农业环境保护课程论文

浙江大学-农业环境保护课程论文-

养殖业中的氮磷污染与对策研究

姓名：韩臣才学号：57专业：农业资源与环境

班级：0901韩臣才57摘要目前中国大量水体富营养化，养殖业中产生的畜禽粪便对其的贡献已超过工业，合理解决畜禽粪便就显得尤为重要。本文分析了目前我国养殖业产生畜禽粪便的现状及其造成的氮磷污染，分析了目前所采取的几种处理方法的不足，并基于此提出了一些建议，特别是从源头上解决畜禽粪便的污染问题。关键词畜禽粪便；氮磷污染；有机肥；可持续发展StudyonNandPPollutioninAquacultureandtheSolution.HanChencai,（0901ofAgriculturalResourcesandEnvironment）Abstract：Nowadayseutrophicationbecomingaseverproblemforpercentageforeutrophicationofanimalmanureisnowmorethanindustry,sosolvetheproblemofanimalmanureisimportant.Thispaperanalyzedthecurrentsituationofanimalmanure,theNandPpollutionitcausedaswellasthewaysnowpeopleusetosolveit.Thepaperalsocomeupwithsomeusefulsuggestion,especiallysolvingproblemfundamentally.Keywords:animalmanure；N,Ppollution；organicfertilizer；sustainabledevelopment；随着中国人民生活水平的提高以及饮食习惯的改变，养殖产业迅猛发展，畜禽数量也迅速攀升，养殖业也由传统的分散养殖转为集约化养殖。但随之而来的是越来越多的粪便，由于很多养殖厂未能对畜禽粪便进行有效的处理和利用，导致大量的N、P元素流失，对环境造成严重污染，是农业面源污染的主要原因之一，并可能危及人们的身体健康（梁勤爽等，2009）。另外，养殖业对水体富营养化的贡献已远远超过工业废水和生活污水（吴飞龙等，2009）。研究养殖业中的氮磷污染现状并基于此提出应对策略就显得极为迫切。一、养殖业粪便及其造成的氮磷污染目前对我国养殖业产生粪便数量的研究以区域化研究为主（王方浩等，2006），比如吴飞龙等09年对福建省养殖业产生粪便的研究。此研究表明，1985年福建省的畜禽粪便产生量为2180万t，2005年达到了4249万t，增长约2倍。其中，猪粪便的产生量已超过全省畜禽粪便产生量的一半，因此建议在治理粪便中，应将猪粪作为重中之重。在福建对于畜禽粪便处理的主要出路是作为肥料还田，这种方法在一定的条件下可以凑效，即畜禽粪便耕地负荷未超限。但根据相关标准（国家环境保护总局自然生态保护司，2002），福建省已超限，且由于规模化养殖，粪便集中加重这一危机。而超负荷的氮磷由于不能被土壤充分吸收利用，会通过淋溶等途径进入水体，造成水体富营养化（吴飞龙等，2009）。实际上，目前整个闽江流域的畜禽污染已对环境产生风险（段勇等，2002）。在全国来看，很多水域也被污染，主要是氮磷污染。如图：我国重要水域的水质变化（武淑霞等，2005）水域70年代80年代90年代现在主要污染物滇池皿V劣V劣V总氮磷太湖n皿V-V劣V总氮磷巢湖皿IVV劣V总氮磷洪泽湖中-富营养富营养化总氮磷洞庭湖贫-中富营养富营养化总氮磷三峡水库富营养化总氮磷根据国家环保局制订的水质标准（I：—级；口：二缎；皿：三级；IV:四级；V:五级）关于洞庭湖，武深树等做过专门研究。