【毕业学位论文】（Word原稿）我国农村畜禽养殖业氮磷排放变化特征及其对农业面源污染的影响植物营养学博士论文

I 密级 论文编号 中国农业科学院 学位论文 我国农村畜禽养殖业氮磷排放变化特征及其对农业面源污染的影响 of by o. N he of II by 要 国内外许多研究均已证明，畜禽养殖业氮磷排放是造成水体富营养化的重要原因。近年来在我国各主要流域，水体富营养化问题日益突出，为了解畜禽养殖业氮磷排放对水体富营养化的影响及其发展趋势，主要采用重点流域实地调研与全国主要农区畜禽养殖业及其氮磷排放特征大时空尺度信息空间分析的方法，研究了我国农村畜禽养殖业发展及其氮磷排放特征时空演变规律，主要结论如下： 我国 畜禽养殖业自 80 年代以来进入高速发展阶段，全国畜禽存栏数以猪当量表示每 10年增加约 3亿头猪。人均肉蛋奶量在 70年代以来每 10年翻一番，增长速度是世界 上最快的国家，目前人均拥有量（ 80 仍远低于世界平均水平（ 144 处于高速发展时期，受市场需求驱动，预计畜禽养殖业在未来 10 年将持续增长。 随着畜禽养殖业的发展， 我国 畜禽粪便产生氮磷总量大幅度增长， 2002 年我国畜禽粪便产生氮总量为 1680 万 t，相当于当年全国化肥投入氮素总量（ 2506 万 t）的 66%；畜禽粪便产生磷素总量为 948 万吨，相当于当年化肥投入磷素总量（ 1060 万 t）的 89%。随着畜禽养殖产业带的发展，在我国部分农区，农田对畜禽粪尿产生氮的承载量急剧增长，目前全国已有超 过十分之一地区，耕地承载猪粪尿氮量超过 150 在 80 年代只有 地区超过 50 对重点流域和农区 22 个县， 254 个乡镇的实地调研结果显示：在人口密集、经济发达、而耕地资源十分紧缺的流域地区和北方集约化农区，农田对畜禽粪便产生氮磷的承载量急剧增长。在太湖流域， 80 年代初期耕地承载畜禽粪尿氮量平均为 80 过 150 乡镇为 17%；超过 250 乡镇仅为 4%；而目前耕地承载畜禽粪尿氮量平均为 226 过 250 乡镇为 22%； 80 年代初期耕地承载畜禽粪尿磷量平均为 52 前平均为 163 滇池流域目前耕地承载畜禽粪尿氮量平均为 275 过 250 乡镇为 41%，而耕地承载畜禽粪尿磷量为 169 我国北方集约化农区 100 多个乡镇的调查结果显示： 80 年代初期耕地承载畜禽粪尿氮量平均为 48 有乡镇均没有超过 150 目前耕地承载畜禽粪尿氮量平均 为 183 量平均为 114 过 250 乡镇为 34%。 对猪禽粪尿氮磷排放量的分析结果表明：我国目前猪禽粪尿氮年排放总量为 t，耕地平均排放量为 16.4 禽粪尿磷的排放量为 8.6 浙闽粤地区最高，氮排放量为 28.9 排放量为 16 冀鲁豫地区是近年来猪禽粪尿氮的排放量增长最快的区域。近年耕地均猪禽粪尿氮排放量超过 50 县市占全国的 28， 6%的区域超过了 75 南部和东南部敏感水域周边的县市的猪禽排放量都较多，成为引起这些水体富营养化的主要原因之一。 上所述，农村畜禽粪尿污染已成为农业面源污染的主要来源。应该 根据面源污染的不同类型进行分类治理。 对于畜禽养殖污染 应以在较低成本下促进畜禽粪尿还田为目标。 对不同地区、不同规模和种类的 畜禽 场农田配置、 畜禽 粪尿贮放设施等 提出具体可行的技术规范 。 