中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (5): 920-934.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.05.009
龚世飞1(), 肖能武1(
), 丁武汉2, 居学海3, 吴平华1, 余永松1, 李虎2(
)
收稿日期:
2022-02-07
接受日期:
2022-06-17
出版日期:
2023-03-01
发布日期:
2023-03-13
通信作者:
肖能武,E-mail:413740790@qq.com。李虎,E-mail:lihu0728@sina.com
联系方式:
龚世飞,E-mail:gongsfsf@163.com。
基金资助:
GONG ShiFei1(), XIAO NengWu1(
), DING WuHan2, JU XueHai3, WU PingHua1, YU YongSong1, LI Hu2(
)
Received:
2022-02-07
Accepted:
2022-06-17
Published:
2023-03-01
Online:
2023-03-13
摘要:
【目的】十堰市是南水北调中线工程的核心水源区,全面认识畜禽养殖污染现状及其对耕地的潜在威胁,为加强畜禽粪便风险管控提供依据。【方法】运用畜禽粪便环境风险评价模型,对十堰市各县(区、市)2020年主要畜禽粪便来源结构进行定量分析,并从种养平衡视角对其环境风险进行综合评价。【结果】十堰市2020年主要畜禽养殖粪便猪粪当量达306.85×104 t,且主要分布于郧阳区、丹江口市和房县,粪便中有机物的化学需氧量(COD)最大(57.00×104 t),总氮(TN)(2.63×104 t),总磷(TP)含量较少(0.65×104 t)。十堰市畜禽养殖等标污染负荷总量为15.532×1010 m3,且在不同地区的来源结构差异明显,TP是畜禽养殖的首要污染物,其污染等标负荷占负荷总量的41.68%,其次为TN,污染负荷率为33.85%,COD的等标污染负荷率最小,为24.47%。养牛是十堰地区畜禽养殖面源污染的首要污染源,对等标污染负荷总量的贡献率达49.47%,其次为家禽(21.60%)。环境污染风险评价结果显示,全市单位耕地畜禽粪便负荷强度为10.15 t·hm-2,警报值为0.338,分级指数为Ⅰ,对环境构成污染的威胁为“无”。TN、TP的负荷强度分别为0.09和0.02 t·hm-2,环境风险指数为1.023和1.223,但区域间存在明显的空间分异特征。全市有超过1/2地区存在潜在的畜禽养殖污染风险,其中以茅箭区和郧阳区最为突出。以磷(P)为衡量标准,十堰市养殖总量须在现有基础上消减98.51万头猪当量。【结论】保持合理的畜禽养殖规模(≤441.00万头猪当量),同时做好污染物消减措施,对促进十堰市种养平衡和畜禽养殖业有序发展具有重要意义。
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表2
各类畜禽养殖量、污染物输出系数及猪粪当量换算系数"
畜禽种类 Livestock and poultry species | 养殖规模 Farming scale (×104) | 污染物年输出系数 Pollutant output coefficient | 猪粪当量换算系数 Equivalent conversion coefficient of livestock and poultry manure | |||
---|---|---|---|---|---|---|
粪便Manure (kg·a-1) | TN (kg·a-1) | TP (kg·a-1) | COD (kg·a-1) | |||
猪 Pig | 69.47 | 1122.00 | 36.51 | 4.84 | 302.24 | 1.00 |
牛 Cow | 21.39 | 8402.30 | 65.93 | 10.52 | 2411.40 | 0.50 |
羊 Sheep | 80.14 | 868.70 | 24.10 | 5.14 | 0.46 | 1.03 |
家禽 Poultry | 1270.51 | 43.80 | 1.16 | 0.23 | 20.50 | 1.21 |
表3
十堰市各县(区、市)畜禽养殖结构及耕地面积"
县(区、市) County (district, city) | 养殖规模 Farming scale (×104) | 耕地面积 Agricultural acreage (×104 hm2) | |||
---|---|---|---|---|---|
猪Pig | 牛Cow | 羊Sheep | 家禽Poultry | ||
郧阳区Yunyang | 21.06 | 6.60 | 17.33 | 233.66 | 4.544 |
郧西县Yunxi | 9.28 | 2.73 | 16.38 | 137.57 | 4.548 |
竹山县Zhushan | 9.36 | 2.82 | 7.35 | 169.51 | 6.664 |
竹溪县Zhuxi | 9.55 | 2.82 | 5.47 | 84.72 | 6.323 |
房县Fang county | 10.33 | 1.87 | 27.09 | 191.12 | 3.710 |
丹江口市Danjiangkou | 9.13 | 4.46 | 5.22 | 424.21 | 4.149 |
茅箭区Maojian | 0.39 | 0.05 | 0.81 | 17.00 | 0.103 |
张湾区Zhangwan | 0.37 | 0.04 | 0.50 | 12.72 | 0.204 |