2006年湖南洞庭湖区畜禽粪便中氮素养分总量为18.99万t,相当于41万t尿素中的氮素养分。由于养殖以散养为主，因此粪便大多未经处理，大多直接还田，这大大超过土壤氮磷负荷，同时还使洞庭湖水质富营养化，也对大气造成直接污染。这些污染造成的耕地环境成本06年为亿元，水体污染环境成本为亿元，大气污染环境成本为亿元（武深树等，2009）。根据对其它区域畜禽粪便的研究可发现，畜禽量及畜禽粪便量都增长极大。相关全国年产生畜禽粪便量的数据显示2002年我国畜禽粪便产生量为27．5亿吨，03年一年产生的畜禽粪便即达31.90亿t（高定等，2006）。在空间分布上，我国8%至10%左右的规模化畜禽养殖场距民用水源地的距离不超过50m,在这一范围内的污染物排放会对水环境产生直接的影响；25％至40％左右的规模化畜禽养殖场距离周边居民区或民用水源地不超过150m，对附近群众的生命健康构成巨大威胁。目前我国大型养殖场多在东部地区（国家环境保护总局自然生态保护司，2002）。总体上讲，畜禽粪便造成的氮磷污染有以下几种。一是对水体的污染，而我国大多集约化的养殖场又都在离民用水地不远，因此这对周边人民的健康形成极大威胁；二是对土壤的污染和占用，以北京为例，北京2002年畜禽粪便就需占用1200h明另外由于粪便含有大量的氮磷，因此若畜禽粪便不经处理直接施用或过量施用会导致作物徒长、倒伏、晚熟或不熟，造成减产，甚至毒害作物（家环境保护总局自然生态司，2002）；三是对大气的污染，比如粪便里含有氨，大量挥发到空气中。二、对畜禽粪便不同的方处理法及造成的氮磷污染在我国，养殖业中对粪便的处理方式大多未经处理直接排放，随每天冲洗的污水流入河道、湖泊，造成水体污染、河水变臭，鱼类大量死亡，对环境造成严重污染（张绍冰，2007）。对每种方法进行详细研究，特别是对其可能造成的环境污染及其机理的研究特别重要，因此这能指导我们设计出更好的方法处理畜禽粪便，同时克服已有方法的缺陷。1、旱地施有机肥目前有很多旱地开始施用有机肥，但是不当施用有机肥，包括直接还田会造成很多的环境问题。一是造成NO3--N污染，施用无机肥对地下水硝酸盐含量有—定影响，有机肥N素利用率较低。有研究表明，连续4年深施牛粪及堆肥的N素表观利用率为17%（BahmanEghbalI等，1999）。随有机肥施用量的增加，0--400cm土层土壤累积N03'—N浓度明显增加，致使蔬菜地附近部分井水的NO3--N含量已超过世界卫生组织规定的饮用水标准（袁新民等，2000），如此可能会极大威胁人类的健康。二是造成P素非点源径流损失，施用有机肥通常基于作物N素需求而计算，而有机肥含有的N/P值一般小于作物对N、P的需求比例，极易导致P素在土壤中的累积（FranzIuebberSA等,2002），这也会对水体质量造成威胁。有研究表明猪粪水肥中P的有效性高于无机肥料P,而动物粪肥水溶性磷与土壤流失P浓度成正相关关系（PeterJ等，2009）。2、水淹施有机肥在种植水稻的地区有施用有机肥的现象，但在水淹环境下施用有机肥也可能会造成严重的氮磷污染。施肥初期，畜禽粪便中的各种物质未溶解扩散到上覆水中，但约8d后整个上覆水中TN的浓度水平都出现了急剧上升，这是由于畜禽粪中的一些水溶性物质慢慢扩散进入水体，其中的含氮有机物质被氧化分解为氨基酸态氮，并释放铵离子，再被硝化产生硝酸根。当水体中的氧气消耗殆尽后，水体变成厌氧环境，反硝化细菌进行反硝化作用，把畜禽粪便中的有机氮分解转化为NH4+，进而部分转化为NH3挥发，水中的NO3--N也转化为NH4+-N或者N2和N20挥发（梁东丽等，2002），以气态氮造成氮的损失。同时在这一过程中，上覆水中TN平均浓度远远大于水体富营养化的临界值，所以如果遇到暴雨等合适条件，水稻田中的淹水就有可能进入河流，造成水体富营养化（谢学俭等，2003）。