鄱阳湖生态经济区畜禽粪便污染物产生量及其氮耕地负荷冯㊀倩1,2㊀刘聚涛1,2㊀丁惠君1,2㊀袁桂香1,2㊀张㊀伟1,2(1.江西省水利科学研究院生态研究所;2.江西省鄱阳湖水资源与环境重点实验室)摘㊀要㊀以2011年鄱阳湖生态经济区各类畜禽养殖数量为基础,通过畜禽粪便排泄系数㊁粪便污染物平均含量等参数,估算全省畜禽粪便污染物产生量和粪便氮养分耕地负荷㊂结果表明,2011年鄱阳湖生态经济区畜禽养殖共产生83.34万t C O D,6.97万t氨氮,5.79万t总磷,17.19万t 总氮;全区畜禽粪便氮养分耕地负荷为125.03k g/(h m2㊃a),其中有16个县区畜禽粪便氮养分耕地负荷超过欧盟限量标准170k g/(h m2㊃a),这些区域亟须采取有效措施处理畜禽养殖污染物,以有效控制和管理该区域的畜禽养殖对农田和水环境造成的污染威胁㊂关键词㊀畜禽粪便㊀总氮㊀耕地负荷畜禽养殖业作为农业的重要组成部分,其粪便污染已成为世界普遍关注的焦点[1]㊂畜禽粪便中含有丰富的有机质㊁氮㊁磷等有机物质,是一类具有较高农业利用价值的肥料资源,但若畜禽粪便随意堆放,清粪水随意排放,在雨水的冲刷下,未经处理利用的粪便和污水进入附近水体或者淋溶到地下,将对环境产生严重影响[24]㊂在一些地区,畜禽养殖业污染已超过生活和工业对环境的影响,是造成许多重要水源地㊁江㊁河㊁湖严重污染的主要原因之一[5]㊂鄱阳湖生态经济区位于江西省北部,包括南昌㊁景德镇㊁鹰潭3市,以及九江㊁新余㊁抚州㊁宜春㊁上饶㊁吉安市的部分县(市㊁区),共38个县(市㊁区)和鄱阳湖全部湖体在内,面积为5.12万k m2㊂占江西省国土面积的30%,人口占江西省50%,经济总量占江西省60%㊂该区域是以鄱阳湖为核心,以鄱阳湖城市圈为依托,以保护生态㊁发展经济为重要战略构想的经济特区㊂近年来,鄱阳湖水质明显恶化,农业面源污染是其水质恶化的重要原因[6]㊂因此,全面掌握鄱阳湖生态经济区畜禽养殖污染的实际状况,为下一步畜禽养殖污染防治及监督管理提供依据,对鄱阳湖水环境保护及鄱阳湖生态经济区建设具有重要的现实意义㊂1㊀材料与方法1.1㊀数据来源及相关说明江西省各设区㊁市畜禽养殖数量和耕地面积等资料数据来源于‘2012年江西省统计年鉴“及南昌㊁景德镇㊁鹰潭㊁九江㊁新余㊁抚州㊁宜春㊁上饶㊁吉安各设区市2012年统计年鉴㊂由于景德镇市统计年鉴中仅有全市的相关统计数据,而没有其所辖珠山区㊁昌江区㊁乐平市和浮梁县4个县区的相关统计数据,仅对全市的相关参数进行了估算㊂鄱阳湖生态经济区畜禽养殖主要以猪㊁牛㊁羊及家禽为主,本研究只考虑了这四种畜禽种类㊂1.2㊀各参数估算1.2.1㊀当量猪为便于评价畜禽养殖量的总体变化,采用当量猪用于对各地区养殖总量比较分析㊂当量猪,即将其他主要的畜禽按一定关系折合为猪的数量㊂本研究根据各畜禽每年的氮排放量,将其他主要畜禽数量折合为当量猪的数量,一头牛等于13.55头当量猪,一只羊等于1.26头当量猪,一只家禽等于0.06头当量猪[7]㊂1.2.2㊀畜禽粪便产生量牛㊁羊的饲养周期较长,一般当年不出栏,所以只采用存栏量来计算其粪便产生量㊂而对于猪㊁家禽来说,猪的饲养周期一般为180天,肉禽的饲养周期一般为55天,蛋禽的饲养周期一般为210天,将猪㊁家禽的存栏量看作当年中一个相对稳定的饲养量,而这个稳定值由猪㊁家禽的出栏量与猪㊁家禽的增补量相抵消来维持[8,9]㊂因此,将牛㊁猪㊁羊及家禽的存栏量看作当年中一个相对稳定的饲养量,在未考虑饲养周期的前提下,采用以下计算方法:畜禽粪便产生量=存栏量ˑ日排泄系数(k