十堰市Shiyan | 69.47 | 21.39 | 80.14 | 1270.51 | 30.240 |
表4
十堰市畜禽养殖污染物负荷总量及单位耕地负荷强度"
污染指标 Pollution indicator | 畜禽种类Livestock and poultry species | 合计 Total | 负荷强度 Load intensity (t·hm-2) | |||
---|---|---|---|---|---|---|
猪Pig | 牛Cow | 羊Sheep | 家禽Poultry | |||
粪便量Fecal production (×104 t) | 77.95 | 179.73 | 69.62 | 55.65 | 382.94 | |
猪粪当量Equivalent of pig manure (×104 t) | 77.95 | 89.86 | 71.71 | 67.33 | 306.85 | 10.15 |
TN (×104 t) | 0.29 | 1.08 | 0.63 | 0.64 | 2.63 | 0.09 |
TP (×104 t) | 0.08 | 0.29 | 0.15 | 0.13 | 0.65 | 0.02 |
COD (×104 t) | 4.80 | 39.98 | 0.02 | 12.20 | 57.00 | 1.88 |
表5
畜禽养殖等标污染负荷总量及分布特征"
污染物 Pollutant | 负荷系数 Load factor | 污染源 Pollutant source | Pin (×1010 m3) | Kin | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
猪Pig | 牛Cow | 羊Sheep | 家禽Poultry | ||||
TN | Pij (×1010 m3) | 0.584 | 2.152 | 1.252 | 1.271 | 5.258 | |
Kij | 0.1110 | 0.4093 | 0.2381 | 0.2416 | 0.3385 | ||
TP | Pij (×1010 m3) | 0.834 | 2.866 | 1.504 | 1.271 | 6.474 | |
Kij | 0.1288 | 0.4427 | 0.2322 | 0.1963 | 0.4168 | ||
COD | Pij (×1010 m3) | 0.320 | 2.665 | 0.001 | 0.813 | 3.800 | |
Kij | 0.0842 | 0.7015 | 0.0003 | 0.2140 | 0.2447 | ||
Pnj (×1010 m3) | 1.737 | 7.684 | 2.757 | 3.354 | P=15.532 | ||
Knj | 0.1119 | 0.4947 | 0.1775 | 0.2160 |
表6
不同地区畜禽粪便等标污染负荷特征"
县(区、市) County (district, city) | 负荷系数 Load factor | 污染源 Pollutant source | Prn (×1010 m3) | Krn | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
猪Pig | 牛Cow | 羊Sheep | 家禽Poultry | ||||
郧阳区 Yunyang | Prj (×1010 m3) | 0.527 | 2.371 | 0.596 | 0.617 | 4.110 | |
Krj | 0.1281 | 0.5768 | 0.1450 | 0.1501 | 0.2646 | ||
郧西县 Yunxi | Prj (×1010 m3) | 0.232 | 0.981 | 0.563 | 0.363 | 2.139 | |
Krj | 0.1085 | 0.4584 | 0.2634 | 0.1698 | 0.1377 | ||
竹山县 Zhushan | Prj (×1010 m3) | 0.234 | 1.013 | 0.253 | 0.448 | 1.947 | |
Krj | 0.1202 | 0.5202 | 0.1298 | 0.2298 | 0.1254 | ||
竹溪县 Zhuxi | Prj (×1010 m3) | 0.239 | 1.013 | 0.188 | 0.224 | 1.664 | |
Krj | 0.1436 | 0.6089 | 0.1131 | 0.1344 | 0.1071 | ||
房县 Fang county | Prj (×1010 m3) | 0.258 | 0.672 | 0.932 | 0.505 | 2.366 | |
Krj | 0.1092 | 0.2839 | 0.3938 | 0.2132 | 0.1524 | ||
丹江口市 Danjiangkou | Prj (×1010 m3) | 0.228 | 1.602 | 0.180 | 1.120 | 3.130 | |
Krj | 0.0729 | 0.5119 | 0.0574 | 0.3578 | 0.2015 | ||
茅箭区 Maojian | Prj (×1010 m3) | 0.010 | 0.018 | 0.028 | 0.045 | 0.100 | |
Krj | 0.0971 | 0.1788 | 0.2774 | 0.4468 | 0.0065 | ||
张湾区 Zhangwan | Prj (×1010 m3) | 0.009 | 0.014 | 0.017 | 0.034 | 0.074 | |
