2000—2014年河南畜養(yǎng)產(chǎn)污核算及規(guī)律分析

付強(qiáng)，吳根義，潘鵬，王萬同

(1.河南師范大學(xué)旅游學(xué)院,河南新鄉(xiāng) 453007；2.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京 100101；3.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,長沙 410128；4.環(huán)保部環(huán)境工程評估中心,北京 100012）

2000—2014年河南畜養(yǎng)產(chǎn)污核算及規(guī)律分析

付強(qiáng)1，2，吳根義3*，潘鵬2，4，王萬同1

(1.河南師范大學(xué)旅游學(xué)院,河南新鄉(xiāng) 453007；2.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京 100101；3.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,長沙 410128；4.環(huán)保部環(huán)境工程評估中心,北京 100012）

為研究省域畜養(yǎng)產(chǎn)污規(guī)律,在構(gòu)建畜養(yǎng)產(chǎn)污核算、農(nóng)田消納、承載負(fù)荷模型的基礎(chǔ)上,以河南省為例分析了河南省主要畜種的產(chǎn)污量和單位面積的N、P消納量及承載負(fù)荷。結(jié)果表明,河南省2014年畜養(yǎng)產(chǎn)污糞便、尿液、COD、TN、TP、Cu、Zn分別為6 307.53萬、6 165.88萬、1 315.67萬、80.67萬、12.60萬、0.16萬、0.48萬t；2000—2014年河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污存在著階段性規(guī)律,TN與TP的增長相對較快,但目前已趨于穩(wěn)定；2014年河南省單位面積農(nóng)田N、P的承載負(fù)荷分別為0.33和0.25,引導(dǎo)三分之一的作物種植面積用于畜養(yǎng)產(chǎn)污的還田利用就能夠滿足當(dāng)前河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污的消納需求。研究方法對接污染源普查核算工作,綜合考慮各畜種的養(yǎng)殖周期、養(yǎng)殖階段和在省域的結(jié)構(gòu)性變化,能夠探索出不同畜養(yǎng)污染物在研究期內(nèi)的變化差異性。

畜養(yǎng)產(chǎn)污；農(nóng)田消納；承載負(fù)荷；河南

隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速增長,國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)都得到了快速發(fā)展,但隨之而來的環(huán)境問題也日益凸顯。根據(jù)我國環(huán)保部2017年發(fā)布的《2016中國環(huán)境狀況公報(bào)》,中國地表水和地下水水質(zhì)較差的監(jiān)測斷面(監(jiān)測井）分別占32.3%和60.1%,中國的水環(huán)境污染形勢非常嚴(yán)峻。水環(huán)境污染根據(jù)污染源發(fā)生類型分為點(diǎn)源污染和非點(diǎn)源污染［1］。隨著工業(yè)源等點(diǎn)源污染控制技術(shù)的發(fā)展,點(diǎn)源污染得到有效控制,非點(diǎn)源污染成為全球范圍的突出問題［2］,且造成水源地污染的主要是農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染［3］。2010年全國第一次污染源普查公報(bào)顯示,農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染是中國地表水污染的主要來源,而畜禽養(yǎng)殖污染的COD、TN和TP分別占農(nóng)業(yè)污染源的96%、38%和56%［4］。如何在特定生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)環(huán)境下發(fā)展畜養(yǎng)業(yè),同時(shí)保證區(qū)域可持續(xù)發(fā)展,成為目前急需解決的重要問題［5］。

近年來國內(nèi)學(xué)者從糞便污染、耕地氮磷負(fù)荷、畜禽污染的時(shí)空特征等角度研究中國的畜禽養(yǎng)殖污染,研究結(jié)果表明.畜禽糞便氮磷污染風(fēng)險(xiǎn)較高的地區(qū)主要分布于中國的東部地區(qū)［6］,如果不進(jìn)行政策干預(yù),全國畜禽糞便總污染量將大幅增至2020年的2.98億t［7］；從畜禽污染發(fā)展上看,我國畜禽養(yǎng)殖造成的污染較嚴(yán)峻,污染程度與人均GDP之間存在倒“U”型曲線關(guān)系,且已跨過曲線拐點(diǎn)［8］；中國農(nóng)田消納畜禽糞便的潛力較大,通過畜禽糞便還田利用能夠有效解決糞便污染問題［9］。在相關(guān)學(xué)者的省域畜禽養(yǎng)殖污染研究中,全國畜禽糞便TN、TP產(chǎn)生量分別是380.56萬t和63.89萬t,按畜種生豬占41.2%和34.8%,按省域河南居全國第二(分別占13.7%和13.3%）［9-10］。