关键字：畜禽养殖 氮磷排污 面源污染 时空变异 N) P) to of of of in To in we by as as on of 980s. of on by 00 0 of 0 970s. of is of of in 0 to on in 002, 6.8 6% 9% in of to in In , to 50 in 980s, of 0 We in 2 54 in of to to 0 in 980s; 7% of 50 % of 50 to 26 2% of 50 IV 2 2O5 in 980s, 63 2O5 in 75 1% of is 50 in in 69 2O5 of 00 in of in 980s, to 8 of 50 of 50 2O5 of 83 14 2O5 of 50 4%. to 6.4 .6 8.9 6 8% of 0 % of is 5 In is of to of in by of in be on of of is to of N 2O5 V 目 录 第一章 文献综述 . 1 业面源概况 . 1 国畜禽养殖发展状况及其对面源污染的影响 . 4 禽养殖业废弃物对面源污染的影响 . 4 国畜禽养殖业的发展状况 . 5 内外关于畜禽养殖业造成的面源污染的研究现状 . 6 畜禽养殖业形成面源污染的治理 . 6 解主要畜禽养殖业排放量和排放特征是制订法规、提高治理效率的前提 . 13 前畜禽污染发生与排放研究中需要解决的一些问题 . 13 第二章 研究思路与主要研 究内容 . 15 究思路 . 15 究内容 . 15 第三章 材料与方法 . 17 要畜禽及生活排污的估算方法 . 17 地调查 . 17 禽养殖业发生量和排放量的时空变异研究 . 21 地畜禽养殖污染的相关参数和公开发表的数据资料的采集 . 21 禽养殖相关数据的采集 . 22 据分析方法 . 22 殖业氮、磷排污计算模型的构建 . 22 国主要畜禽的养殖与排污方式 . 22 禽养殖的粪尿以及氮、磷的含量参数和发生量的计算 . 25 要畜禽养殖氮、磷排放量计算 . 27 活污染发生量的的估算 . 29 第四章 我国畜禽养殖业及粪尿发生的时空变化特征 . 32 949 年以来我国畜禽养殖业的时空变化特征 . 32 949 年以来我国畜禽养殖状况随时间的变化 . 32 国以来我国畜禽养殖结构随时间的变化 . 33 980 年以来我国不同区域畜禽养殖总量及结构随时间的变化 . 35 国畜禽养殖粪尿发生量的空间分布特征 . 40 国与世界其他国家 的畜禽养殖的比较 . 40 国与世界其他国家的畜禽养殖的比较 . 40 国人均肉蛋奶水平及其地位 . 43 结 . 44 第五章 我国畜禽养殖业氮的发生与排放的时空变化特征 . 46 国畜禽养殖业氮发生量时空变化特征 . 46 国畜禽养殖氮发生量的时 间变化 . 46 国省区畜禽养殖业氮发生量时空变化特征 . 47 国县域畜禽养殖业氮发生量时空变化特征 . 51 要流域主要畜禽养殖氮的时空分布特征 . 52 型调查区 (乡 )畜禽粪尿氮发生量变化特征 . 53 国畜禽养殖业氮的空间排放特征 . 57 国不同农业区猪禽粪尿氮排放特征 . 57 同年代我国县市猪禽粪尿氮排放的时空特征 . 58 结 . 59 第六章 我国畜禽养殖业磷的产生与排放的时空变化特征 . 61 国畜禽养殖业磷发生量时空变化特征 . 61 国畜禽养殖磷发生量的时间变化 . 61 国省域畜禽粪尿粪尿磷发生量时空变化特征 . 62 国县域畜禽粪尿粪尿磷发生量变化特征 . 67 要流域畜禽养殖粪尿磷的时空分布特征 . 67 型调查区 (乡 )畜禽粪尿磷发生量变化特征 . 68 国畜禽粪尿磷的空间排放特征 . 72 国不同农业区畜禽粪尿磷排放特征 . 72 同年代我国县市猪禽粪尿磷排放的时空特征 . 73 结 . 