另一方面，淋溶也是农田氮索损失的重要途径之一。事实上，全世界施入土壤的氮肥，大约10%至40％（质量分数）经土壤淋溶作用而进入地下水。施肥初期，施入土壤中各种畜禽粪便中的氮素，在土壤微生物等因素的作用下，转化为可供作物吸收利用的铵态氮、硝态氮等不同形态氮素，由于土壤胶体颗粒带负电，能够对带正电的铵根离子进行吸附，而对同样带负电的硝酸根离子几乎没有吸附力，所以农田土壤中氮素的淋溶形态主要以硝态氮为主。使得硝态氮在深层土壤中大量积累甚至进入浅层地下水环境，而铵态氮则主要集中分布在土壤表层（左海军等，2008）。水淹条件下施用畜禽粪便也会造成磷的严重流失。在施肥初期，由于水中的溶解氧把溶解性较大的Fe2+—P变成了溶解性小的Fe3+--P导致上覆水中TP浓度逐步降低。但当溶解氧耗尽后，高铁离子被重新还原成亚铁离子，使沉淀于土壤表层的磷又重新释放到水当中，同时淹水条件下有机质厌气分解产生的有机酸对Fe、Al、Ca、Mg的螯合作用减少了对磷的固定（WilierlR，1989）。淹水还提高了C02的含量，使土壤中Ca-P溶解进入土壤溶液。因此会使上覆水中的TP浓度显著增加，并超过使水体富营养化的临界值，这与氮类似。同时磷也通过土壤流失，水淹初期主要是通过土壤裂隙的优势流把含磷物质冲脱进下渗水之中，造成磷素的流失（梁勤爽，2009）。随着水淹的进行，土壤间的间隙产生的优势流己不明显，这时磷素流失的主要原因变为磷溶解而造成的流失，其有四个过程：无机磷酸盐的溶解作用、有机磷酸盐的矿化作用、固定作用、无机磷酸盐的氧化一还原作用（杨珏等，2001）。有研究表明下渗水的磷素流失量要远大于上覆水（梁勤爽，2009），所以在平时的管理中要更加重视下渗水带来的污染风险。同时由于土壤对磷的强大固定作用还带来水淹条件下土壤对磷的富集，这大大增加了土壤磷素流失的潜在风险（STEVENSONFJ等，1985）。3、生产沼气对畜禽粪便处理的另一种有效方法是用于沼气的生产。这种方法兴起的背景是以前的分散化畜禽养殖，养殖者一般为单个家庭，可以方便地、低投入地把粪便转为自家用的沼气。这有很多好处，首先是它实现了粪便的资源化利用；其次是畜禽粪便进入沼气池，经过较长时间的密闭发酵，可直接杀死病菌和寄生虫，减少生物污泥量；最后是此法产生的能量除用于生活用能之外还可用于生产用能，特别是规模化养殖产生的粪便。但此法虽然在理论和技术上较为成熟，但在处理规模化养殖产生的粪便上却有一定的困难，因为养殖业利润本不高，且受季节影响严重，而沼气生产投入巨大，养殖企业难以承受，即使是政府投入也将面临巨大的风险。另外，养殖企业一般原理居民区，这给产生的沼气的运输造成一定的困难，更是增加了成本。同时，沼气生产留下的固体渣及废液的处理对企业也是个问题。综合考虑，沼气生产对处理规模化养殖产生的畜禽粪便在目前的情况下似乎还行不通。三、对畜禽粪便污染的对策要解决畜禽粪便是一个大课题，需要耗费大量人力物力，还需要加强相关协调。在此不讨论如何利用技术对已经造成的污染进行治理，而是研究最根本的方法，即如何从源头解决。1、 政府参与规划，促进可持续发展对粪便最好的处理方法当然是资源化利用，但是由于发展养殖业时未能很好地进行规划，造成相关配套产业未能协调发展，包括农业与有机肥加工。若要做到协调发展，一定要坚持发展生态型养殖业，将畜禽养殖业纳入整个农业生产体系规划中，促进农业生产和生态环境的良性循环。畜禽养殖业，特别是规模化养殖业的发展，必须将畜禽生产、粪便，污水处理、有机肥加工、种植业、水产业等统一进行规划布局，最终实现整个产业的协调发展与可持续发展（家环境保护总局自然生态司，2002）。当然，政府在这一整个过程中还要发挥一个重要的作用，即监管作用，对养殖企业进行严格监管，制定相关标准规范企业对畜禽粪便污水、垃圾及污泥等废弃物的处理，减少和消除其对环境和人的危害。