河南省是農(nóng)業(yè)大省,全省糧食產(chǎn)量約占全國的十分之一,畜產(chǎn)品產(chǎn)量近幾年則一直位居首位［11］。畜養(yǎng)業(yè)在河南農(nóng)村經(jīng)濟(jì)和農(nóng)民收入中占有重要地位,河南省已經(jīng)形成以黃河灘區(qū)為主的黃河灘區(qū)綠色奶業(yè)示范帶,以商丘、周口、南陽、駐馬店、平頂山為主的中原肉牛、肉羊產(chǎn)業(yè)帶,以許昌、漯河、駐馬店等為主的京廣鐵路沿線生豬產(chǎn)業(yè)帶,以新鄉(xiāng)、安陽、鶴壁為主的豫北蛋肉雞產(chǎn)業(yè)帶［12］。與此同時(shí),畜養(yǎng)業(yè)廢棄物污染已成為環(huán)境污染的重要來源,部分地市畜養(yǎng)污染已超過農(nóng)田的消納和承受能力［13］。河南省生豬基本采用干清糞,堆積發(fā)酵后施肥；肉雞多數(shù)為地面平養(yǎng),有墊料,一次清出堆積發(fā)酵施肥；蛋雞為籠養(yǎng),干清糞；肉牛、奶牛多為散欄式飼養(yǎng),干清糞,晾曬后用于雙孢菇種植等［12］。如何科學(xué)估算畜養(yǎng)污染物產(chǎn)生量、制定引導(dǎo)其資源化利用的管理和治理政策已成為河南亟待解決的問題。

然而,對接污染源普查畜種和普查污染物的畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物產(chǎn)生量(簡稱畜養(yǎng)產(chǎn)污,下文提到的畜養(yǎng)均包含畜和禽）核算研究不多,多數(shù)文獻(xiàn)針對特定畜種［14］、單污染物或較少污染物指標(biāo)［15］進(jìn)行排污分析,河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污研究更鮮有研究［16］。農(nóng)田消納與承載負(fù)荷的研究文獻(xiàn)主要結(jié)合具體研究區(qū)域?qū)嶋H［10］,尋求潛在的規(guī)律性問題,而目前針對河南省域的畜養(yǎng)產(chǎn)污農(nóng)田消納和承載負(fù)荷問題也鮮有研究。鑒于此,本研究借助環(huán)保部《畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》的分畜種產(chǎn)污系數(shù),從畜養(yǎng)產(chǎn)污角度分析河南近年來的畜養(yǎng)產(chǎn)污糞便、尿液、COD、TN、TP、Cu、Zn等污染物的規(guī)律,及河南省畜養(yǎng)氮磷的農(nóng)田消納與承載負(fù)荷,旨在探索一種對接污染源普查工作的省域畜養(yǎng)產(chǎn)污分析方法,同時(shí)為河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污管理政策的制定提供依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與核算方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)污的核算品種選取豬(生豬、能繁母豬）、牛(肉牛、奶牛）、雞(肉雞、蛋雞）,養(yǎng)殖量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于2001—2015年河南統(tǒng)計(jì)年鑒、調(diào)查年鑒、河南農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒等,其中生豬、肉牛、肉雞為出欄量,能繁母豬、奶牛、蛋雞為存欄量。在進(jìn)行畜禽糞便的農(nóng)田消納量和農(nóng)田承載負(fù)荷核算時(shí),耕地面積應(yīng)反映當(dāng)年的種植情況,因此選用河南統(tǒng)計(jì)年鑒的農(nóng)作物總播種面積指標(biāo)。

1.2 畜養(yǎng)產(chǎn)污核算方法

畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)污核算以第一次全國污染源普查畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊的日產(chǎn)污系數(shù)為核算基數(shù),核算糞便、尿液、TP、TN、COD、Cu、Zn等污染物的產(chǎn)生量,核算模型為.