74 第七章 我国畜禽养殖业氮磷发生量在农业面源污染中的贡献 . 76 业面源污染的主要类型 . 76 禽养殖业在面源污染中的地位 . 76 国县级区域畜禽养殖氮发生在农业面源中的贡献现状 . 76 同农业区畜禽粪尿氮磷发生量与其他面源的比较 . 80 要流域畜禽粪尿氮磷发生量与其他面源的比较 . 84 村畜禽养殖在农业面源污染中的重要地位及控制对策 . 84 村畜禽养殖在农业面源污染中的重要地位 . 84 村畜禽养殖污染的控制对策 . 85 结 . 86 第八章 我国畜禽养殖业氮磷发生量与世界其他国家的比较 . 88 国与其他国家的畜禽养殖氮发生量的比较 . 88 国与其他国家的畜禽养殖磷发生量的比较 . 90 结 . 93 第九章 结论与展望 . 94 要结论 . 94 究展望 . 95 参考文献 . 97 致 谢 . 110 作者简历 . 111 中名词解释与缩略语 由于本文中涉及的名词较多，而不同的科研工作者应用这些概念时各有差异，因此对本文涉及的概念进行统一的解释。另外，在图表中使用了部分缩略语，特做一解释。对主要名词进行定义与解释： 名词解释 农业面源污染构成： 面源污染的类型一般来说包括农田肥料、农药、畜禽养殖场排污、人口生活排污、水产养殖等几个部分，由于本项目主要关心的是面源污染所引起的水体富营养化问题，也就是水体氮磷等指标超标问题，因此未涉及农药部分的调查。 即其构成分三大部分： 农 田肥料、畜禽养殖场排污 （含 水产养殖 ） 、人口生活排 污 。 面源污染中的生活排污： 包括 没有管网收集系统和污水处理系统的 城镇和农村 地区的人口生活排污。本文不对有管网的城市点源部分的排污进行讨论。 发生量： 面源污染排污的一种估算方法。发生量也叫产生量，是指不同来源的畜、禽或生活产生的粪、尿或氮、磷等污染物的总量，单位通常用克 /天或公斤 /年来表示。 排放量： 面源污染排污的另一种估算方法，与发生量相对应。排放量是在考虑降雨、地形等环境因素的条件下，不同污染源如畜禽养殖所产生的粪、尿或氮、磷等因素在外界作用下进入水体的数量 ，单位通常也用克 /天或公斤 /年来表示。 猪当量： 即将 其它主要的畜禽按一定关系折合为猪的数量，便于进行不同时间和区域之间变化的比较。 粗略地说，以含氮量计，一头大牲畜大约相当于 5 个猪当量， 2 只羊和 30 只鸡分别相当于一个猪当量， 即： 1 头猪 =1/5 头牛 =2 只 羊 =30 只鸡或鸭。 地均猪： 即每亩耕地所承载的猪的头数。是衡量一个地区畜禽饲养密度大小的重要依据。目前，欧洲国家衡量某一地区的畜禽养殖密度通常用每公顷耕地折合的牛头数来衡量，规定不能超过 牛畜禽单位。结合我国的畜禽养殖实际情况，每亩耕地平均猪头数应以不超过 1 头为宜。此方法是一种简单、易用，但相对较粗的衡量方法。 吨半径： 即畜禽养殖场的最近耕地有效容纳所产生的氮磷的面积半径，以吨公里作为计量单位。作为评价规模化畜禽场对环境污染负荷的影响指标之一。 农田负荷量 /承载量： 是指每公顷耕地承担多少家畜粪尿。包括重量负荷量和肥效负荷量。 重量负荷量 /承载量 : 负荷量 (t/当年家畜粪排泄量 (t)/当年耕地面积 (通常在收集、发酵、储藏、运输家畜粪时使用。 氮 /磷负荷量 /承载量 : 以每公顷耕地承担多少畜禽粪尿中的养分含量计。通常用氮的含量来衡量。 畜禽粪尿 最大负荷量 ：单位耕地面积上的畜禽粪尿负荷量，是衡量一个地区畜禽饲养密度大小的重要依据（沈根祥， 1994）。其他主要畜禽的粪尿按养分含量换算为猪粪尿的发生量，以便进行累加和比较。