，其中畜禽糞便、化學需氧量（COD）、全氮、全磷日產生量來自其中確定的華東地區畜禽養殖產污系數（表1）。

1.2.2全氮、全磷排放量

目前，相關學者對于畜禽糞便排放量的估算大多采用排泄系數法，在活動水平確定的情況下，獲取準確的排污系數是使用該方法計算的關鍵[20-22]。根據目前大多數學者所采用的排泄系數[4，20，22]，雖然考慮到區域特征、畜禽種類、飼養階段、體質量和清糞工藝等因素，但由于糞污收集與處理模式多樣就顯得相對過于簡化，進而影響結果的準確性。王俊能等對畜禽養殖業產排污系數核算體系進行了詳細的探討，發現排泄系數法適用于核算產污量[23]，而對于核算經過不同方式的前端清理、末端處理和利用后才進入環境的實際排放量，應該著眼于其背后的削減量。

通過對文獻的比較分析和專家咨詢的結果，本研究采用公式（2）進行計算。

式中：Ci表示不同養殖模式下畜禽糞便污染物的削減量，萬t;Qi表示不同養殖模式下畜禽糞便污染物的產生量，萬t;Pi表示不同養殖模式下糞便、COD、全氮、全磷的削減率;Eb表示畜禽糞便污染物排放量，萬t;Q表示畜禽糞便污染物產生量，萬t;C表示糞便、COD、全氮、全磷各削減分量，萬t。

目前全國畜禽養殖場采取的欄舍清糞方式主要為干清糞、水沖糞和墊草墊料。通過干清糞方式清出糞便的末端處理主要包括糞污儲存池、生產有機肥、生產沼氣3種處理模式，水沖糞方式末端處理主要包括糞污儲存池、深度處理、生產沼氣3種模式，墊草墊料方式末端處理主要包括生產有機肥和無處理/農業利用2種模式[24-26]，通過調研得知，南通市也不例外。本研究結合參考文獻[27]和2017年如皋市的調研數據及環統數據，分析核算出糞便污染物的清糞方式削減率和末端處理削減率（表2、表3）。

1.2.3耕地負荷與污染評估

1.2.3.1畜禽糞便污染物耕地負荷計算畜禽糞便氮、磷的耕地負荷時，以農田耕地面積作為實際負載面積，單位面積耕地全氮、全磷負荷計算公式為

1.2.3.3畜禽糞便污染物污染風險指數耕地畜禽糞便污染物（全氮、全磷）污染風險指數反映評價單元內當前耕地畜禽糞便負荷量相對于該耕地承載糞便容量的飽和程度。計算方法如下：

式中：PI表示畜禽糞便污染風險指數，PI>2.0說明農用地處于高污染風險等級;>1.0～2.0屬于較高污染風險等級;>0.5～1.0屬于中污染風險等級;>0.25～0.50屬于低污染風險等級;<0.25處于無污染風險等級。

2結果與分析

2.1畜禽糞便及污染物產生與構成

2.1.1空間分布特征

根據畜禽糞便、畜禽糞便污染物計算公式，結合畜禽養殖統計數據和第1次全國污染普查產污系數，獲得如皋市各鎮（街道）2017年畜禽養殖業糞污產生空間分布特征（圖1）。如皋市2017年的畜禽糞便及其污染物全氮、全磷產生總量分別為16.904萬、1.039萬、0.221萬t。如皋市下轄14個鎮（街道），西部及東部個別地區畜禽糞便污染物產生量相對較大，其中搬經鎮最大，各畜禽糞便污染物產生量均居首位，以糞便為例，搬經鎮的產生量是如城街道的7.06倍，這是由于其畜禽養殖量大造成的。其次貢獻稍大的是城北街道、江安鎮和白蒲鎮。這4個鎮（街道）畜禽糞便污染物產生量穩居如皋市前列，各糞便污染物產生總量占如皋市總產生量的比例分別高達54.38%、55.63%、54.13%、54.57%，其根本原因是4個鎮（街道）的肉豬養殖數量遠超過其他鎮（街道）。其余鎮（街道）由西向東逐漸減少，其中如城街道的各畜禽糞便污染物產生量最小。城北街道與如城街道雖然在地理位置上相互靠近，但是畜禽糞便污染物產生量卻相差甚遠。可見，以鎮（街道）為基本研究單元更能反映區域畜禽養殖糞便污染物的強空間差異性。

2.1.2產生構成

由圖2可知，肉豬畜禽糞便產生量最大，其次是蛋雞和肉雞，三者之和占總量的89.88%，基本承載了如皋市畜禽糞便的排放。肉豬畜禽糞便污染物產生量占比最高，達到68.17%（全氮），而母豬、奶牛、羊最高僅有6.69%、1.49%、2.45%。如皋市肉豬和禽類養殖量大，從而導致其糞便污染物產生量高。而羊的養殖基量雖然大于奶牛，但是全氮產生量較小，這與奶牛的全氮日排放系數較大相關。