式中：Pk為污染物產(chǎn)生量；Li為第i種畜禽養(yǎng)殖量；θijk為第i種畜禽第j養(yǎng)殖期第k種污染物的日產(chǎn)污系數(shù)；Tij為第i種畜禽第j飼養(yǎng)周期。

飼養(yǎng)周期核算.生豬保育期70 d、生豬育肥期95 d、母豬365 d、奶牛育成期1.5 a、奶牛產(chǎn)奶期4.5 a、肉牛養(yǎng)殖期1 a、蛋雞育雛育成期140 d、蛋雞產(chǎn)蛋期1 a、肉雞養(yǎng)殖期55 d。在畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)污污染物核算過程中,將畜禽養(yǎng)殖周期按照統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)周期(1 a）內(nèi)的養(yǎng)殖天數(shù)進(jìn)行折算。

1.3 畜養(yǎng)產(chǎn)污農(nóng)田消納及承載負(fù)荷分析方法

借鑒楊世琦等［10］的相關(guān)研究,引入畜禽糞便的農(nóng)田消納量(一定區(qū)域農(nóng)田單位面積分?jǐn)偟男笄菁S便產(chǎn)生數(shù)量或氮、磷產(chǎn)生數(shù)量）和農(nóng)田畜禽糞便承載負(fù)荷(一定區(qū)域的畜禽糞便的農(nóng)田容納量與畜禽糞便安全消納容量的比值）,分析河南畜養(yǎng)產(chǎn)污糞便的農(nóng)田消納及承載負(fù)荷,相關(guān)計(jì)算模型如下.

式中：GAPF為農(nóng)田消納量；M為畜禽糞便量或氮磷產(chǎn)生量；S為耕地面積或播種面積。本研究中選取河南省作物總播種面積。

式中：MCL為承載負(fù)荷；SC為畜禽糞便安全消納容量。當(dāng)MCL取值為0、1和大于1分別代表零負(fù)荷、滿負(fù)荷和超負(fù)荷。SC取值標(biāo)準(zhǔn)參考?xì)W盟標(biāo)準(zhǔn),氮170 kg·hm-2,磷35 kg·hm-2［17］。

2 結(jié)果與分析

2.1 畜養(yǎng)產(chǎn)污量核算結(jié)果分析

根據(jù)2000—2014年河南省畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)污核算結(jié)果(表1）,河南省畜禽養(yǎng)殖污染物產(chǎn)生總量逐年增加,2000年為最低值,2014年為最高值,中間略有波動(dòng)。為橫向?qū)Ρ?本研究借助Z標(biāo)準(zhǔn)化方法消除量綱影響,將畜養(yǎng)產(chǎn)污核算值轉(zhuǎn)換成均值為0,方差為1的數(shù)列,轉(zhuǎn)換后的時(shí)間序列數(shù)據(jù)如圖1。通過2000—2014年河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污Z標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果,整個(gè)時(shí)間段內(nèi)河南畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)污總量呈增加趨勢,但明顯以2006年為界分成兩個(gè)階段,即階段Ⅰ(2000—2005）和階段Ⅱ(2006—2014）,與楊飛［18］、付強(qiáng)［19］等對全國畜養(yǎng)規(guī)律的研究一致。

2006年之前的畜牧業(yè)全面發(fā)展階段(1996—2006年）,畜牧業(yè)發(fā)展成為中國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn),畜牧業(yè)養(yǎng)殖方式向規(guī)模化、專業(yè)化和集約化轉(zhuǎn)變,依靠科技加快畜牧業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營步伐［18］,期間中國規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖處于慢速增長階段［19］。畜牧業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展階段(2007年—至今）,畜牧業(yè)的綜合生產(chǎn)能力和整體科技水平得到顯著增強(qiáng)和提高,畜牧業(yè)向技術(shù)集約型、資源高效利用型、環(huán)境友好型轉(zhuǎn)變,畜產(chǎn)品有效供給和質(zhì)量安全得到保障,畜牧業(yè)發(fā)展的生態(tài)環(huán)境得到有效管理控制,總體上向現(xiàn)代畜牧業(yè)生產(chǎn)體系發(fā)展［18］,期間中國規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖處于快速增長階段［19］。

表1 2000—2014年河南畜養(yǎng)產(chǎn)污量核算(萬t）Table 1 LPWG in Henan during 2000—2014

圖1 2000—2014年河南畜養(yǎng)產(chǎn)污量Z標(biāo)準(zhǔn)化Figure 1 Z-Score of LPWG in Henan during 2000—2014

糞便產(chǎn)生量,在階段Ⅰ,從4 565.11萬t增加到6 046.98萬t,增加約32.5%,年均增加6.5%。在階段Ⅱ,從5 151.72萬t增加到6 307.53萬t,增加約22.4%,年均增加2.8%。從2000—2014年整個(gè)時(shí)間段看,河南省畜養(yǎng)糞便產(chǎn)生量增加約38.2%,年均增加約2.7%。

尿液產(chǎn)生量(表1）,在階段Ⅰ,從4 427.25萬t增加到5 967.17萬t,增加約34.8%,年均增加7%。在階段Ⅱ,從5 019.60萬t增加到6 165.88萬t,增加約22.8%,年均增加2.9%。從2000—2014年整個(gè)時(shí)間段看,河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污尿液產(chǎn)生量增加約39.3%,年均增加約2.8%。