国外有关法规（表 畜禽粪便排放量与农田承受的消纳面积应有一定比例，每公顷土地不得超过 150 250 肥氮。 季农田最大粪尿氮用量 ：施入农田为畜禽养殖产生的粪尿的主要去向。通常情况下，国内外都将农田作为粪尿的实际负载面积。但是，农田对畜禽粪尿的负载是有一定限度的，超过某一限度如果继续增加粪尿的施用，对农作物的生长起不到促 进作用，反而会对环境造成极大的危害。由于不同种类的粪尿氮含量不同，通常，应以用当季作物农田氮平衡来衡量，以不超过 50 公斤氮为宜。 畜禽养殖污染： 是指在畜禽养殖过程中，畜禽养殖场排放的废渣，清洗畜禽体和饲养场地、器具产生的污水及恶臭等对环境造成的危害和破坏。 生活排污： 主要包括城镇和农村的生活污水不经过处理直接排放所造成的污染，城镇的生活排污大多具有管道系统，属于点源，农村大多没有下水管道等排污系统，通常归入面源。生活污水中的氮和磷负荷较高，大部分是由于人类的排泄物和合成洗涤剂造成的。 文中缩略语 畜禽：指大 牲畜、猪、羊、鸡、鸭五种类型的牲畜； 畜禽粪：指大牲畜、猪、羊、鸡、鸭五种类型的牲畜总共产生的粪便的总量； 畜粪：指大牲畜、猪、羊三种类型的牲畜总共产生的粪便的总量； 畜尿：指大牲畜、猪、羊三种类型的牲畜总共产生的尿液的总量； 禽粪：指鸡、鸭所产生的粪的总量； 畜禽粪尿氮：指大牲畜、猪、羊、鸡、鸭五种类型的畜禽的粪尿所产生的氮（ N）的含量； 畜禽粪尿磷：指大牲畜、猪、羊、鸡、鸭五种类型的畜禽的粪尿所产生的磷的含量，文中的磷含量均指 含量。 中国农业科学院博士学位论文 第一章文献综述 1 第一章 文献综述 业面源概况 面源污染与点源污 染相对应，指溶解态或颗粒态污染物从非特定的地点，在非特定的时间，在降水和径流冲刷作用下，通过径流过程汇入河流、湖泊，水库、海洋等自然受纳水体，引起的水体污染 (程全国， 2000；张维理， 2004； et 2005； et 1981)。其主要来源为农业生产过程土壤化肥、农药流失、农村畜禽养殖排污、农村生活污水、生活垃圾污染、城市建筑工地产生的污染、城市地面、公路交通、矿山等固体废物堆存区污染等。具有随机性、不确定性、监测和控制困难等特点。 农业面源污染是最为重要且分布最为广 泛的面源污染， 是指以降雨为载体并在降雨的冲击和淋溶作用下，通过地表径流和地下渗漏过程将农田和畜牧用地中的污染物质包括土壤颗粒、土壤有机物、化肥、有机肥、农药等污染物质携入受纳水体而引起的水质污染 (陈洪深， 1997; 卞有生，2004; 董克虞， 1998; 黄炎坤， 2001; 井艳文， 1998; 罗良国， 1999; 马强， 2003)。具有随机性强、污染物的排放点不固定、污染负荷的时间空间变化幅度大、发生相对滞后性和模糊性以及潜在性强等特点，使得面源污染的监测、控制与管理更加困难与复杂（陈斌， 1997；付时丰， 2002；李荣刚， 2000；刘经荣， 1994；谢蓉， 1999）。 目前，国内外普遍认为，磷是水体富营养化的主要限制因子 (舒金华， 2002; 高锡芸， 1997; et 1999; et 2002; 2004)。在磷的含量很低的情况下，水体不易发生富营养化。欧洲城市废水处理协会认为水体平均可溶解磷的浓度超过 100 ，将可能导致富营养化；爱沙尼亚地表水主要受磷浓度的限制，全磷浓度超过 100 会导致富营养化(994)。我国如太湖流域则认为总磷超过 200 体受到污染 (刘元昌， 1984)。 表 表水富营养化评价分级表（李旗， 2001） P N 评价等级 ( g ( 1 贫营养化 ( ) 4 营养化 ( ) 23 营养化 ( ) 110 营 养化 (