g/d)ˑ365(d)畜禽粪便排泄系数是指单个动物每日排出粪便的数量,其与动物的种类㊁品种㊁生理状态㊁体重㊁饲料组成㊁饲喂方式和季节等诸多因素有关,各类畜禽排泄系数见表1[10]㊂表1畜禽粪便日排泄系数单位:k g/d 项㊀㊀目牛(头)猪(头)羊(只)家禽(只)粪2022.60.125尿103.31.2.3㊀畜禽粪便污染物产生量主要估算了畜禽粪便产生的C O D C r(化学耗氧量)㊁N H3N(氨氮)㊁T P(总磷)和T N(总氮)㊂畜禽粪尿污染物产生量=畜禽粪便产生量ˑ畜禽粪便污染物含量畜禽粪便中污染物含量见表2[10]㊂表2畜禽粪便中污染物平均含量单位:k g/d 项㊀目C O D C r N H3N T P T N牛粪311.711.184.37牛尿63.470.48猪粪523.083.415.88猪尿91.430.523.3羊粪4.630.82.67.5家禽粪45.72.85.810.41.2.4㊀畜禽粪便氮养分耕地负荷畜禽粪便氮养分耕地负荷k g/(h m2㊃a)=畜禽粪便总氮产生量(k g/a)/耕地面积(h m2)2㊀结果与讨论2.1㊀畜禽养殖数量鄱阳湖生态经济区共涉及到38个县(市㊁区),畜禽养殖数量在各县(市㊁区)之间分布不均,为方便进行不同地区间养殖数量的比较,本文以当量猪总数来比较各地养殖数量,表3列出了该区域畜禽养殖数量位居前10位的县(市㊁区),南昌县㊁进贤县和丰城市位于区域前三名㊂据统计年鉴资料显示,2011年整个区域牛存栏量为106.59万头,生猪存栏量为818.99万头,羊存栏量为9.09万只,家禽存栏量为8093.32万羽,分别占全省相应畜禽种类总数的34%㊁45%㊁15%和42%㊂表3鄱阳湖生态经济区畜禽养殖数量位居前10位的县(市㊁区)地区名称存㊀栏㊀量牛(头)猪(头)羊(只)家禽(万羽)当量猪总数(万头)南昌县4108567850018771411.7184.71进贤县650114820004131103.6566.23丰城市1101595051471884775.8146.57鄱阳县894172458772380493.0629.60樟树市7363743015011642438.9526.35新建县749734986004270432.0025.94临川区491713037081852407.2824.45余干县253492089642152356.8421.42余江县340304781912233298.6817.93高安市1935938537194452284.7917.12全区10659258189921909668093.322760.38全省31811771827512861934819453.907383.28 2.2㊀畜禽养殖粪便污染物产生量畜禽养殖会排放大量的粪尿,与此同时也将产生极其庞杂的有机污染物,鄱阳湖生态经济区中畜禽粪便C O D C r(化学耗氧量)㊁N H3N(氨氮)㊁T P(总磷)和T N(总氮)的产生总量位居前10位的县(市㊁区)见表4㊂表4鄱阳湖生态经济区畜禽粪便污染物产生量位居前10位的县(市㊁区)单位:万t 地区名称C O D N H3N T P T N高安市9.570.860.542.03南昌县7.280.550.631.48丰城市6.820.580.471.46进贤县6.270.500.511.32新建县5.200.440.351.08樟树市4.850.410.331.02鄱阳县4.450.390.300.99东乡县4.450.370.290.83余江县3.800.310.260.75临川区3.550.300.250.75全区83.346.975.7917.19全省208.9817.7914.2044.22㊀㊀2011年整个区域畜禽粪便产生的C