宁夏农地畜禽粪便负荷及污染风险评价

1、宁夏农地畜禽粪便负荷及环境风险评价近年来，随着经济的发展和人民生活水平的提高，宁夏畜禽养殖业发展迅速，随之而来的环境污染问题也日益严峻，成为宁夏农村面源污染的主要来源。畜禽粪便排放量、农地畜禽粪便承载量和畜禽粪便污染等问题越来越引起人们的重视。宁夏规模化畜禽场的宏观环境管理水平相当低，据统计，90%的规模化养殖场缺少必要的污染治理设施，畜禽废弃物随意堆置，养殖废水随意排放，99%以上的畜禽粪便作为有机肥施入农田1。如果畜禽粪便量超出农田消纳容量，势必造成作物施肥过量，既不利于作物的生长；也增加了非点源污染物的来源量，造成水体和土壤的污染2。因此，本文根据宁夏畜禽养殖业的生产情况，估算宁夏各市县

2、畜禽粪便产生量和农地负荷量，并对宁夏畜禽养殖业发展带来的农地环境污染进行风险分析，以便为相关部门决策提供依据，优化畜禽养殖布局提供科学依据，为今后有针对性地解决畜禽粪便污染问题提供可靠的决策依据。1数据来源与研究方法1.1数据来源宁夏现有3区5市14县，本研究包括宁夏所辖全部行政区县，以2012年宁夏面源污染普查数据和宁夏统计年鉴为基础，根据各区县的畜禽养殖量估算畜禽粪便排放量，2012年各区县农地面积和畜禽养殖量见表115。因各类畜禽生长和生产期不同，且出栏与存栏比例存在一定差距，在确定估算数据时，应根据各类畜禽情况分别确定它们的基础数据3,4。宁夏地区猪的生长期一般为199 天，因此猪的饲

3、养数量就是当年的出栏数；奶牛的生长期较长，一般为 365 天，当年出栏数很少，因此以存栏数计算；肉牛的生长期为160天，以出栏数计算；肉鸡生长期为 55 天，以出栏数计算；蛋鸡的饲养期按全年计，以存栏数计算。表1 2012年宁夏各县（区）农地面积和畜禽养殖数量Tab. Area of farmlands and population of livestock in all districts of Ningxia in 2012农用地（万hm2）生猪（头）奶牛（头）肉牛（头）肉鸡（只）蛋鸡（只）银川市兴庆区4.2943140313365169127857127368金凤区4.891868215

4、563172322284667161西夏区1.64499002473434250246250488100永宁县6.47435000380475170011190001115000贺兰县8.5922203112272747192650729000灵武市28.571217101405010993225645115707石嘴山市大武口区3.993246097159583340081860惠农区7.242124221966171651302000234600平罗县12.1267496381662563627240357174吴忠市利通区8.224404012535134770716770132090红

5、寺堡区9.01135004055310015800035000盐池县61.241031601465320986806700同心县51.9542001882120001300000240000青铜峡市14.6143500035430471001035000957000固原市原州区28.149920013700933011494000西吉县27.4872500070090451370268630隆德县8.7914920054470003010019900泾源县10.180014180002000彭阳县20.94004049000中卫市沙坡头区33.1057335422770121979044540

6、00中宁县26.482687131656127157164000535900海原县47.257290020673720250000600000总计425.19264760036551010719409833819110611901.2研究方法1.2.1畜禽粪便产生量计算根据畜禽粪便日排泄系数和生长期计算粪便产生量，计算公式为： （1）式中：T为各类畜禽粪便年产生量，单位为 t/a；N 为各类畜禽饲养量，单位为头（只）；t为各类畜禽饲养期，单位为 d；K 为各类畜禽粪便日排泄系数，单位为kg/头·d。畜禽粪便的日排泄量与品种、体重、生理状态、饲料组成和饲喂方式等均相关3-5，我国目前尚