如此，才能从源头上解决畜禽粪便的污染问题。2、 大力发展有机肥加工施用有机肥有很多好处。有机肥单独施用或与无机肥适量配合合理施用可以明显降低蔬菜硝酸盐含量（李淑仪等，2006），提高还原糖、总糖和维生素C含量（王忠红等，2006），还能增加土壤孔隙度，有研究表明在设施栽培中施入不同有机物料的各处理大于的团聚体较不施肥区增加%至%（古伯贤等，1992）。同时，施用有机肥还可以降低土壤PH防止土壤盐分积累，是一种优良的土壤改良剂（奚振邦等，2004），还能降低使植物致病的微生物数量，例如减少土壤中腐霉菌和致病菌的数量，增加土壤中有益的微生物种类（全国农业技术推广服务中心，1999），这对蔬菜有品质提升作用，对种植业有极大的经济效益。利用畜禽粪便加工有机肥一般有三种方法，即条垛式、静态垛式和发酵仓式。条垛式是堆肥的传统方法，不通风；静态垛能通风，但没有发酵仓式的自动化，发酵仓式是将粪便置于封闭系统内，机械自动翻堆、曝气、搅拌和混合，控制水分和温度，同时在发酵的过程中自动解决物料移动及出料的问题，最终达到缩短发酵周期、提高发酵速率、提高生产效率及实现机械化大生产的目的（BevaopuaR等，1994）。随着人民对绿色蔬菜的需求迅速增长，有机肥的市场前景广阔，因此若要发展养殖业，应该同时发展有机肥加工业，当然还应该做好其它配套服务。在我国的一些区域无机肥施用早已过量，再施无益，且土壤结构已被严重破坏，应该施用有机肥以改善之。政府应该制定相关政策促使他们施用有机肥，在这方面有很多可以借鉴的经验，如瑞典在加强畜禽粪便污染控制立法的同时，将提高化肥价格作为征收环境税的一种手段，以刺激农场主利用畜禽粪便作为有机肥的积极性，这使养殖场不得不增加投资以采用新的粪便处理技术（李艳霞等，2000）。3、引导农民合理施用有机肥由于有机肥中的氮磷有效利用率不高，因此需要改进现有的施肥方法提高其利用率，减小其对环境的危害。具体包括轮施，针对不同农业区作物特点和种植结构，将有机肥轮换施用，避免等量分散还田，要用在最需要而又最能发挥作用的作物上，如主要施用于冬季作物、果树林木等长期作物或早季作物；集中施，多量少次集中施用，如隔2~3季作物或2~3年施用一次，在土壤有效肥力和作物产量不断提高的今天，只有将有机肥大量集中施用，才能明显的发挥其作用；结合耕作施用，使有机肥深施入土，土肥相融，更好地发挥其改土作用；制定适合不同农业区和不同作物的有机肥施用标准，如使用量和方法等（BrundinSG等，1994）。要做到这些，政府的积极引导是不可少的。比如，在协调发展的基础上，发展养殖的同时也发展种植业和有机肥加工业，通过有机肥生产商对其顾客即农民进行有机肥施用的指导。4、利用畜禽粪便发电目前，我国现有沼气动力站186座，总功率3458.8kW:沼气发电站115座，装机容量2342kW、年发电量301万kWh。区域内若种植业发达，区域面积广大，可考虑建设规模化养殖场，配套建立有机肥加工厂和沼气发电站。如此，养殖业产生的畜禽粪便可被沼气发电站和有机肥加工厂吸收，沼气发电站的废液和废渣也可被有机肥加工厂吸收，而沼气发电站生产的沼气可以被附近的农户利用，产生的电力可以接入电网，同时产生的有机肥可以被发达的种植业消费，从而形成循环的、可持续发展的生态农业。利用畜禽粪便产生的能量属生物质能源，生物质能源现处于能源消费第四位，在当今低碳的世界趋势背景下，发展生物质能源能减少对矿物能源的依赖，保护国家能源资源，减少能源消费给生态环境造成的污染，为人类更合理地综合利用有限的能源、保障长期可持续发展创造条件。有关专家估计，生物质能将成为未来可持续能源系统的核心组成部分，本世纪中叶，采用高新技术生产的各种生物质能源将占全球总能耗的40％（芦红，2005）。