COD產(chǎn)生量,在階段Ⅰ,從915.37萬t增加到1 231.86萬t,增加約34.6%,年均增加6.9%。在階段Ⅱ,從1 055.15萬t增加到1 315.67萬t,增加約24.7%,年均增加3.1%。從2000—2014年整個(gè)時(shí)間段看,河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污COD產(chǎn)生量增加約43.7%,年均增加約3.1%。

總氮(TN）產(chǎn)生量,在階段Ⅰ,從50.77萬t增加到71.31萬t,增加約40.5%,年均增加8.1%。在階段Ⅱ,從62.57萬t增加到80.67萬t,增加約28.9%,年均增加3.6%。從2000—2014年整個(gè)時(shí)間段看,河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污TN產(chǎn)生量增加約58.9%,年均增加約4.2%。

總磷(TP）產(chǎn)生量,在階段Ⅰ,從7.93萬t增加到11.16萬t,增加約40.7%,年均增加8.1%。在階段Ⅱ,從9.61萬t增加到12.60萬t,增加約31.2%,年均增加3.9%。從2000—2014年整個(gè)時(shí)間段看,河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污TP產(chǎn)生量增加約58.8%,年均增加約4.2%。

Cu產(chǎn)生量,在階段Ⅰ,從0.10萬t增加到0.14萬t,增加約40.8%,年均增加8.2%。在階段Ⅱ,從0.13萬t增加到0.16萬t,增加約25.4%,年均增加3.2%。從2000—2014年整個(gè)時(shí)間段看,河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污Cu產(chǎn)生量增加約56.3%,年均增加約4.0%。

Zn產(chǎn)生量,在階段Ⅰ,從0.30萬t增加到0.43萬t,增加約41.7%,年均增加8.3%。在階段Ⅱ,從0.37萬t增加到0.48萬t,增加約29.0%,年均增加3.6%。從2000—2014年整個(gè)時(shí)間段看,河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污Zn產(chǎn)生量增加約60.5%,年均增加約4.3%。

2.2 河南畜養(yǎng)產(chǎn)污農(nóng)田消納及承載負(fù)荷核算結(jié)果分析

2000年以來河南畜養(yǎng)產(chǎn)污糞便的農(nóng)田消納及承載負(fù)荷核算結(jié)果如表2。

在階段Ⅰ,河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污TN的農(nóng)田消納值從2000年的38.65 kg·hm-2提升到2005年的51.22 kg· hm-2,增加約32.5%,年均增加約6.5%。相應(yīng)的,其承載負(fù)荷從0.23提高到0.30。在階段Ⅱ,河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污TN的農(nóng)田消納值從2006年的44.71 kg·hm-2提升到2014年的56.11 kg·hm-2,增加約25.5%,年均增加約3.2%。相應(yīng)的,其承載負(fù)荷從0.26提高到0.33。從2000—2014年整個(gè)時(shí)間段看,河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污TN的農(nóng)田消納增加約45.2%,年均增加約3.2%,其承載負(fù)荷從0.23提高到0.33。

在階段Ⅱ,河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污TP的農(nóng)田消納值從2000年的6.04 kg·hm-2提升到2005年的8.02 kg· hm-2,增加約32.7%,年均增加約6.5%。相應(yīng)的,其承載負(fù)荷從0.17提高到0.23。在階段Ⅱ,河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污TP的農(nóng)田消納值從2006年的6.86 kg·hm-2提升到2014年的8.76 kg·hm-2,增加約27.7%,年均增加約3.5%。相應(yīng)的,其承載負(fù)荷從0.20提高到0.25。從2000—2014年整個(gè)時(shí)間段看,河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污TP的農(nóng)田消納增加約45.1%,年均增加約3.2%,其承載負(fù)荷從0.17提高到0.25。

表2 2000—2014年河南畜養(yǎng)糞便的農(nóng)田消納及承載負(fù)荷Table 2 GAPF and MCL of LPWG in Henan during 2000—2014

3 增長規(guī)律及對策分析

根據(jù)河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污、農(nóng)田消納及承載負(fù)荷的計(jì)算結(jié)果,將階段Ⅰ、階段Ⅱ及全階段各污染物增長率整理如圖2,有如下規(guī)律.