7、没有相应的国家标准，本研究根据国家环境保护总局提供的产污系数测算，并根据对宁夏各类规模化养殖场的调查，综合其他已有研究成果，确定主要畜禽粪便日排放系数5-10见表 2。 表2 主要畜禽粪便日排放系数表Tab2. Daily excretion coefficient of livestock污染物生猪奶牛肉牛肉鸡蛋鸡粪便（kg/头.d）219.2612.10.150.12尿（kg/头.d）3.3108.32-1.2.2农地畜禽粪便负荷量的计算目前，宁夏畜禽粪便处理的主要方式是作为有机肥料直接还田1，农地畜禽粪便负荷量是各地区农地对畜禽粪便吸收消纳量的客观反映5。由于不同畜禽粪便的肥效差异较大，

8、将其统一换算成猪粪当量进行计算，参考已有研究成果，确定的各类畜禽粪便换算成猪粪当量的系数8-11，见表3。不区分农地类型，畜禽粪便负荷量的计算公式为： （2）式中：L为以猪粪当量计算的农地畜禽粪便实际负荷量，单位为t/hm2·a；Q为各类畜禽粪便产生量的猪粪当量，单位为t。S为有效农地面积，单位为 hm2。表3 畜禽粪便含氮量及换算成猪粪当量的折算系数Tab3. Nitrogen content of the livestock manure and coefficients for conversion into pig fecal equivalent畜禽粪便氮/%折算系数猪粪0

9、.651猪尿0.330.57牛粪0.450.69牛尿0.81.23鸡粪1.632.511.2.3农地畜禽粪便负荷预警值的计算与分级农地畜禽粪便负荷预警值指农地畜禽粪便实际负荷量与其理论负荷量的比值5,12，可以说明农地所承受的畜禽粪便是否超载，以及是否会带来环境污染，其计算公式为： （3）式中：R为农地畜禽粪便负荷预警值；L为以猪粪当量计算的农地畜禽粪便实际负荷量，单位为t/hm2·a；M为单位农地面积以猪粪当量计的畜禽粪便理论负荷量，单位为t/hm2·a为更全面、准确地反映畜禽粪便对农用地形成的污染潜势，对宁夏各县（区）农用地畜禽粪便负荷程度进行污染风险评价，由于目前国内

10、外还没有统一的畜禽粪便污染风险评价标准，因此本研究参考大多数学者采用的上海市农业科学研究院提出的畜禽粪便负荷警报值分级标准，在进行农地畜禽粪便负荷风险评估时，要考虑化肥施用的比例，参考已有研究结果，在正常条件和合理施用情况下，当畜禽粪便负荷量为当地畜禽粪便有机肥最大可施用量的40%及以下，即预警值R0.4时，该地区畜禽粪便可完全被农田环境所消纳和承受，对环表4 畜禽粪便负荷预警值分级Tab4. Risk value level of livestock manure loading预警值R预警级别对环境的影响R0.4无影响0.4R0.7稍有影响0.7R1.0有影响1.0R1.5影响较严重1.5

11、R2.5影响严重R2.5影响很严重境不构成污染威胁，预警值越大，对环境的威胁就越大5,12-14。综合以上信息，参考环境保护部的畜禽粪便土地负荷警报值分级(6级)对预警值的计算结果进行级别划分，见表4。2宁夏各区县畜禽粪便的环境风险分析2.1宁夏各区县畜禽粪便产生量及负荷量计算根据畜禽粪便产生量的计算方法，采用公式1，经计算得到宁夏2012年畜禽粪便的产生量，见表5，由表5可看出，2012年宁夏畜禽养殖排放的粪量达到626.41万t尿量达到440.19万t，总计为1066.19万t。从不同畜禽种类年粪便排放量看，奶牛的排放量最大，占总排放量的 36.6%；其次是肉牛，占总排放量的 31.92%

12、；肉鸡的排放量最小，仅为0.76%。这主要是因为畜禽粪便排放总量大小的决定因素是畜禽饲养量、单头日排放量和饲养期。宁夏奶牛的养殖数量虽少于生猪和奶牛，但它的单头日排放量远大于其它畜禽，故年排放量最大；生猪虽然饲养量远大于奶牛和肉牛，但其单头日排放量较小，因此年排放总量小于奶牛和肉牛。生猪、奶牛、肉牛的粪便排放总量占到宁夏全年畜禽粪便排放总量的94.7%，因此今后在治理畜禽粪便的污染中，应以奶牛、肉牛、生猪粪便污染为治理重点。表5 2012年宁夏各类畜禽粪便产生量Tab5. Generation of manure by various species of livestock in Ningx