Krj | 0.1244 | 0.1931 | 0.2312 | 0.4514 | 0.0048 |
表7
不同地区畜禽粪便负荷警报值及环境风险"
县(区、市) County (district, city) | 猪粪当量Pig fecal equivalent (×104 t) | 合计 Total (×104 t) | 耕地负荷量 Cultivated land load (t·hm-2) | 警报值 Alarm value | 分级指数 Classification | 对环境构成污染的威胁 Environmental risk | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
猪 Pig | 牛 Cow | 羊 Sheep | 家禽 Poultry | ||||||
郧阳区Yunyang | 23.629 | 27.728 | 15.506 | 12.384 | 79.247 | 17.440 | 0.581 | Ⅱ | 稍有 A little risk |
郧西县Yunxi | 10.412 | 11.469 | 14.656 | 7.291 | 43.828 | 9.637 | 0.321 | Ⅰ | 无 No risk |
竹山县Zhushan | 10.502 | 11.847 | 6.576 | 8.984 | 37.909 | 5.689 | 0.190 | Ⅰ | 无 No risk |
竹溪县Zhuxi | 10.715 | 11.847 | 4.894 | 4.490 | 31.947 | 5.052 | 0.168 | Ⅰ | 无 No risk |
房县Fang county | 11.590 | 7.856 | 24.239 | 10.129 | 53.814 | 14.505 | 0.484 | Ⅱ | 稍有 A little risk |
丹江口市Danjiangkou | 10.244 | 18.737 | 4.671 | 22.482 | 56.134 | 13.530 | 0.451 | Ⅱ | 稍有 A little risk |
茅箭区Maojian | 0.438 | 0.210 | 0.725 | 0.901 | 2.273 | 22.071 | 0.736 | Ⅲ | 有 Risky |
张湾区Zhangwan | 0.415 | 0.168 | 0.447 | 0.674 | 1.705 | 8.356 | 0.279 | Ⅰ | 无 No risk |
十堰市Shiyan city | 77.093 | 89.863 | 71.706 | 67.334 | 306.849 | 10.147 | 0.338 | Ⅰ | 无 No risk |
表8
不同地区畜禽养殖环境容量及实际总量"
县(区、市) County (district, city) | 承载力 Carrying capacity (×104 t) | 环境容量 Environmental capacity (Equivalent based on pig) (×104) | 50%环境容量 50% theoretical breeding quantity (×104) | 实际养殖量 Actual amounts of livestock (×104) | 环境风险指数 Pollution risk index | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
N | P | N | P | N | P | N | P | N | P | |
郧阳区Yunyang | 0.772 | 0.159 | 183.91 | 132.52 | 91.95 | 66.26 | 160.15 | 141.33 | 1.742 | 2.133 |
郧西县Yunxi | 0.773 | 0.159 | 184.10 | 132.66 | 92.05 | 66.33 | 88.82 | 76.84 | 0.965 | 1.158 |
竹山县Zhushan | 1.133 | 0.233 | 269.74 | 194.37 | 134.87 | 97.19 | 76.98 | 66.47 | 0.571 | 0.684 |
竹溪县Zhuxi | 1.075 | 0.221 | 255.93 | 184.42 | 127.97 | 92.21 | 63.58 | 56.65 | 0.497 | 0.614 |
房县Fang county | 0.631 | 0.130 | 150.17 | 108.21 | 75.09 | 54.11 | 105.86 | 89.49 | 1.410 | 1.654 |
丹江口市Danjiangkou | 0.705 | 0.145 | 167.93 | 121.01 | 83.97 | 60.50 | 122.75 | 102.45 | 1.462 | 1.693 |
茅箭区Maojian | 0.017 | 0.004 | 4.15 | 2.99 | 2.07 | 1.49 | 4.52 | 3.63 | 2.178 | 2.429 |
张湾区Zhangwan | 0.035 | 0.007 | 8.26 | 5.95 | 4.13 | 2.98 | 3.29 | 2.66 | 0.798 | 0.893 |
十堰市Shiyan | 5.141 | 1.058 | 1224.00 | 882.00 | 612.00 | 441.00 | 625.95 | 539.51 | 1.023 | 1.223 |
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