2.2畜禽糞便污染物實際排放

按照畜禽糞便污染物排放公式，結合不同清糞方式和末端處理模式下各污染物的削減率以及如皋市2017年畜禽糞便的處理情況，獲得如皋市各鎮（街道）2017年畜禽養殖業糞污排放量（表4）。如皋市2017年的畜禽糞便污染物全氮及全磷排放總量分別為0.615萬、0.131萬t，經處理后分別較產生量減少了0.424萬、0.090萬t，這在一定程度上減輕了對環境的壓力。搬經鎮畜禽糞便污染物全氮排放量達0.112萬t，占2017年如皋市排放總量的18.21%，位居如皋市14個鎮（街道）之首。分析其原因發現，搬經鎮養殖場雖然同其他鎮（街道）一樣，大多采用干清糞+糞污儲存池的處理方式，但由于前端產生量大，因此其排放量也居于首位。

2.3耕地負荷及污染評估

畜禽糞便有多種處理方式，由于受到交通運輸、處理工藝等因素的影響，若沒有足夠的耕地去消納它，其中的氮磷養分便得不到充分利用，將對環境造成一定的危害[10]，且耕地消納了適量的畜禽糞便，能在一定程度上改善由于使用化肥而造成的環境污染問題。2017年如皋市畜禽糞便處理主要采用干清糞結合糞污儲存池的末端處理方式，經過一段時間的發酵作為有機肥料直接還田，以農田耕地面積作為負載面積，結合畜禽糞便污染物經過末端處理后的排放量計算獲得單位耕地面積氮和磷的負荷量[30]（表5）。對于畜禽糞便污染物全氮而言，全市平均負荷量達到71.48kg/hm2，低于其限量標準值100kg/hm2，全氮的耕地負荷并未超標。規模化畜禽養殖場為了便于運輸，大多建在城市邊緣地帶，造成該類區域畜禽養殖基量較高，且沒有足夠的土地進行消納，單位面積的土地畜禽污染物負荷量隨之較高，甚至有超過限量標準值的危險。長江鎮、江安鎮、搬經鎮的全氮負荷量分別達到252.44、111.68、116.46kg/hm2，其中長江鎮的耕地負荷量是安全消納臨界點的2.52倍。對于全磷而言，其耕地負荷量為15.23kg/hm2，也低于耕地面積的承載量35kg/hm2的安全消納臨界點，且長江鎮、江安鎮和搬經鎮也相對較高。

為了更全面清晰地反映如皋市畜禽糞便污染物（全氮、全磷）耕地負荷對環境帶來的污染，對該地區畜禽糞便污染物（全氮、全磷）農田負荷量承受程度進行風險評價（圖3）。2017年如皋市畜禽糞便污染物全氮污染風險指數為0.71，處于中污染風險等級，畜禽糞便污染物全磷處于低污染風險等級。整體來看，各鎮（街道）畜禽糞便污染物（全氮、全磷）污染風險差異很大，其中南部地區的長江鎮高污染指數突出，西部及中部地區緊隨其后，北部部分地區尤其是如城街道風險指數較低;局部來看，如皋市畜禽糞便污染物全氮負荷僅有如城街道處于無污染風險等級，處于低污染風險等級的只有城北街道和九華鎮，其他11個鎮（街道）均處于中污染風險及以上等級，其中長江鎮的污染風險指數較高，處于高污染風險等級;全磷負荷的污染風險較全氮而言整體偏低，但仍有6個鎮（街道）的污染風險在中污染風險及以上等級。如果這些鎮（街道）中的畜禽糞便不進行合理的處置，單位面積的耕地糞便、全氮、全磷負荷量過高，畜禽糞便污染物就可能通過土壤帶來面源污染[31]，當地有關單位應采取相應的措施加以控制，避免其耕地負荷進一步加重。

3結論

2017年如皋市畜禽糞便及其污染物全氮、全磷產生總量分別為16.904萬、1.039萬、0.221萬t。各鎮（街道）畜禽糞便污染物產生量差異較大。西部及東部個別地區畜禽糞便污染物產生量相對較大，其中搬經鎮最大，畜禽全磷產生量占全市的17.88%，其次貢獻稍大的是城北街道、江安鎮和白蒲鎮，其余鎮（街道）由西向東逐漸減少，其中，如城街道的各畜禽糞便污染物產生量最小，僅占全市的2.81%。可見，以鎮（街道）為基本研究單元，更能反映區域畜禽養殖承載力的強空間差異性，能有效服務于畜禽養殖差別化管控策略和畜禽糞便處理措施制定。2017年如皋市各類禽畜對畜禽糞便污染物的貢獻大小依次是肉豬、蛋雞、肉雞、母豬、羊、奶牛，其中肉豬、蛋雞和肉雞三者之和占總量的89.88%，主要是由三者的養殖基量大造成的。通過對如皋市畜禽糞便進行末端處理，2017年如皋市的畜禽糞便污染物全氮及全磷排放總量分別為0.615萬、0.131萬t，削減率分別達到40.84%、40.56%，如皋市畜禽養殖業應適當調整養殖模式。2017年如皋市畜禽糞便污染物（全氮、全磷）的耕地負荷分別為71.48、15.23kg/hm2，均未超標，但長江鎮、江安鎮、搬經鎮全氮超標，長江鎮全磷超標，須引起重視;污染風險指數分別為0.71、0.44。整體來看，各鎮（街道）畜禽糞便污染物（全氮、全磷）污染風險差異很大;局部來看，長江鎮污染風險指數最高，畜禽糞便污染物全氮排放已達到高污染風險等級，全磷處于較高污染風險等級。

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