13、ia in 2012畜禽种类粪（万t/a）尿（万t/a）合计（万t/a）比例%生猪105.3745173.8679279.242426.18奶牛256.9499133.4112390.361136.60肉牛207.5276132.9105340.438131.92肉鸡8.1129018.1129010.76蛋鸡48.4480148.448014.54合计626.4129440.18961066.6025100采用表3的折算系数将各区县的畜禽粪便排放量换算成猪粪当量（表6），从表中可看出，沙坡头区的猪粪当量最高，为150.78万t/a,其次是利通区，猪粪当量最少的是大武口区，仅6.22万t/a。

14、根据畜禽粪便负荷量的计算公式2，计算得到宁夏各县区2012年畜禽粪便的负荷量，计算结果见表6。虽然沙坡头区的猪粪当量最高，但当地农用地面积较大，因此每平方公顷的畜禽粪便负荷量反而较小，西夏区农用地面积最小，因此畜禽粪便负荷量最高。2.2宁夏各区县农地畜禽粪便负荷预警值计算及风险分析根据宁夏农地的主要种植用途，农地畜禽粪便的适宜施用量为25-50t/hm2。以产粮区为例，在化肥(纯氮)习惯施用量225 kg/hm2的基础上，猪粪当量以15-30t/hm2·a为宜，最大施用量以30t/hm2·a为上限。运用农地畜禽粪便负荷预警值的计算公式3经计算得到2012年宁夏各区县畜禽粪便

15、负荷预警值，结果见表6。计算结果显示，宁夏农地畜禽粪便负荷预警级别为, 表明单纯从农地畜禽粪便负荷量看, 宁夏畜禽粪便完全可以被农地环境消纳和承受, 且有承载空间, 畜禽养殖业还有较大发展潜力。但是, 不同区域的农地风险状况存在差异，个别地区的农地出现不同程度的畜禽粪便污染，银川市的西夏区预警级别为，对环境有影响，永宁县和利通区预警级别为，对环境稍有影响。说明这些地区畜禽饲养过密，农田消纳面积有限。3结论与讨论（1）宁夏消纳畜禽粪便的农地主要是水田、旱地、林地和菜地，2012年宁夏农地畜禽粪便实际负荷量平均为2.34t/hm2·a，远低于全国耕地的平均负荷量24t/hm2·

16、a12，预警表6 宁夏各县（区）2012年畜禽粪便负荷量及风险状况Tab6. Loading of livestock manure and risk level of farmland in all districts of Ningxia in 2012猪粪当量（万t/年）畜禽粪便负荷量（t/hm2.a）预警值预警级别银川市兴庆区35.808.350.28金凤区21.894.480.15西夏区43.0226.230.87永宁县99.0815.310.51贺兰县21.432.490.08灵武市27.530.960.03石嘴山市大武口区6.221.560.05惠农区32.544.490.15平

17、罗县32.602.690.09吴忠市利通区133.7616.270.54红寺堡区17.921.990.07盐池县9.710.160.01同心县68.861.330.04青铜峡市93.366.390.21固原市原州区16.300.580.02西吉县30.331.100.04隆德县25.832.940.10泾源县42.184.140.14彭阳县12.040.570.02中卫市沙坡头区150.784.560.15中宁县50.531.910.06海原县22.820.480.02宁夏总计994.532.340.08级别为，整体而言对环境不够成威胁，还有较大的畜禽养殖发展空间。但是地区间存在不平衡，北部引黄灌区的畜禽粪便负荷量整体高于中部干旱带和南部山区，虽然个别区县环境造成了一定的影响，但与养殖业高度发展的东部沿海地区和北京上海等大城市比较对环境的威胁相对较小。针对不同区域，应因地制宜，采取不同的措施和对策防治畜禽粪便造成的环境污染。（