第一,各污染物及TN、TP農(nóng)田消納在階段Ⅰ的增長率普遍高于各自在階段Ⅱ的增長率,這種情況在年均增長率上更加顯著(階段Ⅰ年均7%左右,階段Ⅱ年均3%左右）。階段Ⅰ處于中國畜牧業(yè)全面發(fā)展階段,規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖慢速增長,在注重規(guī)模增長的同時(shí)忽視了專業(yè)化和污染物的處理,導(dǎo)致該階段畜養(yǎng)產(chǎn)污的增長率偏高。階段Ⅱ處于中國畜牧業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展階段,科技因素的引入帶來了規(guī)?；?、專業(yè)化的成熟發(fā)展,該階段畜養(yǎng)產(chǎn)污得到一定治理,增長率較階段Ⅰ有所下降。

第二,TN、TP、Cu、Zn在階段Ⅰ和整個(gè)時(shí)段的增長率高于其他污染物,階段ⅡTN、TP與Zn的增長率高于其他污染物。

第三,在整個(gè)時(shí)段,TN、TP、Cu、Zn增長在60%左右,糞便、尿液、COD、TN與TP的農(nóng)田消納增長40%左右。TN、TP年均增長約4%,其余年均增長約3%。

方法層面,本研究在進(jìn)行污染物產(chǎn)生量核算時(shí)采用的核算系數(shù),區(qū)分了不同畜種的養(yǎng)殖周期、每個(gè)畜種養(yǎng)殖過程的不同階段,加上不同畜種在研究時(shí)段內(nèi)的結(jié)構(gòu)化變動(dòng),各個(gè)污染物按照系數(shù)單獨(dú)核算,是一個(gè)綜合的矩陣核算方法。規(guī)律二和規(guī)律三的不同污染物變化的差異性體現(xiàn)了這種綜合計(jì)算的優(yōu)勢。

針對以上規(guī)律,在制定河南省域畜養(yǎng)產(chǎn)污應(yīng)對策略時(shí),可做以下考慮.

第一,河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污階段性明顯,高增長的階段Ⅰ已經(jīng)過去,目前處于相對穩(wěn)定增長的階段Ⅱ,且持續(xù)時(shí)間較長。管理、治理政策的制定也應(yīng)適應(yīng)其當(dāng)前階段增長規(guī)律,持續(xù)一定時(shí)期。

第二,在治理畜養(yǎng)污染物時(shí),有的放矢,主要瞄準(zhǔn)增長率較高的TN、TP、Cu、Zn,重點(diǎn)是TN與TP的處理。氮磷是作物生長所需的重要養(yǎng)分,經(jīng)過堆肥處理的畜禽糞便是高效的天然有機(jī)肥料。根據(jù)袁彩鳳等［12］的研究,2007年河南省糞便綜合利用率為82%,堆漚還田利用占48%,雙孢菇種植利用占25%,沼氣化利用占9%。在現(xiàn)有畜禽糞便消納方式的基礎(chǔ)上,引導(dǎo)果園、菜地施用畜禽糞便有機(jī)肥,引導(dǎo)生態(tài)農(nóng)場優(yōu)先施用,形成大田為主、設(shè)施農(nóng)業(yè)和生態(tài)農(nóng)場為輔,其他方式補(bǔ)充的農(nóng)田消納模式。

圖2 2000—2014年河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污增長特征Figure 2 Growth characteristics of LPWG in Henan during 2000—2014

第三,養(yǎng)殖量與作物種植的農(nóng)田面積均有不同程度的變化,作物種植面積的增加能夠在一定程度上緩解TN、TP的排放。當(dāng)MCL取值為1時(shí)為滿負(fù)荷,而按照目前的狀況,河南省畜養(yǎng)糞便TN的最大MCL值為0.33,TP的最大MCL值為0.25。因此,只要河南省三分之一的作物種植面積用于畜養(yǎng)產(chǎn)污TN的消納,四分之一的農(nóng)田面積用于TP的消納就足夠了?？傮w上,引導(dǎo)三分之一的作物種植面積用于畜養(yǎng)產(chǎn)污的農(nóng)田消納可滿足畜養(yǎng)產(chǎn)污資源利用需要。

需要說明的是,本研究是根據(jù)核算結(jié)果的理論化解釋,未考慮到畜禽糞便清掃、堆積過程中的氮損失率,若考慮相關(guān)學(xué)者研究中給出的清掃和堆積中的氮損失率［20］,河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污的氮消納會進(jìn)一步降低。

4 結(jié)論

經(jīng)過河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污核算、農(nóng)田消納及承載負(fù)荷計(jì)算、增長規(guī)律和對策分析等的研究,本研究探索了對接污染源普查畜種和污染物的省域畜養(yǎng)產(chǎn)污核算方法,以河南省為例的省域畜養(yǎng)產(chǎn)污研究也得到了一些可供相關(guān)研究人員和管理人員參考的研究結(jié)論,總結(jié)如下.