O D C r㊁N H3N㊁T P和T N分别为83.34万t㊁6.97万t㊁5.79万t和17.19万t㊂这些污染物产生总量分别占全省的40%㊁39%㊁41%和39%㊂2010年江西工业化学需氧量排放量11.78万t,生活化学需氧量排放量31.33万t,工业氨氮排放量0.87万t,生活氨氮排放量2.59万t [11],可见,整个区域畜禽粪便C O D 和N H 3N 产生量就已远超过工业和生活的这些污染物产生量总和㊂因此,如果不对畜禽粪便进行资源化利用㊁严格管理,将对环境产生严重污染㊂2.3㊀畜禽养殖氮污染负荷畜禽粪便中含有大量有机质和氮㊁磷㊁钾及微量元素,具有显著的肥料价值㊂将畜禽粪便还田,利用其中的营养成分,使植物健康生长,从而达到循环利用营养物质的目的[12]㊂但若用量不当也将图1㊀鄱阳湖生态经济区畜禽粪便氮养分耕地负荷会对农作物产生毒害作用,引起环境污染㊂各地区耕地的面积很大程度上影响着该地区畜禽氮污染的消纳能力,因此深入分析单位耕地面积的氮污染负荷更能客观反映畜禽养殖的污染风险㊂整个鄱阳湖生态经济区畜禽粪便中纯氮养分(N )的耕地负荷量在25.63~2905.66k g/(h m 2㊃a )之间(见图1),平均为125.03k g /(h m2㊃a ),其中青云谱区㊁浔阳区㊁西湖区㊁余江县㊁东乡县㊁高安市㊁湾里区㊁青山湖区等24个县区的畜禽粪便纯氮养分耕地负荷量超过了全区平均水平㊂该区畜禽粪便中纯氮养分的耕地负荷比全省的氮污染耕地负荷(123.81k g/h m 2)稍高㊂有研究表明,大面积化肥年施氮(N )量应该控制在150~180k g/h m 2,超过这一水平就会引起环境污染[13]㊂欧盟的农业政策规定,粪肥年施氮(N )量的限量标准为170k g /h m 2,超过这个极限值将会带来硝酸盐的淋洗[14]㊂整个鄱阳湖生态经济区中青云谱区㊁浔阳区㊁西湖区㊁余江县㊁东乡县㊁高安市㊁湾里区㊁青山湖区㊁樟树市㊁渝水区等16个县区畜禽粪便N 养分耕地负荷超过欧盟限量标准170k g /(h m2㊃a )㊂由于青云谱区和浔阳区的耕地面积较小,这两个区域的畜禽粪便N 养分耕地负荷更分别高达2905.66k g /(h m 2㊃a )和2235.97k g/(h m 2㊃a )㊂因此,这些畜禽粪便N 养分耕地负荷严重超标区域亟须采取有效措施处理畜禽养殖污染物,以有效控制和管理该区域的畜禽养殖对农田和水环境造成的污染威胁㊂3㊀结论2011年鄱阳湖生态经济区畜禽养殖共产生83.34万t C O D ㊁6.97万t N H 3N ㊁5.79万t 总磷㊁17.19万t 总氮,这些污染物产生总量约占全省污染物产生总量的40%左右;全区畜禽粪便氮养分耕地负荷为125.03k g /(h m 2㊃a ),比全省的氮污染耕地负荷(123.81k g/h m 2)稍高,其中有16个县区畜禽粪便N 养分耕地负荷超过欧盟限量标准170k g /(h m 2㊃a ),这些区域亟须采取有效措施处理畜禽养殖污染物㊂参㊀考㊀文㊀献[1]㊀K o h y a m aK,H o j i t oM,S a s a a k iH,e t a l.E s t i m a t i o n o f t h e a m o u n t o f n u t r i e n t s i n l i v e s t o c km a n u r e.S o i l S c i e n c ea n dP l a n tN u t r i t i o 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