因此发展畜禽粪便能源产业就长远来看前景光明，但是政府一定要在这整个过程中起到调控和支持作用，比如对整个产业施行产业化管理，一开始的资金支持，为提供稳定的粪便而采取市场管制，相关的技术支持等。绿色低碳的时代，这是一切产业的标准。养殖业为人们提供畜禽食品，但其粪便的处理也要符合绿色环保的要求。目前我国每年产生的畜禽粪便量在大量增加，很多地区其土地氮磷负荷量早已超标，这已经造成了大量的氮磷污染，包括水体富营养化，而目前正使用的一些处理粪便方法又或多或少存在一些问题。在此背景下，政府和企业必须行动起来，合理对产业结构进行调整，发展生态农业，合理布局，协调发展种植、养殖、能源，最终实现可持续发展。参考文献：段勇,张玉珍，李延风等•闽江流域畜禽粪便的污染负荷及其环境风险评价J].生态与农村环境学报,2007,23(3):55-59.古伯贤等•有机物料对盐化潮土土壤有机质品质和产量影响的研究[J]•土壤通报．1992,23(1)：28-30高定等•我国畜禽养殖业粪便污染风险与控制策略•地理研究.2006(25)2:311-318国家环境保护总局自然生态保护司•全国规模化畜禽养殖业污染情况调查及防治对策[M].北京:中国环境科学出版社,2002:25,77-78.家环境保护总局自然生态司•全国规模化畜禽养殖业污染情况调查及防止对策•北京：中国环境科学出版社，2002•梁东丽等.干湿交替对旱地土壤N20气态损失的影响[J].干旱地区农业研究.2002,20(2):28-31芦红•处理相对集中养殖禽畜粪便的大型沼气工程介绍•生态家园富民计划国际研讨会论文集梁勤爽•模拟畜禽粪便直接还田对氮磷的释放•硕士学位论文.2009,05李淑仪等•有机肥施用量与蔬菜硝酸盐和重金属关系初探[J]•生态环境,2006,15（2）：307-311李艳霞等.固体废弃物的堆肥化处理技术[J].环境污染治理技术与设备.2000,1(4)：39-45全国农业技术推广服务中心•中国有机肥料资源[M].北京：中国农业出版社.吴飞龙，林代炎，叶美锋.福建省畜禽养殖业废弃物污染风险评估.中国农学通报.2009,25(24):445-449王方浩，马文奇等.中国畜禽粪便产生量估算及环境效应.中国环境科学.2006,26(5)：614武深树等.洞庭湖区畜禽粪便中氮素污染及其环境成本.农业工程学报.2009(25)6:230武淑霞.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.博士学位论文.2005，07王忠红，李建明，邹志荣.羊粪与麦秸混合腐熟物含量对日光温室沙培甜瓜品质的影响[J]•西北农业学报.2006,15(5):229-232谢学俭等.淹水条件下水稻田中磷的淋溶研究[J].土壤.2003,35(6):506--509奚振邦，王寓群，杨佩珍•中国现代农业发展中的有机肥问题[J].中国农业科学，2004,37(12)：袁新民，同延安等•有机肥对土壤NOs-—N累积的影响•土壤与环境，2000,9(3)：197-200杨珏，阮晓红•土壤磷素循环及其对土壤磷流失的影响[J].土壤与环境.2001,10(3)：256--258左海军等•农田氮素淋溶损失影响因素及防治对策研究[J].环境污染与防治.2008,30(12):83-89张绍冰•农业面源污染的来源及防治措施J].现代农业科技，2007,&110-111朱文转，李传红．南方农村集约化养殖场污染及其防治．重庆环境科学，1999，21(6):33~35.BahmanEghball，JamesF．Power．Compostedandnoncompostedmanureapplicationtoconventionalandno—tillagesystems[J