第一,本研究中的省域畜養(yǎng)產(chǎn)污核算方法,基于第一次全國污染源普查畜禽養(yǎng)殖業(yè)源的產(chǎn)排污系數(shù),以不同畜種、不同養(yǎng)殖周期的天數(shù)為基準(zhǔn)核算產(chǎn)污量,核算結(jié)果的基本規(guī)律與相關(guān)學(xué)者前期研究一致,能夠?yàn)槭∮蛐箴B(yǎng)產(chǎn)污尤其是河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污規(guī)律的相關(guān)研究提供借鑒。

第二,河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污核算結(jié)果表明,2000—2014年河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污存在階段性特點(diǎn)。2006年之前的階段Ⅰ,各污染物的增長率普遍較快；2006年之后的階段Ⅱ,各污染物的增長率相對較慢。

第三,本研究核算方法綜合了各畜種養(yǎng)殖周期、養(yǎng)殖階段和在研究時(shí)段內(nèi)的結(jié)構(gòu)化變動(dòng),能夠探索出不同畜養(yǎng)污染物在研究期內(nèi)的變化差異性,結(jié)果表明河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污增長速度存在著差異性。從污染物增長率來看,TN、TP、Cu和Zn增長最快,在2000—2014年整個(gè)時(shí)段均超過其他污染物。

第四,現(xiàn)階段,河南省畜養(yǎng)產(chǎn)污TN和TP的農(nóng)田消納和承載負(fù)荷壓力不大,在不考慮土壤環(huán)境自身的N、P含量情況下,以全部畜養(yǎng)污染物產(chǎn)生量為農(nóng)田消納的核算基準(zhǔn),則引導(dǎo)三分之一的作物種植面積用于畜養(yǎng)產(chǎn)污的農(nóng)田消納就能夠滿足畜養(yǎng)產(chǎn)污資源利用的需要?？紤]到土壤養(yǎng)分情況、交通運(yùn)輸成本等因素,河南省畜養(yǎng)污染物的消納需要政策引導(dǎo)和空間配額優(yōu)化。

［1］Shrestha S,Kazama F,Newham L T H.A framework for estimating pollutant export coefficients from long-term in-stream water quality monitoring data［J］.Environmental Modelling&Software,2008,23(2）.182-194.

［2］Shen Z Y,Liao Q,Hong Q,et al.An overview of research on agricultural non-point source pollution modelling in China［J］.Sep Purif Technol, 2012,84.104-111.

［3］柳建國.畜禽糞便污染的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)控制模擬及系統(tǒng)防控對策［D］.南京.南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2009.

LIU Jian-guo.Research on prevention and contral system of livestock and poultry excreta［D］.Nanjing.Nanjing Agricultural University,2009.

［4］Fu Q,Zhu Y Q,Kong Y F,et al.Spatial analysis and districting of the livestock and poultry breeding in China［J］.Journal of Geographical Sciences,2012,22(6）.1079-1100.

［5］宋福忠.畜禽養(yǎng)殖環(huán)境系統(tǒng)承載力及預(yù)警研究［D］.重慶.重慶大學(xué), 2011.

SONG Fu-zhong.Study on the carrying capacity of resional environmentalsystemforlivestock-poultryraisingandit′sprecaution［D］.Chongqing. Chongqing University,2011.

［6］朱建春,張?jiān)鰪?qiáng),樊志民,等.中國畜禽糞便的能源潛力與氮磷耕地負(fù)荷及總量控制［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2014,33(3）.435-445.

ZHU Jian-chun,ZHANG Zeng-qiang,FAN Zhi-min,et al.Biogas potential,cropland load and total amount control of animal manure in China［J］.Journal of Agro-Environment Science,2014,33(3）.435-445.

［7］仇煥廣,廖紹攀,井月,等.我國畜禽糞便污染的區(qū)域差異與發(fā)展趨勢分析［J］.環(huán)境科學(xué),2013,34(7）.2766-2774.

QIU Huan-guang,LIAO Shao-pan,JING Yue,et al.Regional differences and development tendency of livestock manure pollution in China［J］.Environment Science,2013,34(7）.2766-2774.

［8］孟祥海,周海川,張俊飚.中國畜禽污染時(shí)空特征分析與環(huán)境庫茲涅茨曲線驗(yàn)證［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境,2015,29(11）.104-108.

MENG Xiang-hai,ZHOU Hai-chuan,ZHANG Jun-biao.Spatial and temporal characteristics and EKC verification for livestock pollution［J］.Journal of Arid Land Resources and Environment,2015,29(11）.104-108.

［9］楊世琦,韓瑞蕓,劉晨峰.中國畜禽糞便磷的農(nóng)田消納量及承載負(fù)荷研究［J］.中國農(nóng)學(xué)通報(bào),2016,32(32）.111-116.

YANG Shi-qi,HAN Rui-yun,LIU Chen-feng.The given amount and loading capacity of phosphorus from livestock and poultry manure in China［J］.Chinese Agricultural Science Bulletin,2016,32(32）.111-116.

［10］楊世琦,韓瑞蕓,劉晨峰.省域尺度下畜禽糞便的農(nóng)田消納量及承載負(fù)荷研究［J］.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2016,21(7）.142-151.

YANG Shi-qi,HAN Rui-yun,LIU Chen-feng.Study on the given amount per unit field and load capacity of livestock and poultry manure at provincial scale［J］.Journal of ChinaAgricultual University,2016,21 (7）.142-151.

［11］史本廣,王盤洲,田軍輝.基于投入產(chǎn)出理論的河南農(nóng)業(yè)縱向比較分析［J］.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2011,45(6）.721-725.

SHI Ben-guang,WANG Pan-zhou,TIAN Jun-hui.A vertical comparative analysis on Henan agriculture with input-output theory［J］.Journal of Henan Agricultural University,2011,45(6）.721-725.

［12］袁彩鳳,張飛,張粉,等.河南省畜禽養(yǎng)殖污染對環(huán)境影響研究［J］.中國人口、資源與環(huán)境,2012,22(5）.44-48.

YUAN Cai-feng,ZHANG Fei,ZHANG Fen,et al.Impact of livestock and poultry pollution on the environment in Henan Province［J］.China Population,Resource and Envirnment,2012,22(5）.44-48.

［13］趙麗莉,朱遠(yuǎn)航,宋俊杰,等.河南省畜禽養(yǎng)殖廢棄物污染現(xiàn)狀及防治對策［J］.湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,52(22）.5446-5448,5495.

ZHAO Li-li,ZHU Yuan-hang,SONG Jun-jie,et al.Current situation and preventing countermeasures of the livestock and poultry waste in Henan Province［J］.Hubei Agricultural Sciences,2013,52(22）.5446-5448,5495.

［14］仇煥廣,井月,廖紹攀,等.我國畜禽污染現(xiàn)狀與治理政策的有效性分析［J］.中國環(huán)境科學(xué),2013,33(12）.2268-2273.

QIU Huan-guang,JING Yue,LIAO Shao-pan,et al.Environmental pollution of livestock and the effectiveness of different management policies in China［J］.China Enviornmental Science,2013,33(12）. 2268-2273.

［15］董曉霞,李孟嬌,于樂榮.北京市畜禽糞便農(nóng)田負(fù)荷量估算及預(yù)警分析［J］.中國畜牧雜志,2014,50(18）.32-36.

DONG Xiao-xia,LI Meng-jiao,YU Le-rong.Farmland load and environmental risk assessment of livestock manure in Beijing［J］.Chinese Journal of Animal Science,2014,50(18）.32-36.

［16］張飛.縣域畜禽污染防治對策研究［D］.鄭州.河南農(nóng)業(yè)大學(xué), 2010.

ZHANG Fei.Study on county livestock pollution prevention strategy［D］.Zhengzhou.Henan Agricultural University,2010.

［17］耿維,胡林,崔建宇,等.中國區(qū)域畜禽糞便能源潛力及總量控制研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2013,29(1）.171-179.

GENG Wei,HU Lin,CUI Jian-yu,et al.Biogas energy potential for livestock manure and gross control of animal feeding in region level of China［J］.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2013,29(1）.171-179.

［18］楊飛,楊世琦,諸云強(qiáng),等.中國近30年畜禽養(yǎng)殖量及其耕地氮污染負(fù)荷分析［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2013,29(5）.1-11.

YANG Fei,YANG Shi-qi,ZHU Yun-qiang,et al.Analysis on livestock and poultry production and nitrogen pollution load of cultivated land during last 30 years in China［J］.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2013,29(5）.1-11.

［19］付強(qiáng),諸云強(qiáng),楊紅新,等.2002—2009年中國規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖量區(qū)域差異及政策建議［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2012,28(18）.185-191.

FU Qiang,ZHU Yun-qiang,YANG Hong-xin,et al.Regional differences of livestock and poultry breeding output in scale and policy suggestions during 2002—2009 in China［J］.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2012,28(18）.185-191.

［20］常志州,靳紅梅,黃紅英,等.畜禽養(yǎng)殖場糞便清掃、堆積及處理單元氮損失率研究［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2013,32(5）.1068-1077.

CHANG Zhi-zhou,JIN Hong-mei,HUANG Hong-ying,et al.Nitrogen loss during cleaning,storage,compost and anaerobic digestion of animal manures in individual treatment unit［J］.Journal of Agro-Environment Science,2013,32(5）.1068-1077.

Analysis of livestock and poultry waste generation from 2000—2014 in Henan

FU Qiang1,2,WU Gen-yi3*,PAN Peng2,4,WANG Wan-tong1
(1.College of Tourism,Henan Normal University,Xinxiang 453007,China;2.Institute of Geographic Science and Natural Resources Research,CAS,Beijing 100101,China;3.College of Resources and Environment,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China;4. Appraisal Center for Environment and Engineering,Ministry of Environmental Protection,Beijing 100012,China）

This paper focused on the analysis of livestock and poultry waste generation(LPWG）in Henan Province.Using previously established estimation models,this paper analysed the amount of waste,the rate of their application to land,and the loading capacity of cropland in order to study the characteristics of provincial animal waste generation.Based on the farming data from Henan Statistical Yearbook, Henan Survey Yearbook,and Henan Rural Statistical Yearbook,the amount of manure,urine,total phosphorus(TP）,total nitrogen(TN）, chemical oxygen demand(COD）,Cu,and Zn from LPWG was calculated.In addition,the application rate and loading capacity of nitrogen and phosphorus per unit field area were calculated.The results shew that the characteristics of the amount of LPWG in Henan Province varied their own laws in different stages during 2000—2014.This paper divided this period into two stages.stageⅠ(2000—2005）and stageⅡ(2006—2014）,consistent with the studies of Fu Qiang(2012）and Yang Fei(2013）on national scales.Total nitrogen and total phosphorus increased relatively quickly as compared to the other pollutants,and they increased steadily in stageⅡ.The level of TP,TN, and Zn increased faster than that of the other pollutants throughout the period,and Cu increased faster than the other pollutants in stageⅡ. In 2000—2014,the level of TN,TP,Cu,and Zn increased by approximately 60%,and the loading capacity of manure,urine,COD,TN,andTP increased by approximately 40%.Meanwhile,the average annual growth of TN and TP was approximately 4%and 3%,respectively. These results suggested that several considerations can facilitate the formulation of reasonable and sustainable strategies of Henan Province. Firstly,the stage of fast increment(stageⅠ）of LPWG in Henan Province was over,and the current stage of increment(stageⅡ）,which was relatively stable,would continue for a long time.The formulation of regulations and governance policies should adapt to the current stage and last for a long time.Secondly,the animal waste management in Henan Province should focus on TN,TP,Cu,and Zn,because these pollutants increased at a higher rate.Thirdly,the loading capacity of nitrogen and phosphorus per unit field area was no more than 0.33 and 0.25,respectively from 2000—2014.Accordingly,only one-third of the cropland is needed to meet the disposal of animal wastes from livestock and poultry farming in Henan Province.

livestock and poultry waste generation;amount applied per unit field area;loading capacity;Henan Province

X713

A

1672-2043(2017）07-1323-07

10.11654/jaes.2017-0646

付強(qiáng),吳根義,潘鵬,等.2000—2014年河南畜養(yǎng)產(chǎn)污核算及規(guī)律分析［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2017,36(7）.1323-1329.

FU Qiang,WU Gen-yi,PAN Peng,et al.Analysis of livestock and poultry waste generation from 2000—2014 in Henan［J］.Journal of Agro-Environment Science,2017,36(7）.1323-1329.

2017-05-04

付強(qiáng)(1980—）,男,河南新鄉(xiāng)人,副教授,主要從事空間統(tǒng)計(jì)方法的領(lǐng)域應(yīng)用研究(農(nóng)業(yè)面源、社會經(jīng)濟(jì)空間分析）。E-mail:fuq@lreis.ac.cn

*通信作者：吳根義E-mail:wugenyi99@163.com

國家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目(41501435）；河南師范大學(xué)基金項(xiàng)目(qd14215,qd15148）

Project supported：The Young Scientists Fund of the National Natural Science Foundation of China(41501435）；The Henan Normal University Foundation (qd14215,qd15148）